Đề tài Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ có cường hoá điện

483,84MN/m2 < [su] = 800 MN/m2 Đòn dọc AB và đòn ngang CD được tính theo uốn dọc và nén. thanh dọc có tác dụng N như đã tính trong phần đòn quay, còn đối với đòn ngang CD sẽ có lực Q tác dụng Lực Q được tính theo công thức: Q = ở đây : Trong đó : Pp - lực phanh tác dụng lên một bánh xe m1p - hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh khi tính toán lấy bằng 1,4 j - hệ số bám giữa lốp và mặt đường lấy bằng 0,7 a,b – kích hước trên hình vẽ a = 86,5 (mm) b = 145(mm) ứng suất nén Fcd = m2 G1 trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng: G1 = 480 kG = 4800.10-6 MN snén = =1,4.10-3 MN/m2 của thanh dọc AB ị snén = của thanh ngang CD ị snén = với FAB và FCD là thiết diện của thanh dọc và thanh ngang Vậy ứng suất dọc nguy hiểm của thanh ngang CD ị sud = của thanh dọc AB ị sud = JAB và JCD mômen quán tính của thiết diện thanh dọc và thanh ngang JCD = E – modun đàn hồi = 2.105 MN/m2 lABvà lCD chiều dài của thanh dọc và thanh ngang lAB=1320mm Q = Từ đó ta có: Hệ số dự chữ bền K: K = Ta thấy K =2,5 nằm trong khoảng cho phép1,25 – 2,5 như vậy là thoả mãn 4.Trụ cầu(rôtuyn): Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hìng thang lái tải trọng tính toán lấy từ các lực tác dụng lớn nhất theo đòn uấn Để triệt tiêu các khe hở sinh ra do hao mòn các bề mặt ma sát và để làm êm dịu các va đập nhận bởi các bánh dẫn hướng thì các trụ cầu được đặt cạnh các lò xo có thể đặt hoặc chỉ về một phía hoặc ở cả hai phía của trụ cầu lò xo được tính sao cho có khả năng đàn hồi và tự bù khe hở do mòn lực nén khi lắp ráp tính bằng 0,8 giá trị lực truyền qua các đòn nối của chúng Trụ cầu được kiểm tra theo ứng suất rèn dập [scd] = 25-35 MN/m2 chân trụ cầu kiểm tra theo cắt và uốn PHần III: Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ Đặt vấn đề từ công thức mômen cản quay vòng Mc=(2.M1+2.M2) c/h1 ta thấy lực cản quay vòng tỷ lệ thuận với trọng lượng của xe phân bố lên cầu trước. như vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn. Lực cản quay vòng tăng đến một giới hạn nào đó thì người lái sẽ không điều khiển vô lăng được nữa. trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ người lái khi quay vòng xe. Bộ phận này dùng một nguồn năng lượng khác như chất lỏng áp suất cao, khí nén, điện,… để sinh ra một lực hỗ trợ người lái tác dụng vào vôlăng, bộ phận như vậy gọi là cường hoá lái. Khi hệ thống lái không có trợ lực, lực cực đại mà người lái phải chịu trên vành tay lái như đã tính toán ở trên là 35kg nên điều kiện làm việc của người lái tương đối nặng nhọc. Để tạo điều kiện thuận tiện nhẹ nhàng và tăng sự linh hoạt cho người lái, để giảm bớt cường độ lao động cần giảm nhẹ lực cực đại đặt lên vành tay lái. Vấn đề này được khắc phục bằng việc thiết kế một hệ thống lái của ôtô. Chọn phương án thiết kế trợ lực. Các loại hệ thống trợ lực. Trước đây cường hoá hệ thống lái có hai loại cơ bản là khí nén và thuỷ lực đã trở thành hệ thống trợ lực thông dụng trong nhiều thập niên gần đây cho tới tận bây giờ nó vẫn được sử dụng trên các loại xe khác nhau. Cường hoá khí nén kém hơn cường hoá thuỷ lực và khả năng chịu nén của chất khí kém hơn chất lỏng, cường hoá khí nén chủ yếu dùng ở ôtô tải, ôtô khách với trọng lượng phân bố lên cầu trước 30-70 KN khi hệ thống phanh là phanh khí, để lợi dụng bình khí nén. Cường hoá thuỷ lực có hiệu quả tác dụng cao và tính chất tuỳ động (chép hình) kích thước và khối lượng nhỏ gọn, độ tác động cao( 0,05s), nó còn đóng vai trò của bộ giảm chấn để giảm những va đập từ mặt đường tác động vào hệ thống lái, cho phép giữ được hướng chuyển động đã cho của xe trong trường hợp nguy hiểm, làm việc không có tiếng ồn trừ bơm thuỷ lực. Với những ưu điểm đó nó đã trở thành hệ thống trợ lực truyền thống áp dụng rộng rãi trên các loại xe nhưng bên cạnh đó nó cũng có những nhược điểm. Ngày nay khi hệ thống trợ lực động cơ điện ra đời nó đã đáp ứng nhu cầu về việc tạo ra một nguồn năng lượng mới, năng lượng điện thay thế cho hệ thống thuỷ lực truyền thống. Hệ thống trợ lực điện: Một hệ thống trợ lực tay lái nhờ lực tác dụng từ một môtơ điện một chiều EPAS( electric power steering assisted), nó cũng dựa trên nguyên tắc tương tự như hệ thống lái trợ lực thuỷ lực HPS( hydraulic power steering). EPAS có được nhiều cải tiến nó chỉ tiêu tốn năng lượng khi cần thiết, EPSA làm cho người lái điều khỉên nhẹ nhàng hơn, dễ dàng trong thiết kế lắp đặt trong xe, độ tin cậy cao hơn hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực và không ảnh hưởng đến môi trường. Nhờ những thuận lợi đó mà có thể chế tạo những động cơ mạnh hơn có nhiều cải tiến phù hợp với yêu cầu thị hiếu khách hàng. Dưới góc độ về luật pháp xe có hiệu quả hơn tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu lượng CO2 thải ra. Sự cải tiến này đem lại nhiều lợi ích dễ dàng lắp đặt có khối lượng nhỏ, tất cả những thuận lợi quan trọng cho việc thiết kế lắp đặt trên một chiếc xe du lịch nhỏ, khối lượng của nó nhẹ hơn khối lượng của hệ thống HPS khoảng 5 kg trên một chiếc xe tương tự. EPAS không giống như HPS ở chỗ năng lượng chỉ tiêu tốn khi có yêu cầu, năng lượng không lãng phí khi lái, ở HPS bơm sẽ tiếp tục làm việc kể cả khi hệ thống không yêu cầu trợ lực. Với sự có mặt của EPAS có thể đưa ra khả năng cải tiến về nhiên liệu trên hầu hết các xe khoảng 2-5%. So sánh giữa hệ thống trợ lực bằng động cơ điện và hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực HPS và EPAS Với hệ thống HPS nguồn cung cấp năng lượng tách biệt hoàn toàn với hệ thống lái, HPS cần một nguồn năng lượng ( bơm thuỷ lực, xi lanh thủy lực, các van, các đường dầu). để thiết kế HPS là cả một khối lượng công việc đáng kể, một phần ở đó là số lượng đáng kể các thiết bị mà hệ thống yêu cầu, điều đó có nghĩa là HPS không dễ dàng lắp đặt trên xe nhỏ gọn. Hơn nữa nó tiêu thụ năng lượng ở tất cả các công việc của xe. Với hệ thống điều khiển như thế HPS yêu cầu độ chính xác cao trong chế tạo, khi có sự cố về hệ thống trợ lực thì lực của người lái lớn hơn lực lái khi không thiết kế trợ lực do lực cản của chất lỏng trong hệ thống trợ lực. Việc dùng dầu trợ lực cũng là một nhược điểm của nó. Khi thay thế sữa chữa lượng dầu thải ra ảnh hưởng đến môi trường, đó là một trong những vấn đề được các nhà sản xuất ôtô trên thế giới quan tâm. Hệ thống trợ lực lái EPAS được tạo ra từ môtơ điện một chiều đặt trên hệ thống lái. Hệ thống chỉ gồm 2 phần: trục lái với động cơ điện một chiều và một ECU, do đó hệ thống tương đối nhỏ gọn, lắp đặt dễ dàng khối lượng chủ yếu là động cơ điện , hoạt động có hiệu quả cao và đặc biệt chỉ tiêu thụ năng lượng khi hệ thống lái yêu cầu. Với sự nhỏ gọn dùng nguồn năng lượng sạch năng lượng không lãng phí lái . Như HPS bơm sẽ vẫn làm việc thậm chí khi hệ thống không đòi hỏi trợ lực, với EPAS có thể đưa ra khả năng về cải tiến để tiết kiệm nhiên liệu cho ôtô. Với những ưu điểm như trên và sự cần thiết của trợ lực đối với ôtô. em chọn phương án thiết kế trợ lực cho hệ thống lái bằng động cơ điện. sơ đồ và nguyên lý trợ lực: 1-Cảm biến tốc độ 2-Cảm biến momen 3-Hộp giảm tốc 4-Mô tơ và ly hợp điện từ 5-Máy phát 6-Bánh răng lái 7-cảm biến tốc độ đọng cơ 8-Acquy 9-Hộp điều khiển môtơ , ly hợp điện từ và trục vít bánh vít , trục vít một chính là trục động cơ, bánh vít 2 được nối với trục lái 3 thanh xóăn 4 nối trục ra và trục vào, sự thay đổi góc lệch được biến đổi thành chuyển động trượt của 7, bi 8 trên rãnh bi 9. bên trong động cơ là một đồng hồ đo vòng quay chính xác và tiếp điểm xác định vị trí trong rãnh trên thanh trượt. Sự biến đổi chuyển động thanh trượt là chuyển động quay của cảm biến biến áp , mômen lái chuyển thành tín hiệu điện ra nó tương ứng với mômen trên trục lái. Tín hiệu đầu ra của cảm biến biến trở là một trong 5 đầu vào ECU của hệ thống trợ lực, còn lại từ khoá điện, ắc quy, cảm biến tốc độ xe, cảm biến số vòng quay động cơ ECU của hệ thống trợ lực là một máy tính điện tử, tại đó nó xử lý quản lý số vòng quay và dòng điện môtơ điện trợ lực liên quan cả mômen lái và tốc độ xe. Môtơ sau đó sẽ phân chia yêu cầu về mômen và lực cần trợ lực thông qua bộ truyền trục vít bánh vít. Khi có những sai sót không mong muốn những triệu chứng hư hỏng các bộ phận của hệ thống có thể nối tiếp với ECU để xác định nguyên nhân. trong trường hợp không mong muốn, thậm chí hệ thống điện mất an toàn thì hệ thống cơ khí vẫn dùng được, nếu một triệu chứng xảy ra ly hợp điện từ trên động cơ sẽ tách ra và môtơ không được cung cấp điện, lúc đó hệ thống điều khiển sẽ thông báo lỗi bằng đèn báo. Cảm biến biến ( potentiometer) áp nối 2 mạch ( mạch chính và mạch phụ). Tín hiệu của tốc độ động cơ dùng như tín hiệu ảo của tốc độ xe và dùng để kiểm tra cho tốc độ của xe. Hệ thống tích hợp sự an toàn đặc trưng không liên kết, hệ thống có khả năng tự chẩn đoán và có thể bảo vệ mạng điện. hệ thống trợ lực động cơ điện áp dụng cho xe UAZ xe UAZ là xe hai cầu trước đây hệ thống lái không có trợ lực xe có tính năng cơ động cao nhỏ gọn phù hợp với địa hình đường xá Việt Nam được dùng nhiều trong các nghành quân đội kiểm lâm. ngày nay xe được cải tiến nhưng với xe trước đây không khác nhiều vẫn giữ được các đặc điểm cũ. Việc lắp đặt hệ thống trợ lực cho xe là một vấn đề cần được quan tâm, để tăng chất lượng lao động giảm nhẹ cho người lái, để rút ngắn thời gian quay vòng. Hệ thống trợ lực bằng động cơ điện EPAS là một hệ thống mới nó có được nhiều ưu điểm so với hệ thống trợ lực thuỷ lực. Hệ thống trợ lực bằng động cơ điện không cần có xy lanh thuỷ, đường dầu các van điều khiển… hệ thống có khối lượng nhẹ gọn gàng dễ lắp đặt, hệ thống trợ lực thuỷ lực tiêu thụ năng lượng khi xe hoạt động( nổ máy), hệ thống trợ lực bằng động cơ điện chỉ tiêu thụ năng lượng khi yêu cầu trợ lực. Với môi trường không có vấn đề gì phải lưu tâm vì nó dùng năng lượng sạch. Khi hệ thống trợ lực có hỏng hóc hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường để xe có thể vào xưởng sữa chữa gần nhất. Do những ưu điểm đó mà có thể áp dụng trên xe UAZ cải tiến vì ngoài các ưu điểm trên hệ thống còn dễ dàng trong lắp đặt hệ thống sửa chữa bảo dưỡng. Tuy nhiên là một hệ thống hiện đại nên giá thành đắt công nghệ chế tạo cao, yêu cầu của hệ thống điều khiển phức tạp. Hệ thống trợ lực bằng động cơ chủ yếu bằng một động cơ điện cùng với ly hợp điện từ và hộp giảm tốc gắn liền với nó, hệ thống tương đối nhỏ gọn nên việc bố trí trên xe không gặp nhiều khó khăn. sau đây em đưa ra 4 phương án bố trí trợ lực trên xe UAZ. phương án 1 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ động cơ điện, ly hợp điện từ và trục vít đặt vuông góc với trục lái, bánh vít được lắp trên trục ra. Thanh xoắn 3 liên kết với trục vào 2 với trục ra 4. khi người lái đánh lái, một góc lệch được tạo ra giữa trục vào 2 và trục ra 4, góc lệch này qua bộ cảm biến mômen xoắn 10 qua bộ khuyếch đại tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển 13, tại đó tín hiệu được xử lý và đưa điện áp vào để điều khiển động cơ tương ứng với mômen xoắn trên trục. Hệ thống trợ lực bao gồm môtơ điện 8 và hộp giảm tốc 5 bố trí trên hình thang lái. Phương án này có ưu điểm là thuận tiện trong chế tạo, lắp ráp và thay thế, nó có thể được chế tạo riêng rồi lắp. nhưng với sơ đồ bố trí trên thì khoảng sáng gầm xe giảm, không phù hợp với xe đi trên địa hình xấu, động cơ điện bố trí như trên sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ, động cơ làm việc không ổn định, cơ cấu không vững chắc. phương án 2 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này động cơ điện và hộp giảm tốc được gắn ngay trên trục đòn quay đứng. Phương án bố trí này có phần chắc chắn hơn phương án trợ lực thứ nhất, cơ cấu trợ lực được gắn chặt vào vỏ cơ cấu lái, nhưng nhược điểm của cơ cấu này là khi áp dụng phải thiết kế lại trục đòn quay đứng do đó nó tăng thêm chi phí trong thiết kế cải tiến. c.phương án 3 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này cơ cấu trợ lực được lắp vào sau đuôi trục vít, ở phương án này cơ cấu lắp ghép tương đối vững chắc, gọn lắp ráp dễ dàng nhưng có một nhược điểm là phaỉ thiết kế lại trụ lái, dẫn đến tăng chi phí trong thiết kế cải tiến. phương án 4 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này cơ cấu trục vít bánh vít và động cơ điện trợ lực được bố trí trước cơ cấu lái trên trục ra, trục vít đặt vuông góc với trục lái, trục của trục vít là trục của động cơ điện nó ăn khớp với trục ra bởi một trục bánh vít được lắp then hoa với trục ra. để đảm bảo các chế độ tải trọng và điều kiện làm việc cũng như các kích thước của nó so với kích thước cơ cấu lái và dẫn động lái trên xe cơ sở trục vít và bánh vít được tính toán ở phần sau. Với sơ đồ bố trí như hình vẽ hệ thống trợ lực tương đối vững chắc, gọn có không gian bố trí các mạch điều khiển, các bộ phận của hệ thống điều khiển bố trí gần nhau nên tiết kiệm được dây dẫn.Việc bố trí như vậy dễ dàng cho việc sửa chữa bảo dưỡng kiểm tra. Qua việc phân tích các phương án như trên em nhận thấy phương án thứ 4 là phương án có nhiều ưu điểm nhất, thích hợp với việc bố trí trên xe UAZ. ii.Tính trợ lực cho phương án thiết kế 1-Xác định trợ lực Sự làm việc của cường hoá được đặc trưng bằng đồ thị như hình vẽ chỉ sự thay đổi lực P trên vành lái theo sự thay đổi momen M cần thiết để quay các bánh xe , đường 1 ứng vời cơ cấu lái không có trợ lực.Đường 2 ứng với cơ cấu lái có trợ lực ,đương 2 phải có độ nghiêng nhất định để đảm bảo tỉ lệ thuận giữa các lực trên vành lái và momen để quay các bánh xe dẫn hướng .Có như thế người lái mới không mất cảm giác khi lái và hiệu số giữa tung độ của cá đường đặc tính chính bằng lực sinh ra bởi trợ lực và lực này phụ thuộc chủ yếu vào công suất của động cơ diện dùng để trợ lực. Sau khi lực sinh ra bởi cường hoá đạt giá trị cực đại thì độ nghiêng của đường đặc tính sẽ giống nhưở cơ cấu lái không có cường hoá,các thông số chính của cường hoá được tính theo Pvlmax: Công thức trên có tính đến lực P mà người lái phải tác dụng vào vành lái khi quay các bánh xe dẫn hướng tại chỗ. Như vậy lực Pch dùng để tính cường hoá được xác định theo công thức: Pc = Pvlmax - P Khi quay các bánh xe dẫn hướng thường xuyên tại chỗ thì lốp sẽ mòn nhanh chính vì thế càn thiết kế cường hoá thế nào để khi quay vòng tại chỗ thì lực P không được quá nhỏ . Đối với ôtô con chọn P = 40 –70 N ở đây ta chọn P = 70 N Do ở phần trên ta tinh được Pvlmax=350 N Nên ta có: Pch = 350-70 = 280 N Nhưng lực ở vành lái để bắt đầu trợ lực không quá nhỏ để có thể khắc phục hết khe hở của bộ trợ lực vấcc cơ cấu cơ khí, khi tính ta chọn Pmin =25 N Lúc đó ta có momen cản tương ứng : Từ đó ta đi vẽ đồ thị quan hệ giữa lực trên vành lái Pv và momen cản quay vòng của xe Mc : Chính vì vậy ta phải đi xác định các điểm của các đường trợ lực - Đưòng 1 là đường ứng với khi không có trợ lực, ta xác định được hai điểm: Pvl =0 ; Mc = 0 Pvl = 350 N ; Mc =798,4 Nm. -Đường 2 là đường ứng với khi có trợ lực , ta cũng xác định được hai điẻm: Pvl =25 N ; Mc =41,2 Nm Pvl =350 N ; Mc =798,4 Nm Qua các diểm của các đường vừa tính được ta đi vẽ đồ thị : Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy hiệu số tung độ giữa các đường đặc tính chính bằng lực sinh ra bởi cường hoá. 2-Tính trợ lực: Các thông số cơ bản để đánh giá cường hoá: -Chỉ số hiệu quả tác dụng H,bàng tỉ số giữa lực đặt vào vành tay lái để quay vòng ôtô khi không có cường hoá Pv và khi có cường hoá Pv’: * H được chọn phải đảm bảo thoả mãn những yêu cầu của hệ thống lái có cường hoá và phải đảm bảo được tuổi thọ của lốp . Ta chọn H=3 Như ở phần trên đã tính Pv =350N nên Pv’ = theo thiết kế lực của người lái đặt vào vành tay lái là 115N .Vậy phần trợ lực cần tác dụng một lực là: Pch = 350-115 =235N Chỉ số tác dụng phản ứng của bộ cường hoá tới vành tay lái t chỉ số này phải đủ lớn để giữ được độ lớn để giữ được cảm giác của người lái với chất lượng của mặt đường .Tỷ số tác dụng phần ứng được biểu thị bằng tỷ số giữa các số gia của lực trên vành tay lái khi không có cường hoá Pv và khi có cường hoá P’v : Chỉ số nhạy cảm tác dụng của bộ cường hoá j0 được xác định bằng góc quay của vánh tay lái mà ở đó cường bắt đầu tác dụng , góc này phụ thuộc thông số kết cấu của bộ cảm biến biến áp trong hệ thống lái. Chỉ số về tính năng vận hành của ôtô trên dường vòng được xác định bằng tỷ số giữa thời gian quay vòng ôtô khi không có cường hoá và khi có cường hoá. Chỉ số gài thuận và chỉ số gài nghịch của bộ cường hoá ,gài thuận của cường hoá được đặc trưng bằng giá trị của lực P0 cần thiết đặt lên vành tay lái để cường hoá bắt ssầu làm việc m, gài nghịch được đặc trưng bằng lưc T tác dụng lên thanh kéo dọc và ứng với lực này cường hoá bắt đầu làm việc từ phía các bánh xe dẫn hướng R: lực cản quay của cảm biến biến áp. iii.Tính chọn động cơ điện trợ Phần trên ta đã xác định được giá trị của lực cần trợ lực Pch= 280 N Từ thông số này ta đi xác dịnh công suất của động cơ điện một chiều Công suất trên trục động cơ điện: ( TL2) - là vận tốc góc đánh lái cực đại mà người lái có thể tạo ra trên vô lăng v = 80 –100 v/ph ,chọn v = 80 v/ph Ta có: v= (TL2) Trong đó : -hiệu suất của bộ truyền r- bán kính vô lăng r = 190 mm F-lực mà cơ cấu trợ lực cần tạo ra F =280N Vậy v = từ đó suy ra: W Tính số vòng quay sơ bộ: (TL2) (TL2) ,chọn nlv =80 v/ph ut – tỷ số truyền của truyền động trục vít ut = 10 - 40 chọn ut = 15 Theo (TL2) thì động cơ điện được chọn phải có công suất và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều kiện : Tra bảng các thông số kĩ thuật của động cơ TL2 ta thấy kiểu động cơ 4A71B4Y3 là thoả mãn với công suất và số vòng quay đồng bộ như sau : Pđc =0,75 kW nđb =1370v/ph 1-Xây dựng đường đặc tính của động cơ điện một chiều Với kiểu động cơ 4A71B4Y3 ta có các thông số như sau : -Pđc =0,75 kW -nđm =1370 v/ph -Iđm =5 A Số cực 2p =4 p =2 -Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng 2a =2 a =1 -Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng N = 2668 -Điện trở: + rư điện trở cuộn dây phần ứng +rct điện trở cuộn từ phụ rư + rct = 6,2 W +Cuộn ổn định rôđ =0,18 W +Cuộn song song rss = 452 W -Số vòng trên một cực + cuộn ổn định wôđ = 20 v/ph + cuộn song song wss =2700 v/ph Dòng điện định mức của cuộn song song iđm = 0,39 A -Từ thông định mức của một cuộn từ = 0,3.10-2 Wb -Momen quán tính của phần ứng J = 0,0575 kg.m2 -Khối lượng của động cơ m = 9,6 kg Theo TL3 nguồn điện một chiều dùng cho động cơ điện trợ lực là nguồn có công suất vô cùng lớn ( vì nó luôn luôn được máy phát nạp điện khi xe hoạt động ) và có điện áp không đổi thì mạch kích từ thường được mắc song song với mạch phản ứng lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập và sau đây là sơ đồ nối dây của động cơ : + Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song : + Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập : Vì đường đặc tính của động cơ là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm : Ta thường chọn hai điểm là điểm không tải lí tưởng và điểm định mức a - Đặc tính tự nhiên + Đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Điểm thứ nhất : (Iư = 0 ; w = w0 ) Trong đó : w0 = K – Hệ số cấu tạo của động cơ Trong đó : p =1 số đôi kích từ chính N = 2668 số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a =1 số đôi mạch nhánh song song của cuộn phần ứng fđm =0,3.10-2 Wb – từ thông định mức của một cực từ w0 = Vậy điểm thứ nhất : ( 0 ;172,62 ) Điểm thứ hai :( I = Iđm ; w = wđm ) Trong đó : wđm = Iđm =5 A Vậy điểm thứ hai là : ( 5 ; 143,45 ) + Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiếu kích từ độc lập : Điểm thứ nhất : (M = 0 ; w = w0 ) Theo trên vậy điểm thứ nhất là : ( 0 ; 172,62 ) Điểm thứ hai : ( M = Mđm ; w = wđm ) Trong đó : Mđm = b - Đặc tính nhân tạo Đặc tính biến trở : các dặc tính biến trở đều đi qua điểm không tải lí tưởng w0 . Chính vì vậy khi vẽ các đặc tính này ta chỉ cần xác định điểm thứ hai và thường chọn là điểm ứng với tải định mức : + Đối với đặc tính cơ điện nhân tạow ứng với Iđm + Đối với đặc tính cơ nhân tạo w ứng với Mđm Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta có : (TL3) Và từ phương trình đặc tính biến trở : (TL3) Từ đó ta lập được tỷ số : Trong đó Ru = 0,5(1-hđm ) = 0,5(1 –0,72 ) =6,16 W = 143,29 rad/s Theo TL3 khi w = 0 thì Iư = =Inm M = K.f.Iđm = Mnm Trong đó Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch Từ đó ta đi vẽ đồ thị của đường đặc tính : Đồ thị : Đặc tính cơ điện tự nhiên và đặc tính cơ điện nhân tạo Nhìn vào đồ thị ta thấy các đường đặc tính phù hợp với sự làm việc của hệ thống vì đồ thị của nó là đường tuyến tính Đồ thị : Đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Nhìn vào đồ thị ta thấy đường đặc tính này phù hợp với sự làm việc của hệ thống vì đồ thị của nó là đường tuyến tính Tính toán bộ truyền trục vít bánh vít Bộ truyền trục vít bánh vít dùng để truyền động giữa trục động cơ điện trợ lực và trục lái . Góc giữa hai trục thường là 900 .Do các trục cheo nhau như vậy nên trong truyền động trục vít xuất hiện vận tốc trượt vs hướng dọc theo ren trục vít . Trượt dọc răng làm tăng mất mát về ma sát làm giảm hiệu suất tăng nguy hiểm về dính và mòn . Vì vậy điểm này cần được chú trong quá trình truyền động trục vít Truyền động trục vít bao gồm các bứoc sau đây : + Chọn vật liệu + Xác định ứng suất cho phép + Tính thiết kế +Tính kiểm nghiệm + Quyết định lần cuối các kích thước và thông số bộ truyền + Kiểm nghiệm về nhiệt Chọn vật liệu Bánh vít thường được chế tạo từ các vật liệu có tính chống dính tốt và có khả năng giảm ma sát như : Đồng thanh thiếc kẽm chì ( chứa thiếc từ 3% - 6% ) Để chọn vật bánh vít ta có công thức : (TL2) Trong đó : - số vòng quay của trục vít T2 – momen xoắn trên trục bánh vít Khi vs 5 m/s dùng đồng thanh thiếc Khi vs < 5 m/s dùng đồng thanh không thiếc và đồng thau Khi vs <2 m/s dùng gang Trục vít được chế tạo bằng các loại thép cacbon chất lượng tốt và thếp hợp kim Theo công thức : Trong đó : P1- công suất trên trục vít đó chính là công suất của động cơ điện P = 0,75kW u- tỷ số truyền của truyền động trục vít u = 15 n1- số vòng quay của trục vít chính là số vòng quay của động cơ n1=1370 v/ph Do đó ta đi chọn vật liệu : Dùng đẻ chế tạo bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau Dùng để chế tạo trục vít là dung thép cacbon trung bình C45 Xác định ứng suất cho phép Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép đối với vật liệu bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau thì dạng hỏng dính là nguy hiểm hơn cả . Do đó ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định từ điều kiện chống dính + ứng suất tiếp xúc cho phép = ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kì = ( 0,75 - 0,9) Do trục vít được thấm cacbon hoặc tôi đạt độ rắn HRC 45 , mặt ren trục vít được mài và đánh bóng hệ số = 0,9 Tra bảng 7.1 (TL2) ta có : KHL- hệ số tuổi thọ KHL = NHE : số chu kì thay đổi ứng suất tương đương ta chọn NHE = 25.107 chu kì để tính KHl =0,668 Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép : +ứng suất uốn cho phép : Với bộ truyền quay hai chiều cho phép ứng với 106 chu kì mặt ren trục vít được mài và đánh bóng ta có : Hệ số tuổi thọ : Lấy NFE =25.107 chu kì +ứng suất cho phép khi quá tải : Để kiểm tra độ bền tĩnh tránh quá tải cần xác định ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải max và ứng suất uốn cho phép khi quá tải max max = 4. = 4.80 = 320 MPa max =0,8. =0,8.80 =160MPa ở đây được tra theo bảng 7 của TL2 3- Tính toán truyền động trục vít về độ bền a.Xác định thông số cơ bản của bộ truyền : - Khoảng cách trục aw : . Trong đó : Z2- số răng bánh vít - hệ số đương kính trục vít được quy chuẩn theo mođun tiêu chuẩn (bảng 7.3 – TL2) KH – hệ số tải trọng động - ứng suất tiếp xúc cho phép ; = 120 MPa chọn mối ren của trục vít là 1 chọn tỷ sồ truyền u =30 z2 =30 > zmin =26 – 28 để tránh hiện tượng cắt lẹm chân răng z2 <80 tránh gây biến dạng lớn của trục vít và kích thước quá lớn Dựa vào z1 đã chọn tra bảng được hiệu suất từ và T1 ta đi tính được T2 : Ta lại có : T2 = 5,158.0,75 =3,686Nm Trong đó : T1 momen xoắn trên trục vít T2 momen xoắn trên trục bánh vít Chọn sơ bộ KH =1,1 Chon sơ bộ ta chọn q= 8 Thay vào công thức tacó : = 39mm + Mođun dọc của trục vít được tính : lấy theo tiêu chuẩn ở bảng 7.3 –TL2 + Hệ số dịch chỉnh x :muốn đảm bảo được khoảng cách trục định trước cần tiến hành dịch chỉnh khi cắt bánh vít hệ số này đảm bảo Kiểm nghiệm bánh răng vít về độ bền tiếp xúc ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít của bộ truyền đã được thiết kế phải đảm bảo : Với Ta cần phải xác định chính xác ứng suát tiếp xúc cho phép theo vs , T2 ,KH và với n1 = 1370 v/ph Hiệu suất của bộ truyền trục vít : Với tra bảng 7.4 (TL2) ta có : =4 hệ số tải