Đề tài Thiết kế hệ thống lái có cường hoá cho xe du lịch

thừa nhận luật đi đường theo phía bên trái như ở Anh, Nhật, Thụy Điển… Theo số lượng bánh dẫn hướng chia ra hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước, ở hai cầu và ở tất cả các cầu. Theo kết cấu của cơ cấu lái chia ra loại trục vít loại liên hợp (gồm trục vít, êcu, thanh khía, quạt răng). Loại thanh răng … Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ cường hóa chia ra loại cường hóa thuỷ lực, loại cường hoá khí nén, loại cường hoá liên hợp (kết hợp cả thuỷ lực và điện). 1.1.3. Yêu cầu Dựa vào yêu cầu tối thiểu về sự an toàn của xe và hàng thì hệ thống lái phải có các yêu cầu sau: Đảm bảo tính năng vận hành cao của ôtô có nghĩa là khả năng quay vòng nhanh và ngặt trong một thời gian rất ngắn trên một diện tích rất bé. Lực tác động lên vành lái nhẹ, vành lái nằm ở vị trí tiện lợi đối với người lái. Đảm bảo được động học quay vòng đúng để các bánh xe không bị trượt lết khi quay vòng. Hệ thống trợ lực phải chính xác tính chất tuỳ động đảm bảo phối hợp chặt chẽ giữa sự tác động của hệ thống lái và sự quay vòng của bánh xe dẫn hướng. Đảm bảo quan hệ tuyến tính giữa góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẫn hướng. Cơ cấu lái phải được đặt ở phần được treo để kết cấu hệ thống treo trước không ảnh hưởng đến động học cơ cấu lái. Hệ thống lái phải bố trí sao cho thụân tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa. 1.2. Tỷ số truyền hệ thống lái 1.2.1. Tỷ số truyền cơ cấu lái ic Tỷ số truyền cơ cấu lái ic là tỷ số giữa góc quay các phần tử tương ứng của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng. (1 –1) wq : góc quay bánh lái wW : góc quay đòn quay đứng Hình 1.1 Quy luật thay đổi tỷ số truyền của cơ cấu lái ic thích hợp nhất. Tỷ số truyền ic có thể không đổi hoặc thay đổi. Cơ cấu lái với tỷ số truyền thay đổi trong giới hạn rộng được dùng trước hết trong hệ thống lái không có cường hóa. Trong trường hợp này nên dùng qui luật thay đổi tỷ số truyền như trên hình 1.1. Từ hình vẽ thấy rằng trong phạm vi góc quay q Ê p/2 thì tỷ số truyền của cơ cấu lái có giá trị cực đại điều này đảm bảo chính xác cao trong khi lái ôtô trên đường thẳng với tốc độ cao và làm nhẹ nhàng khi lái vì đa số thời gian lái là quay bánh lái một góc nhỏ quanh vị trí trung gian. Ngoài việc lái nhẹ ra, cơ cấu lái có tỷ số truyền thay đổi theo qui luật như thế sẽ làm giảm ảnh hưởng của những va đập từ bánh dẫn hướng lên người lái. Khi q > p/2 thì ic giảm rất nhanh ở hai phía rìa của đồ thị thì ic hầu như không thay đổi. ở đoạn này khi quay bánh lái một góc nhỏ thì có thể làm cho bánh dẫn hướng quay một góc lớn nghĩa là làm cho khả năng uốn lượn của ôtô tốt hơn. 1.2.2. Tỷ số truyền của dẫn động lái id Tỷ số truyền này phụ thuộc vào kích thước và quan hệ của các cánh tay đòn. Trong quá trình bánh xe dẫn hướng quay vòng giá trị của các cánh tay đòn sẽ thay đổi. Trong các kết cấu hiện nay id thay đổi không nhiều lắm. id = 0,9 á 1,2 1.2.3. Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái ig Là tỷ số của góc quay vành tay lái và góc quay của bánh xe dẫn hướng. Tỷ số truyền này bằng tích số giữa tỷ số truyền của cơ cấu lái ic và tỷ số truyền của dẫn động lái id. ig= ic. id (1 - 2) 1.2.4. Tỷ số truyền lực của hệ thống lái il Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng. (1 - 3) (1 - 4) Trong đó: Mc - mômen cản quay vòng của bánh xe. c - cánh tay đòn quay vòng tức là khoảng cách từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài. Ml - mômen lái đặt trên vành lái. r - bán kính vành tay lái. Như vậy ta có: (1 - 5) Bán kính vành tay lái ở da số ôtô hiện nay là 200 á 250mm và tỷ số truyền góc ig không vượt quá 25 vì vậy il không được lớn quá, il hiện nay chọn trong khoảng từ 10 á 30. 1.2.5. Hiệu suất thuận Hiệu suất thuận là hiệu suất tính theo lực truyền từ trên trục lái xuống. Hiệu suất thuận càng cao thì lái càng nhẹ. Khi thiết kế hệ thống lái yêu cầu phải hiệu suất thuận cao. 1.2.6. Hiệu suất nghịch Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực truyền từ đòn quay đứng lên trục lái. Nếu hiệu suất nghịch rất bé thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống chuyển động của ôtô sẽ không truyền đến bánh lái được vì chúng bị triệt tiêu bởi ma sát trong cơ cấu lái. Đây là một tính chất rất quí của cơ cấu lái. Nhưng không thể đưa hiệu suất nghịch xuống thấp quá vì khi đó bánh lái xẽ không tự trả lại được về vị trí ban đầu dưới tác dụng của mômen ổn định. Bởi vậy để đảm bảo khả năng tự trả bánh lái từ vị trí đã quay về vị trí ban đầu và để hạn chế các va đập từ đường tác dụng lên hệ thống lái trong một phạm vi nào đấy thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch nhất định. 1.3. Một số loại cơ cấu lái thường dùng Hiện nay cơ cấu lái thường dùng trên ôtô có những loại: trục vít cung răng, trục vít con lăn, trục vít chốt quay và loại liên hợp. 1.3.1 Cơ cấu lái trục vít con lăn Loại cơ cấu lái này hiện nay được sử dụng rộng rãi nhất. Trên phần lớn các ôtô Liên Xô loại có tải trọng bé và tải trọng trung bình đều đặt loại cơ cấu này. Trên hình 1.2 trình bày cơ cấu lái loại trục vít con lăn. Cơ cấu lái gồm trục vít Hình 1.2 Cơ cấu lái trục vít con lăn 11 21 31 gơbôlôit 1 ăn khớp với con lăn 2 (có ba ren) đặt trên các ổ bi kim của trục 3 của đòn quay đứng. Số lượng ren của loại cơ cấu lái trục vít con lăn có thể là một, hai hoặc ba tuỳ theo lực truyền qua cơ cấu lái. Ưu điểm: Nhờ trục vít có dạng glô-bô-it cho nên tuy chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mài mòn. Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc được phân tán tùy theo cỡ ôtô mà làm con lăn có hai đến bốn vòng ren. Mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay được ma sát trượt bằng ma sát lăn. Có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các bánh răng. Đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn D = 5 á 7mm, điều này cho phép triệt tiêu sự ăn mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh trong quá trình sử dụng. Tỷ số truyền cơ cấu lái trục vít con lăn xác định tại vị trí trung gian xác định theo công thức: (1 - 6) Trong đó: r2 - bán kính vòng tròn ban đầu của hình glô-bô-it của trục vít. t - bước của trục vít. z1 - số đường ren của truc vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5 á 7% nhưng sự tăng này không đáng kể coi như tỷ số truyền của loại trục vít con lăn là không thay đổi. Hiệu suất thuận hth = 0,65, hiệu suất nghịch hng = 0,5. 1.3.2 Cơ cấu lái trục vít chốt quay Cơ cấu lái loại này gồm hai loại: + Cơ cấu lái trục vít và một chốt quay. + Cơ cấu lái trục vít và hai chốt quay. Hình 1.3 Cơ cấu lái trục vít chốt quay Ưu điểm: Cơ cấu lái loại trục vít chốt quay có thể thay đổi tỷ số truyền theo yêu cầu cho trước. Tùy theo điều kiện cho trước khi chế tạo khi chế tạo trục vít ta có thể có loại cơ cấu lái chốt quay với tỷ số truyền không đổi, tăng hoặc giảm khi quay vành lái ra khỏi vị trí trung gian. Khi gắn chặt chốt hay ngỗng vào đòn quay giữa ngỗng và trục vít hay đòn quay và trục vít phát sinh ma sát trượt. Để tăng hiệu suất của cơ cấu lái và giảm độ mòn của trục vít và chốt quay thì chốt được đặt trong ổ bi. Nếu bước của trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: (1 - 7) Trong đó: W - góc quay của đòn quay đứng. r2 - bán kính đòn quay. Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu lái này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này được dùng trước hết ở hệ thống lái không có cường hoá nó được dùng chủ yếu cho ôtô tải và ôtô khách. Loại cơ cấu lái trục vít đòn quay với một chốt quay ngày càng ít được sử dụng vì áp suất riêng giữa chốt và trục vít lớn, chốt mòn nhanh, bản thân chốt có độ chịu mài mòn kém. Để điều chỉnh khe hở giữa chốt và trục vít bằng cách dịch chuyển trục quay đứng theo chiều trục, ngoài ra còn phải điều chỉnh khoảng hở của trục lái. 1.3.3 Cơ cấu lái trục vít cung răng Với tiết diện bên của mặt cắt ngang của mối răng trục vít và răng của cung răng là hình thang, trục vít và cung răng tiếp xúc nhau theo đường nên toàn bộ chiều dài của cung răng đều truyền tải trọng. Vì vậy áp suất riêng, ứng suất tiếp xúc, độ mòn của trục vít và cung răng đều giảm. Để đạt độ cứng vững tốt người ta đặt trục đòn quay trong ổ bi kim và tìm cách hạn chế độ võng của cung răng. Khe hở ăn khớp thay đổi từ 0,03mm (ở vị trí trung gian), 0,25 á 0,6mm ở vị trí hai bên rìa. Điều chỉnh khe hở ăn khớp nhờ thay đổi chiều dày của đệm đồng 2. Khắc phục khoảng hở trong các ổ, thanh lăn nhờ giảm bớt các đệm điều chỉnh 1 từ nắp trên của vỏ. Hình 1.4 Cơ cấu lái trục vít cung răng Ưu điểm: Cơ cấu lái trục vít cung răng có ưu điểm là giảm được trọng lượng và kích thước so với loại trục vít bánh răng. Do ăn khớp trên toàn bộ chiều dài của cung răng nên áp suất trên răng bé, giảm được ứng suất tiếp xúc và hao mòn. Tuy nhiên loại này có nhược điểm là có hiệu suất thấp. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít cung răng được xác định theo công thức: (1 - 8) Trong đó: r0 - bán kính vòng tròn cơ sở của cung răng. t - bước trục vít. Tỷ số truyền của cơ cấu lái loại này có giá trị không đổi. Hiệu suất thuận khoảng 0,5 còn hiệu suất nghịch khoảng 0,4. Cơ cấu lái loại này có thể dùng trên các loại ôtô khác nhau. 1.3.4. Cơ cấu lái loại liên hợp Loại cơ cấu lái này gần đây được sử dụng rộng rãi trên các loại ôtô tải GMC, không có cường hoá thuỷ lực và trên ôtô ZIN - 130, ZIN - 131 với cường hoá thuỷ lực. Cơ cấu lái loại liên hợp hay dùng nhất là loại trục vít - êcu - cung răng. Sự nối tiếp giữa trục vít và êcu bằng dãy bi nằm theo rãnh của trục vít. Nhờ có dãy bi mà trục vít ăn khớp với êcu theo kiểu ma sát lăn. Hình 1.5 Cơ cấu lái loại liên hợp Tỷ số truyền của cơ cấu lái này có giá trị hkông đổi và được xác định theo công thức: (1 - 9) Trong đó: r0 - bán kính ban đầu của cung răng. t - bước của trục vít. Hiệu suất thuận vào khoảng 0,7 hiệu suất nghịch vào khoảng 0,85. Do hiệu suất nghịch cơ cấu lái loại liên hợp lớn cho nên khi lái trên đường mấp mô sẽ nặng nhọc, nhưng nó có khả năng làm cho ôtô chạy ổn định ở hướng thẳng nếu vì một nguyên nhân nào đó làm bánh xe phải quay vòng. Cơ cấu lái loại liên hợp có đặc điểm nổi bật là có khả năng làm việc dự trữ rất lớn, vì vậy nó được dùng chủ yếu trên các loại ôtô cỡ lớn. 1.4. Cường hoá hệ thống lái 1.4.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại Công dụng Cường hoá của hệ thống lái có tác dụng làm giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, giảm mệt mỏi khi xe chạy trên đường dài. Ngoài ra cường hoá lái còn nhằm nâng cao an toàn chuyển động khi có sự cố lớn ở bánh xe (nổ lốp, hết khí nén trong lốp…) và giảm va đập truyền từ bánh xe lên vành lái. Yêu cầu Cường hoá hệ thống lái phải thoả mãn các yêu cầu sau: Khi bộ cường hoá hỏng thì hệ thống lái vẫn phải làm việc được tuy nhiên lái nặng hơn. Chỉ gài bộ cường hoá khi lực cản quay vòng lớn, khi lực cản quay vòng bé hệ thống lái làm việc như bình thường, tức là lúc ấy lực đặt lên vành lái đối với ôtô du lịch P1= 10 á 20N, đối với ôtô tải P1= 30 á 40N. Bộ cường hoá phải giữ cho người lái có cảm giác sức cản trên mặt đường khi quay vòng, thời gian tổn hao để cường hoá phải là tối thiểu và phải đảm bảo tỷ lệ giữa lực tác dụng, góc quay trục vô lăng và góc quay bánh dẫn hướng. Hệ thống lái có cường hoá phải đảm bảo cho người lái giữ được hướng chuyển động khi bánh xe đột ngột có sự cố( rơi vào hố sâu, nổ lốp, hết khí nén trong lốp…) Phân loại Các loại cường hoá hệ thống lái hiện nay là: Cường hoá hệ thống lái bằng khí nén. Cường hoá hệ thống lái bằng thuỷ lực. Cường hoá hệ thống lái bằng cơ khí và bằng điện (hiện nay ít được sử dụng). 1.4.2. Phân tích một số loại cường hoá hệ thống lái Hệ thống cường hoá bằng khí nén Loại hệ thống cường hoá này dùng lực khí nén để tạo ra lực cường hoá. Loại này hiện nay trong nghành thiết kế va tính toán ôtô không còn dùng nữa. Hệ thống cường hoá bằng thuỷ lực Cường hoá lái loại thuỷ lực hiện nay được dùng nhiều trên các ôtô hiện đại vì nó có những ưu điểm hơn so với hệ thống lái cường hoá khí nén: áp suất chất lỏng của hệ thống thuỷ lực lớn p = 6 á 10 MN/cm2 nên giảm được kích thước và trọng lượng xilanh lực, không ồn khi làm việc. Tác dụng của bộ cường hoá nhanh, thời gian chậm tác dụng của bộ cường hóa không quá 0,02 á 0,045 (s). Nhờ vậy đảm bảo tính năng làm việc tức thời của bộ cường hoá. Giảm được va đập trong truyền dẫn thuỷ lực do mặt đường không bằng phẳng tác dụng lên vành lái. Hiệu suất làm việc của bộ cường hoá thuỷ lực cao. Hệ thống lái cường hoá thuỷ lực có bộ ăcqui áp suất Nguyên lý làm việc: Thùng chứa dầu 8 luôn thông với bơm dầu 9 qua van nghịch đảo 10 sẽ tạo ra trên đường ống 5 một áp suất qui định. áp suất này được giữ bởi ắcqui thuỷ lực 6. Khi ôtô chuyển động thẳng, mặt đường bằng, sức cản chuyển động nhỏ lực đặt lên vành tay lái bé không quá 2,5KG và khi đó vành tay lái chỉ cần dao động nhỏ quanh vị trí giữa nó làm cho con trượt 12 nằm ở vị trí trung gian và đóng hết các cửa dầu từ đường ống 5 vào trong van phân phối do vậy áp suất chất lỏng ở hai phía của xilanh lực là cân bằng nhau. Lúc đó coi như bộ cường hoá không làm việc. Hình 1.6 Sơ đồ cường hoá hệ thống lái thuỷ lực có bộ ắcquy áp suất Xilanh lực. Thanh kéo dọc. Bánh xe dẫn hướng. 4,5,7,13,14 - ống dẫn dầu. 6- Bộ ắcqui áp suất. 8- Thùng chứa dầu. 9- Bơm dầu. 10 - Van nghịch đảo. 11- Vành tay lái. 12 - Con trượt. Sơ đồ nguyên lý: Khi quay vành lái 11 sang trái, con trượt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi xuống vừa mở cửa khoang B cho dầu từ bơm dầu 9 đi vào vừa đóng cửa thông khoang B với ống dẫn 4, mở cửa thông khoang A với bìng chứa 8. Dưới áp suất lớn, dầu từ ống dẫn 5 đi vào trong khoang B đẩy cần piston sinh lực về bên trái, dầu ở buồng bên trái xilanh sinh lực qua ống dẫn 14 và 7 trở về thùng chứa. Nhờ vậy bánh xe sẽ quay về bên trái đồng thời kéo thanh kéo 2 (2 làm nhiệm vụ liên hệ ngược) làm dịch chuyển vỏ cơ cấu phân phối về vị trí ban đầu so với con trượt do đó làm dầu ngừng chảy vào xilanh lực 1, muốn quay bánh xe dẫn hướng một góc lớn hơn cần tiếp tục quay vành lái 11. Khi quay vành lái 11 sang phải, con trượt 12 của cơ cấu phân phối sẽ đi lên làm, mở cửa khoang A thông với bơm dầu, đóng cửa thông khoang A với đường dẫn dầu 7, mở cửa thông khoang A với đường dẫn dầu 4. Dưới áp suất lớn, dầu từ bơm 9 đi vào trong khoang A (van phân phối) đến khoang A (xilanh lực) đẩy cần piston xilanh lực đi sang phải, do đó bánh xe dẫn hướng 3 sẽ quay về bên phải. Dầu bên trái xilanh lực theo ống dẫn 13 và 4 trở về bình chứa 8. Hệ thống cường hoá lái thuỷ lực không có bộ ăcqui áp suất Sơ đồ nguyên lý: Xilanh lực. Thanh kéo dọc. Bánh xe dẫn hướng. Con trượt. Bơm dầu. Van đĩa. Loxo định tâm. Vành tay lái. Đường dầu hồi. 10,11- Đường dầu. Hình 1.7 Sơ đồ cường hoá hệ thống lái thuỷ lực không có bộ ắcquy áp suất Trong trường hợp này phần giữa của trụ phân phối 4 được giữ ở vị trí trung gian nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất lỏng. ở bộ phận phân phối thường đặt loxo 15 cường hoá chỉ bắt đầu làm việc khi nào lực tác dụng lên vành tay lái 8 đủ thắng lực loxo 15. Khi tăng lực cản do quay vòng thì lực tác dụng lên bánh lái sẽ không thay đổi. Để đảm bảo sự nhạy cảm đối với mặt đường trong kết cấu có đặt van đĩa 6 và buồng phản ứng nằm ngay sau van. Khi dịch chuyển trụ phân phối 4 về phía này hoặc về phía khác tương đối với vỏ thì trụ phân phối phải thắng được lực loxo 7 và áp lực của chất lỏng ở buồng phản ứng nằm sau van đĩa số 6. Nguyên lý làm việc: Khi đi thẳng con trượt ở vị trí trung gian nhờ sự tuần hoàn tự do của dòng chất lỏng do vậy chất lỏng ở các khoang a và b thông nhau. Dầu từ bơm dầu 5 đi vào trong khoang a và b. Một đường dầu đi theo đường dầu 10, 11 đến các khoang A, B, áp suất trong cáckhoang và các đường ống dẫn bằng nhau do đó hệ thống không được cường hoá. Khi quay vòng sang phải con trượt 4 đi xuống, ở khoang a đường dầu nạp được mở, đường dầu hồi thì đóng lại. Còn trong khoang b thì đường ống nạp đóng lại, đường dầu hồi được mở ra. Khi đó dầu từ bơm dầu 5 đi khoang a theo 10 đến buồng A của xilanh sinh lực làm piston dịch chuyển sang phải, thông qua cơ cấu hình thang lái làm cho bánh xe dẫn hướng phía bên phải quay về phía bên phải. Piston đẩy dầu từ buồng B của cơ cấu xialnh sinh lực đi vào 11 vào khoang b trở về bơm dầu 5. Khi dừng đánh tay lái, con trượt 4 đứng yên nhưng khi đó dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng A, kéo bánh xe dẫn hướng 3 tiếp tục đi sang phải, thông qua đòn liên kết 2 làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi xuống, con trượt trở về vị trí trung gian kết thúc quá trình cường hoá. Đây là nguyên lý tuỳ động của hệ thống cường hoá. Khi quay vòng sang trái, con trượt 4 đi lên, ở khoang a đường dầu ống nạp đóng lại còn đường dầu hồi được mở ra. Trong khoang b đường dầu nạp được mở ra còn đường dầu hồi được đóng lại. Dầu tờ bơm 5 đi vào khoang b theo 11 đi vào khoang B của xilanh sinh lực làm cho piston dịch chuyển sang trái đẩy bánh xe dẫn hướng 3 quay về bên trái, đồng thời thông qua hẹ thống hình thang lái sẽ kéo bánh xe bên phải quay về phía bên trái. Piston đẩy dàu từ khoang A theo 10 trở về khoang a theo đường dầu hồi trở về bơm 5. Khi dừng đánh tay lái, con trượt 4 đứng yên nhưng khi đó dầu vẫn tiếp tục đi vào buồng b, kéo bánh xe dẫn hướng 3 tiếp tục đi sang trái, thông qua đòn liên kết 2 làm cho vỏ cơ cấu phân phối đi lên, con trượt sẽ trở về vị trí trung gian kết thúc quá trình cường hoá. 1.5. Tính ổn định của bánh xe dẫn hướng Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được hiểu là khả năng của chúng giữ được vị trí ban đầu ứng với vị trí khi xe chuyển động thẳng và tự quay trở về vị trí này sau khi bị lệch. Nhờ có tính ổn định mà khả năng dao động của các bánh xe dẫn hướng và tải trọng tác dụng lên hệ thống lái giảm đi đáng kể. Tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng được duy trì dưới tác dụng của các thành phần phản lực: thẳng đứng, bên và tiếp tuyến tác dụng lên chúng khi xe chuyển động. Để có được các lực như vậy là do các yếu tố kết cấu và cụ thể là do các yếu tố sau đây: Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay. Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay. Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang. 1.5.1. Độ nghiêng ngang của trụ đứng cam quay Khi trụ đứng được đặt nghiêng ngang thì phản lực thẳng đứng của đất tác dụng lên trục trước sẽ được sử dụng để đảm bảo tính ổn định của các bánh xe dẫn hướng, bởi vì trên mặt đường cứng khi các bánh xe dẫn hướng bị lệch khỏi vị trí trung gian của chúng thì trục trước của bánh xe sẽ được nâng lên. Sơ đồ của bánh xe dẫn hướng có trụ quay đứng đặt nghiêng ngang một góc b được biểu thị trên hình 1.9. Nếu xem như bánh xe không có góc doãng thì ta có thể phân phản lực thẳng đứng của đất Zb làm hai thành phần: Zb.cosb song song với đường tâm trụ quay đứng và Zb.sinb vuông góc với nó. Trên hình 1.8 biểu thị các lực tác dụng lên bánh xe trong mặt phẳng đứng. Giả sử rằng bánh xe được quay đi một góc a, khi đó lực Zb.sinb có thể chia thành hai lực thành phần: Zb.sinb.cosa tác dụng trong mặt phẳng đi qua đường tâm của cam quay và Zb.sinb.sina tác dụng trong mặt phẳng giữa của bánh xe. Zb b Zb.sinb Zb.cosb Hình 1.9 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng ngang của xe. Hình 1.8 Sơ đồ phân tích phản lực của đường tạo nên mômen ổn định. Zb.sinb.cosa Zb.sinb Zb.sinb.sina l a Từ đó ta tìm được mômen ổn định tạo nên bởi tác động của phản lực thẳng đứng của đất lên bánh xe và độ nghiêng bên của trụ đứng: (1 - 10) Như trên hình vẽ, l là khoảng cách từ tâm bề mặt tựa của bánh xe tới tâm của trụ đứng. Khi góc quay của bánh xe dẫn hướng nhỏ, MZb không lớn, ảnh hưởng của nó tới tính ổn định không lớn, mômen này có ý nghĩa chủ yếu làm cho các bánh xe dẫn hướng tự động quay về vị trí trung gian sau khi thực hiện quay vòng. Khi quay vòng MZb sẽ chống lại sự quay vòng, vì vậy cần phải tăng thêm lực tác động lên vành lái. Mặt khác nhờ độ nghiêng ngang của trụ đứng mà mômen phản lực tiếp tuyến của đất tác dụng lên bánh xe sẽ giảm xuống, vì cánh tay đòn của nó được giảm đi. Trị số của góc nghiêng ngang của trụ đứng ở các ôtô hiện nay thường dao động trong giới hạn từ 00 đến 80. Góc thiết kế là b = 60. 1.5.2. Độ nghiêng dọc của trụ đứng cam quay Ngoài góc nghiêng ngang trụ đứng còn được đặt nghiêng về phía sau so với chiều chuyển động tiến của xe. Dưới tác động của lực ly tâm khi xe tiến vào đường vòng, lực gió bên hoặc thành phần bên của trọng lực khi xe chạy trên mặt đường nghiêng ở khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sẽ xuất hiện các phản lực bên Yb. Hình 1.10 Góc nghiêng của trục quay đứng trong mặt phẳng dọc của xe. Khi trụ quay đứng đặt nghiêng về phía sau một góc g so với chiều tiến của xe thì phản lực bên Yb của đường sẽ sạo với tâm tiếp xúc 0 một mômen ổn định: (1 - 11) Mômen này có xu hướng làm quay bánh xe trở về vị trí trung gian ban đầu khi nó bị lệch khỏi vị trí này. Do nên mômen ổn định có thể viết dưới dạng sau: (1 - 12) Khi quay vòng người lái phải tạo ra một lực để khắc phục mômen này, vì vậy góc g thường không lớn. Trị số của góc g đối với ôtô hiện nay là khoảng từ 00 đến 30. Góc g trên xe thiết kế là 20. 1.5.3. Độ đàn hồi của lốp theo hướng ngang Đối với các bánh xe lắp lốp đàn hồi, dưới tác động của các phản lực bên, bánh xe sẽ bị lệch bên và vết tiếp xúc của lốp với mặt đường sẽ bị lệch so với mặt phẳng giữa của bánh xe một góc d. Hình 1.11 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác động của lực bên. Phần trước của vết tiếp xúc, lốp chịu biến dạng không lớn và độ biến dạng này tăng dần cho tới mép sau cùng của vết. Các phản lực riêng phần bên được phân bố tương ứng với khoảng biến dạng nói trên. Biểu đồ phân bố các phản lực riêng phần theo chiều dài của vết có dạng hình tam giác, do đó điểm đặt 01 của hợp lực sẽ lùi về phía sau so với tâm tiếp xúc 0 của vết và nằm ở khoảng cách chừng một phần ba chiều dài của vết tính từ mép sau cùng của nó. Như vậy, do độ đàn hồi bên của lốp, mômen ổn định được tạo nên ở bánh xe là: (1 - 13) Trong đó: S là khoảng cách 0 – 01. Mômen này sẽ tăng lên cùng với sự tăng độ đàn hồi bên của lốp. Vì vậy với những lốp có độ đàn hồi lớn ta có thể giảm bớt góc nghiêng dọc của trụ đứng. Tác dụng ổn định của góc nghiêng ngang của trụ đứng lớn hơn nhiều làn tác dụng ổn định của góc nghiêng dọc trụ đứng. Sự ổn định do góc nghiêng ngang 10 tạo ra cũng bằng góc nghiêng dọc 5 á 6 0. 1.6. Các góc đặt bánh xe dẫn hướng Hình 1.12 Sơ đồ xác định góc doãng của bánh xe dẫn hướng. Bản thân các bánh xe dẫn hướng của ôtô cũng có những góc đặt gọi là góc doãng và góc chụm. Góc doãng Trên hình 1.12 biểu thị góc doãng của bánh xe dẫn hướng trước. Góc nàycó công dụng sau: Ngăn ngừa khả năng bánh xe bị nghiêng theo theo chiều ngược lại dưới tác động của trọng lượng xe do các khe hở và sự biến dạng trong các chi tiết của trục trước và hệ thống treo trước. Tạo nên thành phần lực chiều trục từ trọng lực xe chống lại lực Zb.sinb.cosa do góc nghiêng trụ đứng tạo ra. Làm giảm cánh tay đòn C của phản lực tiếp tuyến đối với trục trụ đứng, để làm giảm tải trọng tác dụng lên dẫn động lái và giảm lực lên vành tay lái. Khi bánh xe bị đặt nghiêng, nó có xu hướng lăn theo một cung tròn với tâm quay là giao điểm của đường tâm bánh xe và mặt đường. Điều này dẫn đến làm nảy sinh ở vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường phản lực bên hướng về phía nghiêng của bánh xe. Như vậy lực cản lăn đối với bánh xe nghiêng và độ mài mòn lốp sẽ tăng lên. 1.6.2. Góc chụm Ngoài góc doãng, các bánh xe dẫn hướng thường có góc chụm trong mặt phẳng ngang. Góc chụm gc là góc được tạo nên bởi hình chiếu lên mặt phẳng lên mặt phẳng ngang của đường kính hai bánh dẫn hướng. Độ chụm cũng được đặc trưng Hình 1.13 Góc chụm (độ chụm) của các bánh xe dẫn hướng phía trước. bằng hiệu số của hai khoảng cách A và B, đo được giữa các mép trong của lốp trong mặt phẳng ngang đi qua tâm của hai bánh xe khi chúng nằm ở vị trí trung gian. Góc chụm có công dụng sau: Ngăn ngừa khả năng gây ra độ chụm âm do tác động của lực cản lăn khi xuất hiện những khe hở và đàn hồi trong hệ thống trục trước và dẫn động lái. Làm giảm ứng suất trong vùng xúc của bánh xe với mặt đường do góc doãng của bánh xe dẫn hướng gây nên . ứng suất nhỏ nhất trong vùng tiếp xúc đạt khi góc chụm bằng 0,15 á 0,2 góc doãng. Tóm lại ôtô có độ ổn định tốt là các bánh xe dẫn hướng phải tự động giữ được chuyển động thẳng theo hướng đã cho mà không tiêu hao lực người lái và các bánh xe dẫn hướng phải tự quay về vị trí trung gian khi chúng bị lệch khỏi vị trí này do độ nhấp nhô của mặt đường gây nên. Kết cấu của các góc đặt của trụ đứng và các xe dẫn hướng cần được đảm bảo nghiêng ngặt, nếu không sẽ làm xấu tính năng ổn định của xe và làm tăng độ mòn của lốp. 1.7. Quan hệ động học của góc quay trong và ngoài bánh xe dẫn hướng. Để thực hiện quay vòng ôtô người ta có thể quay vòng các bánh xe dẫn hướng phía trước hoặc quay vòng đồng thời cả các bánh xe dẫn hướng phía trước và phía sau, tuy nhiên biện pháp quay vòng hai