Đồ án Tốt nghiệp- Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200

LỜI NÓI ĐẦU Kể từ khi ra đời đến nay ngành cơ khí động lực không ngừng phát triển và đạt được thành tựu to lớn. Ngày nay với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ôtô đã chế tạo ra nhiều loại ôtô với hệ thống lái có tính năng kỹ thuật rất cao để đảm bảo vấn đề an toàn và tính cơ động của ôtô. Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được nhận đề tài ”Khảo sát và tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200”. Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và hệ thống lái của ôtô Land Cruiser nói riêng; từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn. Tập đồ án này trang bị cho người sử dụng, vận hành ôtô có những kiến thức cơ bản về hệ thống lái trên ôtô. Trong quá trình làm việc của hệ thống lái không thể tránh khỏi những hư hỏng hao mòn các chi tiết. Vì vậy đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng, sửa chữa. Được sự hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo Phan Minh Đức, cùng với sự nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ của đề tài này. Vì thời gian và kiến thức có hạn nên trong tập đồ án này không thể tránh khỏi những sai sót nhất định. Vì vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn đóng góp ý kiến để đề tài của em được hoàn thiện hơn. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Phan Minh Đức. Qua đây em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, cô giáo trong bộ môn đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý bấu trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp. Đà nẵng, ngày 18 tháng 5 năm 2009. Sinh viên thực hiện. Trần Bảo Cường MỤC LỤC Trang 1. Mục đích ý nghĩa đề tài 4 2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER 4 2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200 6 2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200 8 3. Lý thuyết chung về hệ thống lái 8 3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 8 3.1.1. Công dụng 8 3.1.2. Phân loại 8 3.1.3. Yêu cầu 9 3.2. Các sơ đò hệ thống lái 10 3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 10 3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 10 3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 11 3.3.1. Vô lăng 11 3.3.2. Trục lái 11 3.3.3. Cơ cấu lái 11 3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản 11 3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng 14 3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng 14 3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn 16 3.3.4.3. Trục vít - chốt quay 17 3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng 18 3.3.4.5. Loại liên hợp trục vít - êcu bi - thanh răng - cung răng 19 3.3.5. Dẫn động lái 21 3.3.6. Hình thang lái 21 3.3.7. Hình học lái 22 3.3.7.1. Góc doãng 22 3.3.7.2. Góc nghiêng dọc của trụ xoay đứng 24 3.3.7.3. Góc nghiêng ngang của trụ xoay đứng 25 3.3.7.4. Độ chụm đầu 25 3.4. Cường hoá lái 26 3.4.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 26 3.4.1.1. Công dụng 26 3.4.1.2. Phân loại 26 3.4.1.2. Yêu cầu 27 3.4.2. Các thông số đánh giá 27 3.4.3. Các sơ đồ bố trí 28 3.5. Liên hệ giữa hệ thống lái và hệ thống treo 30 4. Hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 32 4.1. Giới thiệu tổng quát về hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 32 4.2. Các thông số kỹ thuật chính của các chi tiết của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 33 4.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 34 4.3.1. Vành tay lái 34 4.3.2. Trục lái và trục các đăng của hệ thống lái LAND CRUISER 200 35 4.3.3. Cơ cấu lái 36 4.3.4. dẫn động lái 41 4.3.5. Bơm trợ lực lái 41 5. Tính toán kiểm tra hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42 5.1. Các thông số chính của hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 42 5.2. Xác định mômen cản quay vòng của các bánh xe dẫn hướng 43 5.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên vô lăng 46 5.4. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái 46 5.4.1. Tính toán kiểm nghiệm bền dẫn động lái khi ô tô quay vòng tại chỗ 46 5.4.1.1. Tính bền đòn quay đứng 47 5.4.1.2. Tính bền thanh kéo bên 48 5.4.2. Tính toán kiểm nghiệm dẫn động lái khi phanh với cường độ cao 49 5.5. Tính toán kiểm tra hình thang lái 50 5.5.1. Cơ sở lý thuyết 50 5.5.2. Tính toán kiểm tra động học quay vòng 51 6. Chẩn đoán những hư hỏng của hệ thống lái ôtô LAND CRUISER 200 và biện pháp khắc phục 56 6.1. Độ rơ vành tay lái tăng 57 6.2. Lực trên vành tay lái gia tăng hay không đều 57 6.3. Áp suất của cường hóa lái thủy lực hệ thống lái không ổn định 57 7. Bảo dưỡng sửa chữa hệ thống lái ô tô LAND CRUISER 200 59 7.1. Bảo dưỡng kỹ thuật hệ thống lái 59 7.1. Sữa chữa các chi tiết trong hệ thống lái 59 8. Kết luận 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 1. Mục đích ý nghĩa đề tài Để đảm bảo an toàn khi ôtô chuyển động trên đường, người vận hành phải có kinh nghiệm xử lí và thành thạo các thao tác điều khiển. Mặt khác, để thuận tiện cho người vận hành thực hiện các thao tác đó, đòi hỏi ôtô phải đảm bảo tính năng an toàn cao. Mà hệ thống lái là một bộ phận quan trọng đảm bảo tính năng đó. Việc quay vòng hay chuyển hướng của ôtô khi gặp các chướng ngại vật trên đường đòi hỏi hệ thống lái làm việc thật chuẩn xác. Chất lượng của hệ thống lái phụ thuộc rất nhiều vào công tác bảo dưỡng sửa chữa. Muốn làm tốt việc đó thì người cán bộ kỹ thuật cần phải nắm vững kết cấu và nguyên lí làm việc của các bộ phận của hệ thống lái. Đề tài: Khảo sát và kiểm nghiệm hệ thống lái ôtô LAND CRUISER mong muốn đáp ứng một phần nào mục đích đó. Nội dung của đề tài đề cập đến các vấn đề sau: - Khảo sát hệ thống lái. - Tính toán kiểm tra. - Bảo dưỡng sửa chữa. Các nội dung trên được trình bày theo các mục, nhằm mục đích nghiên cứu kết cấu và nguyên lí làm việc cũng như công dụng, phân loại, yêu cầu chung của các chi tiết cũng như từng cụm chi tiết. Sự ảnh hưởng của các chi tiết hay từng cụm chi tiết đến quá trình làm việc cũng như các thông số kỹ thuật, để đảm bảo cho ôtô vận hành an toàn trên đường. Ngoài ra đề tài này còn đề cập đến vấn đề bảo dưỡng sửa chữa một số hiện tượng hư hỏng thường xuyên xảy ra của hệ thống lái. Đề tài này còn có thể giúp các cơ sở hình thành các tài liệu giảng dạy, đào tạo nghề và giúp cho bạn đọc hiểu biết thêm về hệ thống lái của ôtô. Đặc biệt là ô tô LAND CRUISER. 2. Giới thiệu ô tô LAND CRUISER Ô tô Land Cruiser là loại xe được sản xuất tại Nhật Bản vào năm 1951 và xuất hiện tại Việt Nam lần đầu tiên vào năm 2000. Suốt hơn 50 năm thống lĩnh trên khắp mọi địa hình, Land Cruiser danh tiếng đã trở thành một phương tiện thiết yếu cho khát khao chinh phục những vùng đất hiểm trở nhất. Danh tiếng toàn cầu với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối, Land Cruiser khẳng định những giá trị truyền thống dựa trên nền tảng mới của thiết kế và công nghệ một cách thiết phục. Cấu trúc thân xe cực kỳ chắc chắn cùng động cơ mạnh mẽ vượt trội mang đến khả năng vận hành ưu việt. Dù trên đường cao tốc hay địa hình hiểm trở, với các tính năng an toàn hàng đầu, Land Cruiser đem lại cho chủ nhân sự an tâm và hài lòng tuyệt đối. Ấn tượng và thuyết phục, Land Cruiser luôn là sự lựa chọn tối ưu cho những ai thực sự am hiểu dòng xe hai cầu đích thực. Hình dáng tổng thể của ô tô Land Cruiser 200 được thể hiện trên hình 2.1.

Hình 2-1 Hình dáng tổng thể ô tô LAND CRUISER 200 2.1. Các thông số kỹ thuật chính của ôtô LAND CRUISER 200 Dưới đây là các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200. Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật chính của ô tô LAND CRUISER 200 SST  Tên thông số  Đơn vị  Kích thước và chú thích        1  Kích thước bao  Dài  mm  4950     Rộng  mm  1970     Cao  mm  1905   2  Chiều dài tổng thể tính đến bánh dự phòng  mm  5250   3  Chiều dài cơ sở  mm  2850    Chiều rộng cơ sở  Trước/sau  mm  1640/1635   4  Kích thước nội thất  Dài  mm  2715     Rộng  mm  1640     Cao  mm  1200   5  Khoảng sáng gầm xe  mm  225   6  Bán kính quay vòng tối thiểu  m  5,9   7  Trọng lượng không tải  KG  2675   8  Trọng lượng toàn tải  KG  3300   9  Kiểu động cơ   4,7 lít, 2UZ-FE, V8, 32 van, DOHC, VVT-i   10  Loại động cơ   xăng   11  Dung tích công tác  cc  4664   12  Công suất cực đại/số vòng quay  HP/rpm  271/5400   13  Mô men xoắn cực đại/số vòng quay  KG.m/rpm  41,8/3400   14  Tối độ cực đại  Km/h  200   15  Hộp số   5 số tự động   16  Tiêu chuẩn khí thải   Euro Step 3   17  Công thức bánh xe   4x4 (có thể cắt cầu sau)   18  Hệ thống treo  Trước   Độc lập với đoàn kép, lò xo cuộn và thanh cân bằng           Sau   Phụ thuộc, loại 4 điểm, lo xo       cuộn và tay đòn bên   19  Hệ thống phanh  Trước/Sau   Đĩa thông gió 17"   20  Dung tích bình nhiên liệu  lít  93+45   21  Lốp xe   285/65 R17   22  Vành mâm xe   Mâm đúc   23  Kính chiếu hậu ngoài chỉnh điện   Có   24  Hệ thống kiểm soát hành trình   Có   25  Hệ thống âm thanh   AM/FM, cassette, CD 6 đĩa, 6 loa        26  Hệ thống điều hòa  Loại   Tự động, điều chỉnh 2 vùng độc lập     Bộ lọc khí   Có   27  Ghế  Trượt và ngả   Hàng 1 và 2     Điều chỉnh độ cao   Ghế người lái + Hành khách trước     Đệm lưng   Chỉnh điện (ghế người lái)   28  Số chỗ ngồi (kể cả người lái)   7   29  Hệ thống mở khóa thông minh   Có   30  Khóa cửa từ xa   Có   31  Hệ thống khởi động bằng nút bấm   Có   32  Hệ thống chống trộm   Hệ thống mã hóa khóa động cơ + chuông báo động        33  Ăng ten   In trên kính   34  Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)   Có   35  Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD)   Có        36  Hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA)   Có   37  Túi khí trước   Có (người lái và hành khách phía trước)        38  Túi khí bên hông   Có (người lái và hành khách phía trước)        39  Túi Khí rèm hai bên cửa sổ   Có   40  Hệ thống chống tự động ngắt nhiên liệu   Có        2.2. Khái quát hệ thống lái trên ô tô LAND CRUISER 200 Hệ thống lái trên ô tô Land Cruiser 200 là hệ thống lái có trợ lực lái kiểu bánh răng thanh răng nên giúp giảm nhẹ lao động cho người lái và tăng tính an toàn lao động. Dẫn động hệ thống lái thông qua trục lái, khớp các đăng và các khâu khớp trong hình thang lái, cơ cấu lái và bơm trợ lực lái được bố trí riêng, cơ cấu lái được bắt chặt vào khung xe và nối với trục lái bằng khớp các đăng. Tay lái có thể điều chỉnh theo 4 hướng: gật gù và xa gần làm tăng sự thỏa mái cho người lái. Tỷ số truyền của cơ cấu lái iω = 16,5. Bơm dầu trợ lực lái là loại bơm cánh gạt tác dụng kép, số cánh gạt là 10 cánh, trên thân bơm có bố trí van an toàn. 3. Lý thuyết chung về hệ thống lái 3.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 3.1.1. Công dụng Hệ thống lái là tập hợp các cơ cấu dùng để giữ cho ôtô máy kéo chuyển động theo một hướng xác định nào đó và để thay đổi hướng chuyển động khi cần thiết theo yêu cầu cơ động của xe. Hệ thống lái bao gồm các bộ phận chính sau: - Vô lăng, trục lái và cơ cấu lái: dùng để tăng và truyền mômen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái. - Dẫn động lái: dùng để truyền chuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và để đảm bảo động học quay vòng cần thiết của chúng. - Cường hóa lái: Thường sử dụng trên các xe tải trọng lớn và vừa. Nó dùng để giảm nhẹ lực quay vòng cho người lái bằng nguồn năng lượng bên ngoài. Trên các xe cỡ nhỏ có thể không có. 3.1.2. Phân loại -Theo vị trí bố trí vô lăng, chia ra: + Vô lăng bố trí bên trái (tính theo chiều chuyển động) dùng cho những nước xã hội chủ nghĩa trước đây, Pháp, Mỹ,... + Vô lăng bố trí bên phải: dùng cho các nước thừa nhận luật đi đường bên trái như: Anh, Thuỵ Điển ... Sở dĩ được bố trí như vậy là để đảm bảo tầm quan sát của người lái, đặt biệt là khi vượt xe. -Theo kết cấu cơ cấu lái, chia ra: + Trục vít - Cung răng; + Trục vít - Chốt quay; + Trục vít - Con lăn; + Bánh răng - Thanh răng; + Thanh răng liên hợp (Trục vít - Liên hợp êcu bi - Thanh răng - Cung răng). - Theo số lượng bánh xe chuyển hướng, chia ra: + Các bánh xe dẫn hướng nằm ở cả hai cầu; + Các bánh xe dẫn hướng ở tất cả các cầu; - Theo kết cấu và nguyên lí làm việc của bộ cường hoá lái, chia ra: + Cường hoá thuỷ lực; + Cường hoá khí (khi nén hoặc chân không); + Cường hoá điện; + Cường hoá cơ khí; + Ngoài ra còn có thể phân loại theo: Số lượng các bánh xe dẫn hướng (các bánh dẫn hướng chỉ ở cầu trước, ở cả hai cầu hay tất cả các cầu), theo sơ đồ bố trí cường hóa lái. 3.1.3. Yêu cầu Hệ thống lái phải đảm bảo những yêu cầu chính sau: - Đảm bảo chuyển động thẳng ổn định: + Để đảm bảo yêu cầu này thì hành trình tự do của vô lăng tức là khe hở trong hệ thống lái khi vô lăng ở vị trí trung gian tương ứng với chuyển động thẳng phải nhỏ (không lớn hơn 150 khi có trợ lực và không lớn hơn 50 khi không có trợ lực). + Các bánh dẫn hướng phải có tính ổn định tốt. + Không có hiện tượng tự dao động các bánh dẫn hướng trong mọi điều kiện làm việc và mọi chế độ chuyển động. - Đảm bảo tính cơ động cao: tức xe có thể quay vòng thật ngoặt trong một khoảng thời gian rất ngắn trên một diện tích thật bé. - Đảm bảo động học quay vòng đúng: để các bánh xe không bị trượt lê gây mòn lốp, tiêu hao công suất vô ích và giảm tính ổn định của xe. - Giảm được các va đập từ đường lên vô lăng khi chạy trên đường xấu hoặc chướng ngại vật. - Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện lực điều khiển lớn nhất cần tác dụng lên vô lăng (Plmax) được qui định theo tiêu chuẩn quốc gia hay tiêu chuẩn ngành: + Đối với xe du lịch và tải trọng nhỏ: Plvmax không được lớn hơn 150 ( 200 N; + Đối với xe tải và khách không được lớn hơn 500 N. + Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên vô lăng và mô men quay các bánh xe dẫn hướng (để đảm bảo cảm giác đường) cũng như sự tương ứng động học giữa góc quay của vô lăng và của bánh xe dẫn hướng. 3.2. Các sơ đò hệ thống lái 3.2.1. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc
Hình 3-1 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo phụ thuộc 1- Vô lăng; 2- Trục lái; 3- cơ cấu lái; 4- Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Đòn kéo dọc; 7- Đòn quay ngang; 8- Cam quay; 9- Cạnh bên của hình thang lái; 10- Đòn kéo ngang; 11- Bánh xe; 12- Bộ phận phân phối ; 13- Xi lanh lực. 3.2.2. Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập

Hình 3-2 Sơ đồ hệ thống lái với hệ thống treo độc lập 1-Vô lăng; 2-Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4-Trục ra của cơ cấu lái; 5- Đòn quay đứng; 6- Bộ phận hướng của hệ thống treo; 7- Đòn kéo bên; 8- Đòn lắc ; 9- Bánh xe. 3.3. Các chi tiết và bộ phận chính của hệ thống lái 3.3.1. Vô lăng Vô lăng hay còn gọi là bánh lái thường có dạng tròn với các nan hoa, dùng để tạo và truyền mô men quay do người lái tác dụng lên trục lái. Các nan hoa có thể bố trí đối xứng hoặc không, đều hay không đều tuỳ theo sự thuận tiện khi lái. Bán kính vô lăng được chọn phụ thuộc vào loại xe và cách bố trí chổ ngồi của người lái, dao động từ 190 mm (đối với xe du lịch cở nhỏ) đến 275 mm (đối với xe tải và xe khách cở lớn ). 3.3.2. Trục lái Trục lái là một đòn dài có thể đặc hoặc rỗng, có nhiệm vụ truyền mô men từ vô lăng xuống cơ cấu lái. Độ nghiêng của trục lái sẽ quyết định góc nghiêng của vô lăng, nghĩa là ảnh hưởng đến sự thoải mái của người lái khi điều khiển. 3.3.3. Cơ cấu lái Cơ cấu lái thực chất là một hộp giảm tốc, có nhiệm vụ biến chuyển động quay tròn của vô lăng thành chuyển động góc (lắc) của đòn quay đứng và bảo đảm tăng mô men theo tỷ số truyền yêu cầu. 3.3.3.1. Các thông số đánh giá cơ bản a. Tỷ số truyền động học
Hình 3-3 Các quy luật đặc trưng cho sự thay đổi tỷ số truyền động học Tỷ số truyền động học:
(3-1) Ở đây: (, (- Các góc quay tương ứng của trục vào (vô lăng) và trục ra (đòn quay đứng). (0, (0: Các vận tốc góc tương ứng. Tỷ số truyền động học i( được chọn xuất phát từ điều kiện là: đảm bảo cho góc quay cần thiết của vô lăng để quay các bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên không lớn hơn 1,8 vòng đối với ô tô du lịch và không lớn hơn 3 vòng đối với ô tô tải và ô tô khách, nhằm đảm bảo yêu cầu cơ động cao và thuận tiện điều khiển khi xe quay vòng. Giá trị của i( phụ thuộc vào loại và cở xe, thường nằm trong giới hạn 13-22 đối với ôt tô du lịch và 20-25 đối với ô tô tải và khách, trong một số trường hợp có thể tới 40. Tỷ số truyền động học i( có thể được thiết kế không đổi hoặc thay đổi theo góc quay của vô lăng. Cơ cấu lái có i( thay đổi thường được dùng trong hệ thống lái không có cường hoá. Mặc dù kết cấu không phức tạp nhưng tính công nghệ kém hơn nên đắt hơn so với loại cơ cấu lái có i( không đổi. Qui luật thay đổ i( có một số dạng khác nhau tuỳ thuộc vào loại, kích cỡ và tính năng của xe. Đối với các xe thông thường: Qui luật thay đổi i( có dạng như trên hình 3-3 đường 4 là hợp lý nhất. Trong phạm vi góc quay (((( 900(1200, tỷ số truyền i( cần phải lớn để tăng độ chính xác điều khiển và giảm lực cần tác dụng lên vô lăng. Khi xe chạy trên đường thẳng với tốc độ lớn, theo số liệu thống kê thì đa số thời gian hệ thống lái làm việc với góc quay nhỏ của vô lăng quanh vị trí trung gian. Ngoài ra i( tăng còn làm giảm được các va đập từ mặt đường. Ở các góc quay (((> 900 - 1200 tỷ số iω cần giảm để tăng tốc độ quay vòng, tăng tính cơ động của xe. Đối với các xe tốc độ thấp và trọng tải toàn bộ lớn, quy luật thay đổi iω được làm theo đường 2, để khi quay vòng không ngoặt tương đối thường xuyên thì lực cần tác dụng nhỏ. Trên các xe tốc độ rất lớn: thường sử dụng qui luật như đường 1. Khi đó, trong thời gian chuyển động thẳng với tốc độ rất lớn điều khiển ô tô được nhạy, còn khi quay vòng ngoặt với tốc độ vừa phải thì giảm được lực tác dụng. Đối với các xe có cường hoá lái: thì i( được làm không đổi (đường 3) vì lúc này vấn đề cần giảm nhẹ điều khiển đã có cường hoá giải quyết. b. Tỷ số truyền lực
(3-2) Ở đây: iF- Tỷ số truyền lực. Mr- Mô men ra khỏi cơ cấu lái (hay trên đòn quay đứng). Mv- Mô men vào cơ cấu lái (hay trên vô lăng). c. Hiệu suất Hiệu suất của cơ cấu lái có thể xác định theo công thức sau:
=


=
(3-3) Ở đây: Mr, Mv - Các mô men đo ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái;
,
- Các tốc độ góc tương ứng ở đầu ra và đầu vào của cơ cấu lái; iF - Tỷ số truyền lực; i( - Tỷ số truyền động học. Do hiệu suất của cơ cấu lái có giá trị khác nhau tuỳ theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống hay từ dưới bánh xe dẫn hướng lên, nên người ta phân biệt: - Hiệu suất thuận (th: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ trên trục lái xuống các bánh xe dẫn hướng. - Hiệu suất nghịch (ng: là hiệu suất tính theo chiều truyền lực từ dưới bánh xe dẫn hướng lên vô lăng. Hiệu suất thuận của cơ cấu lái cần phải lớn để giảm tổn thất lực và giảm nhẹ lực điều khiển. Trong khi đó hiệu suất nghịch cần phải nhỏ để giảm các va đập truyền từ hệ thống chuyển động lên vô lăng. Tuy vậy hiệu suất nghịch không được không được quá thấp vì sẽ làm mất tác dụng của mô men ổn định và bánh dẫn hướng sẽ không tự trở về được vị trí trung gian khi bị lệch khỏi vị trí đó do va đập và người lái bị mất cảm giác đường. Khi sử dụng cường hoá thì yêu cầu đặt ra với các giá trị hiệu suất giảm đi nhiều. Do lúc này cường hoá vừa đảm bảo lái nhẹ vừa dập tắc những va đập truyền từ bánh xe lên vô lăng. d. Khe hở trong cơ cấu lái Khe hở trong cơ cấu lái cần phải nhỏ ở vị trí trung gian của vô lăng ứng với chuyển động thẳng của xe. Ở vị trí này, bề mặt làm việc các chi tiết của cơ cấu lái làm việc nhiều nên cường độ mài mòn lớn và khe hở tang nhanh hơn ở các vị trí khác. Do vậy, để khi điều chỉnh khe hở không xảy ra kẹt ở các vị trí biên, khe hở ở các vị trí này được làm tăng lên bằng các biện pháp kết cấu và công nghệ. Trong quá trình sử dụng, chênh lệch giá trị khe hở sẽ giảm dần.
Hình 3-4 Sự thay đổi khe hở trong cơ cấu lái 1- cơ cấu lái còn mới; 2- cơ cấu lái đả sử dụng; 3- Sau khi đã điều chỉnh khe hở trung gian. 3.3.4. Các loại cơ cấu lái thông dụng 3.3.4.1. Loại trục vít - Cung răng Loại này có ưu điểm là kết cấu đơn giản, làm việc bền vững. Tuy vậy có nhược điểm là hiệu suất thấp (th= 0,5-0,7; (ng=0,4-0,55, điều chỉnh khe hở ăn khớp phức tạp nếu bố trí cung răng ở mặt phẳng đi qua trục trục vít. Cung răng có thể là cung răng thường đặt ở mặt phẳng đi qua trục trục vít (hình 3-5) hoặc đặt ở phía bên cạnh (hình 3-6). Cung răng đặt bên có ưu điểm là đường tiếp xúc giữa răng cung răng và răng trục vít khi trục vít quay dịch chuyển trên toàn bộ chiều dài răng của cung răng nên ứng suất tiếp xúc và mức độ mài mòn giảm, do đó tuổi thọ và khả năng tải tăng. Cơ cấu lái loại này thích hợp cho các xe tải cỡ lớn. Trục vít có thể có dạng trụ tròn hay glôbôít (lõm). Khi trục vít có dạng glôbôit thì số răng ăn khớp tăng nên giảm được ứng suất tiếp xúc và mài mòn. Ngoài ra còn cho phép tăng góc quay của cung răng mà không cần tăng chiều dài của trục vít.
Hình 3-5 Trục vít lăn - cung răng đặt giữa 1- Ổ bi; 2- Trục vít; 3- Cung răng; 4-Vỏ.
Hình 3-6 Cơ cấu loại trục vít hình trụ - cung răng đặt bên 1- Ổ bi ; 2 - Trục vít; 3- Cung răng ; 4- Vỏ. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - cung răng không đổi và xác định theo công thức: iω =
(3 - 4) Ở đây: R0 - Bán kính vòng lăn của cung răng; t - Bước trục vít; Z1 - Số mối ren trục vít. Góc nâng của đường ren vít thường từ 80 ÷ 120. Khe hở ăn khớp khi quay đòn quay đứng từ vị trí trung gian đến các vị trí biên, thay đổi từ 0,03 ( 0,5 mm . Sự thay đổi khe hở được đảm bảo nhờ mặt sinh trục vít và vòng tròn cơ sở của cung răng có bán kính khác. 3.3.4.2. Loại trục vít - con lăn
Hình 3-7 Cơ cấu lái trục vít glôbôít - con lăn hai vành 1- Trục đòn quay đứng; 2- Đệm điều chỉnh; 3- Nắp trên; 4- Vít điều chỉnh; 5- Trục vít; 6- Đệm điều chỉnh; 7- Con lăn; 8- Trục con lăn. Cơ cấu lái loại trục vít - con lăn (hình 3-7) được sử dụng rộng rãi trên các loại ô tô do có ưu điểm: + Kết cấu gọn nhẹ; + Hiệu suất cao do thay thế ma sát trượt bằng ma sát lăn; + Hiệu suất thuận: ηt = 0,77 - 0,82; + Hiệu suất ngịch: ηn = 0,6; + Điều chỉnh khe hở ăn khớp đơn giản và có thể thực hiện nhiều lần. Để có thể điều chỉnh khe hở ăn khớp, đường trục của con lăn đươc bố trí lệch với đường trục của trục vít một khoảng 5-7 mm. Khi dịch chuyển con lăn dọc theo trục quay của đòn quay đứng thì khoảng cách A sẽ thay đổi. Do đó khe hở ăn khớp cũng thay đổi. Sự thay đổi khe hở ăn khớp từ vị trí giữa đến vị trí biên được thực hiện bằng cách dịch chuyển trục quay O2 của đòn quay đứng ra khỏi tâm mặt trụ chia của trục vít O1 một lượng x =2,5-5 mm. Tỷ số truyền của cơ cấu lái trục vít - con lăn được xác định theo công thức sau:
(3-5) Ở đây : t- Bước của mối răng trục vít; Z1- Số đường ren trục vít; Rk- Bán kính vòng (tiếp xúc) giữa con lăn và trục vít (khoảng cách từ điểm tiếp xúc đến tâm đường quay đứng); R0- Bán kính vòng chia của bánh răng cắt trục vít; i0- Tỷ số truyền giửa bánh răng cắt và trục vít. Theo công thức trên ta thấy iω thay đổi theo góc quay trục vít. Tuy vậy sự thay đổi này không lớn khoảng từ 5-7% (từ vị trí giữa ra vị trí biên). Nên có thể coi như iω = const. 3.3.4.3. Trục vít - chốt quay Trên hình 3-8 là kết cấu của cơ cấu lái trục vít - chốt quay. Ưu điểm: có thể thiết kế với tỷ số truyền thay đổi, theo quy luật bất kỳ nhờ cách chế tạo bước răng trục vít khác nhau. Nếu bước răng trục vít không đổi thì tỷ số truyền được xác định theo công thức: i
=
.cos( (3 - 6) Ở đây : ( - Góc quay của đòn quay đứng; R2 - Bán kính đòn dặt chốt. Hiệu suất thuận và hiệu suất nghịch của cơ cấu loại này vào khoảng 0,7. Cơ cấu lái này dùng nhiều ở hệ thống lái không có cường hoá và chủ yếu trên các ôtô tải và khách. Tuy vậy do chế tạo phức tạp và tuổi thọ không cao nên hiện nay ít sử dụng.
Hình 3-8 Cơ cấu lái trục vít - chốt quay 1- chốt quay; 2- Trục vít; 3- Đòn quay. 3.3.4.3. Bánh răng - thanh răng
Hình 3-9 Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1- Bánh răng; 2- Thanh răng.
Hình 3-10 Sơ đồ lắp đặt cơ cấu lái bánh răng - thanh răng 1- Khớp nối; 2- Thanh răng. Trên hình 3-9 là kết cấu của cơ cấu lái bánh răng - thanh răng. Bánh răng có thể răng thẳng hay răng nghiêng. Thanh răng trượt trong các ống dẩn hướng. Để đảm bảo ăn khớp không khe hở, bánh răng được ép đến thanh răng bằng lò xo.