Đồ án Kiểm nghiệm cơ cấu lái xe MATIZ

Chương 3 KIỂM NGHIỆM CƠ CẤU LÁI XE MATIZ Các thông số đầu vào Bảng 3.1. Các thông số đầu vào tính toán kiểm nghiệm Thông số đầu vào  Kí hiệu  Giá trị  Đơn vị   Chiều dài cơ sở xe  L  2340  mm   Khoảng cách giữa hai đường tâm trụ đứng  B0  1200  mm   Tải trọng phân bố lên cầu trước dẫn hướng  G1  6239,16  N   Tỉ số truyền của cơ cấu lái  i(  15,7    Tỉ số truyền của dẫn động lái  id  0.984    Kích thước lốp xe   175/60R13  mm   Gia tốc trọng trường  g  9,81  m/s2   Góc nghiêng ngang của bánh răng  β  14  Độ   Góc ăn khớp của bánh răng  α  20  Độ   Hệ số bám  φ  0,07    Hệ số cản lăn  f  0,015    Cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng  a  0,04  m   Bán kính vành tay lái  R  185  mm   Chiều dài thanh kéo bên  p  190  mm   Chiều dài đòn bên(cam quay)  m  130  mm   Góc hợp bởi đòn bên hình thang lái và đường tâm cầu trước  (  74  độ   Khoảng cách giữa thanh kéo ngang với đường tâm cầu trước trong hình thang lái  y  150  mm   3.2 Xác định momen cản quay vòng và lực tác dụng lên vành tay lái Xác định momen cản quay vòng Trạng thái nặng nề nhất khi quay vòng xe là khi xe đứng yên tại chỗ. Lúc đó momen cản quay vòng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng được tính theo công thức: sẽ bằng tổng momen cản lăn của bánh xe dẫn hướng M1, momen cản do bánh xe trượt lết trên đường M2, và momen do tính ổn định chuyển động thẳng M3 .
(3.1) Momen cản lăn M1 Mômen cản lăn được xác định theo công thức:
(3.2) Trong đó: + Gbx là tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng.
(3.21) Trong đó: G1 là tải trọng tác dụng lên cầu trước dẫn hướng; Thay số vào ta được: Gbx = 3119,58 [N]. + a là cánh tay đòn của bánh xe dẫn hướng a = 0,04 [m]; + f là hệ số cản lăn f = 0,015; Thay số vào (3.20) ta được: M1=3119,58.0,04.0,015=1,87 [Nm]. Momen cản do bánh xe trượt lết trên đường M2
Hình 3.1. Sơ đồ lực ngang tác dụng khi bánh xe quay vòng Khi có lực ngang Y tác dụng lên bánh xe thì bề mặt tiếp xúc giữa lốp và đường sẽ bị lệch đi đối với trục bánh xe. Nguyên nhân lệch này là do sự đàn hồi bên của lốp. Điểm đặt của lực Y sẽ nằm cách hình chiếu của trục bánh xe một đoạn x về phía sau (hình 3.1). đoạn x được thừa nhận bằng nửa khoảng cách của tâm diện tích tiếp xúc đến rìa ngoài của nó theo công thức sau:
Trong đó: + r là bán kính của bánh xe;
(3.22) Trong đó: H là chiều cao lốp; d là đường kính vành; Với bánh xe có cỡ lốp là 175/60R13 ta được r =
=270,1[mm] + rbx – bán kính làm việc của bánh xe; Ta thừa nhận: rbx = 0,96.r Nên:
Vậy thay số ta được x =0,14.270,1=37,8[mm]=0,0378[m]. Do đó mômen cản do bánh xe trượt lết là:
(3.23) Trong đó φ là hệ số bám φ = 0,7 Vậy thay số ta được M2 = 3119,58.0,7.0,0378 = 82,54 [Nm] Momen do tính ổn định chuyển động thẳng M3 Giá trị của M3 thường rất nhỏ lấy M3 = 0. Hiệu suất dẫn động động của trụ đứng và hình thang lái
(3.24) Trong đó: (k : Là hiệu suất của các khớp thanh kéo (k = 0,8; (t : Là hiệu suất của trụ đứng (t = 0,9; (
Thay các giá trị M1, M2, M3 và ( vào công thức (3.19) ta được: Mc1 =
=117,23
[N] Momen cản quay vòng tác dụng lên cả 2 bánh xe dẫn hướng là Mc=2.Mc1=2.117,23=234,46 [N] Xác định lực tác dụng lên vành tay lái Khi đánh lái trong trường hợp ô tô đứng yên tại chỗ thì lực đặt lên vành tay lái để thắng được lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng là lớn nhất. Lực đặt lên vành tay lái được xác định theo công thức:
(3.25) Trong đó: + Mc là mômen cản quay vòng Mc = 234,46 [Nm]; + R là bán kính vành lái. R = 0,185 [m]; + i( là tỷ số truyền cơ cấu lái . i( = 15,7; + (th là hiệu suất thuận của cơ cấu lái, đối với cơ cấu lái bánh răng – thanh răng hiệu suất thuận. (th = 0,7. + id là tỷ số truyền của truyền dẫn động lái. id = 0,984. Vậy thay vào công thức (3.25): Pvl
[N]. 3.3. Tính bền Tính bền cơ cấu lái bánh răng xoắn– thanh răng. Đối với loại truyền động bánh răng – thanh răng phải đảm bảo cho các răng có độ bền cao. Xác định lực tác dụng lên bộ truyền bánh răng – thanh răng. *Lực vòng tác dụng lên bánh răng:
(3.26) Thay số ta được Pv = 117,19.15,7 = 1839,9 [N] *Lực hướng tâm tác dụng lên bánh răng theo công thức:
(3.27) Trong đó + ( là góc ăn khớp của bánh răng, ( = 200; + β là góc ăn khớp của bánh răng β = 140; + Pr là lực hướng tâm tác dụng lên bánh răng; Thay số vào ta được: Pr
[N] *Lực dọc tác dụng lên bánh răng:
(3.28) Thay số ta được Pa = 690,16.tg14o = 172,17 [N] Kiểm tra bền Trong quá trình làm việc bánh răng, thanh răng chịu ứng suất uốn, ứng suất tiếp xúc và chịu tải trọng va đập từ mặt đường. Vì vậy thường gây ra hiện tượng rạn nứt chân răng. Do đó ảnh hưởng lớn tới sự tin cậy và tuổi thọ của cơ cấu lái. Để đảm bảo được những yêu cầu làm việc của cơ cấu lái thì vật liệu chế tạo bánh răng – thanh răng được dùng là thép 40X được tôi cải thiện. Có:
HB = 260 ( 280. Ứng suất tiếp xúc cho phép: Ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với số chu kì cơ sở:
(3.29) Thay số ta được σoHlim = 2.260+70 = 590 [Mpa] Ứng suất tiếp xúc cho phép của bánh răng:
(3.30) Trong đó: SH là hệ số an toàn khi tính tiếp xúc, lấy SH = 1,1; ZR là hệ số xét ảnh hưởng của độ nhám, ZR = 0,95; ZV là hệ số xét ảnh hưởng của vận tốc vòng, ZV = 1,1; KXH là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng tới độ bền tiếp xúc, KXH = 1; KHL là hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của thời hạn phục vụ của bộ truyền, KHL = 1; Thay các thông số vào công thức(3.30) ta được: [σH]
[MPa] Ứng suất uốn cho phép : Ứng suất uốn cho phép ứng với số chu kì cơ sở
(3.30) Thay số ta được σoFlim = 1,8.260 = 468 [MPa] Ứng suất uốn cho phép:
(3.31) Trong đó: KFL là hệ số tuổi thọ xét đến ảnh hưởng của chế độ tải trọng, KFL = 1; KFC là hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải với bộ truyền quay hai chiều ta chọn KFC = 0,7; YR là hệ số xét đến ảnh hưởng của độ nhám mặt lượn chân răng, YR = 1; KXF là hệ số xét đến kích thước bánh răng ảnh hưởng đến độ bền uốn, KXF = 1. SF là hệ số an toàn khi tính uốn, lấy SF = 1,7. YS là hệ số xét tới độ nhậy của vật liệu đối với tập trung ứng suất ta chọn, YS = 1,03 [mm]; Thay số vào ta được [σF] =
= 198,48[MPa] Kiểm nghiệm răng về độ bền tiếp xúc:
(3.32) Trong đó: +dω là +u là tỉ số truyền của cơ cấu lái u=iω=15,7 +T là momen xoắn tác dụng lên vành lái, T=Mc=234,46 [N] +ZM là hệ số kể đến cơ tính vật liệu của các bánh răng ăn khớp, ZM = 175 MPa (Đối với bánh răng bằng thép). +ZH là hệ số kể đến hình dạng bề mặt tiếp xúc
(3.33) Thay số vào ta được ZH =
=1,74 +Zε hệ số kể đến sự trùng khớp của răng
(3.34) Trong đó (( là hệ số trùng khớp ngang
(3.35) Trong đó Z1: Số răng bánh răng trụ răng xoắn, Z1=6; Z2: Số răng thanh răng, Z2=30; Thay số vào (3.35) ta được
Thay số vào (3.34) ta được
+ KH( là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp, KH(=1; + KHβ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng , KHβ=1,1; + KHv là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp
(3.36) Trong đó: υH là hệ số, υH = 1,1; dω là đường kính vòng lăn của bánh răng trụ răng xoắn, dω=16 [mm]; bω là chiều rộng vành răng của bánh răng b( = (d . d( = 0,6.16 = 9,6[mm] Thay số vào (3.36) ta được (
Thay các thông số vào công thức (3.32) ta được:
[MPa]. Vậy: σH=150,99<[ σH]=560,5, do đó thoả mãn điều kiện bền tiếp xúc. Kiểm nghiệm răng về độ bền uốn: Ứng suất uốn được tính theo công thức:
(3.37) Trong đó +YF1, YF2 là hệ số dạng răng của bánh răng và thanh răng Theo tài liệu chi tiết máy với hệ số dịch chỉnh ( = 0,65 và số răng tương đương:
(3.38) Thay số ta được
Chọn Ztđ1=7
Chọn Ztđ2=33
+ KF( là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng cho các đôi răng đồng thời ăn khớp khi tính về uốn, KF(=1,25; + KFβ là hệ số kể đến sự phân bố không đều tải trọng trên chiều rộng vành răng khi tính về uốn, KFβ=1,25; + KFυ là hệ số kể đến tải trọng động xuất hiện trong vùng ăn khớp khi tính về uốn
Với υF=3,3

Thay các thông số vào công thức (3.21) ta được:

Vậy điều kiện được thoả mãn ( Bộ truyền bánh răng - thanh răng đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc.