Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống xe lái trên xe du lịch

Luận văn Đề tài: Tính toán thiết kế hệ thống xe lái trên xe du lịch MC L C LI NÓI U ................................................................................................. 3 1.1. Công d ng, yêu c u, c u t o............................................................................................. 4 1.1.1. Công d ng ................................................................................................................. 4 1.1.2. Các ph ng pháp i h ng chuy n ng c a xe .................................................. 4 1.1.3. Yêu c u ...................................................................................................................... 4 1.1.4. Cu t o ....................................................................................................................... 4 1.2. Phân lo i ............................................................................................................................ 5 1.3. Các góc t bánh xe .......................................................................................................... 6 1.3.1. Góc nghiêng ngang c a bánh xe ( góc Camber). .................................................... 6 1.3.2. Góc nghiêng d c c a tr ng và ch l ch d c (Caster và kho ng Caster) ..... 7 1.3.3. Góc nghiêng ngang tr ng (Góc Kingpin) ......................................................... 8 1.3.4. ch m và m (góc doãng). .............................................................................. 8 1.4. Bán kính quay vòng ......................................................................................................... 9 1.5. àn h i c a l p theo h ng ngang ........................................................................... 10 1.6. Quan h ng h c c a góc quay trong và ngoài bánh xe d n h ng .......................... 10 CH Ơ NG II: TÍNH TOÁN THI T K H TH NG LÁI ...................... 12 2.1. Các s li u tham kh o, và l a ch n thông s ................................................................ 12 2.1.1. Các thông s c a xe du l ch TOYOTA COROLLA ................................................ 12 2.2. Phân tích l a ch n ph ng án thi t k .......................................................................... 12 2.2.1. Ph ng án d n ng lái ......................................................................................... 12 2.2.2. Ph ng án thi t k c c u lái ................................................................................. 13 2.3. Tính toán ng h c h th ng lái .................................................................................... 18 2.3.1. Tính ng h c d n ng lái .................................................................................... 18 2.3.2. Xây d ng ng cong c tính hình thang lái lý thuy t ....................................... 21 2.3.3. Xây d ng ng cong c tính hình thang lái th c t .......................................... 21 2.4. Tính toán ng l c h c h th ng lái .............................................................................. 22 2.4.1. Xác nh mômen c n quay vòng ............................................................................. 22 2.4.2. Xác nh l c c c i tác d ng lên vành tay lái ...................................................... 24 2.4.3. Xác nh các thông s hình h c c a d n ng lái và c c u lái ........................... 25 2.4.4. Ki m nghi n b n...................................................................................................... 30 2.5. Tính toán c ng hóa lái ................................................................................................. 37 2.5.1. Ch n nh ng thông s làm vi c c a h th ng lái ................................................... 37 1 2.5.2. Xây d ng c tính c ng hoá lái ........................................................................... 38 CH Ơ NG 3: B N V CH TO CHI TI T ROTUYN ....................... 40 3.1. Kt c u rotuyl .................................................................................................................. 40 3.2. iu ki n làm vi c c a rotuyl ......................................................................................... 40 CH Ơ NG 4: QUY TRÌNH B O D Ơ NG, S A CH A H TH NG LÁI .................................................................................................................. 41 4.1. Lp ráp các c m chi ti t .................................................................................................. 41 4.2. Mt s h h ng c n s a ch a ........................................................................................ 41 Tài li u tham kh o ........................................................................................ 43 Ph lc ............................................................................................................ 44 Ch ng trình tính toán h th ng lái trên Matlab 7.8 ................................................................ 44 Kt qu tính toán sai l ch gi a góc qua anpha th c t và lý thuy t ........................................ 51 Kt qu tính toán anpha th c t và lý thuy t ............................................................................. 52 KT LU N .................................................................................................... 53 2 LI NÓI U Kinh t th gi i phát tri n v i xu h ng chuyên môn hoa ngày càng cao. Nhu c u v l u thông nguyên v t li u, nhiên li u, hàng hóa là r t l ơn. Xã h i phát tri n, i s ng c a con ng i ngày c nâng cao. Do ó, giao thông s ngày càng c chú tr ng phát tri n. óng mt vai trò quan tr ng trong giao thông, nh ng chi c ô tô s ngày nay ang c ci ti n, hoàng thi n h ơn. T th c t kinh nghi n c a các n c phát tri n i tr c nh : M , Nh t, c… công nghi p ô tô chi n m t t tr ng l n trong n n kinh t , em l i l i nhu n l n cho các qu c gia này. Vi t Nam v i m t nên công nghi p ô tô còn khá non tr , có th phát tri n b n v ng, toàn di n, ti n t i c nh tranh v i các qu c gia i tr c thì yêu c u t ra là c n ph i làm ch c công ngh trong c tính toán lý thuy t c ng nh trong s n xu t. Vi sinh viên nghành ô tô nói chung và b n thân em nói riêng ã ý th c c iu này. Khi c nhân án môn tính toán thi t k ô tô, em ã ch n tài: TÍNH TOÁN THI T K H TH NG LÁI TRÊN XE DU LICH. Sau mt th i gian làm vi c nghiên túc và không ng ng h c h i em ã thu c mt s k t qu nh t nh, c bi t thông qua án này em ã có c cái nhìn khái quát v nh ng ki n th c ã h c, ã t ng b c v n d ng c nh ng ki n th c này. Nhân c ơ h i này, em c ng xin c g i l n c m ơn chân thành n th y PGS.TS. NGUY N TR NG HOAN ã nhi t tình giúp em, em có th hoàn thành án này m t cách t t nh t. Hà n i, ngày 10 tháng 10 n m 2009 Sinh viên th c hi n Nguy n Th Hoàng 3 CH Ơ NG I: GI I THI U T NG QUAN V H TH NG LÁI 1.1. Công d ng, yêu c u, c u to 1.1.1. Công d ng iu khi n h ng chuy n ng c a ô tô. 1.1.2. Các ph ng pháp i h ng chuy n ng c a xe
Quay m t ph ng bánh xe d n h ng. ây là ph ơ ng án ph bi n c áp dng trên xe ô tô hi n này
To ra v n t c khác nhau gi a các bánh xe bên ph i và bên trái
Gp thân xe 1.1.3. Yêu c u
m b o kh n ng quay vòng v i bán kính quay vòng càng nh càng t t.
m b o c ng h c quay vòng. Các bánh xe ph i l n trên các ng tròn ng tâm.
iu khi n nh nhàng. L c và hành trình iu khi n ph i ng v i m c quay vòng
Các bánh xe d n h ng có tính n nh cao khi chuy n ng th ng
Gi m l c va p t bánh xe lên vánh lái
Các bánh xe d n h ng ph i có ng h c phù h p gi a h th ng lái và h th ng treo. 1.1.4. Cu t o 1 - Vành tay lái 2 - Tr c lái 3 - Cơ c u lái 4 - òn quay ng 5 - Thanh kéo d c 6 - òn quay ng 7 - Hình thang lái Hình 1. 1 : S cu t o chung h th ng lái 4 Vánh lái
Mô men t o ra trên vành tay lái là tích s c a l c lái do ng i lái tác d ng vào và bán kính c a vành tay lái
d ơ c c i c a vô l ng i v i vô l ng không c v t quá 30 mm Tr c lái
Truy n mô men lái xu ng c ơ c u lái
Tr c lái g m có: Tr c lái chính truy n chuy n ng quay t vô l ng xu ng c ơ c u lái và ng tr c lái c nh tr c lái chính vào thân xe.
u phía trên c a tr c lái chính c gia công ren và then hoa l p vô lng lên ó và c gi ch t b ng m t ai c. C c u lái Cơ c u lái có tác dng bi n chuy n ng quay truy n n t vành lái thành chuy n ng l c. òn d n ng
òn quay ng : truy n momen t tr c n quay c a c ơ c u lái t i các òn kéo d c ho c kéo ngang c n i v i cam quay c a ánh xe d n h ng.
òn kéo: truy n l c t òn quay c a c ơ c u lái n cam quay c a bánh xe n h ng. Tu theo ph ơ ng t òn mà ng i ta có th g i là òn kéo dc ho c òn kéo ngang. Hình thang lái
Hình thang lái th c ch t là m t hình t giác g m 4 khâu: d m c u, thanh lái ngang va hai thanh bên. Hình thang lái s m b o ng h c quay vòng c a các bánh xe n h ng nh vào các kích th c c a các thanh lái ngang, cánh b n l và các góc t ph i xác nh. 1.2. Phân lo i Cách b trí vành lái Theo b ph n tr l c
Vành lái t bên trái
H th ng lái có tr l c ( th ng là tr
Vánh lái t bên ph i lc th y l c)
H th ng lái không có tr l c Theo s bánh xe d n h ưng Theo k t c u c ơ c u lái
Cu tr c d n h ng
Ki u tr c r ng – thanh r ng
Cu sau d n h ng
Cơ c u lái tr c vít con l n
Nhi u c u d n h ng
Cơ c u lái tr c vít ch t quay
Cơ c u lái tr c vít cung r ng
Cơ c u lái lo i liên h p 5 1.3. Các góc t bánh xe Vi c b trí các bánh xe d n h ng liên quan tr c ti p t i tính iu khi n xe, tính n nh chuy n ng c a ôtô. Các yêu c u chính c a vi c b trí là iu khi n chuy n ng nh nhàng, chính xác m b o n nh khi i th ng cng nh khi quay vòng, k c khi có s c các h th ng khác. các bánh xe không d n h ng thì vi c b trí c ng ã c chú ý, song b h n ch b i giá thành ch t o và s ph c t p ca k t c u nên vi c b trí vn c tuân th theo các iu ki n truy n th ng. Ô tô có th chuy n ng m i h ng b ng s tác ng c a ng i lái quanh vô lng. Tuy nhiên, n u ôtô tr ng thái i th ng mà ng i lái v n ph i tác ng liên t c lên vô l ng gi xe tr ng thái ch y th ng, hay ng i lái ph i tác dng m t l c l n quay vòng xe thì s gây s m t m i và c ng th ng v c cơ b p l n tinh th n khi iu khi n xe. ó là iu không mong mu n, vì v y kh c ph c c các v n nêu trên thì các bánh xe c l p vào thân xe v i các góc nh t nh tu theo yêu c u nh t nh i v i t ng lo i xe và tính n ng s d ng c a t ng lo i. Nh ng góc này c g i chung là góc t bánh xe.
Góc nghiêng ngang c a bánh xe (Camber ).
Góc nghiêng d c c a tr ng và ch l ch d c (Góc Caster và kho ng Caster)
Góc nghiêng ngang tr ng (Góc Kingpin).
ch m và m (góc doãng). 1.3.1. Góc nghiêng ngang c a bánh xe ( góc Camber). Góc t o b i ng tâm c a bánh xe (-) (+) dn h ng v trí th ng ng v i ng CAMB tâm c a bánh xe v trí nghiêng c g i là góc CAMBER, và o b ng . Khi bánh xe d n h ng nghiêng ra ngoài thì gi là góc “CAMBER d ơ ng”, và ng c li g i là góc”CAMBER âm”. Bánh xe 9 không nghiêng thì CAMBER b ng không (bánh xe th ng ng ). Hình 1.2: Góc nghiêng ngang bánh xe Ch c n ng:
Nh ng n m v tr c, bánh xe c t v i góc CAMBER d ơ ng c i thi n b n c a c u tr c và các l p ti p xúc vuông góc v i m t ng (do tr ng l ng c a xe) nh m ng n ng a s mòn không u c a lp trên ng, do có ph n gi a cao h ơn hai bên.
Góc camber còn m b o s l n th ng c a các bánh xe, gi m va p c a mép l p v i m t ng. Khi góc CAMBER b ng không ho c g n b ng 6 không có u im là khi i trên ng vòng bánh xe n m trong vùng có kh n ng truy n l c d c và l c bên t t nh t.
Góc CAMBER ng n ng a kh n ng bánh xe b nghiêng theo chi u ng c li d i tác ng c a tr ng l ng xe do các khe h và s bi n d ng trong các chi ti t c a tr c tr c và h th ng treo tr c. ng th i gi m cánh tay òn c a ph n l c ti p tuy n v i tr c tr ng, làm gi m mômen tác dng lên d n ng lái và gi m l c lên vành tay lái.
Khi chuy n ng trên ng vòng, do tác d ng c a l c ly tâm thân xe nghiêng theo h ng quay vòng, các bánh xe ngoài nghiêng vào trong, các bánh xe trong nghiêng ra ngoài so v i thân xe. các bánh xe l n g n vuông góc v i m t ng ti p nh n l c bên t t h ơn, trên xe có t c cao, h treo c l p thì góc CAMBER th ng âm. 1.3.2. Góc nghiêng d c c a tr ng và ch l ch d c (Caster và kho ng Caster) Góc nghiêng d c c a tr ng là s nghiêng (+) (-) Góc Caster v phía tr c ho c phía sau c a tr ng. Nó c o b ng , và c xác nh b ng góc gi a V tr xoay ng và ph ơ ng th ng ng khi nhìn t cnh xe. N u tr xoay ng nghiêng v phía sau c thì g i là góc nghiêng d ơ ng và ng c l i g i là góc nghiêng âm. Kho ng cách t giao im c a ng tâm tr c Hình 1. 2 Góc nghiêng tr c ng ng v i m t t n ng tâm vùng ti p xúc và ch lch d c gi a l p và m t ng c g i là kho ng Caster c Ch c n ng: Di tác d ng c a l c ly tâm khi bánh xe vào ng vòng ho c l c do gió bên ho c thành ph n c a tr ng l ng xe khi xe i vào ng nghiêng, khu . vc ti p xúc c a bánh xe v i m t ng s xu t hi n các ph n l c bên Y b Khi tr quay ng c t nghiêng v phía sau m t góc nào ó so v i chi u ti n c a xe (Caster d ơ ng) thì ph n l c bên Y b ca ng s t o v i tâm ti p xúc mt mô men n nh, mô men ó c xác nh b ng công th c sau: M=Y b.c (1.1) Mômen này có xu h ng làm bánh xe tr l i v trí trung gian ban u khi nó b l ch kh i v trí này. Nh ng khi quay vòng ng i lái ph i t o ra m t l c kh c ph c mô men này. Vì v y, góc Caster th ng không l n. Mômen này ph thu c vào góc quay vòng c a bánh xe d n h ng. i v i các xe hi n i thì tr s c a góc Caster b ng kho ng t 0 0n 3 0. 7 1.3.3. Góc nghiêng ngang tr ng (Góc Kingpin) Góc nghiêng ngang c a tr ng c xác nh trên m t c t ngang c a xe. Góc Kingpin c t o nên b i hình chi u c a ng tâm tr ng trên m t ct ngang ó và ph ơ ng th ng ng. Ch c n ng: King ( ( Gi m l c ánh lái: Khi bánh xe quay sang ph i ho c quay quanh tr ng v i kho ng lch tâm là bán kính r 0, r 0 là bán kính quay c a bánh xe quay quanh tr ng, nó là kho ng cách o trên b m t c a ng cong m t ph ng n m ngang c a bánh xe gi a ng kéo 9 dài ng tâm tr quay ng v i tâm c a v t Hình 1.3: Góc nghiêng ngang tr ti p xúc c a bánh xe v i m t ng. ng Nu r 0 ln s sinh ra mô men l n quanh tr quay ng do s c n l n c a lp, vì v y làm t ng l c ánh lái. Do v y giá tr c a r 0 có th c gi m gi m l c ánh lái, ph ơ ng pháp gi m r 0 là t o CAMBER d ơ ng và làm nghiêng tr quay ng t c là t o góc Kingpin . Gi m s y ng c và kéo l ch sang m t phía : N u kho ng cách l ch r 0 quá l n, ph n l c tác d ng lên các bánh xe khi chuy n ng th ng hay khi phanh s sinh ra m t mômen quay quanh tr ng, do v y s làm các bánh xe b kéo sang m t phía có ph n l c l n h ơn. Các va p t m t ng tác dng lên các bánh xe làm cho vô l ng dao ng m nh và b y ng c. Ci thi n tính n nh khi ch y th ng: Góc KingPin s làm cho các bánh xe t ng quay v v trí ch y th ng sau khi quay vòng. T c là khi quay vòng, quay vô l ng quay vòng xe, ng i lái ph i t ng l c ánh lái, n u b lc tác d ng lên vô l ng thì bánh xe t tr v v trí trung gian (v tri i th ng ). gi cho xe quay vòng thì c n thi t ph i gi vành lái v i m t l c nh t nh nào ó. V n tr v v trí th ng sau khi quay vòng là do có mômen ph n l c (g i là mômen ng c) tác d ng t m t ng lên bánh xe. Giá tr ca mômen ng c ph thu c vào l n c a góc Kingpin. 1.3.4. ch m và m (góc doãng). ch m c a bánh xe là thông s bi u th góc ch m c a 2 bánh xe d n hng (ho c hai bánh xe trên cùng m t c u xe), góc ch m là góc xác nh trên m t m t ph ng i qua tâm tr c n i hai bánh xe và song song v i m t ph ng ng t o b i hình chi u m t ph ng i x ng d c tr c c a hai bánh xe lên m t ph ng ó và h ng chuy n ng c a xe. 8 Ch c n ng: v Thông th ng ch m c bi u di n b ng a kho ng cách B-A. Kích th c B, A c o mép ngoài c a vành l p tr ng thái không t i khi xe i th ng. ch m là d ơ ng n u B-A>0, b là âm n u B-A<0. ch m có nh h ng l n ti s mài mòn c a l p và n nh c a vành tay lái . Hình 1. 4: Góc ch m bánh xe S mài mòn l p x y ra là nh nh t trong tr ng h p hai bánh xe l n ph ng hoàn toàn. Quá trình l n c a bánh xe g n li n v i s xu t hi n l c c n l n P f ng c chi u chuy n ng t t i ch ti p xúc c a bánh xe v i m t ng. L c P f này t cách tr quay ng m t on R 0 và t o nên m t mômen quay v i tâm tr quay ng. Mômen này tác d ng vào hai bánh xe và ép hai bánh xe v phía sau. l n ph ng thì các bánh xe t v i ch m ∆ =B-A d ơ ng. Vi góc ∆ nh th thì t o lên s n nh chuy n ng th ng c a xe t c là n nh vành tay lái. c u d n h ng, l c kéo cùng chi u v i chi u chuy n ng s ép bánh xe v phía tr c. B i v y góc ∆ gi m.Trong tr ng h p này, gi m nh hng c a lc c n l n và l c phanh và ng th i gi m t c ng c ơ t ng t (phanh b ng ng c ơ), thì b trí các bánh xe v i góc t ∆ có giá tr nh h ơn ho c b ng không. Trên xe con ch m th ng có giá tr t 2 ÷ 3 mm. 1.4. Bán kính quay vòng Khi vào ng cong, m b o các bánh xe dn h ng không b tr t n t ho c tr t quay thì ng vuông góc v i véct ơ v n t c chuy n ng c a t t c các bánh xe ph i g p nhau t i m t im, im ó g i là tâm quay O tc th i c a xe. Hình 1.5: Bán kính quay vòng c a xe t c góc lái chính xác c a bánh d n h ng bên ph i và bên trái thì các thanh d n ng lái th c hi n ch c n ng này c ng ng th i t c bán kính quay vòng mong mu n . S quay vòng c a xe kèm theo l c ly tâm, l c này có xu h ng b t xe