Đồ án Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe IFA – W50

A Thay vào công thức (2 – 31) ta có: Như vậy với tc = 61,961 MN/m2 < [tc] = 85 MN/m2 nên khớp cầu đảm bảo bền về ứng suất cắt. Chương iii Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe ifa – w50 1. những yêu cầu khi cải tiến hệ thống lái xe ifa – w50 - Đảm bảo điều khiển ô tô một cách nhẹ nhàng. - Tránh khả năng gây ra sự dao động của các bánh xe dẫn hướng. - Độ chậm tác dụng phải nằm trong phạm vi cho phép. - Không có hiện tượng tự cường hoá, nghĩa là không có hiện tượng người lái xe không đánh tay lái mà xe vẫn tự quay vòng. - Đảm bảo tính chất tuỳ động lực, có nghĩa “cảm giác của đường”, được thể hiện ở chỗ lực đặt vào vành tay lái phải tăng cường cùng với sự tăng của lực cản quay vòng. - Hệ thống lái vẫn đảm bảo làm việc được khi hệ thống cường hoá bị hỏng. - Có độ nhạy cao, làm việc ổn định, bộ phận cải tiến chi tiết là ít nhất. - Không làm ảnh hưởng tới khả năng việt dã của xe. - Không làm thay đổi quan hệ động học và động lực học giữa hệ thống treo và hệ thống lái. - Chăm sóc bảo dưỡng được thuận tiện, dễ dàng. - Chế tạo đơn giản, có giá thành cải tiến thấp. 2. phân tích lựa chọn phương án cải tiến 2.1. Phương án 1: Xi lanh lực và van phân phối được bố trí trong cơ cấu lái Hình 3.1 – Bộ cường hoá lái bố trí cơ cấu lái, van phân phối và xi lanh lực thành một cụm Đặc điểm Bộ phận cường hoá được bố trí trên cơ cấu lái loại trục vít êcu bi thanh răng, bánh răng. Khối trục vít êcu bi vừa là bộ phận của cơ cấu lái vừa đóng vai trò là một pittông của xi lanh lực, vỏ cơ cấu lái đồng thời là vỏ của xi lanh lực. Ưu điểm Có kết cấu gọn, tốn ít đường ống dẫn nên độ chậm tác dụng nhỏ, giảm được va đập từ mặt đường lên vành tay lái. Nhược điểm Cấu tạo của cơ cấu lái rất phức tạp, các chi tiết của hệ thống phải chịu toàn bộ mômen cản quay vòng, do vậy ứng suất biến dạng lớn. Phải thay cơ cấu lái mới nên có giá thành cải tiến cao. 2.2. Phương án 2: Van phân phối được bố trí cùng với xi lanh lực, còn cơ cấu lái là một cụm riêng biệt Hình 3.2 – Bộ cường hoá bố trí xi lanh lực và van phân phối thành cụm, cơ cấu lái riêng biệt Đặc điểm Cơ cấu lái là một cụm riêng biệt, đòn quay đứng dẫn động van phân phối. Xi lanh lực dẫn động đòn kéo dọc qua khớp cầu, vỏ van phân phối gần với khớp cầu. Ưu điểm Kết cấu gọn, đường ống dẫn ngắn nên thời gian tác dụng nhanh, tổn hao ít. Giữ nguyên được cơ cấu lái khi cải tiến. Nhược điểm Đường kính xi lanh lớn do bố trí xa cơ cấu lái. Xi lanh lực tác dụng lên cam quay qua nhiêu chi tiết trung gian nên độ nhạy thấp. Cum xi lanh – van phân phối có kết cấu phức tạp nên có giá thành cải tiến cao. 2.3. Phương án 3: Van phân phối được đặt trong cơ cấu lái, còn xi lanh lực là một cụm riêng biệt nằm trên hình thang lái Đặc điểm Van phân phối và cơ cấu lái đặt thanh một cụm, tách biệt với xi lanh lực. Ưu điểm ở phương án này, van phân phối được bố trí chung trong cơ cấu lái, còn xi lanh lực nằm riêng rẽ. Trong kiểu bố trí này đòi hỏi các đường ống dẫn phải dài, nhưng ưu điểm chính của nó lại là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi tác động của cường hoá lái, công suất của cường hoá lái dễ dàng thay đổi do xi lanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí. Trong trường hợp này ta bố trí xi lanh lực trên hình thang lái để giảm thiệu lực tác dụng lên cơ cấu lái và lên dẫn động lái. Do vậy, nó làm giảm kích thước của dẫn dộng lái và làm giảm dao động ở hệ thống dẫn động do lực cản quay vòng sinh ra. Nhược điểm Đường ống dẫn dài nên thời gian tác dụng chậm, tổn hao trên đường ống lớn, tăng phần khối lượng bị treo trên hệ thống treo. Hình 3.3 – Bộ cường hoá bố trí van phân phối đặt trong cơ cấu lái, còn xi lanh lực đặt riêng biệt 2.4. Phương án 4: Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái là những cụm riêng biệt Đặc điểm Van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái đặt riêng biệt với nhau. Ưu điểm Trong phương án này, ta bố trí các cụm cơ cấu lái, van phân phối và xi lanh lực nằm tách biệt với nhau. Nó có đầy đủ những ưu điểm của phương án trước như là cơ cấu lái và dẫn động lái được giảm tải khỏi lực tác động của cường hoá, công suất của cường hoá dễ dàng thay đổi do xi lanh lực có thể thay đổi tự do cách bố trí. Nhược điểm Tuy nhiên, bố trí như phương án này tay lái vẫn không nhẹ và lực tác động lên van phân phối thay đổi do cánh tay đòn thay đổi. Hình 3.4 – Bộ cường hoá bố trí van phân phối, xi lanh lực và cơ cấu lái là những cụm riêng biệt 2.5. Kết luận Qua đánh giá và phân tích các ưu, nhược điểm của các phương án bố trí cường hoá. Ta thấy phương ánh 4 là phương án thích hợp nhất để tính toán và thiết kế: - Loại này có kết cấu tương đối đơn giản. - Các cụm được bố trí riêng rẽ nên việc sản xuất, tháo lắp, bảo dưỡng, sửa chữa tương đối dễ dàng và thuận tiện. - Có thể chọn lựa xi lanh lực tiêu chuẩn. - Bơm dầu được gắn trên động cơ và được dẫn động thông qua puly trục khuỷu. - Giữ nguyên được cơ cấu lái của xe. - Có giá thành chi phí cho cải tiến thấp. 3. nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái xe ifa – w50 3.1. Khi xe đi thẳng Người lái giữ tay lái ở vị trí đi thẳng, van trượt ở vị trí trung gian. Dầu có áp suất cao đi từ bơm dầu đến van phân phối qua khe hở giữa rãnh và con trượt theo đường dầu hồi trở về bơm dầu, áp suất dầu ở hai phía xi lanh được cân bằng, lúc này xe ở vị trí đi thẳng (hình 3.5). 3.2. Khi xe chạy vòng - Khi xe chạy quay vòng phải (Hình 3.6) Khi xe quay vòng phải, người lái đánh tay lái về phía bên phải, qua cơ cấu làm cho đòn quay đứng quay về phía sau. Khi lực người lái lớn hơn 2 KG làm cho con trượt dịch chuyển về phía sau, nối thông khoang B của xi lanh lực với đường dầu cao áp của bơm dầu. Đồng thời nối khoang A của xi lanh lực với đường dầu hồi (thấp áp). Lúc này cường hoá làm việc như sau: Dầu từ bơm dầu theo đường ống dẫn tới van phân phối. Trong van phân phối lúc này ở khoang a cửa nạp đóng, cửa xả mở. Dầu từ khoang A của xi lanh lực nối thông với khoang a của van phân phối và hồi về thùng chứa dầu. Tại khoang b của van phân phối, cửa nạp mở, cửa xả đóng. Do vậy, dầu có áp suất cao đi qua khoang b của van phân phối và đi vào khoang B của xi lanh lực tác dụng vào đỉnh pittông làm cho pittông dịch chuyển sang trái. Khi đó cần pittông (được gắn với đòn kéo ngang) cùng dịch chuyển sang trái. Lúc này, cùng với lực đánh tay lái của người lái làm cho xe quay vòng sang phải. Hình 3.5 – Sơ đồ nguyên lý làm việc của cường hoá lái khi xe đi thẳng Hình 3.6 – Sơ đồ nguyên lý làm việc của cường hoá lái khi xe quay vòng phải - Khi xe quay vòng trái Khi xe quay vòng trái hoạt động của cường hoá cũng diễn ra tương tự nhưng ngược chiều với quay vòng phải. Dầu có áp suất cao từ bơm dầu theo đường ống dẫn tới van phân phối. ở van phân phối lúc này khoang b cửa nạp đóng, cửa xả mở, dầu từ khoang B của xi lanh lực nối thông với khoang b của van phân phối và hồi về thùng. Tại khoang a của van phân phối, cửa nạp mở, cửa xả đóng. Do vậy, dầu có áp suất cao đi qua khoang a của van phân phối và đi vào khoang A của xi lanh lực tác dụng vào pittông, làm pittông dịch chuyển sang phải qua cơ cấu dẫn động cùng với lực đánh lái của người lái làm cho xe quay vòng sang trái. - Tính chất tuỳ động động học được thể hiện như sau: Khi người lái đánh tay lái đi một góc nhất định rồi dừng lại, qua dẫn động làm cho con trượt đứng yên. Nhưng khi đó đường dầu cao áp vẫn nối thông với khoang B của xi lanh lực làm cho pittông tiếp tục dịch chuyển về bên trái. Qua dẫn động (đòn kéo ngang, đòn quay đứng) làm cho đòn kéo dọc tiếp tục dịch chuyển về phía sau kéo theo vỏ van phân phối cùng dịch chuyển về phía sau. Như vậy, con trượt lại trở về vị trí trung gian, dẫn tới áp suất dầu ở hai khoang của xi lanh lực lại cân bằng. Lúc này cường hoá kết thúc làm việc. - Tính chất tuỳ động động lực được thực hiện như sau: Khi van phân phối mở, khoang b của buồng phản ứng được nối thông với buồng cao áp có tác dụng đẩy con trượt về vị trí trung gian. Do vậy, càng đánh tay lái người lái càng cảm giác nặng. Do buồng phản ứng có kích thước khác nhau, do vậy lực tác dụng vào hai mặt đầu của con trượt khác nhau giữa hai mặt đầu của xi lanh lực. Chính nhờ đặc điểm này mà người lái luôn giữa được cảm giác đối với chất lượng của mặt đường. 3.3. Trường hợp lực cản của hai bánh xe khác nhau Giả sử trong trường hợp bánh xe dẫn hướng bên phải bị thủng (nổ lốp) làm cho xe có xu hướng quay vòng sang phải. Qua dẫn động làm cho đòn kéo dọc dịch chuyển về phía sau, nên vỏ van phân phối dịch chuyển theo. Điều này dẫn tới việc tự động mở van phân phối làm cho dầu có áp suất cao được nối thông với khoang A của xi lanh lực chống lại sự quay vòng về bên phải. Do vậy người lái dễ dàng giữ được hướng chuyển động của xe. Như vậy, cường hoá lái ngoài mục đích rút ngắn được thời gian quay vòng, giảm nhẹ lao động nặng nhọc cho người lái, tốc độ tác dụng cao, đảm bảo tính chép hình, đóng vai trò của bộ phận giảm chấn, thì bộ phận cường hoá còn có tác dụng giữ được ổn định hướng chuyển động của xe khi lực cản hai bánh xe khác nhau, làm tăng tính an toàn chuyển động cho xe. 3.4. Trường hợp bơm thuỷ lực bị hỏng Trong trường hợp bơm thuỷ lực bị hỏng, người lái vẫn thực hiện đánh tay lái quay vòng làm cho áp suất ở một trong hai khoang của xi lanh lực tăng lên sẽ đẩy mở van bi một chiều trên vỏ van phân phối nối thông hai khoang của xi lanh lực nên vẫn thực hiện được quay vòng. Tuy nhiên lực đánh tay lái có nặng hơn. 4. xác định hệ số cường hoá và xây dựng đường đặc tính cường hoá lái 4.1. Phân chia lực trong hệ thống lái Khi cải tiến cho hệ thống lái ta có: Pvl = P’vl + Pch Trong đó: Pvl – lực lái lớn nhất để thắng lực cản quay vòng P’vl – lực lái lớn nhất của người lái cần đặt lên vành tay lái khi chưa có cường hoá Pch – lực do hệ thống chống cường hoá sinh ra quy dẫn về vành tay lái Theo nguyên tắc cường hoá không được thực hiện từ gốc O trên đồ thị cường hoá (nhằm tránh tự cường hoá) ta chọn lực tác dụng lớn nhất lên vành tay lái khi có cường hoá. P’vl = 17 KG Hệ số cường hoá của hệ thống được xác định theo công thức: (3 – 2) Với Pvl = 60,52 KG ị Như vậy lực tác dụng lên vành tay lái để khắc phục mômen cản quay vòng chiếm tỷ lệ là: Còn lại 71,91% mômen cản quay vòng là do hệ thống cường hoá khắc phục. Mômen do người lái tác dụng khi có cường hoá tại tâm quay trụ đứng được xác định theo công thức: M’vl = P’vl . Rvl . ii . ht (3 – 3) Thay số vào công thức ta có: M’vl = 17 . 0,25 . (23,4 . 0,95) . 0,72 = 68,024 (KG.m) Mômen cường hoá sinh ra tại tâm quay trụ đứng là: Mch = Mc – M’vl (3 – 4) Trong đó: Mch – mômen do cường hoá sinh ra Mc – mômen cản lớn nhất, Mc = 242,2 KG.m M’vl – mômen do lực người lái sinh ra quy dẫn về tâm trụ đứng Thay số vào công thức (3 – 4) ta có: Mch = 242,2 – 68,024 = 174,176 (KG.m) Như vậy, khi tính toán cường hoá cho xe IFA – W50 ta phải tiến hành thiết kế hệ thống cường hoá sinh ra một mômen cản quy dẫn về tâm trụ đứng là 174,176 KG.m, để cùng với người lái thắng được lực cản quay vòng. 4.2. Xây dựng đặc tính cường hoá lái Đặc tính cường hoá lái là đường biểu diễn mối quan hệ của người lái tác dụng lên vành tay lái (Pvl) và mômen cản quay vòng (Mc). Pvl = f . Mc 4.2.1. Khi chưa có cường hoá Theo công thức (3 – 3) ta có: (3 – 5) Trong đó: ii, ht, Rvl là những hằng số nên ta đặt: Vậy ta có thể viết: Pvl = a . Mc Như vậy lực vành tay lái tỷ lệ thuận với mômen cản quay vòng. Do đó, đường biểu diễn là đường bậc nhất, đi qua gốc toạ độ. Ta chỉ cần xác định điểm thứ hai của đường thẳng là có thể vẽ được đường biểu diễn Pvl = a. Mc. Vậy điểm thứ hai đó là điểm B ứng với Pvl = 60,2 KG, Mc = 242,2 KG.m. 4.2.2. Khi có cường hoá Trước khi cường hoá làm việc đường đặc tính của trường hợp không có cường hoá bắt đầu làm việc có mômen cản quay vòng là Mo. Từ Po = a . Mo ta có: (3 – 6) Trong đó: Mo – mômen cản quay vòng tại thời điểm cường hoá bắt đầu làm việc Po – lực tác dụng lên vành tay lái làm cường hoá bắt đầu làm việc, chọn Po = 2 KG a – hệ số, a = 0,2499 m-1 Vậy ta có: Như vậy, cường hoá lái bắt đầu làm việc khi Pvl ³ Po mômen cản quay vòng tăng lên. Lúc đó, người lái phải tác dụng một lực lớn để tạo cường hoá lớn hơn. Lực cường hoá tỷ lệ thuận với mômen cản quay vòng Mc. Từ công thức Mc = Mvl + Mch ta thấy đường đặc tính cường hoá là một đường thẳng nên ta chỉ cần xác định hai điểm của đường thẳng là có thể xác định được đường đặc tính cường hoá. - Điểm 1: là điểm A ứng với điểm cường hoá bắt đầu làm việc: Pvl = Po = 2 KG Mc = Mo = 8 KG.m - Điểm 2: là điểm C ứng với thời điểm lực trên vành tay lái và mômen cản quay vòng là lớn nhất: Pvl = Pvlmax = 17 KG Mc = Mcmax = 242,2 KG.m Nối các điểm OAC ta được đường đặc tính cường hoá. Nối các điểm OAB ta được đường đặc tính khi chưa có cường hoá. Nếu mômen cản quay vòng tiếp tục tăng Mc > Mcmax thì độ nghiêng của đường đặc tính sẽ giống như ở đường đặc tính khi chưa có cường hoá. (KG.m) (KG) B D C A c VL P 60,52 17 2 M 242,2 8 0 Hình 3.7 - Đường đặc tính của cường hoá lái 5. tính bộ cường hoá lái Tính cường hoá lái gồm ba nhiệm vụ cơ bản sau đây: - Xác định những thông số chủ yếu của xi lanh lực (đường kính, hành trình). - Năng suất cần thiết của bơm và những kích thước cơ bản của van phân phối. - Tìm điều kiện ổn định làm việc của hệ thống dẫn động lái cùng với cường hoá. 5.1. Xác định kích thước xi lanh lực Với việc chọn phương án bố trí xi lanh lực cường hoá tác dụng vào đòn kéo ngang của hình thang lái qua khớp cầu nên ta có: (3 – 7) Trong đó: Lb – chiều dài đòn bên của cơ cấu hình thang lái Px – lực đẩy cần pittông xi lanh lực Mch – mômen do cường hoá đảm nhận để thắng mômen cản tại vị trí trụ xoay đứng, Mch = 174,176 KG.m hc – hiệu suất truyền qua khớp cầu, hc = 0,95 Thay vào công thức (3 – 7) ta có: Lực trong xi lanh sinh ra tác dụng lên pittông (ở bên có cần pittông) là: (3 – 8) Trong đó: p – áp suất dầu làm việc, p = 70 KG/cm2 S – diện tích làm việc của pittông Dx – đường kính trong của xi lanh lực d – đường kính cần pittông, chọn d = 20 mm = 2 cm Từ công thức (3 – 8) ta có: Vậy ta lấy đường kính trong xi lanh là Dx = 45 mm. Hình 3.8 – Sơ đồ xác định kích thước xi lanh lực 5.2. Xác định hành trình của pittông Ta đã có góc quay vòng lớn nhất của bánh xe dẫn hướng khi quay vòng là: a = 28o ; b = 35o Với: b - góc quay bánh xe dẫn hướng bên trong a - góc quay bánh xe dẫn hướng bên ngoài ' m B B ? ? Với việc bố trí kết cấu của xi lanh lực gắn với dầm cầu, cần pittông gắn với đòn kéo, do vậy ta có sơ đồ như ở hình 3.9. Hình 3.9 – Sơ đồ xác định hành trình của pittông Tại vị trí trung gian đòn bên hình thang lái nghiêng với dầm cầu dẫn hướng một góc q = 72o khi quay vòng sang trái lớn nhất pittông dịch chuyển từ vị trí trung gian đi một khoảng là: Stmax = BB’ = m . cos(72o – 35o) – m . cos72o Với: m – là chiều dài đòn bên, m = 200 mm Vậy Stmax = 200 . cos(72o – 35o) – 200 . cos72o = 97,9 (mm) Tương tự như vậy khi quay vòng sang phải pittông cũng dịch chuyển một đoạn Spmax = 97,9 mm. Như vậy ta có hành trình toàn bộ của pittông là: Smax = Stmax + Spmax = 97,9 + 97,9 = 195,8 (mm) Lấy Smax = 196 mm. Để cho pittông không chạm vào đầu của xi lanh khi làm việc, hành trình của pittông được cộng thêm một khoảng là 5mm về hai phía của xi lanh. Vậy hành trình toàn bộ của pittông là: Smax = 196 + 10 = 206 (mm) 5.3. Kiểm bền cần pittông của xi lanh lực Cần pittông xéc măng Pittông Đai ốc hãm Hình 3.10 – Sơ đồ mặt cắt cần pittông của xi lanh lực Cần pittông của xi lanh lực một đầu cố định trên trụ xoay, khi làm việc cần pittông chịu tác dụng của lực kéo nén chính tâm dọc trục. Vì vây, ta kiểm tra bền cần pittông theo trạng thái ứng suất kéo nén và ổn định. 5.3.1. Kiểm bền cần pittông ở trạng thái ứng suất kéo nén ứng suất kéo nén của cần pittông được tính theo công thức: (3 – 9) Trong đó: Px – lực sinh ra trong xi lanh lực do áp suất dầu tạo nên Px = p . S Với: p – áp suất dầu trong xi lanh, p = 70 KG/cm2 S – diện tích làm việc lớn nhất của pittông Dx – đường kính xi lanh lực, Dx = 45 mm = 4,5 cm ị ị Px = 70 . 15,89 = 1112,3 (KG) Ft – diện tích tiết diện cần pittông Với: d - đường kính cần pittông, d = 20 mm = 2 cm Thay số vào công thức (3 – 9) ta có: Cần pittông được chế tạo bằng thép 20X có [skn] = 220 MN/m2. Như vậy, với skn = 35,424 MN/m2 < [skn] = 220 MN/m2. Do đó cần pittông đảm bảo đủ bền về kéo nén. 5.3.2. Tính ổn định của cần pittông Khi làm việc dưới tác dụng của lực dọc trục Px cần pittông có thể bị uốn dọc trục. ứng suất uốn dọc trục được xác định theo công thức: (3 – 10) Trong đó: E – mô đun đàn hồi của vật liệu, E = 2 . 106 KG/cm2 Jmin – mômen quán tính của tiết diện cần pittông Lt – chiều dài cần pittông, Lt 50 cm Ft – diện tích tiết diện cần pittông, Ft = 3,14 cm2 Thay số vào công thức (3 – 10) ta có: Độ ổn định của cần pittông được xác định theo công thức: Như vậy nod = 6,7 > [nod] = 2 á 2,5 nên cần pittông đảm bảo ổn định trong quá trình làm việc. 5.4. Kiểm bền xi lanh lực Xi lanh lực được chế tạo bằng thép ống có đường kính trong Dx = 45mm và đường kính ngoài Dn = 53mm. Xi lanh lực được kiểm bền theo ứng suất của ống dày chịu lực tác dụng của lực phân bố đều. Các thành phần của ứng suất bao gồm: - ứng suất dọc (sd) do lực kéo dọc ống gây nên - ứng suất pháp (sr) theo phương hướng kính - ứng suất tiếp (st) D x n D P a b P Hình 3.11 – Sơ đồ trạng thái ứng suất 5.4.1. ứng suất dọc Lực dọc ống gây nên sẽ có xu hướng kéo ống. Lực dọc ống do áp suất dầu tác dụng lên hai đầu ống sinh ra: P = p . S Trong đó: p – áp suất dầu tác dụng lên pittông, p = 70 KG/cm2 S – diện tích đỉnh pittông Với: d – đường kính đỉnh pittông, d = 44,8 mm ị Vậy P = 70 . 15,75 = 1102,5 (KG) ứng suất dọc ống được tính theo công thức: (3 – 11) Trong đó: F – diện tích của tiết diện xi lanh lực Với: Dn – đường kính ngoài của xi lanh, Dn = 53 mm Dx – đường kính trong của xi lanh, Dx = 45 mm Vậy ta có: Thay số vào công thức (3 – 11) ta có: 5.4.2. Kiểm tra ứng suất tiếp và ứng suất pháp ứng suất pháp theo phương bán kính r. Trong toạ độ độc cực, thành ống chịu lực tác dụng của tải trọng phân bố đều đối xứng, tại mép trong của thành ống ứng với r = a có ứng suất pháp. sr = - pa = - 70 KG/cm2 = - 7 MN/m2 ứng suất tiếp theo phương vuông góc với véctơ r được xác định theo công thức: (3 – 12) Trong đó: pa – áp suất tác dụng lên thành trong của xi lanh lực, pa =70 KG/cm2 pb – áp suất tác dụng lên thành ngoài của xi lanh lực, pb =1 KG/cm2 (vì pb rất nhỏ nên có thể bỏ qua khi tính toán) a – bán kính trong của xi lanh lực, a = 22,5 mm = 2,25 cm b – bán kính ngoài của thành ống xi lanh lực, b = 26,5 mm = 2,65 cm r – toạ độ điểm tính ứng suất tại mép trong thành ống, r = a = 2,65 cm Từ công thức (3 – 12) ta có thể viết: (3 – 13) Thay số vào công thức (3 – 13) ta có: st = 431,6 KG/cm2 = 43,16 MN/m2 Theo thuyết bền thế năng biến dạng ta có công thức: (3 – 14) Trong đó: std – ứng suất tương đương sr – ứng suất pháp, st = - 7 MN/m2 st – ứng suất tiếp, st = 43,16 MN/m2 sd – ứng suất dọc, sd = 17,9 MN/m2 Thay số vào công thức (3 – 14) ta có: Xi lanh lực được chế tạo bằng thép ống có [s] = 160 MN/m2. Như vậy, với std = 43,44 MN/m2 < [s] = 160 MN/m2, do đó xi lanh đảm bảo đủ bền trong quá trình làm việc. 5.5. Tính toán chọn bơm 5.5.1. Tính lưu lượng của bơm Để đảm bảo kịp thời làm quay vòng các bánh xe dẫn hướng, xi lanh lực của bộ cường hoá phải làm việc ngay khi van phân phối làm việc. Lúc này, dầu có áp suất cao từ bơm phải có đủ lưu lượng để điền vào khoang cao áp của xi lanh, dầu từ khoang thấp áp về bầu chứa dầu của bơm dầu. Có như vậy khi quay vòng nhanh người lái mới không tốn một lực lớn để thắng sức cản vòng quay, vừa để dầu di chuyển từ khoang thấp áp của xi lanh lực về bầu chứa dầu của bơm dầu. Nhằm thoả mãn điều kiện trên ta có: ³ (3 – 15) Trong đó: Qb – lưu lượng của bơm dầu hb – hiệu suất lưu lượng của bơm ở áp suất 0,5Pmax, với bơm cánh gạt có hiệu suất 0,7 á 0,8. Ta chọn hb = 0,75 d - độ lọt dầu trong hệ thống, d = 0,05 á 0,1. Ta chọn d = 0,07 F – diện tích xi lanh lực - tốc độ dịch chuyển tương đối của pittông với xi lanh lực (m/s) Với việc bố trí xi lanh lực tác dụng lên đòn kéo ngang hình thang lái. Do vậy vận tốc tương đối của pittông trong xi lanh lực được xác định theo công thức: (3 – 16) Với: nv – số vòng quay cực đại của vành tay lái do người lái thực hiện, theo kinh nghiệm với xe tải nv = 60 á 70 v/ph. Chọn nv = 70 v/ph Lb – chiều dài đòn bên, Lb = 200mm = 0,2m ic – tỷ số truyền của cơ cấu lái, ic = 23,4 id – tỷ số truyền của dẫn động lái, id = 0,95 Thay vào công thức (3 – 16) ta có: Từ công thức (3 – 15) ta có lưu lượng của bơm: (3 – 17) Thay số vào ta có: Vậy lưu lượng của bơm dầu cần chọn Qb theo công thức (3 – 15) phải thoả mãn điều kiện Qb ³ Qbt = 15,02.105 m3/s = 9 l/ph. 5.5.2. Chọn bơm Bơm cường hoá là cụm phức tạp và chịu tải lớn nhất của hệ thống cường hoá thuỷ lực. Điều kiện làm việc của bơm gây nên bởi chế độ tải trọng thay đổi lớn, ứng suất nhiệt cao và sự ảnh hưởng của môi trường xung quanh. Bơm được sử dụng cho cường hoá có nhiều loại như bơm pittông, bơm trục vít, bơm bánh răng, bơm cánh gạt. Hiện nay, trên các xe tải người ta sử dụng chủ yếu hai loại bơm là bơm bánh răng và bơm cánh gạt. Qua phân tích các yêu cầu và điều kiện làm việc của bơm cường hoá ta chọn loại bơm cánh gạt tác dụng kép, vì loại bơm này có kết cấu nhỏ gọn, hiệu suất có thể đạt tới 0,7 á 0,8, áp suất có thể đạt 100 KG/cm2, lưu lượng từ 5 á 200 l/ph. Căn cứ vào lưu lượng thực tế của bơm nên ta chọn bơm dầu có những thông số sau: Ta đã có: Qbt = 9 l/ph = 9000 cm3/ph Mà Qbt = qb.nb qb – lưu lượng của bơm dầu cần chọn, chọn qb = 10 l/ph = 10 cm3/vòng. nb – số vòng quay của bơm Vậy ta có: ị Ta chọn bơm dầu có số vòng quay định mức là nbđm = 1500 v/ph. Vậy ta có những thông số của bơm dầu được chọn như sau: - Kiểu bơm: cánh gạt tác dụng kép - Hiệu suất lưu lượng bơm hb = 0,75 - Lưu lượng của bơm qb = 10 l/ph - áp suất Pmax = 100 KG/cm2 - Số vòng quay nbmin = 900 v/ph, nbmax = 1500 v/ph 5.6. Tính toán các chi tiết của van phân phối 5.6.1. Đặc tính của van phân phối Van phân phối có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc ổn định lâu dài của cường hoá lái. Việc thiết kế van phân phối thực chất là tính toán thiết kế con trượt của van. Độ nhạy cảm tác động và mức độ chậm tác dụng của hệ thống cường hoá là những nhân tố cơ bản để xác định sự làm việc của nó. Độ nhạy cảm tác động của bộ cường hoá ở một mức độ lớn phụ thuộc vào bề rộng tiết diện lưu thông của cặp con trượt và vỏ của van phân phối và được đặc trưng bằng trị số hành trình của con trượt mà trong đó áp suất thay đổi từ giá trị cực tiểu đến giá trị cực đại. Trên hình 3.12 biểu thị đường đặc tính của van phân phối, có nghĩa là những đường cong thay đổi áp suất phụ thuộc vào sự di chuyển của con trượt của những kết cấu khác nhau và ứng với bề rộng khác nhau của tiết diện lưu thông. Hình 3.12 – Các đường đặc tính của van phân phối Nếu chọn đường đặc tính của van phân phối là đường cong 1 và 2 thì áp suất dầu trong hệ thống sẽ có sự thay đổi đột ngột gây nên tải trọng va đập trong hệ thống làm giảm tuổi thọ các chi tiết trong hệ thống cường hoá. Đường 4 và 5 thì áp suất thay đổi tương đối đều nhưng vẫn có độ chậm tác dụng vẫn gây nên sự mất linh hoạt của hệ thống. Đường cong 3 là tối ưu hơn cả, nó gần như không có độ chậm tác dụng, áp suất tăng ngay khi con trượt di chuyển và trong suốt quá trình di chuyển của con trượt áp suất dầu trong hệ thống thay đổi đều cho nên không có sóng áp suất sinh ra đảm bảo sự làm việc bền lâu của hệ thống. Muốn có được như vậy thì mép con trượt phải vê tròn. 5.6.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc của van phân phối * Kết cấu của van phân phối (hình 3.13) 1. Lò xo định tâm của van phân phối 2. Con trượt van phân phối 3. Lỗ tiết lưu 4. Ngỗng con trượt 5. Đường dầu hồi 6. Đường cấp dầu 7, 8. Đường dầu đến xi lanh lực 9. Êcu điều chỉnh Hình 3.13 – Kết cấu của van phân phối * Nguyên lý làm việc của van phân phối ở trạng thái bình thường khi cường hoá chưa làm việc con trượt van phân phối được giữ ở trạng thái trung gian nhờ lò xo định tâm, dầu từ bơm dầu qua cửa 6 vào trong van phân phối, lượng dầu thừa sẽ được hồi về bình chứa qua cửa số 5. Khi người lái muốn quay vòng trái hoặc quay vòng phải nhờ lực dọc trục của cần đẩy con trượt sẽ được đưa sang trái hoặc đưa sang phải, dầu từ đường cửa 6 sẽ đi vào trong cửa 7 hoặc cửa 8, và làmcho xilanh lực chuyển dịch sang bên trái hoặc sang bên phải. Van phân phối chỉ làm việc khi lực tác dụng lên vành tay lái lớn hơn 2 KG để đảm cho người lái có cảm giác mặt đường. Lực xiết của êcu 9 sẽ đảm bảo cho van phân phối chỉ làm việc khi lực ở tay lái lớn hơn 2 KG. 5.6.3. Tính hành trình toàn bộ của con trượt Hình 3.14 – Sơ đồ xác định khoảng cách con trượt Khi vành tay lái quay về một phía ứng với góc quay ngoặt nhất của bánh xe dẫn hướng từ vị trí trung gian thì con trượt sẽ dịch chuyển về một phía tương ứng với hướng quay vòng của bánh xe, khoảng dịch chuyển đó là D. Nó được xác định như sau: (3 – 19) Trong đó: - khe hở giữa mép con trượt và rãnh vỏ van trượt - là độ trùng khớp cực đại của mép con trượt và rãnh được xác định từ điều kiện tổn thất áp suất trong con trượt và hành trình không tải . Khi đó được xác định theo công thức: (3 – 20) ở đây: Qb – lưu lượng của bơm dầu cung cấp cho bộ cường hoá làm việc. Theo kết quả của phần 5.5 ta có: Qb = 167 cm3/s. dt – đường kính ngõng con trượt, lấy dt = 2,5 cm g – gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2 = 98,1 cm/s2 DP – tổn thất ở hành trình không tải, DP = 0,35 KG/cm2 gd – trọng lượng riêng của dầu gd = 0,9 g/cm3 = 0,0009 KG/cm3. y – hệ số tổn thất cục bộ, y = 3,1 Như vậy: Khi tính đến sự tiết lưu trong các đường rãnh dầu lấy: D’ = 0,22 cm – độ trùng khớp cực đại của mép con trượt và rãnh, được xác định từ điều kiện lọt dầu của con trượt (Q1) Q1 = 0,1.Qb = 0,1.167 =16,7 (cm3/s) (3 – 21) được tính theo công thức: (3 – 22) ở đây: x – khe hở lớn nhất giữa bề mặt tiếp xúc của con trượt và vỏ van phân phối. Khi chọn bộ đôi theo nhóm kích thước x = (0,0015 á 0,002) cm và khi chế tạo con trượt và vỏ van phân phối theo cấp chính xác 2 (mối ghép di động) và có kể đến sự mài mòn thì lấy x = 0,005 cm Pmax – áp suất cực đại khi van an toàn bắt đầu điều chỉnh Ta đã chọn Pmax = 70 KG/cm2 = 70000 g/cm2. h – hệ số nhớt động học của dầu, lấy h = 0,55. dt – đường kính ngõng con trượt dt = 2,5 cm Vậy: Vậy hành trình toàn bộ của con trượt về một phía là: 5.6.4. Góc quay không tải Tính tới thời điểm bắt đầu tác động của bộ cường hoá: (3 – 23) Trong đó: – hành trình con trượt tới lúc bắt đầu che kín rãnh thoát dầu, khi con trượt che kín rãnh thoát dầu thì con trượt đã đi hết hành trình Lấy Rvl – bán kính vành tay lái, Rvl = 250 mm i – tỷ số truyền lực từ con trượt tới vành tay lái (3 – 24) ở đây: ic – tỷ số truyền của cơ cấu lái, ic = 23,4 Ld – chiều dài đòn quay đứng, Ld = 210 mm Vậy: . < Vậy với jo = 1,5o cường hoá đảm bảo độ nhạy tác dụng. 5.6.5. Góc quay tự do toàn bộ của vành tay lái Góc quay cho phép của vành tay lái khi cường hoá không làm việc. (3 – 25) Trong đó: - hành trình một phía của con trượt, D = 2,203 mm . < Vậy với jo’ = 32,84o vành tay lái có độ dơ đảm bảo. 5.6.6. Chọn phương án và tính toán lò xo định tâm van phân phối a) Chọn phương án Lò xo nén định tâm có tác dụng tạo nên cảm giác cho người lái, đồng thời sẽ cản trở việc gài nghịch đảo cường hoá bởi phần lớn những lực va đập nhỏ từ mặt đường và các bánh xe dẫn hướng. Sử dụng lò xo định tâm sẽ giảm rất nhiều tải trọng lên van phân phối và bơm dầu, nhằm nâng cao tuổi thọ của van phân phối và bơm dầu. ? ? ? ? ? (a) (b) ? ? ? ? ? 1. Vành tay lái 4. Con trượt van phân phối 2. Đòn quay đứng 5. Lò xo định tâm 3. Đòn dọc Hình 3.15 – Sơ đồ bố trí lò xo định tâm trong van phân phối Các phương án lắp đặt lò xo định tâm trong van phân phối: * Phương án 1: Dùng hai lò xo lắp tỳ vào hai đầu của con trượt (hình 3.15.a). - Ưu điểm: kết cấu đơn giản. - Nhược điểm: khó đảm bảo cho lực lò xo ở hai phía đều cân bằng nhau, do đó dẫn đến hiện tượng một bên nặng, một bên nhẹ khi quay vòng. * Phương án 2: Bố trí một lò xo chịu nén về một phía đầu của con trượt (hình 3.15.b). - Ưu điểm: + Cảm giác quay về hai phía luôn giống nhau. + Dễ điều chỉnh, nhỏ gọn hơn phương án 1 - Nhược điểm: gia công phức tạp hơn phương án 1. Qua phân tích ưu, nhược điểm ta chọn lò xo định tâm theo phương án 2. - Nguyên lý làm việc: Khi quay tay lái (1) làm đòn quay đứng (2) quay, đòn kéo (3) dịch chuyển. Nếu lực vành tay lái nhỏ hơn sức căng ban đầu của lò xo thì con trượt vẫn ở vị trí trung gian. Khi lực vành tay lái lớn hơn sức căng ban đầu của lò xo thì lò xo bị ép lại làm cho con trượt rời khỏi vị trí trung gian để cường hoá làm việc. b) Tính toán lò xo định tâm van phân phối Lò xo van phân phối để giữ cân bằng con trượt ở vị trí trung gian. Nếu dùng kết cấu có lò xo thì trong quá trình di chuyển trên những mặt đường không bằng phẳng, các dao động từ mặt đường sẽ tác dụng lên van phân phối và làm sai lệch vị trí van ảnh hưởng đến quá trình cường hoá hệ thống lái. Lực tác dụng lên lò xo được tính theo lực tác dụng lên vành tay lái lúc bộ cường hoá bắt đầu làm việc. Po = 2 KG, lực cường hoá lớn nhất Pvl’ = 17 KG. Chuyển vị của lò xo lấy theo độ dịch chuyển của con trượt về một phía: x = 2,203 mm Điều kiện làm việc của lò xo là tải trọng có va đập . Chỉ số gài thuận và gài nghịch của bộ cường hoá được đặc trưng bằng giá trị của lực Po: (3 – 27) Trong đó: R – lực cản gài của van phân phối i – tỷ số truyền từ vành tay lái tới con trượt van phân phối, i = 27,86 ht – hiệu suất thuận của cơ cấu lái, ht = 0,72 Lực tác dụng lên lò xo lúc bắt đầu cường hoá: Plx = Po.i = 2.27,86 = 55,72 (KG) (4 – 17) Chọn vật liệu là thép 60C2A có: [db] = 1600 Mpa [dch] = 1400 Mpa [t] = 0,3. db = 0,3.1600 = 480 Mpa Chọn tỷ số đường kính: c = D/d = 6. Theo bảng 19 –1 (CTM – T2), ta có: k = 1,25 Đường kính dây lò xo được tính theo công thức: (3 – 29) Ta chọn đường kính dây lò xo d = 4,5 mm. Đường kính lò xo: D = c.d = 6.4,5 = 27 (mm). Số vòng làm việc của lò xo được tính theo công thức: (3 – 30) Trong đó: G – mômen đàn hồi trượt, G = 8.104 Mpa ị (vòng) Hai mặt đầu của lò xo cần thêm một khoảng từ (1,5 á 2) vòng để mài phẳng. Chọn số vòng quay không tác dụng là 1,7 vòng. Khi đó, số vòng thực tế của lò xo là: no = n + 1,7 = 8,24 + 1,7 = 9,94 (vòng) Lấy no = 10 vòng. Vì mỗi đầu mút lò xo được mài đi một ít nên chiều cao lò xo lúc các vòng sát nhau là: H0 = (n0 – 0,5).d = (10 – 0,5).4,5 = 42,75 (mm) (3 – 31) Bước của lò xo khi chịu tải: (3 – 32) Trong đó: (3 – 33) Vậy: Chiều cao lò xo lúc chịu tải: Hs = H0 + n(t - d) (3 – 34) Hs = 42,75 + 8,24.(3,76 – 4,5) = 36,65 (mm) Kiểm nghiệm tỷ số Như vậy lò xo không bị mất ổn định. 5.6.7. Xác định độ ổn định làm việc của hệ thống lái có cường hoá Lực đẩy của xi lanh về hai phía là khác nhau do một bên có sự chiếm chỗ của cần đẩy pittông. Do đó, các bánh xe dẫn hướng luôn có xu hướng lệch khỏi vị trí ứng với chuyển độnh thẳng của xe. Để khắc phục hiện tượng này ta phải bố trí các buồng phản ứng để giữ van phân phối nhằm tạo ra các lực mở van phân phối khác nhau dẫn đến áp suất ở hai khoang của xi lanh lực là khác nhau tạo nên sự ổn định của xe. Diện tích làm việc của các buồng phản ứng quan hệ với diện tích của xi lanh lực theo công thức: (3 – 35) Trong đó: F1, F2 – Diện tích làm việc của xi lanh lực ở khoang không và có cần đẩy pittông (3 – 36) (3 – 37) P1, P2 - áp suất ở nhánh không và có cần đẩy pittông f1, f2 – diện tích làm việc của trụ phản ứng ứng với các diện tích làm việc của xi lanh lực Chọn đường kính cổ con trượt bên phải: d1 = 2,2 cm Đường kính phía trong vỏ van phân phối: D = 3,6 cm ị (3 – 38) Thay vào biểu thức quan hệ ta có: (3 – 39) (3 – 40) Đường kính cổ con trượt bên trái là: (3 – 41) Ta không thể lấy diện tích làm việc của trụ phản ứng quá lớn, vì nếu không thì lực cần thiết của lò xo sẽ nhỏ, khi chạy xe ở tốc độ thấp áp suất do bơm tạo ra nhỏ dẫn đến lực mở van phân phối nhỏ cho nên người lái sẽ mất cảm giác mặt đường. Lực của một trụ phản ứng tạo ra được tính theo trụ phản ứng có diện tích nhỏ: Ppư = Po.f1 = 70.6,37 = 445,9 (KG) Để hệ thống làm việc được lâu dài vấn đề làm kín là rất quan trọng ở những nơi như van phân phối, bơm cường hoá, xi lanh lực làm kín bằng các gioăng cao su có tiết diện tròn. Riêng làm kín giữa piston và xilanh cường hoá thì được làm kín bằng xecmăng vát nghiêng đầu 450 loại này chịu được tải trọng va đập và chịu mài mòn cao. Chương 4 Quy trình công nghệ gia công chi tiết Con trượt van phân phối 1. Phân tích chi tiết gia công 1.1. Kết cấu con trượt Hình 5.1 – Sơ đồ kết cấu con trượt van phân phối 1.2. Điều kiện làm việc của con trượt Con trượt nằm trong bộ van phân phối làm nhiệm vụ đóng mở van phân phối để các đường dầu thông với các khoang của xi lanh lực khi ô tô quay vòng. Trong điều kiện con trượt phải di chuyển chiều trục liên tục phụ thuộc vào chất lượng mặt đường, nên áp suất dầu trong hệ thống luôn luôn thay đổi, con trượt phải đảm bảo độ kín khít thuỷ lực. Do đó, bề mặt làm việc (phần di trượt) phải có độ cứng bề mặt và độ chống mài mòn cao, độ đồng tâm và độ không ô van lớn. Như vậy, khi gia công con trượt phải đòi hỏi độ chính xác hình học cao. 1.3. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu con trượt Từ nhiệm vụ và yêu cầu của con trượt trong vấn đề thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết phải phù hợp với điều kiện gia công, công nghệ trong nước. Thị trường trong nước là thị trường nhỏ việc sản xuất mang tính chất thử nghiệm, công nghệ còn lạc hậu do vậy ta chọn dạng sản xuất là đơn chiếc. Do kết cấu con trượt khá đơn giản do vậy trình tự gia công cũng đơn giản và rõ ràng. Những yêu cầu kỹ thuật đối với con trượt như độ nhẵn bóng các bề mặt phải được xác định hợp lý để đảm bảo điều kiện làm việc của chi tiết. Do phải di chuyển dọc trục liên tục, để giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc, tăng độ kín khít của van con trượt phải có độ nhẵn bóng nhất định. Ta phải chọn độ nhẵn bóng bề mặt của nó là Ra = 0,63mm (tương đương với D8 ). Để đảm bảo độ làm việc bền lâu vật liệu chế tạo con trượt phải có độ cứng và độ chống mài mòn cao ta chọn vật liệu chế tạo là thép hợp kim có ký hiệu là 40X. Ngoài ra các tiêu chuẩn về độ trụ, độ đồng tâm cũng phải được chú trọng tới để đảm bảo độ yêu cầu làm việc chính xác của con trượt. 1.4. Chọn phôi và xác định bề mặt gia công Để gia công con trượt van phân phối ta dùng phôi là thép cán f40. Trước khi đưa vào gia công cần vệ sinh phôi sạch sẽ và cắt bỏ ba via. Bề mặt gia công của con trượt bao gồm: hai mặt đầu, mặt ngoài, mặt trong và các mặt rãnh van. Tuy nhiên, bề mặt quan trọng nhất là mặt ngoài, các mặt đầu của rãnh van, vì nó quyết định tới tuổi thọ và chất lượng của chi tiết. Các bề mặt gia công phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật mà chi tiết đã đặt ra. 2. Lập sơ đồ các nguyên công 2.1. Nguyên công 1: Tiện hai mặt đầu chi tiết, khoan lỗ f10 và vát mép Phôi là một thanh thép đặc dài 96+0,01 mm, ta gá và kẹp chặt trên máy tiện bằng mâm cặp 3 chấu định vị 4 bậc tự do và kẹp chặt. Tiến hành tiện hai mặt đầu, sau đó khoan lỗ f10 và vát mép. Bước 1: Tiện mặt đầu Chiều sâu cắt: t = 2 mm. Bước tiến dao: s = 0,08mm/v. Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính (tính cho khi dao tiến vào trong mép khi khoả mặt đầu): . Bước 2: Tiện mặt đầu Chiều sâu cắt: t = 2 mm. Bước tiến dao: s = 0,08mm/v. Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính (tính cho khi dao tiến vào trong mép khi khoả mặt đầu): . Bước 3: Khoan lỗ f10 Chiều sâu cắt: t = 5 mm. Bước tiến dao: s = 0,18mm/v. Dùng mũi khoan ruột gà có đường kính f10, ký hiệu P18. Số vòng quay trục chính: . Bước 4: Vát mép M12 Chiều sâu cắt: t = 0,5 mm. Bước tiến dao: s = 0,6 mm/v. Dung dao vát mép ký hiệu P18. Số vòng quay trục chính: n = 265 v/ph. Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Tiện mặt đầu 1K62 P9 0,08 2 147 2 Tiện mặt đầu 1K62 P9 0,08 2 147 3 Khoan lỗ f10 2A125 P18 0,18 5 1061 4 Vát mép 2A125 P18 0,6 0,5 265 2.2. Nguyên công 2: Tiện thô mặt ngoài chi tiết, tiện trụ bậc f23 và f28 Sau khi đã thực hiện xong nguyên công 1, ta tiến hành tiếp đến nguyên công 2. Trong nguyên công này phôi cũng được gá trên hai mũi chống tâm. Bước 1: Tiện thô bề mặt ngoài f36,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,6(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Bước 2: Tiện bậc f23,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,2(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Bước 3: Tiện bậc f20,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,3(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, có góc nghiêng chính 900, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Chọn n = 483(v/ph). Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Tiện thô bề mặt ngoài 1K62 P9 0,6 1,75 440 2 Tiện bậc f23,5 1K62 P9 0,2 1,5 147 3 Tiện bậc f20,5 1K62 P9 0,3 8 482,5 2.3. Nguyên công 3: Gia công rãnh trên máy tiện 1K62 Sau khi gia công xong lỗ ta tiến hành gia công tiếp các rãnh mặt ngoài. Định vị chi tiết bằng hai mũi chống tâm. Bước 1: Tiện rãnh f25,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,05(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Bước 2: Tiện rãnh f25,5 còn lại Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0.05(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Tiện rãnh f25,5 1K62 P9 0,05 5,5 611 2 Tiện rãnh f25,5 1K62 P9 0,05 5,5 611 2.4. Nguyên công 4: Khoan 4 lỗ f2 F Dùng một mặt phẳng định vị vào mặt đầu của chi tiết để hạn chế 3 bậc tự do, dùng một chốt trụ ngắn định vị vào lỗ f10 để hạn chế 2 bậc tự do, ta dùng tấm dẫn hướng để kẹp chặt. Chọn máy: máy khoan đứng 2A125, công suất 2,8 (KW). Chọn dao: mũi khoan ruột gà bằng thép gió P18. Chiều sâu cắt: . Lượng chạy dao: s = 0,08 (mm/vòng). Tốc độ cắt theo bảng: V = 10,5 (m/phút). Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Khoan 2 lỗ f2 2A125 P18 0,08 1 1672 2 Khoan 2 lỗ f2 2A125 P18 0,08 1 1672 2.5. Nguyên công 5: Mài tinh mặt ngoài con trượt Chi tiết được gá trên hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do. Chọn máy: máy mài Liên Xô 3450. Bước tiến của máy: s = 0,08 (mm/vòng). Chiều sâu cắt : t = 0,25 (mm). Tốc độ quay của đá: nD = 2200 (v/phút). Tốc độ quay của phôi: nP = 45 (v/phút). Dùng đá mài: 2P. 2.6. Nguyên công 6: Kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật của chi tiết vừa gia công Chi tiết sau khi gia công đòi hỏi phải đạt được đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật. Vì vậy, ta phải tiến hành kiểm tra. Gá chi tiết trên hai mũi chống tâm và dùng: - Đồng hồ so kiểm tra độ tròn và độ đồng tâm của mặt ngoài chi tiết. - Đồng hồ so kiểm tra độ đảo mặt đầu và các mặt bên của rãnh. Yêu cầu kiểm tra độ bóng các bề mặt làm việc của con trượt đạt Ra = 0,63mm, tại hai bên cổ trục và mặt bên các rãnh đạt Ra = 1,25mm. Độ không vuông góc các bề mặt A, B, C, D, E, F so với đường tâm của con trượt < 0,01/100mm chiều dài. Độ ôvan của các bề mặt chi tiết <0,01/100mm chiều dài. Kết luận Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp với sự cố gắng của bản thân và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Phạm Vỵ cùng toàn thể các thầy cô giáo trong Bộ môn em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Cũng như tinh thần chung nhằm làm quen với việc tính toán và thiết kế em đã hoàn thành đồ án: “Thiết kế cải tiến hệ thống lái cho xe tải IFA – W50”. Trong đồ án này em đã làm được những việc sau: - Nêu lên sự làm việc của hệ thống lái, sự làm việc ổn định của hệ thống lái, kiểm nghiệm lại hệ thống lái của xe cơ sở là xe IFA – W50. - Tính toán hệ thống lái nói chung cũng như hệ thống dẫn động và cường hoá lái nói riêng. - Phần bản vẽ em có các bản vẽ: + Bản vẽ bố trí chung hệ thống lái trên xe. + Bản vẽ các phương án cường hoá hệ thống lái trên ô tô. + Bản vẽ cụm van phân phối và xi lanh lực. + Bản vẽ sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống. + Bản vẽ đặc tính cường hoá lái. + Bản vẽ các chi tiết tiêu biểu của hệ thống. + Bản vẽ sơ đồ công nghệ gia công chi tiết. Vì điều kiện thời gian có hạn và trình độ kinh nghiệm còn hạn chế mà khối lượng công việc rất lớn nên chất lượng đồ án vẫn còn nhiều hạn chế và thiếu sót trong phần tính toán và kết cấu có thể chưa hợp lý. Rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy cô trong Bộ môn để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Hà Nội, ngày tháng năm 2005 Nguyễn Đình Dũng TàI liệu tham khảo Giáo trình Chi tiết máy (Tập 1, 2) – NXB Giáo Dục – Nguyễn Trọng Hiệp. Thiết kế tính toán hệ dẫn động cơ khí (Tập 1, 2) – NXB Giáo Dục – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển. Sổ tay công nghệ chế tạo máy Lý thuyết Ô tô - máy kéo – NXB Khoa học và Kỹ thuật – Nguyễn Hữu Cận, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. Giáo trình Thiết kế và tính toán Ô tô - máy kéo (Tập 1, 2, 3) – Nguyễn Hữu Cận, Phan Đình Kiên. Tính toán thiết kế hệ thống lái – Nguyễn Văn Chưởng. Hướng dẫn làm đồ án môn học: Thiết kế hệ thống lái của Ô tô - máy kéo bánh xe – Trường ĐHBK Hà Nội – Phạm Minh Thái. Bài giảng Cấu tạo Ô tô (Tập 2) – Trường ĐHBK Hà Nội – Phạm Vỵ, Dương Ngọc Khánh. Máy thuỷ lực và truyền động thuỷ lực – Nguyễn Phú Vịnh. Máy thuỷ lực thể tích – Hoàng Thị Bích Ngọc. Trang bị thuỷ khí trên ô tô - Trường ĐHBK Hà Nội. Sổ tay Ô tô - Dịch từ tiếng Nga. 1.2. Điều kiện làm việc của con trượt Con trượt nằm trong bộ van phân phối làm nhiệm vụ đóng mở van phân phối để các đường dầu thông với các khoang của xi lanh lực khi ô tô quay vòng. Trong điều kiện con trượt phải di chuyển chiều trục liên tục phụ thuộc vào chất lượng mặt đường, nên áp suất dầu trong hệ thống luôn luôn thay đổi, con trượt phải đảm bảo độ kín khít thuỷ lực. Do đó, bề mặt làm việc (phần di trượt) phải có độ cứng bề mặt và độ chống mài mòn cao, độ đồng tâm và độ không ô van lớn. Như vậy, khi gia công con trượt phải đòi hỏi độ chính xác hình học cao. 1.3. Phân tích kết cấu công nghệ trong kết cấu con trượt Từ nhiệm vụ và yêu cầu của con trượt trong vấn đề thiết kế quy trình công nghệ gia công chi tiết phải phù hợp với điều kiện gia công, công nghệ trong nước. Thị trường trong nước là thị trường nhỏ việc sản xuất mang tính chất thử nghiệm, công nghệ còn lạc hậu do vậy ta chọn dạng sản xuất là đơn chiếc. Do kết cấu con trượt khá đơn giản do vậy trình tự gia công cũng đơn giản và rõ ràng. Những yêu cầu kỹ thuật đối với con trượt như độ nhẵn bóng các bề mặt phải được xác định hợp lý để đảm bảo điều kiện làm việc của chi tiết. Do phải di chuyển dọc trục liên tục, để giảm ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc, tăng độ kín khít của van con trượt phải có độ nhẵn bóng nhất định. Ta phải chọn độ nhẵn bóng bề mặt của nó là Ra = 0,63mm (tương đương với D8). Để đảm bảo độ làm việc bền lâu vật liệu chế tạo con trượt phải có độ cứng và độ chống mài mòn cao ta chọn vật liệu chế tạo là thép hợp kim có ký hiệu là 40X. Ngoài ra các tiêu chuẩn về độ trụ, độ đồng tâm cũng phải được chú trọng tới để đảm bảo độ yêu cầu làm việc chính xác của con trượt. 1.4. Chọn phôi và xác định bề mặt gia công Để gia công con trượt van phân phối ta dùng phôi là thép cán f40. Trước khi đưa vào gia công cần vệ sinh phôi sạch sẽ và cắt bỏ ba via. Bề mặt gia công của con trượt bao gồm: hai mặt đầu, mặt ngoài, mặt trong và các mặt rãnh van. Tuy nhiên, bề mặt quan trọng nhất là mặt ngoài, các mặt đầu của rãnh van, vì nó quyết định tới tuổi thọ và chất lượng của chi tiết. Các bề mặt gia công phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật mà chi tiết đã đặt ra. 2. Lập sơ đồ các nguyên công 2.1. Nguyên công 1: Tiện thô bề mặt ngoài của chi tiết, khoan lỗ f10 Phôi là một ống thép dài, ta gá và kẹp chặt trên máy tiện bằng mâm cặp 3 chấu định vị 4 bậc tự do và kẹp chặt. Tiến hành tiện mặt đầu, tiện trơn bề mặt ngoài của chi tiết trên máy tiện vạn năng của Liên Xô 1K62, sau đó khoan lỗ f10. Bước 1: Tiện mặt đầu Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,08(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính (tính cho khi dao tiến vào trong mép khi khoả mặt đầu):. Bước 2: Tiện thô bề mặt ngoài f36,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,6(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Bước 3: Tiện bậc f20,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,3(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, có góc nghiêng chính 900, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Chọn n = 483(v/ph). Bước 4: Khoan lỗ f10 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,18(mm/v). Dùng mũi khoan ruột gà có đường kính f10, ký hiệu P18. Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Tiện mặt đầu 1K62 P9 0,08 20 147 2 Tiện thô bề mặt ngoài f36,5 1K62 P9 0,6 1,75 440 3 Tiện bậc f20,5 1K62 P9 0,3 8 483 4 Khoan lỗ f10 2A125 P18 0,18 5 1061 2.2. Nguyên công 2: Cắt đứt chi tiết từ phôi dài, tiện trụ f 23,5 dài 25mm và taro M12 Sau khi đã thực hiện xong nguyên công 1, ta tiến hành tiếp đến nguyên công 2. Trong nguyên công này phôi cũng được kẹp chặt trên mâm cặp 3 chấu của máy tiện vạn năng 1K62 của Liên Xô để hạn chế 4 bậc tự do. Sau đó, ta tiến hành cắt đứt chi tiết theo chiều dài đã tính toán, tiếp đó ta tiện mặt trụ bậc f23,5. Bước 1: Cắt đứt chi tiết từ phôi dài Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,08(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính (tính cho khi dao tiến vào trong mép khi khoả mặt đầu): . Bước 2: Tiện bậc f23,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,2(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Cắt đứt chi tiết 1K62 P9 0,08 20 147 2 Tiện bậc f23,5 1K62 P9 0,2 1,5 147 2.3. Nguyên công 3: Gia công rãnh trên máy tiện 1K62 Sau khi gia công xong lỗ ta tiến hành gia công tiếp các rãnh mặt ngoài. Định vị bằng mặt trụ được kẹp chặt trên mâm cặp 3 chấu hạn chế 4 bậc tự do, dùng mũi chống tâm định vị vào lỗ f10 vừa gia công để hạn chế thêm 1 bậc tự do. Bước 1: Tiện rãnh f25,5 Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0,05(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Bước 2: Tiện rãnh f25,5 còn lại Chiều sâu cắt: . Bước tiến dao: s = 0.05(mm/v). Dùng dao tiện thép gió có gắn mảnh hợp kim, ký hiệu P9. Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Tiện rãnh f25,5 1K62 P9 0,05 5,5 611 2 Tiện rãnh f25,5 1K62 P9 0,05 5,5 611 2.4. Nguyên công 4: Khoan 4 lỗ f2 F Dùng một mặt phẳng định vị vào mặt đầu của chi tiết để hạn chế 3 bậc tự do, dùng một chốt trụ ngắn định vị vào lỗ f10 để hạn chế 2 bậc tự do, ta dùng tấm dẫn hướng để kẹp chặt. Chọn máy: máy khoan đứng 2A125, công suất 2,8 (KW). Chọn dao: mũi khoan ruột gà bằng thép gió P18. Chiều sâu cắt: . Lượng chạy dao: s = 0,08 (mm/vòng). Tốc độ cắt theo bảng: V = 10,5 (m/phút). Số vòng quay trục chính: . Các bước gia công được thể hiện trong bảng dưới đây: TT Bước Máy Dao s(mm/v) t(mm) n(v/ph) 1 Khoan 2 lỗ f2 2A125 P18 0,08 1 1672 2 Khoan 2 lỗ f2 2A125 P18 0,08 1 1672 2.5. Nguyên công 5: Mài tinh mặt ngoài con trượt Chi tiết được gá trên hai mũi chống tâm hạn chế 5 bậc tự do. Chọn máy: máy mài Liên Xô 3450. Bước tiến của máy: s = 0,08 (mm/vòng). Chiều sâu cắt : t = 0,25 (mm). Tốc độ quay của đá: nD = 2200 (v/phút). Tốc độ quay của phôi: nP = 45 (v/phút). Dùng đá mài: 2P. 2.6. Nguyên công 6: Kiểm tra các tiêu chuẩn kỹ thuật của chi tiết vừa gia công Chi tiết sau khi gia công đòi hỏi phải đạt được đầy đủ các yêu cầu kỹ thuật. Vì vậy, ta phải tiến hành kiểm tra. Gá chi tiết trên hai mũi chống tâm và dùng: - Đồng hồ so kiểm tra độ tròn và độ đồng tâm của mặt ngoài chi tiết. - Đồng hồ so kiểm tra độ đảo mặt đầu và các mặt bên của rãnh. Yêu cầu kiểm tra độ bóng các bề mặt làm việc của con trượt đạt Ra = 0,63mm, tại hai bên cổ trục và mặt bên các rãnh đạt Ra = 1,25mm. Độ không vuông góc các bề mặt A, B, C, D, E, F so với đường tâm của con trượt nhỏ hơn 0,01/100mm chiều dài. Độ ôvan của các bề mặt chi tiết nhỏ hơn 0,01/100mm chiều dài. Mục lục Lời nói đầu Đặc điểm và các thông số kỹ thuật của xe IFA – W50 Chương I – Tổng quan về hệ thống lái trên ô tô 1. Công dụng, phân loại, yêu cầu 2. Cấu tạo chung hệ thống lái 3. Các loại hệ thống lái 4. Cấu tạo của các bộ phận trong hệ thống lái 5. Góc đặt bánh xe Chương II – Kiểm nghiệm hệ thống lái xe IFA – W50 1. Hệ thống lái xe IFA – W50 2. Tính động học hình thang lái 3. Kiểm nghiệm động lực học 4. Kiêm tra bền hệ thônglái Chương III – Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe IFA – W50 1. Những yêu cầu khi cải tiến hệ thống lái xe IFA – W50 2. Phân tích lựa chọn phương án cải tiến 3. Nguyên lý làm việc của hệ thống trợ lực lái xe IFA – W50 4. Xác định hệ số cường hoá và xây dựng đường đặc tính cường hoá lái 5. Tính bộ cường hoá lái Chương IV – Quy trình công nghệ gia công chi tiết con trượt van phân phối 1. Phân tích chi tiết gia công 2. Lập sơ đồ các nguyên công Kết luận Tài liệu tham khảo