Đồ án Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ có cường hoá điện

uay của vòng lái. Hệ thống lái phải đảm bảo cho ôtô chuyển hướng chính xác, không để những rung động xóc của bánh trước lan truyền tới vòng lái và không đòi hỏi một cường độ lao động quá lớn khi lái xe, muốn cho ôtô rẽ vòng thật chính xác theo quỹ đạo mà người lái muốn thì các bánh xe phải lăn mà không trượt ngang. Muốn vậy các bánh xe phải xoay theo những cung cùng tâm với nhau, tâm này nằm trên đường kéo dài của trục cầu sau, còn các bánh trước, khi ôtô rẽ, thì quay theo những góc khau nhau. Trong trường hợp này, bánh xe phía trong( so với tâm quay) phải xoay 1 góc b lớn hơn, còn bánh xe phái ngoài thì xoay một góc a nhỏ hơn. có thể thực hiện yêu cầu này nhờ cơ cấu đòn bẩy hình thang có khớp nối bản lề. Có nhiều cơ cấu lái, phổ biến nhất là kiểu trục vít - con lăn được dùng trên xe UAZ. Nhờ trục vít có dạng glôbôit cho nên mặc dù chiều dài trục vít không lớn nhưng sự tiếp xúc các răng ăn khớp được lâu hơn và trên diện tích rộng hơn, nghĩa là giảm được áp suất riêng và tăng độ chống mòn. Tải trọng tác dụng lên chi tiết tiếp xúc với nhau được phân tán, tuỳ theo cỡ ôtô mà có thể làm con lăn có hai đến bốn vòng ren, mất mát do ma sát ít hơn nhờ thay ma sát trượt bằng ma sát lăn, có khả năng điều chỉnh khe hở ăn khớp giữa các răng. đường trục của con lăn nằm lệch với đường trục của trục vít một đoạn từ 5 đến 7 mm điều này cho phép triệt tiêu độ hao mòn khi ăn khớp bằng cách điều chỉnh khi sử dụng. Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic= sẽ tăng lên từ vị trí giữa đến vị trí rìa khoảng 5-7% nhưng sự tăng này là không đáng kể có thể bỏ qua và coi như ic= const Hiệu suất thuận hth= 0,65 và hiệu suất nghịch hng= 0,65 Dẫn động lái : có nhiệm vụ truyền lực từ cơ cấu lái tới các bánh dẫn hướng phía trước. Nó gồm các thanh kéo và đòn bẩy tạo nên khung hình thang lái. Các cánh tay lựa chọn sao cho đảm bảo được tỷ số đúng đắn giữa các góc xoay bánh dẫn hướng. Cấu tạo của cơ cấu dẫn động laí phụ thuộc vào cơ cấu treo phía trước. ở xe UAZ hệ treo phụ thuộc thì cơ cấu dẫn động lái có đòn dọc và đòn ngang hình thang lái nối với các đòn ngõng lái. Phần II: kiểm nghiệm hệ thống lái xe UAZ. i -xác định lực tác dụng lên vành lái tải trọng tính toán quy định cho hệ thống lái được xác định thông qua mômen cản quay vòng và mômen tác động lớn nhất đặt lên vành tay lái Tính mômen cản quay vòng: Mômen cản quay vòng được tính toán khi xuất hiện lực cản lăn của hai bánh xe ngược chiều nhau có mặt lực Y, mômen ổn định bánh xe dẫn hướng: Mc= M1 + M2 + M3 + M1 momen cản quay vòng gây nên do lực cản lăn M1= 2.P1.c = 2Gbx.f.c Gbx tải trọng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng Gbx = 960/2 = 480 kg F hệ số cản lăn f = 0,015- 0,04 chọn f = 0,015 c tay đòn của lực Pf quay xung quanh trụ đứng , xe con c =10-40 mm M1 = 2480. 0,015.30 = 0,432 kgm + giá trị mômen do Y gây nên M2 được tính cho mỗi bánh xe, phản lực bên lùi sau một đoạn x, giá trị x thừa nhận = 1/4 chiều dài của vết tiếp xúc và gây mômen quay cùng chiều M1 M2 = Y.x ằ 0,14. Gbx. jy. r bx hệ số bám ngang lấy j y = 0,85 rbx bán kính bánh xe rbx = (B +)25,4. l hệ số biến dạng lốp l = 0,93. rbx = 0,93.( 8,4 + 15/2).25,4 = 375,6 mm + giá trị mômen ổn định M3 có giá trị nhỏ nên dùng hệ số c để tính c = 1,07 – 1,15 chọn c = 1,1 Mômen cản tổng cộng lên cầu dẫn hướng được tính : Mc = M1 + 2M2 + M3 = 2. Gbx . ( f.c + 0,14 . jg . rbx). c = 2.480. ( 0,015 . 30+ 0,14. 0,85 . 0,3756).1,1 = 47,67 kGm Mômen truyền lên vành tay lái, cần thiết tính thêm hiệu suất của các truyền động cơ khí trong hệ thống h1 h1 hiệu suất tính đến tiêu hao ở các bề mặt ma sát h1 = 0,5- 0,7 M=2.Gbx(f.c+0,14..rbx.). + Lực tác động lớn nhất ở vành tay lái Pvlmax -Trong tính toán có thể xác định tỉ số truyền của hệ thống lái i= iddl -chọn sơ bộ iddl =1 iccl -đảm nhận toàn bộ tỉ số truyền của hệ thống lái iccl=20,3 R -bán kính vành tay lái R=190mm Pvl = 150-200N -hiệu suất truyền lực M=2.480.(0,015.0,03+0,14.0,85.0,3756).1,1. = 73,34 kGm Lực tác dụng trên vành tay lái: Pmax==35 kG =350 N II - Động học hình thang lái Với kết cấu hinh thang lái đã có sẵn sau đây ta sẽ đi kiểm tra động học hình thang lái tức là khả năng quay vòng ít trượt xuất pháttừ việc tìm mối liên hệ giữa chiều dài các đòn với các góc trong thiết kế Trong đó : L-Chiều dài thanh ngang hình thang lái l - Chiều dài thanh bên hinh thang lái m-Khoảng cách giữa tâm hai trụ đứng q- Góc thiết kế như hình vẽ L=m+2.l.sinq ta có: q =arcsin Để kiểm nghiệm động học hình thang lái,ta phải xây dựng đường đặc tínhhình thang lái lí thuyết và đặc tính hình thang lái thực tế ứng với gócq =7,66 Từ phương trình lý thuyết (1) muốn ôtô quay vòng không trượt thì và phải liên hệ với nhau theo pt: cotg - cotg = Cho trước =1 - 45 tính theo công thức trên lập bảng ta được: 1 5 10 15 20 25 30 35 40 0,9912 4,7871 9,1731 13,1787 16,8091 20,0584 22,9126 25,3518 27,3525 ứng với giá trịta tính lại theo và ta lập được bảng quan hệ giữa và Từ hai bảng trên ta vẽ hai đồ thị trên cùng một hệ trục toạ độ: Nhìn vào đồ thị ta có thể so sánh giữa đường lí thuyết và đường thực tế < 1 vậy hình thang lái của xe đảm bảo yêu cầu iii - Kiểm bền một số chi tiết Trục lái Đường kính vô lăng của xe UAZ= 380mm.Moayo của vành tay láiđược lắp vào đầu côn của trục lái bằng khớp nối then hoa hoặc then bán nguyệt Trục lái được làm bằng thép và được tính theo xoắn bởi momen sinh ra do lực của người lái tác dụng lên vành lái ở đây ta xét trường hợp lực tác dụng lớn nhất và khi không có trợ lực ứng suất xoắn được tinh bằng công thức: MN/m2 ,ứng suất xoắn cho phép Pmax lực lớn nhất trên vành tay lái =350N Rvl bán kính vành lái = 0,19 m D,d đường kính ngoài và đường kính trong của trục lái Xét ứng suất tại mặt cắt nguy hiểm A_A -ứng suất xoắn trục vào: D=28mm d=20mm < Như vậy trục vào đảm bảo độ bền xoắn -ứng suất xoắn trục ra: D=20mm d=14mm < Như vậy trục ra đảm bảo độ bền xoắn 2 .Cơ cấu lái (cặp truyền lực trục vít lõm con lăn) Truyền động loại trục vít con lăn đảm bảo cho các răng có độ bền uốn cao.Bởi thế trong tính toán cần chú ý đến độ chống mòn và độ bền tiếp xúc T: lực chiều của trục F : diện tích tiếp xúc giữa trục vít với con lăn coi như tải trọng truyền lên một đường ren của con lăn t : bước của trục vít t = 5 b : góc nâng của đường ren trục vít R : bán kính vòng lái R = 190 mm F = (j1 - sinj1 ).r12 + (j2 - sinj2 ).r22 j1 = ; j2 = r1 = 22 mm ; r2 = 16 mm Thay số ta có F = 0,052m2 T = =N dchd = MN/m2 3.Đòn Quay Đứng : Đòn quay đứng của cơ cấu lái dùng để truyền chuyển động từ trục thụ động của cơ cấu lái đến đòn dọc của truyền động lái. Đòn quay đứng được nối ghép trên trục của cơ cấu lái bằng cần trục hình vuông hoặc phần trục khía rãnh rộng nối ghép bằng phần trục hình vuông gần như không được sử dụng vì khó đảm bảo lắp ghép chính xác, trên xe UAZ sử dụng ghép nối bằng các rãnh nông, phần dưới của đòn quay đứng được nối với đòn kéo dọc bằng khớp cầu. Thực nghiệm chứng tỏ rằng lực cực đại tác dụng lên đòn dọc thường không quá 0,5G1 (G1 trọng lượng tác dụng lên các bánh trước ôtô ở trạng thái tĩnh ) vì vậy khi tính đòn quay dứng chúng ta lấy lực N nào lớn để tính N1 = 0,5.G1 = 0,5.960 = 480 KG (1) N2 = (2) Pmax : lực người lái tác dụng lên buồng lái R : Bán kính vành lái ic : tỷ số truyền của cơ cấu lái = 20,3 hth : hiệu suất thuận = 0,47 lc : chiều dài đòn quay đứng = 210 mm N2 = KG < N1 vậy ta chọn N1 để tính ứng suất uấn su = Trong đó Mu = N1.lc = 4800.0,21 =1008 Nm Momen chống uốn Wu = a2.b/6 =0,0252.0,020/6 =2,083.10-6 su = = 483,84MN/m2 < [su] = 800 MN/m2 Đòn dọc AB và đòn ngang CD được tính theo uốn dọc và nén. thanh dọc có tác dụng N như đã tính trong phần đòn quay, còn đối với đòn ngang CD sẽ có lực Q tác dụng Lực Q được tính theo công thức: Q = ở đây : Trong đó : Pp - lực phanh tác dụng lên một bánh xe m1p - hệ số phân bố trọng lượng lên cầu dẫn hướng khi phanh khi tính toán lấy bằng 1,4 j - hệ số bám giữa lốp và mặt đường lấy bằng 0,7 a,b – kích hước trên hình vẽ a = 86,5 (mm) b = 145(mm) ứng suất nén Fcd = m2 G1 trọng lượng tác dụng lên một bánh xe dẫn hướng: G1 = 480 kG = 4800.10-6 MN snén = =1,4.10-3 MN/m2 của thanh dọc AB ị snén = của thanh ngang CD ị snén = với FAB và FCD là thiết diện của thanh dọc và thanh ngang Vậy ứng suất dọc nguy hiểm của thanh ngang CD ị sud = của thanh dọc AB ị sud = JAB và JCD mômen quán tính của thiết diện thanh dọc và thanh ngang JCD = E – modun đàn hồi = 2.105 MN/m2 lABvà lCD chiều dài của thanh dọc và thanh ngang lAB=1320mm Q = Từ đó ta có: Hệ số dự chữ bền K: K = Ta thấy K =2,5 nằm trong khoảng cho phép1,25 – 2,5 như vậy là thoả mãn 4.Trụ cầu(rôtuyn): Khớp cầu được bố trí trên đòn kéo dọc, đòn ngang hìng thang lái tải trọng tính toán lấy từ các lực tác dụng lớn nhất theo đòn uấn Để triệt tiêu các khe hở sinh ra do hao mòn các bề mặt ma sát và để làm êm dịu các va đập nhận bởi các bánh dẫn hướng thì các trụ cầu được đặt cạnh các lò xo có thể đặt hoặc chỉ về một phía hoặc ở cả hai phía của trụ cầu lò xo được tính sao cho có khả năng đàn hồi và tự bù khe hở do mòn lực nén khi lắp ráp tính bằng 0,8 giá trị lực truyền qua các đòn nối của chúng Trụ cầu được kiểm tra theo ứng suất rèn dập [scd] = 25-35 MN/m2 chân trụ cầu kiểm tra theo cắt và uốn PHần III: Thiết kế cải tiến hệ thống lái xe UAZ Đặt vấn đề từ công thức mômen cản quay vòng Mc=(2.M1+2.M2) c/h1 ta thấy lực cản quay vòng tỷ lệ thuận với trọng lượng của xe phân bố lên cầu trước. như vậy những xe có trọng tải càng lớn thì lực cản quay vòng càng lớn. Lực cản quay vòng tăng đến một giới hạn nào đó thì người lái sẽ không điều khiển vô lăng được nữa. trong trường hợp đó cần có một bộ phận hỗ trợ người lái khi quay vòng xe. Bộ phận này dùng một nguồn năng lượng khác như chất lỏng áp suất cao, khí nén, điện,… để sinh ra một lực hỗ trợ người lái tác dụng vào vôlăng, bộ phận như vậy gọi là cường hoá lái. Khi hệ thống lái không có trợ lực, lực cực đại mà người lái phải chịu trên vành tay lái như đã tính toán ở trên là 35kg nên điều kiện làm việc của người lái tương đối nặng nhọc. Để tạo điều kiện thuận tiện nhẹ nhàng và tăng sự linh hoạt cho người lái, để giảm bớt cường độ lao động cần giảm nhẹ lực cực đại đặt lên vành tay lái. Vấn đề này được khắc phục bằng việc thiết kế một hệ thống lái của ôtô. Chọn phương án thiết kế trợ lực. Các loại hệ thống trợ lực. Trước đây cường hoá hệ thống lái có hai loại cơ bản là khí nén và thuỷ lực đã trở thành hệ thống trợ lực thông dụng trong nhiều thập niên gần đây cho tới tận bây giờ nó vẫn được sử dụng trên các loại xe khác nhau. Cường hoá khí nén kém hơn cường hoá thuỷ lực và khả năng chịu nén của chất khí kém hơn chất lỏng, cường hoá khí nén chủ yếu dùng ở ôtô tải, ôtô khách với trọng lượng phân bố lên cầu trước 30-70 KN khi hệ thống phanh là phanh khí, để lợi dụng bình khí nén. Cường hoá thuỷ lực có hiệu quả tác dụng cao và tính chất tuỳ động (chép hình) kích thước và khối lượng nhỏ gọn, độ tác động cao( 0,05s), nó còn đóng vai trò của bộ giảm chấn để giảm những va đập từ mặt đường tác động vào hệ thống lái, cho phép giữ được hướng chuyển động đã cho của xe trong trường hợp nguy hiểm, làm việc không có tiếng ồn trừ bơm thuỷ lực. Với những ưu điểm đó nó đã trở thành hệ thống trợ lực truyền thống áp dụng rộng rãi trên các loại xe nhưng bên cạnh đó nó cũng có những nhược điểm. Ngày nay khi hệ thống trợ lực động cơ điện ra đời nó đã đáp ứng nhu cầu về việc tạo ra một nguồn năng lượng mới, năng lượng điện thay thế cho hệ thống thuỷ lực truyền thống. Hệ thống trợ lực điện: Một hệ thống trợ lực tay lái nhờ lực tác dụng từ một môtơ điện một chiều EPAS( electric power steering assisted), nó cũng dựa trên nguyên tắc tương tự như hệ thống lái trợ lực thuỷ lực HPS( hydraulic power steering). EPAS có được nhiều cải tiến nó chỉ tiêu tốn năng lượng khi cần thiết, EPSA làm cho người lái điều khỉên nhẹ nhàng hơn, dễ dàng trong thiết kế lắp đặt trong xe, độ tin cậy cao hơn hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực và không ảnh hưởng đến môi trường. Nhờ những thuận lợi đó mà có thể chế tạo những động cơ mạnh hơn có nhiều cải tiến phù hợp với yêu cầu thị hiếu khách hàng. Dưới góc độ về luật pháp xe có hiệu quả hơn tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu lượng CO2 thải ra. Sự cải tiến này đem lại nhiều lợi ích dễ dàng lắp đặt có khối lượng nhỏ, tất cả những thuận lợi quan trọng cho việc thiết kế lắp đặt trên một chiếc xe du lịch nhỏ, khối lượng của nó nhẹ hơn khối lượng của hệ thống HPS khoảng 5 kg trên một chiếc xe tương tự. EPAS không giống như HPS ở chỗ năng lượng chỉ tiêu tốn khi có yêu cầu, năng lượng không lãng phí khi lái, ở HPS bơm sẽ tiếp tục làm việc kể cả khi hệ thống không yêu cầu trợ lực. Với sự có mặt của EPAS có thể đưa ra khả năng cải tiến về nhiên liệu trên hầu hết các xe khoảng 2-5%. So sánh giữa hệ thống trợ lực bằng động cơ điện và hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực HPS và EPAS Với hệ thống HPS nguồn cung cấp năng lượng tách biệt hoàn toàn với hệ thống lái, HPS cần một nguồn năng lượng ( bơm thuỷ lực, xi lanh thủy lực, các van, các đường dầu). để thiết kế HPS là cả một khối lượng công việc đáng kể, một phần ở đó là số lượng đáng kể các thiết bị mà hệ thống yêu cầu, điều đó có nghĩa là HPS không dễ dàng lắp đặt trên xe nhỏ gọn. Hơn nữa nó tiêu thụ năng lượng ở tất cả các công việc của xe. Với hệ thống điều khiển như thế HPS yêu cầu độ chính xác cao trong chế tạo, khi có sự cố về hệ thống trợ lực thì lực của người lái lớn hơn lực lái khi không thiết kế trợ lực do lực cản của chất lỏng trong hệ thống trợ lực. Việc dùng dầu trợ lực cũng là một nhược điểm của nó. Khi thay thế sữa chữa lượng dầu thải ra ảnh hưởng đến môi trường, đó là một trong những vấn đề được các nhà sản xuất ôtô trên thế giới quan tâm. Hệ thống trợ lực lái EPAS được tạo ra từ môtơ điện một chiều đặt trên hệ thống lái. Hệ thống chỉ gồm 2 phần: trục lái với động cơ điện một chiều và một ECU, do đó hệ thống tương đối nhỏ gọn, lắp đặt dễ dàng khối lượng chủ yếu là động cơ điện , hoạt động có hiệu quả cao và đặc biệt chỉ tiêu thụ năng lượng khi hệ thống lái yêu cầu. Với sự nhỏ gọn dùng nguồn năng lượng sạch năng lượng không lãng phí lái . Như HPS bơm sẽ vẫn làm việc thậm chí khi hệ thống không đòi hỏi trợ lực, với EPAS có thể đưa ra khả năng về cải tiến để tiết kiệm nhiên liệu cho ôtô. Với những ưu điểm như trên và sự cần thiết của trợ lực đối với ôtô. em chọn phương án thiết kế trợ lực cho hệ thống lái bằng động cơ điện. sơ đồ và nguyên lý trợ lực: 1-Cảm biến tốc độ 2-Cảm biến momen 3-Hộp giảm tốc 4-Mô tơ và ly hợp điện từ 5-Máy phát 6-Bánh răng lái 7-cảm biến tốc độ đọng cơ 8-Acquy 9-Hộp điều khiển môtơ , ly hợp điện từ và trục vít bánh vít , trục vít một chính là trục động cơ, bánh vít 2 được nối với trục lái 3 thanh xóăn 4 nối trục ra và trục vào, sự thay đổi góc lệch được biến đổi thành chuyển động trượt của 7, bi 8 trên rãnh bi 9. bên trong động cơ là một đồng hồ đo vòng quay chính xác và tiếp điểm xác định vị trí trong rãnh trên thanh trượt. Sự biến đổi chuyển động thanh trượt là chuyển động quay của cảm biến biến áp , mômen lái chuyển thành tín hiệu điện ra nó tương ứng với mômen trên trục lái. Tín hiệu đầu ra của cảm biến biến trở là một trong 5 đầu vào ECU của hệ thống trợ lực, còn lại từ khoá điện, ắc quy, cảm biến tốc độ xe, cảm biến số vòng quay động cơ ECU của hệ thống trợ lực là một máy tính điện tử, tại đó nó xử lý quản lý số vòng quay và dòng điện môtơ điện trợ lực liên quan cả mômen lái và tốc độ xe. Môtơ sau đó sẽ phân chia yêu cầu về mômen và lực cần trợ lực thông qua bộ truyền trục vít bánh vít. Khi có những sai sót không mong muốn những triệu chứng hư hỏng các bộ phận của hệ thống có thể nối tiếp với ECU để xác định nguyên nhân. trong trường hợp không mong muốn, thậm chí hệ thống điện mất an toàn thì hệ thống cơ khí vẫn dùng được, nếu một triệu chứng xảy ra ly hợp điện từ trên động cơ sẽ tách ra và môtơ không được cung cấp điện, lúc đó hệ thống điều khiển sẽ thông báo lỗi bằng đèn báo. Cảm biến biến ( potentiometer) áp nối 2 mạch ( mạch chính và mạch phụ). Tín hiệu của tốc độ động cơ dùng như tín hiệu ảo của tốc độ xe và dùng để kiểm tra cho tốc độ của xe. Hệ thống tích hợp sự an toàn đặc trưng không liên kết, hệ thống có khả năng tự chẩn đoán và có thể bảo vệ mạng điện. hệ thống trợ lực động cơ điện áp dụng cho xe UAZ xe UAZ là xe hai cầu trước đây hệ thống lái không có trợ lực xe có tính năng cơ động cao nhỏ gọn phù hợp với địa hình đường xá Việt Nam được dùng nhiều trong các nghành quân đội kiểm lâm. ngày nay xe được cải tiến nhưng với xe trước đây không khác nhiều vẫn giữ được các đặc điểm cũ. Việc lắp đặt hệ thống trợ lực cho xe là một vấn đề cần được quan tâm, để tăng chất lượng lao động giảm nhẹ cho người lái, để rút ngắn thời gian quay vòng. Hệ thống trợ lực bằng động cơ điện EPAS là một hệ thống mới nó có được nhiều ưu điểm so với hệ thống trợ lực thuỷ lực. Hệ thống trợ lực bằng động cơ điện không cần có xy lanh thuỷ, đường dầu các van điều khiển… hệ thống có khối lượng nhẹ gọn gàng dễ lắp đặt, hệ thống trợ lực thuỷ lực tiêu thụ năng lượng khi xe hoạt động( nổ máy), hệ thống trợ lực bằng động cơ điện chỉ tiêu thụ năng lượng khi yêu cầu trợ lực. Với môi trường không có vấn đề gì phải lưu tâm vì nó dùng năng lượng sạch. Khi hệ thống trợ lực có hỏng hóc hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường để xe có thể vào xưởng sữa chữa gần nhất. Do những ưu điểm đó mà có thể áp dụng trên xe UAZ cải tiến vì ngoài các ưu điểm trên hệ thống còn dễ dàng trong lắp đặt hệ thống sửa chữa bảo dưỡng. Tuy nhiên là một hệ thống hiện đại nên giá thành đắt công nghệ chế tạo cao, yêu cầu của hệ thống điều khiển phức tạp. Hệ thống trợ lực bằng động cơ chủ yếu bằng một động cơ điện cùng với ly hợp điện từ và hộp giảm tốc gắn liền với nó, hệ thống tương đối nhỏ gọn nên việc bố trí trên xe không gặp nhiều khó khăn. sau đây em đưa ra 4 phương án bố trí trợ lực trên xe UAZ. phương án 1 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ động cơ điện, ly hợp điện từ và trục vít đặt vuông góc với trục lái, bánh vít được lắp trên trục ra. Thanh xoắn 3 liên kết với trục vào 2 với trục ra 4. khi người lái đánh lái, một góc lệch được tạo ra giữa trục vào 2 và trục ra 4, góc lệch này qua bộ cảm biến mômen xoắn 10 qua bộ khuyếch đại tín hiệu được đưa vào bộ điều khiển 13, tại đó tín hiệu được xử lý và đưa điện áp vào để điều khiển động cơ tương ứng với mômen xoắn trên trục. Hệ thống trợ lực bao gồm môtơ điện 8 và hộp giảm tốc 5 bố trí trên hình thang lái. Phương án này có ưu điểm là thuận tiện trong chế tạo, lắp ráp và thay thế, nó có thể được chế tạo riêng rồi lắp. nhưng với sơ đồ bố trí trên thì khoảng sáng gầm xe giảm, không phù hợp với xe đi trên địa hình xấu, động cơ điện bố trí như trên sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ, động cơ làm việc không ổn định, cơ cấu không vững chắc. phương án 2 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này động cơ điện và hộp giảm tốc được gắn ngay trên trục đòn quay đứng. Phương án bố trí này có phần chắc chắn hơn phương án trợ lực thứ nhất, cơ cấu trợ lực được gắn chặt vào vỏ cơ cấu lái, nhưng nhược điểm của cơ cấu này là khi áp dụng phải thiết kế lại trục đòn quay đứng do đó nó tăng thêm chi phí trong thiết kế cải tiến. c.phương án 3 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này cơ cấu trợ lực được lắp vào sau đuôi trục vít, ở phương án này cơ cấu lắp ghép tương đối vững chắc, gọn lắp ráp dễ dàng nhưng có một nhược điểm là phaỉ thiết kế lại trụ lái, dẫn đến tăng chi phí trong thiết kế cải tiến. phương án 4 1- Vô lăng 2 – Bộ khuếch đại 7 – Cảm biến momen xoắn 4 – Khoá điện 5 – Acquy 6 – Máy phát 3 – Mạch điều khiển 8- Động cơ điện trợ lực 9 – Ly hợp điện từ Phương án này cơ cấu trục vít bánh vít và động cơ điện trợ lực được bố trí trước cơ cấu lái trên trục ra, trục vít đặt vuông góc với trục lái, trục của trục vít là trục của động cơ điện nó ăn khớp với trục ra bởi một trục bánh vít được lắp then hoa với trục ra. để đảm bảo các chế độ tải trọng và điều kiện làm việc cũng như các kích thước của nó so với kích thước cơ cấu lái và dẫn động lái trên xe cơ sở trục vít và bánh vít được tính toán ở phần sau. Với sơ đồ bố trí như hình vẽ hệ thống trợ lực tương đối vững chắc, gọn có không gian bố trí các mạch điều khiển, các bộ phận của hệ thống điều khiển bố trí gần nhau nên tiết kiệm được dây dẫn.Việc bố trí như vậy dễ dàng cho việc sửa chữa bảo dưỡng kiểm tra. Qua việc phân tích các phương án như trên em nhận thấy phương án thứ 4 là phương án có nhiều ưu điểm nhất, thích hợp với việc bố trí trên xe UAZ. ii.Tính trợ lực cho phương án thiết kế 1-Xác định trợ lực Sự làm việc của cường hoá được đặc trưng bằng đồ thị như hình vẽ chỉ sự thay đổi lực P trên vành lái theo sự thay đổi momen M cần thiết để quay các bánh xe , đường 1 ứng vời cơ cấu lái không có trợ lực.Đường 2 ứng với cơ cấu lái có trợ lực ,đương 2 phải có độ nghiêng nhất định để đảm bảo tỉ lệ thuận giữa các lực trên vành lái và momen để quay các bánh xe dẫn hướng .Có như thế người lái mới không mất cảm giác khi lái và hiệu số giữa tung độ của cá đường đặc tính chính bằng lực sinh ra bởi trợ lực và lực này phụ thuộc chủ yếu vào công suất của động cơ diện dùng để trợ lực. Sau khi lực sinh ra bởi cường hoá đạt giá trị cực đại thì độ nghiêng của đường đặc tính sẽ giống nhưở cơ cấu lái không có cường hoá,các thông số chính của cường hoá được tính theo Pvlmax: Công thức trên có tính đến lực P mà người lái phải tác dụng vào vành lái khi quay các bánh xe dẫn hướng tại chỗ. Như vậy lực Pch dùng để tính cường hoá được xác định theo công thức: Pc = Pvlmax - P Khi quay các bánh xe dẫn hướng thường xuyên tại chỗ thì lốp sẽ mòn nhanh chính vì thế càn thiết kế cường hoá thế nào để khi quay vòng tại chỗ thì lực P không được quá nhỏ . Đối với ôtô con chọn P = 40 –70 N ở đây ta chọn P = 70 N Do ở phần trên ta tinh được Pvlmax=350 N Nên ta có: Pch = 350-70 = 280 N Nhưng lực ở vành lái để bắt đầu trợ lực không quá nhỏ để có thể khắc phục hết khe hở của bộ trợ lực vấcc cơ cấu cơ khí, khi tính ta chọn Pmin =25 N Lúc đó ta có momen cản tương ứng : Từ đó ta đi vẽ đồ thị quan hệ giữa lực trên vành lái Pv và momen cản quay vòng của xe Mc : Chính vì vậy ta phải đi xác định các điểm của các đường trợ lực - Đưòng 1 là đường ứng với khi không có trợ lực, ta xác định được hai điểm: Pvl =0 ; Mc = 0 Pvl = 350 N ; Mc =798,4 Nm. -Đường 2 là đường ứng với khi có trợ lực , ta cũng xác định được hai điẻm: Pvl =25 N ; Mc =41,2 Nm Pvl =350 N ; Mc =798,4 Nm Qua các diểm của các đường vừa tính được ta đi vẽ đồ thị : Nhìn vào đồ thị ta có thể thấy hiệu số tung độ giữa các đường đặc tính chính bằng lực sinh ra bởi cường hoá. 2-Tính trợ lực: Các thông số cơ bản để đánh giá cường hoá: -Chỉ số hiệu quả tác dụng H,bàng tỉ số giữa lực đặt vào vành tay lái để quay vòng ôtô khi không có cường hoá Pv và khi có cường hoá Pv’: * H được chọn phải đảm bảo thoả mãn những yêu cầu của hệ thống lái có cường hoá và phải đảm bảo được tuổi thọ của lốp . Ta chọn H=3 Như ở phần trên đã tính Pv =350N nên Pv’ = theo thiết kế lực của người lái đặt vào vành tay lái là 115N .Vậy phần trợ lực cần tác dụng một lực là: Pch = 350-115 =235N Chỉ số tác dụng phản ứng của bộ cường hoá tới vành tay lái t chỉ số này phải đủ lớn để giữ được độ lớn để giữ được cảm giác của người lái với chất lượng của mặt đường .Tỷ số tác dụng phần ứng được biểu thị bằng tỷ số giữa các số gia của lực trên vành tay lái khi không có cường hoá Pv và khi có cường hoá P’v : Chỉ số nhạy cảm tác dụng của bộ cường hoá j0 được xác định bằng góc quay của vánh tay lái mà ở đó cường bắt đầu tác dụng , góc này phụ thuộc thông số kết cấu của bộ cảm biến biến áp trong hệ thống lái. Chỉ số về tính năng vận hành của ôtô trên dường vòng được xác định bằng tỷ số giữa thời gian quay vòng ôtô khi không có cường hoá và khi có cường hoá. Chỉ số gài thuận và chỉ số gài nghịch của bộ cường hoá ,gài thuận của cường hoá được đặc trưng bằng giá trị của lực P0 cần thiết đặt lên vành tay lái để cường hoá bắt ssầu làm việc m, gài nghịch được đặc trưng bằng lưc T tác dụng lên thanh kéo dọc và ứng với lực này cường hoá bắt đầu làm việc từ phía các bánh xe dẫn hướng R: lực cản quay của cảm biến biến áp. iii.Tính chọn động cơ điện trợ Phần trên ta đã xác định được giá trị của lực cần trợ lực Pch= 280 N Từ thông số này ta đi xác dịnh công suất của động cơ điện một chiều Công suất trên trục động cơ điện: ( TL2) - là vận tốc góc đánh lái cực đại mà người lái có thể tạo ra trên vô lăng v = 80 –100 v/ph ,chọn v = 80 v/ph Ta có: v= (TL2) Trong đó : -hiệu suất của bộ truyền r- bán kính vô lăng r = 190 mm F-lực mà cơ cấu trợ lực cần tạo ra F =280N Vậy v = từ đó suy ra: W Tính số vòng quay sơ bộ: (TL2) (TL2) ,chọn nlv =80 v/ph ut – tỷ số truyền của truyền động trục vít ut = 10 - 40 chọn ut = 15 Theo (TL2) thì động cơ điện được chọn phải có công suất và số vòng quay đồng bộ thoả mãn điều kiện : Tra bảng các thông số kĩ thuật của động cơ TL2 ta thấy kiểu động cơ 4A71B4Y3 là thoả mãn với công suất và số vòng quay đồng bộ như sau : Pđc =0,75 kW nđb =1370v/ph 1-Xây dựng đường đặc tính của động cơ điện một chiều Với kiểu động cơ 4A71B4Y3 ta có các thông số như sau : -Pđc =0,75 kW -nđm =1370 v/ph -Iđm =5 A Số cực 2p =4 p =2 -Số đôi mạch nhánh song song của cuộn dây phần ứng 2a =2 a =1 -Số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng N = 2668 -Điện trở: + rư điện trở cuộn dây phần ứng +rct điện trở cuộn từ phụ rư + rct = 6,2 W +Cuộn ổn định rôđ =0,18 W +Cuộn song song rss = 452 W -Số vòng trên một cực + cuộn ổn định wôđ = 20 v/ph + cuộn song song wss =2700 v/ph Dòng điện định mức của cuộn song song iđm = 0,39 A -Từ thông định mức của một cuộn từ = 0,3.10-2 Wb -Momen quán tính của phần ứng J = 0,0575 kg.m2 -Khối lượng của động cơ m = 9,6 kg Theo TL3 nguồn điện một chiều dùng cho động cơ điện trợ lực là nguồn có công suất vô cùng lớn ( vì nó luôn luôn được máy phát nạp điện khi xe hoạt động ) và có điện áp không đổi thì mạch kích từ thường được mắc song song với mạch phản ứng lúc này động cơ được gọi là động cơ điện một chiều kích từ độc lập và sau đây là sơ đồ nối dây của động cơ : + Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ song song : + Sơ đồ nối dây của động cơ kích từ độc lập : Vì đường đặc tính của động cơ là đường thẳng nên khi vẽ ta chỉ cần xác định hai điểm : Ta thường chọn hai điểm là điểm không tải lí tưởng và điểm định mức a - Đặc tính tự nhiên + Đặc tính cơ điện tự nhiên của động cơ điện một chiều kích từ độc lập : Điểm thứ nhất : (Iư = 0 ; w = w0 ) Trong đó : w0 = K – Hệ số cấu tạo của động cơ Trong đó : p =1 số đôi kích từ chính N = 2668 số thanh dẫn tác dụng của cuộn dây phần ứng a =1 số đôi mạch nhánh song song của cuộn phần ứng fđm =0,3.10-2 Wb – từ thông định mức của một cực từ w0 = Vậy điểm thứ nhất : ( 0 ;172,62 ) Điểm thứ hai :( I = Iđm ; w = wđm ) Trong đó : wđm = Iđm =5 A Vậy điểm thứ hai là : ( 5 ; 143,45 ) + Đặc tính cơ tự nhiên của động cơ điện một chiếu kích từ độc lập : Điểm thứ nhất : (M = 0 ; w = w0 ) Theo trên vậy điểm thứ nhất là : ( 0 ; 172,62 ) Điểm thứ hai : ( M = Mđm ; w = wđm ) Trong đó : Mđm = b - Đặc tính nhân tạo Đặc tính biến trở : các dặc tính biến trở đều đi qua điểm không tải lí tưởng w0 . Chính vì vậy khi vẽ các đặc tính này ta chỉ cần xác định điểm thứ hai và thường chọn là điểm ứng với tải định mức : + Đối với đặc tính cơ điện nhân tạow ứng với Iđm + Đối với đặc tính cơ nhân tạo w ứng với Mđm Từ phương trình đặc tính cơ tự nhiên ta có : (TL3) Và từ phương trình đặc tính biến trở : (TL3) Từ đó ta lập được tỷ số : Trong đó Ru = 0,5(1-hđm ) = 0,5(1 –0,72 ) =6,16 W = 143,29 rad/s Theo TL3 khi w = 0 thì Iư = =Inm M = K.f.Iđm = Mnm Trong đó Inm và Mnm được gọi là dòng điện ngắn mạch và momen ngắn mạch Từ đó ta đi vẽ đồ thị của đường đặc tính : Đồ thị : Đặc tính cơ điện tự nhiên và đặc tính cơ điện nhân tạo Nhìn vào đồ thị ta thấy các đường đặc tính phù hợp với sự làm việc của hệ thống vì đồ thị của nó là đường tuyến tính Đồ thị : Đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Nhìn vào đồ thị ta thấy đường đặc tính này phù hợp với sự làm việc của hệ thống vì đồ thị của nó là đường tuyến tính Tính toán bộ truyền trục vít bánh vít Bộ truyền trục vít bánh vít dùng để truyền động giữa trục động cơ điện trợ lực và trục lái . Góc giữa hai trục thường là 900 .Do các trục cheo nhau như vậy nên trong truyền động trục vít xuất hiện vận tốc trượt vs hướng dọc theo ren trục vít . Trượt dọc răng làm tăng mất mát về ma sát làm giảm hiệu suất tăng nguy hiểm về dính và mòn . Vì vậy điểm này cần được chú trong quá trình truyền động trục vít Truyền động trục vít bao gồm các bứoc sau đây : + Chọn vật liệu + Xác định ứng suất cho phép + Tính thiết kế +Tính kiểm nghiệm + Quyết định lần cuối các kích thước và thông số bộ truyền + Kiểm nghiệm về nhiệt Chọn vật liệu Bánh vít thường được chế tạo từ các vật liệu có tính chống dính tốt và có khả năng giảm ma sát như : Đồng thanh thiếc kẽm chì ( chứa thiếc từ 3% - 6% ) Để chọn vật bánh vít ta có công thức : (TL2) Trong đó : - số vòng quay của trục vít T2 – momen xoắn trên trục bánh vít Khi vs 5 m/s dùng đồng thanh thiếc Khi vs < 5 m/s dùng đồng thanh không thiếc và đồng thau Khi vs <2 m/s dùng gang Trục vít được chế tạo bằng các loại thép cacbon chất lượng tốt và thếp hợp kim Theo công thức : Trong đó : P1- công suất trên trục vít đó chính là công suất của động cơ điện P = 0,75kW u- tỷ số truyền của truyền động trục vít u = 15 n1- số vòng quay của trục vít chính là số vòng quay của động cơ n1=1370 v/ph Do đó ta đi chọn vật liệu : Dùng đẻ chế tạo bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau Dùng để chế tạo trục vít là dung thép cacbon trung bình C45 Xác định ứng suất cho phép Xác định ứng suất tiếp xúc cho phép và ứng suất uốn cho phép đối với vật liệu bánh vít là đồng thanh không thiếc và đồng thau thì dạng hỏng dính là nguy hiểm hơn cả . Do đó ứng suất tiếp xúc cho phép được xác định từ điều kiện chống dính + ứng suất tiếp xúc cho phép = ứng suất tiếp xúc cho phép ứng với 107 chu kì = ( 0,75 - 0,9) Do trục vít được thấm cacbon hoặc tôi đạt độ rắn HRC 45 , mặt ren trục vít được mài và đánh bóng hệ số = 0,9 Tra bảng 7.1 (TL2) ta có : KHL- hệ số tuổi thọ KHL = NHE : số chu kì thay đổi ứng suất tương đương ta chọn NHE = 25.107 chu kì để tính KHl =0,668 Vậy ứng suất tiếp xúc cho phép : +ứng suất uốn cho phép : Với bộ truyền quay hai chiều cho phép ứng với 106 chu kì mặt ren trục vít được mài và đánh bóng ta có : Hệ số tuổi thọ : Lấy NFE =25.107 chu kì +ứng suất cho phép khi quá tải : Để kiểm tra độ bền tĩnh tránh quá tải cần xác định ứng suất tiếp xúc cho phép khi quá tải max và ứng suất uốn cho phép khi quá tải max max = 4. = 4.80 = 320 MPa max =0,8. =0,8.80 =160MPa ở đây được tra theo bảng 7 của TL2 3- Tính toán truyền động trục vít về độ bền a.Xác định thông số cơ bản của bộ truyền : - Khoảng cách trục aw : . Trong đó : Z2- số răng bánh vít - hệ số đương kính trục vít được quy chuẩn theo mođun tiêu chuẩn (bảng 7.3 – TL2) KH – hệ số tải trọng động - ứng suất tiếp xúc cho phép ; = 120 MPa chọn mối ren của trục vít là 1 chọn tỷ sồ truyền u =30 z2 =30 > zmin =26 – 28 để tránh hiện tượng cắt lẹm chân răng z2 <80 tránh gây biến dạng lớn của trục vít và kích thước quá lớn Dựa vào z1 đã chọn tra bảng được hiệu suất từ và T1 ta đi tính được T2 : Ta lại có : T2 = 5,158.0,75 =3,686Nm Trong đó : T1 momen xoắn trên trục vít T2 momen xoắn trên trục bánh vít Chọn sơ bộ KH =1,1 Chon sơ bộ ta chọn q= 8 Thay vào công thức tacó : = 39mm + Mođun dọc của trục vít được tính : lấy theo tiêu chuẩn ở bảng 7.3 –TL2 + Hệ số dịch chỉnh x :muốn đảm bảo được khoảng cách trục định trước cần tiến hành dịch chỉnh khi cắt bánh vít hệ số này đảm bảo Kiểm nghiệm bánh răng vít về độ bền tiếp xúc ứng suất tiếp xúc xuất hiện trên mặt răng bánh vít của bộ truyền đã được thiết kế phải đảm bảo : Với Ta cần phải xác định chính xác ứng suát tiếp xúc cho phép theo vs , T2 ,KH và với n1 = 1370 v/ph Hiệu suất của bộ truyền trục vít : Với tra bảng 7.4 (TL2) ta có : =4 hệ số tải trọng để dễ dàng cho tính toán ta chọn Vậy Như vậy bộ truyền đủ bền Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền uốn Đẻ đảm bảo độ bền uốn của răng bánh vít , ứng suất uốn sinh ra tại chân răng bánh vít không được vượt quá một giá trị cho phép Trong đó : - -mn =m.cos = 2.cos6,34 =1,98 - với và - Đường kính vòng chia bánh vít d2 = m.z2 = 2.30 = 60mm -b2 chiều rộng vành răng vít b2 < 15 -YF hệ số dạng răng tra theo bảng 7.8 (TL2) theo số răng tương đương Thay số vào công thức trên ta thấy thoả mãn yêu cầu của kiểm nghiệm Kiểm nghiệm răng bánh vít về độ bền quá tải Bộ truyền quá tải lúc điều khiển trợ lực lái bắt đầu làm việc tức là đọng cơ điện bắt đầu làm việc ,hay khi ngừng làm việc , khi đảo chiều … chính vì vậy cần kiểm nghiệm bánh răng vít về độ bền quá tải Để tránh biến dạng hư hoặc phá hỏng tĩnh chân răng bánh vít hệ số Kqt chọn bằng 1 Bảng thông số của bộ truyền trục vít: Thông số Ký hiệu Công thức tính Khoảng cách trục Hệ số dịch chỉnh x Đường kính vòng chia d Đường kính vòng đỉnh đa Đường kính vòng đáy df Đường kính ngoài của bánh vít daM2 daM2 Chiều rộng bánh vít b2 b Góc ôm e. Xác định kích thước bộ truyền Sau khi thực hiện các phép kiểm nghiệm về độ bền ta xác định các thông số ăn khớp của bộ truyền có trong bảng thông số ở trên -Chiều dài phần cắt ren của trục vít theo bảng 7.10 –TL2 ta có : Số moói ren ( 11 + 0,1 .z2 ).m =28 Với bộ truyền vừa xác định được ta đi chọn ổ bi . V . Tính thanh xoắn Sauk hi tính toán và chọn được động cơ điện một chiều ta phải đi tính toán cơ cấu điều khiển của động cơ và tạo ram omen xoắn theo yêu cầu . Để tạo nên sự thay đổi momen xoắn trên trục lái chọn cơ cấu đó là thanh xoắn thẳng có tiết diện tròn . Đặc điểm của thanh xoắn thẳng có tiết diện tròn chính là sự thay đổi momen tương ứng với sự thay đổi góc xoắn và chúng có quan hệ tuyến tính với nhau . Thanh xoắn cảm nhận momen xoắn trên vành tay lái , góc xoắn thay đổi chính là thông số để điều khiển sự làm việc của động cơ điện Ta phải đi tính thanh xoắn theo độ cứng Chọn vật liệu : mác thép 50CrMn Độ cứng của vật liệu chế tạo thanh xoắn C = 400Nm/rad Momen đàn hồi dịch chuyển G =8.104 MN/m2 Xác định kích thước thanh xoắn: C= M momen xoắn trên trục Jp momen quán tính độc cực Jp =0,1.d4 ( vì thanh có tiết diện tròn ) - góc xoắn của thanh - chiều dài làm việc của thanh xoắn ta chọn l = 200mm d = Từ đó ta xác định được góc xoắn tương ứng với momen xoắn trên trục : M = C. Trong đó : + Pvlmin lực nhỏ nhất trên vành lái để hệ thống trợ lực bắt đầu làm việc như trên ta tính được Pvlmin = 250N Góc xoắn của thanh mà tại đó trợ lực bắt đầu làm việc Góc xoắn để hệ thống trợ lực mở hoàn toàn tức là momen mà động cơ điện tạo ra lúc này là lớn nhất , phần trên ta đã xác định được giá trị này Pvl =700N Trên thanh xoắn bố trí bộ cảm biến momen để lấy tín hiệu điều khiển động cơ điện chính vì thế ta phải đi xác định cảm biến momen xoắn VI. Cảm biến momen xoắn Trên thanh xoắn bố trí một cảm biến điện áp dạng quay (rotary potentiometer ) sự xoắn của thanh xoắn ( torque bar ) tác động vào chốt gài (pin ) sau khi khắc phục hết khoảng hở của nó . Viên bi (ball) gắn trên một rãnh xoắn (groove) của thanh trượt (slide) liên kết với thanh xoắn bằng một rãnh ngang khác . Chuyển động của viên bi trong rãnh xoắn tạo nên chuyển động trượt của thanh trượt . Trên thanh trượt có bố trí một đòn bẩy (lever pin ) và chuyển động trượt của thanh trượt chuyển thành chuyển động quay của cảm biến điện áp . Momen trên trục lái được chuyển thành tín hiệu , tín hiệu điện này tương ứng với momen lái . Cảm biến biến áp điện được thiết kế với độ nhạy và độ chính xác cao , nó gồm một cuộn dây có tiết diện rất nhỏ với điện trở bé được quấn nhiều vòng xung quanh một lõi bằng nam châm . Khi có chuyển động quay tương đối của nam châm và cuộn dây biến trở tạo ra điện áp , dòng điện này thay đổi tương ứng với chuyển động quay của nó . Phần IV: tối ưu hóa sự điều khiển hệ thống trợ lực vấn đề điều khiển động cơ điện một chiều động cơ điện dùng trong hệ thống trợ lực là loại động cơ điện một chiều dùng nguồn điện trực tiếp từ ắc quy của xe. Do chế độ làm việc thay đổi liên tục thích nghi với các điều kiện khác nhau của đường,tốc độ xe… do đó đặc tính của nó cũng được thay đổi theo để đáp ứng yêu cầu của hệ thống lái như tốc độ đánh lái, mômen cần cung cấp, cong suất sinh ra, mômen khi đảo chiều, thời gian trễ khi đảo chiều động cơ… từ những yêu cầu đó chúng ta thiết kế mạch điều khiển cho động cơ điện mạch điều khiển tốc độ mạch điều khiển momen mạch điều khiển tốc độ mạch điều khiển chiều quay… trước tiên trong hệ thống tự động điều chỉnh động cơ điện cần phải đo lường các tham số của đại điều chỉnh như điện áp, dòng điện, tốc độ, momen,… độ chính xác của các bộ đo lường này ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng điều chỉnh bởi và nhiệm vụ của nó là đo lường để điều khiển hệ. Vì vậy yêu cầu các bộ đo lường là phải đảm bảo tỷ lệ giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào không bị trễ , không có thành phần giao động ký sinh. Ngoài ra còn có yêu cầu không bị ảnh hưởng bởi nhiễu bên ngoài( nhiệt độ, tần số, điện áp…) trong thực tế bao giờ cũng tồn tại sai số trong các bộ phận đo lường, những sai số đó về cơ bản chia làm ba loại + khi không giữ được yêu cầu về tỷ lệ gọi là sai số tĩnh là hàm truyền của nó còn có thêm khâu quán tính bậc một gây sai số động + thường gặp ở đầu ra của bộ đo lường có nhiều xoay chiều tần số không thay đổi hay thay đổi và ta gọi đó là sai số xoay chiều đo lường dòng điện một chiều dùng khuyếch đại từ dòng một chiều cần đo chạy qua cuộn điều khiển của khuyếch đại từ, tín hiệu biến đổi là điện áp xoay chiều và để tách tín hiệu ta dùng bộ chỉnh lưu. tín hiệu ra tỷ lệ với dòng một chiều Trên hình vẽ là mạch đo dòng một chiều có phân biệt cực tính dùng hai khuyếch đại từ, điện áp đầu ra sẽ bằng tổng điện áp đầu ra của từng khuyếch đại từ. Bộ lọc đầu ra sẽ được tính sao cho đạt được giá trị sai lệch cực tiểu 2.điều chỉnh mômen động cơ mômen là đại lượng cần phải điều chỉnh và ta có thể điều chỉnh theo một yêu cầu đặt trước như giữ mômen không đổi và mômen thay đổi theo một quá trình định sẵn. các đại lượng khác như dòng điện tốc độ từ thông… trong mạch điều chỉnh mômen được coi là đại lượng điều chỉnh liên quan từ tín hiệu điện được lấy từ cảm biến điện thế thông qua bộ khuyếch đại mômen được điêù chỉnh theo dòng điện, dòng điện càng cao( lúc đó cản lớn- yêu cầu trợ lực lớn) thì mômen động cơ cũng phải tăng. Ta có chương trình momen của hệ chuyển động: Md = M - Mtt Mtt: momen tổn thất Md: momen động cơ điện cần có M: momen mà nó sinh ra Ngoài ra còn phải xét đến tốc độ của xe tốc độ động cơ khi tốc độ xe cao thì momen của động cơ trợ lực phải nhỏ, khi tốc độ xe thấp thì momen động cỏ trợ lực phải lớn. Trong quá trình làm việc trạng thái quan trọng là trạng thái dừng của động cơ điện V= 0, E = 0 và giữu lực lại trên vành tay lái tạo ra cho người lái một cảm giác về việc đánh lái. Trong quá trình quá độ và ngay cả trong chế độ xác lập khi động cơ quá tải có thể dẫn đến tăng trị số dòng điện quá trị số cho phép. Nừu như hạn chế nó thì dẫn đến hạn chế momen động cơ vì vậy tốt nhất là dùng mạch điều chỉnh. Chúng ta biết rằng gần như các mạch điều chỉnh tốc độ yêu cầu lượng đặt tốc độ phải độc lập với momen của phụ tải. Như vậy khi quá tải cần phải hạn chế lượng tăng momen của động cơ trợ lực lớn quá mức cho phép. Nếu như ta đặt hạn chế ở bộ điều chỉnh tốc độ giả sử ta thay đổi quá lớn và quá nhanh chóng lượng đặt tốc độ thì bộ hạn chế tốc độ sẽ tự động cắt mạch điều chỉnh ngoài, lúc đó mạch điều chỉnh dòng điện sẽ đảm bảo giới hạn dòng điện trên cho phép của dòng điện, khi tốc độ của động cơ tăng gần đạt được trị số đặt thì bộ điều chỉnh tốc độ lại được đưa vào làm việc với chức năng của nó. 3. hệ điều chỉnh tự động động cơ điện một chiều trong truyền động đảo chiều : vấn đề quan trọng nhất của hệ đảo chiều là đặc tính động của dòng điện và tốc độ trong quá trình đảo chiều. Tuỳ theo yêu cầu truyền động là ta sử dụng các cấu trúc khác nhau, nên truyền động công suất nhỏ và yêu cầu đặc tính không cao thì có thể dùng một bộ biến đổi và đảo chiều bằng tiếp điểm ở mạch phần ứng, ở truyền động công suất vừa và lớn tốt nhất là dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược chiều điều chỉnh riêng biệt, còn ở trong trường hợp dùng hai bộ biến đổi điều khiển phụ thuộc thì phải quan tâm tới ảnh hưởng của dòng điện quẩn lên đặc tính đảo chiều. Trong truyền động đảo chiều công suất lớn khi hệ đảo chiều không thường xuyên và không yêu cầu cao đến đặc tính động khi đảo chiều thì dùng sơ đồ đảo chiều mạch kích từ. Chọn phương án hệ truyền động đảo chiều dùng hai bộ biến đổi không có dòng điện vòng trong mạch phần ứng động cơ. ưu điểm của loại này là mạch động lực đơn giản, trong đó không cần có cuộn kháng cảm biến và máy biến thế, đơn giản chỉ cần có một cuộn dây thứ cấp thậm chí có thể nối trực tiếp với lưới điện không cần qua biến thế. Sơ đồ trên là hệ đảo chiều hai bộ biến đổi nối song song ngược. Mạch điều chỉnh dùng một bộ điều chỉnh dòng điện và một mạch phát xung. điều khiển hoạt động và đảo chiều do mạch logic ( LOG) đảm nhiệm, mạch logic sẽ cho phép đóng cắt khoá K1 hoặc K2 để đưa xung đi điều khiển đến các bộ biến đổi, đồng thời điểu khiển đóng cắt khoá K1 hoặc K11 cho phép đặt giá trị đầu vào bộ điều chỉnh dòng điện. ở đây ta chú ý đến thời gian đảo chiều và đặc tính động của hệ. Xung điều khiển muốn chuyển từ bộ thứ I sang bộ thứ II chỉ khi dòng điện phần ứng giảm về không, thời gian này thường xảy ra cỡ 4-10 ms. Với thời gian này là phù hợp với yêu cầu đảo chiều quay của hệ thống lái. Trong khoảng thời gian đó mạch logic phải đảm bảo đóng mạch điều chỉnh khiển điện, chuẩn bị cho hệ đảo chiều tức là phải đam bảo đóng mạch điều chỉnh dòng điện khi tín hiệu đặt cho bộ điều khiển dòng có giá trị xác định. Thời gian này chúng ta thường gọi là thời gian dòng điện không có T0. thời gian tiếp theo là thời gian cần thiết để trên đầu ra bộ điều chỉnh tốc độ thiết lập được giá trị đặt trước cho bộ điều chỉnh dòng điện, điều này hoàn toàn phụ thuộc vào tính chất bộ điều chỉnh và chế độ phụ tải của hệ chúng ta gọi thời gian này là thời gian điều chỉnh dòng điện. Trong khoảng thời gian này nếu như bộ điều chỉnh dòng điện là PI, ở giai đoạn đầu phải làm việc trong vùng dòng gián đoạn( mà trong vùng dòng gián đoạn lại cần bộ điều chỉnh I)do đó hệ sẽ rơi vào trường hợp tăng dòng điện mà có thể dẫn đến mất ổn định, thời gian quá độ sẽ kéo dài. Từ nguyên nhân tồn tại dòng điện không T0 và đặc itnhs động xấu ở vùng dòng gián đoạn gây nên nhiều khó khăn cho người thiết kế( kỹ sư điện). Phân tích thời gian ảnh hưởng của dòng điện không T0 tới đặc tính động. Khi có tín hiệu đảo chiều các công tắc K đều không nối kín, tức là mạch đảo chiều bị cắt. động cơ lúc này sẽ không có điện áp một chiều cung cấp, tốc độ động cơ, do quán tính vẫn quay ở giá trị không đổi ở thời điểm đaỏ chiều. Tín hiệu đầu ra của bộ điều chỉnh tốc độ ở thời điểm đầu đảo chiều sẽ thay đổi cực tính, giá trị của nó được tính gần đúng là: Iwtl = Dw.kRw Trong khoảng T0= t2- t1 tín hiệu đầu ra của Rw sẽ có thêm thành phần tích phân, gần đúng sẽ là: Iw ( T0 ) = KRw Dw (1 +) Tại thời điểm t2 các công tác K đóng kín, động cơ được cung cấp nguồn điện áp có cực tính ngược lại( từ bộ biến đôỉ ) nó khởi động theo chiều ngược lại. Nếu như phụ tải lúc đó nhỏ thì lượng đặt dòng điện sẽ tăng dao động và có một vài lần thay đổi cực tính dẫn đến kéo dài thời gian quá độ. Nếu như ta dùng bộ điều chỉnh thích nghi( ở vùng gián đoạn có hàm tích phân) thì không những nó có tác dụng cải thiện đặc tính động ở vùng gián đoạn mà nó còn có tác dụng làm giảm dao động trong quá trình đảo chiều . Một phương án khác của cấu trúc hệ đảo chiều dùng hai bộ biến đổi nối song song ngược có hai bộ điều chỉnh dòng điện và mạch điều khiển làm theo tín hiệu logic. Tín hiệu đầu vào bộ logic bao gồm tín hiệu đặt dòng điện qua 2 bộ biến đổi và cho phép bộ kia làm việc . nhiệm vụ chính của bộ logic là đảm bảo hệ đảo chiều êm và có đặc tính động đảo chiều tốt . ngoài ra trên đầu ra bộ điều chỉnh dòng điện có bố trí 2 bộ hạn chế nhằm đảm bảo góc mở chỉnh lưu và lớn hơn 0° trong chế độ chỉnh lưu. điều này bảo vệ được bộ biến đổi không bị lật trạng thái. Sơ đồ dưới khắc phục được thời gian dòng điện T0 cũng như giao động ở tại thời điểm đầu đảo chiều đảm bảo hệ đảo chiều êm dịu hơn. tối ưu hoá hệ thống điều khiển: để nâng cao tính hiệu quả và tối ưu hóa hệ thống điều khiển ta có điều khiển lái, có sự trợ giúp của máy tính, các tín hiệu đầu vào ngoài cảm biến momen xoắn còn có cảm biến tốc độ ôtô, cảm biến tốc độ đánh lái, điện áp ắc quy được thể hiện bằng sơ đồ dưới . cảm biến momen xoắn là một trong những thông số đầu vào của hệ thống điều khiển, những thông số khác như cảm biến tốc độ ôtô, cảm biến tốc độ đánh lái, điện áp ắc quy… các thông số điều khiển đi qua mặt biến đổi, đến mạch tính toán, phát tín hiệu điều khiển sự làm việc của động cơ điện, tạo ra momen xoắn tương ứng với tín hiệu cảm ứng momen xoắn . mọi qua trình hoạt động của động cơ điện được tính toán tối ưu ở mạch điều khiển . trong trường hợp xảy ra hỏng hóc của hệ thống, thiết bị chẩn đoán được kết nối với hệ thống điều khiển để xác diịnh nguyên nhân hư hỏng . trong quá trình làm việc trường hợp thanh xoắn bị gãy sẽ phá vỡ liên kết giữa trục vào và trục ra điều này rất nguy hiểm khi ôtô vận hành trên xa đường. Vâỵ để cho ôtô hoạt động bình thường khi thanh xoắn gẫy ta thiết kế cơ cấu an toàn là một chốt được cố định trên trục ra, khi thanh xoắn gẫy ta xoay bánh lái đi một góc lớn hơn góc xoắn của thanh xoắn , rãnh trên trục sẽ mắc vào chốt an toàn làm trục ra chuyển động theo. Tín hiệu sự cố gẫy thanh xoắn qua bộ điều khiển phát ra tín hiệu điều khiển ngừng cung cấp điện cho động cơ đồng thời ngắt mạch role điều khiển khớp ly hợp điện từ tách khỏi rôto động cơ, hệ thống lái vẫn hoạt động cơ khí bình thường đảm bảo cho xe đi vào trạm sửa chữa gần nhất. lắp ráp: sau khi chế tạo các chi tiết được kiểm tra độ chính xác bởi các thiết bị chuyên dùng, nếu đảm bảo yêu cầu kỹ thuật ta tiến hành lắp ráp. lắp trục lái: lắp then trên trục ra, lắp bánh răng vít với trục vít, sau đó lắp vòng phanh cố định bánh răng vít trên trục. Luồn trục ra vào vỏ cơ cấu lái, sau khi đã lắp ổ bi côn trên vỏ, sau đó lắp vỏ cơ cấu lại Lắp con lăn trên trục đòn quay đứng, sau đó lắp trục tròn quay đứng lên vỏ cơ cấu lái. Sau khi lắp xong cơ cấu lái ta tiến hành điều chỉnh sự ăn khớp giữa bánh vít với trục vít bằng cách thêm bớt các lá đệm căn chỉnh. Lắp ống lái vào vỏ cơ cấu lái Lắp bánh vít trên trục ra bởi then hoa sau đó cố định bởi các vòng phanh. Lắp trục vít ly hợp động cơ sau đó bắt chặt vào vỏ cơ cấu lái. Lắp ổ bi đỡ vào vỏ trục vít bánh vít sau đó lắp vỏ vào Siết chặt các bulông liên kết vỏ cơ cấu trục vít bánh vít điều chỉnh sự ăn khớp đúng của cơ cấu trục vít bánh vít bởi các bulông trên nắp để thay đổi sự ăn khớp dọc của trục vít. Lắp thanh xoắn liên kết trục ra với trục vào sau đó cố định bởi hai chốt cố định Lắp ổ bi trên vỏ trục lái, cố định vòng trong của ổ bi bởi vòng phanh trên vỏ. Lắp các bộ phận căm biến momen xoắn lắp ráp tổng thành: sau khi lắp ráp xong cơ cấu lái ta tiến hành lắp hình thang lái và đòn quay đứng với thanh ngang liên kết cơ cấu lái với dẫn động lái. Cố định vỏ trục lái trên khung xe cải tiến Lắp ráp, nối kết các mạch với bộ phận điều khiển trợ lực. sửa chữa và bảo dưỡng: trong quá trình vận hành thiết bị có trục trặc thì một thiết bị cảnh cáo được nối kết với bộ điều khiển trung tâm trông qua một đèn cảnh báo sự cố trên bảng tablo. Khi vận hành thiết bị ngoài việc kiểm tra hàng ngày thì cần có chế độ bảo dưỡng định kỳ các thiết bị như tra mỡ, bôi trơn các ổ, bảo dưỡng động cơ điện, thay vòng bi, bạc. kiểm tra sự làm việc ổn định của hệ thống điều khiển. Phần V: chế tạo chi tiết điển hình của hệ thống lái phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết: với bản vẽ chế tạo chi tiết như hình vẽ trên ta thấy chi tiết là trục và giá đỡ chi tiết của con lăn, một đầu được vát côn và xẻ rãnh then hoa để lắp đòn quay đứng, đầu kia được lắp vào ổ bi đũa. Lỗ f9 để lắp trục của con lăn, phía cuối của giá đỡ là phần trục được tiện ren để dùng đai ốc cố định đòn quay đứng. Bề mặt làm việc chủ yếu của chi tiết là lỗ f9, đoạn trục f19, đoạn côn trên đó xẻ rãnh then hoa. đoạn trục yêu cầu độ đồng tâm cao, kích thước 28 là kết thúc quan trọng nhất nó quyết định khả năng làm việc của chi tiết vì kích thước đó tạo ra khoảng lệch tâm giữa tâm trục vít và tâm con lăn theo mặt phẳng dọc là 5,5mm. Chi tiết có dạng trục chủ yếu chịu momen xoắn khi làm việc. Chọn vật liệu chế tạo là thép C45. điều kiện làm việc của chi tiết không có thay đổi lớn đến tính chất, kết cấu của chi tiết. Chi tiết có hình thù tương đối đơn giản ít phức tạp gia công chủ yếu dùng các loại dao và máy thông dụng. xác định dạng sản xuất: chi tiết được chế tạo trên một loại xe nhất định nên sản lượng không lớn việc gia công tương đối phức tạp vì phải thiết kế đồ gá, do đó dạng sản xuất là hàng loạt nhỏ. Việc áp dụng công nghệ tiên tiến vào sản xuất một chi tiết phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện sản xuất của cơ sở , trong điều kiện cơ sở vật chất còn lạc hậu để sản xuất một chi tiết có yêu cầu cao phụ thuộc rất nhiều vào khả năng của người thiết kế để có được sự hợp lý giữa giá thành sản xuất và yêu cầu chế tạo.