Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ biến thế hệ mới dùng cho xe máy

Với đề tài: “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy”, hệ thống MRB đã được nghiên cứu cải tiến mới có biên dạng r ng cưa nhằm thay thế

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

PHẠM VĂN VINH

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM

HỆ THỐNG PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN

THẾ HỆ MỚI DÙNG CHO XE MÁY

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

Mã chuyên ngành: 60520103

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2017

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh.Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng

Người phản iện 1: TS Nguyễn Sỹ Dũng

Người phản iện 2: TS Bùi Thanh Luân

Luận v n thạc s được ảo vệ tại Hội đồng chấm ảo vệ Luận v n thạc s Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 18 tháng 11 n m 2017

Thành phần Hội đồng đánh giá luận v n thạc s gồm:

1 TS Nguyễn Viễn Quốc Chủ tịch Hội đồng

2 TS Nguyễn Sỹ Dũng Phản iện 1

3 TS Bùi Thanh Luân Phản iện 2

5 TS Đường Công Truyền Thư ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS Nguyễn Viễn Quốc

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ

TS Châu Minh Quang

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Phạm V n Vinh MSHV: 15001451

Ngày, tháng, n m sinh: 12/11/1984 Nơi sinh: Tây Ninh

Chuyên ngành:Kỹ thuật Cơ khí Mã chuyên ngành: 60520103

I TÊN ĐỀ TÀI:

Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ biến thế hệ mới

dùng cho xe máy.

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy nhằm thay thế các hệ thống phanh hiện tại, với nhiều tính n ng và ưu điểm vượt trội so với các phanh MRF trước đây Các nội dung chính ao gồm:

-Tổng hợp các nghiên cứu về phanh MRF trước đây

- Đề xuất cấu hình phanh mới có thể khắc phục các nhược điểm của phanh MRF trước đây là moment phanh nhỏ với kích thước, khối lượng của phanh lớn

-Thiết kế tối ưu và so sánh giữa phanh đề xuất với các loại phanh MRF trước đây

-Chế tạo và kiểm nghiệm phanh MRF được đề xuất

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Theo Quyết định số 1756/QĐ-ĐHCN ngày 27/3/2017

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 27/9/2017

V NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng

Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Quý thầy cô kính mến! Em xin chân thành cám ơn quý thầy cô trường Đại học Công nghiệp Tp Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt và giúp em có được những kiến thức quý giá, đặc iệt giúp em hoàn thành khóa học này

Em xin chân thành gửi đến thầy PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng lời cám ơn và tri ân sâu sắc, nhất là trong thời gian thực hiện luận v n, thầy đã hướng dẫn và hỗ trợ em hoàn thành luận v n thạc s này

Tôi cũng xin gửi lời cám ơn đến các ạn học viên lớp CHCK5A, lớp CHCK5B và các ạn đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu, nhất

là đã hỗ trợ tôi hoàn thành luận v n này

Xin kính chúc quý thầy cô, đồng nghiệp, cùng các ạn học viên sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công tác và trong cuộc sống

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hiện nay, các loại phanh đang sử dụng trên xe máy thường có những khuyết điểm như: phát ra tiếng kêu, ố phanh ị mòn nhanh, ị kẹt, ị ó phanh, điều này gây mất an toàn cho người sử dụng Do đó, để cải thiện và khắc phục các khuyết điểm trên một cách hiệu quả thì phanh lưu chất từ iến (Magneto Rheological Brake –MRB) đã được nghiên cứu và cho ra đời MRB hoạt động tương tự hệ thống chống

ó cứng phanh (Anti-Lock Braking System – ABS) MRB có những ưu điểm nổi trội như: thời gian đáp ứng nhanh, không ị hao mòn do ma sát nhỏ, không có tiếng kêu, không gây ó phanh và điều khiển dễ dàng

Với đề tài: “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy”, hệ thống MRB đã được nghiên cứu cải tiến mới có biên dạng r ng cưa nhằm thay thế các hệ thống phanh thông thường đang sử dụng trên

xe máy hiện nay MRB với iên dạng r ng cưa này có những ưu điểm nổi trội so với các loại MRB trước đây như giảm kích thước cũng như khối lượng phanh, đồng thời t ng moment phanh do t ng diện tích tiếp xúc giữa đ a phanh và lưu chất từ iến

Bằng việc sử dụng ài toán tối ưu hóa kết hợp với phương pháp phần tử hữu hạn thông quaphần mềm ANSYS, kết quả là khối lượng nhỏ nhất, kích thước của phanh

và moment phanh đã đạt được theo yêu cầu như mục tiêu trong đề tài nghiên cứu Qua tiến hành thực nghiệm, cho thấy MRB iên dạng r ng cưa hoàn toàn có khả

n ng ứng dụng thực tế trên xe máy hiện nay

Nowadays, the types of brakes used in the motorbikes often have some limitations,such as: noise, quick attrition, jam, locked, etc These would be unsafe for motorcycle controller Hence, to improve and overcome these upon disadvantages

in an effective way, Magneto Rheological Brake (MRB) was researched and manufactured MRB works similarly to the Anti-Lock Braking System (ABS) MBR has some advantages, such as: quick response, no wore by small friction, non–jam, unlocked and easy operation

Through the topic with title is: "Designing, manufacturing and testing Magneto Rheological Brake with new generation into a motorcycle", the studying carried out

to improve MRB system with the brake designed in serrated shape, in order to replaces the conventional brake system used in current motorbike The MRB systemwith the brake designed in serrated shape has benefits more than previous The sizeand weight of brake were not only reduced, but also the value of braking torque raised by increasing the contacted area between brake disc and magnetic fluid

By using the optimal problem combined with finite element method through ANSYS software resulted in the smallest brake mass, sizes and braking torque are agreed with requirements in this study Through the results of testing process, this MRB system with the brake designed in serrated shape could be applied in currentmotorbike

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của ản thân tôi dưới sự hướng dẫn của thầy PGS.TS Nguyễn Quốc Hưng Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận v n là trung thực, không sao chép từ ất kỳ một nguồn nào và dưới ất

kỳ hình thức nào Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định

Học viên

Phạm Văn Vinh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VÀ

ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 Giới thiệu lưu chất từ iến MRF và các ứng dụng 4

1.2 Các loại phanh dùng lưu chất từ iến MRF 7

1.3 Các nghiên cứu về phanh MRF cho ô tô, xe máy 10

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN CHO XE MÁY 12

2.1 Lựa chọn lưu chất từ iến MRF 12

2.2 Lựa chọn vật liệu chế tạo phanh 15

2.3 Lựa chọn vị trí lắp phanh 16

2.4 Tính toán moment phanh cần thiết của xe máy 16

2.5 Đề xuất cấu hình phanh MRF 17

2.6 Tính toán moment phanh 18

2.7 Tính toán từ trường phanh 24

2.7.1 Phương pháp giải tích 24

2.7.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 25

2.8 Tính toán tối ưu và thiết kế cơ cấu phanh 26

2.8.1 Bài toán thiết kế tối ưu phanh 26

2.8.2 Phương pháp giải ài toán tối ưu 26

2.8.3 Kết quả giải ài toán tối ưu 29

2.8.4 Thiết kế cơ cấu phanh 36

CHƯƠNG 3 CHẾ TẠO, THỬ NGHIỆM VÀ XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH PHANH

MRF CHO XE MÁY 39

3.1 Chế tạo phanh 39

3.2 Xây dựng mô hình thí nghiệm 42

3.3 Kết quả thử nghiệm trên mô hình 42

3.4 Nhận xét và đánh giá phanh 45

CHƯƠNG 4 LẮP ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM PHANH MRF TRÊN XE MÁY THỰC TẾ 46

4.1 Thiết kế lại đùm xe (mayơ) 46

4.2 Sơ đồ lắp ráp hệ thống phanh trên xe máy 46

4.3 Hệ thống điều khiển phanh 47

4.4 Phương pháp và kết quả thực nghiệm 47

4.5 Nhận xét và đánh giá 49

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 50

1 Kết luận 50

2 Kiến nghị 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

PHỤ LỤC 54

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 74

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường 4

Hình 1.2 Phanh lưu chất từ iến truyền thống 5

Hình 1.3 Mô hình giảm chấn MRF 5

Hình 1.4 Khối gá động cơ dùng MRF 6

Hình 1.5 Cấu tạo van MRF 6

Hình 1.6 Kết cấu MRB dạng đ a 7

Hình 1.7 Phanh dạng tang trống 8

Hình 1.8 Phanh dạng kết hợp 8

Hình 1.9 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây 9

Hình 1.10 MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T 9

Hình 1.11 MRB có 1 cuộn dây quấn mỗi ên vỏ 10

Hình 1.12 Đề xuất cấu hình phanh MRF đ a có dạng r ng cưa 11

Hình 2.1 Biểu đồ tương quan giữa chất lỏng Newton và trượt dẻo Bingham 13

Hình 2.2 Đường cong B-H của MRF 132-DG 14

Hình 2.3 Đường cong B-H của thép C45 15

Hình 2.4 Vị trí chọn lắp phanh MRF ở 2 ên ánh xe trước của xe máy 16

Hình 2.5 Cấu hình phanh MRF đề xuất 18

Hình 2.6 Mô tả các đoạn cần tính moment trên phanh MRF 19

Hình 2.7 Mô tả một phần tử vòng tròn nhỏ của một đoạn trên đ a phanh 19

Hình 2.8 Lưu đồ thiết kế tối ưu thiết ị MRF sử dụng FEM 27

Hình 2.9 Cấu hình phanh MRF đ a đơn 2 cuộn dây ở 2 ên vỏ 30

Hình 2.10 Cấu hình phanh MRF đ a đơn 3 cuộn dây ở 2 ên vỏ 30

Hình 2.11 Mô phỏng FEM giải ài toán từ trường của các phanh MRF 31

Hình 2.12 Kết quả tối ưu của các phanh MRF 32

Hình 2.13 Đường sức từ đi qua các phanh MRF 34

Hình 2.14 Phân ố mật độ từ thông của các phanh MRF 35

Hình 2.15 Cấu tạo tổng thể và ản vẽ lắp của phanh 36

Hình 2.16 Cấu tạo đ a phanh 36

Hình 2.17 Cấu tạo trục phanh 37

Hình 2.18 Cấu tạo má phanh 1 37

Hình 2.19 Cấu tạo má phanh 2 38

Hình 2.20 Cấu tạo nắp ít 38

Hình 3.1 Trục và đ a phanh lắp ghép với nhau 39

Hình 3.2 Má phanh 40

Hình 3.3 Khung lắp cuộn dây 40

Hình 3.4 Tổng thể các chi tiết của phanh 41

Hình 3.5 Phanh MRF đã được lắp ghép 41

Hình 3.6 Mô hình thí nghiệm kiểm tra moment phanh 42

Hình 3.7 Moment khi chưa gắn phanh 43

Hình 3.8 Moment khi gắn phanh nhưng chưa cấp dòng 43

Hình 3.9 Thời gian đáp ứng nấc của MRB theo cường độ dòng điện 44

Hình 3.10 Moment phanh theo cường độ dòng điện 44

Hình 3.11 Sự sai lệch kết quả thực tế và lý thuyết 45

Hình 4.1 Mayơ của xe máy 46

Hình 4.2 MRB lắp ở ánh trước và ở 2 ên mayơ trên xe máy 46

Hình 4.3 Mạch chỉnh dòng 47

Hình 4.4 Mô hình kiểm tra quảng đường phanh 48

Hình 4.5 Nhiệt kế hiển thị nhiệt độ môi trường 48

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Các thông số thuộc tính của MRF132-DG 12

Bảng 2.2 Các thông số lưu iến của MRF 14

Bảng 2.3 Kết quả tối ưu của các loại phanh MRF 33

Bảng 4.1 Kết quả kiểm tra quảng đường phanh 48

Bảng 4.2 Kết quả kiểm tra nhiệt độ phanh 49

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

FEA Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn

FEM Finite Element Method Phương pháp phần tử hữu hạn

MRB Magneto Rheological Brake Phanh lưu chất từ iến

MRF Magneto Rheological Fluid Lưu chất từ iến

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay, phanh xe máy có 2 loại, ao gồm phanh dầu và phanh cơ Mỗi loại phanh đều có đặc tính, thiết kế và cách sử dụng khác nhau Má phanh của phanh cơ là loại phanh truyền thống, sử dụng cơ chế truyền lực trực tiếp từ tay phanh hoặc chân phanh xuống má phanh, ép má phanh và ố phanh để t ng ma sát, giảm tốc độ của

xe Trong khi đó, phanh dầu là hệ thống pít-tông thủy lực, khi người dùng óp phanh, hệ thống thủy lực của phanh sẽ ép 2 má phanh vào đ a phanh để giảm tốc độ của xe Dù phanh dạng nào đi nữa, thì ộ phận công tác chính của phanh vẫn dùng

má phanh và lốp để t ng ma sát Với cơ cấu này, thường có những khuyết điểm chính là: hệ thống điều khiển cồng kềnh, phức tạp, má phanh chóng mòn, phát tiếng kêu, ị kẹt, ị ó gây không an toàn cho người sử dụng Hiện nay, chưa có cơ cấu phanh hay hệ thống phanh nào khắc phục được nhược điểm này

Mặt khác, sự ra đời và nghiên cứu phát triển ứng dụng MRF đã tạo ra các cơ hội để phát triển một loại phanh mới cho ô tô, xe máy, để có thể khắc phục được các nhược điểm của phanh truyền thống Mặc dù đã có một số nghiên cứu về MRB và một số ứng dụng cho ô tô, xe máy Tuy nhiên, các nghiên cứu này chủ yếu chỉ dừng lại ở việc thiết kế tính toán, mô phỏng hoặc thực nghiệm kiểm tra moment của phanh trong phòng thí nghiệm vì việc thực nghiệm trên ô tô thực tế rất khó kh n do chưa đảm ảo về sự an toàn Song, cũng có một số nghiên cứu về MRB cho xe máy, nhưng cũng chưa có thực nghiệm trên xe máy thực tế

Ở Việt Nam, việc sử dụng xe máy làm phương tiện di chuyển, tham gia giao thông rất rộng rãi nên việc nghiên cứu ứng dụng MRB cho xe máy là rất cần thiết Vì vậy, với những tính n ng và ưu điểm nổi ậc của MRB so với các loại phanh hiện tại đang sử dụng Đồng thời, việc nghiên cứu và đưa vào ứng dụng MRB trên xe máy

có khả quan, mang tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện và nhu cầu thực tế hiện nay, do đó cần có đề tài nghiên cứu “Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu đề tài là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh lưu chất từ iến thế hệ mới dùng cho xe máy nhằm thay thế các hệ thống phanh hiện tại với nhiều tính n ng và ưu điểm vượt trội

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: xe máy, các loại phanh đang sử dụng trên xe máy, các tài liệu, công trình nghiên cứu về MRF, các nghiên cứu về MRB, các tài liệu và thiết

ị, mô hình có liên quan

- Phạm vi nghiên cứu: trên cơ sở kế thừa các kết quả đã nghiên cứu, tiếp tục tính toán, lựa chọn cấu hình phanh, thiết kế, chế tạo, thử nghiệm, đánh giá hiệu quả, kiểm tra về điều kiện nhiệt của MRB Từ đó, đưa ra kết luận và kiến nghị cho hệ thống MRB trên xe máy để ứng dụng vào thực tế

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp luận

Trong nghiên cứu này, tiến hành tiếp cận theo phương pháp lý thuyết kết hợp với yêu cầu thực tiễn để đưa ra đề xuất cấu hình phanh MRF thế hệ mới dùng cho xe máy Từ đó, tiến hành kiểm chứng ằng mô phỏng dựa trên tính toán lý thuyết để đi đến kiểm chứng ằng thực nghiệm nhằm so sánh và đánh giá tính n ng và hiệu quả của phanh MRF được đề xuất Phương pháp luận được thực hiện theo sơ đồ sau:

Cơ sở lý thuyết Đề xuất cấu hình phanh Yêu cầu thực tiễn

MRF thế hệ mới

Kiểm chứng ằng mô phỏng dựa trên tính toán lý thuyếtKiểm chứng thực nghiệm

So sánh và đánh giá phanh MRF thế hệ mới

4.2 Phương pháp nghiên cứu

- Phân tích lý thuyết: Phân tích phương pháp luận từ các công trình khoa học liên quan được công ố trong thời gian gần đây trên các tạp chí khoa học, các kỹ yếu hội nghị khoa học trong nước và quốc tế, trên các luận v n thạc s và các tài liệu liên quan Chọn lựa và phát triển các công cụ hiện đại phù hợp với vấn đề cần giải quyết

để xây dựng cơ sở lý thuyết và đề xuất phương pháp thực hiện đề tài

- Phân tích thực nghiệm: Giải pháp được đề xuất phải có tính ứng dụng trong thực

tế và tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực trong phòng thí nghiệm và trên mô hình xe máy thực tế, từ đó dựa trên các tập số liệu đo đạc từ mô hình thực nhằm

kiểm chứng, đánh giá độ chính xác cũng như khả n ng ứng dụng của giải pháp được

đề xuất trong phần lý thuyết

5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Phanh là cơ cấu quan trọng nhất trên xe máy, vì phanh là ộ phận giúp người lái có thể kiểm soát được tốc độ của xe, từ đó giảm thiểu khả n ng gặp va chạm giao thông khi đi trên đường và nhằm mục đích đảm ảo an toàn cho người lái xe Đối với các loại phanh sử dụng trên xe máy hiện nay, đều có nhược điểm là: phanh phát

ra tiếng kêu lúc không điều khiển hoặc khi óp phanh, ị kẹt, ị ó gây không an toàn cho người sử dụng, phanh sử dụng ố nên mòn nhanh, hệ thống điều khiển cồng kềnh, phức tạp,… Do đó, để khắc phục những nhược điểm trên thì MRB có thể khắc phục được với những ưu điểm nổi trội là: thời gian đáp ứng nhanh, n ng lượng vận hành thấp, thiết kế và kết cấu đơn giản, không có hao mòn do ma sát rất

é, điều khiển dễ dàng,… Mặt khác, nhằm ứng dụng MRB trên xe máy có khả quan, mang tính khả thi cao, phù hợp với điều kiện và nhu cầu thực tế hiện nay, vì vậy cần phải có kế hoạch nghiên cứu thiết kế, chế tạo cụ thể, nhất là cần phải có thực nghiệm kiểm chứng trước khi đưa MRB ứng dụng trên xe máy Từ đó, đảm

ảo an toàn tuyệt đối cho người sử dụng xe máy khi tham gia giao thông Vì vậy, nhu cầu sử dụng MRB trên xe máy có ý ngh a thực tiễn, mang tính cấp thiết nhằm đáp ứng tốt nhất cho người sử dụng xe máy với sự an toàn cao khi tham gia lưu thông trên đường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN VÀ

ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU

1.1 Giới thiệu lưu chất từ biến MRF và các ứng dụng

- Lưu chất từ iến là một loại lưu chất thông minh được phát hiện ra n m 1940 ởi

J.Ra inow Tuy nhiên, đến n m 1990, sau khi cải thiện và phát triển thì MRF mới

được ứng dụng và phát triển mạnh mẽ MRF gồm 3 thành phần chính: các hạt từ

tính (chiếm từ 20-45%), chất lỏng nền và tổng hợp các chất phụ gia Tổng hợp các

thành phần này tạo thành một hỗn hợp đồng nhất mà nó quyết định đến ứng suất

chảy dẻo lớn nhất, phạm vi nhiệt độ hoạt động, độ từ thẩm,

- Nguyên lí hoạt động của MRF: ở trạng thái ình thường, các hạt chuyển động tự

do và chất lỏng iểu hiện thuộc tính Newton như những chất lỏng ình thường

khác Tuy nhiên, khi có tác dụng của từ trường ngoài, lưu chất không còn tuân theo

thuộc tính Newton nữa mà chuyển sang thuộc tính Bingham, các hạt kim loại ên

trong lưu chất này gắn kết lại với nhau theo dạng của đường sức từ và có khả n ng

chống phá vỡ liên kết Độ ền vững của liên kết này phụ thuộc vào độ lớn của từ

trường ngoài đưa vào Hình 1.1 mô tả nguyên lý hoạt động của MRF

Hình 1.1Liên kết giữa các hạt thay đổi theo từ trường

-Một số ứng dụng cơ ản của MRF [1], [2], [3],[4]:

+ Phanh lưu chất từ iến (MRB): có thể đáp ứng tương tự như hệ thống ABS nhờ

vào khả n ng hoàn toàn điều khiển được với thời gian đáp ứng nhanh, khi kết hợp

với các loại cảm iến vận tốc Ngoài ra còn có những ưu điểm như: n ng lượng vận

hành thấp, thiết kế và kết cấu khá đơn giản, không chiếm dụng khoảng không nhiều,

không có sự hao mòn do ma sát é, dễ dàng điều khiển, thời gian đáp ứng nhanh (20ms) Hình 1.2 mô tả nguyên lý làm việc của phanh MRF thường được sử dụng trong các nghiên cứu trước đây Khi cấp dòng cho cuộn dây sẽ sinh ra từ trường đi qua khe lưu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để hãm đ a phhanh.

Hình 1.2Phanh lưu chất từ iến truyền thống+ Bộ phận giảm chấn dùng MRF: có tác dụng ảo vệ ộ phận đàn hồi cũng như dậptắt dao động, không sử dụng lò xo mà vẫn đảm ảo đầy đủ về tính n ng hoạt động.Hình 1.3 mô tả nguyên lý hoạt động của giảm chất MRF: khi cấp dòng cho cuộn dây sẽ sinh ra từ trường đi qua khe lưu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để cản trở sự chuyển động của piston nhằm dập tắt dao động

Hình 1.3Mô hình giảm chấn MRF

+ Ứng dụng MRF chế tạo khối gá động cơ: dùng để gá đặt động cơ trên khung xe

để đảm ảo cho động cơ và các ộ phận truyền trên xe hoạt động ổn định, vì có thể hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu trong việc điều chỉnh lực giảm chấn trong cơ cấu

gá.Hình 1.4 mô tả nguyên lý làm việc của khối gá động cơ MRF: khi từ trường đi qua khe lưu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau để giảm rung động của động

cơ lên khung xe

Hình 1.4Khối gá động cơ dùng MRF+ Ứng dụng của MRF là van: có tác dụng tương tự các loại van khác, tuy nhiên vềmặt kết cấu thì nó đơn giản và dễ dàng điều khiển hơn Hình 1.5 mô tác nguyên lý làm việc của van MRF: khi có từ trường đi qua khe lưu chất, làm cho MRF kết chặt lại với nhau tạo nên các độ chênh lệch áp suất khác nhau của van, có thể điều khiển thông qua dòng điện cấp cho cuộn dây

Hình 1.5Cấu tạo van MRF

1.2 Các loại phanh dùng lưu chất từ biến MRF

Trên thực tế, đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến hình dạng MRB nhằm mục đích tối ưu hóa hoạt động của phanh, ao gồm các loại như sau:

-Phanh đ a: là loại phanh thông dụng nhất [5], [6] và cũng là dạng thiết kế đầu tiêncủa MRB Đây là loại phanh chuẩn được tung ra thị trường Với ưu điểm là dễ chế tạo và đạt được nhiều kết quả tối ưu về trọng lượng cũng như kích thước Tuy nhiên, ứng dụng này lại không thích hợp trong trường hợp vị trí lắp đặt của MRB

dạng hình trụ dài và nhỏ

Hình 1.6Kết cấu MRB dạng đ a

- Phanh tang trống [7], [8]: có thể khắc phục được nhược điểm của loại phanh trên

vì lực phanh được tạo ra trên bề mặt trụ của tang trống, tuy nhiên nó tạo ra momentquán tính khá lớn Để khắc phục nhược điểm này, dạng tang trống ngược đã được thiết kế và giảm đáng kể moment quán tính

Hình 1.7Phanh dạng tang trống

- Phanh dạng kết hợp [9]: là sự kết hợp giữa phanh dạng đ a và phanh dạng tang

trống nên khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của chúng Thực tế nghiên cứu cho thấy, phanh dạng kết hợp mang lại hiệu quả tối ƣu hơn

Hình 1.8Phanh dạng kết hợp

Nhằm tối ƣu hóa hơn nữa hiệu suất của phanh, một số dạng phanh khác dựa trên cơ

sở phanh dạng kết hợp cũng đƣợc nghiên cứu đến nhƣ: phanh dạng kết hợp với hai

cuộn dây và phanh dạng kết hợp với phần rotor dạng hình chữ T

Hình 1.9 MRB dạng kết hợp với 2 cuộn dây

Hình 1.10MRB dạng kết hợp có 2 cuộn dây với rotor dạng chữ T

Các nghiên cứu gần đây, có phanh dạng đ a mà cuộn dây quấn ở 2 ên vỏ, mỗi ên

có từ 1 đến 3 cuộn dây [10] Hình 1.11 mô tả cấu tạo và nguyên lý làm việc của MRB có 1 cuộn dây quấn ở mỗi ên vỏ

Hình 1.11 MRB có 1cuộn dây quấn mỗi ên vỏ

1.3 Các nghiên cứu về phanh MRF cho ô tô, xe máy

Hiện nay, trên thế giới đã có khá nhiều các nghiên cứu liên quan đến phanh lưu chất

từ iến cho ô tô, xe máy như:

- Kerem Karakoc và các cộng sự [11]: đã đề xuất và thiết kế phanh MRF sử dụng

- Nguyen Q H and Choi S B, n m 2012 [9]: đã thiết kế tối ưu một loại phanh MRFthế hệ mới cho xe máy kết hợp hướng từ trường ngang qua mặt đầu và mặt trụ

Mặc dù, đã có một số nghiên cứu phanh MRF cho xe máy, ô tô nhưng các nghiên cứu này chưa thực nghiệm kiểm chứng và chưa có ứng dụng thực tế Các loại phanh

đ a hoặc phanh kết hợp giữa đ a và tang trống thì kết cấu cồng kềnh, khối lượng lớn Song, gần đây đã có nghiên cứu về phanh đ a với cuộn dây đặt ở hai ên vỏ[10], việc này chỉ giúp cho việc chế tạo được thuận tiện và đơn giản hơn nhưng khối lượng và kích thước phanh giảm không đáng kể Tuy nhiên, với kết cấu phanh loại này lại rất thuận lợi cho việc áp dụng phanh với nhiều cuộn dây hoặc phanh đ a có dạng r ng cưa được đề xuất trong nghiên cứu này để t ng moment phanh và giảm khối lượng, kích thước của phanh Đó là động lực cơ ản để chọn và thực hiện đề tài này Hình 1.12mô tả iên dạng phanh MRF đ a có dạng r ng cưa

Hình 1.12Đề xuất cấu hình phanh MRF đ a có dạng r ng cưa

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỂ TÍNH TOÁN, THIẾT KẾPHANH LƯU CHẤT TỪ BIẾN CHO XE MÁY

2.1 Lựa chọn lưu chất từ biến MRF

Hiện nay, Lord Corporation đã vượt xa các nhà sản xuất khác về MRF, với 3 loại lưu chất MRF cơ ản sau:

-Loại MRF-122-2ED: có ứng suất trượt dẻo nhỏ nên lỏng do đó không đảm ảo đủ moment cho ứng dụng trong phanh MRF

-Loại MRF-132DG: có ứng suất trượt dẻo trung ình phù hợp sử dụng cho phanh

- Loại MRF-140CG: có ứng suất trượt dẻo ở trạng thái ình thường (không phanh) cao, ma sát lớn nên không phù hợp sử dụng cho phanh xe máy khi chạy

Trong đề tài này, ta chọn và sử dụng MRF-132DG là phù hợp nhất Trong lưu chất này chứa 32% hạt sắt dựa trên hydrocar on dầu, các chất phụ gia khác, các chất điều chỉnh ma sát Kích thước hạt từ 0,88 - 4,03 μm, với các thông số như sau [14]:

Bảng 2.1 Các thông số thuộc tính của MRF132-DG

Coefficient of thermal expansion (calculated values)

Mô hình dẻo Bingham của lưu chất MRF được iểu thị như sau [15, 16]:

.

)sgn(