Phân tích hệ thống phanh xe

Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thốngphanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh: - Phanh làm việc: phanh này là phanh

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG PHANH XE

Công dụng,yêu cầu hệ thống phanh

Hệ thống phanh dùng để:

- Giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho dến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.

- Ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.

Hệ thống phanh đóng vai trò vô cùng quan trọng trong xe ô tô máy kéo, đảm bảo hoạt động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ có hệ thống phanh hiệu quả, xe máy kéo có thể vận hành an toàn, phát huy tối đa khả năng động lực và nâng cao tốc độ cũng như năng suất vận chuyển Đây là yếu tố then chốt giúp xe máy kéo hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi điều kiện công tác.

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy.

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm.

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa.

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế.

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển khi phanh.

- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng.

Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng, giúp đảm bảo an toàn tối đa khi vận hành Việc điều khiển hệ thống phanh trở nên nhẹ nhàng và thuận tiện nhờ lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển nhỏ Để đảm bảo độ tin cậy cao và an toàn trong mọi tình huống, hệ thống phanh của ô tô máy kéo luôn phải có ít nhất ba loại phanh khác nhau.

Phanh làm việc là bộ phanh chính, chịu trách nhiệm đảm bảo an toàn trong mọi chế độ chuyển động của xe Phanh này thường được điều khiển bằng bàn đạp, do đó còn gọi là phanh chân Việc sử dụng phanh làm việc thường xuyên giúp kiểm soát tốc độ và đảm bảo an toàn cho người lái trong các tình huống khác nhau.

- Phanh dự trữ: dùng phanh ô tô máy kéo khi phanh chính hỏng.

Phanh dừng, còn gọi là phanh phụ hoặc phanh tay, là thiết bị dùng để giữ cho ô tô hoặc máy kéo đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc không hoạt động Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn, giúp đảm bảo an toàn và ổn định cho phương tiện khi dừng hoặc đỗ.

1.1.3 Phân loại hệ thống phanh.

Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe và phanh truyền lực

Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải.

Theo loại dẫn động, phân chia ra: phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanh khí nén,phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau).

Dẫn động phanh

1.2.1 Dẫn động phanh kiểu cơ khí

Hệ thống dẫn động phanh cơ khí gồm các thanh, đòn bẩy và dây cáp, mang lại kết cấu đơn giản và dễ bảo trì Tuy nhiên, dẫn động cơ khí ít phù hợp để điều khiển đồng thời nhiều cơ cấu phanh do hạn chế lực điều khiển và không tạo được mômen phanh lớn do giới hạn của lực người lái Vì vậy, hệ thống này thường được sử dụng trong cơ cấu phanh dừng (phanh tay) để đảm bảo an toàn và độ bền cao.

Hệ thống phanh cơ khí khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe do độ cứng vững khác nhau của các thanh dẫn động phanh, gây khó khăn trong việc phân bổ lực phanh phù hợp giữa các cơ cấu Chính vì vậy, dẫn động cơ khí thường chỉ được sử dụng trong hệ thống phanh dừng, không phù hợp cho hệ thống phanh chính đảm bảo an toàn và hiệu quả.

1.2.2 Dẫn động phanh thuỷ lực

Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động thuỷ lực 2 dòng riêng biệt

Lực điều khiển phanh được truyền từ chân người lái đến hệ thống phanh thông qua dầu thủy lực không nén được, giúp truyền lực một cách chính xác và ổn định Hệ thống phanh lợi dụng các xi lanh có đường kính khác nhau để nhân lên lực điều khiển, tăng hiệu quả phanh Khi má phanh tác động lên bề mặt phanh, nó tạo ra lực ma sát giúp giảm tốc xe; cùng với lực ma sát giữa lốp xe và mặt đường, hệ thống phanh đảm bảo hiệu quả dừng xe an toàn.

1.2.2.3 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực có các ưu điểm:

- Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu.

- Độ nhậy tốt, kết cấu đơn giản.

1.2.2.4 Khuyết điểm của hệ thống phanh thủy lực:

- Hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp.

- Dẫn động hai dòng độ tin cậy cao, trong trường hợp bị rò rỉ một đường ống dẫn dầu thì hiệu quả phanh vẫn còn

Dẫn động phanh cần đảm bảo nhẹ nhàng, nhanh chóng và đồng thời phối hợp hiệu quả các cơ cấu phanh để nâng cao hiệu suất làm việc Việc phân bố lực phanh hợp lý giữa các bánh xe là yếu tố then chốt giúp tăng tính an toàn và ổn định của xe trong quá trình vận hành Bên cạnh đó, dẫn động phanh phải duy trì tỷ lệ chính xác giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh và lực dẫn động tới các cơ cấu phanh, nhằm đảm bảo phản hồi nhanh nhạy và tối ưu hiệu quả phanh.

Hệ thống phanh chính bao gồm các thành phần quan trọng như bàn đạp phanh, bộ trợ lực chân không, xi lanh phanh chính, cùng các cơ cấu tín hiệu, đường ống dẫn, và các ống mềm kết nối giữa xi lanh chính và các xi lanh bánh xe, đảm bảo dẫn động an toàn và hiệu quả trong quá trình phanh xe.

Hệ thống dẫn động hai dòng độc lập trên xe đảm bảo an toàn tối ưu bằng cách sử dụng xi lanh chính kép, cung cấp hai đường dầu riêng biệt từ đầu ra của xi lanh chính đến các bánh xe Điều này cho phép khi một đường dầu gặp sự cố, dòng còn lại vẫn duy trì lực phanh hiệu quả, đảm bảo an toàn cho người lái và hành khách Dẫn động hai dòng giúp phân chia lực phanh đều đặn và ổn định, góp phần nâng cao hiệu suất phanh và độ tin cậy của hệ thống phanh ô tô.

Xi lanh chính chịu trách nhiệm nhận lực từ bàn đạp phanh để tạo ra dầu có áp suất cao và truyền đều đến các đường dẫn động thủy lực đến các xi lanh công tác ở bánh xe Các buồng của xi lanh chính được cung cấp dầu phanh từ bình dầu riêng biệt nằm trên thân xi lanh, đảm bảo hệ thống phanh hoạt động chính xác và an toàn.

Hình 1.2 Kết cấu xi lanh phanh chính

1 Lò xo pít tông thứ cấp 2 Bình dầu

3 Lắp bình dầu 4 Pít tông sơ cấp

5 Phớt làm kín 6.Phanh hãm

7 Lỗ bù dầu 8 Tấm chắn hình sao

9 Lò xo pít tông sơ cấp 10 Cốc đỡ lò xo

11 Bu lông hạn chế hành trình 12 Pít tông thứ cấp

13 Phớt dầu 14 Xi lanh chính , 15 Nút

Trong hệ thống xi lanh chính của loại này, có hai pít tông (pít tông sơ cấp và pít tông thứ cấp) được bố trí cùng trong một xi lanh, mỗi khoang của pít tông đều có hai lỗ dầu: lỗ bù dầu và lỗ nạp dầu Hệ thống còn có bình chứa dầu chung đặt trên xi lanh chính và hai đường dẫn dẫn dầu tới hai khoang làm việc của các pít tông, đảm bảo cung cấp dầu liên tục cho hệ thống phanh hai dòng mạch chéo Hai lò xo hồi vị số 1 và số 2 giúp đẩy pít tông về vị trí ban đầu khi chưa hoạt động, trong đó pít tông số 1 được cố định bằng vòng chặn và vòng hãm, còn pít tông số 2 được giữ chặt bằng bulông bắt từ vỏ xi lanh Để hệ thống hoạt động chính xác, áp suất dầu ở cả hai khoang của pít tông số 1 và số 2 phải được đảm bảo như nhau; do đó, lò xo hồi vị của pít tông số 1 thường được đỡ bởi cốc chặn lò xo, cốc này được bắt vào pít tông qua bu lông gọi là cần đẩy, nhằm tạo ra độ cứng lắp ghép lớn hơn so với lò xo của pít tông số 2 để vượt qua lực cản ma sát lớn hơn của pít tông số 2.

Khi đạp phanh, pít tông số 1 dịch chuyển sang trái qua lỗ bù dầu, làm áp suất dầu trong khoang phía trước của pít tông này tăng lên, đẩy lò xo hồi vị số 1 tác dụng lên pittông thứ cấp số 2 để chúng cùng dịch chuyển Khi pittông số 2 đi qua lỗ bù dầu, khoang phía trước của nó được làm kín, khiến áp suất trong hệ thống bắt đầu tăng Dầu sau đó được dẫn qua hai cửa ra của xi lanh chính đến các xi lanh bánh xe, nơi các pittông đẩy má phanh khắc phục khe hở, tạo sự tiếp xúc chặt chẽ với đĩa phanh, từ đó áp suất dầu trong hệ thống tăng lên, sinh ra lực phanh đảm bảo an toàn khi lái xe.

Hình 1.3 Trạng thái đạp phanh

Khi nhả bàn đạp phanh, các lò xo hồi vị trong cơ cấu phanh và pít tông trong xi lanh chính đẩy pít tông trở về vị trí ban đầu, giúp dầu từ xi lanh bánh xe được hồi về xi lanh chính và kết thúc quá trình phanh Đối với hệ thống xi lanh chính dẫn động hai dòng loại "tăng đậm", nếu một dòng bị rò rỉ, dòng còn lại vẫn có khả năng thực hiện chức năng phanh để đảm bảo an toàn cho xe.

Khi dòng dầu áp suất tạo bởi piston số 2 bị rò rỉ, piston này sẽ bị tác dụng bởi piston số 1 để duy trì chuyển động sang phải Khi đuôi piston số 2 bị chặn bởi vỏ xilanh, piston tạm dừng, còn piston số 1 tiếp tục di chuyển, tạo áp suất trong khoang dầu trước của nó và dẫn đến hoạt động của các xy lanh bánh xe Tuy nhiên, sự rò rỉ dầu này làm giảm hiệu quả phanh chung của ô tô, mặc dù mô-men phanh vẫn được thực hiện tại các bánh xe.

Trong hệ thống thủy lực, nếu dòng dầu từ pittông số 1 bị rò rỉ, pittông số 1 sẽ không hoạt động đúng chức năng Khi cần thiết, pittông số 1 sẽ đẩy chạm vào pittông số 2 để tiếp tục thực hiện nhiệm vụ đẩy, giúp duy trì quá trình làm việc của hệ thống Dầu trong khoang trước của pittông số 2 sẽ tiếp tục tăng áp suất, từ đó dẫn đến các bánh xe của nhánh này thực hiện phanh hiệu quả.

Hình 1.4 Trạng thái nhả phanh

Cấu tạo của bộ cường hoá chân không được thể hiện trên hình vẽ :

Hình 1.5 minh họa bộ bầu trợ lực chân không gồm các thành phần chính như nắp buồng thứ hai, pit tông của buồng thứ hai, van một chiều, lò xo, đai ốc, cữ chặn, thanh nối, vòng đệm, đệm làm kín thanh nối và đệm chặn Các bộ phận này đóng vai trò quan trọng trong cấu tạo và hoạt động của hệ thống trợ lực chân không, đảm bảo hiệu quả và độ bền của thiết bị Việc hiểu rõ các thành phần này giúp người dùng dễ dàng lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống một cách chính xác.

Trong hệ thống này, các bộ phận chính bao gồm vòng bích, vòng chặn và đệm chặn nhằm đảm bảo kín khít, cùng với nắp vòng bích và nắp khoang thứ nhất để bảo vệ và cố định cấu trúc Vách ngăn giữa hai khoang giúp phân chia rõ ràng các khu vực, trong đó gồm màng cao su của ngăn thứ nhất và thứ hai để chịu áp lực và tạo seal Ống dẫn hướng được thiết kế để hướng dẫn chuyển động của các bộ phận, giảm va đập rung để nâng cao độ bền của hệ thống Lò xo van điều khiển chân không phối hợp cùng van chân không, pít tông và thân van, giúp điều chỉnh trạng thái hoạt động của hệ thống Bộ lọc không khí, chụp bảo vệ và thanh đẩy đảm bảo vệ sinh và giúp thao tác chính xác Các chốt chẻ, ống lót lò xo, vòng đỡ than, vòng bích làm kín thân van, cùng với vòng bích van điều khiển và vít chặn đều đóng vai trò duy trì kết cấu vững chắc Màng ngăn của van cùng các vòng bích và đệm chặn giúp đảm bảo kín khí và chống rò rỉ, trong khi dây chốt chẻ và chốt chẻ quản lý các bộ phận liên kết chức năng Hệ thống còn có các khoang thông với không khí (I, II) và khoang chân không (III, IV) để điều chỉnh và kiểm soát áp suất phù hợp trong quá trình hoạt động.

Động cơ hoạt động dựa trên nguyên lý chân không, khi người lái không tác dụng lực vào bàn đạp phanh, van chân không mở để các khoang I, II, III và IV thông nhau qua van khí trời, đóng vai trò duy trì môi trường chân không trong tất cả các khoang Nhờ đó, áp suất trong các khoang bằng nhau, giúp các pittông kiểu màng trong các khoang duy trì vị trí ổn định Lò xo đẩy pittông về vị trí tận cùng bên phải khi hệ thống hoạt động bình thường, đảm bảo hoạt động của hệ thống phanh tự động và điều chỉnh phù hợp.

Cơ cấu phanh

1.3.1 Cơ cấu phanh tang trống

Phanh guốc bao gồm hai loại chính dựa trên cơ cấu: loại quay quanh chốt lệch tâm và loại đối xứng với xi lanh Khung cấu tạo của phanh guốc khá đơn giản, dễ dàng trong quá trình điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống bằng cam quay và chốt lệch tâm Để đảm bảo độ mòn đều giữa hai má phanh, má của guốc phanh có hiệu quả cao (tự siết) thường được thiết kế dài hơn.

Hình 1.8 Cấu tạo cơ cấu phanh kiểu trống

2 Xilanh phanh bánh xe 9 Bulông quay cam điều chỉnh

3 Mâm phanh 10 Lò xo của bánh lệch tâm

4 Lò xo hồi vị 11 Cam lệch tâm điều chỉnh

5 Guốc phanh 12 Vòng lệch tâm

6 Má phanh 13 Trục lệch tâm

7 Trụ dẫn hướng 14 Đai ốc hãm

Phanh guốc chủ yếu được sử dụng trên các loại ôtô có tải trọng lớn như ôtô tải, ôtô chở khách và một số dòng ôtô con Cấu tạo của hệ thống phanh này phải được thiết kế để đảm bảo tạo ra mô men phanh phù hợp, đủ mạnh để đáp ứng các tình huống phanh khác nhau đảm bảo an toàn tối đa khi vận hành.

- Đảm bảo về độ bền

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa.

1.3.1.1 Cấu tạo phanh tang trống

Cấu tạo của phanh tang trống gồm các bộ phận chính như xi lanh bánh xe, piston, cuppen, má phanh và lò xo hồi vị, cùng các bộ phận truyền lực khác Mỗi bộ phận đảm nhận chức năng riêng biệt trong quá trình hoạt động của hệ thống phanh Xi lanh bánh xe chịu trách nhiệm tạo lực ép để đẩy má phanh vào tang trống, giúp dừng xe an toàn Piston hoạt động trong xi lanh để tạo lực ép, trong khi cuppen giữ má phanh cố định và lò xo hồi vị giúp má phanh trở về vị trí ban đầu sau khi phanh được nhả Các bộ phận truyền lực khác đóng vai trò hỗ trợ trong việc truyền nhiệt, giảm ma sát và đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu Nhờ sự phối hợp của các thành phần này, hệ thống phanh tang trống hoạt động hiệu quả, đảm bảo an toàn cho xe khi vận hành.

- Xi lanh bánh xe (xi lanh phụ): Đóng vai trò làm buồng chứa piston, cuppen, dầu.

Piston là bộ phận nối với guốc phanh, chịu trách nhiệm tạo áp lực khi hệ thống phanh hoạt động Khi có áp suất dầu, piston sẽ đẩy ra, gây ép má phanh vào trống phanh để làm giảm tốc độ hoặc dừng xe Đây là thành phần then chốt trong hệ thống phanh, đảm bảo hiệu quả phanh an toàn và ổn định.

- Cuppen: Giữ vai trò làm kín xi lanh, không cho khí lọt vào và rò rỉ dầu.

- Má phanh: Là bộ phận ma sát trực tiếp với trống phanh.

- Lò xo hồi vị: Khi áp suất dầu giảm, lò xo hồi vị sẽ ép piston trở về vị trí ban đầu.

Hệ thống phanh tang trống ô tô hoạt động bằng cách tác động lực lên bánh xe, giúp xe dừng lại một cách an toàn và hiệu quả Khi người lái đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực ma sát mạnh mẽ, làm cho các bánh xe ngừng quay và kìm hãm quán tính của xe Nhờ đó, hệ thống phanh tang trống đảm bảo khả năng phanh nhanh chóng và ổn định trong mọi điều kiện lái xe.

Hệ thống phanh sử dụng áp suất thuỷ lực truyền từ xi lanh chính đến xi lanh phanh để ép guốc phanh vào trống, giúp bánh xe dừng lại hiệu quả Khi không có áp suất, lực của lò xo phản hồi đẩy guốc phanh rời khỏi mặt trong của trống phanh và trở về vị trí ban đầu, đảm bảo hoạt động chính xác của hệ thống.

Chia làm hai loại: loại đĩa quay và loại vỏ quay.

Hình 1.9 Cấu tạo phanh đĩa 1- Piston; 2- Má phanh; 3- Đĩa phanh; 4- Giá cố định; 5- Giá bắt

Phanh đĩa loại đĩa quay có ưu điểm là nhẹ ở phía ngoài, thường được sử dụng cho phanh trước hoặc phanh tay của ôtô tải Tuy nhiên, nhược điểm lớn của loại phanh này là dễ bị hư hỏng khi bụi bẩn bám vào, đặc biệt khi xe chạy trên đường đất.

Phanh đĩa loại vỏ quay hoạt động dựa trên nguyên lý piston trong xilanh đẩy đĩa phanh di chuyển tương đối trong mặt phẳng quay của bánh xe Nhờ các rãnh nghiêng trên đĩa, các viên bi dẫn hướng theo rãnh để ép các đĩa ma sát vào vỏ phanh, từ đó tạo ra lực phanh hiệu quả Đặc điểm này giúp phân phối lực phanh đều, đảm bảo an toàn khi điều khiển xe.

Khi lái xe đạp, tác động lên chân phanh làm tăng áp suất dầu trong đường ống và xi lanh phanh, đẩy piston và má phanh ép chặt vào đĩa phanh để tạo ra ma sát Quá trình này giúp bánh xe giảm tốc độ hoặc dừng hẳn, đảm bảo an toàn khi điều khiển xe.

Trong quá trình sử dụng phanh đĩa ô tô, lái xe cần thực hiện 3 bước quan trọng: phanh theo nhịp, rà phanh và giảm tốc kết hợp phanh cùng về số thấp để dừng xe an toàn Kỹ thuật này đặc biệt phù hợp cho đoạn đường khó, tải nặng hoặc khi đi tốc độ cao Khi thả phanh, áp suất dầu giảm nhanh khiến vòng đệm kín dầu bị biến dạng, piston và má phanh nhả khỏi đĩa phanh Phanh đĩa ô tô dễ bị hao mòn sau quá trình sử dụng liên tục, và khi má phanh còn lại chỉ còn 2-3 mm, cần thay má phanh mới để đảm bảo an toàn khi lái xe.

1.3.2.2 Ưu điểm của phanh đĩa so với phanh guốc

- Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều

- Đơn giản, gọn nhẹ, ổn định khi thắng.

- Lực thắng bằng nhau trên hai cụm thắng ở cùng một trục nên không gây đâm lệch xe khi hãm

- Lực quay ly tâm của rotor làm chất bẩn không bán được

Phanh ABS

Hệ thống ABS là công nghệ điện tử tiên tiến nhằm thay thế phương pháp phanh truyền thống, đặc biệt hiệu quả trên mặt đường trơn trượt Các kỹ thuật phanh thủ công như đạp - nhả pê-đan liên tục để cảm nhận dấu hiệu rê bánh đòi hỏi kỹ năng cao, nhưng không phải ai cũng thành thạo Các chuyên gia ôtô của hãng Bosch, Đức, đã nghiên cứu và chế tạo cơ cấu ABS gồm các cảm biến lắp trên bánh xe để ghi nhận tình trạng hoạt động, cùng bộ xử lý điện tử CPU và thiết bị điều áp, giúp điều chỉnh áp suất trong piston phanh một cách chính xác và ổn định.

Mặc dù các hệ thống ABS hoạt động dựa trên nguyên lý chung, nhưng chúng có thể được thiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau để phù hợp với từng loại xe Phân loại ABS dựa trên các phương pháp điều chỉnh áp suất giúp tối ưu hóa hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn tối đa cho người lái Các loại ABS khác nhau đều hướng đến việc cải thiện khả năng kiểm soát xe khi phanh gấp, giảm nguy cơ bị trượt bánh và giữ cho xe ổn định trên mọi địa hình Việc lựa chọn hệ thống ABS phù hợp sẽ tác động tích cực đến hiệu suất lái xe cũng như an toàn của hành khách.

- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều khiển bằng cơ khí và điều khiển điện tử.

- Theo thành phần kết cấu, các ABS điều khiển điện tử chia ra:

•Loại dùng kết hợp với xi lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi là loại không tích hợp).

- Theo phương pháp điều chỉnh (giảm) áp suất, chia ra:

•Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu.

•Dùng van xả dầu về bình chứa.

- Ngoài ra các ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển riêng rẽ.

XÂY DỰNG BẢN VẼ KĨ THUẬT HỆ THỐNG PHANH

Giới thiệu phần mềm thiết kế 3D Solidworks

Hiện nay, SolidWorks là phần mềm thiết kế 3D phổ biến toàn cầu, được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp cơ khí Tại Việt Nam, phần mềm này không chỉ được áp dụng trong lĩnh vực cơ khí mà còn mở rộng sang các ngành khác như điện tử, khoa học ứng dụng và mô phỏng cơ học Sử dụng SolidWorks giúp doanh nghiệp nâng cao hiệu quả thiết kế, tối ưu quá trình sản xuất và thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong các lĩnh vực kỹ thuật.

Hình 2.1 Logo phần mềm 3D Solidworks

Solidworks cung cấp các tính năng nổi bật để thiết kế các chi tiết và khối 3D, lắp ráp chúng thành các bộ phận máy móc, đồng thời xuất bản vẽ 2D một cách dễ dàng và phổ biến Ngoài ra, phần mềm còn tích hợp các chức năng phân tích động học (motion) và phân tích động lực học (simulation) giúp tối ưu hóa quá trình thiết kế Solidworks còn tích hợp modul SolidCAM để phục vụ gia công CNC, bao gồm phay và tiện trên nhiều trục, cùng với modul 3DQuickMold hỗ trợ thiết kế khuôn móng Việc tích hợp nhiều tính năng, modul và Add-in giúp người dùng chuyên môn hóa hơn và giảm thiểu việc sử dụng nhiều phần mềm khác nhau để thực hiện các công việc liên quan.

2.1.1 Thiết kế mô hình 3D chi tiết

SOLIDWORKS nổi bật với giao diện trực quan và phương pháp xây dựng mô hình 3D tham số nhanh chóng, dễ dàng, giúp người dùng thiết kế hiệu quả Khả năng tái sử dụng dữ liệu 2D cho phép chuyển đổi dễ dàng từ các bản vẽ, phác thảo 2D thành mô hình hình học 3D, nâng cao năng suất làm việc Ngoài ra, SOLIDWORKS còn có khả năng dựng mô hình 3D từ ảnh chụp, hỗ trợ đắc lực cho các hoạt động sáng tạo, đổi mới và phát triển sản phẩm.

2.1.2 Thiết kế lắp ghép và cụm lắp ghép

Các chi tiết 3D sau khi được thiết kế bằng phần mềm SOLIDWORKS có thể dễ dàng lắp ráp để tạo thành các bộ phận máy hoặc máy hoàn chỉnh, giúp quá trình chỉnh sửa và sáng tạo trở nên thuận tiện hơn Từ phiên bản 2019 trở đi, SOLIDWORKS đã được nâng cấp với nhiều tính năng hỗ trợ lắp ghép lớn, tăng tốc độ tải file và thao tác xem bản vẽ nhanh chóng, tối ưu hóa quy trình thiết kế và nghiên cứu sản phẩm mới.

2.1.3 Xuất bản vẽ dễ dàng

Phần mềm SOLIDWORKS giúp người dùng dễ dàng tạo các hình chiếu vuông góc của các chi tiết hoặc bản lắp, với tỉ lệ và vị trí tùy chỉnh mà không làm thay đổi kích thước của các phần mô hình Đây là công cụ hiệu quả để kiểm tra và trình bày rõ ràng các yếu tố kỹ thuật trong thiết kế SOLIDWORKS đảm bảo tính chính xác và linh hoạt, hỗ trợ quá trình dựng hình và phân tích sản phẩm một cách dễ dàng và chuyên nghiệp.

Công cụ tạo kích thước tự động và theo quy định của người dùng giúp nâng cao hiệu quả thiết kế kỹ thuật Tính năng này cho phép nhanh chóng tạo ra các chú thích chính xác cho các lỗ, tiết kiệm thời gian 추ài quy trình Ngoài ra, các chức năng ghi độ nhám bề mặt, dung sai kích thước và hình học được tích hợp dễ sử dụng, hỗ trợ kiểm soát chất lượng và đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật một cách thuận tiện.

2.1.4 Tính năng Tab và Slot

SOLIDWORKS 2019 giúp người dùng tự động tạo các tính năng tab và slot, tối ưu hóa quá trình lắp ghép các bộ phận hàn Phần mềm còn nâng cao các tính năng gia công kim loại, như tính năng Normal Cut mới đảm bảo duy trì khoảng cách chính xác trong quá trình sản xuất Ngoài ra, khả năng uốn mới giúp người dùng dễ dàng tạo hình và trải phẳng các góc uốn, nâng cao hiệu quả thiết kế và gia công kim loại.

2.1.5 Cải tiến Quản lý dự án và quy trình

SOLIDWORKS Manage là phần mềm tích hợp quản lý dữ liệu, dự án và quy trình công việc trong một nền tảng quen thuộc, giúp tối ưu hóa quá trình quản lý doanh nghiệp Với khả năng quản lý dự án, theo dõi tiến độ và kiểm soát tài nguyên hiệu quả, SOLIDWORKS Manage mang lại sự linh hoạt và độ chính xác cao cho các hoạt động sản xuất Đồng thời, giải pháp này tích hợp các công cụ quản lý quy trình, giúp tự động hóa các quy trình công việc và nâng cao hiệu suất làm việc Các tính năng quản lý dự án và quy trình của SOLIDWORKS Manage bổ sung mạnh mẽ cho SOLIDWORKS PDM Professional, tạo thành bộ công cụ toàn diện cho quản lý dữ liệu kỹ thuật và dự án.

2.1.6 Các tiện ích cải tiến

Online Licensing giúp người dùng dễ dàng sử dụng các license của SOLIDWORKS trên nhiều máy tính khác nhau một cách tiện lợi hơn Với tính năng SOLIDWORKS Login, nội dung và cài đặt tùy chọn sẽ tự động chuyển đến bất kỳ máy tính nào đã cài đặt SOLIDWORKS, đảm bảo quá trình làm việc liên tục và linh hoạt Đồng thời, Admin Portal giúp quản lý các sản phẩm và dịch vụ của SOLIDWORKS một cách dễ dàng, tối ưu hóa quy trình quản trị và nâng cao hiệu quả sử dụng phần mềm.

Giới thiệu về Simulation

SOLIDWORKS Simulation cung cấp bộ công cụ mô phỏng toàn diện giúp kỹ sư và nhà thiết kế đánh giá hiệu suất sản phẩm một cách chính xác Phần mềm cho phép thiết lập các kịch bản thực tế để kiểm tra độ bền, phản ứng tĩnh và động, chuyển động của lắp ráp, truyền nhiệt, động lực học chất lỏng và ép nhựa trước khi sản xuất Nhờ đó, người dùng có thể cải thiện chất lượng sản phẩm, giảm thiểu rủi ro và thúc đẩy đổi mới sáng tạo trong quy trình thiết kế.

Hình 3.1 Tính toán kiểm tra bền bằng Simulation Solidwork

2.2.1 Phân tích ứng suất tuyến tính

Tính năng phân tích ứng suất tuyến tính trong SOLIDWORKS Simulation giúp các kỹ sư và nhà thiết kế kiểm tra hiệu suất và đảm bảo an toàn chất lượng sản phẩm trong quá trình phát triển Công cụ này xác định chính xác các vùng chịu tải trọng lớn, đánh giá độ bền của cấu trúc và tối ưu hóa thiết kế để nâng cao tính ổn định Việc sử dụng phân tích ứng suất tuyến tính giúp giảm thiểu rủi ro về sự cố kỹ thuật, tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất Tính năng này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo rằng sản phẩm cuối cùng đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn và chất lượng theo yêu cầu của khách hàng.

SOLIDWORKS Simulation tích hợp hoàn hảo với quy trình thiết kế, giúp chạy phân tích ứng suất tuyến tính trực tiếp từ mô hình SOLIDWORKS 3D CAD, từ đó giảm số lượng mẫu thử, rút ngắn thời gian và thúc đẩy hiệu quả chi phí Việc này giúp các nhà thiết kế đưa ra các quyết định chính xác hơn và tối ưu hoá sản phẩm ngay trong quá trình thiết kế ban đầu Công cụ này không chỉ tăng năng suất làm việc mà còn giảm thiểu rủi ro sai sót, mang lại lợi ích cạnh tranh rõ rệt trên thị trường.

Sử dụng phân tích ứng suất tuyến tính, tính toán ứng suất và biến dạng hình học với ba giả định cơ bản:

Phần được chọn hoặc lắp ráp dưới tải sẽ biến dạng với các phép quay và chuyển vị nhỏ

Trong quá trình tải sản phẩm, vật liệu vẫn duy trì trạng thái tĩnh (bỏ qua quán tính) và không thay đổi theo thời gian Theo định luật Hooke, vật liệu trải qua các mức căng thẳng hoặc ứng suất liên tục, giữ nguyên ứng suất trong suốt quá trình tác động Điều này thể hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa ứng suất và biến dạng của vật liệu trong các tình huống chịu tải động hoặc tĩnh.

Phần mềm SOLIDWORKS Simulation sử dụng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA) để kiểm tra độ bền và hiệu suất của các thiết kế Nó phân tách các thành phần thành các phần tử rắn, vỏ hoặc chùm, giúp mô phỏng chính xác các phản ứng của chi tiết và lắp ráp dưới tác động của lực và điều kiện hoạt động Với phân tích ứng suất tuyến tính, SOLIDWORKS Simulation xác định các phản ứng của các bộ phận khi chịu tác dụng của các lực, giúp tối ưu hóa thiết kế và đảm bảo độ bền lâu dài Đây là công cụ quan trọng để các kỹ sư và nhà thiết kế kiểm tra và cải thiện sản phẩm trước khi sản xuất chính thức.

- Liên hệ giữa các thành phần

Tải trọng có thể nhập từ nhiều nguồn nghiên cứu khác nhau, bao gồm nhiệt, dòng chảy và chuyển động, để thực hiện phân tích đa vật lý chính xác Trong quá trình phân tích, dữ liệu thành phần ứng suất đóng vai trò quan trọng và được hỗ trợ bởi cơ sở dữ liệu vật liệu tích hợp sẵn trong SOLIDWORKS, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn và tùy chỉnh các vật liệu phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật cụ thể Điều này giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả của các dự án phân tích trong SOLIDWORKS Simulation.

2.2.2 Kinematic Motion Analysis – Mô phỏng chuyển động

Phân tích chuyển động bằng SOLIDWORKS Simulation giúp dễ dàng đánh giá hiệu suất và khả năng di chuyển của sản phẩm trong suốt chu kỳ hoạt động, mô phỏng chuyển động như trong thực tế và đo lường các lực tác động Công cụ này cho phép tính toán chính xác kích thước động cơ và thiết kế cơ chế phù hợp để đảm bảo hiệu suất, chất lượng sản phẩm và an toàn Tích hợp chặt chẽ với SOLIDWORKS 3D CAD, phân tích chuyển động trở thành phần không thể thiếu trong quá trình thiết kế, giúp giảm thiểu việc sử dụng nguyên mẫu tốn kém, loại bỏ các lần làm lại hoặc trì hoãn, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí phát triển sản phẩm.

Phân tích chuyển động trong các vấn đề động học và động lực học khối rắn được giải quyết bằng phương pháp cơ sở thời gian SOLIDWORKS Motion giúp các nhà thiết kế vượt ra khỏi giới hạn của chuyển động kéo tự do trong môi trường CAD, đồng thời tính toán chính xác các lực và chuyển động của tổ hợp khi di chuyển dưới tác động của tải trọng môi trường (ngoại lực) hoặc tải trọng bên trong như động cơ, lò xo, và giảm chấn.

Mô phỏng SOLIDWORKS Motion có thể tính toán hiệu ứng của:

Hình 2.2 Mô phỏng cơ cấu động học

- Liên hệ giữa các thành phần

Sau khi chuyển động lắp ráp được tính toán, chúng ta có thể dễ dàng phân tích cấu trúc các bộ phận dưới tác động của tải trọng gây ra chuyển động, bao gồm gia tốc và lực khe khớp Quá trình này giúp nghiên cứu chuyển động chính xác và có thể chuyển dữ liệu sang phân tích kết cấu để đánh giá độ bền và hiệu suất của các bộ phận.

2.2.3 Phân tích mỏi kim loại

Bạn có thể dự đoán trước và đánh giá tác động của tải trọng theo chu kỳ lên tuổi thọ của cấu trúc kim loại thông qua phân tích mỏi bằng phần mềm SOLIDWORKS Simulation, giúp đảm bảo sản phẩm đáp ứng các tiêu chuẩn về hiệu suất, chất lượng và an toàn Với tích hợp liền mạch cùng SOLIDWORKS CAD, SOLIDWORKS Simulation cho phép thực hiện phân tích mỏi kim loại trong quá trình thiết kế, giảm thiểu chi phí nguyên mẫu, rút ngắn thời gian phản hồi và nâng cao hiệu quả kinh doanh.

Phương pháp Stress Life trong SOLIDWORKS Simulation giúp dự đoán chu kỳ mỏi của các thành phần kim loại chịu tải biến đổi hoặc không đổi Công cụ này cho phép phân tích độ bền mỏi của kim loại, giúp xác định tuổi thọ và độ bền của chi tiết cơ khí dưới các điều kiện tải khác nhau Phân tích này dựa trên nguyên lý Rainflow counting để xử lý các chu kỳ tải dao động và quy tắc thiệt hại tích lũy (Cumulative Damage Theory - Miner's Rule) để đánh giá ảnh hưởng của nhiều chu kỳ tải lên độ bền của kim loại Áp dụng các phương pháp này trong SOLIDWORKS Simulation giúp tối ưu thiết kế, nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu rủi ro hỏng hóc trong các ứng dụng công nghiệp và kỹ thuật.

Các kết quả sau đó có thể được sử dụng để xác nhận sản phẩm để:

 Điều chỉnh thiết kế theo phản hồi kết quả để đảm bảo đáp ứng tuổi thọ sản phẩm cần thiết

 Thiết lập lịch bảo trì đề nghị bao gồm thay thế một phần

 Giảm thiểu thất bại, giảm chi phí bảo hành và tối đa hóa tuổi thọ sản phẩm

Hình 2.3 Phân tích mỏi trong SOLIDWORKS Simulation

Các kết quả phân tích mỏi được thể hiện dưới dạng:

Biểu đồ “đời sống” thể hiện rõ số chu kỳ (đối với nghiên cứu sự kiện biên độ không đổi) hoặc số khối (đối với nghiên cứu biên độ thay đổi) gây ra thất bại mỏi tại từng vị trí Đây là công cụ quan trọng giúp phân tích độ bền của vật liệu qua các chu kỳ hoạt động khác nhau Việc hiểu rõ các thông số trên biểu đồ giúp nghiên cứu đánh giá chính xác độ bền và dự báo tuổi thọ của các thành phần trong thiết bị kỹ thuật Thống kê này hỗ trợ kỹ sư trong việc thiết kế các cấu trúc chịu mỏi hiệu quả hơn, tăng tuổi thọ và đảm bảo an toàn trong sử dụng.

 Sơ đồ thiệt hại: thể hiện tỷ lệ phần trăm tuổi thọ của cấu trúc bị tiêu hao bởi các sự kiện mỏi được xác định

 Biểu đồ hệ số an toàn (FoS): hiển thị hệ số tải Hệ số an toàn cho sự mệt mỏi thất bại tại mỗi địa điểm

Chỉ số Biaxility đo lường tỷ lệ của ứng suất gốc xen kẽ nhỏ hơn, giúp đánh giá mức độ biến dạng của vật liệu dưới tác động của tải trọng Phương pháp này bỏ qua ứng suất gốc xen kẽ gần nhất bằng 0 để tập trung vào các ứng suất chính xen kẽ lớn hơn, từ đó cung cấp thông tin chính xác về trạng thái ứng suất Việc phân tích chỉ số Biaxility giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về khả năng chịu tải và biến dạng của cấu trúc trong các điều kiện khác nhau Đây là công cụ quan trọng trong nghiên cứu và thiết kế các vật liệu và cấu trúc có khả năng chống ứng suất phân loại.

 Biểu đồ ma trận: cho các nghiên cứu biên độ thay đổi.

SOLIDWORKS Simulation cho phép bạn xác định tần số tự nhiên của thiết kế, bao gồm cả các mô hình có và không có tải trọng cũng như điều kiện biên trước khi tạo mẫu vật lý Công cụ này giúp đảm bảo các chế độ rung tự nhiên không bị ảnh hưởng bởi tần số cưỡng bức từ môi trường, từ đó đánh giá chính xác liệu thiết kế có đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật và độ bền để phục vụ tốt cho cuộc sống hay không.

SOLIDWORKS Simulation tích hợp hoàn hảo với quy trình thiết kế, giúp bạn thực hiện phân tích tần số trực tiếp trên mô hình SOLIDWORKS 3D CAD Công cụ này giúp giảm chi phí nguyên mẫu, tiết kiệm thời gian làm lại và nâng cao hiệu quả chi phí trong quá trình phát triển sản phẩm.

Hình 2.4 Phân tích tần số

Xây dựng bản vẽ lắp cơ cấu phanh

Bước 1: Vẽ biên dạng ngoài của đĩa phanh

Bước 2: Tạo khối cho biên dạng ngoài của đĩa với độ dày 24mm

Bước 3: Vẽ biên dạng trong và tạo khối cho biên dạng để tạo moayo đĩa phanh.

Bước 4: Tạo khe hở nhiệt đĩa phanh và dùng lệnh nhân số lượng khe hở.

Bước 5: Tạo lỗ cho đĩa phanh và nhân số lượng lỗ bằng 5 Đĩa phanh trước vẽ giống đĩa phanh sau và tạo thêm lỗ tản nhiệt.

2.3.2 Xây dựng các má phanh

Bước 1: Vẽ biên dạng má phanh

Bước 2: Tạo khối cho đĩa phanh

Bước 3: Tạo khối cho piston phanh

Bước 1: Vẽ biên dạng càng phanh

Bước 2: Tạo khối cho càng phanh

Bước 3: Tạo lỗ xilanh và lỗ lắp càng phanh

2.3.4 Xây dựng 3D gông giữ phanh cơ cấu phanh

Bước 1: Vẽ biên dạng gông giữ

Bước 2: Tạo khối cho biên dạng

Bước 3: Tạo thêm độ dài gông

2.3.5 Xây dựng bản vẽ lắp 3D