Đề án kỹ thuật Tính toán thiết kế, hệ thống phanh thủy lực 2013

Hệ thống phanh đĩa gồm có một xilanh chính chuyển tác động của tay phanh và chân phanh thành áp suất thủy lực, ống dẫn truyền áp suất thủy lực tới ngàm phanh và hình thành lực phanh (lực ma sát) giữa má phanh và đĩa phanh.Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Như Khoa cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí khoa cơ khí – Trường ĐHKTCN THÁI NGUYÊN đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đề án.

Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU 2

Chương I Giới thiệu 4

I Hệ thống phanh đĩa thủy lực 4

1 Thành phân hệ thống 4

2 Nguyên tắc hoạt động 5

II Bộ phận của phanh 5

1 Xilanh chính 5

2 Hoạt động của xilanh chính 5

3, Két dầu 6

4, Ngàm phanh 6

5, Má phanh 7

6, Đĩa phanh 8

7, Ống dẫn dầu 8

8, Dầu phanh 9

9, Tay phanh 9

III Giới thiệu một số hệ thống phanh 9

Chương II Xây dựng mô hình tính toán và mô hình thực nghiệm 11

I Quan hệ giữa lực phanh và lực ma sát 11

1 Khuếch đại lực 11

2 Quan hệ hành trình phanh 12

II Thí nghiệm xác định lực phanh 13

1 Xác định hệ số ma sát : 13

2 Xác định lực bóp phanh: 13

Chương III tính toán và xác định các thông số của hệ thống phanh 15

I.Phương án tính lực phanh 15

II.Tính mô men phanh (Mph) 15

1 Trường hợp lúc xe xuống dốc 17

2 Trường hợp lúc xe lên dốc 18

3 Trường hợp xe đi đường bằng 19

IV Kêt luận 19

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU

Khoa học kỹ thuật và công nghệ không ngừng cải tiến, phát triển đã nhanh chóng làm thay đổi bộ mặt thế giới Ngành công nghiệp thế giới nói chung và ngành công nghiệp ở nước ta nói riêng đã và đang phát triển nhanh chóng, tạo ra các sản phẩm thiết yếu phục vụ cho đời sống con người

Đồ án môn học đóng vai trò hết sức quan trong trong quá trình đào tạo

sinh viên trở thành một người kỹ sư Đề án kỹ thuật là một dạng đồ án tổng hợp

kiến thức của một số môn như: nguyên lý máy, sức bền vật liệu, chi tiết máy,…

Qua đề án kỹ thuật giúp cho sinh viên hiểu rõ hơn về những kiến thức đã tiếp

thu được trong quá trình học tập, củng cố và nâng cao những kỹ năng phân tích, đánh giá,… trong quá trình làm đề án cũng như giúp ích cho công tác sau này

Trong thời gian làm đề án kỹ thuật chúng em được giao đề tài: “Tính toán thiết kế, hệ thống phanh thủy lực” Đây là một đề tài mới và khó đối với

chúng em Tuy nhiên trong thời gian làm đề án chúng em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy Ngô Như Khoa nên chúng em đã hoàn thành được đề án

Tuy nhiên do trình độ hiểu biết về lý thuyết cũng như thực tế còn hạn chế nên đề án này không thể tránh khỏi những sai sót Vậy chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để chúng em có thể hiểu sâu hơn về môn học cũng như các phương án khác hợp lý hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Ngô Như Khoa cùng các thầy cô trong bộ môn Kỹ thuật cơ khí - khoa cơ khí – Trường ĐHKTCN THÁI NGUYÊN đã tận tình hướng dẫn chúng em hoàn thành đề án

Thái Nguyên, ngày 2 tháng 2 năm

2013 Sinh viên: Hoàng Văn Đương

Sinh viên: Lưu Đình Viện

Lê Minh Tuấn

Chương I Giới thiệu

I Hệ thống phanh đĩa thủy lực

1 Thành phân hệ thống

hình 1: C c u ph n trên c a phanhơ cấu phần trên của phanh ấu phần trên của phanh ần trên của phanh ủa phanh

- Tay phanh

- Xilanh 1 (xilanh chinh)

- ng d n d u Ống dẫn dầu ẫn dầu ần trên của phanh

- Két d u ần trên của phanh

- Ngàm phanh ( xilanh 2)

- Má phanh

- Đĩa phanh

Hình 2: Cơ cấu phần dưới của phanh

- Hệ thống phanh đĩa gồm có một xilanh chính chuyển tác động của tay phanh

và chân phanh thành áp suất thủy lực, ống dẫn truyền áp suất thủy lực tới ngàmphanh và hình thành lực phanh (lực ma sát) giữa má phanh và đĩa phanh

2 Nguyên tắc hoạt động

- Khi bóp kéo tay phanh nhờ ở cuối tay phanh có dạng cơ cấu cam (thiết kế códạng đòn bẩy) sẽ tác dụng đẩy pittong của xilanh 1 tịnh tiến dọc xilanh 1

- Pittong 1 tịnh tiến đẩy nén dầu tạo áp suất lớn chạy dọc ống sang xilanh 2

- Tại xilanh 2 dầu có áp suất cao đẩy pitong của xilanh 2 ( ngàm phanh ) ép máphanh vào đĩa tạo ma sát để phanh

- Khi bị nén, thể tích khí giảm nhưng thể tích chất lỏng như dầu và nước khôngđổi Phanh đĩa sử dụng đặc tính này của chất lỏng để truyền tải hoạt động củatay phanh

- Khi tay phanh hoạt động, piston trong xi lanh chính bị đẩy,chuyển động

cơ khí chuyển thành áp suất thủy lực Áp suất này được truyền tải tới ngàmphanh qua ống dẫn dầu piston ngàm phanh sẽ tiếp nhận áp suất thủy lực truyềntới ngàm phanh và áp suất thủy lực chuyển động ngược lại thành chuyển động

cơ khí Chuyển động của piston ngàm phanh sẽ ép má phanh vào đĩa phanh tạothành lực phanh So sánh với phanh đùm thì phanh thủy lực ít bị trượt hơn vàhiệu quả hơn khi truyền lực và chuyển động bằng áp suất thủy lực Tuy nhiên,nếu không khí tồn tại trongn đường dầu nó sẽ bị nén lại phá vỡ hoạt động bìnhthường của tay phanh

II Bộ phận của phanh

Một màng cao su được lắp trên két dầu Màng cao su kín để ngăn dầu phanh dò

rỉ và ngăn áp suất âm phát triển trong két dầu phanh ở mức thấp Màng ngănđược đặt dưới nắp tấm định vị cả hai ở dưới nắp két dầu Nắp két dầu có một lỗthông khí để phần trên của màng ngăn chứa áp suất dư

Xilanh chính có thể kết hợp với két dầu hoặc nối với két dầu bằng vòi Cả hai loại trên có cấu tạo và hoạt động tương tự nhau

Hình 3: Piston xilanh chính

2 Hoạt động của xilanh chính

- Piston di chuyển theo hoạt động của tay phanh, một lượng dầu phanh hồilại két dầu qua ống hồi dầu Vào lúc này dầu phanh tăng lên một ít, sau đó màngngăn đi lên trên và phần không khi phía trên bị đẩy ra ngoài qua lỗ thông khítrên nắp quá trình tiếp tục cho đến khi phớt sơ cấp đi qua cổng hồi dầu cho khithấy tay phanh có trở lực Khi phớt dầu qua cổng hồi dầu, nó nén dầu phanh làmtăng áp suất dầu Áp suất này được truyền tới ngàm phanh qua ống dầu hìnhthành lực phanh Do đó khi bóp tay phanh làm tăng áp suất dầu và làm tăng lựcđẩy má phanh.lúc này áp lực đàn hồi dầu tác động trở lại tay phanh, vì vậy cầntăng lực bóp phanh Đồng thời áp lực dầu làm miệng phớt sơ cấp mở rộng hơnlàm bịt kín thành xilanh làm ngăn sự rò rỉ áp suất dầu khi tay phanh được thả rathì piston lùi lại bởi lực đàn hồi của lò xo Khi phớt sơ cấp qua cổng hồi dầu,một lượng nhỏ dầu được chuyển đến xi lanh chính Mức dầu trong két phanhgiảm, màng ngăn cũng thấp hơn và không khí được đưa vào qua lỗ khí trên tấmđịnh vị

- Khi piston dịch chuyển một hành trình như lúc xả khí thì nó cũng hồi lại

tương ứng Lúc hồi lại áp suất dầu phía trước phớt sơ cấp giảm vì vậy miệngphớt sơ cấp co lại bên trong Sau đó dầu phanh qua cổng dầu vào đi tiếp đếnphía trước piston

Hình 4: Các bộ phận về mặt không gian của phanh

3, Két dầu

- Mục đích: dùng để chứa dầu

- Đặc tinh: khi má phanh mòn và piston ngàm bị đẩy thì tương ứng với dầu

phanh được đẩy vào đường ống từ két dầu Nó được thiết kế ứng với má phanh mới được sử dụng và dầu điền đầy ở mức trên, mức dầu không xuống thấp hơnmức dầu dưới khi má phanh mòn hết

Thể tích dầu của két dầu theo lượng phanh cho đến khi má phanh mòn hết

4, Ngàm phanh

- Mục đích: Ngàm phanh đẩy một phía sử dụng lực phản hồi của ngàm

phanh hành trình bên kia lực đẩy piston để đẩy mặt hai má phanh Ngàm phanhđẩy một phía nhỏ gọn vì vậy nó được sử dụng cho nhiều chủng loại

- Cấu trúc hoạt động: Áp suất thủy lực tác động lên ngàm phanh trong suốt

quá trình hoạt động của xilanh chính Piston bị đẩy và mặt má phanh bị đẩy tớiđĩa Lúc này, áp suất dầu tác động lên thành bên phải xilanh với cùng một lực.Ngàm phanh trượt trên ống trượt sang bên phải đồng thời khi má phanh bên phảitiếp xúc với đĩa Do đó má còn lại bị đẩy tới tấm đĩa Bằng cách này tấm đĩaquay bị kẹp chặt bởi hai má phanh để hình thành lực phanh

Hình 5: mô phỏng kết cấu ngàm phanh

5, Má phanh

- Mục đích: tạo ma sát với đĩa phanh để dừng chuyển động của bánh xe

- Đặc tính: Má phanh trên má là vật liệu ma sát Nó tiếp xúc trực tiếp với đĩa phanh để hình thành lực phanh Do đó má phanh là bộ phận quan trọng nhất hình thành lực phanh, nó phải có các đặc điểm sau:

ma sát của má phanh giảm khi nhiệt độ quá cao Do đó làm giảm nhiệt ma sát là cần thiết

Phần lớn hay tất cả má kim loại được làm từ bột kim loại và được ép nóng,

vì vậy chịu được nhiệt độ cao, mòn ít, chịu ẩm Mặc dù rất thích hợp, tính dẫn nhiệt tốt vì vậy má phanh dễ truyền nhiệt từ đĩa tới piston ngàm phanh, do đó nóđòi hỏi nhiệt độ sôi của dầu phanh cao

- Đĩa phanh quay giữa hai má phanh Nó kéo lê trên má phanh nếu đĩa

phanh bị biến dạng Kiểm tra độ đảo đĩa là cần thiết

Hình 8: Đĩa phanh

7, Ống dẫn dầu

- Mục đích: dẫn dầu ,là một ống chịu áp lực và ống dẫn dầu được sử dụng

truyền áp lực dầu từ xilanh chính tới ngàm phanh

- Đặc tính: ống dẫn dầu được gắn với ngàm phanh không cần mềm, như

đầu nối ở cả hai cạnh của ngàm phanh trước và ở chỗ có đường kính nhỏ qua đoạn cong

Hình 9: Cơ cấu phanhmặt khác, ống dầu được cấu tạo mềm và chịu áp lực Tuy nhiên, vật liệu làm bằng cao su có thể bị hỏng bởi tia cực tím hoặc ozone khi sử dụng trong thời gian dài ống dầu là bộ phận chịu áp suất thủy lực rất quan trọng nên cần thườngxuyên kiểm tra

8, Dầu phanh

- Đặc tính: Trong môi trường rất nóng hoặc rất lạnh, dầu phanh phải truyền

tải đúng hoạt động của tay phanh hoặc chân phanh và giữ chức năng phanh ma sát bình thường

- Đặc điểm:

Nhiệt độ sôi cao

 Không phản ứng với kim loại và cao su tổng họp

 Độ nhớt thích hợp với nhiệt độ cao và thấp

 Bôi trơn tốt

9, Tay phanh

- Mục đích : dùng để truyền lực bóp phanh tới piston xilanh chính

- Đặc tính : tay phanh được thiết kế như 1 chiếc đòn bẩy Khi tác dụng một

lực vào đầu tay phanh thì đầu còn lại tác dụng lên piston xilanh chính với một lực tăng gấp n lần theo tỉ lệ của tay phanh

- Vật liệu : tay phanh thường được làm bằng nhôm , hợp kim nhôm

III. Giới thiệu một số hệ thống phanh

electric scooter hydraulic brake (phanh thủy lực xe tay ga)

Motorcycle brake system

Hệ thống phanh thủy lực mới của xe máy(new motorcycle hydraulic brakes

system

Chương II Xây dựng mô hình tính toán và mô hình thực nghiệm

I Quan hệ giữa lực phanh và lực ma sát

1 Khuếch đại lực

- Giả sử diện tích đáy piston ngàm phanh gấp hai lần piston xilanh chính

ngàm phanh sẽ tạo ra lực gấp đôi sinh ra ở piston xilanh chính

- Mô hình hóa sơ đồ phanh

Hình 10 Sơ đồ hóa cơ cấu phanh

á p su ấ t t h ủ y l ự c (N /mm)= L ự c đẩ y tay p h an h

di ệ n tic h piston c h∈h

- Lực đẩy piston ngàm phanh:

Lực (N) = áp suất thủy lực (N/mm) x diện tích piston ngàm phanh (mm 2)

¿ l ự c đẩ y tay p h an h(N )

di ệ n tic h piston c h∈h(mm 2) ×2 ×diện tích piston chính

= lực đẩy tay phanh (N) x 2

- Định luật pascal: áp suất chất lỏng sinh ra trong bình kín theo mọi phương

đều bằng nhau

2 Quan hệ hành trình phanh

- Giả sử diện tích đáy piston ngàm phanh gấp hai lần piston xilanh chính

ngàm phanh sẽ tạo ra lực gấp đôi sinh ra ở piston xilanh chính

- Mô hình hóa quá trình của hành trình phanh

Hình 11

- Thể tích dầu thủy lực đi ra khỏi xilanh chính:

Thể tích dầu đi ra (mm3)=diện tích đáy xilanh chính(m2)x hành trình piston

- Chỉ cần bóp nhẹ tay phanh, phanh thủy lực có thể tạo ra một lực phanh

lớn để dừng phương tiện Mặt khác, hành trình tay phanh dài thì hành trình má

phanh ngắn

- Khi tay phanh hoạt động thì khoảng dịch chuyển của má phanh là rất

ngắn Nếu đĩa phanh mòn vượt quá giới hạn sử dụng hoặc nếu piston ngàm

phanh hỏng gây nên sự co rút sai và phanh có thể bị kẹt

II. Thí nghiệm xác định lực phanh

1 Xác định hệ số ma sát :

a Mục đích thí nghiệm

Sau khi thí nghiệm sẽ hiểu được cơ bản cơ sở vật lý của quá trình bóp

phanh, lực tác động, lực phanh, ma sát, ảnh hưởng của má phanh đến lực

phanh,xác định được hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa phanh

b Sơ đồ thí nghiệm

 Phương pháp thí nghiệm:

- Dùng lực kế xác định lực bóp phanh để tạo ma sát giữa đĩa phanh và má phanh.

- Giữa nguyên lực bóp phanh xác định lực để cho bánh xe bắt đầu chuyển động bằng lực kế

- Dựa vào mối quan hệ giữa lực bóp phanh và lực làm cho bánh xe quay

r đường kính đĩa phanh

Fms lực ma sát giữa đĩa phanh và má phanh

Hình 12 Mô hình hóa bánh xe và đĩa phanh để tính lực ma

sát giữa đĩa phanh và má phanh

( Fms : lực ma sát của má phanh và đĩa phanh

R : là đường kính đĩa phanh )

S1 = M ms

r K => F= M ms S1

2 S2 K r.Trong đó:

S1 là diện tích xylanh 1

S2 là diện tích xylanh 2

Hình 13 Mô hình tính lực khi bánh xe bị phanh trên dốc (xe xuống dốc)

Hình 14 Mô hình tính lực khi bánh xe bị phanh trên dốc (xe lên dốc)

Chương III : tính toán và xác định các thông số của hệ thống

phanh I.Phương án tính lực phanh

- Ta sơ đồ hóa phanh như sau:

Hình 15 Sơ đồ hóa hệ thống phanh

1 : là piston xi lanh chính

2: là piston ngàm phanh

F2 (N): là lực tác dụng lên piston 2

s1 = 122,65(mm2): là tiết diện của piston 1

s2 = 490.625(mm2): là tiết diện của piston 2

Ta có áp lực sinh ra trong xilanh 1 là: F1/ s1 (N/mm 2)

Ta có áp lực sinh ra trong xilanh 2 là : F2/ 2.s2 (N/mm 2)

Ta có: => F1

s1 = F2

2 s2

 F1=F2.s1/2.s2

Hình 16 : kết cấu tay phanh

- Viết phương trình mômen tại điểm O

II.Tính mô men phanh (Mph)

- Gọi D là đường kính của bánh phanh (mm)

Hình 17 Sơ đồ hóa đĩa phanh và bánh xe (đặt lực tính hệ số ma sát của đĩa)

Tra hệ số ma sát giữa đường cứng và lốp

Bán kính đĩa phanh : r = 109 mm

Hình 19 Bánh xe bị phanh khi xuống dốc

Hệ số ma sát giữa đĩa phanh và má phanh : k = 0,5

 F2.k.r ≥ 100800

 F2.0,5.109 ≥ 100800

 F2 ≥ 1849,5 (N)

Mặt khác :

Bán kính đĩa phanh : r = 109 mm

Hệ số ma sát giữa đĩa phanh và má phanh : k = 0,5

 F2.k.r ≥ 84600

Hình 20 Bánh xe bị phanh khi lên dốc

 F.28 ≥ 1552,3

 F ≥ 55,44 (N)Vậy lực bóp của tay người la : F ≥ 55,44 (N)

3 Trường hợp xe đi đường bằng

khối lựơng xe đè nên mặt đường là : m = 51 kg

 Mph ≥ 91800 (Nmm)

 Fms.r ≥ 91800 Trong đó : Fms = N.k = F2.k (ma sát giữa đĩa và má phanh )

 F.28 ≥ 1684,4

 F ≥ 66,15 (N)

V y l c bóp c a tay ngậy lực bóp của tay người la ực bóp của tay người la ủa phanh ười lai la : F ≥ 60,15 (N)

IV Kêt luận

- Thông số kích thước của xilanh – pittong 1 là : - Chiều dài xilanh là 68,80 mm

- Tiết diện xilanh là s1 = 122,65 mm2

- Chiều dài pittong là 46,6 mm

- Thông số kích thước của xilanh – pittong 2 là : - Chiều dài xilanh là 23 mm

- Tiết diện xilanh là s2 = 490,625mm2

- Chiều dài pittong là: 21,3 mm

- Áp lực dầu phanh lớn nhất là : N = F2 = 1849,5 (N)

- Má phanh có hệ số ma sát là: k = 0,5