Đồ án cải tiến hệ thống phanh cho xe máy (Link cad: http://bit.ly/doanxemay)

Phanh là hệ thống an toàn chủ động hết sức quan trọng nên luôn được các nhà thiết kế ôtô quan tâm, không ngừng nghiên cứu hoàn thiện và nâng cao hiệu quả. Đến nay, hệ thống phanh đã trải qua rất nhiều cải tiến, thay đổi.Hệ thống chống bó cứng phanh ABS.Hệ thống chống bó cứng phanh ABS.Khởi đầu, hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực (phanh dầu) sử dụng trên các xe ôtô con chỉ là loại đơn giản, trong đó lực phanh các bánh xe tỷ lệ thuận với lực tác động lên bàn đạp phanh. Hệ thống phanh này đến nay gần như không còn được sử dụng vì hiệu quả kém, không bảo đảm đủ lực phanh.Để tăng lực phanh, người ta sử dụng các cơ cấu trợ lực. Phổ biến với các xe con là loại trợ lực bằng chân không, sử dụng độ chênh lệch giữa áp suất khí quyển và độ chân không trong đường nạp của động cơ để tạo ra lực bổ trợ phanh. Trợ lực chân không có thể tác động trực tiếp lên piston của xilanh phanh chính hoặc tác động gián tiếp (có thêm một xilanh phụ trợ để tăng áp suất dầu phanh). Tuy vậy, các dạng trợ lực chân không cũng chỉ tăng áp suất dầu phanh lên được khoảng gấp 2 lần. Phanh dầu còn có thể được trợ lực bằng khí nén giúp đạt được áp suất dầu phanh khá cao, nhưng do cấu tạo phức tạp, nên chủ yếu áp dụng cho các xe tải.

Mục lục

Lời nói đầu 2

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 3

1.Công dụng ,phân loại , yêu cầu 4

1.1.Công dụng 4

1.2.Phân loại 4

2.Cấu tạo chung của hệ thống phanh 5

3.Hệ thống dẫn động phanh 7

3.1.Cấu tạo 7

3.2.Nguyên lý hoạt động 7

3.3.Ưu nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thủy lực 8

3.4.Ưu nhược điểm của hệ thống phanh đĩa 8

5.Mục đích và nôi dung đề tài 9

CHƯƠNG 2: 11

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH BÁNH XE TRƯỚC BẮNG THỦY LỰC 11

1.Xác định mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh 12

2.Tính toán cơ cấu phanh trước (phanh đĩa) 13

3.Tính toán dẫn động phanh 14

4.Tính bền xi lanh phanh bánh xe 16

4.1.Tính bền cho xi lanh phanh bánh xe trước 17

CHƯƠNG 3: 18

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT PHANH .18 1.Tính toán thiết kế nam châm điện 19

1.1.Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nam châm điện 19

1.2.Phân loại nam châm điện 19

1.3.Tính toán chi tiết 22

2.Kiểm nghiệm 27

2.1.Kiểm nghiệm về lực : 27

2.2.Kiểm nghiệm hế số tỏa nhiệt : 29

3.Tính toán đề xuất phương án điều khiển 30

CHƯƠNG 4: 35

THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT LÕI TỪ TRONG NAM CHÂM ĐIỆN 35

1.Giới thiệu chi tiết 35

1.1.Phân tích chức năng và điều kiện làm việc của chi tiết 35

1.2.Phân tích kết cấu chi tiêt và yêu cầu kĩ thuật 35

2.Quá trình công nghệ gia công chi tiết 36

3.Phân tích và tính toán các nguyên công 37

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 44

Lời nói đầu

Trong giai đoạn phát triển như hiện nay,vận tốc các phương tiện giao thông ngày càng nhanh ,vấn đề an toàn giao thông ngày càng trở lên quan trọng, đểphương tiên giao thông như ô tô, đặc biệt là xe máy làm việc hiệu quả và an toàn hơn ta cần chú trọng đến hiệu quả của sự phanh xe : quảng đường

phanh, gia tốc phanh, mô men phanh , tránh hiện tượng bó cứng phanh, trượtlết, và tính ổ định của xe khi phanh là yếu tố quan trọng nhất.

Để giải quyết vấn đề trên , ta cần nghiên cứu chế tạo cải tiến hệ thống phanh

xe máy bằng cách tạo thiết kế cơ cấu chấp hành thay đổi áp suất dầu tác dụng vào piston xy lanh bánh xe theo chu kì và tần suất hợp lý

Đề tài này có nhiệm vụ “Thiết kế cải tiến hệ thống phanh cho xe máy” dựa trên xe tham khảo là xe DREAM Sau 12 tuần nghiên cứu thiết kế dưới

sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy Hồ Hữu Hải và các thầy trong bộ môn ôtô đã giúp em hoàn thành được đồ án của mình Mặc dù vậy cũng không tránh khỏi những thiếu sót em mong các thầy giúp em tìm ra những thiếu sót đó để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Do khuôn khổ chương trình có hạn nên em chỉ dừng lại ở việc tạo ra cơ cấu chấp hành điều chỉnh áp suất dầu trong hệ thống phanh, tạo phương hướng phát triển đồ án sau này

Em xin chân thành cảm ơn thầy Hồ Hữu Hải cùng toàn thể các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Hà Nội , ngày 07, tháng 06, năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Doãn Cường

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.Công dụng ,phân loại , yêu cầu

1.1.Công dụng

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của xe đến một giá trị cần thiết nàođấy hoặc dừng hẳn xe

Hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất vì nó đảm bảo cho

xe chạy an toàn ở tốc độ cao

Trên xe sự phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên của các cụm liên kết với bánh xe: giữa tang trống với má phanh hoặc đĩa phanh với má phanh Quá trình ma sát trong các cơ cấu phanh dẫn tới mài mòn và nung nóng các chi tiết ma sát, nếu không xác địnhkịp thời và tiến hành hiệu chỉnh thì có thể dẫn tới làm giảm hiệu quả phanh

Hư hỏng trong hệ thống phanh thường kèm theo hậu quả nghiêm trọng, làm mất tính an toàn chuyển động của xe Các hư hỏng rất đa dạng và phụ thuộc vào kết cấu hệ thống phanh

1.2.Phân loại

Theo kết cấu của cơ cấu phanh

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

Theo khả năng chống bó cứng bánh xe ta có hệ thống phanh với bộ

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao

- Không có hiện tượng tự xiết phanh

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng

- Dễ dàng thay thế các chi tiết khi hư hỏng

2.Cấu tạo chung của hệ thống phanh

Sơ đồ chung :

Cấu tạo của phanh tang trống

Hệ thống phanh bao gồm 2 phần :

- Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm trên bánh xe khi phanh.

45

Sơ đồ hệ thống phanh

1.Tay phanh 3.Đường ống dẫn dầu

2.Xy lanh chính 4.Xy lanh bánh xe

5.Đĩa phanh

3.2.Nguyên lý hoạt động

Khi phanh, người lái bóp phanh , qua cớ cấu ty đẩy đẩy piston của xy lanh phanh chính dịch chuyển đẩy dầu trong buồng xy lanh và được dẫn

động qua đường ống dầu áp suất cao được đưa tới buồng của xy lanh bánh xe , dầu đẩy piston chuyển động đẩy 2 má phanh áp sát vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh bánh xe Khi thôi phanh, dưới tác dụng của lực lò xo hồi vị trong xy lanh chính kéo piston xy lanh chính về vị trí ban đầu, dầu từ xy lanh bánh xe được dồn về xy lanh chính theo đường ống Tuy nhiên , do dầu không hồi từ các xy lanh bánh xe về xy lanh chính ngay lập tức được nên áp suất trong các khoang thứ cấp và sơ cấp giảm đột ngột tạo nên chân không trong 2 khoang này Lúc này , dầu trong các khoang ở piston sẽ ép qua phớt cao su ở cuối các piston bù vào các khoang sơ cấp và thứ cấp Như vậy các khoang này được bổ sung kịpthời đảm bảo lượng dầu cho lần phanh tiếp ngay sau đó.

Hệ thống phanh dầu có đặc điểm lực trên má phanh phụ thuộc vào đườngkính xy lanh phanh.Muốn có lực phanh khác nhau chỉ cần thay đổi kết cấu xy lanh phanh

3.3.Ưu nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thủy lực

Ưu điểm :

- Hiệu suất cao, độ nhạy tốt

- Kết cấu đơn giản

- Dễ bố trí hệ thống

Nhược điểm:

- Có hư hỏng thì hệ thống làm việc kém hiệu quả

- Hiệu suất có thể thấp khi ở nhiệt độ môi trường thấp

3.4.Ưu nhược điểm của hệ thống phanh đĩa

Ưu điểm :

- Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh dễ dàng

- Công nghệ chế tạo ít gặp khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản xuất

- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định hơn so với cơ cấu phanh kiểu tang trống khi hệ số ma sát thay đổi

- Khối lượng các chi tiết nhỏ,kết cấu gọn

- Khả năng thoát nhiêt ra môi trường bên ngoài là dễ dàng

- Thoát nước tốt : do nước bám vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực ly tâm nên tính năng phanh được phục hồi trong 1 thời gian ngắn

Nhược điểm :

- Nhược điểm của phanh đĩa là khó có thể tránh bụi bẩn và đất cát vì đĩa phanh không được che đậy kín , bụi bẩn sẽ lọt vào khe hở giữa máphanh và đĩa phanh khi xe đi vào chỗ lày lội làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh khi phanh, phanh sẽ kém hiệu quả

- Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn phanh đĩa có tiếng kêu rít do sự tiếp xúc giữa đĩa phanh và má phanh

- Lực phanh nhỏ hơn

5.Mục đích và nôi dung đề tài

- Mục đích : khi phanh xe vấn đề ổn định của xe là rất quan trọng đến vấn

đề an toàn Để cải thiện tính ổ định của xe ta đi thiết kế cơ cấu làm thay đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh của xe bằng cách thay đổi lực tác dụng vào piston theo quy luật có đồ thị sau :

Ts T

- Nội dung : + Thiết kế tính toán hệ thống phanh bánh xe trước bằng thủylực

+ Thiết kế tính toán hệ cớ cấu chấp hành thay đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh

+ Thiết kế quy trình gia công chi tiết lõi từ

Công suất tối đa : 4,41 KW/7000 v/p

Mô men cực đại : 603 Nm / 5000 v/p

Kí hiệu lốp : 2,50 – 17

1.Xác định mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn xe với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh

hg - chiều cao trọng tâm xe , chọn hg = 70 cm

Jmax - gia tốc chậm dần cực đại khi phanh ;

Jmax = φ.g = 0,6.9,81=5,88 (m/s2)

g – gia tốc trọng trường , g = 9,81 (m/s2)

φ – hệ số bám của bánh xe với mặt đường , φ = 0,6

rbx - bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Thay các giá trị vào (1),(2) ta được:

Mô men phanh cần sinh ra ở bánh trước là :

2

3 0 , 6 26 , 04 10 10

470 81 , 9

6 , 0 886 , 5 1 1175

470

705 81 , 9

6 , 0 886 , 5 1 1175

705

2.Tính toán cơ cấu phanh trước (phanh đĩa)

Mo men phanh sinh ra trên cơ cấu phanh đĩa được xác định như sau:

μ – hệ số ma sát giữa đĩa phanh và má phanh , μ = 0,3

Rtb – bán kính đặt lực P, Rtb = 96,5 mm

x1Rtb

Dd1

Từ đó ta có lực ép tác dụng lên má phanh là :

P = 2 0 , 3 96 , 5 10 3

243

d

π .n ;

π

4 0 1

n p

n – số xy lanh làm viêc trên 1 cơ cấu phanh , n = 2

p0 – áp suất dầu trong hệ thống khi phanh ,

3.Tính toán dẫn động phanh

Xy lanh phanh chính có nhiệm vụ sinh ra áp suất cần thiết để đảm bảo lượng dầu cung cấp cho hệ thống phanh

Lực tác dụng lên tay phanh để tạo nên áp suất trong hệ thống được xác định theo công thức :

Q l'

Trong đó

Q : Lực bóp tay phanh ; chọn Q = 4 KG = 40 (N)

D : Đường kính xy lanh phanh chính ; D = 10 (mm)

P0 : Áp suất trong hệ thống phanh

l, l’ khoảng cách từ ty đẩy và vị trí bóp phanh đến điểm tựa

40 4

2 3

− = 2,5.10 6 (N/m2)

= 2,5 (Mpa)

Từ đó thay p0 vào công thức (1) ta tính được đường kính xy lanh bánh xe

là :

14 , 3 2 10 5

,

2

4196 4 6

π

Từ đó ta có hành trình piston xy lanh chính là

∆ = n x1

2 1 1

d D

4.1.Tớnh bền cho xi lanh phanh bỏnh xe trước

a' : Bán kính trong của xilanh phanh bánh xe trớc

b' : Bán kính ngoài của xilanh phanh bánh xe trớc

q : áp suất trong xilanh phanh

r' : Khoảng cách từ tâm xilanh đến điểm cần tính ứng suất

Từ biểu thức ta thấy σt và σn đạt giá trị max khi r' =a' Lúc đó ta có:

Vậy với cơ cấu phanh đã chọn thì xilanh phanh bánh trớc thoả mãn điều kiệnbền theo ứng suất.

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU CHẤP HÀNH ĐIỀU

CHỈNH ÁP SUẤT PHANH

1.Tính toán thiết kế nam châm điện

1.1.Cấu tạo và nguyên lý làm việc của nam châm điện

Nam châm điện là một loại khí cụ điện dùng để biến đổi điện năng thành cơ năng Đó là một cuộn dây có lõi sắt từ, khi có điện sẽ sinh ra lực hút điện từ

và hút các vật sắt thép để gần, khi cắc điện thì lực hút điện từ cũng mất theo Nam châm điện được dùng rất rộng rãi ở nhiều lĩnh vực khác nhau

Ví dụ trong tự động hóa các thiết bị rơ le, công tắc tơ, máy biến đổi đều có

bộ phận quan trọng là nam châm điện

Trong khống chế xa, nam châm điện được dùng trong việc thao tác các van hơi, van dầu, van điện từ Trong công nghiệp nam châm điện dùng ở cầu trục, làm bộ phận nâng các tấm sắt thép hay sắt vụn lên cao Trong truyền động điện, nam châm điện dùng ở các ổ ly hợp điện từ, các búa điện động, bản hút từ của máy mài bằng ,…Lợi dụng lực hút điện từ không những giảmnhẹ được lao công nặng nhọc mà còn nâng cao được hiệu suất lao động và chất lượng sản phẩm Chính vì vậy mà trong kĩ thuật người ta thường dùng tới nam châm điện

Người ta còn thây nam châm điện cực lớn ở các máy gia tốc quay trong lĩnh vực nguyên tử , và ngay trong sinh hoạt hằng ngày người ta thấy chuông điện cũng là một dạng nam châm điện

Về cấu tạo nam châm điện gồm có cuộn dây ,lõi sắt từ ,nắp Kết cấu rất đơngiản

Cũng có loại nam châm điện không có nắp mà chỉ có lõi sắp từ Đối với loạinam châm điện này , các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp vậy

1.2.Phân loại nam châm điện

a).Phân loại theo nguyên tắc động có loại duy trí và loại hút

- Loại duy trí dùng để giữ các vật liệu bằng sắt thép , giữ chặt các chi tiết đểgia công cơ khí hay chuyên chở

Loại nam điện này không có nắp , từ thông đi qua các vật liệu sắt thép của các chi tiết gia công hay chuyên chở và khép kín của lõi , thí dụ : ổ ly hợp điện từ , bàn hút điện từ máy mài , càu trục , bản kẹp ở các máy công cụ

- Loại hút có nắp chuyển động , khi cho điện vào cuộn dây ,sẽ hút nắp

di chuyển một khoảng cách và tác động đến các bộ phận cơ khí khác , thí dụ : các loại rơ le tự động ,công tắc tơ ,van điện từ ,búa điện động ,chuông điện ,vv…

b).Phân loại theo dòng điện cuộn dây

Loại một chiều và loại xoay chiều :

- Loại 1 chiều do dong điện 1 chiều cung cấp cho cuộn dây Từ thông không biến thiên theo thời gian , trong lõi không có dòng điện xoáy và

từ trễ Vật liệu thường là sắt thuần ở thể khối , gia công dễ dàng Lõi thường có tiết diện tròn

- Loại xoay chiều do nguồn điện xoay chiều cung cấp cho cuộn dây

Từ thông biến thiên theo thời gian , có hao tổn vì dòng điện xoáy và

từ trễ trong sắt từ Dể giảm bớt hao tổn này , thường dùng các tấm tônsilic xếp lại ,mà không dùng vật liệu sắt từ ở thể khối Lõi thường có tiết diện chữ nhật , cuôn dây thường ít làm theo hình tròn

c).Phân theo cách mắc cuộn dây vào nguồn điện có :

Loại mắc nối tiếp và song song

- Mắc nối tiếp thường là cuộn dây có số vòng ít ,dây dẫn to điện trở và điện kháng cuộn dây tương đối bé , nếu có thể xem ảnh hưởng không

đáng kể đối với mạch điện Vì vậy trị số dòng điện cuôn dây mắc nối tiếp không phải do điện trở và điện cảm của cuộn dây quyết định mà

do phụ tải ở trong mạch điện quyết định

- Mắc song song thường là cuộn dây có số vòng lớn , dây dẫn bé quyết định Khi đấu vào nguồn điện thì toàn bộ điện áp cho vào 2 cuộn dây Điện trở và điện kháng so với cuộn dây một chiều lớn hơn

nhiều

d).Phân theo tốc độ tác động có loại tác động nhanh ,tác động trung bình vàtác động chậm Trên cơ sở của nam châm điện tác động trung bình , dùng thêm một số phương pháp đặc biệt có thể biến đổi thành nam châm điện tác động nhanh hay chậm

e).Phân theo hình thức chuyển động của nắp có loại : hút thẳng và hút quay

f).Phân theo số lượng lõi từ :

nam châm 1 lõi từ ,2 lõi từ

g).Phân theo kết cấu lõi từ

Kết luận : Ta chọn phương án thiết kế là nam châm điên 2 lõi từ

1.3.Tính toán chi tiết

Sơ đồ bố trí

Nhiệt chênh cho phép : θ =650

Nhiệt độ môi trường xung quanh t = 400C ,

Vì lõi của nam châm điện một chiều là một vật truyền nhiệt tốt , nên chọn

lk và bk

- chiều cao và bề rộng cuộn dây

Theo bảng 4- 3 trang 60 (Tính toán nam châm điện)

,Điện trở suất dây đồng ứng với nhiệt chênh cho phép lớn nhất θ =650 cộng

với nhiệt độ môi trường xung quanh t = 400C , nghĩa là ứng với nhiệt độ là

1050C

1 S 1 7,65 19,125

2 µ 2 0,2 µ µ

Suy ra từ thông φ

Dcp = 30 + 12 = 42 mm = 0,042 m

Theo 4 – 1 trang 58 (Tính toán nam châm điện )

ta tính được đường kính dây dẫn :

12

=

= 0,667

Tra bảng phụ lục trang 129 suy ra ddây = 0,67 mm

Suy ra ddây(cả cách điện) = 0,72 mm

Diện tích tiết diện dây :

Chiều cao cuộn dây : lk

2.2.Kiểm nghiệm hế số tỏa nhiệt :

Hệ số tỏa nhiệt cuộn dây đã chọn :

Ta thấy nhiệt chênh bé hơn 650C nên đạt yêu cầu và vì khi chế tạo có thể có sai số 5 - 10 0C , nên cũng cần thiết dự trữ một ít

3.Tính toán đề xuất phương án điều khiển

Sơ đồ nguyên lý

Co cau chap hanh

Co cau dieu khien

Co cau phanh

Xy lanh chinh

Do đặc tính bộ chấp hành là điều chỉnh áp suất dầu trong hệ thống phanh nên ta thiêt kế mạch tạo xung vuông

p

ap suat dau donguoi lai tac dong

ap suat dau do

bo dieu chinh

0

Đồ thị áp suất dầu phanh

Thiết kế mạch tạo xung vuông

Sơ đồ mạch tao xung vuông:

8 4 7 6

2 1 5 3 R

555

+ 12 v

Nguyên lý hoạt động :

Tính và chọn linh kiện :

T : thời gian của 1 chu kì toàn phần (s)

T = Tm + Ts

Tm : thời gian điện mức cao

Ts : thời gian điện mức thấp

Tm

Ts T