ĐAMH - KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ - THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ĐĨA TRÊN Ô TÔ.DOC

Phân tích và chọn dẫn động: Đối với xe du lịch: làm việc với vận tốc lớn cầnphải tính ổn định cao, vì vậy yêu cầu đối với hệ thốngphanh phải: - Làm việc bền vững, tin cậy - Hiệu quả pha

1 MỤC ĐÍCH , YÊU CẦU CỦA ĐỀ RA:

1.1 Mục đích:

ĐôÖ án ôtô là một môn học quang trọng, không thể thiếu được đối với sinh viên ngành động lực Nó giúp cho chúng ta nắm vững chắc hơn các kiến thức đã được

học, rèn luyện kỹ năng, tự tiềm tòi, học hỏi Hiểu biết sâu hơn về ôtô,và các môn liên quan đến nó, mỡ rộng hơn cho kiến thức của mình

1.2 yêu cầu :

Theo yêu cầu đề ra, sinh vin phải thực hiện đúng quyđịnh của khoa, của giáo viên hướng dẩn về thiết minh, bản vẽ

- theo số liệu yêu cầu đề ra

1.2.1Các thông số kỹ thuật của xe thiết kế:

1.2.1.1 Bảng thông số kỹ thuật:

điểm tỳ guốc

phanh

2.PHÂN TÍCH VÀ CHỌN DẪN ĐỘNG PHANH YÊU CẦU XE

THIẾT KẾ:

2.1 Công dụng của cơ cấu phanh:

Hệ thống phanh dùng để :

-Giảm tốc độ của ôtô , máy kéo cho đến nay khidừng hẵn hoặc đến một tốc đô cần thiết nào đó

-Ngoài ra , hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ choôtô đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiên hay trên mặtnằm ngang

-Hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quantrọng

-Nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọichế độ làm việc

-Nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng độnglực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xemáy

2.2 Phân tích và chọn dẫn động:

Đối với xe du lịch: làm việc với vận tốc lớn cầnphải tính ổn định cao, vì vậy yêu cầu đối với hệ thốngphanh phải:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Hiệu quả phanh khi phanh đột ngột lớn trong trườnghợp nguy hiểm

- Phanh công dụng trong những trường hợp khác, đểđảm bảo tiện nghi cho khách hàng

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô khiphanh

- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịchchuyển thẳng và khi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh caovà ổn định trong mọi điều kiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Điều khiển nhẹ nhàn thuận tiện, lực cần thiếttác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ

- Kết cấu gọn nhẹ, lắp đặt sửa chữa, bảo dưỡngdễ dàng

- Giá thành hạ

- Dựa trên điều kiẹn này ta tién hành chọn dẫnđộng phanh.Có rất nhiều kiểu dẫn động phanh.Chủ yếu

ta phân ra các loại dẫn động như sau:

+ Khó thực hiện việc phanh đồng thời giữa các bánh

xe do các khe hở điều chỉnh khó đều nhau, độ mòn cũng

khác nhau, không có cơ cấu tự điều chỉnh được nên khiphanh xe dẽ gây mất ổn định.

+ Kết cấu gọn nhẹ

+ Hiệu suất phanh cao

+ Hiệu quả phanh cao

+ Thời gian chịu tác dụng nhỏ

- Nhược điểm:

- Khó sửa chữa

- Phải tốn kém cho bộ phận phát điện, nên ta khôngchọn loại này

* Đối với dẫn động khí nén:

- Ưu điểm:

+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thuỷ lực (khi rò rĩhệ thống vẫn có thể tiếp tục làm việc được, tuy hiệuquả phanh giảm)

+ Dễ cơ khí hoá, tự động hoá quá trình dẫn động

- Nhược điểm:

+ Độ nhạy thấp, thời gian chịu tác dụng lớn

+ Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rĩ áp suất làm lựckhí nén thấp hơn của chất lỏng trong dẫn động thuỷ lựctới 1015 lần.Nên kích thước và khối lượng của dẫnđộng lớn

+ Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

+ Kết cấu phức tạp, gí thành cao.

+ Dẫn động cồng kềnh, do phải có thêm các bộ tínhnăng do đó không phù hợp với loại xe du lịch nên ta khôngchọn

* Dẫn động thuỷ lực:

- Có ưu điểm quan trọng là:

+ Độ nhạy lớn, thời gian chịu tác dụng nhỏ ( dưới 0,2

 0,45)

+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe thìáp suất trong dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cảcác má phanh đã ép sát trống phanh

+ Hiệu suất cao( h = 0,8 0,9)

+ Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giáthành nhỏ

+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau màchỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

- Bên cạnh đó loại dẫn động này còn có nhược điểm:

+ Yêu cầu độ bền khá cao, khi có một chỗ nào đó bịrò rỉ thì cả dẫn động không làm việc được

+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nênthường sử dụng các bộ trợ lực để giảm lực đạp, làmcho kết cấu phức tạp

+ Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc cóthể làm cho các đường ống bị rung dộng và mô men phanhkhông ổn định

+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

Mặc dù có những nhược điể trên nhưng với côngnghệ hiện nay ta có thể khắc phục tương đối Loại dẫnđộng thuỷ lực này kích thước nhỏ gọn nhưng áp suất cao

vì vậy dễ dàng lắp đặt phù hợp với loại xe du lịch nênchọn loại dẫn động này cho hệ thống phanh xe thiêït kế.

Có nhiều loại dẫn động thuỷ lực, nhưng chủ yếuphân ra bốn loại dẫn động cơ bản theo các sơ đồ sau:

(c) (d)

(e)

Hình 1:11: Xi lanh công tác; 2 : Xi lanh chính kép

2.3 Phân tích các sơ đồ dẫn động thuỷ lực và chọn

sơ đồ cho dẫn động:

2.3.1.Phân tích các sơ đồ hình 1:1

Ta đi phân tích ưu nhược điểm của từng loại sơ đồdẫn động trên:

+ Có sự mất đối xứng lực phanh khi một dòng

bị hỏng, nếu mặt đối xứng quá giới hạn cho phép, sẻgây ra sự mất ổn định

* Sơ đồ hình (c):

Phân dòng: một dòng cho hai cầu;một dòng chocầu mới

+ Kếtcấu khá phức tạp.

+ Có sự bất đối xứng về phanh nếu một trong hai dòng bị trục trặc

* Sơ đồ hình (e)

Có hai dòng, mỗi dòng cho cầu dưới và cho cầu sau

-Ưu điểm:

+Độ an toàn cao, nếu mất một trong hai dòng

hiệu quả phanh còn 100% Đây là sơ đồ hoàn hảo nhất về hiệu quả cũng như sự mất đối xứng

Đối với loại xe du lịch đang thiết kế, cần chi tiết càng nhỏ gọn càng

tốt, an toàn,

Em chọn sơ đồ hình (a) kết cấu rất đơn giản lại rẻ tiền, mặt dù độ an toàn không cao ưu, nhược điểm như đã phân tích ở trên

- Để khắc phục độ an toàn của dẫn động, ta làm như sau:

Khi chọn khi chọn thiết bị dẫn động ta chọn:

- Chọn hoặc thiết kế dẫn động ta chọn hoặc tính độ bền

- Lắp đặt an toàn, tránh va đập

Chọn hệ thống dẫn động thuỷ lực thì có thể phảidùng bộ trợ lực, sẽ xét sau

3 TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG

PHANH YÊU CẦU XE THIẾT KẾ

3.1 Xác định mômen phanh yêu cầu của cơ cấu phanh.

3.1.1 Sơ đồ tính toán :

Hình 2.1 ;Sơ đồ lực tác dụng vào xe khi phanh

Ga : trọng lượng toàn bộ của xe ; Pj : lực quán tính của xe khi phanh ; Pw : lực cản khí động ; Z1, Z2 : phản lực

của đường lên bánh xe trước và sau ; a,b : khoảng cách từ trọng tâm đến vết tiếp xúc bánh xe và mặt đường ;

chiều dài cơ sở của xe

- Phương trình momen cần khi phanh theo tài liệu [1]

Mp = PpRbx= Z

Trong đó:

Rbx: Bán kính bánh xe thiết kế

Z : Phản lực toàn bộ của đường lên các bánh xe

 : Hệ số bám của mặt đường lên các bánh xe

- Đối với xe du lịch có hai cầu:

Giả thuyết : Pw= 0 vì ôtô đứng rất nhanh khi phanh

Pf ≤Pp vì:

Pp = .Z với:  = 0.6 đến 0.8 theo tài liệu [2]

Pf = f.Z f = 0.015 đến 0.03 tài liệu [2]

+ Mômen phanh cầu trước:

M1 = Pp1.Rbx =Z1. (2.1)+ Mômen phanh cầu sau:

M2 = Pp2.Rbx =Z2. (2.2)Trong đó:

Pw : Lực cản khí động

và cầu sau khi phanh

Z1,Z2 : Phản lựcü của đường lên bánh xe cầu trước và cầu sau

- Từ sơ đồ trên ta có biểu thức sau:

Pp1+ Pp2 =Pj (2.3)Với: Pj= ma.jp

- Trong đó :

ma : khối lượng toàn bộ của xe

jp : gia tốc chậm dần khi phanh Từ (2.3) ta suy ra:

)

(

g

h j b L

G L

h j m b

(

g

h j a L

G L

h j m a

a b h R L

G

(2.6)

bx g

a a h R L

G

(2.7)Theo TL[2]

= (0,6 đến 0,8)Chọn = 0,6

Theo số liệu đề cho:

,0)

3,0.6,075,0.(

5,1

1200.81,9.6,0

M

[Nm]

3.1.2 chọn cơ cấu phanh:

Theo số liệu tính toán mômen phanh trên ta thấy

mômen cầu trước và cầu sau chênh lệch nhau nên ta chọn

cơ cấu phanh như sau:

3.1.2.1.Sơ đồ cơ cấu phanh :

Sơ đồ cơ cấu phanh chọnHình 2.2

3.1.3 tính toán cơ cấu phanh

3.1.3.1. sơ đồ tính toán :

Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh

Hình 2 :3

h'



yC

x'h"

Y’

Cơ cấu phanh sau Cơ cấu phanh trước

P1

3.1.3.2 Xác định góc  góc tạo bởi lực N và trục X-X

Quy luật phân bố áp suất trên má phanh là hình sin làm phức tạp cho việc tính toán cơ cấu phanh Vì góc ôm  không lớn lắm và guốc phanh có thể bị biến dạng khi phanh, cho nên sự chênh lệch về phân bố áp suất trên má phanh trong phạm vi góc ôm như thế không lớn lắm Để dểtính toán ta coi như áp suất phân bố đều trên má phanh

δ = 900 – DOO1 = 90 - DOE – EOO1

18''

1 1

h

E O tg

 δ0 =10,20 góc tương ứng điểm cố định và trục yy’

* Xác định khoảng cách S( từ tâm O đến điểm quay cố định

O1 )

3.1.3.3 Tính toán lực ép guốc phanh:

* Xét cân bằng guốc phanh với các giả thuyết sau:-Aïp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh-Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép và có dạng tổng quát sau:

q = qmax.y

Với y: Hàm phân bố áp suất y= 1

q: áp suất phân bố trên má phanh-Phân bố áp suất giữa trống và má phanh không phụ thuộc vào dẫn động phanh (nặng hay nhẹ)

* Xét một phân tố vô cùng bé d khi phanh chịu tác dụng của lực pháp tuyến dN

Tích phân biểu thức (2.8) từ 0 đến 1 ta được

mômen phanh tổng do các guốc phanh tương ứng tạo ra

Để xác định qmax ta viết phưong trình cân bằng

mômen đối với điểm quay cố định O1 của guốc

±

0sin

(2.10)Mặt khác : l = (r - Scos)

Trong đó :

 : góc ứng với điểm quay cố định O1OD đang xét

P : lực phanh h: khoảng cách giửa hai điểm tỳ guốc phanh

m : hệ số masát giửa trống và má phanh Theo tàiliệu [1] chọn:

m = 0.3S: khoảng cách từ tâm đến điểm cố định guốc phanh O1

Thay dFms và dN vào (2.10) ta có:

Ph ±  

1

0

)cos(







S r

mqmax y brd - 

1

0sin

(2.11)

Thay biểu thức (2.9) vaò (2.11) rồi chia cho ryd

ta được phương trình xác định mômen phanh cho từng cầu:

cossin

ym



y

ym

d S

d r d

S

d br

Ph br

0

1

0

cos1



ym

y



y

m

d r

d S

d r

d S



y

d r

d S



y

d r

d S

Thay A và B vào (2.12) ta được phương trình mômen phanh như sau:

1 1

1 1

B A

h P B A

h P

m

mm

A = r (cos 0 cos1)S

B = 1- ( )

)sin(sin

0 1

0 1

Trong đó:

S =102 mm khoảng cách từ tâm đến điểm cố định guốc phanh O1r = D/2n = 240/2 = 120 (mm) bán kính trống phanh

α1 = 1250 góc ôm guốc phanh

0=250 Góc tương ứng giữa bán kính tuỳ ý O1OE

Ta được :

A = (125 25).3,14/180 0,721

)125cos25(cos120

P = P1 = P2

Từ phương trình (2.13)

 Mp = 2 2

.2

B A

PAh

m

m



* Tính lực ép của cơ cấu phanh:

+ Đối với cầu trước các guốc đều tự siết

Mp1 = Mpt = Mpph = A B

h P

m

m

1.2

 P1 = Mp1(A-mB)/(2.m.h)

Các thông số đã được chú thích trước

Với M1 = 1313,755 [Nm] ;



(N)+ Đối với phanh sau một guốc tự tách một guốc tự siết

Mps= Mpt + Mpph = A B

h P B A

h P

m

mm

A

h

m

mm

B Ah

mm

B A

m

m2

2 2

Thay số vào biểu thức trên ta có:

P2 = 805,2

38,34292

,0.3,0.721,0.2

806,0.3,0721,

3.2 Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh:

Các kích thước guốc phanh, má phanh được xác địnhtrên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh

+ Aïp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt má phanh phải thoả mản điều kiện sau:

q Br

Aïp suất cho phép trên má phanh cực đại [q]max

+ Bề rộng má phanh trước :

b1 â m  2

1/4

r q

(mm)Theo số liệu đã có:

Mp1 = 1313,755 Nm

 =1000

q = 2.106 N/m2

µ = 0,3Thay số vào biểu thức trên ta có:

b1 â

029,0180/14,3.100.12,0.10.2.3,0

4

755,13132

3.3 Kiểm tra điều kiện tự siết

Để điện kiện tự siết không xảy ra khi

A - mB â 0

Với :

A = 0,721

B = 0,806

m = 0,3Thay số vào ta có:

0,721/(0,3.0,806) = 2,98 > 0Vậy thoã điều kiện tự siết trên

3.4 Tính toán nhiệt và mài mòn trống phanh.

Tính toán nhiệt và mài mòn, được tiến hành theo các chỉ tiêu gián tiếp, là áp suất trung bình trên bề mặt

ma sát của guốc tự siết,và công ma sát riêng Xác định nhịêt độ đốt nóng trống phanh và cường độ mài mòn nhưsau:

Aïp suất trung bình trên má phanh:

qtb = 2 [ ]

1

tb p

q br



[N/m2]

qtb < [qtb] thoã mãng [2.16]

- Công ma sát riêng (lms) bằng tỷ số giữa công ma sát sinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ cực đại đến khi dừng và tổng diện tích (F) của tất cả các má phanh:

lms =  ms

â a

l V m



F2

R,b, : đã được giải thích trên

Thay số vào công thức trên ta có:

F = 8.0,12.0,04.100.3,14/180 = 0,067Để kiểm tra công ma sát ta xét xe chạy với tốc độ cực đại V0 = 140 km/g tương đương với V0= 38,89 m/s

Thay số vào công thức (2.17)

lms = 2.0,67 13544168

89,38

3.4.1 Tính toán nhiệt đốt nóng trống phanh:

Trong quá trình phanh, động năng của ôtô biến thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra không khí

Theo tài liệu [1] ta có phương trình cân bằng năng lượng :

tdt K F t C m V

V g

t t

2

2Trong đó :

Ga : trọng lượng ôtô tác dụng lên hai cầu khi phanh

t : thời gian phanh (giây)

Ft : diện tích làm mát trống phanh (m2)

mt : khối lượng các trống phanh (kg)

Lượng F tKtdt

là phần năng lượng truyền ra môi trường không khí Khi phanh ngặt thời gian phanh ngắn năng lượng truyền ra môi trường không đáng kể, có thể bỏ qua, trên cơ sở đó xác định sự tăng nhiệt độ trống phanh trong khi phanh như sau:

∆t =  

t C

m g

V V G

t





 2

)

2

2 1

 mt = g t C  t

V V G







 2

)

2

2 1

[2.18]

Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh, với tốcđộ V1 = 8,33 m/s cho đến khi dừng hoàn toàn V2 = 0 m/s không được vượt qúa 150C:

2 2

b d

bt = b + 20 = 40 + 20 = 60 [mm]

* Đường kính ngoài trống phanh :

D =

24

d b

[m]

4 TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH.

4.1 Sơ đồ tính toán:

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh

D :đường kính xi lanh chính; d1 : đường kính xi lanh bánh trước

d2 : đường kính xi lanh bánh sau; r1, r2 kích thước ghi trên sơ đồ trên

4.2 Xác định đường kính xi lanh trong hệ thống

phanh:

4.2.1 Đường kính xi lanh công tác:

Theo tài liệu [1]

D = max

.4

pmax : áp suất cực đại cho phép trong dòng dẩn động Theo tài liệu [1] pmax = 8412 Mpa.

Chọn : pmax = 9 Mpa

P1=4116,16: lực ép cần thiết của cơ cấu phanh bánhtrước

P2=3429,38: lực ép cần thiết của cơ cấu phanh bánhsau

Thay số vào phương trình trên ta có:

- Đường kính xi lanh cầu trước:

d1 =

024,010.9.14,3

16,4116.4

26,3426.4

6 

[mm]

4.2.2 Đường kính xi lanh chính:

Theo tài liệu [1] dựa vào đường kính xi lanh công tác,

ta chọn đường kính xi lanh chính như sau:

d1/dc = 141,5Hoặc : ds/ dc = 0,9 4 1,2

4.3 Xác định tỷ số truyền bàn đap:

Theo tài liệu [1]Ta có phương trình bàn đạp:

Sbđ =  

2

1 2

.2

r

r x

d d

i i i

dc : đường kính xi lanh chính

 : khe hở giửa pitông xi lanh chính và thanh đẩy bàn đạp

theo tài liệu [1]  = (1,5 ÷ 2,5) mm Chọn:  =2 mm

’, ” : hành trình không tải pitông xi lanh chính Theotài liệu [1] ’,” = (1.5  2.5) mm

4.4 Xác định lực cần thiết tác dụng bàn đạp:

p d

- Trong đó:

ibđ, pi, dc : đã được giải thích trước:

h : hiệu suất theo hệ thốnh Theo tài liệu [1] h = 0,92

pbđtt = 4.8.0,92 507,8

10.9.10.23.14,

Vậy ta phải tính trợ lực

5 PHÂN TÍCH ,CHỌN VÀ TÍNH TOÁN TRỢ LỰC YÊU CẦU

CỦA XE THIẾT KẾ :

5.1 Phân tích và chọn trợ lực:

Đối với loại xe du lịch thiết kế, có động cơ xăng tốcđộ cao phù hợp với trợ lực chân không nó có ưu điểm là:

hông cần sử dụng nguồn năng lượng bên ngoài, mà sử dụng ngay độ chân không tạo bởi trên đường nạp động cơ để tạo lực

Bên cạnh đó trợ lực chân không có các nhược điểmsau:

- Hiệu quả bộ trợ lực thấp, để tăng lực trợ lực lớn phải tăng kích thước của bầu trợ lực lên

Ngoài trợ lực chân không ra còn có trợ lực khí

nénnhưng ta không chọn loại này cho xe thiết kế vì:

Sử dụng trợ lực khí nén phức tạp, phải có hệ thống tạo khí nén như máy nén khí, hệ thống dẫn và phải mất công suất động cơ kéo máy nén cồng kềnh không phù hợp với xe du lịch thiết kế

5.2 Sơ đồ và đặc tính của trợ lực: