Khác thác hệ thống làm mát và bôi trơn động cơ DE12TIS trên xe buýt BC212MA

Các con lăn ma sát quay làmbánh xe kiểm tra quay theo.Khi bánh xe kiểm tra quay với tốc độ ổn định, người lái đạp phanh, mômenphanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn ma sát 4, làm

TRƯỜNG ĐHGTVT

KHOA CƠ KHÍ

-*** -CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

MỤC LỤC

Nội Dung Trang Lời nói đầu 1

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỆ THỬ PHANH VÀ LỰA

CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 Bệ thử phanh dạng lực loại con lăn 3

1.2 Bệ thử phanh dạng con lăn quán tính 6

1.3 Bệ thử phanh không sử dụng lực bám 7

1.4 Lựa chọn phương án thiết kế 9

Chương 2 : THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT CHO BỆ THỬ 2.1 Tính chọn công suất động cơ điện và tính tỷ số truyền của hộp số 11

2.2 Tính toán thiết kế bánh đà 15

2.3 Tính toán thiết kế hộp số 16

2.4 Thiết kế đồ gá nối cơ cấu phanh với bệ thử 34

2.5 Thiết bị đo 34

Các bản vẽ chính :

1 Tổng quan về các loại bệ thử

2 Sơ đồ động bệ thử được thiết kế

3 Hộp số

4 Sơ đồ thiết bị đo mômen phanh

5 Cơ cấu phanh

LỜI NÓI ĐẨU

Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cầnchuyên chở khối lượng lớn hàng hoá và hành khách Tính cơ động cao, tính việt

dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô đã trởthành một trong những phương tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hoá và hànhkhách.Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành chế tạo ôtô

đã đạt được nhiều tiến bộ vượt bậc Ô tô ngày càng được cải thiện, tải trọng vậnchuyển tăng lên, tốc độ ngày càng cao, tính kinh tế và độ bền nâng cao Đi đôivới việc cải tiến mẫu mã, nâng cao tính tiện nghi, giảm giá thành , một trongnhững ưu tiên hàng đầu của các nhà chế tạo ô tô là nâng cao tính an toàn chongười sử dụng Quan trọng nhất trong các hệ thống an toàn của ô tô là hệ thốngphanh

Với tốc độ gia tăng về số lượng cũng như về chủng loại của các phươngtiện giao thông đường bộ dẫn đến một nhu cầu cấp thiết là phải đặt ra một hệthống kiểm tra an toàn cho các loại phương tiện cơ giới đường bộ Để đảm bảotính chính xác, khách quan cho việc đánh giá kết quả kiểm tra này, cần thiết phải

có một loạt các thiết bị kiểm tra chuyên dùng Do đó em chọn đề tài “Thiết kế

bệ thử phanh không sử dụng lực bám”.

Sau thời gian hơn ba tháng tìm hiểu nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn tậntình của Thầy T.s Nguyễn Đức Toàn đến nay em đã hoàn thành xong đồ án tốtnghiệp được giao

Với những nhận thức còn hạn chế về nhiều mặt, đồ án này không tránhkhỏi những thiếu sót, em rất mong được sự thông cảm và nhận được nhiều ýkiến đóng góp của các thầy giáo, cô giáo, các kỹ sư cũng như các bạn bè sinhviên.

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Sinh viên thực hiện :

Dương Quang Thế

Chương 1 : TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI BỆ THỬ PHANH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1 Bệ thử phanh dạng lực loại con lăn

Nguyờn lý làm việc:

Cho bỏnh xe đi vào cỏc con lăn ma sỏt 1 (mỗi bỏnh xe đi vào hai con lăn),cho động cơ điện 1 làm việc, mụmen truyền từ động cơ qua hộp giảm tốc 2, qua

6 4

7 2

3

5

Bệ thử Phanh con lăn lực

1- Động cơ điện 2- Hộp giảm tốc 3- Truyền động xích 4- Con lăn

5- ụ chống trựơt 6- Nâng hạ bánh xe 7- Cảm biến lực phanh

bộ truyền xích 3, đến con lăn ma sát chủ động Các con lăn ma sát quay làmbánh xe kiểm tra quay theo.

Khi bánh xe kiểm tra quay với tốc độ ổn định, người lái đạp phanh, mômenphanh của bánh xe sẽ tác động lên hai con lăn ma sát 4, làm các con lăn này bịhãm lại, qua hệ thống truyền lực làm cho rôto động cơ điện dừng, trong khi đónguồn điện vẫn cấp vào cho động cơ điện, qua lực từ trường làm stato quayquanh trục của nó một góc với một mômen cân bằng Mh Mômen này chínhbằng mômen phanh của bánh xe Để đo mômen phanh này người ta dùngphương pháp đo khác nhau: điện, thuỷ lực, cơ khí v v

* Ưu điểm:

- Xác định được mômen phanh trên mỗi bánh xe, mức độ chênh lệchmômen phanh ở các bánh xe trên một cầu và tổng mômen phanh trên tất cả cácbánh xe

- Cho kết quả nhanh, thuận tiện cho người sử dụng

- Hộp cân bằng có thể cải tiến từ hộp số ô tô

- Có thể lắp đặt được cơ cấu đo thời gian và cơ cấu đo quãng đườngphanh vv một cách thuận tiện

2, Bệ thử phanh con lăn quán tính

Bệ thử con lăn quán tính chỉ sử dụng quán tính của bệ thử trên cơ sở cânbằng với quán tính của ôtô khi phanh trên đường Nó gồm có hai loại chính :Loại dẫn động từ động cơ ôtô, loại dẫn động từ động cơ điện Cả hai loại đều sửdụng lực bám giữa bánh xe với bề mặt tựa

Bệ thử con lăn (A,B) và băng tải (C) quán tính

1.Bánh xe2.6.Con lăn3.Hộp giảm tốc

4.Động cơ

5.Xích truyền động7.Bánh đà

8.Băng tải

Bệ thử con lăn dẫn động từ động cơ ôtô( Hình A) Bao gồm các cụm conlăn 2,6 có liên hệ động học với bánh đà 7 Các con lăn được dẫn động quay từbánh xe chủ động của ôtô Bệ thử này kiểm tra được tất cả các hệ thống phanhtrên các bánh xe trên các cầu Nhược điểm của loại này là hao tốn nhiên liệu vàkhí thải làm ô nhiễm môi trường không gian sản xuất

Bệ thử phanh băng tải quán tính ô( Hình C).Bao gồm các con lăn trên

đó trên đó đặt tấm vải bọc cao su Bệ cũng được dẫn động từ động cơ ôtô,

bệ này chỉ dùng để thí nghiệm xe con.

Bệ thử phanh con lăn quán tính dẫn động bằng động cơ điện (Hình B) Gồm haicụm bánh đà đặt riêng rẽ dưới bánh xe của một trục, các con lăn nhận truyềnđộng từ động cơ điện và dẫn động quay các bánh xe ôtô Bệ loại này có khả

năng kiểm tra lực phanh của từng cầu, các chi phí trong quá trình thử nhỏ,không ô nhiễm môi trường, do vậy nó được sử dụng khá phổ biến ở các xínghiệp.

Nguyên lý làm việc của tất cả các loại bệ thử quán tính có sử dụng lựcbám giữa bánh xe với bề mặt tựa về bản chất là như nhau Sau khi đưa xe vào

bệ thử , tăng tốc ( bằng động cơ điện hoặc bằng động cơ ôtô ) Để xe đạt đượctốc độ từ 50 –70 Km/h rồi đạp phanh đột ngột đồng thời cắt côn( hoặc ngắt động

cơ điện) Khi đó trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với con lăn( hoặc băng tải)xuất hiện lực quán tính ngược chiều lực phanh Sau một thời gian bánh xe ngừngquay Trong trường hợp này quãng đường phanh có thể xác định bằng máy đếm

số vòng quay con lăn kể từ khi bắt đầu phanh, hoặc dùng đồng hồ bấm giây đothời gian quay của nó Trên các loại bệ thử phanh con lăn quán tính co thể đo

mô men phanh theo mô men phản lực xuất hiện trên trục của bệ thử đoạn giữabánh đà với con lăn Do vậy khi thí nghiệm không chất tải lên thùng xe thì phải

có thiết bị khống chế lực bàn đạp ở một giá trị nào đó Sao cho lực phanh khônglớn hơn lực bám

Để đảm bảo được độ tin cậy của kết quả chẩn đoán thì các loại bệ thử conlăn quán tính phải mô hình hoá được quá trình phanh thực tế của ôtô trên đường

và trên bệ thử phải tương đương nhau Đây là một nhược điểm dẫn đến loại bệthử này không chẩn đoán được cho nhiều loại xe

-Loại treo bánh xe lên bằng hệ thống kích nâng(Hình 1- 2 B)

So với loại bệ thử con lăn kiểu quán tính thì loại bệ thử này có khả năngloại trừ được sự trượt của bánh xe với con lăn Khử được sự sai khác về cản lăntrên đường và trên bệ thử

A

B

Hình 1- 2

Nguyên lý làm việc chung của loại bệ thử: động cơ điện kéo bánh xe ôtôquay đến tốc độ 50 –70 Km/h sau đó đạp phanh đột ngột sau đó ngắt điện vàođộng cơ Hiệu quả phanh có thể xác định theo thời gian quay của các khối lượngquán tính kể từ khi phanh, gia tốc chậm dần đều hoặc quay trơn

Trên hình Trình bầy sơ đồ bệ thử quán tính không sử dụng lực bám, để

đo mô men phanh cực đại của cơ cấu phanh mà không cần chất tải lên thùng xe

Khi thí nghiệm bánh xe ôtô được nâng khỏi mặt đường và nối với cơ cấucần thử phanh,toàn bộ hệ thống quay đến tốc độ 60-70 Km/h Đạp phanh đồngthời cắt động cơ điện 1 Dùng cảm biến mô men đặt trên trục 6 ta có thể đo đựơc

mô men phanh và quãng đường phanh ở chế độ mô men phanh cực đại ( ngườilái đạp phanh cực đại)

Cơ sở tính toán thiết kế bệ thử cũng dựa trên phương trình cân bằng độngnăng khi phanh ôtô trên bệ thử và trên đường

So với nhóm bệ thử dạng lực hệ thử phanh quán tính thử được ở tốc độcao hơn, tạo ra quá trình phanh trên bệ thử sát bới thực tế hơn ( về nhiệt độ trốngphanh, về sự thay đổi của hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống, về hệ sốbám ).Do vậy khả năng phát hiện ra các hư hỏng của hệ thống phanh cũng lớnhơn Nhưng tính vạn năng của bệ quán tính không cao so khó thay đổi được mômen quán tính của bánh đà, kết cấu của bệ phức tạp và độ ổn định khi thínghiệm kém

4, Lựa chon phương án thiết kế

Dựa trên những tìm hiểu về ưu và nhược điểm của các loại bệ thử em chon thiết

kế bệ thử phanh quán tính không sử dụng lức bám :

-Loại treo bánh xe lên bằng hệ thống kích nâng

Ta chọn xe thử là Isuzu Dmax X Limited 4x2 MT 2012

Thông số kỹ thuật

THÔNG SỐ KỸ

THUẬT

Dmax X Limited (CKD) 4x2 MT

THÔNG SỐ KỸ

THUẬT

Dmax X Limited (CKD) 4x2 MT

Mô-men xoắn cực đại Nm/rpm 280 Nm / 1200-3400 rpm

Lốp & mâm xe Trước-sau 245/70R16 | Mâm đúc hợp kim nhôm16 inchesDung tích thùng nhiên liệu Lít 76

Chương 2 : THIẾT KẾ MỘT SỐ CHI TIẾT CHO BỆ THỬ

2.1 Tính toán công suất động cơ điện và tính tỉ số truyền của hộp số

1,Vận tốc thử :

Chọn vận tốc thử là vth = 60 km/h = 16,7 m/s.

Chọn động cơ có tốc độ đồng bộ là 1500 vòng/phút

Dựa vào loại xe và sự phân bố tải trọng ta chọn lốp như sau:

245/70R16 | Mâm đúc hợp kim nhôm 16 inches

Suy ra các thông số hình học của lốp đã chọn:

Trong đó: Mđc momen động cơ

Mqt momen quán tính của bánh đà

Giả sử tốc độ quay của động cơ khi khởi động là hàm bậc nhất với thời gian, khi

Ta lại có Nđc = Mđm ω = 3,1.157,1 =487,01(kG.m/s) = 4,7 (kW))

Dự theo bảng phụ lục P1.3 tài liệu tính toán hệ dẫn động cơ khí tập 1 chọnđông cơ 4A100M4Y3 có công suất 5,5 kw có số vòng qua động cơ là 1500 v/pCosφ = 0,85

Kiểm tra động cơ:

Momen xoắn trên trục động cơ khi động cơ làm việc ở chế độ định mức là

K hệ số cường độ phanh, xe con K = 0,4

φ hệ số bám của bánh xe với đường, chọn φ=0,7

hg chiều cao trọng tâm , hg= 0,8 (m)

2.3 Tính toán thiết kế hộp giảm tốc

1 ,Chọn vật liệu chế tạo bánh răng :

Vì bộ truyền chịu tải trọng va đập nhẹ và không có yêu cầu gì đặc biệt nên

ta chọn vật liệu chế tạo bánh răng như nhau

+/ Bánh nhỏ : chọn thép 45 tôi cải thiện

b = 750 N/mm2

ch = 450 N/mm2

HB = 230+/ Bánh lớn : chọn thép 45 tôi cải thiện

- ứng suất tiếp xúc cho phép:

4, xác định một số thông số của bộ truyền:

Mô đun pháp m = (0,01 - 0,02).aw = (0,01 – 0,02) = (0,1 – 2) mm

M : mô men xoắn trên bánh dẫn;

[H] : ứng suất cho phép về tiếp súc ;

Thay các giá trị vào (1) ta được :

H [H] = 481,8 MPa → Thoả mãn

-Xác định chính xác ứng suất tiếp xúc cho phép :

*)Vân tốc vòng bánh nhỏ là : 0,665 < 2,5 m/stheo bảng 6.13 chọn cấpchính xác động học9 chọn cấp chính xác về mức tiếp xúc là 9, Zv =1 độnhám khi gia công

Do bánh răng ăn khớp trong nên ta chọn : Y F2 = 3,8

Y F1 = 3,605 (tra bảng theo số răng)

274.1,6.0,856

(2.9,858.10000.1,011.2, 436) / 30.3, 436 82

a i

100

3, 436 



Thay số vào ta được :

F2 = F1 Y F2 / Y F1= 144.3,8/3,605 = 152 MPa < [F2]

7,

Kiểm Nghiệm răng về độ quả tải:

*) ứng suất tiếp xúc khi quá tải :

H max =H [H]max

Ta có : Kqt =T2 max /T2 = 1,5

H max = 444,2.√1,5= 544 MPa < [H]max

F1 max = 144.√1,5= 176,36 MPa < [F1]max

F2 max = 152 √1,5= 186,16 MPa < [F2]max

Thoả mãn yêu cầu khi bánh răng quá tải

2 2

max

T



Do hai bộ truyền có cùng tỷ số truyền nên để đơn giản về mặt công nghệ

ta chọn các bánh răng của bộ truyền cấp nhanhgiống như bộ truyền cấp chậm,song do bộ truyền cấp nhanh chịu mômen xoắn nhỏ hơn nên ta có thể giảmchiều rổng răng để tiết kiệm vật liệu và giảm khối lượng cho hộp giảm tốc

Các thông số của răng:

3 278900d=I 0,2.25

5067613

d=II 0,2.25

920303

*) xác đinh khoảng cách giữa các gối đỡ và điểm đặt lực:

Để tính các kích thước của trục, trước hết ta chọn các kích thước sau:

k1 = 10 : khoảng cách giữa mặt mút của ổ đến mặt mút của chi tiết quay

k2 = 15 : khoảng cách giữa mặt mút của chi tết quay đến nắp hộp

0 



Chiều dài may ơ bánh răng trụ:

Các lực của bánh răng tác dụng lên trục :

đường kính đi qua tâm bu lông khớp nối là : D0 = 63 mm

vậy : Fx12 = =

0,3 2.17108

63 = 163 N -để xác định lực từ các bánh răng tác dụng lên trục ta sử dụng công

D

F zki=cq1 cb ki h rki F tki .tagβ

Hướng răng trên bánh răng 3 là hướng phải ; hr13 = 1

Như vậy thay vào công thức trên ta có :

∑Y =0 =>Fly11 - Fly10 - Fy13 = 0

Fly10 = Fly11 - Fy13 = -190+444 = 254 N

Biểu đồ mô men uốn và mô men xoắn như hình vẽ

Tính gần đúng đường kính trục tại các tiết diện j :

Ta tính tại mặt cắt nguy hiểm nhất j = 3 (tiết diện lắp bánh răng)

Ta có mô men uốn tại j = 3

4.kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi

Khi xác định đường kính gần đúng của trục chưa tính đến độ bền mỏicủa trục như thay đổi của chu kì ứng suất , yếu tố kích thước , độ nhám

….Sau khi định kết cấu trục ta kiểm nghiệm tại các tiết diện j của trục Dựa vào biểu đồ mô men ta thấy tiêt diện nguy hiểm nhất la tiêt diện j =

3 , tiết diện lắp bánh răng vậy ta kiểm nghiệm tại tiết diện j = 3

τ m 3 = τ a 3 = 2.192617108 =4

σm3 σa3 M3W)3 τm3 a3 2.W)=τ = T103

3π.d32

3π.d163

3,14.223233,14.2216

Với ỉ ú , ỉ ụ hệ số kể đến ảnh hưởng của ứng suất trung bình đến độ bềnmỏi Tra bảng ta có : ỉ ú= 0,05 , ỉ ụ = 0

Fly21 = 875.110,5+170.41−444.38,577 =1124N

∑Y =0 => -Fly20 + Fy23 + Fly21 - Fy22= 0

Fly20 =Fly21 + Fy23 -Fy22 = 1124+444-875 = 693 N

Tương tự ta cũng có trong mặt phẳng XOZ :

FlX20 =448 N

FlX21 = -4048 N

Vẽ biểu đồ mô men :

Ta có mô men tại các tiết diện như sau :

Mx0 = 0 Nmm ; MX3 = 17248 Nm ; Mx1 = 80534 Nm ;Mx2 = 0

My0 =0 Nmm ; My3 =26681 Nm ; MY1 = 29313 Nm ; My2 = 0

3 tính gần đúng tại các tiết diện (j)

Tại tiết diện lắp bánh răng nghiêng (j = 3)

Ađa d21 = d22 =d23= 48mm

Biểu đồ mô men :

80534 17248

6954 Fy23

Fly30 = Fy32 -Fly31 = -857+573= -284 N

Tương tự ta cũng có trong mặt phẳng XOZ :

FlX30 =-1970 (N)

FlX31 = 1070(N)

Vẽ biểu đồ mô men :

Ta có mô men tại các tiết diện như sau :

Mx0 = 0 ;Mx2 = 125095(Nmm) ; MX3 = 0 ; Mx1 = 84224 Nmm

My0 =0 ; My2 = 18034 (Nmm) ; My3 = 0 ; MY1 = 0

3 tính gần đúng tại các tiết diện (j)

Tại tiết diện lắp bánh răng nghiêng (j = 2)

Tính ổ đối với gối 1 vì có lực Flt11 lớn hơn, gối còn lại lấy ổ cùng loại.

Ta có Fa/ Fr = 170/ 738 = 0,23< 0.3 Do đó ta ưu tiên cho việc chọn ổ bi

đỡ 1 dãy có kết cấu đơn giản

Với kết cấu trục và đường kính ngõng trục d = 20 ta chọn ổ bi đỡ Tra bảng P2.7 có ổ lăn kí hiệu 1000908 với d= 20 mm ; D = 47 mm ; khả năng tảiđộng :C= 10 KN;Khả năng tải tĩnh : C0 =6,3kN ; b = 14;

r = 1,5

*)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :

Chọn kích thước ổ theo khả năng tải động :

Khả năng tải động Cđ được tính theo công thức :

Cđ = QE.m

√L E

Trong đó:

QE : tải trọng động quy ước ,kN

LE: Tuổi thọ tính bằng triệu vòng quay;

m: bậc cua đường cong mỏi khi thử về ổ lăn : m = 3

Do bộ truyền làm việc vơí chế độ tải trọng thay đổi nên ta có

Thay các giá tri vào (*) ta được:

Kiểm tra khả năng tải tĩnh :

Tính ổ đối với gối 1 vì có lực Flt21 lớn hơn, gối còn lại lấy ổ cùng loại

Ta có Fa/ Fr = 170/ 4201 = 0,04< 0.3 Do đó ta ưu tiên cho việc chọn ổ bi

đỡ 1 dãy có kết cấu đơn giản

Với kết cấu trục và đường kính ngõng trục d = 30 ta chọn ổ bi đỡ Tra bảng P2.7 có ổ lăn cỡ nang kí hiệu 406 với d= 30 mm ; D = 90

mm ;

C=37,2 KN: C0 =27,2 kN ; b =23; r = 2,5

*)

Tính kiểm nghiệm khả năng tải của ổ :

Theo khả năng tải động :

Khả năng tải động Cđ được tính theo công thức :

Cđ = QE.m

√L E

Trong đó:

LE: Tuổi thọ tinh bàng triệu vòng quay;

m: bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn : m = 3