TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng, phân loại và yêu cầu của hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô giúp giảm tốc độ hoặc dừng xe khi cần thiết, đảm bảo an toàn cho người lái Nhờ có hệ thống này, người lái có thể tăng tốc độ di chuyển trung bình của xe mà vẫn duy trì sự an toàn trong quá trình vận hành.
1.2.1 Phân loại theo đặc điểm điều khiển
- Phanh chính (phanh chân): dùng để giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe khi xe đang chuyển động.
- Phanh phụ (phanh tay): dùng để giữ nguyên xe tại vị trí đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.
- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ): dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi tiến hành phanh lâu dài.
1.2.2 Phân loại theo kết cấu của cơ cấu phanh.
- Cơ cấu phanh tang trống.
1.2.3 Phân loại theo dẫn động phanh.
- Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.
- Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực.
- Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén.
- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
- Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực.
1.2.4 Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh là một phần quan trọng trong an toàn chủ động, vì vậy việc tối ưu hóa nó là rất cần thiết Để đạt được điều này, cần trang bị thêm các bộ điều chỉnh cho hệ thống phanh.
- Bộ điều chỉnh lực phanh.
- Bộ chống bó cứng phanh ABS.
1.3 Yêu cầu về kết cấu
Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho ô tô, đặc biệt là với những xe thường xuyên di chuyển ở tốc độ cao Do đó, việc kiểm tra hệ thống phanh cần tuân thủ những yêu cầu nghiêm ngặt để đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy.
Để đảm bảo an toàn, việc dừng xe khẩn cấp trong mọi tình huống là rất quan trọng Khi thực hiện phanh đột ngột, xe cần dừng lại trong khoảng cách ngắn nhất có thể, tức là phải đạt được gia tốc phanh tối đa.
Để đảm bảo an toàn khi lái xe, phanh ô tô phải hoạt động hiệu quả trong mọi điều kiện, với lực phanh trên bàn đạp tỷ lệ thuận với hành trình bàn đạp Hệ thống phanh cần có khả năng rà phanh khi cần thiết, mang lại hiệu quả phanh cao và êm dịu Điều này giúp duy trì chuyển động ổn định của xe với gia tốc chậm dần một cách đều đặn.
Hệ thống phanh ô tô cần đảm bảo độ nhạy cao và hiệu quả phanh ổn định qua từng lần sử dụng Độ trễ trong tác dụng phanh phải được giảm thiểu, cho phép hệ thống hoạt động nhanh chóng và mang lại hiệu quả ngay lập tức sau khi người lái nhả phanh.
Trên ô tô, tối thiểu phải trang bị hai hệ thống phanh: phanh chính (phanh chân) và phanh dự phòng (phanh tay) Cả hai hệ thống này cần phải hoạt động sẵn sàng khi cần thiết và hoạt động độc lập, không ảnh hưởng lẫn nhau Phanh tay có khả năng thay thế phanh chân trong trường hợp phanh chân gặp sự cố.
- Hệ thống phanh phải dễ dàng điều khiển và lực điều khiển không quá lớn.
Hành trình của bàn đạp phanh và tay phanh cần phải được điều chỉnh sao cho phù hợp và nằm trong khả năng kiểm soát của người sử dụng Điều này đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình vận hành phương tiện.
Khi phanh, lực phanh giữa các bánh xe trên cùng một cầu phải đồng đều Nếu có sai lệch, mức độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép Đồng thời, khi thử phanh trên đường, xe cần phải tuân thủ đúng quỹ đạo mong muốn theo sự điều khiển của người lái.
- Các hệ thống điều khiển có trợ lực phanh, khi bị hư hỏng trợ lực, hệ thống phanh vẫn được điều khiển và có tác dụng lên ô tô
Để đảm bảo độ tin cậy của ô tô, cần chú trọng đến toàn bộ hệ thống và các chi tiết bên trong, đặc biệt là những bộ phận được bao kín bằng vật liệu cao su và nhựa tổng hợp.
Các cơ cấu phanh cần có khả năng thoát nhiệt hiệu quả, tránh truyền nhiệt đến các khu vực lân cận như lốp xe và moayơ, nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động của chúng Bên cạnh đó, thiết kế cũng phải cho phép dễ dàng điều chỉnh và thay thế các chi tiết hư hỏng.
Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô gồm có các bộ phận chính:
Cơ cấu phanh được bố trí gần bánh xe, thực hiện các chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra mômen hãm trên các bánh xe.
Dẫn động phanh là hệ thống bao gồm các bộ phận kết nối từ cơ cấu điều khiển như bàn đạp phanh và cần kéo phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh.
Cơ cấu phanh được dẫn động phanh truyền lực phanh và thực hiện phanh xe.
Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận tiêu hao động năng của xe khi phanh, được điều khiển từ các cơ cấu lái và dẫn động phanh Nó hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định Trên ô tô, hai loại cơ cấu phanh phổ biến là phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa.
Phanh đĩa đang dần thay thế phanh tang trống trên các dòng xe du lịch và thương mại cỡ vừa và nhỏ nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó Trong tương lai gần, xu hướng này sẽ tiếp tục gia tăng, mang lại hiệu suất phanh tốt hơn cho các loại phương tiện.
3.1 Cơ cấu phanh tang trống
Phanh tang trống là một hệ thống phanh phổ biến và quen thuộc trên ô tô, từng được sử dụng rộng rãi trên tất cả các loại xe trong vài thập kỷ qua Đây là cơ cấu phanh tiêu chuẩn của thời kỳ đó.
Hình 1.1: Cơ cấu phanh tang trống
Mặc dù phanh tang trống có hiệu quả trong nhiều tình huống, nhưng khi cần dừng xe ở tốc độ cao, loại phanh này thường gặp phải một số vấn đề.
Khi tang trống bị nóng do ma sát, nó sẽ giãn nở, khiến má phanh phải di chuyển xa hơn để tiếp xúc với tang trống Điều này dẫn đến việc hành trình bàn đạp phanh trở nên lớn hơn.
Khí sinh ra từ vật liệu chết trên má phanh khi bị đốt nóng không thể thoát ra, dẫn đến sự tích tụ giữa má phanh và tang trống, làm giảm khả năng hãm.
Cơ cấu phanh tang trống hoạt động bằng cách sử dụng guốc phanh cố định, tạo ra ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh Khi tang trống quay cùng bánh xe, quá trình phanh diễn ra hiệu quả nhờ vào sự tương tác này.
3.1.1 Cấu tạo cơ cấu phanh tang trống.
Cơ cấu phanh tang trống có số lượng chi tiết nhiều và trọng lượng lớn và thường được bố trí trong lòng trống phanh.
Cơ cấu phanh tang trống bao gồm các thành phần chính như tang trống phanh, guốc phanh, má phanh, xilanh bánh xe và các cụm điều chỉnh khe hở má phanh.
Tang trống phanh là bộ phận quay cùng với bánh xe, chịu lực ép từ guốc phanh bên trong Để đảm bảo hiệu suất, trống phanh cần có bề mặt ma sát tốt với má phanh, độ bền cao, khả năng chống biến dạng, cân bằng tốt và dễ dàng truyền nhiệt.
Tang trống phanh được chế tạo từ gang hoặc hợp kim với ống lót bằng gang (xe ô tô con).
Tang trống liên kết trên mayơ nhờ các bulông hoặc vít định vị đồng tâm với trục quay bánh xe.
3.1.1.2 Guốc phanh và má phanh.
Guốc phanh và má phanh được kết nối bằng keo dán, với má phanh làm từ vật liệu chịu mòn và có hệ số ma sát ổn định trước biến đổi nhiệt Có hai loại guốc phanh chính: guốc phanh dạng đúc và guốc phanh dạng hàn Guốc phanh dạng đúc thường được sử dụng cho ô tô tải vừa và lớn, có cấu trúc hình chữ T, trong khi guốc phanh dạng hàn thường dành cho ô tô con, được chế tạo từ lá thép dày từ 3 đến 5 mm.
Trên ô tô tải, guốc phanh và má phanh được kết nối bằng đinh tán bằng hợp kim nhôm mềm, được đặt cách bề mặt ma sát một khoảng an toàn Điều này đảm bảo rằng khi má phanh bị mòn, đinh tán không chạm vào bề mặt trụ của tang trống, giúp ngăn ngừa việc xước tang trống.
Trên ô tô con, guốc phanh được gắn chặt với má phanh nhờ vào loại keo dán đặc biệt, giúp đảm bảo độ bám chắc khi chịu lực.
Xilanh bánh xe là một thành phần quan trọng trong cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực, đóng vai trò là cơ cấu chấp hành của hệ thống dẫn động điều khiển Hiện nay, xilanh bánh xe được chia thành hai loại chính: xilanh đơn và xilanh kép.
Xilanh bánh xe được chế tạo từ gang, piston được chế tạo từ hợp kim nhôm Lực điều khiển tác dụng lên guốc phanh nhờ chốt trụ.
Cam quay là cụm chi tiết nằm trong cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén. Cam quay thường sử dụng cam có biên dạng Acsimet hay Cycloit.
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều khiển các guốc phanh và chúng có các dạng:
- Cơ cấu phanh tang trống dạng đối xứng qua trục.
- Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm.
- Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi.
- Cơ cấu phanh tang trống dạng tự cường hóa.
3.1.2.1 Cơ cấu phanh tang trống dạng đối xứng qua trục. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục bao gồm hai guốc phanh được bố trí đối xứng quanh trục Hệ thống này hoạt động với dẫn động phanh thủy lực và khí nén.
3.1.2.2 Cơ cấu phanh tang trống dạng đối xứng qua tâm.
Trên một số loại xe như ô tô con, ô tô tải và ô tô buýt nhỏ, cơ cấu phanh được thiết kế đối xứng qua tâm trục bánh xe Cơ cấu này sử dụng dẫn động thủy lực, với hai chốt guốc phanh hoàn toàn giống nhau được bố trí đối xứng trên mâm phanh, đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu.
Hình 1.3: Cơ cấu phanh tang trống dạng đối xứng qua tâm.
3.1.2.3 Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi.
Dẫn động phanh
Dẫn động phanh bao gồm các bộ phận kết nối từ cơ cấu điều khiển như bàn đạp phanh và cần kéo phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh.
Các loại dẫn động phanh thường gặp:
- Dẫn động phanh điều khiển bằng cơ khí.
- Dẫn động phanh điều khiển bằng thủy lực.
- Dẫn động phanh điều khiển bằng khí nén.
- Dẫn động phanh bằng khí nén kết hợp thủy lực.
4.1 Dẫn động điều khiển phanh bằng cơ khí
Dẫn động phanh cơ khí bao gồm hệ thống thanh, đòn bẩy và dây cáp, nhưng thường không được sử dụng để điều khiển đồng thời nhiều cơ cấu phanh Điều này do độ cứng vững không đồng đều của các thanh dẫn động, khiến việc phân bố lực phanh giữa các bánh xe trở nên khó khăn Vì lý do này, dẫn động cơ khí chủ yếu chỉ được áp dụng trong hệ thống phanh dừng, không phải trong hệ thống phanh chính.
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh cơ khí là khi lực tác động vào cần điều khiển 1, lực này sẽ được truyền qua dây cáp đến đòn cân bằng 7, giúp phân chia đều lực dẫn động đến các guốc phanh Vị trí của cần phanh tay 1 được xác định bởi cá hãm trên thanh răng 2 Ưu điểm nổi bật của hệ thống phanh cơ khí là độ tin cậy cao và độ cứng vững của dẫn động không thay đổi ngay cả khi phanh hoạt động trong thời gian dài.
Nhược điểm của loại dẫn động phanh cơ khí: hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn.
Hình 1.8: Cơ cấu dẫn động cơ khí bằng dây cáp.
1: Tay phanh 5: Trục 8, 9: Dây cáp dẫn động phanh 2: Thanh dẫn 6: Thanh kéo 10: Giá
3: Con lăn dây cáp 7: Thanh cân bằng 11, 13: Mâm phanh
4: Dây cáp 12: Xilanh phanh bánh xe
4.2 Dẫn động điều khiển phanh bằng thủy lực
Dẫn động phanh thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trên hệ thống phanh chính của các loại ô tô du lịch, trên ô tô vận tải nhỏ và trung bình.
Dẫn động phanh là hệ thống truyền lực từ bàn đạp đến cơ cấu phanh, giúp các guốc phanh bung ra để thực hiện quá trình phanh Trong phanh dầu, chất lỏng được sử dụng để truyền dẫn lực này Áp suất trong đường ống chỉ tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào đĩa phanh, điều này rất quan trọng trong thiết kế đồ án tốt nghiệp kỹ thuật.
Dẫn động phanh dầu có các ưu điểm sau:
- Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo đúng yêu cầu thiết kế.
- Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Tuy nhiên nó cũng còn những hạn chế:
- Không thể tạo được tỷ số truyền lớn, vì thế phanh dầu không có cường hoá chỉ dùng ô tô có trọng lượng toàn bộ nhỏ.
- Lực tác dụng lên bàn đạp lớn.
Hệ thống dẫn động phanh một dòng có nhược điểm là khi xảy ra rò rỉ dầu, toàn bộ hệ thống phanh sẽ không hoạt động Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng hệ thống dẫn động hai dòng, giúp đảm bảo an toàn khi di chuyển vì nếu một dòng bị hỏng, dòng còn lại vẫn hoạt động bình thường, mặc dù hiệu quả phanh có thể bị giảm.
4.2.1 Sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực một dòng.
Khi người lái đạp phanh, lực tác động lên bàn đạp sẽ đẩy piston trong xilanh chính, làm tăng áp suất dầu trong hệ thống Áp suất này truyền đến các xilanh bánh xe, khiến piston ở đó ép má phanh vào đĩa phanh, từ đó thực hiện quá trình phanh hiệu quả.
Khi người lái không tác dụng vào bàn đạp phanh, các lò xo hồi vị của bàn đạp và piston trong xilanh chính sẽ giúp piston trở về vị trí ban đầu Đồng thời, piston ở xilanh bánh xe cùng với má phanh cũng sẽ được kéo về vị trí cũ.
Hinh 1.9: Sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực một dòng 1: Bàn đạp 3: Đường ống dẫn 2: Xilanh chính 4: Cơ cấu phanh
4.2.2 Sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng:
Hình 1.10: Sơ đồ dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng.
I: Đường ống dẫn dầu phanh đến các bánh xe trước II: Đường ống dẫn dầu phanh đến các bánh xe sau
1: Bàn đạp 4, 6: Van 2: Tổng phanh 5: Cơ cấu xilanh bánh xe Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Cơ cấu của hệ thống phanh bao gồm piston chính 1 kết nối với bàn đạp và piston trung gian 2 tự do ở giữa xilanh Piston 2 phân chia không gian trong xilanh thành hai khoang riêng biệt, mỗi khoang được kết nối với các dòng dẫn động phanh và được cung cấp dầu từ các bầu chứa riêng biệt.
Khi người lái đạp phanh, piston chính 1 di chuyển sang trái, tạo ra áp suất cao trong khoang I Áp suất này tiếp tục được truyền qua piston trung gian 2, dẫn đến áp suất cao trong khoang II Bài viết sẽ trình bày sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của xilanh phanh.
Hình 1.11: Xilanh chính hai dòng.
Khi xảy ra hư hỏng ở một dòng phanh, piston sẽ di chuyển tự do cho đến khi chạm vào piston trung gian hoặc đáy xilanh Lúc này, trong buồng xilanh của dòng không hư hỏng sẽ tạo ra áp suất làm việc, giúp xe vẫn có khả năng phanh, nhưng hiệu quả phanh giảm sút Người lái sẽ cảm nhận được sự hư hỏng của hệ thống qua việc hành trình bàn đạp phanh tăng lên.
Bộ chia dòng: Dùng để phân tách hoạt động của hai dòng và được thể hiện trên hình 1.12. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật a) Sơ đồ b) Cấu tạo
1: Piston 3: Đầu nối tới dòng trước 2: Đầu nối tới dòng sau 4: Từ xilanh chính tới
Khi phanh chất lỏng từ xilanh chính được dồn đến khoang A, lực tác dụng lên các piston 1 làm tăng áp suất trong dòng I và II cho đến khi đạt cân bằng với áp suất trong khoang Nếu xảy ra hư hỏng ở một dòng nào đó, dòng II vẫn hoạt động bình thường, tuy nhiên, hiệu quả phanh của toàn bộ xe sẽ giảm và người lái sẽ cảm nhận được sự gia tăng hành trình của bàn đạp phanh.
4.3 Dẫn động điều khiển phanh bằng khí nén
Hệ thống dẫn động thủy lực chỉ phù hợp cho xe con và xe tải nhỏ, nơi lực điều khiển từ người lái tác động lên bàn đạp phanh để tạo ra lực điều khiển cho các cơ cấu phanh Ngược lại, ô tô tải và ô tô buýt cần năng lượng điều khiển lớn hơn, do đó không thể sử dụng dẫn động thủy lực mà phải chuyển sang dẫn động khí nén Trong hệ thống phanh khí nén, lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để cung cấp khí nén tới các bầu phanh bánh xe, nơi áp suất khí nén tạo ra lực tác động lên guốc phanh để thực hiện quá trình phanh xe.
Sơ đồ bố trí như hình 1.13: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 1.13: Dẫn động điều khiển phanh bằng khí nén.
Dẫn động khí nén mang lại nhiều lợi ích, bao gồm lực điều khiển nhẹ nhàng trên bàn đạp, áp suất đường ống thấp và khả năng dẫn động đến các cơ cấu phanh ở khoảng cách xa.
Nhược điểm: độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn).
Dẫn động khí nén đang được cải tiến liên tục để nâng cao hiệu quả phanh, giảm thời gian phản hồi và cải thiện chất lượng động lực học của ô tô khi thực hiện phanh.
4.4 Dẫn động phanh bằng khí nén kết hợp thủy lực
Hệ dẫn động đặc biệt này bao gồm hai dạng dẫn động:
Dẫn động thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực điều khiển cho các guốc phanh hoặc má phanh đĩa Hệ thống này bao gồm bình chứa dầu cung cấp dầu cho các xilanh thủy lực, cùng với các xilanh thủy lực bánh xe ở cả phanh trước và phanh sau, đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu thông qua các đường dầu.
- Dẫn động khí nén đảm bảo chức năng tạo lực đẩy ở xilanh thủy lực bao gồm:
Bộ cường hóa lực phanh
Dưới đây là bộ cường hóa chân không:
Hình 1.15: Bộ cường hóa chân không
Bộ cường hóa lực phanh là thiết bị sử dụng năng lượng từ nguồn có sẵn để tăng cường hiệu quả hệ thống phanh Nhờ vào bộ phận này, lực điều khiển phanh được giảm thiểu, giúp người lái điều khiển dễ dàng và nhẹ nhàng hơn.
Nguồn năng lượng cho hệ thống phanh ô tô thường được lấy từ động cơ, có thể là khí nén hoặc chân không Trên các loại ô tô lớn như xe tải và xe buýt, thường sử dụng hệ thống cường hóa dẫn động bằng khí nén, trong khi các ô tô nhỏ thường sử dụng cường hóa chân không Nguồn chân không có thể được cung cấp từ đường ống nạp của động cơ xăng hoặc từ bơm chân không Nếu hệ thống phanh khí nén gặp sự cố, hệ thống sẽ không hoạt động, nhưng nếu hệ thống cường hóa chân không gặp sự cố, người lái vẫn có thể điều khiển phanh, mặc dù lực điều khiển sẽ lớn hơn nhiều.
Hệ thống điều khiển lực phanh ABS
Trong quá trình phanh xe, khi bánh xe bị trượt lết, khả năng bám đường giảm đáng kể, dẫn đến hiệu quả phanh kém Hơn nữa, trượt lết cũng làm mất khả năng điều khiển hướng di chuyển của xe, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng phanh.
Bộ ABS điều chỉnh áp suất phanh cho từng bánh xe dựa trên độ trượt, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt khi phanh và nâng cao hiệu quả phanh Hiện nay, nhiều quốc gia phát triển chỉ cho phép nhập khẩu ô tô được trang bị hệ thống ABS.
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Lựa chọn phương án thiết kế cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh trên ôtô chủ yếu bao gồm hai dạng: phanh guốc và phanh đĩa Phanh guốc thường được áp dụng cho các ôtô có tải trọng lớn như ôtô tải và ôtô chở khách, trong khi phanh đĩa chủ yếu được sử dụng trên xe con, đặc biệt là ở phanh trước Hiện nay, hầu hết các xe con đều trang bị phanh đĩa cho cả hai cầu.
Dựa trên phân tích ưu và nhược điểm của hai loại phanh, tôi quyết định chọn phanh đĩa làm phương án thiết kế cho hệ thống phanh trong đồ án của mình.
Phanh đĩa là hệ thống phanh phổ biến cho xe có vận tốc cao, thường được lắp đặt ở cầu trước Hiện nay, phanh đĩa cũng được sử dụng cho cầu sau nhờ vào những ưu điểm vượt trội của nó.
Cơ cấu phanh đĩa cung cấp mômen phanh ổn định hơn so với phanh tang trống khi hệ số ma sát thay đổi, giúp các bánh xe phanh hoạt động ổn định hơn, đặc biệt ở tốc độ cao.
- Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đơn giản.
- Khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn.
- Áp suất dầu đều và các má phanh mòn đều.
- Khả năng thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài là dễ dàng.
- Thoát nước tốt do nước bám vào đĩa phanh bị văng ra do lực ly tâm nên tính năng phanh được phục hồi trong thời gian ngắn.
Nhược điểm của phanh đĩa:
- Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn.
Bụi bẩn có thể dễ dàng bám vào má phanh và đĩa phanh, đặc biệt khi xe di chuyển qua khu vực bùn lầy Điều này làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh, dẫn đến hiệu suất phanh bị suy giảm.
Ngày nay phổ biến với 2 loại cơ cấu phanh đĩa:
- Loại có giá xilanh cố định.
- Loại có giá xilanh di động.
Sơ đồ hai loại cơ cấu phanh đĩa được thể hiện trên hình 2.1.
Hình 2.1: Các sơ đồ cấu trúc phanh đĩa.
1 Đĩa phanh; 2 Giá đặt xilanh; 3 Má phanh; 4 Piston. Điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh được thể hiện trên hình 2.2.
Trong hệ thống phanh đĩa, khoảng cách giữa má phanh và đĩa phanh được điều chỉnh tự động thông qua sự biến dạng của phớt (vành khăn) làm kín Điều này đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu và tăng cường độ bền cho hệ thống.
Hình 2.2: Sự điều chỉnh giữa khe hở má phanh và đĩa phanh.
1 Piston; 2 Phớt vành khăn; 3 Xilanh công tác.
Vành khăn hoạt động bằng cách bao kín dầu áp suất cao giữa piston và xilanh công tác Rãnh chứa vành khăn có tiết diện hình thang, với đáy lớn tiếp xúc với piston Khi piston di chuyển, ma sát giữa piston và vành khăn gây biến dạng cho vành khăn trong rãnh Khi thôi phanh, vành khăn kéo piston về vị trí ban đầu và hết biến dạng Nếu khe hở giữa má phanh và đĩa phanh quá lớn, biến dạng của vành khăn không đủ để đảm bảo sự di chuyển của piston, dẫn đến hiện tượng trượt Khi phanh được bỏ, piston trở về vị trí mới do biến dạng của vành khăn.
Lựa chọn phương án dẫn động phanh
Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có 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 nhạy tốt, kết cấu đơn giản.
Làm việc theo nguyên lý thuỷ tĩnh, lực bàn đạp từ người lái được chuyển đổi thành áp suất dầu, truyền tới xilanh công tác của các bánh xe, từ đó tạo ra lực phanh Để đảm bảo hiệu quả phanh khi cần lực lớn, việc sử dụng bộ trợ lực là cần thiết nhằm hỗ trợ người lái trong tình huống này.
Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực được thể hiện trên hình 2.3.
Hình2.3: Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực.
1.Bàn đạp phanh; 2 Bầu trợ lực; 3 Xilanh chính; 4 Bình dầu; 5 Phanh đĩa;
6 Bộ điều hoà lực phanh; 7 Phanh guốc.
Trong hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.
Sơ đồ dẫn động một dòng và hai dòng được thể hiện trên hình 2.4.
Dẫn động hai dòng mang lại nhiều ưu điểm so với dẫn động một dòng, đặc biệt là khả năng duy trì hoạt động khi xảy ra hư hỏng ở một trong hai dòng Khi một dòng gặp sự cố, piston vẫn có thể di chuyển tự do cho đến khi tiếp xúc với dòng không hư hỏng, tạo ra áp suất làm việc Điều này giúp xe vẫn giữ được khả năng phanh, mặc dù hiệu quả phanh có thể không cao Sơ đồ nguyên lý và cấu tạo của xilanh là những yếu tố quan trọng trong việc hiểu rõ hệ thống dẫn động này.
Hình 2.5: Xilanh chính hai dòng.
Dựa trên việc phân tích ưu và nhược điểm của hệ thống phanh thuỷ lực dẫn động hai dòng so với các phương án dẫn động khác đã nêu ở CHƯƠNG 1, tôi quyết định chọn hệ thống dẫn động phanh hai dòng cho thiết kế đồ án tốt nghiệp kỹ thuật.
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
Chọn xe tham khảo
1.1.Giới thiệu chung về xe tham khảo
Xe được chọn thao khảo là mẫu xe Ford Transit 12 chỗ.
Hình ảnh thực tế của xe:
Hình 3.1: Xe Ford Trasit phiên bản 2011.
Ford Transit là mẫu xe thương mại thành công nhất của Ford, với 65 triệu chiếc bán ra trên 85 thị trường toàn cầu tính đến tháng 5/2010 Năm 2007, xe được vinh danh là "chiếc xe thương mại của năm" tại Đức, khẳng định vị thế của nó trong ngành ô tô Tại Việt Nam, Ford Transit cũng là một trong những lựa chọn hàng đầu trong phân khúc xe thương mại.
Ford Transit 12 chỗ sở hữu thiết kế ngoại thất chắc chắn và khí động học cao, phù hợp cho việc vận chuyển hành khách Không gian nội thất của xe được Ford chú trọng, mang lại sự rộng rãi và tiện nghi, không thua kém các mẫu sedan hạng trung.
Hệ thống phanh trên xe Ford Transit 12 chỗ thế hệ mới được trang bị công nghệ hiện đại, đảm bảo an toàn và phản ứng kịp thời trong các tình huống nguy hiểm Xe sử dụng phanh đĩa cho cả bốn bánh, cùng với hệ thống chống bó cứng phanh ABS và hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD, tối ưu hóa hiệu suất phanh.
Ford Transit 12 chỗ là lựa chọn hàng đầu cho vận chuyển hành khách nhờ vào thiết kế khung vỏ chắc chắn, độ an toàn cao, và không gian nội thất rộng rãi, tiện nghi, hiện đại Xe vận hành êm ái, bền bỉ và có chi phí vận hành thấp, mang lại sự tiện lợi tối ưu cho người sử dụng.
1.2.Thông số kỹ thuật của xe
Thông số Giá trị Đơn vị Động cơ Động cơ Động cơ Turbo Diesel 2.4l - TDCI
Loại động cơ 4 xilanh thẳng hàng
Công suất cực đại 138/3500 HP/r/m
Mômen xoắn cực đại 375/2000 Nm/r/m
Hộp số 6 cấp số sàn
Ly hợp Đĩa ma sát khô dẫn động thủy lực
Kích thước và trọng lượng
Chiều dài cơ sở 3750 mm
Khoảng sáng gầm xe 165 mm
Phân phối trọng lượng lên cầu trước 15000 N
Phân phối trọng lượng lên cầu sau 20000 N
Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh
Trọng lượng phân bố lên cầu trước, sau: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Xe sử dụng lốp có kí hiệu: 215/75 R16C
Bán kính thiết kế của xe:
Bán kính lăn trung bình:
- Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp, = 0,935.
2.1 Xác định mô men cần thiết ở các cơ cấu phanh
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi bánh xe ở:
Trong đó: jmax - Gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh. hg - Chiều cao trọng tâm của ô tô, lấy hg = 0,9(m). g - Gia tốc trọng trường : g = 9, 81(m/s 2 ).
G - Trọng lượng ôtô khi đầy tải : G = 35000(N). Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
G1 -Trọng lượng tĩnh trên cầu trước : G1 = 15000(N).
G2 - Trọng lượng tĩnh trên cầu sau :G2 = 20000(N).
Chiều dài cơ sở của ô tô là 3,75 mét (3750 mm) Khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu trước và cầu sau là các yếu tố quan trọng trong thiết kế ô tô Hệ số bám của bánh xe với mặt đường được chọn là φ = 0,7, cùng với bán kính lăn của bánh xe (rbx) để đảm bảo hiệu suất vận hành tối ưu.
Với cỡ lốp bánh trước và bánh sau 215/75R16C.
- Hệ số kể đến biến dạng của lốp: = 0, 935.
Thay các giá trị vào hai phương trình tính mômen phanh ở trên ta được:
- Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là:
- Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:
2.2 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh
2.2.1 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh trước.
2.2.1.1 Xác định kích thước của đĩa phanh.
Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203,2 mm ta chọn bán kính ngoài của đĩa phanh là Rng = 155 mm; bán kính trong của đĩa phanh là Rtr = 85 mm.
2.2.1.2 Xác định đường kính má phanh. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Má phanh có dạng như hình vẽ: Hình 3.2: Má phanh.
Ta chọn bán kính ngoài của má phanh R2 = 150 mm, bán kính trong R1 = 90 mm.
Trong quá trình phanh, má phanh ép vào đĩa phanh đang quay, dẫn đến sự trượt giữa chúng Do đĩa phanh có hình tròn, vận tốc trượt ở mép trong của má phanh thấp hơn ở mép ngoài, khiến cho phía trong má phanh mòn ít hơn Sự chênh lệch này càng rõ rệt khi bán kính ngoài và trong của má phanh khác nhau nhiều Vì lý do này, chúng ta chọn má phanh với góc ôm x0 = 70 độ.
2.2.1.3 Xác định đường kính xilanh công tác.
Mô men phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh đĩa quay được xác định như sau:
Trong đó: m - Số đôi bề mặt ma sát Chọn m = 2.
Q - Lực ép má phanh vào đĩa phanh. μ - Hệ số ma sát Chọn μ = 0,3.
Rtb - Bán kính trung bình tấm ma sát Hình 3.3: Lực ép lên má phanh.
R1, R2 là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát
Q Q r tb Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Trong đó: n - Số lượng ống xilanh làm việc Chọn n = 1. p0 - Áp suất chất lỏng trong hệ thống Với p0 = 5 ¿ 8 MPa.
Chọn p0 = 7MPa = N/m 2 d2 - Đường kính xilanh bánh xe.
2.2.2 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh sau:
2.2.2.1 Xác định kích thước của đĩa phanh. Đĩa phanh phải có kích thước đảm bảo khối lượng nhỏ, kết cấu đơn giản nhưng vẫn phải đảm bảo đạt hiệu quả phanh như mong muốn, ngoài ra kết cấu phanh cũng phải đảm bảo cho việc tháo lắp dễ dàng khi có sửa chữa, phải có không gian thoáng giúp việc tản nhiệt của đĩa phanh nhanh chóng.
Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203,2 mm ta chọn bán kính ngoài của đĩa phanh là Rng = 155mm; bán kính trong của đĩa phanh là Rtr = 80 mm.
2.2.2.2 Xác định đường kính má phanh
Tương tự như với cơ cấu phanh trước ta chọn bán kính ngoài của má phanh
R2= 150 mm, bán kính trong R1= 90 mm.
2.2.2.3 Xác định đường kính xilanh công tác.
Mô men phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh đĩa quay được xác định như sau: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Trong đó: m - Số đôi bề mặt ma sát Chọn m = 2.
Q - Lực ép má phanh vào đĩa phanh. μ - Hệ số ma sát Chọn μ = 0,3.
Rtd - Bán kính trung bình tấm ma sát.
Với: R1, R2 là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát.
Trong đó: n - Số lượng ống xilanh làm việc Chọn n = 1. p0 - Áp suất chất lỏng trong hệ thống Với p0 = 5 ¿ 8 MPa.
Chọn p0 = 7 MPa = N/m 2 d2 - Đường kính xilanh bánh xe.
Tính toán thiết kế dẫn động phanh
Phương án dẫn động được chọn là dẫn động thủy lực với sơ đồ dẫn động phanh: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
7 Bộ điều hoà lực phanh
Hình 3.4: Sơ đồ dẫn động thủy lực.
3.1 Xác định đường kính làm việc của xilanh bánh xe
Như ở trên ta đã xác định được: d1 = 52 mm và d2 = 49 mm.
3.2 Chọn đường kính xilanh chính D, kích thước đòn bàn đạp l, l 0 Để tạo áp suất p = 7 MPa = N/m 2 thì cần phải tác dụng lên bàn đạp một lực Q:
D - Đường kính xilanh tổng phanh Chọn D = 30 mm = 3 cm. l, l’ - Các kích thước của cần bàn đạp phanh Chọn l’/l = 88/240.
- hiệu suất dẫn động thủy lực Chọn = 0,92.
Vậy: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật Đối với ô tô khách: [Q] = 0,75 ¿ 0,8 (KN) = 750 ¿ 800 (N).
Như vậy ta phải lắp thêm bộ trợ lực phanh để giảm nhẹ cường độ làm việc cho người lái.
Với kích thước D, l, l0 đã chọn, ta xác định được hành trình bàn đạp phanh theo công thức:
- Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xilanh chính.
Chọn d1, d2, D - Đường kính xilanh bánh xe trước, bánh xe sau và đường kính xilanh chính. x1, x2 - Hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trước, bánh xe sau. x1= 0.5 mm ; x2= 0.5 mm
- Hệ số bổ sung khi phanh ngặt thể tích dẫn động chất lỏng tăng lên, Chọn
Với xe khách, hành trình bàn đạp cho phép là: 180 mm.
Vậy: , thỏa mãn yêu cầu.
Xác định hành trình của piston xilanh lực:
Hành trình của piston trong xilanh chính cần phải đạt hoặc vượt quá yêu cầu để đảm bảo đủ thể tích dầu được cung cấp vào các xilanh làm việc trong hệ thống phanh.
Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của piston thứ cấp và sơ cấp thì: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Với S20 là hành trình dịch chuyển của piston sơ cấp khi ta coi nó có tác dụng độc lập (không liên hệ với piston thứ cấp).
Trong đó: d1, d2 - Đường kính xilanh trước và sau. d1 = 52 mm ; d2 = 49 mm (đã tính được ở trên).
D - Đường kính xilanh chính , D = 30 mm. x1, x2 - Hành trình dịch chuyển của piston xilanh bánh trước và sau
Piton thứ cấp dịch chuyển một đoạn: S2 = 2,8 mm.
Piston sơ cấp dịch chuyển một đoạn : S1 = 3,15 mm.
Tính nhiệt nung nóng đĩa phanh
Khi phanh ôtô đang di chuyển với vận tốc 30 km/h cho đến khi dừng lại hoàn toàn, toàn bộ động năng của xe được chuyển hóa thành công ma sát tại các cơ cấu phanh.
G - Toàn bộ khối lượng của ôtô khi đầy tải.
V1 - Vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
Từ đó ta suy ra công thức tính công ma sát trên một cầu trước:
Suy ra công ma sát trên một cơ cấu phanh:
Trong quá trình phanh, toàn bộ động năng của ôtô được chuyển hóa thành ma sát tại các cơ cấu phanh, dẫn đến việc đĩa phanh và má phanh bị nung nóng.
Phương trình cân bằng nhiệt:
Trong đó: md - Khối lượng đĩa phanh. c - Nhiệt dung riêng của vật liệu làm đĩa phanh Đối với thép hợp kim c = 500 J/kg.độ
Diện tích của hai má phanh trong một cơ cấu phanh có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phanh Hệ số dẫn nhiệt của má phanh, đặc biệt là loại amiăng, đóng vai trò quan trọng trong khả năng tản nhiệt Thời gian phanh cũng là yếu tố cần xem xét, vì nó liên quan đến mức tăng nhiệt độ của đĩa phanh trong quá trình sử dụng.
Má phanh được làm từ vật liệu amiăng có hệ số dẫn nhiệt thấp, khoảng 0,12 đến 0,15 W/m.độ Do đó, trong quá trình phanh, toàn bộ công ma sát được chuyển hóa thành nhiệt, làm nóng đĩa phanh.
Với vận tốc ứng với thời điểm bắt đầu phanh V1 = 30 km/h, mức gia tăng nhiệt độ cho phép: độ
Tham khảo khối lượng đĩa phanh xe tham khảo md = 10 kg Khi đó ta suy ra được mức tăng nhiệt độ của đĩa phanh:
Theo công thức IX-18 trang 279 trong cuốn "Lý thuyết ôtô máy kéo" của PGS.TSKH Nguyễn Hữu Cẩn, thời gian phanh nhỏ nhất có thể tính được khi xe giảm tốc từ vận tốc V1 = 30 m/s cho đến khi dừng hẳn (V = 0).
V1 - vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
Chọn V1 = 30 km/h = 8,333 m/s δi - hệ số ảnh hưởng của các khối lượng quay của ôtô Chọn δi = 1.
- Hệ số bám của bánh xe với mặt đường Chọn = 0,7.
Vậy suy ra: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Suy ra công suất tỏa nhiệt trên một mặt của đĩa phanh:
Biết được công suất truyềt nhiệt giúp ta tính toán nhiệt bằng SolidWorks ở chương sau. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
TÍNH TOÁN NHIỆT TRONG SOLIDWORKS
Giới thiệu về phần mềm SolidWorks
SolidWorks là phần mềm thiết kế, tính toán và mô phỏng 3D nổi bật, được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực cơ khí và xây dựng Mặc dù còn mới mẻ đối với sinh viên Việt Nam, SolidWorks đã trở thành công cụ thiết kế hiệu quả cho các kỹ sư và doanh nghiệp sản xuất.
Công ty SolidWorks Corporation được thành lập vào tháng 12 năm 1993 bởi nhóm kỹ sư dày dạn kinh nghiệm trong lĩnh vực tự động hóa thiết kế (CAD), với mục tiêu mang đến sức mạnh của phần mềm thiết kế 3D cho mọi người Đến năm 1995, SolidWorks Corporation chính thức ra mắt phiên bản đầu tiên của phần mềm SolidWorks, được tích hợp trên nền tảng Windows của Microsoft.
Phần mềm SolidWorks cho phép người dùng xây dựng mô hình 3D chi tiết và lắp ghép thành cụm hoàn chỉnh, đồng thời thực hiện các tính toán và mô phỏng phức tạp về động học, cơ học, nhiệt học và sức bền Với SolidWorks, thiết kế trở nên trực quan và chính xác, rút ngắn quy trình sản xuất Khác với bản vẽ 2D, nơi kỹ sư phải tưởng tượng chi tiết, SolidWorks giúp diễn giải thiết kế một cách chân thực, giảm thiểu sai sót và nâng cao hiệu quả sản xuất Ngay khi ra mắt, SolidWorks đã nhận được nhiều giải thưởng nhờ tính dễ sử dụng và hỗ trợ tốt cho kỹ sư, trở thành đối thủ cạnh tranh trực tiếp với các phần mềm thiết kế khác như AutoCAD và Catia về chi phí đầu tư và hiệu quả.
Tính nhiệt trong SolidWork
2.1.Giới thiệu phần mềm Cosmos
Cosmos là phần mềm phân tích và kiểm tra độ bền cho các chi tiết cơ học và bền nhiệt, được Dassault System mua lại và tích hợp vào SolidWorks Nhờ vào Cosmos, khả năng phân tích và kiểm tra của SolidWorks trở nên vượt trội, giúp giải quyết các bài toán phức tạp trong thiết kế sản phẩm.
- Phân tích tính ổn định.
- Phân tích sự va chạm của các chi tiết.
2.2 Quy trình tính nhiệt bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong Cosmos Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Quy trình tính nhiệt bằng phương pháp phần tử hữu hạn trong Cosmos được chia thành các bước cơ bản:
- Bước 1: đưa vật thể cần tính nhiệt vào Cosmos.
- Bước 2: chọn vật liệu cho chi tiết.
- Bước 3: nhập thông số đầu vào cần thiết để tính nhiệt.
- Bước 4: chia lưới cho chi tiết.
- Bước 5: chạy chương trình tính toán.
2.3 Tính toán nhiệt đĩa phanh
2.3.1 Đưa đĩa ép vào Cosmos.
- Trước tiên ta vào Tools, chọn Add-Ins để cài đặt thanh công cụ
- Mở bản vẽ đĩa phanh đã vẽ ở dạng Part bằng Assembly bằng cách vào
New chọn Assembly rồi Browse bản vẽ đã vẽ ở dạng Part.
- Chọn thanh công cụ Simulation, vào mục Study Advisor rồi chọn một
New Study, để tính toán về nhiệt ta chọn tiếp Thermal. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.1: Hình ảnh đĩa phanh trong không gian ba chiều.
2.3.2 Chọn vật liệu cho đĩa phanh.
Trong Study vừa chọn ta click chuột phải vào Parts, chọn Apply
In the material selection table, choose alloy steel for the brake disc by clicking on "Alloy Steel," then select "Apply" and click "Close." This is part of the final project for engineering.
Hình 4.2: Chọn vật liệu cho dĩa phanh
2.3.3 Nhập thông số đầu vào.
- Trước hết ta click chuột phải vào Study 1 (New Study vừa chọn) chọn
Để thực hiện tính toán nhiệt trong quá trình phanh, bạn cần chọn chế độ tính nhiệt Transient trong phần Properties Tiếp theo, nhập thời gian quá trình phanh t = 1,2 giây và thời gian mỗi bước trong quá trình phanh vào hai ô phía dưới Cuối cùng, chọn đơn vị là giây và nhấn OK để hoàn tất.
Hình 4.3: Chọn trạng thái tình nhiệt.
Nhấp chuột phải vào mục Thermal Loads và chọn Temperature để thiết lập nhiệt độ ban đầu cho đĩa phanh Chọn Initial Temperature và nhập nhiệt độ môi trường là 25 độ C, sau đó áp dụng cho toàn bộ đĩa phanh.
Hình 4.4: Nhập nhiệt độ ban đầu của đĩa phanh.
- Click chuột phải vào Thermal Loads chọn Heat Flux (hệ số tản nhiệt) rồi ta chọn Select all exposed faces và nhập vào hệ số tản nhiệt của thép
K = 15 W/ Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.5: Nhập hệ số tản nhiệt của đĩa phanh.
Để xác định tải nhiệt cho đĩa phanh, bạn cần nhấn chuột phải vào mục Thermal Loads và chọn Heat Power Tiếp theo, hãy chọn hai bề mặt bên của đĩa phanh mà tiếp xúc với má phanh khi phanh, sau đó nhập vào công suất tỏa nhiệt đã được tính toán cho đĩa phanh.
. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.6: Nhập công suất tản nhiệt của đĩa phanh.
2.3.4 Chia lưới cho đĩa phanh
Click chuột phải vào Mesh chọn Create Mesh, ta nên chia lưới nhỏ (chọn
Fine) để việc tính toán đem lại kết quả gần đúng với quá trình thực tế. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.7: Cách chia lưới cho đĩa phanh. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.8: Hình ảnh đĩa phanh sau khi chia lưới.
2.3.5 Chạy chương trình tính toán nhiệt
- Click chuột phải vào Study 1, chọn Run Sau đó ta chờ một khoảng thời gian để máy tính đăng xuất kết quả Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 4.9: Hình ảnh hiển thị kết quả tính nhiệt đĩa phanh.
Để so sánh nhiệt độ các điểm trên bề mặt má phanh trong quá trình phanh, bạn cần nhấp chuột phải vào Thermal 1 và chọn Probe Sau đó, hãy nhấp vào các điểm cần so sánh, rồi chọn Plot và Response để thu được hai đồ thị.
Hình 4.10: Đồ thị so sánh nhiệt độ của các điểm trên bề mặt đĩa phanh.
Hình 4.11: Đồ thị thể hiện sự tăng nhiệt độ của mỗi điểm trên theo thời gian.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT
Phân tích kết cấu
Chi tiết Pít tông thứ cấp trong xilanh chính của xe có dạng hình trụ và có các mặt trụ bậc và rãnh.
Xilanh chính trong hệ thống phanh là một chi tiết phức tạp, có hình dạng trụ rỗng dài với các vấu trên bề mặt để dẫn dầu vào và ra Bên trong xilanh có cấu trúc dạng bậc, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống phanh.
Khi người lái đạp phanh, xilanh chính kết hợp với piston bên trong sẽ tiếp nhận dầu có áp suất thấp từ bình dầu, nén lại để tăng áp suất dầu Áp suất này được truyền đến các xilanh bánh xe, thực hiện quá trình phanh xe hiệu quả.
- Độ song song giữa hai mặt đầu xi lanh.
- Độ vuông góc giữa than xilanh và hai mặt đầu.
- Lòng xilanh yêu cầu độ chính xác gia công cấp 7, Ra = 1,25.
- Mặt đầu của đường dầu vào đạt độ nhám Rz = 40.
Chọn dạng sản xuất
Do tính chất sản xuất mang tính sửa chữa và cải tiến nhỏ, cho nên ta chọn sản xuất là đơn chiếc.
Lập quy trình gia công
- Do chi tiết có dạng hình trụ, có các vấu trên bề mặt với đường kính lớn nhất là 46 mm và đường kính bên trong
- Mặt khác do dạng sản xuất là đơn chiếc.
Từ những lý do trên ta chọn phương pháp tạo phôi là phương pháp đúc.
3.2 Lập quy trình công nghệ
3.2.1 Nguyên công 1: phay khỏa mặt đầu.
Dùng hai khối V ngắn định vị chi tiết, một khối tỳ vào mặt bích của chi tiết, sau đó kẹp chặt chi tiết.
Máy phay 6H82, dùng dao phay đĩa thép gió. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật n
Hình 5.1: Phay hai mặt đầu.
Hai dao cùng gá lên một trục ngang của máy phay và phay hai mặt cùng lúc.
Lượng chạy dao: S = 0,18 mm/răng.
3.2.2 Nguyên công 2: gia công tinh lòng trong xilanh, gia công ren ở lòng trong xilanh bắt với bu lông làm kín xilanh.
Bước 1:khoét mở rộng lỗ 32,3 dọc xilanh.
Bước 2: khoét mở rộng lỗ 32,3 một đầu xilanh.
Bước 3: doa 30 đạt độ chính xác yêu cầu.
Sử dụng mặt bích đã gia công phay để định vị ba bậc tự do trên phiến tì, kết hợp với một khối V ngắn để định vị hai bậc tự do, sau đó tiến hành kẹp chặt.
Máy khoan đứng 2H135. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật n s
Hình 5.2: Gia công lòng trong xilanh.
Bước 1: khoét mở rộng lỗ 29,8 dọc xilanh.
Chọn dao khoét gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,8 mm/vòng.
Bước 2: khoét mở rộng lỗ 32,3 một đầu xilanh.
Chọn dao khoét gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,9 mm/vòng.
Bước 3: doa lỗ 32 đạt độ chính xác yêu cầu.
Chọn dao doa gắn mảnh hợp kim cứng.
Chiều sâu cắt: t = 0,1 mm. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Lượng chạy dao: S = 1,2 mm/vòng.
Chọn dao doa gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 1,2 mm/vòng.
3.2.3 Nguyên công 3: gia công hai lỗ ren bắt xilanh chính vào bộ trợ lực.
Bước 2: ta rô hai lỗ 14.
Sử dụng mặt còn lại đã gia công phay làm chuẩn định vị ba bậc tự do trên phiến tì, kết hợp với một khối V ngắn để định vị hai bậc tự do và sau đó kẹp chặt.
Máy khoan đứng 2H135. n Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 5.3: Gia công ba lỗ ren 14 trên mặt bích.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,28 mm/vòng.
Bước 2: ta rô hai lỗ 14.
Chọn mũi ta rô bằng vật liệu thép gió.
3.2.4 Nguyên công 4: phay các vấu để gia công đường dầu vào, đường dầu ra
Bước 1: Phay thô mặt đầu các vấu đường dầu vào, ra.
Hình 5.4: Phay mặt đầu các vấu để gia công đường dầu vào, ra.
- Định vị: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Sử dụng khối trụ dài để cố định bốn bậc tự do của mặt trụ trong lỗ 30, kết hợp với chốt trụ tram nhằm kiểm soát thêm một bậc tự do Vật liệu được lắp đặt trên bàn gá nhanh để đảm bảo hiệu quả và chính xác trong quá trình gia công.
- Bước1: phay thô mặt đầu các vấu đường dầu vào, ra.
Chọn dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng với D/Zu/10.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
- Bước1: phay thô mặt đầu các vấu đường dầu vào, ra.
Chọn dao phay mặt đầu gắn mảnh hợp kim cứng với D/Zu/10.
Lượng chạy dao: S = 1mm/vòng.
3.2.5 Nguyên công 5: khoan, ta rô các lỗ dầu vào, lỗ bù dầu, lỗ dầu ra, lỗ để gia công ren bắt vít hạn chế đường dịch chuyển của piston. n s
Hình 5.5: Tiện các lỗ đường dầu vào, ra. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Sử dụng mặt gia công phay còn lại làm chuẩn định vị ba bậc tự do cho phiến tì, kết hợp với khối V ngắn để định vị hai bậc tự do Sau đó, tiến hành kẹp chặt vật lên bàn gá nhanh.
3.2.5.1 Khoan các đường dầu vào và bù dầu.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,4 mm/vòng.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
Tốc độ cắt: V = 103 m/ph. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
(Với các lỗ đường kính nhỏ hơn 8 ta để chế độ cắt như nhau).
3.2.5.2 Khoan, ta rô hai lỗ đường dầu ra
Bước 3: ta rô hai lỗ 12.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,28 mm/vòng.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
Bước 3: ta rô hai lỗ 14.
Chọn mũi ta rô bằng vật liệu thép gió.
- Chế độ cắt: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
3.2.5.3 Khoan, ta rô ren để bắt bu lông hạn chế đường dịch chuyển của piston bên trong xilanh.
Bước 2: ta rô một lỗ 8.
Chọn mũi khoan gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,13 mm/vòng.
Bước 2: ta rô hai lỗ 8.
Chọn mũi ta rô bằng vật liệu thép gió.
3.2.6 Nguyên công 6: tiện lỗ trong xilanh.
Bước 1: tiện thô lỗ trong xilanh 46.
Bước 2: tiện xắn rãnh trên lỗ 46 gia công được ở bước 1 đến 50.
S n Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 5.6: Tiện lỗ trong xilanh.
Bước 1: tiện lỗ trong xilanh 46.
Chọn dao tiện gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,7 mm/vòng.
Bước 2: tiện xắn rãnh lỗ 50 để lắp phớt chắn dầu.
Chọn dao tiện xắn rãnh gắn mảnh hợp kim cứng.
Lượng chạy dao: S = 0,4 mm/vòng.
3.2.7 Nguyên công 7: tổng kiểm tra.
- Kiểm tra độ không song song giữa bề hai mặt đầu xi lanh.
- Kiểm tra độ không vuông góc giữa đường tâm lỗ trụ 30 và hai mặt đầu.
- Kiểm tra độ không đồng tâm của các bậc trụ lòng xilanh. Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Hình 5.7: Kiểm tra độ không vuông góc của mặt bích với đường tâm lỗ 30.
CÁC HƯ HỎNG CHÍNH THƯỜNG GẶP, PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH
Các hư hỏng thường gặp trên hệ thống phanh đĩa dẫn động thủy lực
1.1.1 Mòn các cơ cấu phanh
Quá trình phanh trong cơ cấu phanh diễn ra nhờ ma sát giữa đĩa phanh quay và má phanh đứng yên, dẫn đến mài mòn các chi tiết Sự mài mòn này làm giảm chiều dày phần ma sát của má phanh và đĩa phanh, tăng khe hở giữa chúng khi không phanh, từ đó làm tăng hành trình bàn đạp phanh Hậu quả là quãng đường phanh kéo dài, thời gian phanh tăng, và giảm gia tốc chậm dần trung bình của ô tô, làm giảm hiệu quả phanh Nếu mòn ít, ảnh hưởng đến hiệu quả phanh không đáng kể, nhưng khi mài mòn gia tăng, hiệu quả phanh giảm rõ rệt, khiến người lái phải tập trung cao độ và dễ mệt mỏi khi xử lý tình huống phanh.
Sự mài mòn đĩa phanh có thể dẫn đến việc xuất hiện các vết cào xước lớn trên bề mặt ma sát, điều này sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất mô men phanh.
Sự mài mòn các cơ cấu phanh thường xảy ra:
Nếu sự mòn giữa các cơ cấu phanh là đều, khi phanh hiệu quả phanh sẽ giảm, hành trình bàn đạp phanh tăng lên.
Nếu sự mòn không đều giữa các cơ cấu phanh xảy ra, hiệu quả phanh sẽ giảm sút, dẫn đến ô tô bị lệch hướng di chuyển Tình trạng này có thể gây ra tai nạn giao thông nghiêm trọng, đặc biệt khi phanh gấp Sự lệch hướng di chuyển không chỉ nguy hiểm khi ô tô đang di chuyển thẳng mà còn đặc biệt nguy hiểm khi xe quay vòng.
1.1.2 Mất ma sát trong cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh hiện đại chủ yếu sử dụng ma sát khô, do đó, khi bề mặt ma sát bị dính dầu, mỡ hoặc nước, hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa phanh sẽ giảm, dẫn đến mômen phanh cũng giảm theo Trong quá trình sử dụng, mỡ từ moay ơ, dầu từ xilanh bánh xe, hoặc nước mưa có thể dính vào má phanh và đĩa phanh, gây ra mất ma sát trong hệ thống phanh Sự mất ma sát này không xảy ra đồng đều trên tất cả các cơ cấu phanh, làm giảm hiệu quả phanh và có thể gây lệch hướng chuyển động của ô tô khi phanh Trong tình huống này, mặc dù hành trình bàn đạp phanh không tăng, nhưng lực tác động lên bàn đạp dù có tăng cũng không làm tăng đáng kể mômen sinh ra.
Khác với phanh tang trống, phanh đĩa hoạt động bên ngoài môi trường, nên dầu, mỡ và nước mưa có thể bị khô theo thời gian Điều này dẫn đến việc hiệu quả phanh có thể được phục hồi sau một thời gian sử dụng.
1.1.3 Bó kẹt cơ cấu phanh Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Sự bó kẹt của hệ thống phanh có thể xảy ra khi phanh tay và phanh chân hoạt động cùng lúc trong cùng một cơ cấu, hoặc do đĩa phanh bị vênh Ngoài ra, tình trạng này cũng có thể do lớp ma sát của má phanh bị bong keo và rơi ra khỏi tấm xương kim loại.
Khi xuất hiện hiện tượng này, có thể nhận biết thông qua sự lăn trơn của ô tô, bánh xe quay trơn, hoặc tiếng chạm phát ra từ cơ cấu.
1.2 Dẫn động điều khiển phanh
- Rò rỉ dầu phanh ra ngoài, rò rỉ dầu phanh qua các gioăng, phớt bao kín bên trong
- Dầu phanh bị bẩn, nhiều cặn làm giảm khả năng cấp dầu hay tắt lỗ cấp dầu từ buồng chứa dầu tới xilanh chính
- Sai lệch vị trí các piston dầu do điều chỉnh không đúng hay do các sự cố khác
- Nát hay hỏng các van dầu
- Cào xước hay rỗ bề mặt làm việc của xilanh
1.2.2 Đường ống dẫn dầu bằng kim loại hay bằng cao su.
- Tắc bên trong, bẹp bên ngoài đường ống dẫn
- Thủng hay nứt, rò rỉ dầu tại các chỗ nối
1.2.3 Khu vực các xilanh bánh xe
- Rò rỉ dầu phanh ra ngoài, rò rỉ dầu phanh qua các gioăng, phớt bao kín bên trong
- Xước hay rỗ bề mặt làm việc của xilanh
1.2.4 Hư hỏng trong cụm trợ lực
- Hỏng hơm chân không, rách màng ngăn cao su
Khi xảy ra hư hỏng trong hệ thống trợ lực, lực bàn đạp có thể tăng lên đáng kể, dẫn đến cảm giác không chính xác và thất thường Điều này gây ra nguy hiểm cho an toàn khi phanh.
Các thông số chẩn đoán cơ bản
Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Qua phân tích và liệt kê các hư hỏng trong hệ thống phanh có thể dẫn tới các thông số biểu hiện kết cấu chung như sau:
- Giảm hiệu quả phanh: quãng đường phanh tăng, gia tốc chậm dần trung bình nhỏ, thời gian phanh dài
- Lực phanh hay mô men phanh ở bánh xe không đảm bảo
- Tăng hành trình tự do bàn đạp phanh
- Phanh trên đường thẳng nhưng xe bị lệch hướng chuyển động
- Không lăn trơn khi không phanh…
Các biểu hiện của ô tô khi hư hỏng hệ thống phanh
- Do trợ lực không hiệu quả
- Khe hở má phanh và đĩa phanh lớn.
- Má phanh dính dầu, má phanh bị ướt, má phanh bị chai cứng, đĩa phanh bị xước
Lọt khí trong hệ thống đường ống thủy lực có thể dẫn đến tình trạng dầu phanh bị chảy và piston của xilanh phanh chính bị kẹt Ngoài ra, piston của xilanh con cũng có thể bị kẹt do đường ống dầu bị bẩn, tắc nghẽn hoặc thiếu dầu.
Bàn đạp phanh không có hành trình tự do khi không tồn tại khe hở giữa má phanh và đĩa phanh, dẫn đến tình trạng piston xilanh phanh bánh xe bị kẹt Điều này xảy ra khi khe hở giữa cán piston và piston của xilanh chính quá lớn, gây ảnh hưởng đến hiệu suất phanh.
- Đĩa phanh bị vênh, ổ bi moayơ bị rơ.
3.3 Phanh ăn không đều ở các bánh xe
Nguyên nhân: Đồ án tốt nghiệp kỹ thuật
Piston của xi lanh bánh xe có thể bị kẹt, dẫn đến tình trạng má phanh và tang trống bị mòn Việc điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh là cần thiết để đảm bảo hoạt động hiệu quả của các cơ cấu phanh, tránh hiện tượng không đều nhau.
- Lỗ bù dầu ở xilanh chính bị bẩn, tắc Vòng cao su của xilanh chính bị nở ra, kẹt Piston xilanh chính bị kẹt
- Xilanh chính bị chảy dầu, xilanh bánh xe bị chảy dầu.