Bài tập lớn thiết kế tính toán ô tô đề tài nghiên cứu mô phỏng nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên xe du lịch

Hệ thống phanh đĩa là một trong những bộ phận quan trọng nhất của ô tô, đảm bảo an toàn khi lái xe trên đường.Trong quá trình hoạt động, hệ thống phanh đĩa trên ô tô sẽ chịu tác động của

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

TRƯỜNG CƠ KHÍ - Ô TÔ KHOA CÔNG NGHỆ Ô TÔ

ccccc

-BÀI TẬP LỚN THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Ô TÔ

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG NHIỆT CƠ CẤU

PHANH ĐĨA TRÊN XE DU LỊCH

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Tuấn

Sinh viên thực hiện:

-MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

LỜI MỞ ĐẦU I CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1

1.1 Thực trạng về vấn đề nhiệt trong nước và trên thế giới 1

1.1.1 Thực trạng về vấn đề nhiệt cơ cấu phanh đĩa: 1

1.1.2 Công dụng 1

1.2 Các yếu tố liên quan đến sự tăng giảm nhiệt độ cơ cấu phanh 2

1.2.1 Sự phụ thuộc của thời gian phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh 2

1.2.2 Sự phụ thuộc của quãng đường phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh 3

1.2.3 Sự phụ thuộc của lực phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh 3

1.3 Các ảnh hưởng và hiện tượng của cơ cấu phanh 4

1.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt của má phanh và đĩa phanh 4

1.3.2 Ảnh hưởng của độ mòn và biến dạng của má phanh và đĩa phanh 5

1.3.3 Ảnh hưởng của vật liệu chế tạo má phanh và đĩa phanh 5

1.3.4 Hiện tượng Fading phanh 6

1.4 Kết luận chương 1 7

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH 8

2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế 8

2.1.1 Cơ sở lý thuyết 8

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa 8

2.1.3 Ảnh hưởng của diện tích và khe rãnh trên má phanh 8

2.1.3.1 Ảnh hưởng của diện tích má phanh 8

2.1.3.2 Ảnh hưởng của khe rãnh đối với má phanh 9

2.1.3.3 Ảnh hưởng của kích thước và chiều rộng khe rãnh trên má phanh 10

2.1.4 Vật liệu sử dụng chế tạo 11

2.1.5 Sự phát thải vật chất dạng hạt trong quá trình phanh ở nhiệt độ cao 12

2.1.6 Khí thải phanh khi phanh ở nhiệt độ trung bình 14

2.1.7 Yêu cầu thiết kế của cơ cấu phanh đĩa 17

2.1.8 Quy chuẩn đánh giá 18

2.2.1 Sơ đồ tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Huyndai Santa Fe 19

2.2.2 Các thông số ban đầu 20

2.2.3 Tính toán lực tác dụng lên tấm ma sát 22

1 Xác định mô men phanh thực tế và mô men phanh yêu cầu của cơ cấu phanh 23

2.2.4 Xác định mô men phanh thực tế do cơ cấu phanh sinh ra 23

2.2.5 Tính toán xác định công ma sát riêng 25

2.2.6 Tính toán xác định áp lực lên má phanh 26

2.2.7 Tính toán nhiệt trong quá trình phanh 26

2.3 Kết luận chương 2 27

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG NHIỆT CƠ CẤU PHANH ĐĨA 28

3.1 Quy trình thiết kế 28

3.2 Xây dựng mô hình 3D 28

3.2.1 Giới thiệu phần mềm 28

3.2.2 Xây dựng mô hình phanh đĩa 30

3.2.3 Giới thiệu phần mềm 32

3.2.4 Các bước xây dựng hệ thống mô phỏng trên phần mềm ABAQUS: 33

3.2.5 Thiết lập bài toán mô phỏng nhiệt 35

3.2.5.1 Thiết lập vật liệu 35

3.2.5.2 Tạo lưới cho mô hình 35

3.2.3 Thiết lập các điều kiện biên: 37

3.3 Nhận xét, đánh giá kết quả 39

3.3.1 Các kết quả đầu ra 40

3.3.2 So sánh các trường hợp mô phỏng 41

3.4 Kết luận chương 3 48

KẾT LUẬN 49

TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1:Cơ cấu phanh trên xe ô tô 2

Hình 2.1 Tổng lượng phát thải PM theo (a) khối lượng và (b) nồng độ số thu được trong quá trình phanh 13

Hình 2.2 Mối tương quan giữa độ dẫn nhiệt của đĩa và lượng khí thải phanh trong về (a) khối lượng, (b) nồng độ số lượng 13

Hình 2.3 Nồng độ số lượng (a) và khối lượng (b) của các hạt được biểu thị cùng với thời gian phanh trong quá trình thử nghiệm 16

Hình 2.4: Sơ đồ lực tác dụng lên xe 19

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh 20

Hình 3.1 Phần mềm NX 29

Hình 3.2 Mẫu phanh cánh gió thẳng 31

Hình 3.3 Mẫu má phanh có khe rãnh 31

Hình 3.4 Mẫu má phanh không có khe rãnh 31

Hình 3.5 Phần mềm ABAQUS 32

Hình 3.6 Đĩa phanh được chia lưới với kích thước lớn 36

Hình 3.7 Mô hình được chia lưới với kích thươc nhỏ 37

Hình 3.8 Thiết lập áp suất đặt lên má phanh 38

Hình 3.9 Thiết lập nhiệt độ ban đầu 38

Hình 3.10 Thiết lập vận tốc góc của đĩa 39

Hình 3.11 Nhiệt độ của má phanh và đĩa phanh 40

Hình 3.12 Thời gian chạy bài toán 41

Hình 3.13 Nhiệt độ má phanh không có rãnh 41

Hình 3.14 Nhiệt độ má phnah có rãnh 42

Hình 3.15 Mặt trước và mặt sau của 2 trường hợp (a) cánh thẳng, (b) cánh cong 43

Hình 3.16 Đồ thị so sánh của vật liệu Gang xám 44

Hình 3.17 Đồ thị so sánh của vật liệu Carbon 45

Hình 3.18 Đồ thị so sánh của vật liệu Carbon 45

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng thông số vật liệu đĩa phanh 35

Bảng 3.2 Bảng thông số vật liệu má phanh 35

Bảng 3.3 Thời gian máy tính tính toán so với thời gian thực 40

Bảng 3.4 Trường hợp má phanh không có rãnh 43

Bảng 3.5 Trường hợp má phanh có rãnh 44

Bảng 3.6 Hai dạng thiết kế đĩa phanh khác nhau 46

Bảng 3.7 Nhiệt độ của đĩa phanh trong 2 trường hợp má phanh khác nhau 46

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát triểncủa một đất nước Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa vàhành khách, phát triển kinh tế xã hội đất nước Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô đã được

sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nôngnghiệp, công nghiệp, du lịch,….Với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đạitrên thế giới được ứng dụng trong nghiên cứu và sản xuất, thì việc nghiên cứu nhằmcải thiện chất lượng, sự tiện nghi và hiện đại của ô tô là cần thiết Song song với việcphát triển ngành ô tô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe càng trở nên cầnthiết Do đó trên ô tô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấuphanh, dây đai an toàn, túi khí…trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất.Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ởmọi tốc độ nhất là ở tốc độ cao, để nâng cao được năng suất vận chuyển người và hànghoá là điều rất cần thiết.Trong đó nghiên cứu về cơ cấu phanh, chất lượng hoạt độngcủa phanh đến việc vận hành trơn tru trên các quãng đường với địa hình, môi trườngkhác nhau, độ bền của các chi tiết và kết cấu phanh ngày càng được quan tâm Ngàynay việc mô phỏng, thiết kế để tối ưu hóa cơ cấu phanh đĩa cụ thể hơn thiết kế cơ cấuphanh đĩa sao cho làm giảm nhiệt độ sinh ra trong quá trình phanh đang được quantâm và phát triển Một trong những ý tưởng đó là thiết kế mô phỏng nhiệt cơ cấuphanh đĩa , thiết kế thay đổi hình dạng đĩa phanh, má phanh từ đó giúp giúp cơ cấuphanh đĩa hoạt động linh hoạt và hiệu quả hơn Hiện nay có nhiều công cụ giúp môphỏng nhiệt mà phổ biến nhất là Ansys maxwell cho phép mô phỏng và thiết kế lực,

mô men, dòng điện, từ thông… một cách trực quan Đề tài “Nghiên cứu mô phỏng nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên xe Huyndai santafe 2021” nhằm tìm hiểu, mô phỏng,

đánh giá hoạt động của cơ cấu phanh đĩa trên ô tô bằng việc sử phần mềm mô phỏngABAQUS Bài báo cáo nghiên cứu này nhằm cung cấp cho độc giả những kiến thức vềtình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, cũng như giới thiệu phương pháp mô phỏng

và tính toán nhiệt phanh đĩa trên xe ô tô Hyundai SantaFe Nhóm em hy vọng bài báocáo này sẽ đóng góp vào việc tăng cường hiểu biết và đưa ra các giải pháp tối ưu choviệc cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phanh trên xe ô tô

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Xuân Tuấn đã tận tình giúp

đỡ nhóm em thực hiện và hoàn thành đề tài bài tập lớn trong khuôn khổ môn học này

1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.1 Đối tượng

Nghiên cứu về nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên ô tô là một lĩnh vực quan trọng trong

kỹ thuật ô tô và cơ khí Hệ thống phanh đĩa là một trong những bộ phận quan trọngnhất của ô tô, đảm bảo an toàn khi lái xe trên đường

Trong quá trình hoạt động, hệ thống phanh đĩa trên ô tô sẽ chịu tác động củanhiệt độ cao, do đó độ bền và khả năng chịu nhiệt của các bộ phận cơ cấu phanh là mộttrong những đối tượng quan trọng được nghiên cứu và đánh giá trong bài nghiên cứunày Nghiên cứu về nhiệt cơ cấu phanh đĩa cũng có thể bao gồm các yếu tố liên quanđến vật liệu và công nghệ sản xuất

Ngoài ra, nghiên cứu cũng tập trung vào các yếu tố liên quan đến hiệu suấtphanh, bao gồm khả năng phanh và tốc độ phanh Điều này có thể ảnh hưởng đến khảnăng điều khiển và an toàn khi sử dụng ô tô

Nghiên cứu về nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên ô tô cũng có thể tập trung vào cáccông nghệ mới và cải tiến để cải thiện hiệu suất và độ bền của hệ thống phanh đĩa,chẳng hạn như sử dụng vật liệu mới, thiết kế mới, công nghệ sản xuất mới và cácphương pháp kiểm tra và đánh giá hiệu suất phanh mới

Nhờ những nghiên cứu này, các chuyên gia kỹ thuật ô tô có thể nâng cao chấtlượng và hiệu suất của hệ thống phanh đĩa, đảm bảo an toàn cho người lái và người điđường

1.2 Phạm vi nghiên cứu

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu, tính toán, mô phỏng, lựa chọn vật liệu

để chế tạo, cải tiến và thực nghiệm thiết kế cơ cấu phanh đĩa, mô phỏng nhiệt do quátrình phanh sinh ra Từ đó đưa ra kết luận và đề xuất cho cơ cấu phanh đĩa mới ứngdụng vào thực tế

Mục đích của nghiên cứu này là xem xét và tìm hiểu các mô hình thiết kế của cơcấu phanh đĩa, khảo sát nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên xe Bên cạnh đó, nghiên cứu nàycũng nhằm mục đích mô phỏng nhiệt của má phanh và đĩa phanh khi làm việc bằngcách thay đổi các thông số phù hợp được thu thập từ các tài liệu trong môi trường

2 Tính cấp thiết, ý nghĩa và mục tiêu nghiên cứu.

2.1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu.

Trong quá trình phát triển nền kinh tế và phục vụ đời sống xã hội, nhu cầu vậnchuyển hàng hóa và hành khách ngày một gia tăng Vận tải ô tô có khả năng đáp ứngtốt hơn nhiều mặt so với các phương tiện vận tải khác do tính đơn giản, cơ động Ô tô

có thể đi đến những vùng mà các phương tiện khác không thể đến được, bên cạnh đógiá thành vận chuyển ô tô tương đối thấp Vấn đề đặt ra là sự an toàn trong việc sửdụng và điều khiển ô tô Một trong những hạn chế điển hình như tai nạn giao thông vôcùng nhiều, gây thiệt hại vô cùng lớn như: năm 2022, toàn quốc xảy ra 11.457 vụ tainạn giao thông làm chết 6397 người và bị thương 7804 người [1] Những con số trêncho thấy việc đảm bảo sự an toàn là vô cùng cần thiết

Một trong những nguyên nhân gây ra tai nạn là do phương tiện không đảm bảo

an toàn kỹ thuật, ví dụ như bị bó cứng phanh, mất phanh, phanh bị cháy do quá nóng,

… Chính vì vậy vấn đề cấp thiết đặt ra là phải khắc phục được những hạn chế và cảitiến làm cho cơ cấu phanh hoạt động hiệu quả hơn, an toàn cho người và xe trong quátrình vận chuyển hành khách và hàng hóa

Việc nghiên cứu phanh đĩa rất cấp thiết vì những lý do sau:

- Tăng tính an toàn: Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo

an toàn cho phương tiện và người sử dụng Nghiên cứu phát triển công nghệ phanh đĩagiúp tăng cường hiệu suất phanh, giảm khoảng cách phanh và giảm nguy cơ tai nạngiao thông

- Nâng cao hiệu quả vận hành: Cơ cấu phanh đĩa được sử dụng rộng rãi trong xehơi, xe máy và xe đạp địa hình Nghiên cứu phát triển công nghệ phanh đĩa giúp nângcao hiệu quả vận hành, giảm lực cản khi di chuyển, tăng độ bền và tuổi thọ của hệthống phanh

- Đáp ứng yêu cầu kỹ thuật và quy định: Các quy định và tiêu chuẩn kỹ thuậtliên quan đến hệ thống phanh đang ngày càng được nâng cao để đảm bảo an toàn vàchất lượng sản phẩm Nghiên cứu phát triển công nghệ phanh đĩa giúp đáp ứng cácyêu cầu kỹ thuật và quy định mới, đồng thời giúp cải thiện chất lượng sản phẩm vàtăng cường sự cạnh tranh của các doanh nghiệp

- Tiết kiệm năng lượng: Phanh đĩa đôi khi được sử dụng để tạo ra lực cản vàgiảm tốc độ của phương tiện, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm khí thải độc hại chomôi trường Nghiên cứu phát triển công nghệ phanh đĩa giúp tối ưu hóa hiệu suất tiêuthụ năng lượng và giảm tác động tiêu cực đến môi trường.

2.2 Ý nghĩa và mục tiêu.

a, Mục tiêu cụ thể

- Mô phỏng các thông số động lực học của cơ cấu phanh đĩa trên xe Huyndaisantafe

- Phân tích đánh giá kết quả của mô phỏng xe

- Đề xuất những kiến nghị mới góp phần cải tiến cơ cấu phanh đĩa

b, Mục tiêu lâu dài

- Là cơ sở nghiên cứu thiết kế mô phỏng cơ cấu phanh cho các dòng xe con và xe

du lịch của Việt Nam trong tương lai

- Tăng cường khả năng an toàn, ổn định và tính êm dịu cho người ngồi trong xekhi xe chuyển động

Với những ưu điểm cũng như hạn chế của cơ cấu phanh đĩa để cải thiện chấtlượng cũng như nâng cao tính năng hoạt động hiệu quả, an toàn, êm dịu khi xe dichuyển trên nhiều địa hình khác nhau và tốc độ khác nhau khi xe được trang bị cơ cấu

phanh đĩa Đề tài nghiên cứu với nội dung là “Nghiên cứu mô phỏng nhiệt cơ cấu phanh đĩa trên xe Huyndai Santafe ” mang tính chất đổi mới và phát triển từ các mô

hình trước, đồng thời khảo sát quá trình hoạt động, độ an toàn và êm dịu của cơ cấuphanh khi đi di chuyển ở các tốc độ khác nhau và các cung đường khác nhau

3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.

3.1 Tình hình nghiên cứu nước ngoài.

Trên thế giới, nghiên cứu về cơ cấu phanh đĩa được tiến hành liên tục để tăngcường hiệu suất phanh, giảm thiểu tiếng ồn, độ rung và tăng cường tính an toàn khi sửdụng các phương tiện giao thông Các nhà sản xuất và các tổ chức nghiên cứu đã đưa

ra nhiều cải tiến trong thiết kế, vật liệu và công nghệ sản xuất cơ cấu phanh

Một số nghiên cứu mới nhất tập trung vào việc tăng cường tính năng tản nhiệtcủa đĩa phanh và bộ phanh để giảm thiểu nhiệt độ trong quá trình phanh:

“Thermo-mechanical performance of automotive disc brakes” - Tác giả:Daanvir Karan Dhir; Khoa Kỹ thuật Sản xuất, Cao đẳng Kỹ thuật Guru Nanak Dev,

141006 Ludhiana, Ấn Độ [2], nhóm tác giả nghiên cứu sự gia tăng của nhiệt độ củaphanh đĩa ô tô tại thời điểm phanh và ảnh hưởng của nó đến độ bền của đĩa bằngphương pháp phần tử hữu hạn

Một nghiên cứu khác, “Temperature dissipation and thermal expansion ofautomotive brake disc by using different MATERIALS” – Tác giả là S Sathishkumar,

S Ramesh kuamr, A Jeevarathinam, K.S Sathishkumar, K.V Ganesh Kumar [3], bàibáo kiểm tra hoạt động cơ nhiệt của phần tiếp xúc khô của phanh thủy lực ở trung tâmcủa điểm phanh Trong bài báo này đã bị hạn chế trong việc phân tích nhiệt của hệthống phanh trong ô tô vận tải tương ứng, nhưng các nghiên cứu sâu hơn đang đượcnghiên cứu về loại phân tích cấu trúc và phân tích dòng chảy, v.v đang được nghiêncứu để đạt được hệ thống truyền nhiệt tốt hơn

Một nghiên cứu nữa, “ Thermal analysis of locomotive wheel-mounted brakedisc” – Tác giả là B Ghadimi, F Kowsary, M Khorami [4], bài báo phân tích nhiệtcủa đĩa phanh gắn trên bánh xe R920K cho đầu máy ER24PC Trong quá trình phanh,nhiệt độ tối đa được quan sát thấy ở giữa quá trình phanh thay vì điểm kết thúc phanh.Ngoài ra, người ta quan sát thấy độ trễ lớn đối với nhiệt độ vây khiến không thể làmmát khi bắt đầu phanh Bài báo kết luận rằng với mọi nhiệt độ tối đa khác nhau, quãngđường phanh tăng 33% thì sẽ dẫn đến nhiệt độ tối đa giảm 6%

Ngoài ra, các nhà nghiên cứu cũng quan tâm đến việc tăng cường tính bền của cơcấu phanh đĩa thông qua việc sử dụng vật liệu mới như thép không gỉ, carbon hay sợithủy tinh chịu lực, giúp tăng độ bền và tuổi thọ của cơ cấu phanh

Trong tương lai, việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới về cơ cấuphanh đĩa sẽ tiếp tục được tăng cường để tăng cường an toàn, hiệu suất và tiết kiệmnăng lượng cho các phương tiện giao thông

3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước.

Cơ cấu phanh là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghiệp ô

tô tại Việt Nam Tuy nhiên, đây là một lĩnh vực chưa được nghiên cứu nhiều và pháttriển

Hiện nay, trong nước có một số nhóm nghiên cứu và các trường đại học đang tiếnhành nghiên cứu về cơ cấu phanh Tuy nhiên, đây là các nghiên cứu tập trung chủ yếuvào việc nghiên cứu và phát triển các bộ phận cấu thành cơ cấu phanh, ví dụ như đĩaphệ, pad phanh, trống phanh, tang phanh, bộ kẹp phanh, hệ thống thủy lực, hệ thốngđi.

Các nghiên cứu này đang tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất của các bộ phậncấu thành cơ cấu phanh, nhằm tăng độ bền và độ ổn định, giảm tiêu hao năng lượng vàtiếng ồn, cải thiện hiệu suất phanh, đáp ứng các yêu cầu an toàn khi vận hành xe.Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các nghiên cứu về cơ cấu phanh tại Việt Nam hiện nayvẫn chưa đầy đủ và chưa thực sự tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới vàtiên tiến trong lĩnh vực này Do đó, cần có sự đầu tư nghiêm túc hơn từ phía các tổchức, doanh nghiệp và chính phủ để nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển củangành công nghiệp ô tô và xe máy tại Việt Nam

Hiện nay, trong nước có một số dự án nghiên cứu về cơ cấu phanh được tiếnhành bởi các nhà nghiên cứu, các trường đại học và các doanh nghiệp sản xuất và lắpráp xe Dưới đây là một số dự án nghiên cứu về cơ cấu phanh trong nướng Dưới đây làmột số dự án nghiên cứu và tên tác giả về cơ cấu phanh:

"Nghiên cứu vật liệu composite cho cơ cấu phanh đĩa" - Tác giả: Hồ Văn Đức,Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [11]; Trong nghiên cứu, tác giả

sử dụng phương pháp kết hợp giữa các loại sợi carbon và sợi thủy tinh với nhựa epoxy

để tạo thành vật liệu composite mới Tác giả đã tiến hành đánh giá tính năng và đặctính của vật liệu composite này bằng các phương pháp thử nghiệm cơ học và vật lý,bao gồm độ bền kéo, độ bền uốn, độ cứng và khả năng chịu nhiệt

"Nghiên cứu tính năng phân bố nhiệt trên đĩa phanh dạng lượn sóng" - Tác giả:Nguyễn Quốc Duy, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội[12]; Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào việc khảo sát phân bố nhiệt trên đĩaphanh dạng lượn sóng trong quá trình phanh xe Tác giả đã sử dụng các phương pháp

mô phỏng số học để mô tả quá trình phân bố nhiệt trên đĩa phanh, bao gồm phươngtrình phân tán nhiệt và phương trình dòng chảy

"Tối ưu hóa cấu trúc và kích thước của đĩa phanh dạng lưỡi dao" - Tác giả: TốngHoàng Trí, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội [13]; Trong

nghiên cứu này, tác giả tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc và kích thước của đĩaphanh dạng lưỡi dao để cải thiện hiệu suất phanh và giảm thiểu trọng lượng của cơ cấuphanh đĩa Tác giả đã sử dụng phần mềm mô phỏng và phân tích kết cấu để tối ưu hóacác thông số kích thước của đĩa phanh, bao gồm đường kính, độ dày và các thông sốhình học khác.

"Nghiên cứu tính năng tản nhiệt của đĩa phanh bằng các vật liệu composite" - Tácgiả: Đỗ Thị Hương Giang, Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ ChíMinh [14]; Trong nghiên cứu này, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu tính năng tảnnhiệt của đĩa phanh bằng các vật liệu composite Các vật liệu composite được sử dụngtrong nghiên cứu bao gồm sợi cacbon và kevlar, được đặt trong ma trận là nhựa epoxy.Tác giả đã tiến hành đo lường và phân tích nhiệt độ của đĩa phanh khi hoạt động trongđiều kiện thử nghiệm khác nhau

Các dự án và tên tác giả trên chỉ là một số ví dụ, có rất nhiều các dự án và tác giảkhác đang tiến hành nghiên cứu về nhiệt của cơ cấu phanh đĩa trong nước

Các dự án này đều nhằm tăng cường nghiên cứu và phát triển trong lĩnh vực cơcấu phanh tại Việt Nam, tuy nhiên cần có sự đầu tư và hỗ trợ từ các tổ chức, doanhnghiệp và chính phủ để nâng cao năng lực nghiên cứu và phát triển của ngành công

nghiệp ô tô.

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.

1.1 Thực trạng về vấn đề nhiệt trong nước và trên thế giới.

1.1.1 Thực trạng về vấn đề nhiệt cơ cấu phanh đĩa:

- Ở Việt Nam:

Trong điều kiện đường sá nóng và khối lượng xe tăng, nhiệt độ phanh đĩa ô tôtại Việt Nam có thể tăng cao và dễ gây ra các vấn đề như bó cứng phanh, mòn đĩaphanh, giảm hiệu quả phanh và đôi khi còn gây nổ lốp Để giải quyết vấn đề này, cácnhà sản xuất ô tô tại Việt Nam đang áp dụng các công nghệ mới như sử dụng hợp kimnhôm, thép không gỉ, sợi cacbon, đồng thau để làm đĩa phanh và cải thiện hệ thốnglàm mát phanh

- Trên thế giới:

Các nhà sản xuất ô tô trên thế giới cũng đang nghiên cứu và áp dụng các côngnghệ mới nhằm giải quyết vấn đề nhiệt phanh đĩa ô tô Nhiều hãng xe đã sử dụngcác vật liệu mới như carbon-ceramic, silicon-carbide hay các loại hợp kim nhôm,magiê để tăng khả năng chịu nhiệt cho đĩa phanh và cải thiện hệ thống làm mátphanh Ngoài ra, các công nghệ mới như phun sương nước, các cảm biến nhiệt độtrên đĩa phanh cũng được sử dụng để tăng hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn chongười lái

1.1.2 Công dụng

Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm vận tốc chuyển động, dừng hoặc giữ ô tôđứng yên trên một độ dốc nhất định [5] Cơ cấu phanh được sử dụng trên các loại xehơi, xe tải, xe bus, xe máy, xe đạp và các loại phương tiện khác

Các công dụng của cơ cấu phanh bao gồm:

- Đảm bảo an toàn: Cơ cấu phanh là một phần quan trọng của hệ thống an toàncủa phương tiện giao thông, giúp người lái kiểm soát tốc độ và dừng lại phương tiệnmột cách an toàn

- Giảm tốc độ: Cơ cấu phanh giúp giảm tốc độ của phương tiện khi cần thiết, đặcbiệt là khi điều khiển phương tiện trên đường dốc hoặc khi cần phải dừng lại đột ngột

- Kiểm soát phanh: Cơ cấu phanh cung cấp sự kiểm soát và ổn định cho ngườilái khi phanh, giúp tránh những trường hợp phanh quá mạnh hoặc bị trơn trượt

- Tiết kiệm năng lượng: Cơ cấu phanh được thiết kế để tiêu thụ ít năng lượngnhất có thể, giúp giảm chi phí nhiên liệu.

- Bảo trì phương tiện: Cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng trong việc bảo trìphương tiện giao thông, giúp giảm thiểu các thiệt hại do sử dụng xe quá mức

Tóm lại, cơ cấu phanh là một phần không thể thiếu trong hệ thống an toàn vàbảo trì của phương tiện giao thông, đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn

và tiết kiệm năng lượng cho phương tiện

Hình 1.1:Cơ cấu phanh trên xe ô tô

1-Lò xo; 2-Má phanh; 3-Xilanh con; 4-Chốt định vị;

5-Lò xo điều chỉnh; 6-Mâm phanh; 7-Cùm phanh; 8-Bạc đạn;

9-Bulông bánh xe; 10-Đĩa phanh.

1.2 Các yếu tố liên quan đến sự tăng giảm nhiệt độ cơ cấu phanh.

1.2.1 Sự phụ thuộc của thời gian phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh.

Thời gian phanh có một sự phụ thuộc đáng kể đến nhiệt độ cơ cấu phanh Khibạn sử dụng phanh, năng lượng từ động cơ của xe được chuyển đổi thành nhiệt năngthông qua ma sát giữa miếng phanh và đĩa phanh Quá trình này tạo ra nhiệt độ caotrong cơ cấu phanh

Khi bạn phanh trong một khoảng thời gian ngắn hoặc với lực phanh mạnh,lượng nhiệt tạo ra sẽ tăng đáng kể, dẫn đến tăng nhiệt độ trong cơ cấu phanh Trongtrường hợp này, đĩa phanh có thể trở nên quá nóng và gây ra các vấn đề như biếndạng, mòn hoặc trầy xước

Ngược lại, khi bạn sử dụng phanh một cách nhẹ nhàng hoặc trong một khoảngthời gian dài, lượng nhiệt được tạo ra ít hơn và nhiệt độ cơ cấu phanh không tăng lênmột cách đáng kể Điều này giúp duy trì hiệu suất phanh và giảm nguy cơ gây hưhỏng đĩa phanh.

1.2.2 Sự phụ thuộc của quãng đường phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh.

Quãng đường phanh cũng có ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ cơ cấu phanh.Khi bạn phanh, năng lượng từ động cơ được chuyển đổi thành nhiệt năng thông qua

ma sát giữa miếng phanh và đĩa phanh Quãng đường phanh là thời gian và khoảngcách mà bạn cần để dừng xe hoàn toàn sau khi bắt đầu phanh

Khi bạn phanh trong một quãng đường ngắn, nhiệt độ cơ cấu phanh tăng lênnhanh chóng do lượng nhiệt được tạo ra tập trung trong một thời gian ngắn Điềunày có thể làm tăng nhiệt độ của đĩa phanh và các thành phần khác trong hệ thốngphanh

Nếu quãng đường phanh quá ngắn hoặc phanh quá mạnh, nhiệt độ cơ cấuphanh có thể tăng lên quá cao, vượt quá khả năng làm mát của hệ thống phanh Điềunày có thể dẫn đến hiện tượng "fading" (mất tác dụng phanh tạm thời) khi đĩa phanhkhông thể cung cấp đủ ma sát để giảm tốc độ xe Ngoài ra, quãng đường phanh ngắncũng đặt áp lực cao lên hệ thống phanh và có thể làm gia tăng mài mòn và mỏi mòn.Khi bạn phanh trong một quãng đường dài hơn, nhiệt độ cơ cấu phanh đượcphân tán ra một cách tương đối đồng đều trong thời gian kéo dài Điều này giúpgiảm áp lực và nhiệt độ trong hệ thống phanh, giữ cho đĩa phanh và các thành phầnkhác ở một nhiệt độ ổn định hơn

Do đó, điều quan trọng là sử dụng phanh một cách hợp lý và phù hợp vớiquãng đường phanh Điều này giúp duy trì nhiệt độ cơ cấu phanh ổn định và đảmbảo hiệu suất phanh tốt nhất trong mọi tình huống lái xe

1.2.3 Sự phụ thuộc của lực phanh với nhiệt độ cơ cấu phanh.

Lực phanh cũng có ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ cấu phanh Lực phanh là mức

độ áp lực mà bạn áp dụng lên bàn đạp phanh để giảm tốc độ hoặc dừng xe Khi bạn

áp dụng lực phanh cao, sẽ tạo ra một lượng ma sát lớn giữa miếng phanh và đĩaphanh, và do đó tạo ra nhiều nhiệt năng

Khi lực phanh cao, nhiệt độ cơ cấu phanh sẽ tăng lên nhanh chóng Điều nàyxảy ra do lượng nhiệt được tạo ra trong cơ cấu phanh tập trung trong một diện tích

nhỏ Đĩa phanh và các thành phần khác trong hệ thống phanh sẽ nhanh chóng hấpthụ nhiệt và nhiệt độ của chúng sẽ tăng lên.

Nếu lực phanh quá cao và được sử dụng trong thời gian dài, nhiệt độ cơ cấuphanh có thể vượt quá khả năng làm mát của hệ thống phanh Điều này gây nguy cơlàm biến dạng, mòn hoặc trầy xước đĩa phanh và có thể làm giảm hiệu suất phanh.Tuy nhiên, nếu lực phanh được điều chỉnh và sử dụng một cách cân nhắc, nhiệt

độ cơ cấu phanh có thể được duy trì ở mức an toàn Lực phanh nên được điều chỉnhsao cho phù hợp với tốc độ di chuyển, trạng thái đường và các điều kiện lái xe khác

Do đó, việc sử dụng lực phanh một cách hợp lý là quan trọng để duy trì nhiệt

độ cơ cấu phanh ổn định và đảm bảo hiệu suất phanh tốt nhất trong quá trình lái xe

1.3 Các ảnh hưởng và hiện tượng của cơ cấu phanh.

1.3.1 Ảnh hưởng của độ nhám bề mặt của má phanh và đĩa phanh.

Độ nhám bề mặt của má phanh và đĩa phanh có ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ cấuphanh trong một số khía cạnh nhất định Dưới đây là một số điểm cần lưu ý:

- Truyền nhiệt tốt hơn: Một bề mặt có độ nhám cao hơn giúp tăng khả năngtruyền nhiệt từ đĩa phanh đến má phanh Khi má phanh và đĩa phanh tiếp xúc, nhiệt

độ sinh ra từ ma sát sẽ được truyền qua bề mặt liên kết Nếu bề mặt làm việc có độnhám cao, diện tích tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh tăng lên, cung cấp diệntích truyền nhiệt lớn hơn và giúp tản nhiệt hiệu quả hơn

- Giảm phôi mòn: Độ nhám bề mặt của má phanh và đĩa phanh cũng có thể ảnhhưởng đến quá trình phôi mòn Khi bề mặt có độ nhám tốt, cấu trúc bề mặt củaphanh được duy trì tốt hơn, giúp giảm đáng kể quá trình mài mòn Điều này có thểlàm giảm khả năng hình thành phôi mòn và kéo dài tuổi thọ của cơ cấu phanh

- Ổn định và hiệu suất phanh: Độ nhám bề mặt cũng có thể ảnh hưởng đến ổnđịnh và hiệu suất phanh Một bề mặt có độ nhám không đều có thể gây trượt và tạo

ra hiệu ứng chập chờn khi phanh, ảnh hưởng đến hiệu suất phanh và cảm giác lái xe.Trong khi đó, một bề mặt có độ nhám đều và tương đối nhẵn sẽ cung cấp một cảmgiác ổn định hơn và tăng khả năng kiểm soát phanh

Độ nhám bề mặt của má phanh và đĩa phanh có ảnh hưởng đến nhiệt độ cơ cấuphanh bằng cách cải thiện khả năng truyền nhiệt, giảm phôi mòn và ổn định hiệusuất phanh Một bề mặt có độ nhám tốt sẽ cung cấp hiệu suất phanh tốt hơn và kéodài tuổi thọ của hệ thống phanh

1.3.2 Ảnh hưởng của độ mòn và biến dạng của má phanh và đĩa phanh.

Độ mòn và biến dạng của má phanh và đĩa phanh có thể ảnh hưởng đến nhiệt

độ cơ cấu phanh trong hệ thống phanh của xe Dưới đây là các tác động chính:

- Độ mòn: Khi má phanh và đĩa phanh mòn đi, diện tích tiếp xúc giữa chúnggiảm, dẫn đến áp lực tăng lên trên mỗi đơn vị diện tích Điều này có thể tạo ra nhiệt

độ cao hơn trong hệ thống phanh Khi má phanh và đĩa phanh mòn quá nhiều, chấtlượng bề mặt của chúng sẽ bị suy giảm, gây ra ma sát không đều và làm tăng nhiệt

độ cơ cấu phanh

- Biến dạng: Biến dạng của má phanh và đĩa phanh có thể ảnh hưởng đến việctruyền nhiệt hiệu quả và làm mát của hệ thống phanh Nếu má phanh và đĩa phanh bịbiến dạng do sử dụng quá nhiều hoặc do quá trình làm lạnh không đồng đều, điềunày có thể gây ra sự không ổn định trong quá trình truyền nhiệt và làm mát Nhiệt

độ cơ cấu phanh có thể tăng lên nhanh chóng và không thể được điều chỉnh mộtcách hiệu quả

- Hiệu suất phanh: Độ mòn và biến dạng của má phanh và đĩa phanh cũng cóthể ảnh hưởng đến hiệu suất phanh tổng thể Khi má phanh và đĩa phanh mòn và bịbiến dạng, ma sát giữa chúng có thể không đồng đều và không hiệu quả, dẫn đếntăng ma sát và nhiệt độ cơ cấu phanh Điều này có thể gây ra sự giảm hiệu suấtphanh, hiện tượng phanh yếu, kéo dài quãng đường phanh và gia tăng nguy cơ xảy

ra tai nạn

Độ mòn và biến dạng của má phanh và đĩa phanh có thể gây ra tăng nhiệt độ

cơ cấu phanh và ảnh hưởng đến hiệu suất phanh Để đảm bảo an toàn và hiệu suấtcủa hệ thống phanh, quá trình kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế thường xuyên các bộphận này là rất quan trọng

1.3.3 Ảnh hưởng của vật liệu chế tạo má phanh và đĩa phanh.

Vật liệu chế tạo má phanh và đĩa phanh có ảnh hưởng đáng kể tới nhiệt độ cơ cấuphanh trong hệ thống phanh của xe Dưới đây là các yếu tố ảnh hưởng chính:

- Dẫn nhiệt: Vật liệu phải có khả năng tốt trong việc dẫn nhiệt để có thể truyềnnhiệt từ má phanh và đĩa phanh đến cơ cấu phanh và môi trường xung quanh Vật liệuchế tạo má phanh và đĩa phanh tốt trong việc dẫn nhiệt giúp giảm nhiệt độ cơ cấuphanh và duy trì hiệu suất phanh ổn định

- Khả năng chịu nhiệt: Vật liệu phải có khả năng chịu nhiệt cao để chịu đượcnhiệt độ cao tạo ra từ ma sát giữa má phanh và đĩa phanh Vật liệu phải có khả năngchịu được nhiệt độ trong khoảng từ hàng trăm đến hàng ngàn độ Celsius mà không bịbiến dạng hay suy giảm chất lượng.

- Ma sát và mài mòn: Vật liệu má phanh và đĩa phanh phải có khả năng tạo masát hiệu quả để tạo ra lực phanh cần thiết Tuy nhiên, vật liệu cũng cần đảm bảo giảmmài mòn và không gây ra quá nhiều mài mòn trên bề mặt Mài mòn quá mức có thểlàm tăng nhiệt độ cơ cấu phanh và làm giảm hiệu suất phanh

- Độ bền và độ ổn định: Vật liệu phải có độ bền và độ ổn định cao để chịu đượctác động lớn từ ma sát và nhiệt độ Nó cần duy trì tính chất cơ học và kích thước ổnđịnh trong điều kiện hoạt động khắc nghiệt

Vật liệu chế tạo má phanh và đĩa phanh có vai trò quan trọng trong việc ảnhhưởng tới nhiệt độ cơ cấu phanh Việc lựa chọn và sử dụng vật liệu phù hợp sẽ đảmbảo hiệu suất phanh ổn định và độ an toàn của hệ thống phanh

1.3.4 Hiện tượng Fading phanh.

Hiện tượng fading phanh là một hiện tượng xảy ra khi hệ thống phanh trên mộtphương tiện không hoạt động hiệu quả sau một thời gian sử dụng liên tục hoặc trongcác điều kiện khắc nghiệt Khi xảy ra fading phanh, hiệu suất phanh giảm đáng kể

và khoảng cách dừng xe tăng lên, gây nguy hiểm cho người lái và các thành phầngiao thông khác

Nguyên nhân chính của hiện tượng fading phanh thường liên quan đến sự tăngnhiệt trong hệ thống phanh Khi bạn sử dụng phanh liên tục hoặc ở tốc độ cao, masát giữa bốn mặt phanh (đĩa hoặc bánh xe) và bốn mặt gạt (bốn bộ phanh hoặc lốp)tạo ra nhiệt độ cao Nhiệt độ này có thể dẫn đến hiện tượng mất hiệu suất phanh docác lớp khí giữa các bề mặt phanh và gạt giảm đi, gây mất tính năng phanh

Một số nguyên nhân khác có thể góp phần vào hiện tượng fading phanh baogồm:

- Quá tải hệ thống phanh: Sử dụng phanh quá mức hoặc không phù hợp với khảnăng của hệ thống phanh có thể gây nhiệt độ quá cao và làm mất tính năng phanh

- Hệ thống phanh kém hiệu suất: Lớp phanh đã bị mòn hoặc hệ thống phanhkhông được bảo trì đúng cách có thể dẫn đến hiện tượng fading phanh

- Chất lượng phanh kém: Sử dụng các bộ phanh hoặc lốp không đạt tiêu chuẩnchất lượng có thể làm tăng khả năng xảy ra fading phanh.

- Đường trơn trượt: Phanh trên bề mặt đường không đồng nhất, trơn trượt hoặc

có dầu mỡ có thể làm giảm hiệu suất phanh

Để tránh hiện tượng fading phanh, quan trọng để duy trì hệ thống phanh trongtình trạng tốt và tuân thủ các quy định bảo dưỡng định kỳ Đồng thời, hãy sử dụngphanh một cách khôn ngoan, tránh sử dụng phanh liên tục trong thời gian dài vàđiều chỉnh lực phanh phù hợp với tình huống giao thông

1.4 Kết luận chương 1.

Phanh đĩa ô tô được sử dụng rộng rãi trên các loại xe hơi hiện đại và được coi

là một phương tiện an toàn để giảm tốc độ và dừng lại chiếc xe Điều này là do phanh đĩa cung cấp khả năng phanh tốt hơn so với phanh tang trống truyền thống, đặc biệt là trong điều kiện thời tiết ẩm ướt hoặc khi xe di chuyển ở tốc độ cao

Tuy nhiên, phanh đĩa cũng có những hạn chế Nó có thể trở nên quá nóng và bịmòn nhanh hơn Điều này có thể dẫn đến giảm hiệu suất phanh và độ bền của các bộphận phanh

tổng quan về nhiệt cơ cấu phanh đĩa ô tô cho thấy đó là một công nghệ phanh hiệu quả và tin cậy, nhưng cần được sử dụng đúng cách để đảm bảo hiệu suất và độ bền của xe

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH.

2.1 Cơ sở lý thuyết và phương pháp thiết kế.

2.1.1 Cơ sở lý thuyết.

Phanh đĩa ô tô dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng từ năng lượng độngcủa ô tô thành nhiệt năng Phanh đĩa là một hệ thống phanh phổ biến trên ô tô, sửdụng đĩa phanh đặt trên bánh xe để tạo ma sát và giảm tốc độ di chuyển của xe.Trong quá trình phanh, nhiệt độ tăng lên do sự ma sát Hiểu và quản lý nhiệt độ

là yếu tố quan trọng trong thiết kế phanh đĩa để đảm bảo hiệu suất và an toàn

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa.

- Hệ thống phanh đĩa gồm hai thành phần chính là bánh phanh và xi lanhphanh

- Khi người lái nhấn pedan phanh, xi lanh phanh sẽ được kích hoạt và tác độnglên bánh phanh

- Bánh phanh là một đĩa kim loại dày và có vòng đường kính lớn, được gắn cốđịnh trên trục bánh xe

- Khi xi lanh phanh tác động lên bánh phanh, gây ra áp lực ma sát giữa bề mặtcủa bánh phanh và lớp bố mỏng của pad phanh

- Ma sát giữa bánh phanh và pad phanh tạo ra lực ma sát, làm giảm tốc độquay của bánh xe và xe ô tô

- Năng lượng động của xe ô tô chuyển đổi thành nhiệt năng do sự ma sát giữabánh phanh và pad phanh

- Quá trình chuyển đổi nhiệt năng này giúp giảm tốc độ di chuyển của xe vàdừng lại hoặc giảm tốc độ tùy thuộc vào lực tác động lên bánh phanh

- Ưu điểm của hệ thống phanh đĩa bao gồm khả năng phân tán nhiệt tốt hơn,khả năng phanh hiệu quả và ổn định trong điều kiện lái xe cường độ cao Tuy nhiên,cũng cần lưu ý rằng hệ thống phanh đĩa cần được bảo dưỡng và kiểm tra định kỳ đểđảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả

2.1.3 Ảnh hưởng của diện tích và khe rãnh trên má phanh.

2.1.3.1 Ảnh hưởng của diện tích má phanh

Diện tích ma sát đối với má nhanh phanh đĩa có ảnh hưởng quan trọng đến hiệusuất và hiệu quả của hệ thống phanh Khi bạn áp lực lên phanh, năng lượng cơ học

được chuyển thành nhiệt năng thông qua ma sát giữa bề mặt phanh và đĩa phanh Diệntích ma sát càng lớn, diện tích tiếp xúc giữa phanh và đĩa cũng lớn hơn, dẫn đến khảnăng phanh hiệu quả hơn.

Tăng diện tích ma sát có thể mang lại một số lợi ích, bao gồm:

- Tăng khả năng phanh: Diện tích ma sát lớn giữa phanh và đĩa tạo ra lực phanhlớn hơn, giúp xe dừng lại nhanh chóng và an toàn hơn

- Tản nhiệt tốt hơn: Khi phanh, ma sát gây ra nhiệt năng, và diện tích ma sát lớn

có thể tản nhiệt tốt hơn, giúp hệ thống phanh không bị quá nhiệt và giảm khả năngphai mòn hoặc hư hỏng

- Độ bền tốt hơn: Diện tích ma sát lớn giữa phanh và đĩa giúp phân bổ lực phanhđồng đều, tránh tình trạng phanh kẹt hoặc mòn không đều Điều này kéo dài tuổi thọcủa bộ phanh và giảm khả năng phải thay thế linh kiện

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng diện tích ma sát không phải là yếu tố duy nhất ảnhhưởng đến hiệu suất phanh Các yếu tố khác như vật liệu phanh, hệ thống truyền độngphanh, và điều kiện bề mặt đường cũng đóng vai trò quan trọng trong hiệu suất phanhcủa xe

ảnh hưởng của khe rãnh

2.1.3.2 Ảnh hưởng của khe rãnh đối với má phanh

Khe rãnh trên bề mặt má nhanh phanh đĩa có thể có ảnh hưởng đến hiệu suất vàkhả năng phanh của hệ thống phanh Dưới đây là một số ảnh hưởng chính của kherãnh:

- Tăng khả năng làm sạch: Khe rãnh trên bề mặt má nhanh phanh đĩa có thể giúplàm sạch một phần bụi và chất cặn tích tụ trên bề mặt phanh Điều này giúp cải thiệnkhả năng tiếp xúc giữa phanh và đĩa, làm tăng hiệu suất phanh

- Giảm tình trạng trượt: Khe rãnh có thể giúp tạo ra các đường ổn định cho chấtlỏng (như nước) được loại bỏ khỏi bề mặt phanh Điều này giảm nguy cơ tình trạngtrượt (trượt mất ma sát), tăng độ bám giữa má phanh và đĩa phanh, cải thiện khả năngphanh, đặc biệt là trong điều kiện mưa, ẩm ướt hoặc trên bề mặt đường không hoànhảo

- Tăng cường khả năng phanh: Khe rãnh có thể tạo ra các cạnh sắc, làm tăngdiện tích tiếp xúc giữa phanh và đĩa Điều này có thể cung cấp khả năng phanh tốt hơn,đặc biệt trong các điều kiện phanh cực đoan hoặc khi cần phanh nhanh và mạnh

- Làm sạch bề mặt phanh: Khe rãnh có thể giúp loại bỏ bụi, chất cặn và dầu từ

bề mặt phanh Điều này cải thiện khả năng tiếp xúc giữa phanh và đĩa, làm tăng hiệusuất phanh và giảm hiện tượng phanh yếu

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng khe rãnh cũng có một số hạn chế và ảnh hưởng tiêucực có thể xảy ra:

- Mài mòn nhanh hơn: Khe rãnh có thể làm tăng diện tích tiếp xúc và tạo ra lực

ma sát mạnh hơn Điều này có thể dẫn đến mài mòn nhanh hơn trên bề mặt má nhanhphanh đĩa, làm giảm tuổi thọ của phanh và đĩa

- Tiếng ồn và rung: Khe rãnh có thể tạo ra tiếng ồn và rung khi phanh Điều này

có thể tạo ra sự bất tiện cho người lái và tạo ra một cảm giác không ổn định trong quátrình phanh

- Tăng cường mài mòn của bốn mặt phanh: Khe rãnh trên má nhanh phanh đĩacũng có thể tạo ra mài mòn không đồng đều trên bốn mặt phanh

- Khi má nhanh phanh đĩa có khe rãnh, diện tích tiếp xúc giữa phanh và đĩakhông đồng đều trên các mặt phanh Điều này có thể dẫn đến mài mòn không đồngđều và không hiệu quả trên bề mặt phanh Khi mặt phanh mài mòn không đều, nó cóthể gây ra hiện tượng rung và làm tăng tiếng ồn trong quá trình phanh Đồng thời, màimòn không đều cũng có thể làm giảm khả năng phanh và độ ổn định của hệ thốngphanh

- Ngoài ra, khe rãnh trên má nhanh phanh đĩa cũng có thể ảnh hưởng đến cách

hệ thống phanh hoạt động Các khe rãnh có thể tạo ra một hiệu ứng hút và ép mạnhchất lỏng phanh, làm tăng áp suất và cải thiện khả năng phanh Tuy nhiên, trong một

số trường hợp, khe rãnh có thể tạo ra hiện tượng cắt gió, làm giảm hiệu suất phanh dogiảm sự tiếp xúc giữa phanh và đĩa

- Hiệu quả của khe rãnh trên má nhanh phanh đĩa có thể khác nhau tùy thuộc vàothiết kế cụ thể và điều kiện vận hành của hệ thống phanh Các nhà sản xuất thường lựachọn kích thước và hình dạng của khe rãnh dựa trên yêu cầu cụ thể của họ để đảm bảohiệu suất phanh tối ưu và đáp ứng các yêu cầu an toàn

2.1.3.3 Ảnh hưởng của kích thước và chiều rộng khe rãnh trên má phanh

Kích thước và chiều rộng của khe rãnh trên má phanh có thể khác nhau tùy thuộcvào thiết kế và loại má phanh đang được sử dụng Thông thường, chiều rộng của kherãnh trên má phanh đĩa có thể dao động từ vài phần mm đến khoảng 5-6mm

Tuy nhiên, rộng của khe rãnh không chỉ phụ thuộc vào mục đích và hiệu suấtphanh, mà còn phụ thuộc vào các yếu tố khác như kích thước tổng thể của má phanh,vật liệu được sử dụng và yêu cầu cụ thể của nhà sản xuất.

Việc chọn rộng khe rãnh phù hợp là một quá trình thiết kế kỹ lưỡng, cân nhắcđến các yếu tố như hiệu suất phanh, tản nhiệt, xả khí, độ bám và tiếng ồn Điều nàyđảm bảo rằng khe rãnh đáp ứng yêu cầu của hệ thống phanh và đảm bảo an toàn vàhiệu quả khi phanh.Vì vậy, không có rộng khe rãnh cố định cho tất cả các má phanhđĩa, mà nó sẽ thay đổi tùy theo từng loại má phanh và yêu cầu cụ thể của hệ thống.Vậy ta thiết kế má phanh sao cho diện tích tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanhđược lớn nhất để giảm áp lực của xilanh ép má phanh vào đĩa, nó cũng chính là giảmlực tác dụng từ chân người lái Ngoài ra ta thiết kế 1 rãnh thoát nhiệt ở giữa má phanh

để khả năng thoát nhiệt được tốt, chấp nhận sự mài mòn không đều và có thể gây ra

âm thanh lớn khi phanh ngặt [5]

2.1.4 Vật liệu sử dụng chế tạo.

Trong hệ thống phanh, một số vật liệu quan trọng được sử dụng, bao gồm:

- Thanh phanh: Thường là thép hoặc hợp kim thép có khả năng chịu nhiệt cao

 Hệ số ma sát (S) là một đại lượng quan trọng trong quá trình phanh Nó mô

tả mức độ ma sát giữa bề mặt của má phanh và thanh phanh hoặc bàn trượt

 Giá trị của S thường nằm trong khoảng 0 đến 1 Hệ số ma sát càng lớn,mức độ ma sát giữa các bề mặt càng cao

 Hệ số ma sát phụ thuộc vào vật liệu sử dụng và điều kiện hoạt động, baogồm cả nhiệt độ và áp lực

-Khe rãnh tấm ma sát:

 Khe rãnh là các đường rãnh được tạo trên bề mặt của má phanh hoặc thanhphanh để tăng khả năng thoát bụi phanh và cải thiện hiệu suất phanh

 Khe rãnh giúp làm sạch bề mặt của má phanh và thanh phanh, giảm thiểuhiện tượng "kẹt kẹt" và đảm bảo một mặt phẳng tiếp xúc lớn hơn giữa các bềmặt.

 Khe rãnh cũng có thể tăng độ bám dính và khả năng làm mát, cải thiện hiệusuất phanh trong điều kiện ẩm ướt

2.1.5 Sự phát thải vật chất dạng hạt trong quá trình phanh ở nhiệt độ cao.

- Mục đích nghiên cứu: Tìm ra loại vật liệu làm má phanh và đĩa phanh sao cho

quá trình phanh tối ưu nhất và lượng phát xạ hạt pm là ít nhất

Trong nghiên cứu này, các đĩa làm bằng bốn vật liệu khác nhau đã được thửnghiệm để đánh giá hiệu quả của đĩa về khí thải phanh Có những đĩa sắt xám với hai

độ bền kéo khác nhau, được ký hiệu là FC170 và FC250, đĩa sắt xám (OCG) phủoxynitride và đĩa gốm làm từ C/SiC vật liệu tổng hợp Một má phanh thương mại loạithép thấp được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của đĩa phanh đối với khí thải

Độ cứng của má phanh là 98,8 ± 6,6 trên thang đo độ cứng Rockwell (HR-R) Sựphân hủy nhiệt của vật liệu ma sát được kiểm tra bằng cách sử dụng nhiệt Độ dẫnnhiệt của vật liệu đĩa được đo bằng nguồn phẳng thoáng qua máy phân tích (TGAQ500, TA Instrument), Diện tích tiếp xúc của bề mặt miếng đệm được phân tích bằngkính hiển vi quang học (Leica S9i) và kính hiển vi đồng tiêu laser kiểm tra nhiệtđộ.Các thử nghiệm phanh được thực hiện bằng lực kế phanh tỷ lệ 1/5 được trang bịhạt, bộ đếm Kích thước của mẫu đệm là 45 x 18 x 6 mm Diện tích tiếp xúc rõ ràngcủa các miếng đệm là 1620 mm2 và đường kính và độ dày của đĩa là 142 mm và 8

mm, tương ứng

Quy trình đánh bóng ở áp suất không đổi được thực hiện trước khi thử phanh chocác phép đo phát xạ để đảm bảo hệ số ma sát ổn định và tiếp xúc đồng đều trên bề mặtmiếng đệm các thử nghiệm phanh được thực hiện ở moomen xoắn không đổi đượctiến hành ở nhiệt độ phanh ban đầu là 250 độ c và vận tốc ban đầu là 150 km/h cho đếnkhi dừng hẳn để mô phỏng điều kiện phanh ở nhiệt độ cao

- Đo lượng phát xạ pm: Một sơ đồ của lực kế quy mô được trang bị hệ thống đo

lường PM để đo lượng phát xạ các hạt pm

(a) (b)Hình 2.2 Tổng lượng phát thải PM theo (a) khối lượng và (b) nồng độ số thu được

trong quá trình phanh

Mass concentration: Tổng khối lượng hạt PM

Number concentration: Nồng độ số lượng hạt PM

Nhiệt độ đĩa tối đa đạt được trong quá trình sử dụng phanh so với độ dẫn nhiệt của ứng dụng sử dụng các đĩa khác nhau Hình nhỏ trong (a) cho thấy nồng

độ khối lượng được chia thành kích thước hạt khác nhau.

Hình 2.3 Mối tương quan giữa độ dẫn nhiệt của đĩa và lượng khí thải phanh trong về

(a) khối lượng, (b) nồng độ số lượng

- Kết quả và thảo luận :

Tổng nồng độ khối lượng tỷ lệ thuận với độ dẫn nhiệt của đĩa, nồng độ khốilượng giảm dần theo thứ tự: FC 170, FC250, OCG và đĩa sứ.

Tổng nồng độ PM được tìm thấy tỷ lệ nghịch với độ dẫn nhiệt của đĩa, nồng độ

số lượng: đĩa sứ tạo ra lượng khí thải phanh lớn nhất tiếp theo là OCG, FC 250, FC170

Nồng độ và đĩa FC170 tạo ra lượng khí thải thấp hơn một chút về số lượng củacác hạt Ngược lại, đĩa gốm cho thấy nồng độ số tăng sớm và sự suy giảm nồng độkhối lượng nhanh hơn so với các đĩa làm từ sắt xám

Tổng nồng độ khối lượng tỷ lệ thuận với độ dẫn nhiệt của đĩa, hiển thị tổng nồng

độ khối lượng cao nhất bằng cách sử dụng đĩa FC170

vật liệu đĩa dẫn nhiệt tốt thì phát thải ra ít hạt hơn so với vật liệu dẫn nhiệt kém nhưngkhối lượng, kích thước của các hạt đó lại lớn hơn [9]

- Độ tăng nhiệt độ theo cơ sở lý thuyết:

Các thử nghiệm phanh được thực hiện ở moomen xoắn không đổi được tiến hành

ở nhiệt độ phanh ban đầu là 250 độ c và vận tốc ban đầu là 150 km/h cho đến khi dừnghẳn để mô phỏng điều kiện phanh ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ đĩa tăng lên 400 °C trong trường hợp sử dụng FC170, trong khi nhiệt độtối đa đạt tới 520 ° C với đĩa gốm

2.1.6 Khí thải phanh khi phanh ở nhiệt độ trung bình.

- Mục đích nghiên cứu: nghiên cứu để phát triển má phanh và đĩa chống mài

mòn nhằm giảm thiểu lượng khí thải từ hệ thống phanh bằng cách sửa đổi các thànhphần của vật liệu ma sát (má phanh) và vật liệu đĩa

Trong nghiên cứu này Bốn đĩa phanh đã được sử dụng để so sánh lượng khí thảiphanh trong nghiên cứu, tức là ba đĩa sắt xám (Công ty ô tô Sungwoo) với độ bền kéokhác nhau và một đĩa tổng hợp C/SiC (DACC Inc.) Các đĩa sắt xám được ký hiệu làFC170, FC200 và FC250 theo độ bền kéo và đĩa làm bằng C/SiC được gọi là đĩa gốm.Vật liệu ma sát sử dụng giấy Emory 100 grit Kích thước của các viên là 0,55 cm(đường kính) × 0,5 cm (độ dày) Các viên nén được xử lý nhiệt ở 150 C trong 1 giờ để

mô phỏng các điều kiện nhiệt độ trên má phanh trong quá trình sử dụng phanh Một

máy thử nghiệm vạn năng (UTM-3367, Instron) đã được sử dụng để đo độ bền hỏngcủa các viên

- Dụng cụ: Máy đo độ cứng Vickers (HMV-G, Shimadzu): đo độ cứng vi mô

của các cao nguyên tiếp xúc hình thành trên bề mặt miếng đệm ngoài ra Các bề mặtcủa má phanh và đĩa và sự phân bố chiều cao trên các bề mặt được phân tích bằng kínhhiển vi đồng tiêu (VK-8710, Keyence) và kính hiển vi quang học (S9i,Leica) Máyquang phổ tia X phân tán năng lượng (EDS), với máy dò tia X khôngcửa sổ được thiếtlập trong kính hiển vi điện tử quét (HR-SEM; SU-70,Hitachi), được sử dụng để phântích thành phần của các hạt mài mòn

- Tiến hành thực nghiệm: Các thử nghiệm phanh được thực hiện bằng cách sử

dụng máy đo lực phanh tỷ lệ 1/5 Kích thước của má phanh là 4,5 cm × 1,8 cm × 0,6

cm và diện tích tiếp xúc danh nghĩa của hai má trên đĩa là 16,2 cm2, xấp xỉ 1/5 diệntích tiếp xúc của má phanh đầy đủ được sử dụng cho phanh trước trong một chiếc xekhách cỡ trung bình Quy trình đánh bóng được thực hiện trước khi kiểm tra khí thải

để đạt được mức ma sát ổn định Thử nghiệm khí thải phanh bao gồm 200 lần phanh ở

100 C (IBT: nhiệt độ phanh ban đầu) để mô phỏng các điều kiện phanh vừa phải.Trong số 200 ứng dụng phanh, nồng độ hạt trung bình của 30 ứng dụng phanh gần đâynhất được sử dụng để tính lượng khí thải phanh

Nhiệt độ phanh được đo bằng cặp nhiệt điện loại K được nhúng trên bề mặt đĩa.Quy trình kiểm tra lực kế chi tiết cho các thử nghiệm phát xạ phanh được Các bề mặtcủa má phanh và đĩa và sự phân bố chiều cao trên các bề mặt được phân tích bằng kínhhiển vi đồng tiêu (VK-8710, Keyence) và kính hiển vi quang học (S9i, Leica) Máyquang phổ tia X phân tán năng lượng (EDS), với máy dò tia X không cửa sổ được thiếtlập trong kính hiển vi điện tử quét (HR-SEM; SU-70, Hitachi), được sử dụng để phântích thành phần của các hạt mài mòn

- Đo lượng phát xạ PM: Các hạt trong không khí trong quá trình phanh được

đo bằng cách sử dụng thiết bị va đập điện áp suất thấp (HR-ELPI+, Dekati)

(a) (b)

(a), (b)Hình 2.4 Nồng độ số lượng (a) và khối lượng (b) của các hạt được biểu thị cùng với

thời gian phanh trong quá trình thử nghiệm

- Kết quả và thảo luận:

Tổng nồng độ khối lượng tỷ lệ thuận với độ dẫn nhiệt của đĩa, nồng độ khốilượng giảm dần theo thứ tự: FC 170, FC200, Fc250, C/Si ( đĩa gốm)

Lượng phát thải PM tương ứng với độ cứng của đĩa bất kể số lượng hoặc nồng độkhối lượng, phù hợp với tốc độ mài mòn dựa trên phương trình của Archard, chỉ rarằng lượng mài mòn tỷ lệ nghịch với độ cứng của vật liệu

Đĩa FC170 cho thấy nồng độ số cao nhất, tiếp theo là FC200 và FC250, trong khiđĩa gốm cho thấy nồng độ nhỏ hơn nhiều

Đĩa sắt xám mềm nhất, FC170 phát thải hạt cao nhất và đĩa gốm tạo ra khí thảiphanh thấp nhất về số lượng và nồng độ khối lượng

Ở nhiệt độ trung bình ta thấy đĩa phanh dùng vật liệu gốm tạo ra khí thải và nồng

độ khối lượng thấp, đáp ứng những mong muốn giảm lượng khí phát thải mong muốncủa thử nghiệm

- Độ tăng nhiệt độ theo cơ sở lý thuyết.

Các thử nghiệm phanh được thực hiện ở moomen xoắn là 50 Nm thử nghiệmdừng được thực hiện ở 100 C (IBT: nhiệt độ phanh ban đầu) ở chế độ kiểm soát mô-men xoắn Được tiến hành ở nhiệt độ phanh ban đầu là 100 độ c và vận tốc ban đầu là

80 km/h và áp suất phanh là 30 bar cho đến khi dừng hẳn để mô phỏng điều kiệnphanh ở nhiệt độ cao

Nhiệt độ đĩa tăng lên 137 °C trong trường hợp sử dụng FC170, trong khi nhiệt độtối đa đạt tới 205 ° C với đĩa gốm

Mặc dù đĩa gốm đáp ứng được những điều kiện về khí phát thải và nồng độnhưng về nhiệt độ của đĩa thì lại tăng rất lớn, và chi phí sản xuất ra phanh đĩa gốm rấtđắt

Vì vậy mặc dù FC170 có sự phát thải khí nhiều nhưng xét về nhiệt độ thì ta cóthể thấy FC170 tăng rất ít đảm bảo quá trình ổn định tản nhiệt khi phanh

Tuỳ vào chủ ý thiết kế, đĩa phanh sẽ được đục lỗ hoặc xẻ rãnh nhằm tối ưu hóa khả năng tản nhiệt cho hệ thống phanh đĩa ô tô khi hoạt động Hầu hết các loại roto hiện nay được làm từ thép carbon Đây là loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt, chịu lực tốt, có độ bền cao [10].

2.1.7 Yêu cầu thiết kế của cơ cấu phanh đĩa.

Cơ cấu phanh đĩa là một hệ thống quan trọng trong các phương tiện giao thông,cần được thiết kế cẩn thận để đảm bảo an toàn khi sử dụng Dưới đây là một số yêucầu thiết kế cơ bản của cơ cấu phanh đĩa [6]:

- Hiệu suất phanh: Cơ cấu phanh đĩa phải có khả năng phanh hiệu quả, đảm bảophương tiện dừng lại nhanh chóng và an toàn Điều này có nghĩa là đĩa phanh phảiđược kích thước và thiết kế sao cho có độ bền cao, đồng thời phải đảm bảo tương thíchvới các bộ phận khác trong hệ thống phanh

- Độ bền và độ ổn định: Cơ cấu phanh đĩa phải được thiết kế để đảm bảo độ bềncao và độ ổn định trong quá trình sử dụng Điều này đặc biệt quan trọng trong cácphương tiện chạy nhanh hoặc có tải trọng nặng.

- Tính năng và tiện nghi: Cơ cấu phanh đĩa cần được thiết kế để sử dụng dễ dàng

và đơn giản, đồng thời đảm bảo tính năng và tiện nghi trong quá trình sử dụng

- Khả năng chống trơn trượt: Cơ cấu phanh đĩa phải được thiết kế để chống trơntrượt trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc trên địa hình khó khăn Điều nàyđảm bảo an toàn khi sử dụng phanh và giảm thiểu nguy cơ tai nạn

- Khả năng chịu nhiệt: Cơ cấu phanh đĩa phải có khả năng chịu nhiệt cao để đảmbảo hoạt động ổn định trong mọi điều kiện Điều này đặc biệt quan trọng trong cácphương tiện chạy nhanh hoặc có tải trọng nặng

- Tuổi thọ và độ bảo trì: Cơ cấu phanh đĩa phải được thiết kế để có tuổi thọ cao

và độ bảo trì thấp, giúp giảm chi phí bảo trì và sửa chữa trong quá trình sử dụng

2.1.8 Quy chuẩn đánh giá.

- Quy chuẩn đánh giá quá trình phanh:

Có nhiều quy chuẩn và tiêu chuẩn khác nhau để đánh giá hiệu suất phanh của

hệ thống phanh, bao gồm các yếu tố sau:

 Hiệu suất phanh: Đo lường khả năng dừng phương của hệ thống phanhtrong một khoảng thời gian nhất định

 Độ ổn định: Đánh giá khả năng hệ thống phanh duy trì độ ổn định vàkhông bị mất hiệu suất phanh trong quá trình sử dụng kéo dài

 Độ nhạy: Đo lường khả năng hệ thống phanh phản ứng nhanh chóng vàchính xác với sự điều chỉnh lực phanh từ người lái

 Độ bền: Đánh giá khả năng hệ thống phanh chịu được các yếu tố môitrường như nhiệt độ cao, ẩm ướt, bụi bẩn và rung động mà không gây giảmhiệu suất hoặc hỏng hóc

Trong quá trình phanh, nhiệt độ có thể tăng lên đáng kể, đặc biệt là ở các thànhphần như bàn trượt và má phanh

- Quy chuẩn đánh giá nhiệt độ:

 Nhiệt độ tối đa cho phép: Đây là nhiệt độ cao nhất mà các thành phần của

hệ thống phanh có thể chịu được mà không bị hỏng hoặc mất hiệu suất

 Sự phân tán nhiệt: Đánh giá khả năng của hệ thống phanh để phân tánnhiệt độ ra môi trường xung quanh và tránh quá nhiệt.

 Hiệu suất ở nhiệt độ cao: Đo lường hiệu suất của hệ thống phanh khi nhiệt

độ cao, đảm bảo rằng hệ thống vẫn có khả năng phanh tốt ngay cả trongđiều kiện khắc nghiệt

Quy chuẩn đánh giá quá trình phanh và nhiệt độ thường được đề ra bởi các tổchức và tiêu chuẩn quốc tế như Society of Automotive Engineers (SAE),International Organization for Standardization (ISO) và các nhà sản xuất phươngtiện giao thông Các quy chuẩn này đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thốngphanh trong các điều kiện hoạt động khác nhau

2.2 Sơ đồ tính toán kiểm nghiệm và các thông số ban đầu.

2.2.1 Sơ đồ tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Huyndai Santa Fe.

* Sơ đồ 1:

Hình 2.5: Sơ đồ lực tác dụng lên xe.

* Sơ đồ 2:

Hình 2.6: Sơ đồ tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh.

2.2.2 Các thông số ban đầu.

Bảng 2.1: Bảng thông số kỹ thuật Huyndai Santa Fe máy xăng 2021.

Trọng lượng không tải: trọng lượng toàn 1710