-_ Hệ thống phanh chậm dan phanh bimg dong co, thuy luc, hoac dién tir Theo kết cấu của cơ cầu phanh - _ Hệ thống phanh với cơ cầu phanh guốc - _ Hệ thống phanh với cơ cầu phanh đĩa The
Tính toán cơ cầu phanh băng phương pháp họa đồ
Xác định mômen phanh cần thiết tại các bánh xe
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cầu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hắn ôtô với gia tốc chậm dân trong giới hạn cho phép
Với cơ cầu phanh đặt trực tiếp tại các bánh xe thì mômen phanh tính toán can sinh ra ở bánh xe mỗi cơ cầu phanh [8]:
G: Trọng lượng ôtô khi đây tải G = 2370 (kg) L: Chiều dài cơ sở của ôtô L = 2,750 (m) a,b,h;: Tọa độ trọng tâm của ôtô.
Hình 2 4 Sơ đồ tác dụng lên ôtô khi phanh
LT =G, - Phan bo tai trong ra câu trước G¡ = 1070 (kg)
G = =G, - Phân bề tải trọng ra cầu sau G; = 1300 (kg)
Jmax : Gia tốc chậm dân cực đại khi phanh Đề tận dụng hết lực phanh thì lực phanh sinh ra phải bằng với lực bám của xe với đường
Trong do: ọ : Hệ số bám của bánh xe với mặt đường Chọn @ = 0,6 rx : Bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Bán kính làm việc trung bình được tính: rụx =À.ro
2X: Hệ số kê đến sự biến dạng của lốp (với xe thiết kế trang bị lốp có áp suất thấp,với các điều kiện hoạt động của xe chon A = 0,93) r„ : Bán kính thiết kế Với xe tham khảo, kiểu lốp sử dụng là 215/55R17 ta có:
H: Chiều cao lốp: H = 0,55.B B: Bê rộng của lốp: B = 215 (mm) Vậy ta có: m= H+5% 25.4 d (2.3)
= 0,55 x 215 +> x 25,4 = 0,3342 (m) 17 d: Duong kinh vanh banh xe: d = 17 (inso)
Mp2 = or * (1 _ HH) Xx PV bx (2.5)
Thiết kế tính toán cơ cầu phanh cscczzxczxzzxcxe2 28 CHƯƠNG 3 THIET KE VA MO PHONG KIEM TRA CO CAU
Cơ cầu phanh sau a) Xác định góc 6, ban kinh p cua luc tong hgp tac dung lén ma phanh.
B : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tâm ma sát, B °
8, : Góc ôm của tắm ma sát, /,0”
Ban kính p xác định theo công thức sau:
VB5 + sin?Bạ — 2Bacos() + ;).sing
Với: r: Bán kính của tang trống, với lốp chọn thiết kế có kí hiệu
205/65RI15 Tham khảo xe tương tự chọn r; = 140 mm
| (Fogo) + sin2120°— 2 (Tggsr) cos(14° + 134°), sin120°
Bo = B, + By = 15° + 110° = 125° cos2.15° — cos2.125° tgổ” = s = 0,23
2.140 (cos15° — cos125°) p= [cay 110° + sin? 110° -2 (a0 m) cos(15° + 125°) sin 110 5 4/110 ử ; tame
5 ° p 9,18 mm r= 140 mm b) Xác định các lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ
Khi tính toán cơ cầu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tông mômen phanh sinh ra ở guốc phanh trước (M'pị hoặc M”p¡) và guốc sau (M'p hoặc M”p2) bang mômen phanh tính toán của mỗi cơ cầu phanh đặt tại bánh xe
Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (Bi B› Bo, r¡) chúng ta tính được góc ỗ và bán kính p nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N (lực N hướng vào tâm 0) Lực R là lực tông hợp của N, T Lực R tạo với lực N góc ọ
Góc ọ được xác định như sau:
Trong do: ula hé s6 ma sat gitra tam ma sát với tang trong, thuong p= 0,3
Góc tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh (@) lớn hơn 16,690, do đó có thể xác định được hướng của phản lực R Hệ số ma sát của má phanh trước và má phanh sau giống nhau nên góc tiếp xúc giữa chúng cũng bằng nhau.
Xác định bán kính ọ Mômen phanh sinh ra ở một cơ cầu phanh của một bánh xe là:
My, =Mmm+ My; = ẹn + Rèn on (2.9)
Trong dé “9 duoc xac định theo công thức:
V1 + 0,32 Đối với má sau: rg = 159,18.——— = 45,74 (mm) 0,3
Xây dựng họa đồ lực phanh [3]
Phanh dẫn động thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác dụng lên các piston sẽ bằng nhau Đối với hệ thống này, khi tác dụng lực F lên bàn đạp phanh, áp suất dầu sẽ tăng lên F/S (S là diện tích các piston dẫn động) Áp suất dầu này sẽ truyền tới cả hai piston dẫn động, tạo ra các lực tác động lên các guốc phanh trước và sau có độ lớn F1 = F2 = F Như vậy, hệ thống này đảm bảo lực tác dụng lên các guốc phanh là bằng nhau, giúp phân bổ lực phanh hợp lý, đảm bảo an toàn và hiệu quả khi phanh.
Họa đồ lực phanh được xây dựng cho từng guốc phanh: a Xác định các thông số hình học của cơ cầu phanh và vẽ so do theo đúng ty lệ, vẽ các lực P b Tớnh gúc ở và bỏn kớnh ứ, từ đú xỏc định điểm đặt lực của R c Tớnh gúc ứ và phương của lực #, kộo đài phương của # và P cắt nhau tại Ở, kéo dài phương của P và ®ˆ cắt nhau tại Ở d Đề xác định được phương của U thì ta dựa vào phương trình cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0: P+R+U =0 e Trén hinh vé ta lay hai doan P bang nhau, dat song song, ngugc chiêu Từ các luc P nay ta dung cac tam giac lực cho các guôc phanh f, Do trực tiếp các đoạn #„ # và tinh ty lệ xích, từ đó ta tính nốt các lực còn lại Đo trực tiếp # và ẹ ta cú: |R`E1,1192mm_ vậy ta cú tỷ lệ:
Ta co hé phuong trinh:
Giải hệ phuong trinh ta dugc: R’ = 12300,4 N, R’ = 6910,3 N
Vậy ta có tỷ lệ xích:
Dựa vào họa dé luc phanh ta tính được các lực còn lại:
Hình 2 5 Họa đồ lực phanh c, Xác định kích thước má phanh
Kích thước mã phanh được chọn trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh
Bán kính tang trồng r, = 140 mm Góc ôm tam ma sat Bo = 120°
Diện tích một má trước: F’ =[Zap 14050 660,76 mm?
" 110 Diện tích một má sau # “[z1ya 14050 439,03 mm?
Tong diện tích tất cả các ma phanh:
= 56199,58 mm? = 561,996 = 0,0562 m Với cơ cầu phanh sau:
Trong do: m: s6 ma phanh, m = 2 Boi: Goc 6m thir i Ở bánh xe sau:
Por = Bor = 120° = 2,09 (rad) Fy, = 4.(2,09.0,14.0,05) = 0,058 (m?) Vay:
=> Fy, = 0,058 + 0,0562 = 0,1142 (m?) d) Kiém nghiệm hiện tượng tự xiẾt Ơœ' _——T—— / k / KN yY' /
Hinh 2 6 Kiém nghiệm hiện Hưởng tự xiết
Khi thiết kế và tính toán cơ cầu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết
Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trồng phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cân tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh Đối với guốc trước phanh của cơ cầu phanh, quan hệ giữa lực P và M'p có dạng:
” ` c(cosð +sin ổ) —up (2.11) a: la khoảng cách từ tâm guốc đến điểm đặt lực P Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosổ” + sind’) — up” = 0 thì Mˆp—> œ Điều này có nghĩa là mômen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là:
C: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt
Trên họa đồ lực phanh ta thấy răng nêu đường kéo dài phương của R' đi qua hoặc nằm dưới tâm quay của guốc phanh O¡ thì sẽ xảy ra hiện tượng tự XIẾT Đối với guốc sau của cơ cầu phanh ta có:
Hp”P”(c.cosa+a) — mp”P(c.cosa +a) P ` c(cosổ” — usinỡ'”) + up c.cosd" + u(p" — sind") Wo Từ họa đồ ta có thể thấy p”— c.sind” >0 trong moi truang hop vi vay: c.cosd” + u(p” — sind’) >0 Vậy với guốc phanh sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết
Kết luận: Với cơ câu phanh sau đã tính toán thiết kế, không xảy ra hiện tượng tự xiết.
Nếu phanh ôtô đang chuyên động với vận tốc Vọ cho tới khi đừng hắn (V
= 0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thê được coi đã chuyên thành công ma sát L tại cơ cầu phanh Œ Vợ 2
G : Trong luong toan b6 ctia été khi day tai Vo : Tốc độ của ôtô khi bat dau phanh Vo = 60km/h = 16,67 m/s g : Gia tốc trọng trường
Vậy công ma sát riêng năm trong giới hạn cho phép Áp suất lên bề mặt má phanh
- Ap suất trên bề mặt má phanh được xác định theo công thúc:
- Với cơ cấu phanh sau Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu, được xác định như sau:
Trong do: u: Hé sé ma sat gitta ma phanh va tréng phanh, p = 0,3 Fs : Dién tich ma phanh tại nơi có MẸ.
Kết luận: Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh năm trong giới hạn cho phép
* Kiểm tra nhiệt độ tang trồng trong quá trình phanh
Động năng của ôtô sẽ chuyển hóa thành nhiệt năng tại má phanh, đồng thời tỏa nhiệt vào môi trường không khí trong quá trình phanh Phương trình cân bằng năng lượng phản ánh mối quan hệ này:
Trong trường hợp phanh ngặt, thời gian phanh rất ngắn nên lượng nhiệt tỏa ra ngoài không khí rất nhỏ, có thê bỏ qua được, như vậy khi đó:
Sự tăng nhiệt độ trống phanh khi phanh với Vị = 30 km/h = 8,33 m/s, V2
?ˆ; Độ tăng nhiệt độ của trồng phanh so với môi trường không khí
G : Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đây tải G = 2370 kg g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s?
C_: Nhiệt rung riêng của trống phanh làm bằng gang C = 500 J/kg.độ 50KGm/kg.do m, : Khối lượng các trồng phanh và các chỉ tiết bị nung nóng. Œ.(VỆ — Vệ) m= 2.15 g.€ = 1117 kg
Trên thực tế khối lượng các trồng phanh và các chỉ tiết bị nung nóng lớn hơn khối lượng ứ„ do đú thỏa món điều kiện bờn nhiệt
Kết luận: Cơ cấu phanh thiết kế đảm bảo thoát nhiệt tốt
Trong chương này, đã trình bảy phương pháp tính toán thiết kế hệ thống phanh theo phương pháp truyền thống Quá trình thiết kế bao gồm tính toán thiết kế cơ cầu phanh trước, cơ cầu phanh sau, trợ lực chân không, xIlanh chính và bộ điều hòa lực phanh Sau khi đã có các thông số cơ bản, quá trình thiết kế các chi tiết và tiền hành kiếm bên một số chi tiết và bộ phận của cơ cầu phanh sẽ được thực hiện
Việc thiết kế chi tiết của hệ thống phanh phụ thuộc vào các thông số tải trọng, tốc độ, đường kính ống dẫn, đường kính piston, áp suất lớn nhất của hệ thống và các yêu cầu kỹ thuật khác Các chi tiết phải đảm bảo an toàn, độ bền và đáp ứng hiệu suất, chất lượng của hệ thống phanh.
Sau khi đã thiết kê các chỉ tiết, kiêm bên các chi tiết và bộ phận của cơ cầu phanh cũng là một bước quan trọng trong quá trình thiết kế Kiếm bên sẽ giúp đánh giá khả năng chịu tải và độ bền của các chỉ tiết và bộ phận, từ đó đưa ra các điều chỉnh và cải tiền néu cân thiết dé dam bao tính an toàn và độ tin cậy của hệ thông phanh.
CHUONG 3 THIET KE VA MO PHONG KIEM TRA CO CAU
3.1 Gidi thiéu phan mém NX Siemens NX Siemens là một phần mềm CAD/CAM/CAE tích hợp được phát triển boi Siemens PLM Software NX Siemens duoc su dung rong rai trong các lĩnh vực thiết kê, gia công cơ khí và sản xuất, hỗ trợ quá trình thiết kê, mô phỏng, gia công và kiêm tra sản phẩm
Hinh 3 1 Phan mém NX Siemens
Thiết lập vật liệu cho mô hình - s¿22zz+£zzzsrzsed 43 3.4.3 Phương pháp phân tử hữu hạn - 525 ccScEzEzEcEerxi 44 3.4.4 Thiết lập điều kiện biên - 5-5 1S x2 ExEErEtxrxerrrei 45 3.4.5 Kết quả và đánh giá kết quả - 5-5 s2 2tcEerrrey 49 KẾT LUẬN 55s 2 T2 TT HH H221 trau 57 I8
Với yêu cầu bài toán là khảo sát vật liệu Vậy nên vật liệu áp dụng cho mô hình bao gồm:
- Hop kim nhôm - Thép két cau - Hop kim titan - Gang xam Trong đó gang xám là vật liệu được dùng đề chế tạo trông phỏ biên hiện nay
Bảng 2 Thông số các vật liệu
Hop kim Thépket Hopkim Gang
, - Đơn vị nhôm cầu titan xam
Khối lượng riêng 2.77 7.85 4.62 7.2 Kg/mm3 Ứng suất giới hạn 280 250 930 300 MPa
3.4.3 Phương pháp phân tử hữu hạn Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM), là một phương pháp số gần đúng đề giải các bài toán về kỹ thuật và vật lí toán học.Các vấn đề được quan tâm bao gồm phân tích kết cầu, truyền nhiệt, lưu chất, truyền khối và điện thé
Phương pháp phần tử hữu hạn giải bài toán giá trị biên cho phương trình vi phân từng phần bằng cách chia miền xác định thành các phần tử hữu hạn nhỏ hơn Các phương trình đơn giản mô hình hóa các phần tử này được tập hợp thành một hệ phương trình lớn hơn đại diện cho toàn bộ bài toán FEM sau đó sử dụng các phương pháp giải hệ phương trình này để tìm giá trị của hàm xấp xỉ tại các nút của mỗi phần tử, từ đó xác định hoàn toàn hàm xấp xỉ trên mỗi phần tử.
Chia lưới là một bước quan trọng trong phân tích kết cau, tôi ưu hóa nói riêng và trong các bài toán mô phỏng nói chung Việc tạo lưới sẽ ảnh hưởng đến độ
45 chinh xac va thoi gian cua bai toan Bai toan kiêm bên nhiệt sẽ được thực hiện trên trông phanh Mô hình lưới của trông phanh được thực hiện trên phần mềm Ansys Kích thước phân tử được cài đặt là 4 mm Mô hình lưới trong hình bên dưới là loại lưới 3D kiêu tứ diện
Tình 3 7 Mô hình phần tử bữu hạn của trống phanh
Mô hình lưới được thực hiện trên mô hình trong phanh với kích thước phân tử là 4 mm và chia lưới theo phương pháp tự động
Bảng 3 Thông số mô hình lưới của mô hình
3 _ Kíchthước phần tử 4mm 3.4.4 Thiết lập điều kiện biên
Với bài toán kiêm bên nhiệt thì trong quá trình thiết lập bài toán sẽ sử dụng 2 bài toán là bài toán phân tích truyền nhiệt và bài toán kiểm bên tĩnh. xv A v
3 sì Geometry x⁄ ———: ig) Geometry ray
“^- Steady-State Thermal vs FO fests Static Structural
Hinh 3 8 Bai todn kiém bén nhiét Đầu tiên sẽ phải thiết lập bài toán phân tích truyền nhiệt
1, Các điều kiện biên được áp dụng bao gồm:
- _ Nhiệt độ (Temperature): nhiệt độ được áp dụng trong bài toán là 100 °C
- Scope Scoping Method | Geometry Selection
- Nhiệt đối lưu (Convection): Nhiệt đối lưu 1a qua trinh truyén nhiét bang cách chuyên động nhiệt từ một vỊ trí có nhiệt độ cao đến một vị trí có nhiệt độ thấp thông qua sự lưu chuyên của chất lỏng hoặc chất khí đối với trông phanh nhiệt được truyền ra không khí nên trong quá trình thiết lập giá trị của đối lưu nhiệt sẽ sử dụng giả trị theo tiêu chuan cua phan mém.
Tiếp theo thiết lập bài toán kiếm bên tĩnh
1, Thiết lập điều kiện biên cho bài toán
-_ Hỗ trợ có định (Fixed Support): được áp dụng cho mặt sau của trồng phanh Nó sẽ giữ cô định mô hình
Hình 3 11 Hỗ trợ cố định tại mặt sau trong phanh
- _ Áp suất (pressure): giá trị áp suất được dùng trong bài toán là 0.66 Mpa ( được tính trong chương 2) Áp suất này đo má phanh tác dụng lên trống phanh Điều kiện biên này mô phỏng cho quá trình phanh do má phanh ép vao trồng phanh Áp suất trong trồng phanh được tính theo công thức: a Rin a (3.2)
M, momen phanh do guốc phanh trước sinh ra, M p= 51 km) ụ - hệ số ma sát giữa má phanh và trồng phanh, // = 0,3 b - chiều rộng má phanh, b = 50 (mm) = 0,05 (m) rn - bán kính trông phanh, r= 120 (mm) = 0,13 (m) By - goc 6m cua tam ma sat: By = _ = 2.093 (rad)
Ta có áp suất trong trồng phanh đối với má trước:
= 0.933 MPa R' or! 704,65 x 0.04574 = 52328.5( kG/m?) P2= 1 br2.Bo 0.3 0.05 x 0.142 x 2.095
Hinh 3 12 Ấp suất áp dụng cho trồng phanh - _ Vận tốc quay (rotational velocity ): là thông số đo lường tốc độ quay của một vật thê xung quanh một trục quay Vận tốc quay cho ta biết tốc độ quay cua vat thé, dugc tinh bang don vi vong/phut hoac rad/s (radian trên giay) Gia tri được áp dụng là 700 vong/phut
3.4.5 Kết quả và đánh giá kết quả Các kết quả đầu ra bao gồm:
1, Biến dạng toàn phân (total deformation): đề cập đến sự thay đổi hoặc biến dạng tông thê về hình dạng, kích thước hoặc vị trí của vật thê hoặc vật liệu do ngoại lực hoặc ứng suất bên trong gây ra Nó thường được đo bằng sự khác biệt giữa kích thước ban đầu hoặc kích thước ban đầu của đối tượng và kích thước cuối cùng hoặc biên dạng của nó
Tổng biến dạng có thê được thê hiện theo nhiều cách khác nhau, tùy thuộc vào bối cảnh và loại biến dạng đang được xem xét Ví dụ, nếu một vật thê rắn chịu lực kéo, tổng biến dạng có thê được đo bằng độ giãn đài hoặc độ giãn của vat thé Tuong tu, nêu một vật thể chịu một lực nén, tổng biến dang co thé duoc đo băng sự nén hoặc giảm kích thước của vật thê.
Hinh 3 14 Tổng biển dạng của mô hình
2, Biến đạng đàn hồi tương đương là một đại lượng được sử dụng đề mô tả tính đàn hồi của vật liệu Nó được định nghĩa là tỷ số giữa ứng suất tương đương và biến dạng tương đương của vật liệu Vật liệu có biến đạng đàn hồi tương đương cao sẽ có khả năng phục hồi lại hình dạng ban đầu sau khi bị biến dạng, trong khi vật liệu có biến đạng đàn hồi tương đương thấp thì sẽ khó phục hồi lại hình dạng ban đầu
Biến dạng đàn hồi tương đương (Equivalent elastic strain) là một thông số quan trọng trong khoa học và kỹ thuật vật liệu, vì nó giúp xác định tải trọng tôi đa mà vật liệu có thê chịu được trước khi nó bị biến dạng vĩnh viễn hoặc hỏng hóc Nó cũng được sử dụng đề xác định các thông số thiết kế cho các kết cầu và câu kiện chịu ứng suât và biên dạng.
Hinh 3 15 Bién dang dan hoi
3, Ứng suất tương đương là một giá trị ứng suất duy nhất được tính toán để thê hiện mức độ ứng suất tong thê của một vật liệu trên mặt phang cat ngang
Nó là một giá trị thay thế cho các thành phần ứng suất riêng lẻ trên các hướng khác nhau, vì các thành phần này thường khác nhau và khó đo lường Ứng suất tương đương thường được sử dụng để dự đoán khả năng vật liệu bị vỡ hoặc biến dạng Nó cũng được sử dụng trong thiết kế kết cầu và vật liệu để xác định mức độ ứng suất trên các phần của vật liệu và đảm bảo răng chúng không vượt quá giới hạn chịu đựng của vật liệu Công thức tính toán ứng suất tương đương khác nhau tùy thuộc vào loại ứng suất mà ta muốn tính toán Ví dụ, trong ứng suất nén và uốn, ứng suất tương đương được tính bằng trung bình cộng của các thành phần ứng suất, trong khi trong ứng suất kéo thì được tính băng nửa tông các thành phần ứng suất chênh lệch giữa các mặt phăng cắt ngang Ứng suất tương đương là một thông số quan trọng trong khoa học và kỹ thuật vật liệu, vì nó giúp xác định tải trọng tối đa mà vật liệu có thê chịu được trước khi hỏng Nó được sử dụng đề đánh giá độ an toàn và độ bên của các kết câu và điều kiện chịu ứng suât và biên dạng.
Hinh 3 16 Ung sudt neong duong
