TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE TẢI

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, CƠ CẤU PHANH XE TẢI

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE TẢI Hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng trên ô tô, do vậy việc tính toán thiết kế hệ thống phanh là một công việc cần thiết. Nhiệm vụ đặt ra là phải tính toán để xác định được giá trị mô men phanh yêu cầu, giá trị mô men phanh do các guốc phanh sinh ra trong quá trình phanh ô tô; Sau đó chứng minh sự cần thiết phải lắp bộ điều chỉnh lực phanh, tính toán sự thay đổi áp suất khí nén trong các dòng phanh cầu trước và cầu sau, xây dựng các đường đặc tính 1. CÁC SỐ LIỆU ĐÃ BIẾT: - Trọng lượng bản thân G 0 = 7380 [ KG] +Tải trọng phân bố lên cầu trước: G 01 = 3455 [ KG] + Tải trọng phân bố lên cầu sau: G 02 = 3925 [ KG] - Tải trọng toàn bộ: G a = 26500 [ KG] +Tải trọng phân bố lên cầu trước: G a1 = 6500 [ KG] + Tải trọng phân bố lên cầu sau: G a2 = 20000 [ KG] -Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: Hg = 1100 [ mm ] khi đầy tải 1.1. Xác định tọa độ trọng tâm a, b: Trường hợp ô tô đầy tải: Tọa độ trọng tâm của xe a, b, L ∆ O2 O1 Z1 Z2/2Z2/2 Z2 Ga O hg b a L Lo Hình 1. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô (trường hợp ô tô đầy tải) Trong đó: G a : Trọng lượng toàn bộ của xe. G a1 , G a2 : Trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau của xe. Gọi thứ tự các cầu tính từ phía đầu xe trở lùi là: cầu 1, cầu 2, cầu 3. Gọi cầu 1 là cầu trước và cầu 2, cầu 3 là cầu sau. Như vậy ta có: L O = 3380 [mm] là khoảng cách giữa cầu 1 và cầu 2. ∆L = 1300 [mm] là khoảng cách giữa cầu 2 và cầu 3. L = L 0 + 2 L∆ = 4030 2 1300 3380 =+ [mm] L = 4030 [mm] là chiều dài cơ sở của xe. Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc: a, b Theo sơ đồ trên (hình 1) ta qui ước chiều dương ngược chiều kim đồng hồ. Lấy mô men tại O 1 ta có : G a .a - L Z . 2 2 0 - ).( 2 0 2 LL Z ∆+ = 0 ⇒ a = a G L LZ       ∆ + 2 02 Mà Z 2 = G a2 ⇒ a = a a G L LG       ∆ + 2 02 = L G G a a . 2 (1) a = 5,30414030. 26500 20000 = [mm] Theo sơ đồ hình 1. ta có : a + b = L (2) ⇒ b = L – a = 4030 – 3041,5 = 988,5 [mm] Vậy ta đã tính được tọa độ trọng tâm với trường hợp xe đầy tải là: + a = 3041,5 [mm] = 3,0415 [m] + b = 988,5 [mm] = 0,9885 [m] + hg = 1100 [mm] = 1,100 [m] 1.2. Xác định mô men phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh: Trường hợp ô tô đầy tải: Khi phanh, bỏ qua lực cản gió P w và lực cản lăn P f1 , P f2 vì khi phanh vận tốc giảm dần rất nhanh, nếu như phanh đến vận tốc V = 0 thì lực P f1 + P f2 rất nhỏ so với P P1 +P P2 Lo L a b hg O Ga Z2 Z2/2 Z2/2 Z1 O1 O2 ∆ L Pj ω P Pp2/2 Pp1 Pp2/2 Hình 2. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh (trường hợp ô tô đầy tải). Từ hình 2. Ta viết phương trình cân bằng mômen: Với g G JP a Pj .= (3) - Lập phương trình cân bằng momen đối với O 2 ta có 0 1 =−− hgbL P G z j a ⇒         += g hJ b L G Z gp a 1 1 . (4) - Lập phương trình cân bằng momen đối với O 1 ta có 0 2 =−− hgLa PZ G j a ⇒         −= g hJ a L G Z gp a 1 2 . (5) Trong đó : g - gia tốc trọng trường, g = 9,81[m/s 2 ] J p - Gia tốc chậm dần khi phanh, J p = ϕ.g ϕ- Hệ số bám của bánh xe đối với đường Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một mômen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng mômen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tối đa.Đối ô tô tải do khó bố trí cơ cấu phanh trong bánh xe và xe thường cháy ở trên đường xấu, nên thường lấy: ϕ = 0,6 ÷ 0,8 ta chọn ϕ = 0,7 Để sử dụng hết trọng lượng bám của ôtô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước và sau. Lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe tức là phanh có hiệu quả lớn nhất khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng. Từ đó ta có lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và sau là : - Lực phanh sinh ra ở cầu trước: P p1 = ϕ.Z 1 [N] (6) - Lực phanh sinh ra ở cầu sau: P p2 = ϕ.Z 2 [N] (7) Từ (6) và (4) ta có lực phanh sinh ra ở một bánh của cầu trước là : ( )       += 11 . .2 . g a p hb L G P ϕϕ [N] (8) Với : G a = 26500 [KG] = 259965[N] L = 4030 [mm] = 4,030 [m] ⇒ ( )       + × = 1,1.9885,0 030,42 259965 . 1 ϕϕ p P = 31882,8. ϕ + 35479,1. ϕ 2 [N] Từ (7) và (5) ta có lực phanh cần sinh ra ở một bánh của cầu sau là: ( )       −= 12 . 4 . g a p ha L G P ϕϕ (9) ⇒ ( )       − × = 1,1.0415,3 030,44 259985 . 2 ϕϕ p P = 49053, ϕ - 17740,9. ϕ 2 [N] Vậy mômen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh. + Mô men phanh cần sinh ra ở 1 cơ cấu phanh trước: M p1 = P p1 .r bx (10) Trong đó : r bx : bán kính làm việc của bánh xe Đối với xe TẢI cả cầu trước và càu sau điều sử dụng một loại lốp có ký hiệu nhu sau: 10.00-20R-14PR ta có đường kính ngoài của lốp D = 34in = 863,6 [mm] Vậy ta có bán kính làm việc của lốp theo thiết kế là. r o = D/2= 863,6/2 = 431,8 [mm] Ta có r bx được xác định theo công thức sau: r bx = λ b . r o [mm] Với : λ b là hệ số biến dạng của lốp,chọn λ b = 0,95 ⇒ r bx = 0,95.431,8 = 410,21 [mm] = 0,4102 [m] ⇒ M p1 = (31882,8. ϕ + 35479,1. ϕ 2 ).0,4102 = (31882,8.0,7 + 35479,1.0,7 2 ).0,4102 = 16286 [Nm] + Mô men cần sinh ra ở cơ 1 cấu phanh sau: M p2 = P p2 .r bx = (49053, ϕ - 17740,9. ϕ 2 ) . 0,4102 = (49053,0,7 - 17740,9.0,7 2 ) . 0,4102 [Nm] = 10519 [Nm] Từ mômen sinh ra ở trên ta chọn cơ cấu phanh trước và cơ caaus phanh sau có cùng cơ cấu ép bằng cam, có cùng kính thước và cung kiểu bố trí 2. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH 2.1. Các số liệu cơ bản: + Cơ cấu phanh trước: Theo tài liệu tham khảo [2], đường kính trống phanh năm trong khoảng: d t = (0.8 ÷ 0.85)r bx, ta chọn : d t = 084. r bx = 0.84.410.2 = 344.6 d t - Đường kính bề mặt ma sát của trống phanh; d t = 410 (mm) b - Bề rộng má phanh; b = 160 (mm) β- Góc ôm má phanh; β = 116 0 α 0, α 1 - Góc đặt tấm ma sát; α 0 = 29 0 α 1 dN dFT P Y X rt h h' h'' O s d α α 0 C β α l α 1 = 145 0 d k : Đường kính vòng tròn cơ sở của cam; d k = 38 (mm) l k : Chiều dài đòn dẫn động cam trước; l k = 150 (mm) Các kích thước : h’ = 158(mm); h ” = 162 (mm), h = h ’ + h ” = 158+162 = 320 (mm) D 1 = 185 (mm):Đường kính của màng bầu phanh trước + Cơ cấu phanh sau: d t : Đường kính trống phanh; d t = 410 (mm) b : Bề rộng má phanh; b = 170 (mm) β : Góc ôm má phanh; β = 116 0 α 0, α 1 : Góc đặt tấm ma sát; α 0 = 29 0 ; α 1 = 145 0 d k : Đường kính vòng tròn cơ sở của cam; d k = 38 (mm) l k : Chiều dài đòn dẫn động cam phanh sau; l k = 145 (mm) D 2 = 170 (mm) đường kính của màng bầu phanh sau; Các kích thước : h ’ = 158 (mm); h ” = 162 (mm) h = h ’ + h ” = 158+162 = 320 (mm) 2.2. Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh trước sinh ra. Hiện nay để xác định mô men phanh M p ta có ba phương pháp là: Đồ thị, giải tích và đồ - giải. Phương pháp giải tích phổ biến và ưu việt hơn cả vì nó đơn giản, có độ chính xác cao và thuận tiện khi cần phân tích ảnh hưởng của các thông số. Bởi vậy ở đây em sử dụng phương pháp giải tích để tính, và ta có sơ đồ tính như sau: Hình 4. Sơ đồ tính. Xét cân bằng guốc phanh với các giả thuyết sau: - Áp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh. - Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổng quát: q = q max .ψ ( α ) Trong đó: q max - Ap suất lớn nhất trên má phanh. ψ ( α ) - Hàm phân bố áp suất. - Hệ số ma sát µ giữa trống và má phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh. Đối với cơ cấu phanh đang khảo sát và tính toán, guốc phanh chỉ có một bậc tự do nên xét trường hợp áp suất trên má phanh phân bố theo quy luật đường sin: q = q max .sinα. (12) Khi phân bố theo đường sin, các phần tử lực pháp tuyến dN và lực ma sát dF T từ phía trống phanh tác dụng lên phần tử vô cùng bé dα (hình 3) của má phanh là: dN = q max .b.r t .sinα.dα dF T = µ.q max .b.r t .sinα.dα Và lực ma sát tạo ra một mô men phanh: dM p =dF T .r = µ. q.b.r t 2 .dα, hay dM p =µ. q max .b.r t 2 .sinα.dα. (13) Tích phân biểu thức (13) từ α 0 đến α 1 ta được mô men phanh tổng do các guốc phanh tương ứng tạo ra (guốc tự siết chỉ số1, guốc không tự siết chỉ số2): ∫ = 1 0 .sin 2 max2,1 α α ααµ drbqM tP (14) Để xác định q max , ta viết phương trình cân bằng mô men đối với điểm quay (C) của guốc : 0.sin 1 0 1 0 =−±= ∫∫ ∑ α α α α α dNsdFlhPM Tc (15) Thế các biểu thức của dF T và dN vào (15) và l= (r t - scosα), thì sau khi biến đổi chúng ta có: q max =[P.h/(r t. .b)]/{s ∫ ∫ ∫ − 1 0 1 0 1 0 ].cos.sin.sin[.sin.sin α α α α α α αααααµααα dsdrd t  } (16) Thế biểu thức (16) vào phương trình (14) rồi chia tử và mẫu cho r ∫ 1 0 .sin α α αα d chúng ta nhận được phương trình xác định mô men của mỗi guốc theo lực ép: M p1,2 = P.h.µ/(A  µB) (17) Ở đây: A= t r s . )cos(cos4 )(2)2sin()2sin( 10 0110 αα αααα − −+− (18) B= )cos(cos .2 1 10 αα −− t r s (18) Dấu (-) ở mẫu số của biểu thức (17) tương ứng với guốc tự siết, còn dấu (+) tương ứng với guốc không tự siết. Như vậy mô men tổng của cả 2 guốc phanh sẽ là: M P ∑ = M P1 + M P2 = 22 22 11 11 BA hP BA hP µ µ µ µ + + − (19) α 1 β C α0 O X P 9 0 ° Pmax Vì cơ cấu phanh yêu cầu có độ cứng vững cao, là loại phanh guốc một bậc tự do nên:ψ (α) = sinα và áp suất q max tác dụng ở điểm có α =90 0 (hình 4). Hình 5. Biểu đồ phân bố áp suất trên má phanh theo qui luật hình sin. Với: α 0 = 29 0 α 1 = 145 0 r t = 410/2 = 205 (mm) s = 162 (mm) Thay các giá trị trên vào (18) và (19) ⇒ A = ( ) ( ) ( ) 785,0 205 162 . )145cos29(cos4 ) 180 1416,3 .(291452145.2sin29.2sin 00 0000 = − −+− ⇒ B = 1- 34,0)145cos29(cos 205.2 162 00 =− Ở đây, cơ cấu ép bằng cam nên ta có: M p1 = M p2 ; A 1 = A 2 = A và B 1 = B 2 = B, (20) tức là: P 1 .h 1 /(A-µ.B) = P 2 .h 2 /(A+µ.B) (21) Từ điều kiện cân bằng cam ép (hình 5), ta có: P d .l k = (P 1 +P 2 ).d k /2 (22) l k P d P 1 h 1 h 2 d k 2 P Hình Sơ đồ tính toán cơ cấu ép. Từ (21), nếu xem h 1 ≈ h 2 thì: P 2 = P 1 . BA AP BA BA PP BA BA . 2 ).( ).( 1 ).( ).( 1 12 µµ µ µ µ − =         − + ++⇒ − + Thay biểu thức trên vào (22), ta tìm được: Lực do guốc tự siết sinh ra: P 1 = )1( A B d l P k k d µ − [N] (23) Lực do guốc tự tách sinh ra: P 2 = )1( A B d l P k k d µ + [N] (24) với: l k - Chiều dài đòn dẫn động cam trước; l k = 150 (mm) d k - Đường kính vòng tròn cơ sở của cam quay; d k = 38 (mm) µ - Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh µ = 0,32 ÷ 0,38, chọn µ = 0,35 A, B: Hệ số kết cấu Lực tác dụng lên đòn của cam ép cơ cấu phanh trước được xác định theo công thức: 11 SpP d ×= [N] (25) Ở đây: [...]... 2 [MN/m 2 ] Ở đây mô men phanh của cơ cấu phanh cầu trước lớn hơn mô men phanh của cơ cấu phanh cầu sau nên ta chỉ kiểm tra bề rộng má phanh với trường hợp cơ cấu phanh cầu trước: b≥ M P1t 28958,52.180 = = 0,1544 [m] 2 µ rt β [ q ] 0,35.205 2.116.3,14.2.10 6 Hay b ≥ 154,4 [mm] So điều kiện ta thấy bề rộng các má phanh trên các cơ cấu phanh trước bằng 160 (mm) và các cơ cấu phanh sau bằng 170 (mm) là... lực phanh βP và hệ số bam φ khi xe đầy tải + Đường số 2 là đường biểu diễn hệ số β p = Const = β tt Trong khi mô men phanh thực tế do cơ cấu phanh tạo ra là quan hệ tuyến tính và qua gốc toạ độ: Mp1t = p1.K1 ( 6-32 ) Mp2s = p2.K2 ( 6- 33 ) Trong đó: p1, p2 - Tương ứng là áp suất phanh trong bầu phanh trước, sau; K1, K2 : Tương ứng là các hằng số đặt trưng cho kết cấu của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh. .. vậy bề rộng các má phanh trên các cơ cấu phanh trước bằng 160 (mm) và cơ cấu phanh sau bằng 170 (mm) là bảo đảm Kiểm tra bề rộng má phanh thông qua áp suất trên bề mặt má phanh q t theo công thức: q= ⇒b≥ MP µ b.r t 2 β ≤ [ q] Mp (42) µ rt 2 β [ q ] Trong đó: MP : mô men do guốc phanh của má phanh đó tạo ra Với cơ cấu phanh của cầu trước: Mp1t = 28958,52 [N.m] Với cơ cấu phanh của cầu sau: Mp1s = 24307,45... cho kết cấu của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau Khi không có bộ điều chỉnh lực phanh thì, áp suất phanh của bầu phanh trước và bầu phanh sau khi phanh khẩn cấp là như nhau, tức là: p1 = p2 Khi đó ta có : βp = M pt (34) M ps Với kết quả phần tính mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh, ta có - Tỷ số mô men phanh : Từ đồ thi trên hình 7 ta có Khi φ = 0,565 thì p1 = 952196,3 [ N/m2 ] p 2 = 951756,5... 2 cơ cấu phanh, cầu sau có 4 cơ cấu phanh cho nên biểu thức (29)ta viết lại như sau: βp = Pp1 Pp 2 = (b + ϕhg ) Z1 / 2 = Z 2 / 4 (a − ϕhg ) / 2 ⇒ βp = Pp1 Pp 2 = (b + ϕhg ) M p1 Z1 / 2 = = Z 2 / 4 (a − ϕhg ) / 2 2 M p 2 (31) (do tất cả các bánh xe đều có cùng bán kính rbx) Trong đó: P P1, PP2 - Tương ứng là lực phanh do một cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau tạo ra MP1, MP2 - Tương ứng là mô men phanh. .. diển quan hệ áp suất phanh dòng trước và sau theo lý thuyết + Đường 1 biểu diển quan hệ giữa áp suất dòng sau và hệ số bám đối với trường hợp xe đầy tải tải: + Đường 2 biểu diển đặc tính lý tưởng + Đường 3 biểu diển quan hệ giữa áp suất dòng sau theo hệ số bám trường hợp xe không tải 4 TÍNH KIỂM TRA HIỆU QUẢ PHANH THỰC TẾ: Khi người lái tác động lên bàn đạp phanh thì ở các cơ cấu sẽ hình thành các... ở một bánh xe Phanh chỉ ăn một bánh thường xảy ra trong trường hợp điều chỉnh phanh không đúng Để tránh hiện tượng này cần phải điều chỉnh lại Má phanh và trống phanh bị mòn Má phanh và trống phanh bị mòn sớm hơn quy định thường là việc bảo dưởng không chu đáo các phanh bánh xe Cần phải luôn nhớ rằng, chỉ với những phanh tốt mới đảm bảo an toàn vận hành Người lái xe phải biết điều chỉnh phanh kịp thời,... của xe) thì hệ số phân phối lực phanh βp phải là một đại lượng thay đổi phụ thuộc vào trạng thái đường (cụ thể là hệ số bám) và mức độ chất tải của xe (thể hiện qua các toạ độ trọng tâm) Đồ thị biểu diễn quan hệ thay đổi lý tưởng được thể hiện trên hình 8 Từ các kết quả tính toán ở trên ta tiến hành lập bảng và xây dựng các đường đặc tính lý thuyết Bảng 4 Các thông số cơ bản của xe ứng với khi đầy tải. .. còn gọi là mô men phanh Mp Nếu lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe sẽ đồng thời bị hãm cứng và lực phanh đạt giá trị cực đại bằng lực bám, tức là: Pp1 = ϕ Z 1 , Pp 2 = ϕ Z 2 , thì hiệu quả phanh sẽ cao nhất (29) Từ (28) có thể viết: Pp1 Z1 Pp1 hay: Pp 2 = Pp 2 Z2 = = Pp1 + Pp 2 Z1 + Z 2 = m a J p ma g = Z 1 b + ϕ hg = Z 2 a − ϕ hg Jp g =ϕ (30) Ở đây ta chỉ tính toán cho một cơ cấu phanh ở cầu trước và... )0,32.0,35    4 0,038 0.685  +   0,685 + 0,35.0,33       K1 = 0.0954 Vậy ta có áp suất phanh của cầu trước p1[N/m2], là: p1 = M p1 k1 [N/m2] + Xác định áp suất của cơ cấu phanh sau: Tương tự ta thay các giá trị ứng với cơ cấu phanh sau vào công thức (26) thì ta nhận được áp suất của cơ cấu phanh sau là: MP∑ = p2.k2 [N.m] Mp 2 k2 [N/m2] ⇒ p2 = Với  3,1416.0,17 2 0,145  0,33 (1 + 0,35 )0,32.0,35 . TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE TẢI Hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng trên ô tô, do vậy việc tính toán thiết kế hệ thống phanh là một công việc cần thiết. Nhiệm. cấu phanh trước và cơ caaus phanh sau có cùng cơ cấu ép bằng cam, có cùng kính thước và cung kiểu bố trí 2. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH 2.1. Các số liệu cơ bản: + Cơ cấu phanh. g g p p ha hb Z Z P P . . 2 1 2 1 ϕ ϕ − + == (30) Ở đây ta chỉ tính toán cho một cơ cấu phanh ở cầu trước và cầu sau. Vì cầu trước có 2 cơ cấu phanh, cầu sau có 4 cơ cấu phanh cho nên biểu thức (29)ta viết lại như