THIẾT kế môn học (autosaved)

[Type here] [Type here] [Type here] THIẾT KẾ MÔN HỌC “Kết cấu tính tốn hệ thống phanh tơ” Họ tên: Lương Tiến Tài Lớp: Cơ khí tơ – K55 Mã sinh viên: 1406863 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ PHẦN I: GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 GIỚI THIỆU SỐ LIỆU CHO TRƯỚC VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỢC GIAO Phương Loại ô tô án 11 Khách Ga1 Ga2 L0 hg Ký hiệu (N) (N) (mm) (mm) 70000 100000 61500 800 Loại cấu phanh Loại dẫn động lốp Trước Sau phanh 13 R22.5 Trống Trống Khí nén hai dòng độc lập 1.2 PHÂN TÍCH PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỢC GIAO 1.2.1 Bố trí chung hệ thống phanh theo phương án thiết kế Hình 1.1 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén 1: Máy nén khí 5: Bầu phanh bánh xe 9: Guốc phanh 2: Ống dẫn khí nén 6: Cam tác động 10: Van điều khiển 3: Đồng hồ đo áp suất 7: Lò hồi vị 11: Bầu phanh bánh xe 4: Bình chứa khí nén 8: Má phanh 12: Bàn đạp a) Kết cấu hệ thống phanh có hai phần chính: [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ - Dẫn động phanh, phận điều khiển cấu phanh - Cơ cấu phanh, phận trực tiếp tạo lực cản, thường làm việc theo nguyên lý ma sát, biến động ô tô thành nhiệt tỏa mơi trường bên ngồi phanh b) Vì xe khách có trọng lượng tồn lớn nên sử dụng loại dẫn động phanh khí nén (hai dòng độc lập)  Với ưu điểm: - Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ - Độ tin cậy cao dẫn động phanh thủy lực, hệ thống có chỗ bị rò rỉ hệ thống làm việc - Dễ phối hợp với dẫn động cấu sử dụng khí nén khác tơ - Dễ tự động khí hóa q trình điều khiển  Tuy có số nhược điểm sau: - Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn - Kích thược cồng kềnh - Nhiều chi tiết, kết cấu phức tạp - Giá thành cao c) Chọn cấu phanh phanh tang trống dạng đối xứng qua trục cho cầu trước cầu sau 1.2.2 Giới thiệu phân tích kết cấu phận hệ thống phanh thiết kế a) Dẫn động phanh bao gồm: [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ - Máy nén khí lắp phía động cơ, dùng để nén khơng khí đạt áp suất quy định (0,6 – 0,8 MPa) sau nạp vào bình chứa khí nén - Bình chứa khí nén dùng để chứa khí nén (đủ cho 10 lần đạp phanh, máy nén khí hỏng) - Van điều chỉnh áp suất lắp đường ống khí nén từ máy nén đến bình chứa khí nén, dùng để ổn định áp suất (0,6 – 0,8 MBa) hệ thống phanh - Bàn đạp phanh, đồng hồ báo áp suất đường ống dẫn khí nén - Tổng van điều khiển lắp phía bàn đạp phanh, dùng để phân phối khí nén đến bầu phanh bánh xe xã khơng khí nén ngồi thơi phanh - Bầu phanh bánh xe lắp cở gần bánh xe có tác dụng dẫn động trục cam phanh thực q trình phanh tơ b) Cơ cấu phanh bánh xe bao gồm: - Mâm phanh lắp chặt với trục bánh xe, mâm phanh có lắp xi lanh bánh xe - Trục cam tác động lắp mâm phanh tiếp xúc với hai đầu guốc phanh, dùng để dẫn động đẩy hai guốc phanh má phanh thực trình phanh - Trên hai guốc phanh có tán ma sát (má phanh) Để tang khả tiếp xúc bên guốc phanh bố trí hai ma sát với kích thước dày (6 ÷ 10 mm) Trên mâm phanh có hai chốt lệch tâm để lắp đầu guốc phanh, ngồi để điều chỉnh khe hở má phanh trống phanh Đầu hai guốc phanh có lò xo hồi vị kéo hai guốc phanh tách khỏi tang trống [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn ô tô Hình 1.2 Cấu tạo cấu phanh đối xứng qua trục điều khiển khí nén 1: Má phanh 5: Thanh nối 2: Lò xo hồi vị 6: Cam phanh 3: Guốc phanh 7: Bulong điều chỉnh chốt lệch tâm 4: Vòng hãm 8: Chốt lệch tâm 1.2.3 Nguyên tắc hoạt động ( hình 1.3) a) Trạng thái phanh - Khi người lái đạp bàn đạp phanh, thơng qua ty đẩy làm cho pít tơng điều khiển chuyển động nén lò xo đẩy van khí nén mở cho khí nén từ bình chứa phân phối đến bầu phanh bánh xe a), nén lò xo đẩy cần đẩy xoay cam tác động đẩy hai guốc phanh ép chặt má phanh vào tang trống tạo nên áp lực ma sát, làm cho tang trống moayơ bánh xe giảm dần tốc độ quay đứng lại theo yêu cầu người lái b) Trạng thái phanh [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ - Khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh, lò xo pít tơng điều khiển van nén hồi vị van pít tơng điều khiển vị trí ban đầu làm cho van khí nén đóng kín đường dẫn khí nén từ bình chứa xả khí nén bầu phanh bánh xe ngồi khơng khí Lò xo bầu phanh hồi vị, đẩy cần đẩy trục cam tác động vị trí khơng phanh lò xo hồi vị guốc phanh kéo hai guốc phanh rời khỏi tang trống Hình 1.3 Hoạt động hệ thống phanh khí nén a) Bầu phanh bánh xe b) Cơ cấu phanh 1: Ống khí nén 5: Cam phanh 2: Lò xo 6: Guốc phanh 3: Cần đẩy 7: Trục cam tác động 4: Tang trống 8: Màng cao su PHẦN II TÍNH TỒN THEO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ 2.1 XÁC ĐỊNH MƠ MEN PHANH U CẦU CỦA Ô TÔ (MÔ MEN PHANH YÊU CẦU HỆ THỐNG PHANH CHÍNH) Mơ men phanh sinh cấu phanh phải đảm bảo giảm tốc độ dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần giới hạn cho phép Hình 2.1 Sơ đồ tính tốn lực tác dụng lên ô tô phanh Xác định tọa độ trọng tậm a b Viết phương trình cân mơ men xe đừng n có tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc a, b: Z1.L0 = Pj.hg + Ga.b(1) Vì xe đứng yên nên lực quán tính Pj = Suy (1)  Z1.L0 = Ga.b b= Trong : Ga: Trọng lượng tồn xe Ga = Ga1 + Ga2 = 7000 + 10000 = 17000 (Kg) Z1: Phản lực pháp tuyến cầu trước xe đừng yên [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ L0: Chiều dài sở xe Với Z1 = Ga1 = 7000 (Kg) L0 = 6150 (mm) Suy : b = = 2532 (mm) = 2,532 (m) a = L0 – b = 6150 – 2532 = 3618 (mm) = 3,618 (m) Tính bán kính bánh xe từ ký hiệu lốp cho ta có cơng thức: Rbx = ( B + ).λ.25,4 Trong đó: B: chiều rộng bánh xe d: Đường kính vành bánh xe λ: hệ số biến dạng lốp λ = (0.93 ÷ 0.935) chọn λ = 0.935 Suy ra: Rbx = ( 13 +).0935.25,4 = 576 (mm) = 0,576 (m) Mơ men phanh u cầu có cơng thức: - Ở cầu trước: - Ở cầu sau: Trong đó: Mpbx1 = Rbx (2) Mpbx2 = Rbx (3) Ga1, Ga1 trọng lượng cầu trước cầu sau (đã cho trên) hệ số bám lốp mặt đường ( = 0,6 ÷ 0.7) m1, m2 hệ số phân bố lại trọng lượng phanh m1 = + = + = 1.2 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ m2 = = - = 0.86 Trong : Jmax gia tốc chậm dần cực đại ô tô phanh thiết lấy Jmax = m/S2 ÷ m/S2) Thay m1, m2 vào công thức (2) (3) Suy : Mpbx1 = 0,7.0,576 = 16934 (N.m) Mpbx2 = 0,7.0,576 = 17337 (N.m) 2.2 TÍNH TỐN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN VÀ KIỂM TRA BỀN MỘT SỐ CHI TIẾT CỦA CƠ CẤU PHANH 2.2.1 Tính tốn kiểm tra cấu phanh trước a) Xác định thống số cấu phanh  Xác định lực ép cấu phanh trước sinh ra: Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh ( [Type here] Thiết kế môn học Kết cấu tính tốn tơ Kiểu cấu phanh kiểu trống guốc với hai guốc có chung cấu ép cam phanh Các phản lực fN1 = fN2, N1 = N2 (Do sử dụng cam phanh đối xứng dịch chuyển cam phanh đẩy hai phía hai guốc phanh như) Momen ma sát guốc phanh nhau: Mp1tr = Mp2tr Công thức xác định momen ma sát hai guốc phanh tác dụng lên tang trống xác định khác sau: - Với guốc tự siết (lực ép P1 tạo momen quay chiều với chiều quay tang trống ) Mp1tr = (4) - Với guốc tự tách ( lực ép P2 tạo momen quay ngược chiều với chiều quay tang trống ) Mp2tr = (5) Vậy momen phanh hai guốc tạo cho tang trống xác định momen tổng sau: Mpbx1 = Mp1tr + Mp2tr = + Trong đó: P1tr,P2tr: Các lực tác dụng lên cấu phanh trước : Hệ số ma sát cặp guốc phanh trống phanh Theo kinh nghiệm = 0,3 ÷ 0,33 Chọn = 0,3 Rt: Bán kính tang trống Theo kinh nghiệm chọn Dt = 0,8.Rbx Vậy: Dt = 0,8.576 = 460 (mm) = 0,46 (m) Suy ra: Rt = = 230 (mm) = 0,23 (m) h: Khoảng cách từ tâm quay điểm tỳ cố định đến phương lực ép P h=a+c 10 [Type here] Thiết kế môn học có a = c = 0,8.Rt = 0,8.0,23 = 0,184 (m) => h = 2.0,184 = 0,368 (m) Do: Kết cấu tính tốn tơ Mp1tr = Mp2tr mà Mpbx1 = Mp1tr + Mp2tr Vậy: Mp1tr = Mp2tr = 0,5.Mpbx1 Suy ra: 0,5.Mpbx1 = 0,5.Mpbx1 =  P1tr = = = 38347 (N)  P2tr = = = 84363 (N)  Xác định lực ép cấu phanh sau sinh ra: Tương tự phanh cầu trước ta có: Mp1s = Mp2s = 0,5.Mpbx2 Thay vào công thức (4) (5) ta được: 0,5.Mpbx2 = 0,5.Mpbx2 =  P1s = = = 39260 (N)  P2s = = = 86371 (N)  Tính thống số hình học 11 [Type here] Thiết kế môn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 2.3 Các thống số hình học  Các thống số a, b, c, h, e, chọn theo kinh nghiệm: - Khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến phương lực ép P xác định: a = c = 0,8.Rt ( Đã tính phần ) - Khoảng cách từ tâm quay điểm tỳ cố định đến phương lực ép P xác định: h=a+c ( Đã tính phần ) - Khoảng cách từ tâm bánh xe đến mặt má phanh xác định: e = 0,85.Rt = 0,85.0,23 = 0,2 (m) - Bề rộng má phanh xác định: Bề rộng má phanh xác định diện tích làm việc má phanh ép lên tang trống Bề rộng má phanh tăng làm cho diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực tác dụng lên đơn vị diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm lần phanh ( lần phanh diễn lần trình trượt giũa má phanh tang 12 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ trống diễn mãnh liệt, vừa làm mài mòn má phanh, vừa sinh nhiệt lớn làm nung nóng tang trống má phanh chi tiết liên quan đến truyền nhiệt với chúng ) Tuy bề rộng má phanh khơng nên tăng lớn q làm giảm tính đồng áp lực phân bố theo chiều rộng má phanh, dẫn đến mòn má phanh không giảm hiệu phanh Khi thông số khác chọn xác định theo momen yêu cầu nêu bề rộng má phanh xác định theo áp suất cho phép [ q ] hình thành má phanh trình phanh Với kiểu cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b xác định theo momen phanh Mpbx guốc tạo cho tang trống sau: b= Trong đó: (6) Rt bán kính tang trống hệ số ma sát góc ơm má phanh = 120o = 2,09 (rad) [q] áp suất tác dụng lên má phanh Với [q] = 1,5 ÷ 2,0 Vậy chọn [q] = 2.106 Suy bề rộng má phanh sau: +) Bề rộng má phanh trước theo cơng thức (6) ta có: btr = = = 0,255 (m) +) Bề rộng má phanh sau theo cơng thức (6) ta có: 13 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ bs = = = 0,261 (m) b) Kiểm tra bền chi tiết điển hình cấu phanh  Kiểm tra cơng ma sát riêng L Kích thước má phanh khơng xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ áp suất cho phép [q] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má phanh, mà xác định theo tiêu chí cơng ma sát trượt riêng nhằm bảo đảm cho má phanh làm việc thời gian lâu dài Bởi với áp suất làm việc má phanh trình phanh tốc độ xe bắt đầu phanh lớn má phanh mau mòn Theo định nghĩa cơng ma sát trượt riêng cơng ma sát trượt má phanh q trình phanh tính đơn vị diện tích làm việc má phanh Giả sử công ma sát trượt L trình phanh thu tồn động tô bắt đầu phanh với vận tốc v0 ô tô dừng hẳn (v1 = 0) Tức là: L= = (7) Trong đó: ma khối lượng đầy tải ô tô (kg) Ga trọng lượng ô tô (N) v0 vận tốc ô tô bắt đầu phanh (m/s) g gia tốc trọng trường Diện tích tồn má phanh tất cấu phanh ô tô xác định: = bi.Rt = 0,255.0,23.2,09.4 + 0,26.0,23.2,09.4 = 0,99 (m2) Suy công trượt riêng là: Lr = = (8) 14 [Type here] Thiết kế môn học Kết cấu tính tốn tơ Với: v0 = 50 – 60 (km/h) Chọn: v0 = 60 (km/h) = 16,67 (m/s) Thay vào công thức (8) ta được: Lr = = 2432125 So với điều kiện: Vậy: [Lr] = ÷ 15.106 Lr = 2432125 thỏa mãn điều kiện  Kiểm tra tỉ số đánh giá thời gian làm việc má phanh = = (9) Trong đó: ma khối lượng ô tô chất đầy tải (kg) Ga trọng lượng ô tô (N) g gia tốc trọng trường diện tích tồn má phanh cấu phanh – xe khách = (1,5 ÷ 2,5).104 kg/m2 Suy ra: = = 1,75.104 Vậy thỏa mãn điều kiện  Kiểm tra nhiệt độ cấu phanh Trong q trình phanh, động tô bị tiêu tán công ma sát trượt biến thành nhiệt làm nung nóng má phanh phần truyền mơi trường khơng khí Tuy nhiên, phanh ngặt thời gian ngắn nhiệt sinh khơng kịp truyền mơi trường khơng khí truyền khơng đáng kẻ nên tính tốn thiết kế, để an toàn nhiệt, 15 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ xem tang trống nhận hết nhiệt q trình phanh Vậy ta có phương trình cân nhiệt sau: = C Trong đó: (10) mp khối lượng trống phanh chi tiết xung quanh liên quan bị nung nóng C nhiệt dung riêng vật liệu làm tang trống ( vật liệu làm tang trống thép C = 500 (J/kg.độ)) độ tăng nhiệt độ tang trống ( độ tăng nhiệt độ tang trống phanh với tốc độ ô tô v0 = 8.33 (m/s) dừng hẳn (v1 = 0) không vượt 150C Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ phanh với vận tốc v = 8,33 (m/s) Suy khối lượng tổng cộng trống phanh phải đủ lớn để tăng nhiệt độ không 150C phanh với vận tốc v = 8,33 (m/s) Từ công thức (10) ta được: mp = = = = 80 (kg) Như để đảm bảo điều kiện bền nhiệt, khối lượng trống phanh xe khách phải bằng: mt = = = 20 (kg)  Kiểm tra áp suất giới hạn bề mặt má phanh Áp suất bề mặt má phanh giới hạn sức bền vật liệu: q = ≤ [q] = 1,5 ÷ 2,0 MPa (11) Trong đó: hệ số ma sát má phanh trống phanh = 0,3 Rt bán kính trống phanh Rt = 0,23 F diện tích má phanh nơi có Mpbx 16 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ Ở cầu trước Ftr = btr.Rt = 0,255.0,23.2,09.4 = 0,5 Ở cầu sau Fs = bs.Rt = 0,26.0,23.2,09.4 = 0,5 Thay vào công thức (11) ta được: - Cầu trước: Mpbx1 = 16934 Nm q = = 490841 N/m2 = 0,49 MPa ≤ [q] - Cầu sau: Mpbx2 = 17337 Nm q = = 502522 N/m2 = 0,5 MPa ≤ [q] Vậy áp suất bề mặt má phanh nằm giới hạn cho phép 2.3 TÍNH TỐN CÁC THƠNG SỐ CƠ BẢN CỦA DẪN ĐỘNG PHANH 2.3.1 Tính tốn bầu phanh  Tính tốn bầu phanh trước - Xét cân cam ép Phương trình cân lực: Q1.L = (P1tr + P2tr) (12) Trong đó: L cánh tay đòn, chọn L = 160 mm hiệu suất truyền động cam, = 0,85 h khoảng cách hai lực đẩy cam ép lên hai guốc trước sau Chọn h = 46 (mm) Ta có: P1tr = 38347 (N) = 3909 (kg) P2tr = 84363 (N) = 8600 (kg) Thay vào công thức trên, ta được: Q1 = = = 2116 (kg) - Xét cân màng phanh Q1 + Plx = Pj Trong đó: (13) Q1 lực tác dụng lên đẩy bầu phanh, Q1 = 2116 (kg) Pj áp suất bầu phanh, Pj = KG/cm2 D1 đường kính hiệu dụng màng bầu phanh 17 [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, = hệ số tính đến tổn hao ma sát, = 0,95 Plx lực ép lò xo, theo kinh ngheiemj lấy Plx = 14 KG Thay giá trị vào cơng thức ta có: D1 = = = 202 (mm) - Diện tích hiệu dụng bầu phanh FA = = = 32047 (mm2) - Diện tích bao kín bầu phanh FB = Trong đó: K hệ số trữ lượng, lấy K = 0,8 Suy rap: FB = = 40059 (mm2) - Đường kính bao kín bầu phanh Dbp = = = 226 (mm)  Tính tốn bầu phanh sau - Xét cân cam ép Phương trình cân lực: Q1.L = (P1s + P2s) (12) Trong đó: L cánh tay đòn, chọn L = 160 mm hiệu suất truyền động cam, = 0,85 h khoảng cách hai lực đẩy cam ép lên hai guốc trước sau Chọn h = 46 (mm) Ta có: P1s = 39260 (N) = 4002 (kg) P2s = 86371 (N) = 8804 (kg) Thay vào công thức trên, ta được: Q2 = = = 2166 (kg) 18 [Type here] Thiết kế môn học - Xét cân màng phanh Q2 + Plx = Pj Trong đó: Kết cấu tính tốn tơ (13) Q2 lực tác dụng lên đẩy bầu phanh, Q2 = 2166 (kg) Pj áp suất bầu phanh, Pj = KG/cm2 D1 đường kính hiệu dụng màng bầu phanh hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, = hệ số tính đến tổn hao ma sát, = 0,95 Plx lực ép lò xo, theo kinh ngheiemj lấy Plx = 14 KG Thay giá trị vào công thức ta có: D2 = = = 204 (mm) - Diện tích hiệu dụng bầu phanh FA = = = 32685 (mm2) - Diện tích bao kín bầu phanh FB = Trong đó: K hệ số trữ lượng, lấy K = 0,8 Suy rap: FB = = 40856 (mm2) - Đường kính bao kín bầu phanh Dbp = = = 228 (mm) 2.3.2 19 ...[Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn ô tô PHẦN I: GIỚI THIỆU PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 1.1 GIỚI THIỆU SỐ LIỆU CHO TRƯỚC VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐƯỢC GIAO Phương Loại ô tô án... = 39260 (N)  P2s = = = 86371 (N)  Tính thống số hình học 11 [Type here] Thiết kế môn học Kết cấu tính tốn tơ Hình 2.3 Các thống số hình học  Các thống số a, b, c, h, e, chọn theo kinh nghiệm:... Trục cam tác động 4: Tang trống 8: Màng cao su PHẦN II TÍNH TỒN THEO PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ [Type here] Thiết kế mơn học Kết cấu tính tốn tơ 2.1 XÁC ĐỊNH MƠ MEN PHANH U CẦU CỦA Ô TÔ (MÔ MEN PHANH YÊU