Tính toán thiết kế và chế tạo mô hình băng thử phanh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH BẰNG THỬ PHANH Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THANH PHONG LÊ NGUYÊN SANG BÙI HỮU NGHĨA NGUYỄN VĂN NAM Đà Nẵng – Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ………………………………………… NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ………………………………………………………………… Lớp: …………………………… Số thẻ SV: ……………………………………… Tên đề tài: ………………………………………………………………………… Người hướng dẫn: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………… II Nhận xét đồ án tốt nghiệp: Về tính cấp thiết, sáng tạo ứng dụng đồ án: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về kết giải nội dung nhiệm vụ yêu cầu đồ án: (điểm tối đa 4đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Về hình thức, cấu trúc, bố cục đồ án tốt nghiệp: (điểm đánh giá tối đa 2đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… NCKH: (nếu có báo khoa học ĐATN đề tài NCKH: cộng thêm 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… III Tinh thần, thái độ làm việc sinh viên: (điểm đánh giá tối đa 1đ) ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… IV.Đánh giá: - Điểm đánh giá: /10 - Đề nghị: Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 201 Người hướng dẫn ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA ………………………………………… NHẬN XÉT PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP V Thông tin chung: Họ tên sinh viên: ……….………………………………………………………… Lớp: …………………….……… Số thẻ SV: ……………………………………… Tên đề tài: …………………………………………….…………………………… Người phản biện: ………………………….………… Học hàm/ học vị: ………… VI.Nhận xét, đánh giá đồ án tốt nghiệp: Điểm Điểm Điểm TT Các tiêu chí đánh giá tối đa trừ cịn lại Sinh viên có phương pháp nghiên cứu phù hợp, 80 giải đủ nhiệm vụ đồ án giao - Hiểu vận dụng kiến thức Toán khoa học tự 1a 15 nhiên vấn đề nghiên cứu - Hiểu vận dụng kiến thức sở chuyên 1b 25 ngành vấn đề nghiên cứu - Có kỹ vận dụng thành thạo phần mềm mơ 1c 10 phỏng, tính tốn vấn đề nghiên cứu - Có kỹ đọc, hiểu tài liệu tiếng nước 1d 10 ứng dụng vấn đề nghiên cứu 1e - Có kỹ làm việc nhóm, kỹ giải vấn đề 10 - Đề tài có giá trị khoa học, cơng nghệ; ứng dụng 1f 10 thực tiễn: Kỹ viết: 20 - Bố cục hợp lý, lập luận rõ ràng, chặt chẽ, lời văn súc 2a 15 tích - Thuyết minh đồ án khơng có lỗi tả, in ấn, định 2b dạng Tổng điểm đánh giá: theo thang 100 Quy thang 10 (lấy đến số lẻ) - Các tồn tại, thiếu sót cần bổ sung, chỉnh sửa: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… - Ý kiến khác: ……………………………………………………………………………………… - Đề nghị: Được bảo vệ đồ án/ Bổ sung thêm để bảo vệ/ Không bảo vệ Đà Nẵng, ngày tháng năm 201… Người phản biện ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ……………………………………… CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc CÂU HỎI PHẢN BIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP I Thông tin chung: Họ tên sinh viên: …….….……………………………………………………… Lớp: …………………….….… Số thẻ SV: ……………………………………… Tên đề tài: ……………………………….………….…………………………… Người phản biện: …………………… …….………… Học hàm/ học vị: ……… II Các câu hỏi đề nghị sinh viên trả lời ……………….……………….…… ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đáp án: (người phản biện ghi vào chấm nộp với hồ sơ bảo vệ) ……………….……………….…… ……………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………… …………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Đà Nẵng, ngày tháng năm 201… Người phản biện TÓM TẮT Trong đề tài nhóm chúng em nghiên cứu tính tốn thiết kế xây dựng mơ hình băng thử phanh sử dụng hệ thống cảm biến loadcell thẳng để đo lực phanh khối lượng xe thử Lực phanh sinh truyền tới lăn qua hệ thống dẫn động tới trục motor tạo momen cản trục quay Vì vỏ motor cố định cảm biến lực phanh tác dụng vào cảm biến qua ta đo lực phanh Hệ thống motor cung cấp điện từ accu hệ thống cảm biến cung cấp điện từ hệ thống điện qua phận hạ áp Sau hoàn thành sử dụng mơ hình nhóm tụi em thu kết đo: sơ đồ lực phanh, khối lượng vật thử, độ chênh lệch tải trọng bánh cầu độ lệch phanh chúng ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG CỘNG HỊA XÃ HƠI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TT Họ tên sinh viên Số thẻ SV Lớp Ngành 103130163 13C4B Kỹ thuật khí 103130154 13C4B Kỹ thuật khí Nguyễn Thanh Phong Bùi Hữu Nghĩa Nguyễn Văn Nam 103130152 13C4B Kỹ thuật khí Lê Nguyên Sang 103130172 13C4B Kỹ thuật khí 1 Tên đề tài đồ án: Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh ơtơ Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… ………………………………………………………………………………………… … ………………………………….… ……………………… ……………………… Nội dung phần thuyết minh tính tốn: a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Chương 1: Mục địch, ý nghĩa đề tài nghiên cứu Nguyễn Văn Nam Bùi Hữu Nghĩa Chương 2: Tổng quan hệ thống phanh ô tô Lê Nguyên Sang Chương 3: Tổng quan băng thử phanh ô tô Nguyễn Thanh Phong Chương 4: Khảo sát băng thử phanh chọn phương án thiết kế b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Nguyễn Văn Nam Bùi Hữu Nghĩa Lê Nguyên Sang Nguyễn Thanh Phong Nội dung Chương 5: Tính tốn thiết kế động điện Chương 6: Tính tốn thiết kế chế tạo hệ dẫn động khí mơ hình băng thử phanh Chương 7: Tính tốn thiết kế lăn băng thử phanh Chương 8: Tính tốn thiết kế hệ thống cảm biến cho băng thử Các vẽ, đồ thị ( ghi rõ loại kích thước vẽ ): a Phần chung: TT Họ tên sinh viên Nội dung Nguyễn Văn Nam 1- Bản vẽ số loại băng thử phanh (A3) Bùi Hữu Nghĩa 2- Bản vẽ số loại băng thử phanh (A3) Lê Nguyên Sang 3- Bản vẽ sơ đồ bố trí động điện băng thử (A3) Nguyễn Thanh 4- Bản vẽ sơ đồ mạch điện băng thử thiết kế Phong (A3) b Phần riêng: TT Họ tên sinh viên Nội dung 1- Bản vẽ sơ đồ kết cấu cảm biến đo lực phanh (A3) Nguyễn Thanh 2- Bản vẽ sơ đồ kết cấu cảm biến đo khối lượng Phong (A3) 3- Bản vẽ cấu đo lực cảm biên đo lực phanh (A3) 1- Bản vẽ bố trí hệ dẫn động khí (A3) Bùi Hữu Nghĩa 2- Bản vẽ thiết kế truyến xích (A3) 3- Bản vẽ hộp giảm tốc (A3) 1- Bản vẽ kết cấu động điện (A3) 2- Bản vẽ mặt bích, bulơng đai ốc động Nguyễn Văn Nam điện (A3) 3- Bản vẽ tiêu đánh giá hiệu phanh (A3) 1- Bản vẽ phương án bố trí lăn (A3) 2- Bản vẽ kết cấu lăn (A3) Lê Nguyên Sang 3- Bản vẽ kết cấu bề mặt lăn chủ động (A3) 4- Bản vẽ kết cấu bề mặt lăn bị động (A3) Họ tên người hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy Ngày giao nhiệm vụ đồ án: Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ mơn Phần/ Nội dung: Tồn đồ án 29/01/2018 25/05/2018 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2018 Người hướng dẫn LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển Kinh tế, Khoa học - Công nghệ, ngành ô tô có bước phát triển lớn mạnh để phù hợp với nhu cầu thị hiếu người tiêu dùng Bên cạnh tạo nhiều mẫu mã, kiểu dáng đẹp, sang trọng, tính tiện nghi cao, hợp giá thành hay tiến tốc độ, bảo vệ mơi trường… vấn đề an tồn cho người sử dụng mối quan tâm hàng đầu Từ thực tiễn nước ta, vấn đề an tồn giao thơng mối lo chung tồn xã hội Một yếu tố liên quan trực tiếp ngành Kỹ thuật Cơ khí an toàn người tiêu dùng hệ thống phanh Với mục đích đảm bảo an tồn cho người sử dụng, việc chẩn đoán, kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh địi hỏi phải có thiết bị máy móc chun dụng có độ xác, tính tin cậy cao Xuất phát từ thực tế này, em chọn đề tài “Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh ô tô”, thiết bị liên quan đến việc kiểm tra, chẩn đoán hệ thống phanh Được hướng dẫn tận tình giáo viên hướng dẫn TS Lê Văn Tụy, em hoàn thành đồ án giao, cịn nhiều thiếu sót kính mong hội đồng bảo vệ q thầy góp ý xây dựng Em xin chân thành cảm ơn! Nhân em xin chân thành cảm ơn Thầy, chúc Thầy nhiều sức khỏe có thêm cống hiến đóng góp cho khoa nhà trường Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2018 Sinh viên thực Nguyễn Văn Nam i LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng chúng em Các số liệu kết chúng em trình bày nội dung đồ án tốt nghiệp trung thực chưa công bố Mọi giúp đỡ cho việc thực đề tài đà cảm ơn thơng tin trích dẫn thuyết minh rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Đà Nẵng, ngày 25 tháng 05 năm 2018 Người cam đoan Nguyễn Văn Nam ii Mục lục Tóm tắc Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu i Lời cam đoan ii Mục lục iii Danh sách bảng, hình vẽ iv Danh sách ký hiệu, chữ viết tắt v MỞ ĐẦU 1 Tính cần thiết đề tài Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định Đối tượng nghiên cứu Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định Phương pháp nghiên cứu Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định Chương 1: MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1.1 Mục đích đề tài 1.2 Ý nghĩa đề tài Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ 2.1 Giới thiệu hệ thống phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.1.1 Công dụng hệ thống phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.1.1 Công dụng hệ thống phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.1.2 Yêu cầu hệ thống phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.1.3 Phân loại hệ thống phanh ôtô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2 Các tiêu đánh giá hệ thống phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2.1 Gia tốc chậm dần phanh Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2.2 Thời gian phanh Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2.3 Quảng đường phanh Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2.4 Lực phanh riêng Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.2.5 Giản đồ phanh thực tế Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 2.3 Tiêu chuẩn kiểm tra phanh Việt Nam Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định Chương 3: TỔNG QUAN VỀ BĂNG THỬ PHANH Ô TƠLỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định 3.1 Cơng dụng, yêu cầu, phân loại băng thử phanh ô tôLỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 3.1.1 Công dụng băng thử phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 3.1.2 Yêu cầu băng thử phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định 3.1.3 Phân tích băng thử phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng xác định 3.2 Phân tích số loại băng thử phanh ô tô Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 3.2.1 Băng thử kiểu sàn di động Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 3.2.2 Băng thử kiểu băng tải –tang quay Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định 3.2.3 Băng thử kiểu quán tính (con lăn cao tốc) Lỗi! Thẻ đánh dấu không xác định iii Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh - Dựa vào hiệu ứng vật lý biến đổi lượng ta có: cảm biến hiệu ứng nhiệt điện, cảm biến hiệu ứng hoả điện, cảm biến hiệu ứng áp điện, cảm biến hiệu ứng quang điện, cảm biến hiệu ứng cảm ứng điện từ - Trong băng thử phanh thiết kế, có loại cảm biến sau để làm thiết bị đo: Đo lực phanh, đo trọng lượng: Cảm biến điện trở lực căng hoạt động theo hiệu ứng tenzô, cảm biến điện áp Đo vận tốc: Cảm biến tích cực loại cảm kháng, 8.2 Tính tốn lực phanh Xe thử có thơng số sau : Hình 8.1 Sơ đồ lực ô tô phanh L0 = 1.5 m(Chiều dài toàn bộ) Ga = 300N (Trọng lượng toàn bộ) Z1= 150N ( Phản lực tiếp tuyến cầu trước cầu trước) Z2= 150N ( Phản lực tiếp tuyến cầu trước cầu sau) Rbx=0.25m (Bán kính bánh xe) Hg=0.25m ( Trọng tâm xe) Phương trình cân moment xe đứng yên có tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc a, b : Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 78 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Z1 L0 = Ga b (8.1) Z1 L0 Ga (8.2) Suy ra: b= Với: Z1 = 409,5 [ N ]; L0 = 1500 [ mm]; Ga = 981 [ N] : Suy : b= 409,5*1500 = 750(mm) 981 (8.2b) a = L0 – b = 1500- 750 = 750 [mm] (8.2c) Trọng lượng bám bánh xe Gbx phản lực pháp tuyến Z bánh xe phanh Khi ô tô phanh khẩn cấp với tốc độ dừng hẳn (v= 0) gia tốc phanh cực đại xác định từ lực quán tính lớn phanh Pj Sau biến đổi ta có trọng lượng bám bánh xe trước/sau xác định theo [1]: Gbx1 = Ga (b + hg  bx ) 2.L0 (8.3) Gbx = Ga (a − hg  bx ) 2.L0 (8.3b) Trong : hg chiều cao trọng tâm xe;  bx hệ số bám lốp với mặt rulo ô tô phanh khẩn cấp Ta chọn  bx =1 Với số liệu có: Ga = 100 [ KG]; L0 = 1500 [ mm ]; hg = 0,25 [ mm ], b tính (8.2b) (8.2c) Thì ta có phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe trước/ sau phanh khẩn cấp xác định theo [1]: Gbx1 = 100.9,81 ( 750 + 250.1) = 327( N ) 2.1500 (8.3c) Gbx = 100.9,81 ( 750 − 250.1) = 163.5( N ) 2.1500 (8.3d) Suy lực phanh yêu cầu bánh xe trước/ sau : Pbx1 = Gbx1  bx = 65,4.1= 327 [ N ] (8.4) Pbx = Gbx bx = 32,7.1 = 163.5 [N] (8.4b) 8.3 Cảm biến đo lực phanh Dựa nguyên lý hoạt động hệ thống, lực phanh bánh xe tác dụng lên lăn truyền đến động - hộp giảm tốc làm cụm quay góc hay nói Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 79 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh gây biến dạng đầu đo Sự quan hệ ứng lực biến dạng biểu diễn lý thuyết sức bền vật liệu =E(l/l) (8.5) Trong đó: - - Ứng suất phát sinh đầu đo [N/m2, kG/cm2] - E- Môđun đàn hồi vật liệu, - l/ l- Biến dạng dài tương đối đầu đo Để đo lực phanh, ta đo biến dạng sinh đầu đo (l/ l) chịu tác dụng mômen phanh cảm biến biến dạng 8.3.1 Nguyên lý chung Khi dây dẫn chịu biến dạng khí điện trở thay đổi, tượng gọi hiệu ứng tenzơ Chuyển đổi điện trở làm việc dựa hiệu ứng tenzô gọi chuyển đổi điện trở tenzô chuyển đổi điện trở lực căng Chuyển đổi điện trở lực căng có loại: Chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, mỏng màng mỏng Cảm biến sử dụng cho băng thử phanh loại cảm biến chuyển đổi điện trở lực căng loại dây mảnh Cấu tạo cảm biến thể hình 4.2 Trên thép có tiết diện hình vng, người ta giảm độ cứng cách khoét phần lỗ hình chữ nhật Về hai phía lỗ người ta dán lớp chất dẻo cách điện giấy mỏng bền Trên lớp cách điện này, người ta dán sợi dây điện trở hình lược có đường kính nhỏ (0,02 – 0,03mm) Dây chế tạo vật liệu constantan, nicrôm, hợp kim platin – iriđi Hai đầu dây nối với đồng dùng để nối với mạch đo thông qua dây dẫn Toàn phần dây điện trở mạch đo đúc liền khối chất dẻo Các chuyển đổi dán lên đối tượng loại keo dán đặc biệt b-2, b-4, axêton xenluloic v v Khi cần đo bị biến dạng, gây nên biến dạng dài l dây dẫn điện trở dây dẫn biến đổi theo lượng R Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 80 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Hình 8.2 : Cảm biến lực phanh 1,4 Dây dẫn Lớp cách điện Cảm biến điên trở lực căng Ta có : Hay: Đầu đo Lớp nhựa bảo vệ Bề mặt khảo sát R/R = f (l/l) R = f (l) Ta biết cơng thức tính điện trở dây dẫn là: R = l/s (8.6) Trong đó: -  : Điện trở suất dây dẫn, - l : Chiều dài dây dẫn, - s : Tiết diện dây dẫn Do : R  l s = + − R  l s Hay: R =  + l - s Trong đó: - R = R/R: biến thiên tương đối điện trở chuyển đổi bị biến dạng, - l = l / l : biến thiên tương đối theo chiều dài dây dẫn, - l = s / s : biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho thay đổi kích thước hình học chuyển đổi, - l =  /  biến thiên tương đối điện trở suất, đặc trưng cho thay đổi tính chất vật lý vật liệu chuyển đổi Trong học ta có : s = - 2Kpl Với : Kp hệ số Poisson xác định biến dạng theo phương vng góc với ứng lực (⊥ = - Kp // ), vùng đàn hồi Kp  Nếu đặt:  = m l , với m hệ số tỷ lệ, ta có: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 81 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh R = l(1 + 2Kp + m) = K l Đó phương trình biến đổi tổng qt điện trở biến đổi lực căng, K độ nhạy chuyển đổi K = R / l = + Kp + m Đối với vật liệu dẫn điện lỏng (thuỷ ngân, chất điện phân ), thể tích V= l.s khơng tay đổi q trình biến dạng, hệ số Kp = 0,5 bỏ qua m (vì m nhỏ), ta có : K = Đối với dây dẫn kim loại, Kp= 0,24  4, độ nhạy K = 0,5  Bảng 8.1 Giá trị số độ nhạy đầu đo kim loại STT Hợp kim Thành phần K 01 Constantan 45%Ni, 55%Cu 2,1 02 Isolastic 52%Fe,36%Ni,8%Cr,(MnMo) 3,5 03 Karma 74%Ni,20%Cr,3%Cu, 3%Fe 2,1 04 Nichrome V 80%Ni, 20%Cr 2,5 05 Bạch kim- Vonfram 92%Pt, 8%W 4,1 Ứng suất có chi tiết cần nghiên cứu phụ thuộc vào môđun đàn hồi E vật liệu chi tiết theo cơng thức:  = E (l/ l) (8.7) Phương trình biến đổi chuyển đổi lực căng biểu diễn dạng: R /R = .K /E (8.8) Ứng suất chi tiết giới hạn khoảng 20  30% giới hạn đàn hồi 8.3.2 Tính tốn chọn cảm biến đo lực phanh Khi tốc độ xe chuyển động ổn định, lái xe đạp phanh tạo momen phanh bánh xe Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 82 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Mdt Mq q Pcb Mdt L Hình 8.3 Tạo đo lực phanh Stato; Rôto; Cảm biến lực Mp = 2PL.RL Mđt Pp = Mp Rbx  PpΣ =  Pcb = = (8.9) PL R L Rbx (8.10) Pcb L.i bt RL (8.11) PpΣ R L L.i bt (8.12) Trong đó: +Mđt: Mơmen điện từ máy điện +L: Cánh tay đòn cảm biến +Pcb: Lực đo cảm biến +ibt: Tỷ số truyền tính từ rulơ đến motor + PpΣ : Lực phanh tổng Với L=172 (mm), ibt =0,39, Ppmax = 327( N) thay vào (8.12) ta : Pcb max = 327.60 = 293(N) 172.0,39 (8.13) Với hệ số an toàn k =1.5 giá trị cảm biến nhỏ Pcbmin = Pcbmax.1,5 = 439 (N) Vậy ta chọn loại loadcell dạng thẳng với khối lượng đo tối đa 50kg 8.4 Cảm biến đo khối lượng 8.4.1 Nguyên lý chung: Tương tự cảm biến đo lực phanh, cảm biến trọng lượng sử dụng loại cảm biến tenzô khác với cảm biến đo lực phanh Nguyên lý hoạt động giống Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 83 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh cảm biến đo lực phanh phương pháp dán cảm biến dây điện trở khác với cảm biến đo lực phanh * Nguyên lý đo: Có hai phương pháp đo dùng cầu đo sau: phương pháp cân phương pháp không cân Ở phương pháp cân cầu đo bị cân cảm biến bị biến dạng tác dụng lực, người ta tiến hành cân lại cầu dụng cụ đo mắc nhánh chéo cầu số không Theo giá trị cầu phụ cân xét thay đổi đại lượng cần đo Ở phương pháp không cân cầu đo bị cân cảm biến bị biến dạng tác dụng lực, người ta không tiến cân lại cầu mà dùng thay đổi số dụng cụ đo mắc nhánh chéo để xét thay đổi đại lượng cần đo Phương pháp không cân vạn P P P P R1 R1 R3 R4 R2 R4 R1 R1 R2 x R2 x t t x Uâ t R3 R4 R3 R4 U Uâ U a b Hình 8.4 Sơ đồ dán cảm biến điện trở a Một nhánh làm việc có bù trừ nhiệt b Hai nhánh làm việc có bù trừ nhiệt Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 84 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh P R2 R3 R4 U P Hình 8.5 Sơ đồ mắc cảm biến vào cầu đo để đo trọng lượng 1- Cảm biến dây điên trở; 2- Thanh nén; 3- Nhánh cầu đo; 4- Máy khuyếch; 5- Máy ghi sóng Trên hình 8.5 trình bày ngun lý sơ đồ đo để đo trọng lượng Cảm biến dây điện trở dán nén nhánh cầu đo Khi có lực P tác dụng lên nén làm thay đổi điện trở cảm biến dán nó, cầu bị cân bằng, Trên nhánh đo chéo có hiệu điện Thế hiệu không vài mili vôn dịng điện mạch đo chéo khơng đủ máy ghi sóng làm việc, tín hiệu trước vào máy ghi sóng phải qua máy khuyếch đại 8.4.2 Tính tốn chọn cảm biến khối lượng Theo nguyên tắc ta chọn với bên bánh xe ta bố trí cảm bố trí cảm biến khối lượng để hạn chế chênh lệnh vị trí gia cơng nhằm góp phần giảm sai lệch đo Lực tối thiểu mà cảm biến khối lượng cần đo là: Pcb = mxe + mcc g a (8.14) Trong đó: Mxe: khối lượng xe thử ( bao gồm người lái ) Mcc: khối lượng toàn cấu đặc cảm biến G :gia tốc trọng trường a: hệ số an toàn Với khối lượng hệ thống bên bánh xe 25 kg (có người lái) Vậy cảm biến tối thiểu phải đo 80 kg Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 85 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Mà q trình vận hành người lái leo lên xe thử cảm biến cảm biến tải trọng chịu hoàn toàn lực người lái q trình gia cơng cảm biến khó nằm mặt phẳng để cảm biến an tồn ta chọn hệ số an tồn cảm biến Thay số liệu vào công thức (8.14 ) ta được: Pcb = 25 + 25 9,81.4 (8.14b) = 327 (N) Với khối lượng tổi thiểu cảm biến 327 N ta chọn cảm biến load cell với khối lượng đo tối đa đạt 100KG 8.5 Cảm biến vận tốc 8.5.1 Chọn loại cảm biến Có nhiều loại cảm biến dùng để đo vận tốc tốc độ kế điện từ, tốc độ kế xung, tốc độ kế quang học, đổi hướng kế Trong phạm vi nghiên cứu để sử dụng đo vận tốc bánh xe ta sử dụng loại tốc độ kế xung hoạt động nguyên lý cảm ứng điện từ Đây loại cảm biến tích cực hay gọi cảm biến máy phát 8.5.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Để phù hợp với vị trí lắp đặt, kết cấu đặc điểm hoạt động băng thử, ta chọn loại cảm biến xung chuyển đổi cảm ứng có cấu tạo hình 8.6 Hình 8.6: Cảm biến đo tốc độ bánh xe Nam châm vĩnh cửu; Cuộn dây; Lõi sắt từ; Con lăn trơn; Lỗ hổng; δ: khe hở khơng khí Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 86 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Trong cảm biến đo vận tốc chọn có cuộn dây đo quấn quanh lõi thép chịu tác động từ trường nam châm vĩnh cửu Cuộn đặt đối diện với lăn thép trơn có khoan lỗ Nhờ lị xo mà lăn ln tỳ sát vào bánh xe Khi lăn ma sát quay làm bánh xe quay theo, bánh xe lúc đóng vai trò chủ động kéo lăn trơn quay theo Khe hở khơng khí mạch từ thay đổi làm từ trở mạch từ cuộn dây biến thiên cách tuần hoàn làm xuất cuộn dây sức điện động có tần số tỷ lệ thuận với tốc độ quay Sinh viên thực hiện: Nguyễn Văn Nam Hướng dẫn: TS Lê Văn Tụy 87 Tính tốn thiết kế chế tạo mơ hình băng thử phanh Ta có: W W 0 s L= = R  Trong đó: - W: Số vịng cuộn dây,  - R = : từ trở khe hở khơng khí 0 s - - Chiều dài khe hở khơng khí, - 0- Độ từ thẩm khơng khí - S- Tiết diện thực cuộn dây Từ thông thay đổi vị trí tương đối cuộn dây lăn thay đổi làm thay đổi khe hở không khí từ trở mạch từ thay đổi Khi từ thơng  thay đổi, móc vịng qua cuộn dây sinh sức điện động e e = −W d d  F  WF dRM = −W  M  = 2M dt dt  RM  RM dt RM = RMo + k RMo X Trong đó: - FM- Sức từ động nam châm; - W- Số vòng dây cuộn cảm ứng; - RM- Từ trở mạch từ; - X- Đại lượng đo; - RMo- Từ trở mạch từ X =0; - K- Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc chuyển đổi Xem RM