Thiết kế bệ thử tải hệ thống phanh

ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CƠNG TRÌNH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ BỆ THỬ TẢI HỆ THỐNG PHANH NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ MÃ NGÀNH: 7510205 Giảng viên hướng dẫn : Trần Văn Tùng Sinh viên thực : Lê Hoàng Phong Lớp : K61_KOTO Khoá học : 2016 – 2020 Hà Nội, 2020 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc khẩn trương nghiêm túc đến em hoàn thành đề tài “Thiết kế bệ thử tải hệ thống phanh” Đề tài hoàn thành với cố gắng thân giúp đỡ nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Nhân dịp cho phép em bày tỏ long biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo TS Trần Văn Tùng trực tiếp hướng dẫn bảo em tận tình suốt q trình làm khóa luận Tập thể cán bộ, giáo viên Khoa Cơ Điện Cơng Trình giúp đỡ em nhiều suốt trình học tập làm khóa luận tốt nghiệp Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô bạn sinh viên góp ý kiến quý báu giúp em hồn thành tốt khóa luận Em xin chân thành cám ơn! Hà Nội, ngày 13 tháng năm 2020 Sinh viên Lê Hoàng Phong i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu phạm vi phương pháp nghiên cứu 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu 1.1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.2 Tổng quan hệ thống phanh 1.2.1 Công dụng hệ thống phanh 1.2.2 Yêu cầu hệ thống phanh 1.2.3 Các loại hệ thống phanh 1.2.4 Phân loại hệ thống phanh 1.3 Các tiêu chí đánh giá hiệu phanh 1.4 Công dụng, yêu cầu phân loại bệ thử phanh 1.4.1 Công dụng 1.4.2 Yêu cầu 1.4.3 Phân loại bệ thử phanh CHƯƠNG II: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 2.1 Đề xuất phân tích số loại bệ thử phanh 2.1.1.Phương án 1: Bệ thử kiểu sàn di động 2.1.2 Phương án 2: Bệ thử kiểu băng tải- tang quay 11 2.1.3 Phương án 3: Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân 12 2.2 Lựa chọn phương án thiết kế 14 CHƯƠNG III: TÍNH TỒN THIẾT KẾ KỸ THUẬT BĂNG THỬ TẢI 16 3.1 Xác định chọn thông số ban đầu 16 3.1.1 Chọn chế độ thử 16 ii 3.1.2 Chọn bán kính bánh xe 17 3.1.3 Xác định hệ số bám 18 3.2 Tính tốn thiết kế lăn 22 3.2.1 Chọn phương án bố trí lăn 22 3.2.2 Xác định khoảng cách thử cần thiết 23 3.2.3 Tính tốn thiết kế đường kính lăn 25 3.2.4 Tính tốn thiết kế chiều dài lăn 27 3.2.5 Bề mặt lăn 27 3.3 TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN 32 3.3.1 Tính cơng suất cần thiết 32 3.3.2 Chọn động điện 33 3.4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ DẪN ĐỘNG TỪ ĐỘNG CƠ ĐẾN RULÔ 33 3.4.1 Xây dựng sơ đồ dẫn động phân cấp tỷ số truyền 35 3.4.2 Tinh tốn cơng suất trục 36 3.4.3 Tính tốn số vịng quay trục 36 3.4.4 Thiết kế truyền 36 3.5 THIẾT BỊ ĐO 58 3.5.1 Sơ lược loại thiết bị đo 58 3.5.2 Cảm biến đo lực phanh 59 3.5.3 Cảm biến trọng lượng 63 3.5.4 Cảm biến vận tốc trượt 66 3.6 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 70 3.6.1 Sơ đồ cấu tạo 70 3.6.2 Nguyên lý làm việc 71 3.6.3 Ưu nhược điểm phạm vi sử dụng 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 Kết luận 79 Kiến nghị 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO iii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tiêu chuẩn hiệu phanh (của hệ thống phanh chính) cho phép tơ lưu hành đường Do Bộ GTVT Việt Nam quy định ngày 05 tháng 12 năm 2001 Bảng 3.1 Hệ số bám (theo loại đường tình trạng mặt đường) 21 Bảng 3.2 Bảng phân cấp tỷ số truyền công suất trục 36 Bảng 3.3 Bảng thông số truyền bánh 01 47 Bảng 3.4 Bảng thông số truyền bánh 02 51 Bảng 3.5 Bảng thông số truyền bánh 03 56 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1 Bệ thử kiểu sàn di động Hình 2.2 Bệ thử kiểu băng tải- tang quay 11 Hình 2.3 Bệ thử kiểu hộp giảm tốc cân 12 Hình 3.3 Các phương án bố trí lăn 22 Hình 3.4 Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết nhỏ 24 Hình 3.5 Sơ đồ tính khoảng cách thử cần thiết lớn 25 Hình 3.6 Đồ thị quan hệ độ trượt bánh xe theo tỷ số a = Dcl/Dbx 26 Hình 3.7 Kết cầu bề mặt lăn 28 Hình 3.8 Sơ đồ tác dụng lực tương hỗ lăn bánh xe 29 Hình 3.9 Sơ đò ổn định bánh xe lăn phanh 30 Hình 3.10 Sơ đồ tính tốn độ ổn định bánh xe 31 Hình 3.11 Sơ đồ chung bệ thử phanh 34 Hình 3.12 Sơ đồ hộp giảm tốc 34 Hình 3.13 Thiết lập file lắp ghép 37 Hình 3.14 Thiết kế truyền xích 37 Hình 3.15 Mặt phẳng làm việc 38 Hình 3.16 Loại xích 39 Hình 3.17 Thơng số bánh xích chủ động 40 Hình 3.18 Thơng số bánh xích bị động 41 Hình 3.19 Thơng số lực tải trọng truyền 42 Hình 3.20 Thơng số lực tải trọng truyền 42 Hình 3.21 Mơ hình truyền bánh xích 43 Hình 3.22 Thiết lập file lắp ghép 43 Hình 3.23 Thiết kế bánh trụ 44 Hình 3.24 Thơng số hình học truyền 44 Hình 3.25 Thông số lực tải trọng truyền 45 Hình 3.26 Thơng số bánh chủ động 45 Hình 3.27 Thơng số bánh bị động 46 Hình 3.28 Lực tải trọng truyền 46 Hình 3.29 Mơ hình truyền cấp nhanh 47 v Hình 3.30 Thiết lập file lắp ghép 48 Hình 3.31 Thiết kế bánh trụ 48 Hình 3.32 Thơng số hình học truyền 49 Hình 3.33 Thông số lực tải trọng truyền 49 Hình 3.34 Thơng số bánh chủ động 50 Hình 3.35 Thơng số bánh bị động 50 Hình 3.36 Lực tải trọng truyền 51 Hình 3.37 Mơ hình truyền cấp trung gian 52 Hình 3.38 Thiết lập file lắp ghép 52 Hình 3.39 Thiết kế bánh trụ 53 Hình 3.40 Thơng số hình học truyền 53 Hình 3.41 Thơng số lực tải trọng truyền 54 Hình 3.42 Thơng số bánh chủ động 54 Hình 3.43 Thơng số bánh bị động 55 Hình 3.44 Lực tải trọng truyền 55 Hình 3.45 Mơ hình truyền cấp chậm 56 Hình 3.46 Mơ hình vẽ lắp truyền động khí 57 Hình 3.47 Mơ hình vẽ lắp truyền động khí hồn chỉnh 57 Hình 3.48 Cảm biến lực phanh 60 Hình 3.49 Sơ đồ mạch đo cảm biến lực phanh 63 Hình 3.50 Phương pháp dán dây điện trở 64 Hình 3.51 Sơ đồ mắc cảm biến vào cầu đo để đo trọng lượng 65 Hình 3.52 Cảm biến đo tốc độ bánh xe 66 Hình 3.53 Mạch tương đương chuyển đổi cảm ứng điện từ 68 Hình 3.54 Sơ đồ mạch chuyển đổi tín hiệu 69 Hình 3.55 Sơ đồ hệ thống điều khiển 70 Hình 3.56 Sơ đồ mạch Trigger Schmitt sử dụng Op-Amp 71 Hình 3.57 Sơ đồ chuyển trạng thái Trigger Schmitt 72 Hình 3.58 Cầu wheatstone 73 Hình 3.59 Nguyên tắc làm việc chuyển đổi ADC 74 vi LỜI NÓI ĐẦU Nền kinh tế Việt Nam ngày phát triển kéo theo nhu cầu lại người hay chuyên chở hàng hóa với số lượng lớn ngày gia tăng Cùng với nó, số lượng phương tiện giao thông, đặc biệt công nghiệp tơ khơng ngừng tăng lên tính động cao, tính việt dã khả hoạt động điều kiện khác Với lên không ngừng khoa học kỹ thuật ngành ô tơ đạt tiến vượt bậc Ơ tơ ngày cải thiện, tải trọng vận chuyển tăng lên, tốc độ ngày cao, tính kinh tế độ bền nâng cao Tuy nhiên đôi với việc cải tiên mẫu mã, nâng cao tiện nghi,… tính đảm bảo an tồn cho tơ người sử dụng nhà chế tạo nước nghiên cứu phát triển cho tối ưu để giảm thiểu rủi ro không mong muốn Quan trọng hệ thống an toàn ô tô hệ thống phanh Với tốc độ gia tăng số lượng chủng loại phương tiện giao thông đường dẫn đến nhu cầu cấp thiết phải đặt hệ thống kiểm tra an toàn cho loại phương tiện giới đường Để đảm bảo tính xác, khách quan cho việc đánh giá kết kiểm tra này, cần thiết phải có loạt thiết bị kiểm tra chuyên dùng Tôi làm vấn đề vừa để cung cấp thêm kiến thức đảm bảo an tồn cho tơ đồng thời giúp chuẩn bị sẵn cho công việc tới trường Do nhu cầu cụ thể nói để hồn thành chương trình đào tạo kỹ sư chun ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô khoa Cơ Điện & Cơng Trình - Trường Đại học Lâm Nghiệp tơi chọn đề tài : “Thiết kế bệ thử tải hệ thống phanh” Với mục đích tạo sở lý thuyết rõ ràng việc thiết kế bệ thử phanh, thơng qua nâng cao hiệu sử dụng bệ thử Tức kết kiểm tra phanh phản ánh xác tăng tính bền bỉ sử dụng bệ thử Đồng thời tài liệu hữu ích cho muốn tìm hiểu lĩnh vực chẩn đốn tình trạng kỹ thuật tô bệ thử thết kế, chế tạo bệ thử phanh phục vụ cho việc kiểm tra nghiên cứu CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Mục tiêu phạm vi phương pháp nghiên cứu 1.1.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu loại bệ thử tải thơng dụng để tính toán thiết kế phù hợp, đáp ứng nhu cầu kiểm tra hệ thống phanh nước 1.1.2 Phạm vi nghiên cứu Khóa luận tính tốn thiết kế bệ thử tải cho hệ thống phanh ô tô nước 1.1.3 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thừa kế chọn lọc tài liệu: Chọn lọc tài liệu có sẵn loại bệ thử phanh thơng dụng từ đề xuất phương án tối ưu để thiết kế tính tốn phần mềm inventor Phương pháp tính tốn lý thuyết: Dựa vào kiến thức môn học như: Cơ sở thiết kế máy, Cấu tạo ô tô máy kéo, Lý thuyết ô tô máy kéo, Sức bền vật liệu…, để vận dụng tính tốn, thiết kế bệ thử tải hệ thống phanh ô tô 1.2 Tổng quan hệ thống phanh 1.2.1 Công dụng hệ thống phanh Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ô tô dừng hẳn đến tốc độ Ngồi ra, hệ thống phanh cịn có nhiệm vụ giữ cho tô đứng yên chỗ mặt đường ngang nghiêng Như vậy, hệ thống phanh hệ thống đặc biệt quan trọng - Nó cho phép ô tô chuyển động an toàn chế độ làm việc - Nhờ mà người sử dụng phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ khai thác triệt để suất vận chuyển phương tiện 1.2.2 Yêu cầu hệ thống phanh Hệ thống phanh phải đảm bảo yêu cầu sau: - Ln ln hoạt động ổn định, độ tin cậy cao, bền vững - Phanh êm dịu để đảm bảo tính tiện nghi an tồn cho người sử dụng - Ln đảm bảo tính ổn định diều khiển phanh - Có hiệu phanh cao phanh đột ngột với cường độ lớn trường hợp nguy hiểm - Đảm bảo hệ số ma sát má phanh trống phanh ổn định điều kiện khác nhiệt độ, thời tiết, khả thoát nhiệt tốt - Điều khiển nhẹ nhành thuận tiện, lực điều khiển tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển phù hợp - Đề đảm bảo trình phanh êm dịu để người lái cảm giác, điều khiển cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ thuận lực tác dụng lên bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh tạo bánh xe (cơ cấu tỷ lệ), tượng tự siết phanh * Để đảm bảo tính ổn định điều khiển tơ phanh, phân bố lực phanh báng xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn điều kiện sau: - Lực phanh bánh xe phải tỷ lệ với lực pháp tuyến lên chúng Theo nghiên cứu, hệ số tỷ lệ lực phanh trọng lượng hệ số bám - Sai lệch lực phanh bánh xe phải trái cầu phải nhỏ giới hạn cho phép - Khơng xảy tượng bó cứng, trượt lê bánh xe Để đảm bảo yêu cầu này, ô tô đại người ta sử dụng điều chỉnh lực phanh hệ thống chơng bó cứng bánh xe (ABS) 1.2.3 Các loại hệ thống phanh Nhằm đảm bảo độ tin cậy, tính an tồn chuyển động trường hợp, hệ thống phanh thiết kế bao gồm loại phanh sau: - Phanh chính: phanh sử dụng thường xuyên tất chế độ chuyển động, thường điều khiển bàn đạp nên gọi phanh chân 3.5.4 Cảm biến vận tốc trượt 3.5.4.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Để phù hợp với vị trí lắp đặt, kết cấu đặc điểm hoạt động bệ thử, ta chọn loại cảm biến xung chuyển đổi cảm ứng có cấu tạo hình 3.21 Hình 3.52 Cảm biến đo tốc độ bánh xe Nam châm vĩnh cửu; Cuộn dây; Lõi sắt từ; Con lăn trơn; Lỗ Hổng; a: khe hở khơng khí 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 dây 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 trị 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 Ta có: 𝑊 𝑊 𝜇0 𝑠 𝐿= = 𝑅𝛿 𝛿 66 Trong đó: - W: số vòng cuộn dây - Rδ = G: từ trở khe hở khơng khí - δ: chiều dài khe hở khơng khí - μ0: độ từ thẩm khơng khí - S: tiết diện thực cuộn dây Từ thơng thay đổi vị trí tương đối cuộn dây lăn thay đổi làm thay đổi khe hở khơng khí từ trở mạch từ thay đổi Khi từ thơng θ thay đổi, móc vòng qua cuộn dây sinh sức điện động e 𝑒 = −𝑊 𝑑𝜃 𝑑 𝐹𝑀 𝑊𝐹𝑀 𝑑𝑅𝑀 = −𝑊 ( ) = 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 = - k: hệ số phụ thuộc vào cấu trúc chuyển đổi Xem như: ∆RM