Nghiên cứu thiết kế chế tạo vành răng cảm biến tốc độ của hệ thống abs trong hệ thống phanh khí nén

bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội TRỊNH XUÂN CẢNG NGHIÊN CỨU THIẾT, KẾ CHẾ TẠO VÀNH RĂNG CẢM BIẾN TỐC ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ABS TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS HỒNG THĂNG BÌNH Hà Nội Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng hướng dẫn TS Hồng Thăng Bình Đề tài thực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu kết trình bày luận văn độc lập, hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2013 Tác giả Trịnh Xuân Cảng -1- DANH MỤC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU TT Tên hình vẽ, bảng biểu Trang Hình -1 Cấu tạo cấu phanh dạng cam 14 Hình - Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén 17 Hình - Sơ đồ hệ thống phanh xe tham khảo 20 Hình - Van phân phối dẫn động hai dịng 22 Hình - Bầu phanh trước (bầu phanh đơn) 25 Hình - Kết cấu loại bầu phanh tích (bầu phanh kép) 26 Hình - Van xả nhanh 26 Hình - Van gia tốc (Relay valve) 27 Hình - Van chia dịng bảo vệ dịng khí nén (van an 28 10 11 tồn kép) Hình – 10 Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển 32 Hình - 11 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên bánh xe 33 phanh 12 Hình - 12 Trạng thái lăn bánh xe có trượt lết 35 13 Hình - 13 Đặc tính trượt thể thay đổi hệ số bám 37 Hình - 14 Mối quan hệ hệ số bám dọc độ trượt 37 14 15 tương loại lốp Hình - 15 Mối quan hệ φ x ; φ y với λ ứng với góc lệch bên φi Hình - 16 Sự thay đổi mơ men phanh M b ,áp suất 16 38 40 dẫn động phanh p gia tốc ω bánh xe phanh có ABS 17 Hình - 17 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K 41 18 Hình - 18 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K 43 19 Hình - 19 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS xe thí 44 -2- nghiệm 20 Hình - 20 Cảm biến đo tốc độ góc 45 21 Hình - 21 Trạng thái tăng áp van điều chỉnh áp suất 46 Hình - 22 Trạng thái giữ áp van điều chỉnh áp suất khí 47 22 nén 23 Hình - 23 Trạng thái giảm áp van điều chỉnh áp suất 48 24 Hình - 24 Cơ cấu chấp hành hệ thống ABS 49 Hình - 25 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biếm đo vận tốc góc bánh 50 25 xe 26 Hình - Sơ đồ cấu tạo cảm biến từ trở biến thiên 53 27 Hình - Sơ đồ nguyên lý tốc độ kế quang 54 28 Hình - Các loại cảm biến tiệm cận 56 29 Hình - Nguyên lý làm việc cảm biến tiệm cận 57 30 Hình – Cảm biến tiệm cận loại thường mở NO 58 31 Hình – Cảm biến tiệm cận loại thường đóng NC 59 32 Hình - Đặc tính đầu loại NPN – NO 59 33 Hình – Đặc tính đầu loại PNP - NO 59 34 Hình - Cảm biến tiệm cận phát vật quay 60 35 Hình - 10 Khoảng cách phát phụ thuộc vật liệu vật CB 61 36 Hình 3- 11 Khoảng cách phát phụ thuộc kích thước vật 61 37 Hình - 12 Khoảng cách phát phụ thuộc bề dày vật 62 38 Hình - 13 Các yếu tố cần ý chọn cảm biến ứng dụng 63 39 Hình - 14 Cảm biến tiệm cận E2A-S08- KS02-WP-C1 63 40 41 42 Hình - 15 Thơng số kỹ thuật vành với cảm biến tiệm cận E2A - S08 - KS02 – WP - C1 66 Hình - 16 : Ảnh hưởng vật liệu kích thước vật 68 cảm biến với E2A- S08 - KS02 -WP-C1 Hình - 17 Vùng hoạt động cảm biến E2A-S08-KS02WP-C1 -3- 69 43 44 45 46 Hình – 18 Vành lắp vành ngồi ổ lăn, bên trống 69 phanh Hình – 19 Phương án vành cắt cạnh ngồi, cảm 70 biến đặt Hình - 20 Vành kéo dài mâm phanh, cắt 72 mặt Hình - 21 Vành cắt mặt bên, cảm biến đặt 73 hướng trục 47 Hình - 22 Thiết kế vành có nắp bảo vệ 74 48 Hình - 23 Chi tiết vành cảm biến 75 49 Hình - 24 Chi tiết giá đỡ cảm biến 75 59 Hình – 25 Hộp thoại tạo liệu 77 51 Hình - 26 Cửa sổ thiết kế phần mềm Solidworks 77 52 Hình3 - 27 Vành cảm biến tốc độ hệ thống ABS 78 53 Hình3 - 28 Chọn vật liệu cho vành cảm biến 80 54 Hình3 - 29 Điều kiện ràng buộc tính kiển nghiệm 81 55 Hình3 - 30 Đặt ngoại lực tác dụng lên vành cảm biến 82 56 Hình3 - 31 Chia lưới mơ hình tính tốn vành cảm biến 82 57 Hình3 - 32 Kết tính tốn vành cảm biến 83 58 Hình - 33 Chi tiết vành cảm biến 84 59 Hình – 34 Phơi trước gia cơng 85 60 Hình - 35 Ngun cơng 1: Phay mặt đầu 86 61 Hình3 - 36 Ngun cơng 2: Mài tinh mặt 87 Hình3 - 37 Ngun cơng 3: Phay đường kính phay 87 62 bậc 63 Hình3 - 38 Ngun cơng 4: Kiểm tra độ đảo bề mặt 88 64 Hình3 - 39 Ngun cơng 5: Chuẩn tinh 89 65 Hình3 - 40 Ngun cơng 6: Phay đường kính ngồi 89 66 Hình3 - 41 Ngun cơng 7: Cắt 90 -4- 67 Hình3 - 42 Ngun cơng 8: Khoan lỗ bắt vít 90 Hình – 43 Lắp đặt cảm biến vành cảm biến cầu 91 68 sau 69 Hình - 44 Khơng gian bố trí vành cầu sau 91 70 Hình3 - 45 Vành cảm biến cầu trước 92 71 Hình3 - 46 Tốc độ bắt đầu làm việc cảm biến 93 72 Hình3 - 47 Tín hiệu cảm biến ứng với tốc độ 80 km/h 94 Hình3 - 48 Tín hiệu cảm biến ứng làm việc tốc độ 95 73 khoảng 40 km/h -5- -6- DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Ý nghĩa Ký hiệu HT Hệ thống BĐK Bộ điều khiển -7- Đơn vị MỤC LỤC Lời cam đoan ……………………………………………………………… Danh mục hình vẽ đồ thị …………………………………………… Danh mục ký hiệu chữ viết tắt …………………………………… MỤC LỤC ………………………….………… Lời nói đầu ………………………………………………………………… 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 12 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu sản phẩm nước …… 12 1.2 Mục tiêu đề tài …………………………………………………… 13 1.3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu……………………………………… 13 1.4 Phương pháp tiếp cận………………………………………………… 13 1.5 Nội dung nghiên cứu……………………………….………………… 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN VÀ 14 ABS KHÍ NÉN 2.1 Tổng quan hệ thống phanh khí nén………………………………… 14 2.1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén……………………… 14 2.1.1.1 Cơ cấu phanh tang trống điều khiển cam……………… 14 2.1.1.2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh……………………… 15 2.1.2 Giới thiệu xe tham khảo…………………………………………… 18 2.1.2.1 Thông số kỹ thuật…………………………………………… 18 2.1.2.2 Hệ thống phanh khí nén xe……………………………… 19 2.2 Tổng quan ABS khí nén………………………………….……… 29 2.2.1 Tổng quan ABS……………… … 29 2.2.1.1 Lịch sử phát triển…………………………………………… 29 2.2.2.2 Phân loại hệ thống ABS……………………………………… 31 2.2.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS………………………………… 33 2.2.2.1 Lực mô men tác dụng lên bánh xe phanh……………… 33 2.2.2.2 Hiện tượng trượt lết bánh xe phanh……………………… 34 2.2.2.3 Đặc tính trượt lết phanh…………… …… 36 -8- 2.2.2.4 Nguyên tắc điều khiển ABS 39 2.2.3 Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén… ………………… … 41 2.2.3.1 Các phương án dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén…… 41 2.2.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh ABS thí nghiệm xe LIFAN N2… 43 2.2.3.3 Sơ đồ cấu tạo hoạt động phần tử hệ thống ABS khí 45 nén………………………………………………………………………… CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ VÀNH RĂNG CẢM BIẾN TỐC 52 ĐỘ 3.1.Giới thiệu cảm biến tốc độ góc………………………………………… 52 3.1.1 Nguyên lý đo vận tóc góc………………………………………… 52 3.1.2 Các loại cảm biến đo tốc độ góc………………………………… 52 3.1.3 Lựa chọn cảm biến đo đạc xe thí nghiệm…………… ……… 55 3.2 Tính toán thiết kế vành cảm biến tốc độ………………………… 65 3.2.1 Cơ sở thiết kế vành cảm biến……………………………… 65 3.2.2 Tính lựa chọn thơng số kỹ thuật vành 66 3.3 Lựa chọn phương án gá lắp vành răng………………………………… 69 3.3.1 Phương án 1: Vành lắp vào vành ổ lăn……… ……… 69 3.3.2 Phương án 2: Vành tựa vào mặt bích trống phanh, cắt 70 ngoài, hướng trục, cảm biến đặt hướng kính…………………………… 3.3.3 Phương án 3: Vành nằm mặt bích trống phanh, 71 làm dài ngồi, hướng kính, cảm biến đặt dưới………………………… 3.3.4 Phương án 4: Vành lắp phía ngồi mặt bích trống phanh, cắt 72 mặt bên, cảm biến đặt hướng trục…………………………………… 3.3.5 Lựa chọn phương án thiết kế bố trí vành răng………………… 75 3.4 Xây dựng mơ hình 3D kiểm nghiệm vành răng…………………… 76 3.4.1 Giới thiệu phần mềm thiết kế…………………………………… 76 3.4.2 Phương pháp xây dựng mơ hình 3D vành cảm biến………… 76 3.4.3 Kiểm nghiệm đánh giá mơ hình vành cảm biến………… 79 3.5 Lập qui trình chế tạo vành răng……………………………………… -9- 84 3.4.4.3 Kết tính tốn đánh giá Kết ứng suất vành cảm biến Kết biến dạng vàng cảm biến Hình 3.32: Kết tính tốn vành 85 Đánh giá kết tính tốn: Kết tính tốn ứng suất tổng hợp von Mises lớn có giá trị 2974272,3 N/m2 nhỏ giới hạn cho phép 1,8.108 N/m2 Biến dạng vành 5,305 10-4 mm Qua kết tính tốn ta thấy vành đảm bảo độ bền, biến dạng vành nhỏ vào khoảng 0.5µm khơng ảnh hưởng đến khoảng cách đặt cảm biến vành Kết phù hợp với hoạt động vành cảm biến lắp đặt xe tải LF3070G1-2 3.5 LẬP QUI TRÌNH CHẾ TẠO VÀNH RĂNG 3.5.1 Phân tích tính cơng nghệ kết cấu chi tiết Hình 3.33 Chi tiết vành cảm biến - Từ vẽ ta thấy chi tiết dạng vành trụ tròn lắp lên trống phanh quay trống phanh làm việc Do đầu đo cảm biến bố trí cách bề mặt r = 0,7 – 1.7 mm tiết yêu cầu cao độ song song bề mặt với mặt D, độ đảo mặt đầu so với trục quay 86 - Với kích thước lớn việc gia cơng máy vạn thong thường không đảm bảo tiêu chuẩn công nghệ nên ta gia công chi tiết máy khả trình CNC - Chi tiết có kích thước lớn, độ dày h = 36 mm đủ độ cứng vững không bị biến dạng gia công nên ta cắt gọt tốc độ cao nhằm tăng suất - Chọn vật liệu thép non CT3 với mục đích đáp ứng tốt khả thu nhận tín hiệu cảm biến Mặt khác CT3 phổ biến thị trường, dễ cắt gọt tạo phơi, giá thành rẻ - Trong q trình gia công tâm việc gá đặt phải đảm bảo giữ tâm cố định để đảm bảo độ tròn bề mặt lắp ráp lên trống phanh - Phơi ban đầu có dạng vành trụ, trước gia công làm Ø420 Ø 34 Hình 3.34 Phơi trước gia công 3.5.2.Thứ tự nguyên công 3.5.2.1 Nguyên công 1: Phay mặt đầu 87 45 Bước 1: Phay thô - Máy phay 6H12 - Dao P18 - Lượng chạy dao s = 0.1 mm - Chiều sâu cắt t = 2.5 mm - Tốc độ dao n = 750 v/ph Bước :Phay tinh - Dao P18 - Lượng chạy dao s = 0,2 mm - Chiều sâu cắt t = 0,5 mm - Tốc độ dao n = 1015 v/ph n S Hình 3.35 .Ngun cơng 1: Phay mặt đầu 3.5.2.2.Nguyên công 2: Mài tinh bề mặt làm việc - Sử dụng đá mài mặt đầu - Tốc độ dao n = 620 v/ph - Chiều sâu cắt t = 0.5 mm - Tốc độ chạy dao s =2 mm 88 n S Hình 3.36 Ngun cơng 2: Mài tinh bề mặt 3.5.2.3 Nguyên công : Phay đường kính phay bậc Sau ngun cơng ta đạt độ song song bề mặt 0,05 Kẹp chặt chi tiết bàn gá định tâm n Hình 3.37 Ngun cơng 3: Phay đường kính phay bậc a) Phay lỗ Φ 358 Bước 1:Phay thô lỗ Φ355 - Dao phay Φ 10 - Tốc độ dao n = 750 (vòng/ phút) - Lượng chạy dao s = 0,1 - Chiều sâu cắt t= 2,5 89 Bước 2: Phay tinh lỗ Φ 358 - Dao phay Φ4 - Tốc độ dao n = 1015 v/ph - Lượng chạy dao s= 0,2 mm - Chiều sâu cắt t = 0,5 mm a) Phay bậc - Dao phay ngón Φ - Tốc độ dao n = 750(vòng/ phút) - Lượng chạy dao s = 0,1 - Chiều sâu cắt t = 2,5 3.5.2.4 Nguyên công 4: Kiểm tra độ đảo bề mặt làm việc - Định vị chi tiết lên phiến tì - Đồng hồ đo quay trục - Tiến hành kiểm tra độ đảo nhỏ 0,05 ta thực tiếp nguyên công Hình 3.38 Ngun cơng 4: Kiểm tra độ đảo bề mặt 90 3.5.2.5 Nguyên công : Khoan lỗ Φ10 tạo lỗ định vị Để thực nguyên công ta tiến hành khoan lỗ Φ 10 mặt D tạo chuẩn tinh định vị lỗ khoan khoan bề mặt làm việc chi tiết, đảm bảo tính an toàn khả làm làm việc vành không bị ảnh hưởng - Khoan máy 2H53 - Tốc độ dao v = 1180 v/ph - Chiều sâu cắt t = 3,2 mm - Lượng chạy dao s = 0,2 mm S n Hình 3.39 Ngun cơng 5: Chuẩn tinh 3.5.2.6 Ngun cơng 6: Phay trụ ngồi Φ406 - Dao phay ngón Φ 10 - Tốc độ dao n = 750(v/ph) - Lượng chạy dao s =0.1 - Chiều sâu cắt t = 2,5 mm n Hình 3.40 Ngun cơng 6: phay đường kính ngồi 91 3.5.2.7 Ngun cơng 7: Cắt - Dao phay ngón Φ chạy theo biên dạng răng, lập trình CNC - Tốc độ dao n = 1000v/p - Lượng chạy dao s = 0,1 - Chiều sâu cắt t = 0,5 n Hình 3.41 Ngun cơng 7: Cắt 3.5.2.8 Ngun cơng 8: Khoan lỗ bắt vít Φ8 - Khoan máy 2H53 - Tốc độ dao v = 1180 v/ph - Chiều sâu cắt t = 3,2 mm - Lượng chạy dao s = 0,2 mms Hình 3.42: Nguyên cơng 8: Khoan lỗ bắt vít Φ8 92 3.6 Kết thí nghiệm cảm biến đo tốc độ góc bánh xe Hình 3.43: Lắp đặt cảm biến vành cảm biến cầu sau Hình 3.44: Khơng gian bố trí vành cầu sau 93 Hình 3.45: Vành cảm biến cầu trước Tín hiệu từ cảm biến, xử lý, tính tốn hiển thị lên máy tính dạng đồ thị tốc độ góc gia tốc góc bánh xe hình 4.28 hình 4.29 Như vậy, cảm biến đo tốc độ góc bánh xe thu nhận tín hiệu bình thường Tuy nhiên số tượng bị nhiễu (bánh xe 3, 4), tượng khắc phục cách hiệu chỉnh khoảng cách đặt cảm biến với vành Tốc độ đo nhỏ cảm biến tốc độ góc bánh xe 60 vịng/phút (12 km/h) Qua đồ thị ta nhận thấy, cảm biến làm việc ổn định tốc độ 80 km/h 94 Hình 346: Tốc độ bắt đầu làm việc cảm biến 95 Hình 3.47: Tín hiệu cảm biến ứng với tốc độ 80 km/h 96 Hình 3.48: Tín hiệu cảm biến ứng làm việc tốc độ khoảng 40 km/h 97 CHƯƠNG KẾT LUẬN Việc nghiên cứu thiết kế chế tạo thử vành cảm biến tốc độ hệ thống ABS khí nén nâng cao tính an tồn chất lượng dịng xe tải Qua nghiên cứu thực đề tài, đề tài thực nội dung sau: 1) Nghiên cứu tổng quan hệ thống ABS khí nén tơ, tình hình nghiên cứu sản phẩm liên quan ngồi nước 2) Thơng qua nghiên cứu đề tài thiết kế vành cảm biến tốc độ hệ thống ABS khí nén 3) Vành cảm biến tốc độ thiết kế 3D trực quan, có kiểm nghiệm độ bền, biến dạng trước chế tạo Phương pháp thiết kế thử nghiệm máy tính trực quan, thuận tiện tiết kiệm chi phí thiết kế, chế tạo 4) Vành cảm biến hoạt động tốt, thông số kỹ thuật xác định tương đối rõ ràng 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hyundai Sevice, Chonan Technical Service Training Center, “Anti-Lock Brake System for Hyundai Commercial Vehicles”, năm 2010 [2] Philips Semiconductors, “Rotational Speed Sensors”, năm 1999 [3] Meritor Wabco, “Antilock Braking System for truck”, năm 2011 [4] Nguyễn Hữu Cẩn, “ Lý thuyết ô tô, máy kéo”, nhà xuất khoa học kỹ thuật, năm 2005 [5] Microchip technology, “dspic30F4011/4012 Data sheet, High-performance, 16-bit digital signal controller”, năm 2010 [6] Nguyễn Trọng Hoan, “Bài giảng thiết kế tính tốn ôtô”, NXB ĐHBK Hà Nội năm 2007 [7] Trịnh Chất – Lê Văn Uyển, “Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí (tập 2)”, NXB Giáo dục năm1998 [8] Ninh Đức Tốn – Đỗ Trọng Hùng, “Hướng dẫn làm tập dung sai”, Nhà xuất ĐHBK Hà Nội năm 2000 [9] Nguyễn Khắc Trai, “Kỹ thuật chẩn đốn tơ”, NXB Giao thơng vận tải, Hà Nội năm 2007 [10] Nguyễn Hồng Thái, Ứng dụng Solidworks thiết kế khí, Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2006 99 ... tài nghiên cứu thiết kế, chế tạo vành cảm biến tốc độ hệ thống ABS khí nén Thí nghiệm kiểm tra cảm biến đo tốc độ góc bánh xe, xây dựng qui trình chế tạo vành cảm biến thiết kế 3D vành cảm biến. .. gần chưa sử dụng ABS Các sở sản xuất chưa làm chủ công nghệ Do việc thiết đặt tìm cách nghiên cứu thiết kế vành cảm biến tốc độ hệ thống ABS hệ thống phanh khí nén 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Từ vấn... hệ thống ABS khí nén - Lựa chon phương án gá lắp vành - Thiết kế 3D vành - Lập qui trình chế tạo vành - 14 - CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN VÀ ABS KHÍ NÉN 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG