4. TÍNH TOÂN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH
4.1.2.Chọn bân kính bânh xe
Bân kính bânh xe lă một thông số rất quan trọng, nó được sử dụng lăm chỉ tiíu chính để tính toân khoảng câch giữa câc con lăn. Khoảng câch năy một mặt phải đảm bảo độ ổn định khi bệ thử hoạt động, mặt khâc phải đảm bảo cho ô tô ra văo bệ thử được dễ dăng.
Dựa văo câc thông số khảo sât ta xâc định được câc giâ trị giới hạn của bân kính bânh xe.
* Xâc định bân kính bânh xe nhỏ nhất:
Bân kính bânh xe nhỏ nhất được lấy theo bânh xe của ô tô du lịch. Giả thiết chọn ô tô con R2 VAN của hêng KIA sản suất năm 1994 [2]. Lắp lốp xe có ký hiệu 145sr12. Với kí hiệu lốp trín, ta có thể xâc định được bân kính thiết kế của lốp theo công thức sau: ro = .25,4 2 d B [mm] Trong đó: B: chiều rộng tính theo mm, B = 145 mm
d: đường kính vănh bânh xe tính theo inch, d = 12“ Thay thế số liệu, ta được:
ro = 4 , 25 2 12 145 = 297,4 mm
Do đó, bân kính động học bânh xe được tính: rbx = ro
Tong đó: lă hệ số biến dạng của lốp được chọn phụ thuộc văo loại lốp. - Với lốp âp suất thấp: = 0,930 ÷ 0,935
- Với lốp âp suất cao: = 0,945 ÷ 0,950
Lốp ô tô thông thường lă loại lốp âp suất thấp, ta chọn = 0,93. Vậy: rbx min = 0,93. 297,4 = 276,6 mm.
- Bân kính bânh xe lớn nhất thông dụng được lắp trín ô tô tải nặng, ta chọn bânh xe của ô tô tải URAL-4320 của Liín Xô cũ có ký hiệu lốp 14.00-20. Tương tự như trín ta có thể xâc định được bân kính thiết kế của lốp theo công thức sau:
ro = 25,4 2 20 14 = 609,6 mm Vậy: rbx max = 0,93. 609,6 = 567 mm 4.1.3. Xâc định hệ số bâm.
Hệ số bâm φb giữa bânh xe chủ động vă con lăn phải đảm bảo tương đương được điều kiện bâm thực tế khi phanh câc bânh xe trín mặt đường . Hệ số bâm của bânh xe vă mặt đường trong thực tế phụ thuộc nhiều yếu tố như:
- Vật liệu bề mặt đường: bí tông, bí tông nhựa, đất, sỏi, đâ dăm .. . - Vật liệu chế tạo lốp, âp suất lốp vă dạng hoa lốp.
- Tình trạng của đường: khô, ướt. - Tốc độ chuyển động của ô tô. - Tải trọng tâc dụng lín bânh xe.
Hình 4.1. Câc yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bâm.
a) Âp suất trong lốp; b) Tốc độ chuyển động của ôtô;
c) Tải trọng thẳng đứng trín bânh xe; d) Độ trượt giữa bânh chủ động vă mặt đường. 1 2 1 2 1 2 a) c) d) b)
1. Đường khô; 2. Đường ướt.
Đồ thị hình 4.1.a) cho thấy quan hệ giữa âp suất lốp vă hệ số bâm. Nếu từ từ tăng âp suất P trong lốp thì hệ số bâm lúc đầu tăng lín rồi sau đó lại giảm xuống. Đồ thị hình 4.1.b) cho thấy quan hệ giữa tốc độ chuyển động của ô tô vă hệ số bâm. Khi xe khởi động lă lúc hệ số bâm cao nhất, khi tốc độ tăng lín thì hệ số bâm giảm từ từ theo đường cong.
Đồ thị hình 4.1.c) cho thấy quan hệ giữa tải trọng thẳng đứng của ô tô vă hệ số bâm. Khi tăng tải trọng thẳng đứng lín bânh xe thì hệ số bâm giảm đi một ít vă đồ thị có dạng tuyến tính.
Sự khâc biệt giữa trạng thâi mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bâm. Khi đường ướt thì câc ảnh hưởng của âp suất trong lốp, của tốc độ chuyển động vă tải trọng thẳng đứng trín bânh xe đến hệ số bâm căng lớn.
Đồ thị hình 4.1.d) cho thấy quan hệ giữa hệ số trượt của bânh xe chủ động vă hệ số bâm. Hệ số trượt của bânh xe chủ động vă mặt đường ảnh hưởng rất lớn đến hệ số bâm. Từ đồ thị ta thấy khi tăng độ trượt (trượt lí hay trượt quay) của bânh xe thì lúc đầu hệ số bâm tăng lín nhanh chóng vă đạt giâ trị cực đại trong khoảng độ trượt 15- 25%. Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bâm giảm, khi độ trượt S = 100% (nghĩa lă lốp bị trượt lí hoăn toăn) thì hệ số bâm giảm 20%- 30% so với hệ số bâm cực đại khi đường ướt còn có thể giảm hơn nữa, đến 50- 60%.
Do hệ số bâm phụ thuộc bởi nhiều yếu tố khâc nhau vă việc xâc định câc yếu tố năy để âp dụng trong tính toân gặp nhiều khó khăn, cho nín thường người ta sử dụng giâ trị hệ số bâm trung bình, phụ thuộc văo loại đường theo bảng 4.1:
Bảng 4.1. Hệ số bâm ( theo loại đường vă tình trạng mặt đường). Loại đường vă tình trạng mặt đường Hệ số bâm φd
Đường nhựa hoặc đường bítông : - khô vă sạch - ướt Đường đất: - pha sĩt, khô - ướt Đường cât: 0,7 0,8 0,35 0,45 0,5 0,65 0,2 0,4
- khô - ướt
0,2 0,3 0,4 0,5
Hệ số bâm của lốp vă con lăn gọi lă hệ số bâm của bệ thử (φb ) phụ thuộc văo tính chất ma sât của vật liệu phủ bề mặt con lăn vă âp suất lốp, trạng thâi bề mặt của lốp xe. Hệ số bâm của bệ thử b không được nhỏ hơn 0,6. Chọn hệ số bâm của bệ thử φb = 0,65.
4.2. TÍNH TOÂN THIẾT KẾ CON LĂN.
4. 2.1. Chọn phương ân bố trí con lăn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3 1 2 1 3 a 2 2 1 3 3 1 a 2 a) b) d) c)
Hình 4.2. Câc phương ân bố trí con lăn.
a. Câc con lăn đường kính bằng nhau bố trí ngang nhau. b. Câc con lăn đường kính bằng nhau bố trí lệch nhau. c. Câc con lăn đường kính khâc nhau bố trí ngang nhau. d. Câc con lăn đường kính khâc nhau bố trí lệch nhau.
1. Bânh xe kiểm tra; 2. Con lăn sau (con lăn chủ động); 3. Con lăn trước ( con bị động).
Con lăn lă chi tiết quan trọng nhất trong cấu tạo của bệ thử. Nó có nhiệm vụ truyền lực từ nguồn dẫn động đến bânh xe thông qua lực bâm. Việc tính toân tốt câc thông số kết cấu của con lăn sẽ giúp cho việc thiết kế bệ thử được hợp lý, gọn nhẹ vă đảm bảo câc chỉ tiíu, hiệu quả mong muốn.
Câc con lăn có thể có đường kính bằng nhau hoặc khâc nhau, câc trục con lăn có thể bố trí có chiều cao so với đây bệ thử bằng nhau hoặc con lăn sau bố trí cao hơn con lăn trước. Câc phương ân bố trí con lăn được thể hiện như trín hình 4.2.
Thông thường người ta bố trí con lăn phía sau lă con lăn chủ động nhằm mục đích tăng lực bâm do dưới tâc dụng của lực phanh trọng tđm của trục có xu hướng bị đẩy về phía sau lăm tăng âp lực lín bề mặt con lăn sau.
Đường kính con lăn bị động có thể bố trí nhỏ hơn đường kính con lăn chủ động để lăm giảm kích thước vă trọng lượng bệ thử. Nhưng việc bố trí con lăn bị động có đường kính nhỏ hơn trong một phạm vi năo đó không có lợi về mặt chịu lực (tải trọng phđn bố lín con lăn bị động thường lớn hơn) vă lăm tăng sự trượt bởi con lăn bị động cũng tham gia truyền lực.
Đường tđm trục con lăn (hai con lăn có đường kính bằng nhau) bố trí ngang nhau tức lă đường tđm trục hai con lăn cùng nằm trín mặt phẳng ngang có ưu điểm lă lắp đặt hai con lăn đơn giản vă xe văo ra bệ thử từ hai phía. Nhưng kiểu bố trí năy có nhược điểm lă xe bị đẩy về phía sau khi thử phanh cấp tốc. Đặc biệt lă khi bân kính bânh xe thử thay đổi lớn, nếu để thỏa mên điều kiện ổn định, khi thử đối với xe có bân kính bânh xe lớn thì khoảng câch trục của hai con lăn phải lớn, ngược lại để thỏa mên điều kiện vượt dốc đối với xe có bân kính bânh xe nhỏ thì khoảng câch trục của hai con lăn phải nhỏ. Do đó để khắc phục nhược điểm năy ta chọn phương ân bố trí hai con lăn lệch nhau, đối với con lăn bị động phía trước theo chiều tiến của xe thấp hơn con lăn chủ động phía sau một khoảng a (hình 4.2.b).
4.2.2. Xâc định khoảng câch thử cần thiết.
Khoảng câch thử cần thiết phụ thuộc văo chiều rộng cơ sở của ô tô cần kiểm tra.
Dựa văo câc thông số khảo sât, ta nhận thấy chiều rộng cơ sở của ô tô dao động khâ rộng. Để đảm bảo tính vạn năng của thiết bị, ta chọn khoảng câch thử cần
thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ-968 “ ZAPORDES ” vă khoảng câch thử cần thiết lớn nhất cho loại ô tô tải URAL- 4320 [2].
* Khoảng câch thử nhỏ nhất: Hình 4.3.
Ta xâc định khoảng câch thử cần thiết nhỏ nhất đối với loại ô tô du lịch ZAZ- 968 “ ZAPORDES ” nơi sản xuất Liín Xô cũ. Ôtô năy có câc thông số cơ bản sau :
- Chiều rộng cơ sở nhỏ nhất (cầu trước): 1200 mm. - Cỡ lốp: 6,15-13.
- Số lượng lốp : 4+1.
Hình 4.3. Sơ đồ tính khoảng câch thử cần thiết nhỏ nhất. Như vậy chiều rộng nhỏ nhất cần thiết của bệ thử lă:
Lmin = Bo- 2.B/2- 2.a mm. Trong đó :
-Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô, Bo = 1200 mm. - B: chiều rộng lốp xe, B = 6,15 inch= 156,2 mm.
- a: khoảng câch an toăn giữa lốp xe vă thănh bệ, a = 100 mm. Thay thế số liệu, ta được:
B
Bo Lmin a
Lmin = 1200- 156,2- 2100 = 843,8 mm. Chọn: Lmin = 800 mm.
* Khoảng câch thử lớn nhất: Hình 4.4.
Ta xâc định khoảng câch thử cần thiết lớn nhất đối với loại ô tô tải URAL- 4320.Nơi sản xuất Liín Xô cũ. Câc thông số cơ bản của loại ô tô năy như sau:
- Chiều rộng cơ sở lớn nhất (cầu sau ): 2000 mm. - Cỡ lốp: 14.00-20. - Số lượng lốp: 6+1. 0 a Bo Lmax B
Hình 4.4. Sơ đồ tính khoảng câch thử cần thiết lớn nhất. Như vậy chiều rộng lớn nhất cần thiết của bệ thử lă:
Lmax = Bo + 2.B + 2.a mm. Trong đó :
- Bo: chiều rộng cơ sở của ô tô, Bo = 2000 mm. - B: chiều rộng lốp xe, B = 14 in = 335,6 mm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- a: khoảng câch an toăn giữa lốp xe vă thănh bệ, 100 mm Thay thế số liệu, ta được:
Lmax = 2000 + 2 355,6 + 2 100 = 2911,2 mm. Chọn: Lmax = 3000 mm.
4.2.3. Tính toân thiết kế đường kính con lăn :
Như chúng ta đê biết, con lăn truyền lực đến bânh xe nhờ lực bâm, mă lực bâm thì phụ thuộc văo hệ số bâm giữa bề mặt con lăn vă bânh xe.
Ngoăi câc yếu tố thuộc về kết cấu của lốp xe (âp suất lốp, dạng hoa lốp, tải trọng...), hệ số bâm giữa bânh xe chủ động vă con lăn phụ thuộc câc yếu tố như: nguyín liệu chế tạo bề mặt con lăn, hình dạng bề mặt con lăn vă đặc biệt lă đường kính con lăn.
Điều kiện tâc dụng của lốp xe với sự quay của con lăn vă với mặt đường lă khâc nhau, trong quâ trình đó có sự thay đổi của lực phđn bố ở câc vị trí tiếp xúc của lớp bề mặt lốp. Đại lượng đặc trưng cho sự phđn bố âp lực riíng ở chỗ tiếp xúc lă hệ số ma sât vă lực cản dao động.
Chúng ta dễ dăng nhận thấy rằng diện tích tiếp xúc giữa lốp với bề mặt con lăn nhỏ hơn diện tích tiếp xúc giữa lốp vă mặt đường còn âp lực riíng thì lớn hơn. Thực nghiệm cho thấy âp lực riíng của lốp xe vă con lăn lớn hơn 30 ÷ 35 %, điều đó dẫn đến thay đổi hệ số bâm.
Theo câc tăi liệu được công bố thì độ cong của con lăn ảnh hưởng đến độ trượt của bânh xe, tức lă độ trượt phụ thuộc văo đường kính của con lăn. Nói một câch tổng quât hơn thì độ trượt của lốp xe vă bề mặt con lăn phụ thuộc văo tỷ số đường kính của con lăn với đường kính của bânh xe. Sự quan hệ được thể hiện trín đồ thị hình 4.5. 0,2 0,4 0,6 0,8 a(%) 0 20 40 60 80 ST(%)
Trín đồ thị hình 4.5, ST lă độ trượt giữa bânh xe vă mặt con lăn, a lă tỷ số giữa đường kính con lăn vă đường kính bânh xe. Dựa văo đồ thị năy ta thấy sự trượt tương đối ổn định khi a > 0,4, bắt đầu tăng khi a = 0,25 ÷0,4 vă tăng rất nhanh khi tỷ số a < 0,2.
Để đảm bảo độ trượt ổn định, ta chọn hệ số a = 0,27. Dựa văo hệ số năy, đường kính con lăn được tính như sau:
Dcl = a Dbx = 2aRbx
Ở đđy: ta lấy giâ trị Rbx lă giâ trị đường kính bânh xe kiểm tra lớn nhất được xâc định ở mục 4.1.2, Rbx = 567 mm.
Dcl = 2 0,27 567 = 306,18 mm. Chọn: Dcl = 300 mm.
4.2.4. Tính toân thiết kế chiều dăi con lăn.
Chiều dăi con lăn được xâc định phụ thuộc vă khoảng câch thử cần thiết lớn nhất vă nhỏ nhất của bệ thử. Ta có thể xâc định chiều dăi con lăn như sau:
Lcl = 0,5.( Lmax - Lmin). Dựa vă câc giâ trị Lmax, Lmin đê tính ở mục 4.2.2, ta có:
Lcl = 0,5 ( 3000- 800) = 1100 mm. Như vậy, ta chọn Lcl = 1100 mm.
4.2.5. Bề mặt con lăn.
Phần chịu lực của tang con lăn được chế tạo bằng thĩp CT5, có chiều dăy được chọn theo kinh nghiệm. Vì bệ thử cần thiết kế cho câc loại xe có tải trọng dưới 10 tấn cho một cầu nín bề dăy con lăn tương đối lớn: δ = (2535) mm.
Ta chọn: δ = 30 mm.
Bề mặt con lăn được chế tạo có khâ nhiều dạng (hình 4.7). Thông thường người ta chế tạo bề mặt con lăn sao cho hệ số bâm đạt được không nhỏ hơn 0,6. Câc con lăn có bề mặt nhẵn sẽ không thích hợp do có hệ số bâm thấp. Câc bề mặt của con lăn có thể lăm bằng thĩp vă được gia công chế tạo thănh câc vết khía, câc rênh hoặc câc gđn, nhưng để tăng độ bâm, trín bề mặt con lăn thường được phủ một lớp nhựa nhđn tạo, bítông, đâ nhâm ...
1 3 1 5 4 2 1 a) b)
Hình 4.6. Kết cấu bề mặt con lăn.
a) Con lăn có bề mặt khía nhâm; b) Con lăn có bề mặt phủ vật liệu ma sât. 1. Trục con lăn; 2. Phần xương tang chịu lực; 3. Rênh khía tạo độ bâm;
4.Vật liệu ma sât; 5. Lưới kim loại.
Câc kiểu bề mặt con lăn có khía nhâm chế tạo đơn giản, đạt được hệ số bâm khâ cao nhưng nó thường dẫn đến phâ huỷ câc hoa lốp. Để bề mặt con lăn khi thử xe không phâ huỷ câc hoa lốp, người ta chế tạo trín bề mặt con lăn câc rênh có gđn đan chĩo nhau một góc 1200.
Loại kết cấu bề mặt con lăn phủ lớp vật liệu ma sât có nhiều ưu điểm hơn do hệ số bâm cao mă không lăm hại lốp. Tuy nhiín, loại con lăn năy chế tạo phức tạp hơn vă vì vậy giâ thănh sẽ cao.
Bề mặt con lăn được chọn lă loại bề mặt phủ vật liệu ma sât. Hỗn hợp vật liệu ma sât lă bítông nhựa trộn với chất dính kết. Để tăng khả năng chịu tải vă độ dính kết, ở giữa lớp vật liệu ma sât có đặt một lưới kim loại.
4.2.6. Tính toân khoảng câch tđm giữa câc con lăn.
Khoảng câch tđm giữa hai con lăn được xâc định theo hai điều kiện. Trước hết, khoảng câch phải đủ lớn để đảm bảo điều kiện ổn định của xe khi thử. Xe phải đảm bảo không bị văng ra khỏi bệ thử khi bệ thử hoạt động. Mặt khâc, khoảng câch năy phải không lớn quâ để giúp xe có thể vượt ra khỏi bệ thử một câch dễ dăng sau khi đê thử xong. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đđy lă hai điều kiện cần phải thoả mên đồng thời. Trong hai điều kiện đó cần phải chú ý một vấn đề căn bản lă phđn tích sự tương hỗ về hệ số lực bâm giữa lốp