4. TÍNH TOÂN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH
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.
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 ôtô vă con lăn vă về góc lọt của bânh xe giữa hai bề mặt con lăn. Khi bânh xe bị quay cùng con lăn nhờ động cơ điện dẫn động vă khi phanh xe lại.
Xĩt sơ đồ phđn bố lực như hình 4.7, khi động cơ điện quay dẫn động con lăn quay vă thông qua ma sât giữa bề mặt con lăn kĩo bânh xe quay theo. Sau một thời gian, con lăn vă bânh xe quay với tốc độ ổn định (hình 4.7.a).
Ta có:
Pt1 = G.fms.cos. Pt2 = G.fms.cos.
Trong đó: Pt1; Pt2: lực ma sât giữa bânh xe vă con lăn 1 vă 2.
fms: lă hệ số ma sât tổng cộng của câc ổ trục, moay ơ bânh xe.
. . . c c bx P1 P2 c c bx P1 P2 P1 a) b)
Hình 4.7. Sơ đồ tâc dụng lực tương hỗ giữa câc con lăn vă bânh xe. a) Khi bânh xe quay ổn định vă chưa đạp phanh; b) Khi đạp phanh.
1. Bânh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.
Khi bắt đầu đạp phanh, lực phanh sẽ sinh ra một mômen phanh trong bânh xe ngược chiều chuyển động của bânh xe. Mômen năy tâc dụng lín 2 điểm tỳ A vă B trín câc con lăn một cặp ngẫu lực Pp (hình 4.7.b). Cặp ngẫu lực năy có câc tâc dụng ngược nhau đối với 2 con lăn. Nó lăm tăng trọng lượng phđn bố lín trục con lăn 1 vă lăm giảm trọng lượng phđn bố lín trục con lăn 2. Vă lực ma sât sinh ra trín câc bề mặt con lăn tương ứng cũng biển đổi theo.
Hợp lực của câc lực ma sât vă trọng lực R hợp với đường thẳng đứng một góc γ tăng dần theo mômen phanh. Cho đến khi γ > α thì điều kiện mất ổn định xảy ra. Nếu lúc năy nếu hệ số ma sât đủ lớn để bânh xe không bị trượt thì bânh xe sẽ bị bật ra khỏi bệ thử. (hình 4.8). . . c c bx P1 P2 P1 c c bx P1 P2=0 P1 a) b)
Hình 4.8. Sơ đồ sự mất ổn định giữa bânh xe vă con lăn khi phanh. a) Bânh xe quay ổn định khi phanh; b) Mất ổn định.
1. Bânh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động. * Tính toân bố trí con lăn theo điều kiện ổn định:
Một nhận xĩt được rút ra khi phđn tích sự tâc dụng tương hổ giữa câc con lăn vă bânh xe ở phần trín lă ở vị trí bắt đầu mất ổn định thì thănh phần trọng lượng phđn bố lín con lăn phía trước bị triệt tiíu.
Câc thănh phần lực tâc dụng lín trục bânh xe còn lại bao gồm:
- Trọng lượng trục kiểm tra G.
- Lực ma sât của con lăn phía sau, Pt1. Pt1 = .G /cos
- Lực cản lăn của câc cầu còn lại tâc dụng lín cầu kiểm tra PS.
Ps = fms . Gs
fms: hệ số cản giữa bânh xe trục còn lại với mặt đường. Gs: trọng lượng của trục còn lại.
G/tg c bx P1 P2=0 G c . P1
Hình 4.9. Sơ đồ tính toân độ ổn định bânh xe.
1. Bânh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.
Bỏ qua sự biến dạng của lốp xe do điều kiện tải trọng thay đổi, ta chiếu câc lực lín phương, chiều chuyển động (phương ngang) ta được phương trình điều kiện cđn bằng như sau: G.tg + Ps – Pt1.cos 0 Hay: G.tg + Gs .fms .G Chia 2 vế cho G, ta có: tg + fms.(Gs /G) tg - fms.(Gs /G) Trong đó:
: hệ số bâm giữa mặt lốp vă bề mặt lô.
fms: hệ số cản giữa bânh xe trục còn lại với mặt nền. G: trọng lượng cầu kiểm tra.
Gs: trọng lượng cầu còn lại.
Với câc loại xe tham khảo tăi liệu [2], tỷ lệ Gs/G nằm trong khoảng (0,7÷ 1,4).
Ta xĩt câc quâ trình thử phanh cho câc trường hợp sau:
Khi kiểm tra phanh chính, ta lấy cầu trước lăm giâ trị tính toân vì cầu trước xe không tải thường có trọng lượng lớn hơn cầu sau. Ta xĩt khi Gs/G =0,7 (giâ trị nhỏ nhất).
fms = fc + fp Với:
fc = 0,018 ÷ 0,02 : hệ số cản lăn. fp = 0,3 : hiệu quả phanh sau nhỏ nhất.
= 0,7 : hệ số bâm khi bânh xe bắt đầu trượt hoăn toăn. Thay thế số liệu ta tính được:
tg 0,7 - (0,02+0,3) 0,7 tg 0,476
25030’ + Kiểm tra phanh dừng:
Phanh dừng ô tô thường bố trí ở cầu sau. Hiệu quả phanh dừng theo thống kí thường nhỏ hơn 50% trọng lượng trục. Như vậy, khi kiểm tra phanh dừng ta có câc số liệu sau:
Với fc = 0,018 ÷ 0,02 : hệ số cản lăn. fp = 0: hiệu quả phanh trước nhỏ nhất.
= 0,5: hệ số bâm khi bânh xe bắt đầu trượt hoăn toăn. Gs/G = 1,4: giâ trị lớn nhất.
Thay thế số liệu ta tính được:
tg 0,5 - (0,02+0) 1,8 tg 0,472
25026’
Từ câc trường hợp trín ta chọn = 260.
* Tính bố trí con lăn theo điều kiện đưa ô tô ra khỏi bệ thử:
Tính bố trí con lăn theo điều kiện đưa ôtô ra khỏi bệ thử, trong trường hợp năy ta tính cho ôtô du lịch vì loại năy có bân kính bânh xe nhỏ nhất do đó nó vượt khỏi bệ thử lă khó khăn nhất.
Xuất phât từ điều kiện vượt dốc của xe :
Pkmax Pf +Pi
Trong đó:
- Pkmax: lực kĩo lớn nhất của bânh xe. Pkmax = .G
- : hệ số bâm giữa bânh xe vă bề mặt con lăn. - G: trọng lượng cầu chủ động.
- = 0,65.
- Gs/G = 1(Đối với xe du lịch trọng phđn bố lín hai cầu tương đương nhau). - Pf: lực cản lăn.
Pf = fc . (Gs + G)
- Pi: lực cản lín dốc (lă trọng lượng cầu kiểm tra chiếu lín phương chuyển động).
Pi = tg . G Thay thế câc biểu thức văo ta được:
.G fc (Gs + G) + tg .G Chia hai vế cho G vă rút gọn ta được:
tg - fc (1 + Gs / G ) tg 0,65- 0,02(1 + 1 ) tg 0,61
31023’ Chọn = 300
? B A M O1 O2 H K Rbxm ax Rbxmin F a L 3 1 2
Hình 4.10. Tính kích thước bố trí con lăn.
1. Bânh xe kiểm tra; 2. Con lăn bị động; 3. Con lăn chủ động.
Dựa văo câc góc ổn định α = 260 vă góc vượt = 300 đê tính toân ở phần trín, ta tiến hănh tính toân câc kích thước bố trí con lăn như sơ đồ hình 4.11.
Gọi khoảng câch bố trí con lăn sau cao hơn con lăn trước một đoạn lă a, vă góc hợp bởi đường nối tđm hai con lăn vă mặt phẳng ngang lă γ:
Do đường tròn (A,Rbxmax) vă đường tròn (B,Rbxmin) luôn tiếp xúc với 2 đường tròn (O1,Dcl/2); (O2,Dcl/2).
Nín ta luôn có:
O1M = O2M
Hay: (0,5.Dcl + Rbxmax).sin( - ) = (0,5.Dcl + Rbxmin).sin( + ) Ở đđy, do ô tô có bân kính lốp lớn có độ ổn định kĩm nhất nín ta lấy thông số bân kính lốp xe lớn nhất để tính điều kiện ổn định.
Ta có:
Do ô tô con có bân kính lốp nhỏ có khả năng vượt dốc kĩm nhất nín ta lấy thông số bân kính lốp xe nhỏ nhất để tính điều kiện vượt con lăn.
† Zbxmin = 276,6 (mục 4.1.2). . đặt: Rmၡx = 0,5Dcl ī Rbxmax耠 = 0,5300 +567 = 717 mm. Rmin = 0,5Dcl + Rbxmin Ƞ = 0,5300 +276,6 = 426ࠬ6 mm耮
Biến đổi lượng giâc phương trình trín, ta được:
Р ဠ Rmax䀮(sin.cos -cos .sin ) = Rmin.(si聮.cos耫cos.sin ) Chia hai vế cho cosγ, khai triển vǠ rút gọn, ta đư廣c:
ဠtg = cos cos sin sin min max min max R R R R tg = 0 0 0 0 30 cos 6 , 426 26 cos 717 30 sin 6 , 426 26 sin 717 = 0,09963 = 5041’
Từ đó, ta có thể tính được khoảng câch giữa hai con lăn: L = O1F = O1O2.cosγ = 2.MO1.cosγ 耠M = 2.Rmax.sin(α-γ).cosγ. L = 2.717.sin(260-5041’).c os(5041’ ) L = 497,4667 mm. Chọn số quy tròn: L = 497 mm. a = L .tg = 497.tg 5041’ = 47,4 mm. Chọn quy tròn: a = 47 mm. 4.3. TÍNH CHỌN ĐỘNG CƠ ĐIỆN.
4.3.1. Tính công suất cần thiết.
Công suất cần thiết được tính theo công thức:
1000. . max v P N Nct p [kW] Trong đó:
- Ppmax: lực phanh lớn nhất trín con lăn, [N].
- P = 0,5.Kq.max.G.g
- Kq: hệ số sử dụng tải trọng trín bệ thử, Kq =0,7.
- max: hệ số bâm lớn nhất giữa bânh xe vă con lăn, max = 0,75. - G: khối lượng lớn nhất của trục thử.
- Khi thử xe trín bệ thử ta chỉ thử xe không tải do đó tải trọng trục thử bằng khoảng 50% tải trọng tối đa trín trục, G = 0,510000 = 5000 kg.
- g: gia tốc trọng trường, g =9,81 m/s.
- P = 0,5 0,7 0,75 5000 9,81 = 12785,625 N - v: vận tốc dăi của con lăn, [m/s]
v = 2,5 km/h = 0,694 m/s. η: hiệu suất của bộ truyền:
6 4 3 3 2 2 1. . .
Với η1 = 0,96 - hiệu suất bộ truyền xích η2 = 0,97 - hiệu suất bộ truyền bânh răng η3 = 0,995 - hiệu suất của một cặp ổ lăn η4 = 1 - hiệu suất của khớp nối Thay thế số liệu ta được:
Η 0,9620,9730,9956 1 = 0,816 816 , 0 1000 694 , 0 625 , 2785 1 ct N = 10,3 KW. 4.3.2. Chọn động cơ điện.
Dựa văo công suất cần thiết tính toân được, ta tiến hănh chọn động cơ điện. Động cơ điện cần chọn phải có công suất lớn hơn công suất cần thiết. Do tính chất lăm việc của bệ thử phanh, động cơ điện được chọn lă loại động cơ điện không đồng bộ 3 pha. Động cơ phải có khả năng quâ tải ngắn hạn lớn, lăm việc ổn định trong điều kiện thoât nhiệt kĩm, độ ẩm lớn (do phải bố trí trong hầm kín).
Chọn động cơ điện A0C2-52-4* lă loại động cơ điện không đồng bộ ba pha có hệ số trượt cao được che kín, có quạt gió vă có câc thông số kỹ thuật sau [3]:
- Công suất động cơ: N = 11 KW.
- Hiệu điện thế: 220 / 380 V - Hiệu suất: η = 0,815
- Trọng lượng: G = 107 kg - Mômen mở mây: Mm = 2.Mđm.
4.4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG CƠ KHÍ.
Để truyền dẫn mômen quay được tạo ra bởi động cơ điện đến tang quay (con lăn ma sât) cần phải có một hệ thống dẫn động cơ khí. Hệ thống dẫn động cơ khí mỗi bín của bệ thử hoạt động độc lập nhau vă bao gồm câc bộ phận chính sau:
1. Hộp giảm tốc.
2. Bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn. 3. Bộ truyền xích giữa hai đến con lăn.
* Phđn phối tỷ số truyền cho câc bộ truyền:
Việc phđn phối tỷ số truyền cho câc bộ truyền lă một việc lăm phức tạp. Tuỳ theo câc tiíu chí đặt ra khâc nhau mă ta có câch phđn phối tỷ số truyền khâc nhau.
Đối với bệ thử phanh, mục tiíu quan trọng hăng đầu lă câc bộ truyền phải đảm bảo kích thước nhỏ gọn.
Tỉ số truyền chung của hệ thống dẫn động cơ khí được tính:
34 2 , 44 1500 cl dc n n i Trong đó: - ndc = 1500 v/p: tốc độ động cơ điện. - ncl: tốc độ con lăn. 300 14 , 3 694 , 0 1000 60 . . 1000 . 60 cl cl cl D v n = 44,2 v/p
* Sơ bộ phđn tỷ số truyền cho câc bộ truyền như sau:
1. Tỷ số truyền bộ truyền xích từ hộp giảm tốc đến con lăn: ix1 = 2 2. Tỷ số truyền hộp giảm tốc: ih = 17
4.4.1. Tính toân thiết kế hộp giảm tốc.
4.4.1.1. Chọn loại hộp giảm tốc.
Theo như cấu tạo của phần thiết kế sơ bộ bệ thử phanh, hộp giảm tốc của bệ thử được nối đồng trục với động cơ thănh một khối. Để hệ thống có thể lăm việc được với yíu cầu đề ra, Hộp giảm tốc được chọn phải thuộc loại hộp giảm tốc đồng trục. Nhằm mục đích đồng bộ vă tiíu chuẩn hoâ câc bộ phận của bệ thử, hộp giảm tốc được chọn lă hộp giảm tốc đa dụng được chế tạo sẵn.
Hộp giảm tốc được chọn lă hộp giảm tốc ba cấp đồng trục. Động cơ điện dẫn động trực tiếp trục sơ cấp, trục thứ cấp được nối với bộ truyền xích đến con lăn. Sở dĩ chúng ta chọn bộ truyền bânh răng trụ ba cấp loại đồng trục lă do loại hộp giảm