Kết quả tính tốn
- Thơng số bánh răng chủ động
- Thơng số bánh răng bị động
Hình 3.27. Thơng số bánh răng bị động.
- Các kết quả tính tốn về lực và tải trọng bộ truyền
Bảng 3.3. Bảng thông số bộ truyền bánh răng 01
TT Thông số / ký hiệu Giá trị
1 Module / M 9 mm 2 Khoảng cách trục / a 180 mm 3 Bề rộng răng / b 50 mm 4 Lực vòng / Ft 1746 N 5 Lực hướng tâm / Ft 635 N 6 Lực hướng trục / Fa 0 N - Kết quả mơ hình 3D
3.4.4.3. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp trung gian
- Khởi động chương trình thiết kế
- Thiết lập file lắp ghép trong Autodesk Inventor
Hình 3.30. Thiết lập file lắp ghép.
- Chọn trang Design và lựa chọn mục Spur Gear để thiết kế bộ bánh răng trụ
- Thiết lập các thơng số hình học của bộ truyền
Hình 3.32. Thơng số hình học bộ truyền.
- Thiết lập các thông số về lực và tải trọng của bộ truyền và tính tốn
Kết quả tính tốn
- Thơng số bánh răng chủ động
Hình 3.34. Thơng số bánh răng chủ động.
- Thơng số bánh răng bị động
- Các kết quả tính tốn về lực và tải trọng bộ truyền
Hình 3.36. Lực và tải trọng bộ truyền.
Bảng 3.4. Bảng thông số bộ truyền bánh răng 02
TT Thông số / ký hiệu Giá trị
1 Module / M 12 mm 2 Khoảng cách trục / a 248 mm 3 Bề rộng răng / b 70 mm 4 Lực vòng / Ft 3136 N 5 Lực hướng tâm / Ft 1199 N 6 Lực hướng trục / Fa 0 N
- Kết quả mơ hình 3D
Hình 3.37. Mơ hình bộ truyền cấp trung gian.
3.4.4.4. Thiết kế bộ truyền bánh răng cấp chậm
- Khởi động chương trình thiết kế
- Thiết lập file lắp ghép trong Autodesk Inventor
- Chọn trang Design và lựa chọn mục Spur Gear để thiết kế bộ bánh răng trụ
Hình 3.39. Thiết kế bộ bánh răng trụ.
- Thiết lập các thơng số hình học của bộ truyền
- Thiết lập các thông số về lực và tải trọng của bộ truyền và tính tốn
Hình 3.41. Thơng số về lực và tải trọng bộ truyền.
Kết quả tính tốn
- Thơng số bánh răng chủ động
- Thơng số bánh răng bị động
Hình 3.43. Thơng số bánh răng bị động.
- Các kết quả tính tốn về lực và tải trọng bộ truyền
Bảng 3.5. Bảng thông số bộ truyền bánh răng 03
TT Thông số / ký hiệu Giá trị
1 Module / M 16 mm 2 Khoảng cách trục / a 355 mm 3 Bề rộng răng / b 70 mm 4 Lực vòng / Ft 5641 N 5 Lực hướng tâm / Ft 2028 N 6 Lực hướng trục / Fa 0 N - Kết quả mơ hình 3D Hình 3.45. Mơ hình bộ truyền cấp chậm.
3.4.4.5. Xây dựng bản vẽ lắp hệ truyền động cơ khí
Hình 3.46. Mơ hình bản vẽ lắp truyền động cơ khí.
3.5. THIẾT BỊ ĐO.
3.5.1. Sơ lược các loại thiết bị đo.
Thiết bị đo lường là một vấn đề rất được chú trọng khi thiết kế bệ thử phanh. Độ chính xác, mức độ phức tạp của kết cấu, khả năng hoạt động tin cậy của thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào các thiết bị đo lường. Việc chọn lựa các thiết bị đo khác nhau sẽ cho các loại kết cấu cũng như kết quả đo khác nhau. Ngoài ra, chọn thiết bị đo lường cũng là một yếu tố quyết định đến giá thành thiết bị.
Có rất nhiều phương pháp đo khác nhau như: - Phương pháp thủy khí.
- Phương pháp dùng điện.
- Phương pháp cơ khí: là phương pháp thơng qua các truyền động cơ khí để nhận kết quả đo, như lực kế lò xo…
Trong hệ thống thử phanh được thiết kế có rất nhiều thơng số cần đo đếm như trọng lượng trục ô tô, lực phanh, vận tốc, thời gian … Các giá trị này đều là các đại lượng vật lý không điện. Các phương pháp đo đại lượng vật lý khơng điện rất khó có thể chuyển đổi, tính tốn xử lý và lưu trữ, vì vậy cần phải chuyển đổi các giá trị này thành các giá trị điện.
Các cảm biến được phân thành các loại sau:
- Dựa vào nguyên lý chuyển đổi ta có các loại sau: cảm biến điện trở, cảm biến điện tử, cảm biến tĩnh điện, cảm biến hóa điện, nhiệt điện…
- Dựa theo tính chất nguồn điện ta có: cảm biến đo biến đổi trục tiếp, cảm biến biến đổi bù…
- Dựa vào kiểu đo ta có: cảm biến quang học, cảm biến dạng, cảm biến vận tốc, cảm biến nhiệt độ, cảm biến gia tốc, cảm biến rung…
- Dựa vào hiệu ứng vật lý biến đổi năng lượng ta có: cảm biến hiệu ứng nhiệt điện, cảm biến hiệu ứng hóa điện, cảm biến hiệu ứng áp điện, cảm biến hiệu ứng quang điện, cảm biến hiệu ứng cảm ứng điện từ…
- Đo lực phanh, đo trọng lượng: cảm biến điện trở lực căng hoạt động theo hiệu ứng tenzo, cảm biến điện áp.
- Do vận tốc: cảm biến tích cực loại cảm kháng.
Ngồi ra, cịn có cảm biến kiểm tra vị trí an tồn loại điện dung, các cảm biến nhận tín hiệu điều khiển từ xa sử dụng hiệu ứng quang điện và cảm biến đó thời gian.
3.5.2. Cảm biến đo lực phanh.
Dựa trên nguyên lý hoạt động của hệ thống, lực phanh bánh xe tác dụng lên con lăn được truyền đến động cơ- hộp giảm tốc làm cụm này quay đi 1 góc hay nói đúng hơn là gây ra 1 biến dạng trên đầu đo. Sự quan hệ giữa ứng lực và biến dạng được biểu diễn bằng lý thuyết sức bền vật liệu.
σ = E (∆l/ l) Trong đó:
- σ : ứng suất phát sinh trong đầu đo (N/m2 , kG/cm2) - E : modun đàn hồi của vật liệu.
- ∆l/ l : biến dạng dài tương đối của đầu đo.
Để đo lực phanh, ta đo sự biến dạng sinh ra của đầu đo ∆l/ l khi chịu tác dụng của momen phanh bằng cảm biến biến dạng. Phương pháp này gọi là phương pháp chuyển đổi điện trở lực căng.
3.5.2.1. Cấu tạo nguyên lý hoạt động.
Khi dây dẫn chịu sự biến dạng cơ khí thì điện trở của nó thay đổi, hiện tượng đó gọi là hiệu ứng tenzo. Chuyển đổi điện trở làm việc dựa trên hiệu ứng tenzo gọi là chuyển đổi điện trở tenzo hoặc là chuyển đổi điện trở lực căng. Chuyển đổi điện trở lực căng có 3 loại: chuyển đổi điện trở lực căng dây mảnh, lá mỏng và màng mỏng. Cảm biến được sử dụng cho bệ thử phanh là loại cảm biến chuyển đổi điện trở lực căng loại dây mảnh.
Cấu tạo của cảm biến được thể hiện trên hình 4.17. Trên thanh thép có tiết diện hình vng, người ta giảm độ cứng bằng cách khoét phần giữa 1 lỗ hình chữ nhật. Về hai phía trên và dưới trong lỗ này người ta dán 1 lớp chất dẻo cách
điện hoặc giấy mỏng bền. Trên lớp cách điện này, người ta dán 1 lớp chất dẻo cách điện hoặc giấy mỏng bền. Trên lớp cách điện này, người ta dán 1 sợi dây điện trở hình răng lược có đường kính rất nhỏ ( 0,02 – 0,03 mm ). Dây được chế tạo bằng các vật liệu như constantan, nicrom,, hợp kim platin – iridi. Hai đầu dây được nối với các là đồng dùng để nối với mạch đo thơng qua dây dẫn ra ngồi. Toàn bộ phần dây điện trở và mạch đo được đúc liền khối bằng chất dẻo. Các chuyển đổi được dán lên đối tượng bằng loại keo dán đặc biệt như b0-2, b0- 4, axeton xenluloic v..v..
Khi cần đo bị biến dạng, gây nên 1 biến dạng dài ∆l trên dây dẫn và điện trở của dây dẫn biến đổi theo 1 lượng ∆R.
Hình 3.48. Cảm biến lực phanh
1. Dây dẫn; 2. Cảm biến điện trở lực căng; 3. Bề mặt khảo sát; 4. Đầu đo; 5. Dây dẫn; 6. Lớp nhựa bảo vệ.
Ta có: ∆R/R = f (∆l/l) Hay: εR = f (ε1)
Ta biết cơng thức tính điện trở dây dẫn là: R = ρl/s
Trong đó:
- ρ: điện trở suất dây dẫn. - l: chiều dài dây dẫn.
- s: tiết diện dây dẫn.
Do đó: ∆𝑅𝑅 = ∆𝜌𝜌 +∆𝑙𝑙 −∆𝑆𝑆 Hay: εR = ερ + εl + εg Trong đó:
- εR = ∆R/R: sự biến thiên tương đối của điện trở chuyển đổi khi bị biến dạng.
- εl = ∆l/l : sự biến thiên tương đối theo chiều dài của dây dẫn.
- εg = ∆s/s: sự biến thiên tương đối theo tiết diện dây dẫn, đặc trưng cho sự thay đổi kích thước hình học chuyển đổi.
- εp = ∆ρ/ρ: sự biến thiên tương đối của điện trở suất, đặc trưng cho sự thay đổi tính chất vật lý của vật liệu chuyển đổi.
Ứng suất có trong chi tiết cần nghiên cứu phụ thuộc vào modun đàn hồi E của vật liệu chi tiết theo công thức:
Σ = E (∆l/l)
Phương trình biến đổi của chuyển đổi lực căng có thể biểu diễn dưới dạng:
∆R/R = σK/E
K: độ nhạy chuyển đổi. K = εR/εL
ứng suất cơ của chi tiết được giới hạn trong khoảng 20% ÷ 30% giới hạn đàn hồi.
3.5.2.2. Tính chất của chuyển đổi điện trở lực căng.
Kim loại sử dụng làm đầu đo phần lớn thuộc họ hợp kim Niken. Ngoài ra, các loại vật liệu bán dẫn cũng được dùng chế tạo chuyển đổi lực căng. Các chuyển dổi này có tính chất cơ bản như sau:
- Điện trở suất: điện trở suất của vật liệu dùng dây dẫn phải đủ lớn để khơng cần dây q dài làm tăng kích thước cảm biến, song cũng khơng giảm tiết diện q nhỏ vì sẽ làm giảm dịng đo và làm giảm độ nhạy.
Nói chung, do vật liệu chế tạo chuyển đổi điện trở lực căng là kim loại có độ biến dạng tương đối Al trong giới hạn đàn hồi không lớn hơn 2,5.103. Do đó ∆l vào khoảng (1,25 ÷ 10 ) tức là sự thay đổi tương đối không vượt quá 1% khi đối tượng chịu ứng suất lớn nhất. Do vậy sự nóng lên của điện trở làm ảnh hưởng đáng kể đến kết quả đo. Hệ số chuyển đổi có sự liên quan đến nhiệt độ theo biểu thức:
K(T) = K0 (1 + αK(T- T0)) Trong đó :
- K0 : hệ số đầu đo ở nhiệt độ chuẩn T0 ( T0 = 250C). - αK : hệ số thực nghiệm, αK đối với 1 số chất như sau: + Nichrome V : αK = -0,04% / 0C.
+ Constantan : αK = + 0,01% / 0C.
Để chuyển đổi làm việc được tốt, hệ số nhiệt độ cần bé. Mặt khác, cần bù nhiệt độ trong mạch đo.
- Ảnh hưởng của ứng lực đến độ tuyến tính:
Trong giới hạn đàn hồi, hệ số đầu đo của chuyển đổi điện trở lực căng dây kim loại khơng đổi, do đó mối quan hệ giữa sự thay đổi của điện trở và biến dàng là tuyến tính. Đây là 1 tính chất quan trọng đối với các loại đầu đo cần độ chính xác cao trong phạm vi rộng.
3.5.3.2. Sơ đồ mách đo cảm biến.
Chuyển đổi điện trở lực căng được mắc với dạng mạch cầu 1 chiều xoay chiều hoặc phản áp (hình 3.18).
Hình 3.49. Sơ đồ mạch đo cảm biến lực phanh.
a, Mạch cầu chỉ có 1 nhánh hoạt động với điện trở bù nhiệt. b, Mạch cầu với 2 nhánh hoạt động đối xứng.
c, Mạch phân áp.
3.5.2.4. Sai số và phạm vi ứng dụng.
Sai số của cảm biến điện trở tenzo chủ yếu đo độ chính xác khắc độ của cảm biến. Không thể khắc độ trưc tiếp đơn chiếc, chúng được chế tạo hàng loạt và chuẩn sơ bộ. Sai số sau khi chuẩn sơ bộ có thể đạt tới 1 ÷ 5 %. Các sai số còn do biến dạng dư của keo dán khi sấy khô, do sự giãn nở khác nhau giữa cảm biến và chi tiết dán. Chính vì vậy, khi sử dụng cần có quy trình cơng nghệ kiểm tra dán chuẩn (cân chỉnh) và chọn vị trí chính xác. Sai số sau khi chuẩn có thể đạt tới 0,2 ÷ 0,5 % khi đo biến dạng tĩnh, và 1 ÷ 1,5 % khi đo biến dạng động.
3.5.3. Cảm biến trọng lượng.
3.5.3.1. Cấu tạo nguyên lý hoạt động.
Tương tự cảm biến đo lực phanh, cảm biến trọng lượng cũng được sử dụng loại cảm biến tenzo nhưng khác với cảm biến đo lực phanh, cảm biến đo
lực phanh chịu momen uốn còn cảm biến đo trọng lượng chịu nén. Nguyên lý hoạt động giống cảm biến đo lực phanh. Phương pháp dán cảm biến dây điện trở khác với cảm biến đo lực phanh. Phương pháp dán cảm biến dây điện trở ở cảm biến đo trọng lượng được thể hiện ở hình 3.19.
a) Một nhánh làm việc và có bù trừ nhiệt; b) Hai nhánh làm việc có bù trừ nhiệt
Hình 3.50. Phương pháp dán dây điện trở.
Theo sơ đồ hình 3.19.a) ( đo trọng lượng) khi có một nhánh làm việc R1 ( nhánh đo ) thì cảm biến bù trừ nhiệt R4 được dán thẳng góc với phương tác dụng lực nén P. Ngoài việc bù trừ ảnh hưởng của nhiệt độ. Khi dán cảm biến R4 theo vị trí như trên sẽ bù trừ được sự mất mát độ nhạy ở nhánh làm việc do cảm biến bị biến dạng theo chiều ngang.
Dán cảm biến theo sơ đồ hình 3.19.b) sẽ tăng độ nhạy lên hai lần khi có cảm biến bù trừ nhiệt. Ngoài ra trong sơ đồ này còn bù trừ được cả ảnh hưởng khi thanh uốn.
- Nguyên lý đo: có hai phương pháp đo dùng cầu đo như sau: phương pháp cân bằng và phương pháp không cân bằng.
Ở phương pháp cân bằng, khi cầu đo bị mất cân bằng do cảm biến bị biến dạng dưới tác dụng lực, người ta tiến hành cân bằng lại cầu để cho dụng cụ đo mắc trên nhánh chéo của cầu chỉ ở số 0. Theo giá trị cầu phụ cân bằng sẽ xét được sự thay đổi của đại lượng cần đo.
Ở phương pháp không cân bằng, khi cầu đo bị mất cân bằng do cảm biến bị biến dạng dưới tác dụng lực, người ta không tiến hành cân bằng lại cầu mà dùng sự thay đổi chỉ số trên dụng cụ đo mắc trên nhánh chéo để xét sự thay đổi của đại lượng cần đo. Do đó, phương pháp khong cân bằng vạn năng hơn.
Hình 3.51. Sơ đồ mắc cảm biến vào cầu đo để đo trọng lượng
1. Cảm biến dây điện trở; 2. Thanh nén; 3. Nhánh cầu đo; 4. Máy khuếch đại; 5. Máy ghi sóng.
Trên hình 3.20 trình bày nguyên lý sơ đồ cầu đo để đo trọng lượng. Cảm biến dây điện trở 1 dán trên thanh nén 2 và có 1 nhánh của cầu đo 3. Khi có lực P tác dụng lên thanh nén sẽ làm thay đổi điện trở của cảm biến dán trên nó, do đó cầu bị mất cân bằng. Trên nhánh đo chéo sẽ có hiệu điện thế, hiệu điện thế này không quá vài milivon và dịng điện trong mạch đo chéo khơng đủ để cho máy ghi sóng 5 làm việc, vì thế tín hiệu trước khi vào máy ghi sóng 5 phải qua máy khuếch đại 4.
3.5.4. Cảm biến vận tốc trượt.
3.5.4.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
Để phù hợp với vị trí lắp đặt, kết cấu và đặc điểm hoạt động của bệ thử, ta chọn loại cảm biến xung chuyển đổi cảm ứng có cấu tạo như hình 3.21.
Hình 3.52. Cảm biến đo tốc độ bánh xe.
1. Nam châm vĩnh cửu; 2. Cuộn dây; 3. Lõi sắt từ; 4. Con lăn trơn; 5. Lỗ