CHƯƠNG 4 : TÍNH TOÂN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ĐÊ CHỌN
4.5. Tính tơn kiểm tra cơng trượt riíng vă nhiệt độ hình thăn hở cơ cấu phanh:
+ Chiều dăi trung bình cung: C1 = 0,018 [m]
+ Bề dăy đĩa phanh chọn 9 [mm] theo [2] cho cơ cấu phanh sau.
4.5. Tính tơn kiểm tra cơng trượt riíng vă nhiệt độ hình thănh ở cơ cấuphanh: phanh:
4.5.1. Tính tơn kiểm tra cơng trượt riíng:
Kích thước mâ phanh khơng chỉ xâc định theo tiíu chí âp suất lăm việc phải nhỏ hơn hoặc bằng âp suất cho phĩp [q] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho mâ phanh, mă cịn được xâc định theo tiíu chí cơng ma sât trược riíng nhằm đảm bảo cho mâ phanh lăm việc trong thời gian lđu dăi. Bởi vì với cùng âp suất lăm việc của mâ phanh trong quâ trình phanh như nhau nhưng tốc độ xe khi bắt đầu phanh cang lớn thì ma sât sẽ căng mau mịn. Theo định nghĩa cơng ma sât trượt riíng chính lă cơng ma sât trượt của mâ phanh trong q trình phanh tính trín một đơn vị diện tích lăm việc của mâ phanh. Giả sử cơng ma sât trượt L trong q trình phanh sẽ thu toăn bộ động năng của ôtô khi bắt đầu phanh với vận tốc v1 cho đến khi ôtô dừng hẳn v2=0:
L=ma(v1 2−v22) 2 = Ga.v12 2g.AΣ (4.24) Trong đó:
ma : khối lượng toăn bộ của ôtô đầy tải khi phanh Ga : Trọng lượng của ôtô
V1 : Tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh g : Gia tốc trọng trường
A: Tổng diện tích lăm việc của câc mâ phanh trong tất cả câc cơ cấu phanh [m2] Diện tích lăm việc của mọt mâ phanh có thể được xâc định:
AΣ=Π(R22−R
1 2
). α
2Π (4.25)
Thế số đê biết cho hai mâ phanh của hai cơ cấu phanh trước: A1= 3,14(0,192−0,12). 0,58
2.3,14.4 =0,03 [m2]
A2= 3,14(0,172−0,092). 0,14
2.3,14.4 =0,0058 [m2] Vậy tổng diện tích ma sât của cả xe:
A = 0,03+0,0058= 0,035 [m2] Suy ra cơng trượt riíng:
Lr = L AΣ=
Ga.v12
2gAΣ (4.26)
Trị số cơng ma sât riíng tính theo câc cơng thức trín khi bắt đầu phanh với tốc độ trung bình bằng nửa tốc độ cực đại (v1=0,5vmax) cho đến khi xe dừng hẳn (v2=0) phải nằm trong giới hạn cho phĩp [Lr] = 415 [Mj/m2], đối với ôtô du lịch:
Với v1= 95 [Km/h]= 26,3 [m/s] thì ta có:
Lr=(1500 .9,81).26,32
2.9,81.0,035 =14,82[MJ/m
2
]
So sânh với giâ trị cho phĩp 4< Lr <15 [Mj/m2],thỏa mên.
4.5.2. Tính tơn kiểm tra nhiệt độ hình thănh ở cơ cấu phanh
Trong q trình ơtơ bị phanh, động năng ơtơ bị tiíu tân bởi cơng ma sât trượt vă biến thănh nhiệt năng, lăm rung nóng đĩa phanh vă một phần truyền ra ngoăi khơng khí, tuy nhiín khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, năng lượng nhiệt không kịp truyền ra ngoăi mơi trường khơng khí hoặc truyền ra khơng đâng kể nín trong tính tơn thiết kế, để an toăn về nhiệt, chúng ta có thể coi đĩa phanh nhận hết nhiệt năngnăy trong q trình phanh. Ta có phương trình cđn bằng nhiệt:
ma(v12−v22)
2 =mp.C.ΔC
Trong đó: - mp : Tổng khối lượng của câc đĩa phanh
- C : Nhiệt dung riíng của vật liệu lăm đĩa phanh C500[j/kg] - C : Độ tăng nhiệt độ
Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v=8,33 [m/s]. Khối lượng tổng cộng đĩa phanh đủ lớn để độ tăng nhiệt độ không quâ 10o khi phanh với tốc độ v= 8,33 [m/s]
mp= ma.v12
2C.[10o]=
1500. 8,332
2 .500 .[10o]=10,4
Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với tốc độ v = 0,5vmax, khối lượng tổng cộng của đĩa phanh phải đủ lớn để độ tăng nhiệt độ không quâ 100o khi phanh với tốc độ v =0,5 vmax=26,3 [m/s] mp= ma.v12 2C.[100o]= 1500.26,32 2 .500 .[100o]=10,37 [Kg] (4.28)
Vậy để đảm bảo điều kiện bền nhiệt, khối lượng mỗi đĩa phanh của ôtô du lịch phải bằng:
mt = 10,4/4 = 2,6 [kg] Từ Π.(R22−R12).δ.ρ=mt
Trong đó: ρ lă khối lượng riíng của vật liệu lăm tang trống hoặc đĩa phanh. Với thĩp hoặc gang thì = 7800 [Kg/m3]
δ=
mt
Π.(R22−R12).ρ=
2,6
3,14 .(0,192−0,12). 7800 = 0,004 [m]
4.6. Hănh trình dịch chuyển đầu pittong xy-lanh cơng tâc của cơ cấu ĩp
Trong cơ cấu phanh dầu, để tạo ra lực ĩp cho cơ cấu phanh chúng ta thường dùng piston để truyền lực ĩp P lín guốc phanh.
Đối với cơ cấu ĩp phanh đĩa: hănh trình dịch chuyển của piston cơng tâc của cơ cấu ĩp phanh đĩa được xâc định bằng: x = o
Với cơ cấu phanh đĩa , khe hở hướng trục o thường khâ nhỏ với giâ trị khoảng 0,30,5[mm].
Chọn o = 0,4 [mm] Suy ra x = 0,4 [mm]
4.7. Đường kính xy-lanh chính vă xy-lanh cơng tâc 4.7.1. Đường kính xy-lanh cơng tâc
Đường kính xilanh cơng tâc dk ở câc cơ cấu phanh được xâc định từ lực ĩp yíu cầu tương ứng Pk.
4.Pk d =k
π.pd (4.29)
Trong đó Pk lă lực ĩp u cầu ở cơ cấu phanh thứ k; pd lă âp suất lăm việc của dầu phanh trong hệ thống. Khi phanh với lực phanh lớn nhất thì âp suất dầu phanh trong hệ thống hiện nay nằm trong khoảng :
+Hệ thống phanh khơng có bơm dầu hỗ trợ: pd ≈ 5÷10[MN/m2
]
Với cơ cấu phanh trước, có lực ĩp P1=15137,12(N),với pd=10[MN/m2
] thì ta có đường kính xilanh cơng tâc bằng :
d1=√4 .15137Π.10.10,126 =0,044 [m]
Với cơ cấu phanh sau ta có lực ĩp P2= 3009,22[N] , với pd=10[MN/m2
] thì ta có đường kính xilanh cơng tâc bằng :
d2=√4 .3009Π. 10 .10,226 = 0,02 [m]
4.7.2. Đường kính xy-lanh chính
Đường kính xilanh chính Dcđược xâc định từ tỷ số khuếch đại thủy lựcik.
k i = 2 k c d D Trong đó: k
i lă tỉ số khuếch đại thủy lực của xilanh công tâc thứ k so với xilanh chính. Trong thực tế kinh nghiệm đối với hệ thống phanh dầu kiểu cơ cấu phanh đĩa thì tỉ số đường kính có thể từ 1 đến 1,7 nín khuếch đại thủy lực thường nằm trong khoảng ik
=2,9.Vì vậy trong tính tơn thiết kế có thể tính đường kính xilanh chính theo giâ trị trung bình gần đúng như sau: 2 2 1 d kmin d kmax D =c + 2 1 2,9 (4.30) Ở đđy: min k
d lă giâ trị nhỏ nhất của câc đường kính xilanh cơng tâc
max
k
d lă giâ trị lớn nhất của câc đường kính xi lanh cơng tâc
Dc=√1
2(0,021 2+
0,0442
2,9 ) = 0,023 [m]
4.8. Hănh trình dịch chuyển của piston xy lanh
Piston chính có nhiệm vụ truyền lực từ băn đạp vă bộ trợ lực phanh để tạo ra âp suất cao trong hệ thống khi phanh. Âp suất cao trong hệ thống chỉ bắt đầu hình thănh khi tất cả câc khe hở trong hệ thống phanh đê được khắc phục, nín hănh trình dịch chuyển của piston xilanh chính h [mm] được xâc định.
h = ((2 .x1.n1.d1 Dc2 +2 .x2.n2.d2 Dc2 ). 2+δ1+δ2+δdk.ddk 2 Dc2).K (4.31) Trong đó :
- x1, x2 lă hănh trình dịch chuyển của piston cơng tâc ở cơ cấu phanh cầu trước/sau. Với x1 = x2 =0,4 (mm). Còn số 2 đi theo thông số X để xâc định số lượng 2 piston công tâc trong mỗi cơ cấu phanh.
- d1,d2 lần lượt lă đường kính xy lanh cơng tâc ở cơ cấu phanh cầu trước/sau. Với d1 = 44(mm), d2 = 20 (mm)
- n1,n2 tương ứng lă số lượng trục bânh xe của cầu trước/sau. Với xe du lịch có cơng thức bânh xe 4x4 hoặc 4x2 thì n1 = n2 = 1
- Chỉ số 2 bín ngoăi ngoặc đơn xâc định có 2 cơ cấu phanh trín mỗi trục trước/sau.
- ddk lă đường kính xi lanh dầu điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực phanh bằng chđn vă ddk = 30 (mm)
Dc lă đường kính xi lanh chính vă Dc = 23 (mm)
δ1,δ2 lă khe hở thơng dầu trong xilanh chính ở trạng thâi khơng phanh ứng với câc dòng trước/sau
1= 2 = 1,5 (mm)
δdk lă khoảng cânh dịch chuyển của piston trợ lực để điều khiển đóng mở
van của bộ trợ lực
Chọn δdk =1 (mm)
K: hệ số tính đến độ đăn hồi của hệ thống
Vậy với câc thơng số đê có, t a xâc định được hănh trình dịch chuyển của piston xi lanh chính: h = ((2. 0,4 .1 . 442 232 +2 .0,4 .1 .202 232 ).2+1,5+1,5+1.302 232).1,06 = 12,47 [mm]
4.9. Hănh trình vă tỷ số truyền băn đạp phanh
Địn băn đạp phanh có nhiện vụ truyền lực băn đạp của lâi xe lín piston của xy lanh chính. Vì vậy dịch chuyển của đầu băn đạp phanh có thể được xâc định:
Sbđ = (h + δ.K ).ibd (4.32)
Trong đó: h lă hănh trình dịch chuyển của piston xy lanh chính; δ lă khe hở cần thiết giữa cần đẩy vă piston xy lanh chính; ibđ lă tỷ số truyền khuếch đại từ lực băn đạp đến piston xy lanh chính.( ibđ còn được gọi lă tỷ số truyền băn đạp). Thay cơng thức tính hănh trình tính hănh trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính h (4.31) văo cơng thức (4.32) với điều kiện giâ trị hănh trình băn đạp lớn nhất đối với cơ cấu phanh đĩa không được vượt quâ giâ trị cho phĩp: [Sbd] 80 100[mm]
(h+.K).ibd [Sbd]
Chọn [Sbd] = 90 [mm] với khe hở = 0,4 [mm] thì tỉ số truyền băn đạp :
ibd=90
(12,05+0,4 .1,06) = 7,215
Do khe hở lăm việc giữa mâ phanh vă đĩa nhỏ hơn nín hănh trình lăm việc thực tế của băn đạp nhỏ hơn kiểu trống guốc; vì vậy tỷ số giữa hănh trình băn đạp tổng cộng trín hănh trình lăm việc của cơ cấu phanh đĩa có thể lớn hơn vă có giâ trị từ 1,51,7. Chọn Sbd/Slv= 1,6 Slv= Sbd 1,6= 90 1,6=56,25
4.10. Lực cần thiết tâc dụng lín băn đạp phanh khi chưa có trợ lực
+ Theo [1] lực băn đạp phanh khi khơng có trợ lực để thực hiện quâ trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất yíu cầu như sau:
Pbd≥ π.Dc2.pd
4 .ibd.ηbd.ηxl (4.33)
Pbđ : Lực băn đạp phanh
Tỷ số truyền dẫn động băn đạp phanh idđ : idđ = 7,215 bđ - Hiệu suất truyền động cơ khí; bđ = 0,90 xl - Hiệu suất của piston - xy lanh; xl = 0,95 pd - Âp suất dầu trong hệ thống; pd = 10.106 [N] Dc - Ðường kính xylanh chính; Dc = 23 [mm] Thế số ta có lực băn đạp cần phải tâc dụng khi chưa tính đến trợ lực
Pbd≥3,14.0,0232.10.106
4.7,215.0,9.0,95 = 673,16 [N]
4.11.Lưc cần thiết tâc dụng lín băn đạp khi có trợ lực.
Giâ trị về lực tâc dụng lín băn đạp phanh khi có trợ lực với câc ơtơ hiện nay chỉ nằm trong giới hạn nhỏ để đảm bảo điều khiển nhẹ nhăng cho lâi xe. Hiện nay, câc hệ thống phanh đều có trợ lực, nín giâ trị tâc dụng lín băn đạp có thể chọn trong khoảng [pbd] 200300[N], chọn giâ trị [pbd] = 250 [N]
+ Theo [1] lực băn đạp phanh khi có trợ lực thì cơng thức tính câc lực cần thiết phải có để thực hiện q trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất yíu cầu như sau.
Pbd.ibd.ηbd+Ptl.itl.ηtl≥π.D2xl.pd
4.ηxl (4.34)
Trong đó :
itl: tỷ số truyền khếch đại lực; itl = 1
Ptl: lực trợ lực chđn khơng được tính như sau.
Ptl≥(Π.Dxl2.Pd
4 .ηxl −[Pbd].ibd.ηbd)
itl.ηtl
Vậy ta có lực tâc dụng lín băn đạp khi có trợ lực lă:
Ptl≥(3,14.04.0,023,952.10.106−250.7,215 .0,9)
Hình 4.3 Sơ đồ tính truyền động phanh dầu có trợ lực trực tiếp.
1- Ðường ống dẫn dầu phanh đến xylanh bânh xe; 2- Piston xylanh chính; 3- Xi lanh chính; 4- Ðường nạp động cơ; 5- Van chđn khơng;
6- Lọc khơng khí; 7- Băn đạp; 8- Cần đẩy; 9 Van khơng khí; 10- Vịng cao su của cơ cấu tỷ lệ; 11- Măng ( hoặc piston ) trợ lực;
12- Bầu trợ lực chđn khơng; 13- Bình chứa dầu phanh; 14- Xi lanh bânh xe vă xi lanh bânh xe sau; 15- Van một chiều;
16- Đường nạp động cơ.
4.12. Đường kính xy- lanh của bầu trợ lực
Để giảm nhẹ lực điều khiển phanh cho hệ thống phanh trín xe du lịch, chúng ta thường dùng bộ trợ lực kiểu chđn khơng với độ chính lệch chđn không p= 0,065 [MN/m2]. Lực trợ lực được tạo ra nhờ nguyín lý chính lệch âp suất giữa hai ngăn của bầu trợ lực được xâc định như sau:
Ptl=Π.D2b.Δp
4
Suy ra đường kính bầu trợ lực Db:
Db=√ 4.Ptl
Π.Δp
Thay số văo ta được:
4.13. Tính tơn câc chỉ tiíu phanh.
Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm vă qua giản đồ phanh có thể phđn tích vă thấy được bản chất của q trình phanh.
Hình 4.4 Giản đồ phanh
Trong đó :
t1: lă thời gian chậm tâc dụng của dẫn động phanh tức lă từ lúc người lâi tâc dụng văo băn đạp phanh cho đến khi mâ phanh ĩp sât văo đĩa phanh.
Thời gian năy đối với phanh dầu lă t1 = 0,3s.
t2: thời gian tăng lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Thời gian năy đối với phanh dầu t2 = (0,5 – 1,0)s. Ta chọn t2 = 0,5 s
tpmin: thời gian phanh hoăn toăn ứng với lực phanh cực đại. Trong thời gian năy lực phanh hoặc gia tốc chậm dần không đổi
4.13.1. Gia tốc chậm dần khi phanh.
Gia tốc chậm dần khi phanh lă một trong những chỉ tiíu quan trọng để đânh giâ chất lượng phanh ơtơ. Ta có:
V J V0 V1 V2 t Jpmax t1 t2 tpmin
jpmax =
ϕP.g
δi (4.35)
Trong đó: δi - hệ số tính đến ảnh hưởng câc trọng khối quay của ôtô. Theo tăi liệu [2] ta chọn δi ~1.
Thay câc số liệu văo (4.35) ta được :
jpmax = ϕP.g = 0,9 .9,81 = 8,9 (m/s2)
4.13.2. Thời gian phanh.
Thời gian phanh cũng lă một trong câc chỉ tiíu để đânh giâ chất lượng phanh. Thời gian phanh căng nhỏ thì chất lượng phanh căng tốt. Ðể xâc định thời gian phanh ta có:
jpmax =
dv
dΤ = ϕP.g dt =
dv ϕP.g
Tích phđn trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v2 ở cuối quâ trình phanh :
tpmin = ∫ v2 v1 dv ϕP.g = (v1−v2) ϕP.g
Khi phanh ơtơ đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0. do đó :
tpmin =
v1
ϕP.g (4.36) Trong đó : v1 - Vận tốc của ôtô ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
Mặt khâc ta có: dv = j.dt ∫ vo v1 dv=−∫ 0 t2 jmax t2 .t.dt −jmax.t2 t . 2 |0 t2 =−jmax.t2 2
v1=vo−jpmax.t2
2 (4.37)
vo = 30 (km/h) = 8,33 (m/s) Thay câc số liệu văo (4.37 ) ta được :
v1 = 8,33−
8,9.0,5
2 =5,11 (m/s)
Thay câc số liệu văo (5.36) ta được : tpmin =
5,11
0,9.9,81 = 0,69 (s)
Thời gian phanh thực tế lă :
tp = t1 + t2 + tpmin = 0,3 + 0,5 + 0,69 = 1,49 (s) Vậy thời gian phanh thực tế lă: 1,49 (s).
4.13.3. Quêng đường phanh
Quêng đường phanh lă một trong những chỉ tiíu quan trọng nhất để đânh giâ chất lượng phanh của ơtơ. Cũng vì vậy mă trong tính năng kỹ thuật của ôtô. câc nhă chế tạo thường cho biết quêng đường phanh của ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đê định.
Quêng đường phanh ứng với vận tốc từ vo đến v1.
Ta có : v= ds dt⇒ds=v.dt ds=(vo−jpmax.t2 t2.2 )dt Tích phđn hai vế ta được : ∫ so s1 ds=∫ o t2 (vo−jpmax.t2 t2.2 )dt
s1 - so = vo.t|ot2−jpmax.t3 t2.6 |o t2 s1 = so + vo.t2 - jpmax.t 22 6 s1 = vo.t1 + vo.t2 - jpmax.t 22 6 (4.38)
Thay câc số liệu văo ta được :
s1 = 8,33.0,3 + 8,33.0,5 -
8,9.0,52 6
s1 = 5,18 [m]
Quêng đường phanh ứng với vận tốc từ v1 đến thời điểm ứng với vận tốc cuối quâ trình phanh : v2 = 0.
Tương tự như quêng đường phanh ứng với vận tốc vo đến v1 ta được :
s2 = v 12 2ϕ.g = 5,112 2.0,9.9,81 = 2 [m]
Quêng đường phanh thực tế lă : sp = s1 + s2 = 5,18 + 2