CHƯƠNG IV : THIẾT KẾ, TÍNH TỐN HỆ THỐNG PHANH
4.3.7. Tính các lị xo
[A]. Tính lị xo màng cường hóa (lị xo màng trợ lực).
50
Hình 4. 11 Tính tốn lị xo.
a) Đường kính dây lị xo:
𝑑 > 1,6√𝑘. 𝐹[𝜏]𝑙𝑥. 𝑐 Trong đó:
– d: Đường kính dây lị xo.
– Flx: Lực lớn nhất tác dụng lên lị xo (tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu), Flx
= 150 N.
– c: Hệ số đường kính, c D d
– D: Đường kính trung bình của lị xo
– d: Đường kính dây lị xo. Chọn c = 15
– k: hệ số tập trung ứng suất, được tính theo cơng thức:
. 09 , 1 15 615 , 0 4 15 . 4 1 15 . 4 615 , 0 4 4 1 4 c c c k
– [] - ứng suất giới hạn, với lò xo làm bằng thép 65, [] = 330 MPa.
𝑑 ≥ 1,6√1,09.150.15
51 Từ đó tính được đường kính trung bình của lị xo:
D = c.d = 15.4,4 = 66 mm.
b) Số vòng làm việc của lò xo
𝑛 = 𝑥. 𝐺. 𝑑
8. 𝑐3. (𝐹𝑚𝑎𝑥− 𝐹𝑚𝑖𝑛) Trong đó:
x: Chuyển vị làm việc của lò xo khi ngoại lực tăng đến giá trị lớn nhất Fmax, từ giá trị lực nhỏ nhất Fmin (lực lắp), x được chọn dựa vào hành trình của piston xilanh chính.
Ta có tổng hành trình của 2 piston xilanh chính là S =S1 + S2 =7,37 +3,4 = 10,77 mm, với S1, S2 là hành trình của piston sơ cấp và piston thứ cấp. Có thể chọn x bằng hoặc lớn hơn tổng số hành trình trên. Lấy x = 15
G: Môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa.
d, c: Đường kính dây lị xo và hệ số đường kính. c = 15,d = 4,4 mm,.
Fmax, Fmin: Fmax = 150 N, Fmin = 80 N ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu) Do đó: 4 3 15.8.10 .4, 4 3 8.15 .(150 80) n vòng.
c) Độ biến dạng cực đại của lò xo
𝜆𝑚𝑎𝑥 =8. 𝐷3𝐺. 𝑑. 𝑛. 𝐹4𝑚𝑎𝑥 Trong đó:
+ D: Đường kính trung bình của vịng lị xo, D = 66 mm. + n: Số vòng làm việc của lò xo, n =3 vòng.
+ Fmax: Lực tác dụng cực đại lên lị xo, Fmax = 150N. + G: Mơđun đàn hồi, G = 8.104 MPa.
+ d: Đường kính dây, d = 4,4 mm.
⇒ 𝜆𝑚𝑎𝑥 =8. 108. 6643. (4,4). 3.1504 = 34,5 𝑚𝑚
52
Trên thực tế chiều dài nén của lịxo bằng với tổng hành trình của 2 piston thứ cấp và sơ cấp. Khi đó lực tác dụng lên lị xo Plx được tính từ tổng hành trình S của piston như sau:
𝑆 =8. 𝑐𝐺. 𝑑3. 𝑛 ∙ (𝑃𝑙𝑥− 𝐹𝑚𝑖𝑛) ⇒ 𝑃𝑙𝑥 =8. 𝑐𝑆. 𝐺. 𝑑3. 𝑛+ 𝐹𝑚𝑖𝑛 Trong đó:
+ S: Tổng hành trình dịch chuyển của các piston, S = 10,77 mm. + G: Mođun đàn hồi, G = 8.104 MPa.
+ d: Đường kính dây lị xo,d = 4,4mm. + c: Tỉ số đường kính, c = 15.
+ n: Số vòng lò xo, n = 3 vòng. + Fmin: Lực lắp lò xo, F = 80N.
⇒ 𝑃𝑙𝑥 =10,77.8. 108. (15)3. 34+ 80 = 126,8 𝑁 Từ đó ta kiểm tra được ứng suât xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là:
𝜏 = 8. 𝑘. 𝑃𝜋. 𝑑𝑙𝑥. 𝐷3 ≤ [𝜏] ⇒ 𝜏 = 8.1,09.126,866
𝜋. (4,4)3 = 272 𝑀𝑃𝑎
Lò xo làm bằng thép 65 có [] = 330MPa, so sánh thấy < []. Vậy điều kiện bền xoắn được đảm bảo.
Số vịng tồn bộ của lò xo:
n0 = n + 2 = 3 +3 = 6 vòng Chiều cao lị xo khi các vịng xít nhau:
HS = (n0 – 0,5).d HS = (6 – 0,5).4,4 = 19,8 mm
53 Bước của vòng lò xo khi chưa chịu tải:
𝑡 = 𝑑 +1,2. 𝜆𝑛𝑚𝑎𝑥 Trong đó:
– d: đường kính dây lò xo, d = 4,4mm.
– n: số vòng làm việc của lò xo, n = 3 vòng.
– max: độ biến dạng cực đại, max = 34,5 mm. t = 4,4 +1,2.34,53
t = 18,2 mm chiều cao lò xo khi chưa chịu tải
– H0 = HS + n. (t-d)
– H0 = 19,8 + 3(18,2 - 4,4) H0 = 61,2 mm
[B] Tính lị xo van khí
Lị xo màng cường hố được tính tốn theo chế độ lị xo trụchịu nén.
a) Đường kính dây lị xo:
𝑑 ≥ 1,6√𝑘. 𝐹[𝜏]𝑙𝑥. 𝑐 Trong đó:
– d: đường kính dây lị xo.
– Flx: lực lớn nhất tác dụng lên lò xo, Flx = 20 N. – c: hệ số đường kính, c D. d – D: đường kính vịng lị xo. – d: đường kính dây lị xo – Chọn c = 15.
– k: hệ số tập trung ứng suất, được tính theo cơng thức:
. 09 , 1 15 615 , 0 4 15 . 4 1 15 . 4 615 , 0 4 4 1 4 c c c k
54
– []: ứng suất giới hạn, với lò xo làm bằng thép 65, [] = 330 MPa. 𝑑 ≥ 1,6√1,09.20.15330 ≈ 1,6 𝑚𝑚
Từ đó tính được đường kính trung bình của lị xo:
D = c.d = 15.1,6= 24 mm.
b) Số vòng làm việc của lò xo
𝑛 = 8. 𝑐3. (𝐹𝑥. 𝐺. 𝑑
𝑚𝑎𝑥− 𝐹𝑚𝑖𝑛) Trong đó:
+ x: chuyển vị làm việc của lò xo khi ngoại lực tăng đến giá trị lớn nhất Fmax, từ giá trị lực nhỏ nhất Fmin (lực lắp), x được chọn dựa vào hành trình của van khí . x = 3 mm + G: môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa.
+ d, c: đường kính dây lị xo và hệ số đường kính. c = 15, d = 1,6 mm. + Fmax, Fmin ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu)
Fmax = 20 N, Fmin = 15 N. Do đó: 4 3 3.8.10 .1,6 3 8.15 .(20 15) n vịng.
c) Độ biến dạng cực đại của lò xo
𝜆𝑚𝑎𝑥 =8. 𝐷𝑡𝑏𝐺. 𝑑3. 𝑛. 𝐹4 𝑚𝑎𝑥 Trong đó:
D: đường kính trung bình của vịng lị xo, D = 24 mm. n: số vòng làm việc của lò xo, n =3 vòng.
Fmax: lực tác dụng cực đại lên lị xo, Fmax = 20N. G: mơđun đàn hồi, G = 8.104 MPa.
d: đường kính dây, d = 1,6 mm.
⇒ 𝜆𝑚𝑎𝑥 = 8. 243. 3.20
55
d) Ứng suất của lò xo
Trên thực tế chiều dài nén của lò xo bằng với tổng hành trình của dịn đẩy. Khi đó lực tác dụng lên lị xo Plx được tính từ tổng hành trình S của đòn đẩy như sau:
𝑆 =8. 𝑐3. 𝑛
𝐺. 𝑑 . (𝑃𝑙𝑥. 𝐹𝑚𝑖𝑛) Trong đó:
– S: Tổng hành trình dịch chuyển của các địn đẩy, S = 13 mm.
– G: Mođun đàn hồi, G = 8.104 MPa.
– d: Đường kính dây lị xo, d = 1.6mm.
– c: Tỉ số đường kính, c = 15.
– N: Số vòng lò xo, n = 3 vòng.
– Fmin - Lực lắp lò xo, F = 80N.
⇒ 𝑃𝑙𝑥 =10,77.8. 108. (15)3. 34. 1.6+ 80 = 94 𝑁 Từ đó ta kiểm tra được ứng suât xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là:
𝜏 = 8. 𝑘. 𝑃𝜋. 𝑑𝑙𝑥3. 𝐷 ≤ [𝜏]
Lị xo làm bằng thép 65 có [] = 330MPa, so sánh thấy < [] . Vậy điều kiện bền xoắn dược đảm bảo.
Số vịng tồn bộ của lị xo:
n0 = n + 2 = 3 +2 = 5 vòng Bước của vịng lị xo khi các vịng xít nhau
HS = (n0 – 0,5).d
HS = (5 - 0,5).1,6 = 7,2 mm Bước của vòng lò xo khi chưa chịu tải
t = d +1,2. 𝜆𝑚𝑎𝑥𝑛 Trong đó:
d: đường kính dây lò xo, d = 1,6mm. n: số vòng làm việc của lò xo, n = 3 vòng.
56 max: độ biến dạng cực đại, max = 12,6 mm.
t = 1,6 + 1,2.12,6/3 t = 6,44 mm
Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải H0 = HS + n.(t-d) H0 = 7,2 + 3(6,6 – 1,6) H0 = 22,2 mm
57