MỤC LỤC
MỤC LỤC..............................................................................................................................................................................................................................i
DANH MỤC HÌNH. ..............................................................................................................................................................................................................iii
DANH MỤC BẢNG...............................................................................................................................................................................................................v
LỜI NÓI ĐẦU. ......................................................................................................................................................................................................................1
Chương 1: TỔNG QUAN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE AUDI Q5 2015..........................................................................................1
1.1. Giới thiệu xe Audi Q5 2015............................................................................................................................................................................................1
1.2. Tổng quan về hệ thống phanh trên xe du lịch................................................................................................................................................................4
1.2.1. Cơ cấu phanh.............................................................................................................................................................................................................5
1.2.2. Trợ lực phanh.............................................................................................................................................................................................................8
1.2.3. Dẫn động phanh.........................................................................................................................................................................................................9
1.2.4. Điều khiển phanh.......................................................................................................................................................................................................12
1.3. Kết cấu hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015.............................................................................................................................................................14
1.3.1. Bố trí hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015............................................................................................................................................................14
1.3.2. Bộ trợ lực phanh........................................................................................................................................................................................................17
1.3.3. Cơ cấu phanh............................................................................................................................................................................................................19
1.4. Lựa chọn phương án thiết kế.......................................................................................................................................................................................23
Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ AUDI Q5...........................................................................................................24
2.1. Các thông số kỹ thuật của xe Audi Q5 2015.................................................................................................................................................................24
2.2. Xác định momen phanh cần thiết.................................................................................................................................................................................25
2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh...................................................................................................................................................................................28
2.3.1. Xác định thông số cơ bản của cơ cấu phanh............................................................................................................................................................28
2.3.2. Xác định lực ép cần thiết...........................................................................................................................................................................................33
2.4. Tính toán kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh.............................................................................................................................................33
2.4.1. Kiểm tra công ma sát riêng L.....................................................................................................................................................................................33
2.4.2. Áp suất lên bề mặt má phanh...................................................................................................................................................................................34
2.4.3. Kiểm tra sự tăng nhiệt độ của má phanh..................................................................................................................................................................34
2.5. Tính toán thiết kế dẫn động phanh..............................................................................................................................................................................35
2.5.1. Tính toán xylanh phanh bánh xe...............................................................................................................................................................................35
2.5.2. Tính toán đường kính xy lanh chính.........................................................................................................................................................................36
2.5.3. Tính toán hành trình của bàn đạp phanh..................................................................................................................................................................38
Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT TRÊN BỀ MẶT ĐĨA PHANH TRONG QUÁ TRÌNH PHANH BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS...40
3.1. Mô phỏng chi tiết 3D....................................................................................................................................................................................................40
3.2. Thực hiện mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh..................................................................................................................................42
3.3. Kết quả mô phỏng.......................................................................................................................................................................................................49
KẾT LUẬN..........................................................................................................................................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................................................................................................60
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam những năm gần đây đang bước vào đà hội nhập cùng với khu vực và thế giới. Chủ trương hiện nay của chính phủ là tăng tỉ lệ nội địa hoá trong các sản phẩm đã và đang và chế tạo, dần tiến tới chế tạo được các sản phẩm mang thương hiệu Việt Nam. Để đạt được những mục tiêu này chúng ta cần quan tâm nghiên cứu sâu hơn về các cụm chi tiết, các hệ thống cũng như các điều kiện làm việc của ô tô để có thể có những thiết kế và can thiệp sâu hơn vào trong các cụm, các hệ thống đó nhằm tạo ra những sản phẩm chất lượng cao phù hợp với điều kiện đường xá cũng như môi trường khí hậu của nước ta.
Cũng như ngành ô tô bây giờ luôn đặt vấn đề an toàn lên hàng đầu để bảo vệ người ngồi trong xe và cả người đi đường. Vì vậy các cơ cấu an toàn xuất hiện rất nhiều trên mọi dòng xe để đảm bảo an toàn như: Cải tiến cơ cấu phanh, các hệ thống cảnh báo nguy hiểm, túi khí, dây đai an toàn. Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất của xe ô tô, bởi vì nó đảm bảo cho xe chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển. Xuất phát từ những yêu cầu và đặc điểm đó em đã thực hiện nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế hệ thống phanh ô tô con trên cơ sở xe AUDI Q5 2015”. Dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo : TS…………….. Trong quá trình thực hiện đồ án không tránh khỏi những sai sót. Kính mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………..
Chương 1: TỔNG QUAN VÀ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE AUDI Q5 2015
1.1. Giới thiệu xe Audi Q5 2015
Audi Q5 2015 với động cơ TFSI 2.0L được trang bị công nghệ tăng áp, hệ thống direct injection và variable valve timing, tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm nhiên liệu. Hộp số tự động S tronic 7 cấp kết hợp với hệ thống truyền động quattro, cung cấp chuyển số mượt mà và độ chính xác tối đa, đồng thời tăng cường khả năng vận hành ổn định trên mọi điều kiện đường.
Khung gầm sử dụng hợp kim nhôm và thép chất lượng cao, tăng cường độ cứng và giảm trọng lượng. Hệ thống treo độc lập tại cả cầu trước và sau, cùng với cấu trúc khung gầm được thiết kế chuyên sâu, tạo ra sự linh hoạt và thoải mái vượt trội. Hệ thống phanh có đĩa trước và sau, tích hợp ABS và ESP, mang lại khả năng phanh an toàn và hiệu quả.
Các thông số kỹ thuật chính trên xe Audi Q 2015: Thông số xe là tập hợp các thông tin kỹ thuật quan trọng về một chiếc xe, bao gồm động cơ, công suất, mô-men xoắn, kích thước, trọng lượng, và các tính năng khác. Những thông số này không chỉ giúp người tiêu dùng hiểu rõ về hiệu suất và tính năng của xe mà còn là cơ sở để so sánh và lựa chọn chiếc xe phù hợp với nhu cầu cá nhân. Dưới đây là hình và bảng về thông số của xe Audi Q5 2015.
Thông số kỹ thuật của xe Audi Q5 2015 được thể hiện ở bảng dưới.
1.2. Tổng quan về hệ thống phanh trên xe du lịch
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó. Hệ thống phanh dùng để giữ ô tô đứng yên trên một độ dốc nhất định. Đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi lái xe. Có nhiều yêu cầu quan trọng mà hệ thống phanh cần đáp ứng để hoạt động hiệu quả. Đầu tiên, phanh phải có khả năng phanh mạnh và nhanh chóng để giảm tốc độ của xe trong trường hợp khẩn cấp. Độ tin cậy của hệ thống phanh là quan trọng, đảm bảo rằng nó hoạt động đúng cách mỗi khi lái xe. Các bộ phận của hệ thống phanh cần được kiểm tra và bảo dưỡng định kỳ để tránh sự cố không mong muốn.
Cơ cấu phanh: bộ phận trực tiếp tiêu hao động năng của ô tô trong quá trình phanh. Trên ô tô hiện đang sử dụng chủ yếu là cơ cấu tạo năng lượng ma sát (sinh nhiệt) giữa phần quay và phần không quay trong các cơ cấu phanh đặt tại các bánh xe.
Trợ lực phanh: hệ thống giúp người lái tác dụng vào bàn đạp phanh nhẹ hơn và tăng áp lực phanh, giúp xe có thể phanh nhẹ nhàng và êm ái.
Dẫn động phanh: tập hợp các cụm chi tiết dùng để truyền năng lượng từ cơ cấu điều khiển hoặc nguồn cung cấp năng lượng (bình chứa dầu, chứa khí) đến cơ cấu phanh và điều khiển đúng năng lượng này tương ứng với các chế độ làm việc khác nhau trong quá trình phanh.
Hệ thống điều khiển: hệ thống phanh có trang bị hệ thống chống khóa cứng bánh xe (ABS - Antilock Braking System), có thể tổ hợp cả hệ thống kiểm soát lực kéo chống trượt quay bánh xe (TCS – Traction control System) hoặc hệ thống ổn định điện tử ESP (Electronic Stability Program). Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD - Electronic Brake force Distribution); hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (Braking Assistant System). Các hệ thống phanh điều khiển điện – thủy lực; điện từ.
Phanh tay điện tử: Đây là một dạng của hệ thống phanh, từ trường được sinh ra bởi các nam châm vĩnh cửu được sử dụng để thực hiện phanh bánh xe. Đây là hệ thống phanh không có ma sát do đó sẽ không có sự mài mòn xảy ra, bên cạnh đó, cũng không có bất kỳ áp suất nào bên trong hệ thống phanh. Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh điện từ rất ngắn do đó nó là một hệ thống phanh rất an toàn và tin cậy.
1.2.1. Cơ cấu phanh
Hệ thống phanh đĩa bao gồm một đĩa thép cố định, được gắn bằng bu-lông trên moay ơ trục bánh xe. Giữa đĩa phanh và trục bánh xe là giá đỡ, thường được gọi là caliper hoặc cùm phanh. Điều này được gắn cố định trên vỏ cầu, giữ cho nó không di động trong quá trình vận hành.
Phanh đĩa có giá đỡ cố định: Giá đỡ cố định với trục bánh xe, và trên đó đặt hai xilanh bánh xe ở cả hai phía của đĩa phanh. Mỗi xilanh chứa một pit tông, một phần của pit tông tiếp xúc chặt với má phanh, trong khi phần còn lại chịu áp lực dầu khi hệ thống phanh hoạt động.
Khi người lái đạp phanh, dầu áp suất cao sẽ được đẩy qua ống dẫn, đến từng xilanh bánh xe. Áp suất này kích thích pit tông, ép má phanh chặt vào đĩa phanh, thực hiện quá trình phanh. Khi ngừng đạp phanh, dầu từ xilanh trở về, giảm áp suất, đồng thời kết thúc quá trình phanh mà không còn áp suất dầu điều khiển.
Phanh đĩa có giá đỡ di động: Trong cấu trúc phanh đĩa với giá đỡ di động, xilanh có khả năng di chuyển ngang theo chốt trượt cố định. Lỗ khoét trong giá đỡ di động được thiết kế để hình thành xilanh và đặt pit tông. Pit tông này trực tiếp truyền động vào má phanh tại một đầu. Má phanh ở đầu kia được gắn trực tiếp lên giá đỡ di động.
Phanh guốc: (hay còn gọi là phanh tăng bua) bao gồm hai cụm má phanh (bố thắng) được gắn cố định định trên cầu xe, các má phanh được dẫn động bởi các xylanh phanh bánh xe (heo con) hoặc bằng các đòn dẫn cơ khí, một trống phanh (tăng bua) chụp bên ngoài cụm má phanh, trên trống phanh có các lỗ để gắn lên trục quay bánh xe. Lưu ý rằng, trống phanh sẽ quay cùng với bánh xe trong khi đó má phanh sẽ đứng yên.
1.2.2. Trợ lực phanh
Trợ lực phanh chân không: Để giảm lực tác động của người lái khi sử dụng phanh và tăng hiệu quả, hệ thống phanh được trang bị bộ trợ lực phanh. Bộ trợ lực chân không hoạt động dựa trên độ chênh lệch chân không của động cơ và áp suất khí quyển, tạo ra lực mạnh tỉ lệ thuận với áp lực từ bàn đạp phanh. Nguồn chân không có thể lấy từ đường nạp động cơ hoặc bơm chân không độc lập. Bộ trợ lực thuỷ lực sử dụng bơm có mô tơ để tạo áp suất đủ lớn giảm lực đạp phanh cần thiết.
Khi sử dụng phanh: Dưới tác dụng của lò xo hồi vị, van điều khiển sẽ được mở ra làm thông rãnh không khí. Lò xo van điều chỉnh sẽ bị tác động làm van không khí dịch chuyển sang trái. Sự chênh lệch áp suất giữa các buồng với nhau sẽ tạo nên sự khuyếch đại lực nén lò xe và tác động lực lên piston giúp việc thực hiện phanh được trở nên dễ dàng hơn.
Trạng thái giữ phanh hoặc rà phanh: Khi bạn giữ phanh ở mức độ nhẹ nhẹ. Van không khí và cần điều khiển sẽ không bị lệch sang bên trái. Nhưng Piston vẫn được đẩy sang bên trái. Lúc này không khí sẽ không vào được buồng áp suất. Nên áp suất trong buồng biến đổi vẫn được giữ ổn định nhờ tiếp xúc. Và bộ phận van điều khiển dịch chuyển sang trái. Piston sẽ duy trì một lực phanh ổn định nhờ sự duy trì áp suất không đổi.
Trợ lực phanh thủy lực: Bơm trợ lực phanh hút dầu phanh từ bình chứa xi lanh phanh chính và cung cấp áp suất thủy lực cao cho cụm bơm trợ lực phanh. Bình tích năng lưu trữ áp suất thủy lực được tạo ra bởi cụm bơm trợ lực phanh. Van thường đóng Đưa dầu phanh trở lại bình chứa xi lanh phanh chính để tránh áp suất quá mức nếu cụm bơm trợ lực phanh hoạt động liên tục do cảm biến áp suất bộ tích lũy bị trục trặc.
1.2.3. Dẫn động phanh .
Dẫn động phanh thuỷ lực: Hệ thống phanh dẫn động thủy lực hay còn gọi là hệ thống phanh dầu đa số sử dụng trên các ô tô nhỏ, trung bình. Hệ thống phanh được sử dụng rộng rãi với các ưu điểm như: độ nhạy cao do luôn được điền đầy trong đường ống và các khoang thể tích; thuận lợi bố trí cơ cấu điều khiển và cơ cấu chấp hành ở khoảng cách xa nhau; quá trình gia tăng áp lực dầu một cách từ từ nên quá trình phanh êm dịu. Nhược điểm của hệ thống phanh thủy lực: Hiệu quả phanh sẽ giảm khi mất hẳn khi có sự cố xảy ra trên đường ống dẫn dầu; lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn do trực tiếp tạo nên áp lực dầu trong toàn bộ hệ thống, để giảm nhẹ cần phải có bộ trợ lực; khi bị khí xâm nhập vào hệ thống phanh thủy lực sẽ giảm hiệu quả phanh hoặc dầu phanh bị sôi khi phanh liên tục.
Dẫn động phanh thuỷ lực không có trợ lực: Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp phanh, piston trong xylanh phanh chính sẽ dịch chuyển, áp suất trong khoang sơ cấp tăng lên đẩy piston dịch chuyển sang trái. Do đó áp suất trong khoang thứ cấp cũng tăng lên theo. Chất lỏng bị ép đồng thời qua các ống dẫn đi đến các xylanh phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Khi người lái nhả bàn đạp phanh, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, các piston trong xylanh của bánh xe sẽ ép dầu trở về xylanh phanh chính, kết thúc một lần phanh.
Dẫn động thủy lực có trợ lực: Hệ thống phanh dẫn động thủy lực có nhược điểm là lực tác dụng lên bàn đạp lớn do áp lực thủy lực trong hệ thống được sinh ra trực tiếp từ lực tác dụng lên bàn đạp của người lái. Điều này làm tăng lực đạp phanh của người lái, khả năng tạo được lực phanh không lớn. Để giảm sức lao động cho người lái, người ta bố trí thêm bộ trợ lực chân không. Nguồn chân không cấp cho bộ trợ lực có thể được trích dẫn từ đường ống nạp hoặc sử dụng bơm chân không độc lập. Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng có trợ lực chân không được trình bày trên hình 1.9.
1.2.4. Điều khiển phanh
Hệ thống điều khiển điều hoà lực phanh, còn được gọi là "Brake Force Distribution" (BFD) hoặc "Brake Balance Control," là một phần của hệ thống phanh trên các phương tiện giao thông. Chức năng chính của nó là điều chỉnh lực phanh giữa các bánh xe để đảm bảo sự ổn định và an toàn khi phanh.
Trong quá trình phanh, mỗi bánh xe có khả năng tạo ra mức lực phanh khác nhau do các yếu tố như tải trọng, trạng thái đường, và các yếu tố khác. Hệ thống điều khiển điều hoà lực phanh tự động điều chỉ áp suất phanh trên từng bánh xe để duy trì sự ổn định và tránh hiện tượng mất kiểm soát.
Phanh có hệ thống ABS: Hệ thống phanh ABS giúp ngăn chặn bánh xe khóa và duy trì sự kiểm soát của lái xe trong quá trình phanh. Khi bạn đạp phanh gấp, ABS tự động giảm áp suất phanh trên bánh xe có nguy cơ khóa, giúp duy trì sự ổn định và tránh mất kiểm soát. Hệ thống này cung cấp hiệu suất phanh tốt hơn và giữ cho bánh xe không bị trượt trên đường trơn trượt.
Phanh có hệ thống EBD: Hệ thống EBD là một phần của hệ thống phanh trên ô tô. EBD giúp phân phối lực phanh hiệu quả giữa các bánh xe trước và sau dựa trên tình trạng tải trọng. Điều này giúp cải thiện hiệu suất phanh và đảm bảo rằng mỗi bánh xe nhận được lực phanh phù hợp, tăng khả năng kiểm soát và ổn định khi phanh.
1.3. Kết cấu hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015
1.3.1. Bố trí hệ thống phanh trên xe Audi Q5 2015
* Dẫn động phanh:
Hệ thống phanh có hai thành phần chính: Dẫn động phanh và cơ cấu phanh. Dẫn động phanh bố trí trên khung xe bao gồm: xilanh phanh chính, các ống dẫn dầu đến các cơ cấu phanh và trợ lực bằng mô tơ bơm và bình tích năng, bộ điều chỉnh lực phanh kiểu hạn chế áp suất cùng với các hệ thống sau.
ABS ( Hệ thống chống bó cứng phanh ): ABS ngăn chặn bánh xe bị bón cứng trong quá trình phanh, giúp duy trì kiểm soát và ổn định trên bề mặt trơn trượt. EBD ( Phân Phối Lực Phanh Điện Tử ): EBD tự động điều chỉnh lực phanh giữa trục trước và sau dựa trên tải trọng, đảm bảo hiệu suất phanh đồng đều. Hệ thống EDS ( Khóa vi sai điện tử ) trên xe Audi: Là một công nghệ giúp kiểm soát trượt của bánh xe bằng cách tăng cường lực phanh cho bánh xe mất độ ma sát.
* Xy lanh phanh chính:
Xylanh chính dùng trên xe Audi Q5 2015 là loại xylanh chính kép, có lỗ bù phía trước piston, không có van ngược, định vị piston ở vị trí ban đầu bằng vít tỳ và vòng tỳ.
Công dụng: Xylanh chính là bộ phận quan trọng nhất và không thể thiếu trong dẫn động thủy lực.
Nhiệm vụ: Tạo áp suất làm việc hay áp suất điều khiển cần thiết và đảm bảo lượng dầu cung cấp cho toàn bộ hay một phần của hệ thống.
Xylanh chính được đúc bằng gang, bề mặt làm việc được mài bóng. Piston xylanh chính được làm bằng hợp kim nhôm.
1.3.2. Bộ trợ lực phanh
Bộ trợ lực chân không là bộ phận rất quan trọng , giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu trợ lực có các piston (màng) và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
1.3.3. Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát. Cơ cấu phanh làm việc tùy thuộc vào hệ thống điều khiển, ở trạng thái xekhông phanh các cơ cấu phanh không tạo nên ma sát các bánh xe được quay trơn. Khi phanh các cơ cấu ma sát làm việc, động năng tiêu hao làm giảm tốc độ chuyển động bánh xe.
* Cơ cấu phanh truớc:
Audi Q5 sử dụng hệ thống phanh đĩa loại đĩa có giá đỡ di động. Kết cấu của cơ cấu phanh trước và phanh sau là như nhau, chúng chỉ khác nhau ở thông số kỹ thuật.
Với kết cấu như vậy thì điều kiện làm mát tốt, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh thấp tuy nhiên độ cứng vững về kết cấu không cao.
* Cơ cấu phanh sau: Tương tự kết cấu của cơ cấu phanh trước và phanh sau là như nhau, chúng chỉ khác nhau ở thông số kỹ thuật.
Đĩa phanh: Được bắt chặt với moay ơ bánh xe. Đĩa phanh có hai bề mặt làm việc được mài phẳng với độ bóng cao. Tiết diện của đĩa có dạng gấp nhằm tạo ra đường truyền nhiệt gãy khúc, tránh làm hỏng mỡ bôi trơn ổ bi moay ơ do nhiệt độ. Đĩa phanh trước được chế tạo rãnh rỗng ở giữa giúp nâng cao khả năng thoát nhiệt ra môi trường không khí xung quanh. Đĩa phanh sau do chỉ chịu tải trọng nhỏ khi phanh nên được chế tạo đặc không có rãnh thoát nhiệt.
Má phanh: có dạng tấm phẳng, được cấu tạo bởi 1 xương phanh 1 bằng thép và má mềm 2 bằng vật liệu ma sát. Má phanh và xương phanh được dán với nhau bằng một loại keo đặc biệt. Má phanh đươc xẻ rãnh thoát nhiệt, hạt mài và được bố trí thêm tấm lót đổ tăng độ cứng.
1.4. Lựa chọn phương án thiết kế
Dựa trên những đặc điểm kết cấu, ưu nhược điểm của một số hệ thống phanh thường gặp ở trên cũng như tài liệu tham khảo trên xe cơ sở Audi Q5 2015, lựa chọn phương án thiết kế sau:
Trợ lực phanh: Lựa chọn hệ thống dẫn động thủy lực hai dòng thẳng với trợ lực chân không đồng trục và điều hoà lực phanh 1 thông số loại đơn (ESC/ABS).
Cơ cấu phanh: Lựa chọn phương án bố trí phanh dạng đĩa có giá đỡ di động.
Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ AUDI Q5
2.1. Các thông số kỹ thuật của xe Audi Q5 2015
Các thông số được lấy dựa trên thông số kỹ thuật xe Lexus Gx460 2016. Dựa vào đó tính toán thiết kế cơ cấu phanh.
2.2. Xác định momen phanh cần thiết
Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất. tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh. Muốn đảm bảo điều kiện đó lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe.
Lực phanh sinh ra tại mỗi bánh xe phải thỏa mãn điều kiện bám:
Ppmax ≤ Z.φ (N)
Khi phanh lực cản không khí và lực cản lăn rất nhỏ, có thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5% ÷ 2%.
Mô men khi phanh cần thiết sinh ra tại cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc hoặc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Ta có:G là trọng lượng toàn tải của ô tô đặt tại trọng tâm xe. G = 2445 (Kg) = 24450 (N).
Với ô tô có các cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh cần thiết sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh trên trục 1, 2 được xác định từ sơ đồ hình 2.1.
Kí hiệu lốp 235/60R18, ta có:
B: Là bề rộng của lốp. B=235 mm
Chiều cao lốp. H = 0,60.B = 0,60.235 = 141 (mm).
Bán kính thiết kế bánh xe:
Với: r = 18 (inch) là đường kính của vành bánh xe
Hệ số kể tới biến dạng của lốp chọn: y = 0,93 (lốp áp suất thấp).
Tọa độ trọng tâm (a,b) với:
Do xe có hệ thống truyền động đặt ở 4 bánh nên ta có công thức tải trọng phân bố lên các cầu như sau:
G1 = 12225 (N)
G2 = 12225 (N)
a = 1,4035 (m)
b = 1,4035 (m)
* Mô men phanh cần thiết sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh trục trước và sau của ô tô:
Mp1 = 1530,09 (N.m)
Mp2 = 991,17 (N.m)
2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh
2.3.1. Xác định thông số cơ bản của cơ cấu phanh
* Đường kính đĩa phanh:
Đường kính đĩa phanh phải đảm bảo khả năng lắp lọt cơ cấu phanh trong vành bánh xe. Như vậy, đường kính đĩa phanh phải thỏa mãn điều kiện sau:
Dđ = Dv - 2Sv - 2Ad-v
Ta có: Dđ = 18.25,4 - 2.5 - 2.50 = 347 (mm)
* Đối với cơ cấu phanh trước:
Bán kính bên ngoài tấm ma sát (Rn): Rn = 173,5 (mm).
Bán kính bên trong tấm ma sát (Rt): Rt = 130 (mm).
Bán kính ma sát trung bình (Rtb):
Bán kính trung bình tấm ma sát hay bán kính đặt lực ma sát được xác định như sau: Rtb = 152 (mm).
Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh:
δx1 = 0,065 - 0,1 (mm), chọn δx1 = 0,1 mm (2.11)
Bề rộng vành ma sát của đĩa phanh được xác định gần đúng bằng
e ≈ 43,5 (mm) (2.12)
* Thông số của má phanh:
Kích thước má phanh được dựa trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ô tô trên diện tích toàn bộ các má phanh và chế độ làm việc của phanh.
Bề rộng má phanh chọn gần giống với kích thước bề rộng đĩa phanh, với e= 43,5 mm
Góc ôm của tấm ma sát (a):
Phương trình lực ma sát tác dụng lên má phanh theo công thức:
Mp1 = 2.Fms.Rtb = 2.N.µ.Rtb (2.13)
Thừa nhận quy luật phân bố đều áp lực trên má phanh. Với: [q]: Áp suất cho phép, chọn q = 2. 106 (N/m2)
Mặt khác: N = [q].s
S: Diện tích một má phanh, được tính gần đúng:
Góc ôm của tấm ma sát là: Ɵ = 1,269 (rad)
=> Chọn α = 72,70
* Đối với cơ cấu phanh sau:
Bán kính bên ngoài tấm ma sát (Rn):
Rn = 173,5 (2.16)
Bán kính bên trong tấm ma sát (Rt):
Rt = (0,53 ÷ 0,75).Rn = 0,75.173,5 = 130 (mm) (2.17)
Bán kính ma sát trung bình (Rtb):
Bán kính trung bình tấm ma sát hay bán kính đặt lực ma sát được xác định như sau: Rtb = 152 (mm)
Góc ôm của tấm ma sát: Ɵ = 0,822 (rad)
=> Chọn α = 47,10
2.3.2. Xác định lực ép cần thiết
Lực ép, ép má phanh vào đĩa phanh trước: P1 = 16777,3 (N)
Lực ép, ép má phanh vào đĩa phanh sau: P2 = 10686,1 (N)
2.4. Tính toán kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh
2.4.1. Kiểm tra công ma sát riêng L
Công ma sát riêng xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh như sau:
Khi phanh ô tô đang chuyển động với vận tốc V0 cho tới khi dừng hẳn ( V = 0) thì toàn bộ động năng của ô tô có thể được coi là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu phanh:
Vậy công ma sát riêng là: L = 6,19.106 (j/m2)
Vậy công ma sát riêng nằm trong giới hạn cho phép L ≤ [L]= 4 - 10 .106 (j/m2)
2.4.3. Kiểm tra sự tăng nhiệt độ của má phanh
G = 24450 : Là trọng lượng phân bố
V1; V2: Là tốc độ ban đầu và tốc độ cuối quá trình phanh
C: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang:
[t]: Không quá cho trường hợp và
Sự tăng nhiệt độ của một đĩa: t = 10,810 <150
Kết luận: Vậy thỏa mãn điều kiện.
2.5. Tính toán thiết kế dẫn động phanh
2.5.1. Tính toán xylanh phanh bánh xe
Sơ đồ các lực tác dụng lên đĩa phanh được trình bày như hình :
Từ sơ đồ hình 2.8 ta có:
P: Lực ép cần thiết ép má phanh vào đĩa phanh
Fms: Lực má sát của các má phanh lên đĩa phanh
Rt: Bán kính trong tấm ma sát
Rn: Bán kính ngoài tấm ma sát
Rtb: Bán kính trung bình tấm ma sát
* Cơ cấu phanh trước:
Suy ra chọn d1 = 52 (mm)
* Cơ cấu phanh sau:
Suy ra chọn d2 = 52 (mm)
2.5.2. Tính toán đường kính xy lanh chính
Sơ đồ tính toán được thể hiện như hình sau
Theo biểu thức (2.21), đường kính xy lanh chính được xác định như sau: D = 2,48 (cm)
Vậy chọn đường kính xy lanh chính : D = 25 (cm)
2.5.3. Tính toán hành trình của bàn đạp phanh
Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng được tính dựa trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích cần ép ra khỏi xy lanh chính.
Theo biểu thức (2.29), hành trình bàn đạp phanh được xác định như sau: Sbđ = 108 (mm)
Vậy Sbđ < [Sbđ ] = 150 (mm)
Kết luận: Vậy thỏa mãn điều kiện.
Chương 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT TRÊN BỀ MẶT ĐĨA PHANH TRONG QUÁ TRÌNH
PHANH BẰNG PHẦN MỀM SOLIDWORKS
2.1. Mô phỏng chi tiết 3D
SOLIDWORKS là phần mềm tự động hóa thiết kế. Trong Solid Works, bạn phác thảo ý tưởng và thử nghiệm các thiết kế khác nhau để tạo mô hình 3D. Solid Works được sinh viên, nhà thiết kế, kỹ sư và các chuyên gia khác sử dụng để tạo ra các bộ phận, tổ hợp và bản vẽ đơn giản và phức tạp.
Trình tự thiết kế: Với thao tác khá đơn giản như là vào File -> New, sau đó click chọn Part. Sau đó ta vẽ mô phỏng chi tiết.
Sau khi vẽ xong ta được mô hình chi tiết 3D của đĩa phanh.
Khi một chiếc xe đang chuyển động, người ta cho rằng nó có động năng. Phanh được thiết kế để dừng xe bằng cách hấp thụ động năng của xe và tiêu tán nó dưới dạng nhiệt.
Động năng của ô tô được tính theo phương trình sau:
KE= (½)Mv²
Trong đó:
M: Là khối lượng của xe
v: Là vận tốc của xe
Nếu khối lượng của phương tiện lớn hoặc vận tốc lớn thì điều này có thể tạo ra một lượng lớn năng lượng bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Cơ cấu phanh phải có khả năng chịu được cả nhiệt độ do hệ thống sưởi này tạo ra cũng như các lực phát sinh trong quá trình phanh.
Lực ma sát cực đại: F = μ.M.g = 0,3.2445.9,81 = 7195,635 ( N )
Độ giảm tốc của xe: a = 2,943 (m/ )
Thời gian dừng xe t = 5,66 ( giây )
=> Chọn 6 giây
Nhiệt sinh ra khi tác động phanh lên đĩa phanh:
Ta có: Hg = K.E = 339637,67 ( J )
Vì động năng được chuyển hoá hoàn toàn trong 6 giây nên năng lượng sinh ra sẽ là: P = 56,6 ( KW )
Vì chỉ có 50% khối lượng của xe dồn về phía trước nên công suất giảm còn: P = = 28,3 ( KW )
=> Công suất trên mỗi roto phía trước: P = = 14,15 ( KW )
3.2. Thực hiện mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh
Quá trình mô phỏng nhiệt trên bề mặt đĩa phanh gồm các bước như sau
* Bước 1 Mở file đĩa phanh cần mô phỏng: Kích hoạt cấu hình có tên Split Line. Nó chứa mô hình với những thay đổi cần thiết để ta có thể chạy phân tích đúng cách.
* Bước 2 Bắt đầu mô phỏng SolidWorks: Bấm vào thanh công cụ chỗ phần bổ trợ. Chọn mô phỏng SolidWorks. Sau đó bấm vào đồng ý
* Bước 4 Cài đặt nghiên cứu: Nhấp chuột phải vào tên nghiên cứu ở đầu Simulation study và chọn Properties. Trong Options, chọn Transient và nhập 6 giây làm Tổng thời gian. Bấm vào OK.
* Bước 6 Áp dụng thermal load: Nhấp chuột phải vào Thermal Loads trong cây Nghiên cứu mô phỏng và chọn Convection. Chọn Chọn tất cả các mặt lộ ra trong Trình quản lý thuộc tính đối lưu. Điều này sẽ chọn tất cả các tiếp xúc các mặt cho điều kiện biên đối lưu. Nhập 90 W/m^2.K làm Hệ số đối lưu ( Convection Coefficient ). Nhập 293 Kelvin làm Nhiệt độ môi trường xung quanh ( Bulk Ambient Temperature ).
* Bước 8 Áp dụng thermal load: Nhấp chuột phải vào Thermal Loads trong cây Nghiên cứu mô phỏng và chọn Heat Power. Chọn bốn mặt của rôto mà má phanh tiếp xúc.Nhập 14150W làm Heat power. Chọn Total.
* Bước 11: Chia lưới mô hình: Nhấp chuột phải vào Lưới trong cây Nghiên cứu Mô phỏng và chọn Create Mesh. Sử dụng Curvature based mesh và kích thước phần tử mặc định. Nhấp chuột .
* Bước 12: Chạy mô phỏng:Nhấp vào Run từ menu thả xuống Mô phỏng. Bây giờ ta thực hiện các tùy chọn xử lý hậu kỳ khác nhau liên quan đến phân tích nhiệt nhất thời.
* Bước 14: Vẽ đồ thị: Nhấp chuột phải vào biểu đồ nhiệt độ trong thư mục Result folder và chọn Probe. Chọn bất kỳ vị trí nào trên rôto phanh. Nhấp vào nút Response trong Report Options. Một đồ thị nhiệt độ và thời gian sẽ xuất hiện.
3.3. Kết quả mô phỏng
Kết quả thu được từ thử nghiệm thực tế và phân tích được kiểm tra và kết quả được diễn giải như dưới đây. Trong SOLIDWORKS, giải pháp chính được tính toán là nhiệt độ
Các sơ đồ đường viền cho các cấu hình được đưa ra. Ưu điểm chính của phân tích phần mềm là nó rời rạc hóa toàn bộ mô hình thành các mảnh có kích thước nhỏ. Các điều kiện biên trước tiên được áp dụng cho các nút và sau đó đạt được giải pháp cuối cùng bằng cách thêm từng nút. Như vậy, kết quả thu được từ phần mềm chính xác hơn giá trị thực nghiệm. Sẽ có một số khác biệt trong giá trị thử nghiệm và giá trị phần mềm. Nên ta có thể mô phỏng nhiều vật liệu khác nhau để đưa ra nhận định và so sánh.
Dùng gang sám: Gang xám là một loại vật liệu kim loại có màu xám đặc trưng, được chế tạo chủ yếu từ sắt, carbon và các nguyên tố hợp kim khác. Nó có tính năng chịu lực tốt và độ bền cao, làm cho nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp xây dựng, sản xuất máy móc và nhiều ứng dụng khác. Đặc tính chống ăn mòn của gang xám giúp nó phù hợp cho nhiều môi trường khác nhau.
Dùng titan : Titan là một kim loại chuyển pha, có màu trắng bạch kim và là một trong những nguyên tố hiếm. Nó có khối lượng riêng thấp, chống ăn mòn tốt, và có sức bền cao. Titan thường được sử dụng trong ngành hàng không với các ứng dụng như chế tạo máy bay, động cơ và cấu trúc không gian do khả năng của nó chống ăn mòn và khối lượng nhẹ. Ngoài ra, titan cũng được sử dụng trong y học, sản xuất đồ trang sức và các ứng dụng công nghiệp khác.
Dùng thép cacbon: Thép carbon là một loại thép chứa chủ yếu là sắt và carbon. Mức carbon có thể thay đổi, ảnh hưởng đến đặc tính của thép. Thép carbon thường có độ bền cao và khả năng chống uốn tốt. Loại thép này được sử dụng rộng rãi trong xây dựng, sản xuất ô tô, đóng tàu, và nhiều ứng dụng khác do khả năng linh hoạt và chi phí sản xuất tương đối thấp.
Tổng kết: Sau quá trình mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh của một vài vật liệu. Ta thu được bảng kết quả sau.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian được giao nhiệm vụ và thực hiện đề tài tốt nghiệp “Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe trên xe cơ sở Audi Q5 năm sản xuất năm 2015” em đã hoàn thành nhiệm vụ được giao. Từ các vấn đề tìm hiểu lý thuyết, vận dụng để tính toán thiết kế cho một nhiệm vụ cụ thể “Tính toán thiết kế hệ thống phanh” và “Mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh”. Điều này giúp ích cho em tổng hợp kiến thức đã được học và có thể vận dụng sau khi ra trường.
Trong nội dung chương 1 là tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh trên xe du lịch, tìm hiểu cũng như phân tích các hệ thống phanh trên xe cơ sở Audi Q5 năm sản xuất 2015 từ đó đưa ra phương án lựa chọn phù hợp với đối tượng được giao.
Trong nội dung chương 2, tính toán các nội dung cơ bản của bài toán thiết kế hệ thống phanh bao gồm: tính toán các thông số kích thước cũng như thông số cơ bản của hệ thống dẫn động phanh.
Trong nội dung chương 3 mô phỏng quá trình gia nhiệt trên bề mặt đĩa phanh bằng phần mềm Solidworks.
Qua thời gian nghiên cứu với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy : TS……………… và sự giúp đỡ của các thầy cô trong khoa cơ khí, em đã hoàn thành đồ án trong việc tính toán thiết kế hệ thống phanh xe trên xe cơ sở Audi Q5 năm sản xuất 2015.
Vì kiến thức còn nhiều hạn chế và thời gian có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cám ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Kết cấu tính toán ô tô, Trịnh Chí Thiện, Tô Đức Long, Nguyễn Văn Bang, Nhà xuất bản giao thông vận tải – 1984
[2]. Thiết kế hệ thống phanh ô tô máy kéo, Dương Đình Khuyến, Trường đại học bách khoa Hà Nội – 1995
[3]. Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên, Nhà xuất bản đại học và trung học chuyên nghiệp – 1984
[4]. Lý thuyết ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật – 2007
[5]. Sức bền vật liệu, Vũ Đình Lai, Nguyễn Xuân Lựu, Bùi Đình Nghi, Nhà xuất bản giao thông vận tải – 1997
[6]. Tài liệu kỹ thuật Audi Q5 2015: Phần mềm Elsawin 6.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"