MỤC LỤC
MỤC LỤC....1
LỜI NÓI ĐẦU.. 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.. 5
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh. 5
1.1.1. Công dụng. 5
1.1.2. Phân loại 5
1.1.3. Yêu cầu. 5
1.2. Các hệ thống phanh thường gặp trên ô tô. 6
1.2.1. Cơ cấu phanh. 6
1.2.1.1. Cơ cấu phanh tang trống. 6
1.2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa. 11
1.2.2. Dẫn động phanh. 12
1.2.2.1. Dẫn động phanh bằng cơ khí 12
1.2.2.2. Dẫn động phanh thủy lực. 13
1.2.2.3. Dẫn động phanh khí nén. 15
1.2.2.4 Dẫn động phanh thủy khí kết hợp. 16
1.3. Giới thiệu chung về xe cơ sở. 16
1.4 - Lựa chọn phương án thiết kế. 18
CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH.. 19
2.1. Lựa chọn các kích thước của cơ cấu phanh. 19
2.2. Thiết kế dẫn động phanh. 19
2.2.1. Đường kính xi lanh phanh chính. 19
2.2.2. Hành trình làm việc của pít tông trong các xi lanh. 20
2.3 Thiết kế trợ lực phanh. 21
2.3.1. Hệ số trợ lực. 21
2.3.2. Xác định kích thước màng trợ lực. 22
2.3.3. Tính hành trình của pít tông xi lanh lực. 23
2.3.4. Tính lò xo màng cường hóa. 24
2.4. Thiết kế bộ điều hòa lực phanh. 27
2.4.1. Xây dựng đồ thị quan hệ áp suất 27
2.4.2. Chọn đường đặc tính điều chỉnh. 30
2.4.3. Xác định hệ số bám φ đạt hiệu quả phanh cao nhất (φTN). 31
2.4.4. Xác định hệ số Kđ. 32
2.4.5. Phương trình quan hệ áp suất p1, p2 của đường đặc tính điều chỉnh. 33
2.4.6. Chọn và xác định các thông số kết cấu. 33
2.4.7. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo phụ thuộc vào tải trọng và lực phanh 36
2.4.8. Kiểm tra lại đường kính D của pít tông vi sai 38
2.4.9. Kiểm tra đặc tính điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh. 39
CHƯƠNG III: TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB 41
3.1. Giới thiệu về mô đun thiết kế giao diện GUI trong MATLAB.. 41
3.1.1. Giới thiệu chung về GUI. 41
3.1.2. Bắt đầu với GUI. 41
3.1.3. Các bước cần thực hiện trước khi bắt đầu. 41
3.1.4. Các thao tác cơ bản khi lập trình GUI. 42
3.1.4.1. Khởi động màn hình lập trình giao diện GUI. 42
3.1.4.2. Tạo mới hoặc mở một chương trình đã có sẵn. 42
3.1.4.3. Tính năng của các nút điều khiển thông dụng. 43
3.1.4.4. Chạy và lưu chương trình lại 44
3.1.5. Thiết lập đặc tính của các khối tính toán. 44
3.1.5.1. Khối Static Text 45
3.1.5.2. Khối Edit Text 45
3.1.5.3. Khối Push Button. 45
3.2. Xây dựng phần mềm tự động hóa thiết kế dẫn động phanh. 46
3.2.1. Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh. 46
3.2.2. Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực. 46
3.2.3. Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh. 47
3.3. Quy trình tính toán dẫn động phanh sử dụng phần mềm đã thiết kế. 48
3.3.1. Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh. 48
3.3.2. Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực. 49
3.3.3. Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh. 51
KẾT LUẬN.. 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 55
PHỤ LỤC.. 56
LỜI NÓI ĐẦU
Ngành công nghiệp ô tô hiện nay đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của một đất nước. Nó ra đời nhằm mục đích phục vụ nhu cầu vận chuyển hàng hóa và hành khách, phát triển kinh tế xã hội đất nước. Từ lúc ra đời cho đến nay ô tô đã được sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như giao thông vận tải, quốc phòng an ninh, nông nghiệp, công nghiệp, du lịch...
Đất nước ta hiện nay đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Trong đó, ngành công nghiệp ô tô luôn được chú trọng và trở thành một mũi nhọn của nền kinh tế và tỷ lệ nội địa hóa cũng ngày càng cao. Tuy nhiên, công nghiệp ô tô Việt Nam đang trong những bước đầu hình thành và phát triển nên mới chỉ dừng lại ở việc nhập khẩu tổng thành, lắp ráp các mẫu xe sẵn có, chế tạo một số chi tiết đơn giản và sửa chữa. Do đó, một vấn đề lớn đặt ra trong giai đoạn này là tìm hiểu và nắm vững kết cấu của từng cụm hệ thống trên các xe hiện đại, phục vụ quá trình khai thác sử dụng đạt hiệu quả cao nhất, từ đó có thể từng bước làm chủ công nghệ.
An toàn chuyển động của xe là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng xe, nó được đánh giá bằng nhiều tiêu chí trong đó có hệ thống phanh. Hệ thống phanh là một trong những cụm 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 dựa trên cơ sở xe Ford Transit (Phần dẫn động phanh)”
Với sự cố gắng và nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp trong thời gian quy định. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:……………. và các thầy trong bộ môn cơ khí ô tô đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
....., ngày ... tháng ... năm 20....
Sinh viên thực hiện
…………………
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh
1.1.1. Công dụng
Hệ thống phanh có chức năng giảm vận tốc chuyển động của ô tô tới vận tốc chuyển động nào đó, dừng hẳn hoặc giữ ô tô đỗ ở một vị trí nhất định.
Đối với ô tô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì nó bảo đảm cho ô tô hoạt động an toàn ở thời điểm khác nhau.
1.1.2. Phân loại
- Theo đặc điểm điều khiển.
+ Phanh chính (Phanh chân).
+ Phanh phụ (Phanh tay).
+ Phanh bổ trợ (Phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ).
- Theo kết cấu của cơ cấu phanh.
+ Cơ cấu phanh tang trống.
+ Cơ cấu phanh đĩa.
- Theo dẫn động phanh.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén.
+ Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén…
+ Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực.
- Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh.
+ Hệ thống phanh với bộ điều chỉnh lực phanh (Bộ điều hòa lực phanh).
+ Hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (Hệ thống phanh có ABS).
1.1.3. Yêu cầu
+ Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe: nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
+ Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
+ Đảm bảo sự ổn định chuyển động của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
+ Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
+ Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng.
+ Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau.
+ Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đường dốc.
+ Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.
1.2. Các hệ thống phanh thường gặp trên ô tô
1.2.1. Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận thực hiện tiêu hao động năng của xe khi phanh và được điều khiển từ các cơ cấu trên buồng lái. Các cơ cấu phanh thường dùng trên cơ sở tạo ma sát giữa phần quay và phần cố định.
Trên ô tô thường sử dụng hai loại cơ cấu phanh: tang trống và đĩa.
1.2.1.1. Cơ cấu phanh tang trống
a. Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục
* Sơ đồ cấu tạo
Kết cấu của cơ cấu phanh đối xứng qua trục được thể hiện trong hình 1.1
Hình 1.1. Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục
1. Mâm phanh; 2. Van xả khí; 3. Guốc phanh; 4. Má phanh; 5. Cần nối kiểu con lắc của hệ thống phanh dừng; 6. Nắp bảo vệ; 7. Lò xo đàn hồi của pít tông xy lanh bánh xe; 8. Vòng thép đàn hồi; 9. Pít tông xy lanh bánh xe; 10. Xy lanh bánh xe; 11. Lò xo hồi vị; 12. Thanh đẩy; 13. Cần dẫn động của cơ cấu phanh dừng;
14. Cơ cấu điều chỉnh; 15. Chốt tựa; 16. Đệm lệch tâm; 17. Đai ốc hãm; 18. Đệm lệch tâm của bộ điều chỉnh; 19. Má dẫn hướng.
- Đây là cơ cấu phanh có điểm đặt cố định, riêng rẽ về một phía, lực tác dụng lên hai guốc phanh là bằng nhau, sự dịch chuyển của hai guốc phanh khác nhau.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo.
+ Việc bảo dưỡng sửa chữa không phức tạp.
+ Có hiệu quả kinh tế kinh tế.
- Nhược điểm:
+ Má phanh bám không đều lên tang trống.
- Phạm vi sử dụng:
+ Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục thường được sử dụng ở cầu sau của xe tải nhỏ và xe du lịch tầm trung.
b. Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm
* Sơ đồ cấu tạo
Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm được thể hiện như hình 1.2
Hình1.2. Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm
1. Đường dầu; 2. Van xả khí; 3. Xi lanh bánh xe; 4. Má phanh; 5. Vành chắn bụi; 6. Vòng thép đàn hồi; 7. Pít tông; 8. Lò xo hồi vị; 9. Guốc phanh; 10. Đai ốc hãm; 11. Đệm lệch tâm; 12. Chốt cố định; 13.Mâm phanh.
- Sự đối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng qua tâm. Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và cũng có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh với trống phanh. Một phía của pít tông luôn tì vào xi lanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh. Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở nắp pít tông của xi lanh bánh xe. Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thủy lực.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Đạt hiệu quả sử dụng cao hơn vì cả hai guốc đều là guốc xiết khi xe tiến.
- Nhược điểm:
+ Cơ cấu phức tạp.
+ Hai đầu má phanh mòn không đều.
- Phạm vi sử dụng:
+ Cơ cấu phanh đối xứng qua trục được bố trí phổ biến trên cơ cấu phanh của cầu trước và cầu sau cho ô tô con, ô tô tải với hệ thống phanh thủy lực và khí nén.
c. Cơ cấu phanh tang trống loại bơi
* Sơ đồ cấu tạo
Hình 1.3. Cơ cấu phanh tang trống loại bơi |
Cơ cấu phanh tang trống loại bơi được thể hiện như trong hình 1.3
- Cơ cấu phanh tang trống loại bơi là guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt. Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi như trên hình vẽ.
- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn: Guốc phanh được tựa trên mặt tựa di trượt trên phần vỏ xi lanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của pít tông.
- Loại hai mặt tựa tác dụng kép: Trong mỗi xi lanh bánh xe có hai pít tông và cả hai đầu của mỗi guốc đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pít tông.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Hai má phanh có hiệu quả tương đối giống nhau khi tiến cũng như khi lùi.
- Nhược điểm:
+ Kết cấu loại này phức tạp, gây khó khăn trong quá trình bảo dưỡng, sửa chữa.
- Phạm vi sử dụng:
+ Cơ cấu phanh loại này được sử dụng ở cầu sau của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ, một số được bố trí ở bánh trước của ô tô du lịch hoặc ô tô tải nhỏ.
d. Cơ cấu phanh tang trống loại tự cường hóa
Hình 1.4. Cơ cấu phanh tang trống loại tự cường hóa |
* Sơ đồ cấu tạo
- Cơ cấu phanh tang trống tự cường hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai.
- Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa: cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn và cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Hiệu quả phanh tăng lên do hiện tượng tự cường hóa đồng thời hiệu quả phanh khi tiến hay lùi đều như nhau.
- Nhược điểm:
+ Cơ cấu phanh có kết cấu phức tạp dẫn đến chế tạo bảo dưỡng và sửa chữa rất khó khăn.
- Phạm vi sử dụng:
+ Các cơ cấu phanh loại này thường được sử dụng ở các bánh xe sau của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ đến trung bình.
1.2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa
Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: Loại giá đỡ di động và giá đỡ cố định.
a. Loại giá đỡ cố định
Hình 1.5 a. Cơ cấu phanh đĩa loại giá cố định
1. Pít tông; 2. Má phanh; 3. Đĩa phanh; 4. Giá cố định; 5. Giá bắt.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản.
+ Hiệu quả phanh cao.
- Nhược điểm :
+ Dầu phanh dễ bị sôi nếu phanh liên tục.
- Phạm vi sử dụng:
+ Sử dụng ở các cơ cấu phanh trước xe du lịch và hầu hết ở xe hiện đại.
b. Loại giá đỡ di động
Hình 1.5 b. Cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di động
1. Má phanh; 2. Đĩa phanh; 3. Pít tông; 4. Giá di động; 5. Giá dẫn hướng.
* Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
- Ưu điểm:
+ Độ nhạy của cơ cấu phanh rất tốt.
+ Dầu không bị sôi khi thực hiện phanh liên tục.
- Nhược điểm:
+ Quá trình chế tạo phức tạp đòi hỏi đảm bảo độ bền cho các chi tiết.
- Phạm vi sử dụng:
+ Ô tô hiện đại có xu hướng dùng cơ cấu phanh loại này thay thế cho các cơ cấu phanh khác.
1.2.2. Dẫn động phanh
1.2.2.1. Dẫn động phanh bằng cơ khí
- Hiện nay trên các xe hiện đại thì dẫn động phanh cơ khí chỉ còn được sử dụng trên hệ thống phanh dừng với một số kiểu dẫn động tùy theo cách bố trí phanh dừng tác động vào bánh xe hay tác động vào trục thứ cấp hộp số.
- Một số kiểu dẫn động phanh dừng
* Dẫn động phanh dừng tác động lên trục thứ cấp hộp số
Hình 1.6 a. Cơ cấu phanh bố trí ở đầu ra hộp số
1. Tay phanh; 2. Thân của cơ cấu ép; 3. Cần ép; 4. Guốc phanh; 5. Con độ;
6. Trống phanh; 7. Vít điều chỉnh; 8. Đĩa cố định; 9. Đai ốc điều chỉnh cần dẫn động; 10. Cần trung gian; 11. Cần dẫn động.
* Dẫn động phanh dừng tác động lên bánh xe
Hình 1.6 b. Phanh dừng tác động lên bánh sau
1. Tay phanh; 2. Thanh dẫn; 3,5. Con lăn của dây cáp; 4. Dây cáp phía trước;
6. Thanh dẫn trung gian; 7. Trục; 8,10. Dây cáp dẫn động phanh; 9. Thanh cân bằng; 11. Ống; 12. Trục lệch tâm của thanh ép.
1.2.2.2. Dẫn động phanh thủy lực
Ở phanh thủy lực, lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng (Chất lỏng được coi như không đàn hồi khi nén).
Hình 1.7. Hệ thống phanh dẫn động thủy lực 1. Bàn đạp phanh; 2. Trợ lực phanh; 3. Xi lanh phanh chính; 4. Càng phanh đĩa; 5. Má phanh đĩa; 6. Đĩa phanh; 7. Tang trống; 8. Má phanh guốc; 9. Guốc phanh. | |
- Dẫn động thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao ( do chất lỏng không bị nén). Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm: tỉ số truyền của dẫn động thủy lực không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ thống phanh dẫn động thủy lực thường được sử dụng trên ô tô du lịch hoặc ô tô tải nhỏ.
- Trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực, tùy theo sơ đồ của mạch dẫn động, người ta chia ra làm 2 loại:
+ Hệ thống dẫn động thủy lực một dòng.
+ Hệ thống dẫn động thủy lực hai dòng.
- Dẫn động 1 dòng
Hình 1.8. Hệ thống dẫn động thủy lực một dòng
Dẫn động một dòng có nghĩa là từ đầu ra của xy lanh chính chỉ có một đường dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xylanh công tác của các bánh xe. Dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản nhưng độ an toàn không cao. Vì một lý do nào đó, bất kỳ một đường ống dẫn dầu nào đến các xy lanh bánh xe bị rò rỉ thì dầu trong hệ thống bị mất áp suất và tất cả các bánh xe đều bị mất phanh.
- Dẫn động 2 dòng
+ Dẫn động hai dòng thẳng:
Hình 1.9 a. Dẫn động hai dòng thẳng
+ Dẫn động hai dòng chéo nhau:
Hình 1.9 b. Dẫn động hai dòng chéo nhau
- Dẫn động 2 dòng có độ tin cậy cao, trong trường hợp bị rò rỉ một đường ống dẫn dầu thì hiệu quả phanh vẫn còn.
- Có nhiều phương án bố trí hai dòng độc lập đến các bánh xe, ở đây giới thiệu hai phương án tiêu biểu thường được sử dụng hơn cả, đó là sơ đồ trên hình 1.9 a và
1.9 b.
1.2.2.3. Dẫn động phanh khí nén
- Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng dầu phanh nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy kém (Thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực.
* Sơ đồ cấu tạo như hình 1.10
Hình 1.10. Dẫn động khí nén
1.2.2.4 Dẫn động phanh thủy khí kết hợp
- Dẫn động thủy lực có ưu điểm độ nhạy cao nhưng lực điều khiển bàn đạp lớn. Ngược lại, dẫn động khí nén thì lại có ưu điểm lực điều khiển nhỏ nhưng độ nhạy kém. Do đó để tận dụng ưu điểm của hai hệ thống dẫn động trên, người ta sử dụng hệ thống phối hợp giữa thủy lực và khí nén.
- Loại dẫn động này thường được sử dụng trên ô tô tải trung bình và lớn.
Hình 1.11. Sơ đồ dẫn động phanh khí nén thủy lực
- Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống bao gồm hai phần dẫn động
+ Dẫn động thủy lực: Có hai xi lanh chính dẫn hai dòng dầu tới các xi lanh bánh xe trước và sau.
+ Dẫn động khí nén: Bao gồm từ máy nén khí, bình chứa khí, van phân phối khí và các xi lanh khí nén.
1.3. Giới thiệu chung về xe cơ sở
Ford Transit là xe 16 chỗ do hãng Ford sản xuất. Bắt đầu xuất hiện tại Việt Nam từ năm 1997, dòng xe này đã nhanh chóng chiếm vị trí hàng đầu trong phân khúc xe cùng loại bởi những ưu điểm vượt trội về kĩ thuật, sự mạnh mẽ với kết cấu khung vỏ rắn chắc, độ an toàn cao, không gian rộng rãi và tiện nghi hiện đại. Những ưu điểm về tính năng siêu bền cộng với chi phí vận hành thấp Ford Transit là lựa chọn hàng đầu về vận chuyển hành khách.
Hình 1.12. Tuyến hình ô tô cơ sở
Bảng 1.1. Thông số kĩ thuật xe Ford Transit
STT | THỐNG SỐ KỸ THUẬT | GIÁ TRỊ | ĐƠN VỊ |
1 | Chiều dài toàn bộ | 5780 | mm |
2 | Chiều dài cơ sở | 3750 | mm |
3 | Chiều rộng toàn bộ | 2000 | mm |
4 | Vết bánh xe trước | 1740 | mm |
5 | Vết bánh xe sau | 1704 | mm |
6 | Khoảng sáng gầm xe | 165 | mm |
7 | Trọng lượng đầy tải | 3730 | KG |
8 | Trọng lượng không tải | 2450 | KG |
9 | Sức chở | 16 | Người |
10 | Kiểu động cơ | Turbo Diezel 2.4L - TDCi | |
11 | Dung tích xy lanh công tác | 2402 | cc |
12 | Kí hiệu lốp | 215 / 75R16 | |
13 | Dung tích bình nhiên liệu | 80 | Lít |
14 | Công suất cực đại | 138/3500 | ML/v |
15 | Momen xoắn cực đại | 375/2000 | KG.m/v |
16 | Bán kính quay vòng tối thiểu | 6,65 | m |
17 | Phanh trước | Đĩa thông gió | |
18 | Phanh sau | Tang trống | |
19 | Vỏ và mâm xe | 185/60R15 Mâm đúc | |
20 | Dung tích khoang chứa hành lý | 575 | Lit |
1.4 - Lựa chọn phương án thiết kế
Qua các phân tích về kết cấu, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của các cơ cấu phanh và dẫn động phanh em lựa phương án.
- Cơ cấu phanh:
+ Cơ cấu phanh trước: Phanh đĩa có giá di động.
+ Cơ cấu phanh sau: Phanh guốc đối xứng qua trục.
- Dẫn động phanh:
+ Dẫn động thủy lực.
+ Bộ trợ lực chân không.
+ Bộ điều hòa lực phanh kiểu pít tông – visai.
CHƯƠNG II
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH
2.1. Lựa chọn các kích thước của cơ cấu phanh
a. Đường kính xi lanh của cơ cấu phanh trước
d1 = 53 (mm)
b. Đường kính xi lanh của cơ cấu phanh sau
d2 = 36 (mm)
2.2. Thiết kế dẫn động phanh
Hình 2.1. Sơ đồ dẫn động phanh
2.2.1. Đường kính xi lanh phanh chính
- Xét điều kiện cân bằng tại xi lanh phanh chính
(2.1)
(2.2)
Trong đó:
Q là lực sinh ra tại bàn đạp. Chọn Q = 80 (KG)
D là đường kính của xi lanh phanh chính.
p là áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh.
l, l’ là các kích thước đòn của bàn đạp. Theo xe tham khảo:
η là hiệu suất dẫn động của thủy lực, η = 0,92
Do đó:
(2.3)
2.2.2. Hành trình làm việc của pít tông trong các xi lanh
Hành trình làm việc của pít tông trong các xi lanh của cơ cấu phanh sau (x2) được xác định như sau:
(2.4)
Trong đó:
là khe hở trung bình giữa má và tang trống,
λ là độ mòn đường kính cho phép của má phanh.
[ ] = 1(mm)
a là khoảng cách từ tâm trống đến điểm đặt lực P
a = 105 (mm)
c là khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định của má phanh.
c = 100 (mm)
- Cơ cấu phanh trước là phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên chọn x1 = 1 (mm)
- Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh thủy lực được tính trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xi lanh chính.
- Đối với ô tô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình bàn đạp được tính theo công thức:
(2.5)
Trong đó:
δ0 là khe hở giữa thanh đẩy với pít tông ở xi lanh chính.
δ0 = 1,5 ÷ 2 (mm). Chọn = 1,5 (mm)
d1, d2, D là đường kính xi lanh bánh xe trước , bánh xe sau và xi lanh phanh chính.
ηb là hệ số bổ sung, khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tăng lên.
ηb = 1,05 ÷ 1,1. Chọn = 1,05
x1, x2 là hành trình pít tông của các xi lanh làm việc ở cơ cấu phanh trước và phanh sau.
l, l’ là các kích thước đòn của bàn đạp
Suy ra:
Vậy: Sbđ ≤ = 180 (mm)
2.3 Thiết kế trợ lực phanh
2.3.1. Hệ số trợ lực
Từ công thức xác định lực trên bàn đạp phanh là:
Trong đó:
Qbđ là lực do người lái sinh ra tại bàn đạp. Chọn Qbđ = 30 (KG)
D là đường kính xi lanh phanh chính. D = 27 (mm) = 2,7(cm)
p là áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh.
p = 8 ÷ 10 (MN/m2). Chọn p = 8 (MN/m2)
l, l’ là kích thước các đòn của bàn đạp phanh.
ηtl là hiệu suất truyền lực. ηtl = 0,92
- Khi có trợ lực ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái 30 (KG). Kết hợp với lực của bộ trợ lực sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh ngặt khoảng 80 ÷ 90 (KG/cm2)
- Do dó áp suất dầu do người lái sinh ra là:
- Áp suất do bộ trợ lực sinh ra là:
pc = pt – pi = 80 – 29 = 51 (KG/cm2)
pt là áp suất tổng cực đại cần thiết sinh ra khi phanh ngặt. pt = 80 90 (KG/cm2)
Chọn pt = 80 (KG/cm2)
- Hệ số trợ lực
(2.6)
- Ta xây dựng được đường đặc tính của bộ trợ lực như sau
2.3.2. Xác định kích thước màng trợ lực
Lực do bộ trợ lực sinh ra là:
(2.7)
Xét sự cân bằng của màng trợ lực:
Qc = (p0 – p’).Fm - Plx (2.8)
<=> Qc = Δp.Fm - Plx (2.9)
Trong đó :
Qc là lực do bộ trợ lực sinh ra.
p0 là áp suất khí quyển.
p’ là áp suất chân không.
Δp là độ chênh áp suất giữa buồng trước và buồng sau. Δp = 0,5 (KG/cm2)
Fm là diện tích màng trợ lực.
Dm là đường kính màng trợ lực.
Plx là lực lò xo hồi vị. Plx = 3 (KG)
Do đó:
(2.10)
2.3.3. Tính hành trình của pít tông xi lanh lực
- Hành trình của pít tông trong xi lanh chính phải bằng hoặc lớn hơn yêu cầu đảm bảo thể tích dầu đi vào các xi lanh làm việc ở các cơ cấu phanh.
- Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của pít tông thứ cấp và sơ cấp thì
S = S1 + S2 (2.11)
Với S1 là hành trình dịch chuyển của pít tông sơ cấp khi ta coi nó có tác dụng độc lập (không liên hệ với pít tông thứ cấp).
- Tính S1, S2:
S1. S1 = 2.x1. (2.12)
S2. S2 = 2.x2. (2.13)
Trong đó:
d1, d2 là đường kính xi lanh bánh xe trước và sau
d1 = 53 (mm), d2 = 36 (mm)
D là đường kính xi lanh phanh chính, D = 27 (mm)
x1, x2 là hành trình dịch chuyển của pít tông bánh xe trước và bánh xe sau
x1 = 1(mm); x2 = 5,13 (mm)
Như vậy: Pít tông thứ cấp dịch chuyển một đoạn S2 = 19,2 (mm)
Pít tông sơ cấp dịch chuyển một đoạn S1 = 8,1 (mm)
2.3.4. Tính lò xo màng cường hóa
Lò xo màng cường hóa được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén.
a. Đường kính dây lò xo
(2.14)
Trong đó:
d là đường kính dây lò xo
Flx là lực lớn nhất tác dụng lên lò xo (tham khảo các xe có dẫn động phanh thủy lực)
Flx = 150 N
c là hệ số đường kính,
D là đường kính vòng lò xo
d là đường kính dây lò xo
Chọn c = 15
k là hệ số tập trung ứng suất, được tính theo công thức:
[τ] _ Ứng suất giới hạn, với lò xo làm bằng thép 65, [τ] = 330 (MPa)
- Từ đó ta tính được đường kính trung bình của lò xo:
Dtb = c.d = 15.4,2 = 63 (mm) (2.15)
b. Số vòng làm việc của lò xo
(2.16)
Trong đó:
x là 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 pít tông xi lanh chính.
Ta có tổng hành trình của 2 pít tông xi lanh chính là:
S = S1 + S2 = 8,1 + 19,2 = 27,3
Với S1, S2 là hành trình của pít tông sơ cấp và pít tông thứ cấp. Có thể chọn x bằng hoặc lớn hơn tổng số hành trình trên. Chọn x = 27,3 (mm)
G là mô đun đàn hồi vật liệu, G = 8.104 (MPa)
d,c là đường kính dây lò xo và hệ số đường kính
c = 15, d = 4,2 mm
Fmax, Fmin (tham khảo các xe có dẫn động phanh thủy lực)
Fmax = 150(N), Fmin = 80 (N)
(vòng)
c. Độ biến dạng cực đại của lò xo
(2.17)
Trong đó :
Dtb là đường kính trung bình của lò xo, D = 63(mm)
n là số vòng làm việc của lò xo, n = 5 (vòng)
Fmax là lực tác dụng cực đại lên lò xo, Fmax = 150 (N)
G là mô đun đàn hồi vật liệu, G = 8.104 (MPa)
d là đường kính dây lò xo, d = 4,2 mm
d. Ứng suất của lò xo
Trên thực tế chiều dài nén của lò xo bằng với tổng hành trình của 2 pít tông thứ cấp và sơ cấp.
Khi đó lực tác dụng lên lò xo Plx được tính từ tổng hành trình S của pít tông như sau :
(2.18)
=> (2.19)
Trong đó:
S là tổng hành trình dịch chuyển của các pít tông, S = 27,3 (mm)
G là mô đun đàn hồi vật liệu, G = 8.104 (MPa)
d là đường kính dây lò xo, d = 4,2 mm
c là tỷ số đường kính, c = 15
n là số vòng lò xo, n = 5
Fmin là lực lắp lò xo, Fmin = 80 N
=>
- Từ đó ta kiểm tra được ứng suất xoắn sinh ra ở thớ biên lò xo là:
(2.20)
=>
- Lò xo làm bằng thép 65 có [τ] = 330 (MPa), so sánh thấy τ < [τ]. Vậy điều kiện bền xoắn được đảm bảo.
e. Số vòng toàn bộ của lò xo
n0 = n + 2 = 5 + 2 = 7 (vòng) (2.21)
f. Chiều cao lò xo khi các vòng xít nhau
Hs = (n0 – 0,5).d (2.22)
Hs = (7 - 0,5).4,2 = 27,3 (mm)
g. Bước của vòng lò xo khi chưa chịu tải
(2.23)
Trong đó:
d là đường kính dây lò xo, d = 4,2 mm
n là số vòng làm việc lò xo, n = 5
λmax là độ biến dạng cực đại, λmax = 60,3 (mm)
h. Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải
H0 = HS + n.(t – d) (2.24)
H0 = 27,3 + 5.(18,7 – 4,2)
H0 = 99,8 (mm)
2.4. Thiết kế bộ điều hòa lực phanh
2.4.1. Xây dựng đồ thị quan hệ áp suất
a. Xác định các giá trị
Áp suất trong hệ thống phanh ở bánh xe trước và bánh xe sau là:
(2.25)
(2.26)
Trong đó:
p1, p2 là áp suất thủy lực ở cơ cấu phanh trước và sau.
rbx là bán kính làm việc của bánh xe, rbx = 34 (cm)
rt2 là bán kính trống phanh cầu sau, rt2 = 13 (cm)
Rtb là bán kính trung bình của má phanh, Rtb = 12,17 (cm)
m là số đôi bề mặt ma sát, m = 2
μ là hệ số ma sát, μ = 0,3
G là trọng lượng đầy tải của ô tô.
d1, d2 là đường kính xi lanh bánh xe trước và bánh xe sau.
d1 = 5,3 (cm) ; d2 = 3,6 (cm)
φ là hệ số bám thay đổi theo G, φ = (0,1 ÷ 0,8)
a, b, hg là tọa độ trọng tâm của xe
L là chiều dài cơ sở của xe, L = 3750 (mm)
p10H, p20H là áp suất dư trong hệ thống phanh, p10H = p20H = 2 (KG/cm2)
C là hệ số chuyển đổi với cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau.
- Với các má phanh đều là má xiết thì
(2.27)
- Với các má phanh đều là má nhả thì
(2.28)
- Với cơ cấu phanh có một má xiết và một má nhả thì
(2.29)
- Để xác định áp suất cần thiết trong xi lanh bánh xe ta lập bảng xác định cho từng trường hợp cụ thể khi xe không tải và đầy tải
* Khi xe không tải:
Ta có: a = 187,5 (cm) ; b = 187,5 (cm) ; hg = 72 (cm) ; G = 2450 (KG)
Do đó:
p10 = 129,3. φ.(0,5 + 0,19.φ) + 2
p10 = 24,57.φ2 + 64,65.φ + 2
p20 = 189,6.φ(0,5 – 0,19.φ) + 2
p20 = - 36.φ2 + 94,8.φ +2
* Khi xe đầy tải:
Ta có: a = 206,1 (cm) ; b = 168,9 (cm) ; hg = 82 (cm) ; G = 3730 (KG)
Do đó
p1 = 196,8. φ.(0,45 + 0,22.φ) + 2
p1= 43,3.φ2 + 88,56.φ + 2
p2 = 288,7.φ(0,55 – 0,22.φ) + 2
p2 = - 63,51.φ2 + 158,79.φ +2
b. Bảng trị số áp suất khi hệ số bám thay đổi
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
p10(KG/cm2) | 8,7 | 15,9 | 23,6 | 31,8 | 40,5 | 49,6 | 59,3 | 69,4 |
p20(KG/cm2) | 11,1 | 19,5 | 27,2 | 34,2 | 40,4 | 45,9 | 50,7 | 54,8 |
p1(KG/cm2) | 11,3 | 21,4 | 32,5 | 44,4 | 57,1 | 70,7 | 85,2 | 100,6 |
p2(KG/cm2) | 17,2 | 31,2 | 43,9 | 55,4 | 65,5 | 74,4 | 82,1 | 88,4 |
- Ta có đường đặc tính lý tưởng của quá trình phanh
2.4.2. Chọn đường đặc tính điều chỉnh
- Việc đường đặc tính thực tế khi không có bộ điều hòa lực phanh (đặc tính không điều chỉnh) bằng cách vẽ một đường thẳng nghiêng một góc với trục hoành một góc 45º.
- Qua đồ thị ta có thể xác định được điểm bắt đầu làm việc của bộ điều hòa lực phanh ở chế độ không tải và đầy tải.
+ Điểm a’: Là điểm bắt đầu làm việc của bộ điều hòa lực phanh ở chế độ không tải.
+ Điểm a: Là điểm bắt đầu làm việc của bộ điều hòa lực phanh ở chế độ đầy tải.
Ta có thể xác định được điểm a, a’ bằng cách lấy giao điểm của đường đặc tính thực tế và hai đường đặc tính lý tưởng khi xe không tải và đầy tải.
- Với mục đích của bộ điều hòa lực phanh là điều chỉnh áp suất dầu dẫn đến cơ cấu phanh sau khi tải trọng phân bố lên cầu sau thay đổi trong quá trình phanh. Điểm bắt đầu làm việc của bộ điều hòa lực phanh là điểm mà áp suất dầu dẫn đến cơ cấu phanh sau trên đường đặc tính lý tưởng bắt đầu giảm xuống và nhỏ hơn áp suất dẫn đến cơ cấu phanh trước.
- Các điểm b, b’ là những điểm ứng với áp suất dầu cực đại p1, p2 ở ống dẫn dầu đến cơ cấu phanh trước và sau khi xe không tải và đầy tải. Áp suất dầu này được lựa chọn trước theo từng loại xe khác nhau ở chế độ không tải và đầy tải.
- Như vậy đặc tính của bộ điều hòa lực phanh nằm trong khoảng ab và a’b’.
- Ứng với tải trọng khác nhau sẽ có những đường tương tự với những đường xiên khác nhau xen kẽ giữa hai đường đặc tính điều chỉnh a, b và ứng với một hệ số Kđ nhất định. (Kđ là hệ số độ dốc của đường quan hệ: p2 = f (p1) )
- Từ đồ thị quan hệ ta có
p1a = p2a
p1a’ = p2a’
Trong đó:
p1a , p2a là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau khi bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc khi đầy tải
p1a’ , p2a’ là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau khi bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc khi không tải
2.4.3. Xác định hệ số bám φ đạt hiệu quả phanh cao nhất (φTN)
- Từ quan hệ p1a = p2a ta lập được một biểu thức quan hệ áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau.
+ Giá trị φTN là hệ số bám của xe với mặt đường ở thời điểm bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc ở chế độ đầy tải tức là điểm a nằm trên đường đặc tính.
p1 = 43,3.φ2 + 88,56.φ + 2
p2 = - 63,51.φ2 + 158,79.φ +2
Do đó:
43,3.φ2 + 88,56.φ + 2 = - 63,51.φ2 + 158,79.φ +2
<=> 106,81.φ2 – 70,23. φ = 0
=> φTN = 0,66
+ Tương tự ta xác định được φ’TN ở chế độ không tải
p10 = 24,57.φ2 + 64,65.φ + 2
p20 = - 36.φ2 + 94,8.φ +2
Do đó:
24,57.φ2 + 64,65.φ + 2= - 36.φ2 + 94,8.φ +2
<=> 60,57.φ2 – 30,15. φ = 0
=> φ’TN = 0,5
- Vậy tại các giá trị φTN và φ’TN thay vào các phương trình p1 , p2 và p10 , p20 ta có:
+ Tại φTN :
p1 = p2 = 79,3 (KG/cm2)
+ Tại φ’TN :
p10 = p20 = 40,5 (KG/cm2)
Như vậy:
- Ở chế độ không tải khi xe chạy trên đường có hệ số bám φ = 0,5 thì phanh đạt hiệu quả cao nhất.
- Ở chế độ đầy tải khi xe chạy trên đường có hệ số bám φ = 0,66 thì phanh đạt hiệu quả cao nhất.
2.4.4. Xác định hệ số Kđ
Kđ là hệ số góc của đường quan hệ p2 = f (p1)
(2.30)
Trong đó:
p1max , p2max là áp suất cực đại trong dẫn động phanh của cầu trước và cầu sau tại điểm b trên đường đặc tính.
p1a , p2a là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau tại điểm a trên đường đặc tính.
β là góc tạo bởi đường đặc tính điều chỉnh và đường biểu diễn áp suất.
Thay số và ta có:
+ Ở chế độ không tải:
=> β = 26º
+ Ở chế độ đầy tải:
=> β = 23º
2.4.5. Phương trình quan hệ áp suất p1, p2 của đường đặc tính điều chỉnh
- Đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh là những đường xiên tạo với đường biểu diễn áp suất p1 những góc β (ứng với những tải trọng khác nhau từ không tải đến đầy tải) ta có thể lập phương trình cho đường xiên như sau:
p2 = A.p1 + B (2.31)
Trong đó:
A là hệ số góc,
p2 = 0,43p1 +45,1 (KG/cm2)
- Do đó ta vẽ được đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh
2.4.6. Chọn và xác định các thông số kết cấu
a. Chọn các thông số
Gọi D là đường kính của pít tông visai, chọn D = 30 (mm)
Ta có :
(2.32)
Trong đó:
A là hệ số góc hay độ dốc của đường đặc tính điều chỉnh so với đường biểu diễn của áp suất p1
S1 là diện tích mặt dưới của pít tông.
S2 là diện tích của phần đỉnh pít tông.
(2.33)
(2.34)
Trong đó:
D là đường kính pít tông
d là đường kính cổ pít tông
d’ là đường kính chiết tỳ (tỳ lên ụ hạn chế), chọn d’ = 5 (mm)
- Thay các giá trị S1 , S2 vào ta có
(2.35)
(2.36)
Như ta đã nói ở trên bộ điều hòa lực phanh làm việc theo hai thông số:
- Áp suất dầu phanh (qua lực tác dụng lên bàn đạp)
- Tải trọng tác dụng lên cầu sau
- Tải trọng tác dụng lên cầu sau là thông số được đánh giá gần đúng thông qua tín hiệu phản hồi bằng cách thay đổi khoảng cách f giữa vỏ xe và vỏ cầu. Sự thay đổi này là thông tin tác dụng vào bộ đàn hồi của bộ điều hòa lực phanh, từ đây tín hiệu được truyền tới cụm van thủy lực dưới tác dụng của lực đàn hồi.
- Ngoài đường kính của pít tông - vi sai, ta còn xác định thông số kết cấu của bộ điều chỉnh.
Kx = cx . ix (2.37)
Trong đó:
Kx là thông số kết cấu được xác định xuất phát từ điều kiện cân bằng pít tông của bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc tại điểm a.
cx là độ cứng tổng cộng của lò xo bộ điều hòa lực phanh với hai giả thiết phản lực của lò xo hồi vị cho bằng 10 (KG) và lực này không đổi trong suốt quá trình làm việc.
ix là tỷ số truyền của cơ cấu dẫn động bộ điều hòa lực phanh (sự chuyển vị của lò xo hồi vị trong khi đóng mở van dầu là không đáng kể)
hay (2.38)
Trong đó:
Qa , Qb là tải trọng tác dụng lên cầu sau thay đổi khi phanh.
Sa , Sb là hệ số biến dạng của hệ thống treo từ điểm a đến điểm b.
Flxa , Flxa’ là lực tác dụng của lò xo hay thanh xoắn tác dụng lên pít tông - vi sai tại điểm a và a’
f1 là độ dịch chuyển của hệ thống treo tại a và a’
(2.39)
(2.40)
Trong đó:
d là đường kính cổ pít tông vi sai đã xác định.
p1a là áp suất trong cơ cấu phanh cầu trước tại điểm a
p1a’ là áp suất trong cơ cấu phanh cầu trước tại điểm a’
Thay các giá trị vào công thức:
(2.41)
- Để tìm được Kx ta phải xác định được độ biến dạng của hệ thống treo f1
- Muốn xác định được f1 ta phải dựa vào mối quan hệ giữa lực phanh, tải trọng tác dụng lên cầu xe và độ biến dạng của hệ thống treo.
2.4.7. Xây dựng đường đặc tính của hệ thống treo phụ thuộc vào tải trọng và lực phanh
a. Từ công thức
(2.42)
Trong đó:
g2 là trọng lượng phần không được treo, g2 = 3,5 ÷ 5% trọng lượng thiết kế của ô tô du lịch.
G là trọng lượng toàn bộ xe.
Cp2 là độ cứng tổng hợp của hệ thống treo sau, Cp2 = 5 (KG/mm)
· Khi xe không tải:
G = 2450 (KG); a = 1875 (mm) ; L = 3750 (mm); hg = 820 (mm) ;
Cp2 = 5 (KG/mm); g2 = 98 (KG)
= 225,4 – 94,1φ
· Khi xe đầy tải:
G = 3730 (KG); a = 2061 (mm) ; L = 3750 (mm); hg = 820 (mm) ;
Cp2 = 5 (KG/mm); g2 = 149,2 (KG)
= 380,2 – 163,1φ
b. Từ quan hệ f0 và f ta tính được độ võng tại các điểm a, a’, b, b’
* Khi không tải
- Tại điểm a’ bộ điều hòa bắt đầu làm việc
φ = 0,5
p = 40,5 (KG/cm2)
fa’ = 225,4 – 94,1.0,5 = 178,4 (mm)
- Tại điểm b’ là điểm có trị số áp suất cực đại p1max trên đường đặc tính điều chỉnh
φ = 0,8
fb’ = 225,4 – 94,1.0,8 = 150,1 (mm)
* Khi xe đầy tải
- Tại điểm a có:
φ = 0,66
p = 79,3 (KG/cm2)
fa = 380,2 – 163,1.0,66 = 272,6 (mm)
- Tại điểm b
φ = 0,8
fb = 380,2 – 163,1.0,8 = 249,7 (mm)
- Vậy ta lập được đồ thị quan hệ giữa p1 và f
Do đó ta có:
f1 = fa – fa’ = 272,6 – 178,4 = 94,2 (mm)
f2 = fb – fa’ = 249,7 – 178,4 = 71,3 (mm)
f3 = fa’ – fb’ = 178,4 – 150,1 = 28,3(mm)
Thay giá trị f1 và độ cứng K ta được độ cứng tổng hợp của bộ điều hòa lực phanh:
2.4.8. Kiểm tra lại đường kính D của pít tông vi sai
- Ta đã chọn và tính sơ bộ đường kính D và d của pít tông - vi sai theo công thức gần đúng.
- Tới đây ta tính chính xác đường kính của pít tông - vi sai để thỏa mãn điều kiện làm việc.
- Theo phương trình cân bằng lực tại điểm b:
Trong đó:
p1b , p2b là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau tại b.
S1 là diện tích tiết diện của pít tông có đường kính d (cm)
S2 là diện tích tiết diện của mặt pít tông D (cm)
Flx là lực đàn hồi của lò xo phụ thuộc vào độ võng f của hệ thống treo sau (KG)
- Từ đó ta có:
(2.43)
Trong đó:
Q’a là lực ép của lò xo vào pít tông - vi sai tại điểm a.
f2 là độ biến dạng của điểm b so với điểm a’ của hệ thống treo cầu sau.
(2.44)
- Biến đổi và thay vào phương trình trên ta có:
(2.45)
=> D ≈ 3,7 (cm)
- Trên đỉnh pít tông vi sai có kết cấu ụ tỳ hạn chế có đường kính 5 (mm), để đảm bảo diện tích tiếp xúc ta tăng kích thước đường kính D lên một giá trị
(2.46)
(2.47)
2.4.9. Kiểm tra đặc tính điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh
- Khi lập đường đặc tính điều chỉnh ta cố gắng làm cho đường này càng gần đường đặc tính lý tưởng càng tốt.
- Ta tính cho xe đầy tải và xe không tải sai số chỉ nằm trong giới hạn cho phép
= 5 ÷ 8%
- Để kiểm tra sự trùng nhau của đường đặc tính lý tưởng trên khoảng a’b’ và đường đặc tính điều chỉnh ta phải xác định được tung độ điểm b’.
- Theo công thức:
(2.48)
Trong đó:
Q’a là lực ép của lò xo vào pít tông – vi sai tại điểm a’
f3 là độ biến dạng của hệ thống treo
D là đường kính của pít tông vi sai
d là đường kính của cổ pít tông vi sai
p1b’ là áp suất trong đường ống của cơ cấu phanh trước tại b’ phù hợp với đặc tính điều chỉnh.
Kx là thông số kết cấu của bộ điều hòa.
- Thay các giá trị vào ta có:
- Trên đồ thị đặc tính điều chỉnh trị số áp suất của cơ cấu phanh cầu sau khi xe không tải ở vị trí b’ = 54,8 (KG/cm2). Sự không trùng nhau của đường đặc tính lý tưởng và đặc tính điều chỉnh thực tế là :
- So sánh ta thấy 1,5% < 5÷ 8%
- Vậy sai số nằm trong giới hạn cho phép.
CHƯƠNG III
TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB
3.1. Giới thiệu về mô đun thiết kế giao diện GUI trong MATLAB
3.1.1. Giới thiệu chung về GUI
- GUI (Graphical User Interface) là giao diện đồ họa có điều khiển bởi nhiều thanh công cụ được người lập trình tạo sẵn, cho tương tác giữa người dùng và máy tính là giao diện chương trình. Mỗi chương trình được người lập trình tạo sẵn giao diện để thực hiện một vài chức năng và giao tiếp với người dùng.
- GUI bao gồm đầy đủ các chương trình hỗ trợ như thực hiện phép toán LOGIC, mô phỏng không gian 2D, 3D, đọc và hiển thị dữ liệu, liên kết đa phương tiện. GUI giao tiếp với người dùng thông qua hình ảnh, các nút nhấn thực thi…
- Hầu hết GUI chỉ thực hiện (trả lời) lệnh người dùng thông qua các tác động của người dùng lên giao diện, người dùng chỉ cần nhập các thông số đầu vào, sau đó chương trình sẽ trả lại kết quả. GUI được lập trình thông qua các hàm gọi CALLBACK. Khi người dùng tác động lên giao diện bằng các cách khác nhau, hàm CALLBACK sẽ được gọi để thực thi.
3.1.2. Bắt đầu với GUI
- Có hai phương pháp lập trình GUI
+ Cách thứ nhất là sử dụng công cụ có sẵn trong GUI Matlab để lập trình. Ưu điểm của cách này là dễ thực hiện và các hàm FUNCTION được GUI tạo sẵn.
+ Cách thứ hai: được lập trình từ tệp Mfile bằng các hàm FUNCTION do người lập trình tự viết, nó có ưu điểm là tính tùy biến cao. Tuy nhiên cách này khó hơn và đòi hỏi người lập trình phải có hiểu biết sâu và trình độ cao.
- Khi thao tác trên giao diện chúng ta không thay đổi hay tác động đến các hàm trong nó.
3.1.3. Các bước cần thực hiện trước khi bắt đầu
- Bước 1: Để bắt đầu lập trình ta cần phải xác định được mục đích của chương trình.
- Bước 2: Tiến hành xác định trình tự thực hiện để mô phỏng giao diện người dùng sao cho hợp lý và chính xác.
- Bước 3: Viết chương trình và thực thi.
- Ngoài ra khi sử dụng GUI có các lưu ý sau:
+ Khi bắt đầu, GUI tự động tạo ra các mã tập tin được thực thi bởi hàm Callback Function. GUI thao tác trên những kí tự mà người dùng nhập vào và chuyển sang dạng số học. Nói cách khác, giao diện GUI tương tự như những lệnh thực thi trong Comment Windowns.
+ Tất cả hàm Callback thực thi những lệnh chứa trong nó.
+ Chúng ta nên sử dụng chức năng HELP của Matlab để tìm hiểu thêm tất cả các hàm thực thi trong GUI, cách tạo và thao tác với GUI…
3.1.4. Các thao tác cơ bản khi lập trình GUI
3.1.4.1. Khởi động màn hình lập trình giao diện GUI
- Mở phần mềm Matlab, gõ lệnh ‘guide’ vào cửa sổ Command Window xuất hiện giao diện chính của chương trình
Hình 3.1.Giao diện chính của chương trình GUI
3.1.4.2. Tạo mới hoặc mở một chương trình đã có sẵn
GUIDE Quick Start: tạo mới một chương trình, ta có thể lựa chọn theo một trong các khuôn mẫu sau:
- Create New GUI: Tạo một hộp thoại GUI mới theo một trong các loại sau
+ Blank GUI (Default): Hộp thoại GUI trống không có một điều khiển uicontrol nào cả.
+ GUI with Uicontrols: Hộp thoại GUI với một vài uicontrol như button, ... Chương trình có thể chạy ngay.
+ GUI with Axes and Menu: Hộp thoại GUI với một uicontrol axes và button, các menu để hiển thị đồ thị.
+ Modal Question Dialog: Hộp thoại đặt câu hỏi Yes, No.
- Open Existing GUI: mở một chương trình đã có sẵn.
Trong hướng dẫn này, các bạn tạo một mô đun mới nên sẽ chọn Blank GUI
3.1.4.3. Tính năng của các nút điều khiển thông dụng
Hình 3.2.Các nút điều khiển sử dụng trong chương trình GUI
- Tính năng một vài nút điều khiển hay dùng:
+ Push Button: giống như nút Command Button trong VB. Là các nút bấm như nút OK, Cancel mà ta vẫn bấm.
+ Slider : Thanh trượt có một con trượt chạy trên đó.
+ Radio Button : Nút nhỏ hình tròn để chọn lựa
- Trong menu Tools có:
+ Run (Ctr + T) : nhấn vào để chạy chương trình mà ta đã viết. Có lỗi là hiện ra ngay
+ Align Object: dùng để làm cho các điều khiển sắp xếp gọn đẹp theo ý mình như cùng căn lề bên trái, ...
+ Grid and Rulers : dùng để cấu hình về lưới trong giao diện vì nó sẽ coi giao diện như một ma trận các ô vuông nhỏ, ta sẽ thay đổi giá trị này để cho các điều khiển có thể thả ở đâu tùy ý cho đẹp.
+ Menu Editor : trình này để tạo menu cho điều khiển
+ Tab Order Editor : sắp xếp Tab order là thứ tự khi ta nhấn phím Tab
+ Gui Options : lựa chọn cho giao diện GUI.
3.1.4.4.Chạy và lưu chương trình lại
a.Chạy chương trình
Sau khi viết chương trình xong, ta kích đúp chuột vào nút run trên thanh công cụ của GUI để bắt đầu chạy chương trình.
+ Nếu chương trình chạy bị lỗi, ta kiểm tra lỗi ở cửa sổ Command Window của matlab rồi tiến hành chỉnh sửa lại.
+ Nếu chương trình chạy không bị lỗi, ta tiến hành nhập thông số ban đầu và xuất ra kết quả cần tính toán.
b.Lưu chương trình
Lưu dưới tên: CKO52, khi đó đồng thời xuất hiện cửa sổ Editor và đang mở file CKO52.m. Trong thư mục lưu sẽ có 2 file là:
- CKO52.fig : file này chứa giao diện của chương trình
- CKO52.m : file chứa các mã thực thi cho chương trình như các hàm khởi tạo, các hàm callback,...
3.1.5. Thiết lập đặc tính của các khối tính toán
Trong phần này ta sẽ thiết lập đặc tính cho 3 khối quan trọng là Static Text, Edit Text và Push Button.
3.1.5.1.Khối Static Text
Khối Static Text được dùng để mô tả tên của thông số đầu vào và dữ liệu đầu ra của đối tượng.Có một thuộc tính quan trọng sau:
- String : là xâu kí tự hiện lên Edit Box. Chúng ta thực hiện viết tên thông số đầu vào hoặc dữ liệu đầu ra .
3.1.5.2.Khối Edit Text
Khối Edit Text được dùng để nhập thông số đầu vào và hiển thị dữ liệu đầu ra của đối tượng. Có hai thuộc tính quan trọng sau:
- Tag: đây là thuộc tính giống như Caption trong Visual Basic để đặt tên điều khiển. Dùng tên này có thể thao tác đến các thuộc tính của đối tượng.
- String : là xâu kí tự hiện lên Edit Box. Chúng ta thực hiện xóa thuộc tính này đi.
3.1.5.3.Khối Push Button
Khối Push Button được dùng để truy xuất dữ liệu đầu ra. Có ba thuộc tính quan trọng sau:
- String : là xâu kí tự hiện lên Edit Box. Chúng ta thực hiện viết tên dữ liệu đầu ra .
- Tag: đây là thuộc tính giống như Caption trong Visual Basic để đặt tên điều khiển.
- Hàm Callback: Dùng để thiết lập chức năng tính toán các khối
Khi click chuột phải vào Khối Push Button chọn Callback. Trong này còn một số hàm quan trọng sau.
+ hObject : handle của điều khiển Calculate
+ handles : là một cấu trúc chứa tất cả các điều khiển và dữ liệu người dùng. Dùng cái này để truy suất các điều khiển khác.
3.2. Xây dựng phần mềm tự động hóa thiết kế dẫn động phanh
Trong phần này ta sẽ xây dựng phần mềm tự động hóa thiết kế dẫn động phanh. Phần mềm bao gồm ba mô đun chính:
+ Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh.
+ Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực.
+ Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh.
3.2.1. Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh
- Thông số đầu vào bao gồm: lực sinh ra tại bàn đạp, áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh, hiệu suất dẫn động của thủy lực,…
- Thông số cần tính toán bao gồm: đường kính xi lanh phanh chính, hành trình làm việc của pít tông trong các xi lanh, hành trình bàn đạp
Hình 3.3. Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh
3.2.2. Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực
- Thông số đầu vào bao gồm: lực do người lái sinh ra tại bàn đạp, đường kính xi lanh phanh chính, áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh,…
- Thông số cần tính toán bao gồm: áp suất do người lái sinh ra, áp suất do bộ trợ lực sinh ra, kích thước màng trợ lực,…
Hình 3.4. Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực
3.2.3. Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh
- Thông số đầu vào bao gồm: bán kính trung bình của má phanh, bán kính làm việc của bánh xe, bán kính trống phanh cầu sau,…
- Thông số cần tính toán bao gồm: áp suất thủy lực ở cơ cấu phanh trước và sau, xác định hệ số Kđ, đường kính pít tông,…
Hình 3.5. Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh
3.3. Quy trình tính toán dẫn động phanh sử dụng phần mềm đã thiết kế
3.3.1. Mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh
- Khởi động GUI trong Matlab
- Chọn: Open Existing GUI
- Chọn: Thietkedandongphanh.fix (file đã lưu khi thực hiện bước 3.2.1)
- Chọn: Run để khởi động mô đun đã thiết kế
- Bước 1: Nhập các thông số đầu vào
Hình 3.6. Giao diện mô đun tính toán thiết kế dẫn động phanh
- Bước 2: Kích chuột trái vào các ô tính toán, ta sẽ thu được kết quả
3.3.2. Mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực
- Khởi động GUI trong Matlab
- Chọn: Open Existing GUI
- Chọn: Thietketrolucchankhong.fix (file đã lưu khi thực hiện bước 3.2.2)
- Chọn: Run để khởi động mô đun đã thiết kế
- Bước 1: Nhập các thông số đầu vào
Hình 3.7. Giao diện mô đun tính toán thiết kế bộ trợ lực
- Bước 2: Kích chuột trái vào các ô tính toán, ta sẽ thu được kết quả
3.3.3. Mô đun tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh
- Khởi động GUI trong Matlab
- Chọn: Open Existing GUI
- Chọn: ThietkebodieuhoalucphanhPTVS.fix (file đã lưu khi thực hiện bước 3.2.3)
- Chọn: Run để khởi động mô đun đã thiết kế
- Bước 1: Nhập các thông số đầu vào
* Nhận xét: Việc sử dụng phần mềm Matlab để tính toán thiết kế dẫn động phanh, sẽ giúp cho quá trình tính toán giảm bớt thời gian và tăng cao tính chính xác của kết quả. Người dùng chỉ cần nhập các thông số đầu vào và chương trình sẽ trả lại kết quả . Kết quả tính của chương trình có tính chính xác cao
KẾT LUẬN
Trong thời gian ngắn em được giao nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống phanh dựa trên cơ sở xe Ford Transit (Phần dẫn động phanh)”, em đã cố gắng sưu tầm tài liệu và vận dụng kiến thức đã được học để hoàn thành nhiệm vụ được giao. Đồ án tôt nghiệp của em gồm các nội dung sau:
+ Tìm hiểu tổng quan hệ thống phanh ô tô, nắm rõ đặc điểm kết cấu, nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của từng hệ thống phanh, từ đó lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với đồ án của mình.
+ Tính toán thiết kế hệ thống phanh ô tô (phần dẫn động phanh) đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
+ Thiết lập các bản vẽ: tuyến hình xe ô tô cơ sở, các phương án thiết kế dẫn động phanh , kết cấu xi lanh phanh chính, kết cấu trợ lực chân không, kết cấu bộ điều hòa lực phanh kiểu pít tông – vi sai, quy trình tính toán thiết kế dẫn động phanh sử dụng phần mềm Matlab
+ Lập chương trình tự động hóa thiết kế cơ cấu phanh sử dụng phần mềm matlab.
Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, với thời gian có hạn nhưng bản thân em đã có cố gắng tìm hiểu thực tế và giải quyết các nội dung kỹ thuật hợp lý. Đây là bước khởi đầu quan trọng giúp em có thể nhanh chóng tiếp cận với ngành công nghiệp ô tô hiện nay của nước ta. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, bổ sung của các thầy và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn, góp phần nhỏ bé vào nhu cầu sử dụng xe ở Việt Nam hiện nay.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo:………………. cùng các thầy trong bộ môn Cơ khí ô tô đã giúp em hoàn thành đồ án này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Khắc Trai, Nguyễn Trọng Hoan, Hồ Hữu Hải, Phạm Huy Hường, Nguyễn Văn Chương, Trịnh Minh Hoàng. “Kết cấu ô tô”. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 2010.
2. Cao Trọng Hiền và Đào Mạnh Hùng. “Lý thuyết ô tô”. Nhà xuất bản Giao thông Vận tải Hà Nội, 2010.
3. “Kết cấu và tính toán ô tô”. Trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, 1984.
4. Nguyễn Phùng Quang. “Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2004.
5. Dương Đinh Khuyến, “Hướng dẫn Thiết kế hệ thống phanh ô tô, máy kéo”.
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Động cơ ô tô, máy kéo, 1995.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"