MỤC LỤC

MỤC LỤC.

LỜI NÓI ĐẦU.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.

I. Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1 Công dụng

1.2 Phân loại

1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh

II. Kết cấu hệ thống phanh

2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô

2.2 Cơ cấu phanh

2.3 Dẫn động phanh

III. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh

3.1 Chọn phương án thiết kế

3.2 Nguyên lý hoạt động của một số cụm chi tiết chính

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.

I. Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh

1.1 Đối với cơ cấu phanh trước

1.2 Đối với cơ cấu phanh sau

II. Xác định momen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra

2.1 Các lực và momen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc

2.2 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc

2.3 Xác định góc, bán kính (r) và điểm đặt lực (r_o) của lực R

2.4 Xác định các lực tác dụng dựa trên họa đồ lực phanh

III. Hiện tượng tự siết

3.1 Quan hệ giữa lực P và momen phanh M_p

3.2 Kiểm tra hiện tượng tự siết

IV. Xác định các kích thước má phanh

4.1 Tỷ số p

4.2 Công ma sát riêng

4.3 Áp suất lên bề mặt má phanh

4.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh

V. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống

5.1 Tính bền trống phanh

5.2 Tính bền chốt phanh

5.3 Tính bền lò xo hồi vị

VI. Thiết kế tính toán dẫn động

6.1 Thiết kế tính toán máy nén khí

6.2 Thiết kế tính toán van phân phối

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLIDWORKS ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH.

I. Tổng quan về phần mềm Solid works

II. Mô hình hóa kết cấu phanh

III. Mô phỏng lắp ghép kết cấu phanh

CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG ANSYS ĐỂ TÍNH BỀN GUỐC PHANH.

I. Tổng quan về phần mềm ansys

II. Tính bền guốc phanh

2.1 Phương pháp tính toán

2.2 Các bước tính toán

2.3 Xử lý kết quả

CHƯƠNG V: NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG.

I. Cơ cấu phanh

1.1 Mòn các cơ cấu phanh

1.2 Mất ma sát trong cơ cấu phanh

1.3 Bó kẹt cơ cấu phanh

II. Dẫn động điều khiển phanh

KẾT LUẬN.

TÀI LIỆU THAM KHẢO.

PHỤ LỤC.

   Ngành ôtô Việt Nam hiện nay đang trên đà phát triển mạnh mẽ, nhà nước cũng chú trọng đầu tư và phát triển để đưa trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta tiến lên phát triển cùng thế giới, các trường đại học cũng chú trọng đầu tư nâng cấp tạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên học tập và nghiên cứu.

  Là một kỹ sư tương lai ngành ôtô, phải nắm bắt được chắc chắn quy trình làm việc, thiết kế tính toán ra sản phẩm của ôtô.

  Trong ôtô hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất đòi hỏi phải tính toán thiết kế thật cẩn thận, tỉ mỉ vì liên quan trực tiếp đến tính mạng người điều khiển, đòi hỏi yêu cầu về quãng đường phanh, gia tốc phanh, độ êm dịu, thời gian phanh hợp lý... Ngày càng phải hoàn thiện hơn để phù hợp với yêu cầu giảm tốc độ, dừng xe với những loại xe ngày càng đạt ưu thế về P và vận tốc.

  Xe tải ngày nay có rất nhiều loại, rất tiện dụng, khả năng chuyên chở cũng tăng lên rất nhiều cùng với thẩm mỹ cũng được chú trọng, trong đó hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất, phải đảm bảo độ ổn định để tránh những tai nạn thảm khốc nhất, nên em đã chọn làm đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp. Đề tài có tựa đề:“ Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe tải 3 tấn”

  Được sự giúp đỡ tận tình của thầy: ThS. ……....…… em đã hoàn thành đồ án của mình. Mặc dù vậy trong khuôn khổ thời gian hạn chế, kinh nghiệm thực tế và kiến thức còn hạn hẹp, em kính mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm.

  Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

I. Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1 Công dụng

Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ôtô hoặc giữ ôtô đứng yên trên một độ dốc nhất định. Thông thường, quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên trên xe.

1.2 Phân loại

 1.2.1 Theo mục đích sử dụng

- Phanh chính.

- Phanh dừng.

- Phanh dự phòng.

 1.2.2 Theo các bộ phận cơ bản của hệ thống

- Theo cơ cấu phanh:

· Phanh guốc.

· Phanh đĩa.

- Theo dẫn động phanh:

· Dẫn động khí nén.

· Dẫn động thủy lực.

II. Kết cấu hệ thống phanh

2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô

- Trên ôtô thường có các hệ thống phanh: Phanh chính, phanh dừng và phanh dự phòng.

- Phanh chính: Là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanh khác. Có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô đang chuyển động khi cần thiết. 

2.2 Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh ôtô chủ yếu có hai dạng: Phanh tang trống và phanh đĩa.

- Phanh tang trống: Chủ yếu trên xe ôtô có tải trọng lớn (xe tải, xe khách và một số loại ôtô con).

- Phanh đĩa dùng nhiều trên ôtô con, trong đó chủ yếu là cơ cấu phanh trước.

2.2.2 Cơ cấu phanh đĩa

- Các loại xe tải ít dùng phanh đĩa nhất là loại xe tải 3 tấn vì tuy độ an toàn tin cậy cao hơn, giảm được momen phanh nhưng do là loại xe tải chuyên hoạt động trong những vùng địa hình bụi bặm mà loại phanh đĩa thì khả năng bao kín che bụi.

- Ban đầu trong xilanh 3 luôn chứa dầu, piston ép tỳ vào má phanh, bộ phận đảm nhận nhiệm vụ tạo khe hở giữa má và đĩa phanh là phớt hồi vị.

2.3.3 Dẫn động khí nén

a. Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

· Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.

· Khi có rò rỉ, hệ thống vẫn làm việc được (tuy hiệu quả giảm) độ an toàn cao hơn dẫn động thủy lực.

- Nhược điểm:

· Độ nhạy thấp, độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn).

. Do có rò rỉ trong hệ thống nên áp suất của khí nén thấp hơn của chất lỏng trong dẫn động thủy lực 10 - 15 lần.

2.3.4 Dẫn động phanh bằng thủy khí kết hợp

Dẫn động bằng thủy lực có ưu điểm là độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạp cần lớn, ngược lại đối với dẫn động bằng khí nén có ưu điểm là lực điều khiển bàn đạp nhỏ nhưng độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn do khí bị nén khi chịu áp suất). 

III. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh

3.1 Chọn phương án thiết kế

3.1.1 Cơ cấu phanh

- Trên ôtô chủ yếu dùng hai loại cơ cấu phanh là phanh tang trống và phanh đĩa, phanh tang trống dùng chủ yếu cho các xe tải lớn, tải nhỏ, bus. Còn phanh đĩa dùng cho các loại xe con và dùng chủ yếu ở bánh trước.

3.1.2 Dẫn động phanh

-  Hệ thống dẫn động thủy lực có ưu điểm là độ nhạy cao nhưng thích hợp với các loại xe tải cỡ nhỏ, lực điểu khiển nhỏ.

Với loại xe tải 3 tấn em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống dẫn động phanh khí nén hai dòng độc lập để đảm bảo lực điều khiển nhỏ và không phải sử dụng thêm bộ trợ lực nữa.

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

I. Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh

- Để đảm bảo điều kiện bánh xe không bị trượt lết làm cho xe mất kiểm soát gây nguy hiểm, trong quá trình trượt lết, momen phanh không tăng nữa mà có xu hướng giảm, nên người ta thiết kế tính toán momen phanh sao cho tận dụng được tối đa khả năng bám của bánh xe.

Với:

-  Z₁, Z₂: Phản lực mặt đường tác dụng lên cầu trước và sau.

- G: Trọng lượng toàn bộ xe:

-  h_g: Chiều cao trọng tâm ôtô

- a,b: Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước và cầu sau.

- P_j: Lực quán tính xuất hiện khi phanh.

II. Xác định momen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra

2.1 Các lực và momen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc 

Guốc phanh phải chịu 3 lực:

· Lực P do dẫn động phanh sinh ra, do đầu tỳ của cam tác dụng vào đầu guốc, phương chiều và điểm đặt lực đã biết theo kết cấu của cơ cấu phanh.

· Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt tại O, phương chiều chưa xác định.

· Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh.

2.4 Xác định các lực tác dụng dựa trên họa đồ lực phanh

- Dẫn động thủy lực một xilanh tác động vào hai guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau:

P^’ = P^” = P

Các bước xây dựng họa đồ lực phanh:

- Bước 1: Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh vẽ sơ đồ theo đúng tỷ lệ, vẽ các lực P.

- Bước 2: Tính các góc và bán kính r, từ đó xác định điểm đặt của lực R.

- Bước 3: Tính góc  và vẽ phương của lực R. Kéo dài phương của lực R’ và P cắt nhau tại O’, kéo dài phương của P và R’’ cắt nhau tại O’’. Ở trạng thái cân bằng, tổng các lực tác động lên guốc phanh bằng 0:

P + Q + R = 0

4.2 Công ma sát riêng

Nếu phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc v₀ cho tới khi dừng hẳn v = 0, thì toàn bộ động năng của ôtô có thể được coi là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu.

4.3 Áp suất lên bề mặt má phanh

Chọn b = 90 (mm)

-  Để dễ dàng cho việc gia công ta chọn bề rộng của má phanh cơ cấu phanh trước và sau giống nhau và có giá trị b = 100 (mm).

Ta thấy b = 100 (mm) thỏa mãn điều kiện của đề bài.

4.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh

- Trong quá trình phanh ôtô, toàn bộ động năng của khối lượng chuyển động của ô tô được chuyển hóa thành nhiệt tại các cơ cấu phanh, một phần của lượng nhiệt này sẽ nung nóng các chi tiết trong cơ cấu phanh mà chủ yếu là trống phanh, phần còn lại sẽ tỏa ra ngoài không khí.

V. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống

5.1 Tính bền trống phanh

-  Dựa vào trạng thái chịu lực của trống phanh trong quá trình phanh ta thấy trống phanh làm việc gần giống như một ống có thành dày chịu áp suất bên trong. Trong quá trình tính toán ta giả thiết rằng áp suất phân bố trên bề mặt trống phanh là không đổi, đồng thời ta đưa thêm vào hệ số an toàn là n = 1,5 trong khi tính toán bền cho trống phanh. 

5.3 Tính bền lò xo hồi vị

- Việc tính toán lò xo hồi vị nhằm xác định các kích thước của lò xo sao cho đảm bảo được khả năng hồi vị của lò xo và đảm bảo độ bền lâu trong quá trình làm việc.

Số vòng toàn bộ của lò xo n = n₀ + (1- 2)

Ta chọn: n = n₀ + 1 = 10 + 1 = 11

VI. Thiết kế tính toán dẫn động

6.1 Thiết kế tính toán máy nén khí

- Máy nén khí được lựa chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau:

· Nạp nhanh các bình chứa sau khi khởi động động cơ

· Giữ được áp suất trong hệ thống gần với áp suất tính toán khi phanh liên tục.

- Thực tế máy nén khí chỉ làm việc khoảng 10 - 20% thời gian làm việc của ôtô, khi các bình chứa đã được nạp đầy thì máy nén được chuyển sang chạy ở chế độ không tải.  

6.2 Thiết kế tính toán van phân phối

- Tính toán van phân phối khí phải bảo đảm nguyên tắc áp suất trong dẫn động tỷ lệ thuận với lực bàn đạp của người lái.

- Độ nhậy của các van hiện nay vào khoảng r_p= 5 (N/cm²) được kiểm tra ở áp suất p_tb = 30 (N/cm²).

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLIDWORKS ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ

PHỎNG CƠ CẤU PHANH

I. Tổng quan về phần mềm Solid works

- Ngày nay công cụ hỗ trợ cho thiết kế tính toán phát triển mạnh và Solidworks là một trong những công cụ rất tiện ích để thiết kế, mô phỏng tính toán cũng như kiểm nghiệm bền các chi tiết, cụm kết cấu. Sử dụng solidworks có thể mô hình hóa được những chi tiết phức tạp trên mô hình 3D, và mô phỏng quá trình hoạt động của các chi tiết, cụm chi tiết thực tế.

- Ngoài ra solidworks cũng giúp ích rất lớn cho gia công chính xác, vì từ bản vẽ 3D ta có thể xuất sang bản vẽ 2D một cách dễ dàng phục vụ cho sản xuất. 

II. Mô hình hóa kết cấu phanh

- Dựa vào các thông số có sẵn của xe thực tế và phương pháp đo đạc thực nghiệm trên kết cấu phanh ta có thể mô hình hóa kết cấu phanh, dưới đây em xin trình bày về trình tự thiết kế 1 chi tiết quan trọng là guốc phanh.

- Guốc phanh và má phanh được ghép với nhau bằng mối liên kết đinh tán, có tất cả 12 đinh tán để ghép, mặt trong của guốc được làm lồi ra để che phần mũ đinh tán, gân trợ lực có tác dụng tăng cứng, vì vậy giữa các gân trợ lực khoét các lỗ để tiết kiệm vật liệu. 

III. Mô phỏng lắp ghép kết cấu phanh

- Sau khi xây dựng mô hình ta bắt đầu quá trình mô phỏng, mô phỏng mục đích để phục vụ cho việc giảng dạy đào tạo, thể hiện qua 3 nội dung chính:

· Mô phỏng quá trình lắp ráp: Thể hiện quá trình tháo lắp từng bộ phận theo thứ tự nhất định, bộ phận nào trước, bộ phận nào sau và mối lắp ghép then hoa, ren…

· Mô phỏng quá trình làm việc: Thể hiện quá trình làm việc từ khi khí nén tác động vào bầu phanh, cần đẩy xoay sang bên làm xoay cam, đồng thời cam đẩy guốc phanh ép vào tang trống thực hiện phanh.

CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG ANSYS ĐỂ TÍNH BỀN GUỐC PHANH

I. Tổng quan về phần mềm ansys

-  Ansys workbench là một gói phần mềm FEA (Finite Element Analysis) hoàn chỉnh dùng để mô phỏng, tính toán, thiết kế trong công nghiệp, Ansys workbench đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong hầu hết các lĩnh vực kỹ thuật như: Kết cấu; nhiệt; dòng chảy; điện, tĩnh điện; điện từ và tương tác giữa các môi trường, các hệ vật lý.

ANSYS workbench / Multiphysics là sản phẩm tổng quát nhất của ANSYS workbench, nó chứa tất cả các khả năng của ANSYS workbench và bao trùm tất cả các lĩnh vực kỹ thuật.

II. Tính bền guốc phanh

2.1 Phương pháp tính toán

Ansys tính toán dựa theo phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) – FEM ta chia chi tiết cần tính ra làm hữu hạn các phần tử rất nhỏ, qua đó đặt tải trọng lên chi tiết, và từ đó xét xem phản ứng của chi tiết với tải trọng đó ra sao từ đó so sánh với tiêu chuẩn cho phép để xem chi tiết có có đủ bền hay không.

2.3 Xử lý kết quả

- Tính bền khi đưa kết quả dạng chuyển vị và ứng suất chỉ là một ứng dụng nhỏ của ansys workbench, các module của ansys có thể giúp ta tính toán những bài toán nhiệt, dòng chảy rất phức tạp, những bài toán về âm thanh, rung ồn…

- Thực tế khi giải một bài toán, ta phải thử đi thử lại nhiều lần bằng cách thay đổi hàm tải trọng tác dụng vào chi tiết sao cho hàm đó gần với thực tế nhất và qua đó kết quả sẽ ra một dạng phổ, từ giản đồ đó ta có thể thấy rõ được vùng tiết diện nào nguy hiểm nhất, kém bền nhất và tập trung ứng suất lớn nhất, qua đó đưa ra các biện pháp kết cấu để tăng bền.

CHƯƠNG V: NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG

I. Cơ cấu phanh

1.1 Mòn các cơ cấu phanh

- Quá trình phanh xảy ra tại cơ cấu phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa phần quay và phần không quay, vì vậy sự mài mòn các chi tiết của má phanh với tang trống là không thể tránh khỏi.

-  Hậu quả:

· Làm tăng hành trình bàn đạp, tăng thời gian chậm tác dụng.

Làm giảm hiệu quả phanh của ôtô: Sự mài mòn cơ cấu phanh sẽ làm tăng quãng đường phanh, thời gian phanh, giảm gia tốc chậm dần trung bình của ôtô. 

1.2 Mất ma sát trong cơ cấu phanh

- Các cơ cấu phanh ngày nay thường sử dụng loại ma sát khô, vì vậy bề mặt ma sát bị dính dầu, mỡ, nước thì hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống sẽ giảm tức là giảm momen phanh sinh ra.

- Thông thường do mỡ từ moayơ, nước từ bên ngoài xâm nhập vào bề mặt má phanh bị chai cứng…làm mất ma sát của cơ cấu phanh gây giảm hiệu quả phanh và gây lệch hướng chuyển động của ôtô khi phanh.

II. Dẫn động điều khiển phanh

- Dẫn động phanh khí nén yêu cầu độ kín khít cao do vậy phổ biến nhất là sự rò rỉ khí nén, xảy ra ở mọi chỗ trên hệ thống.

- Máy nén khí và van điều áp:

·Mòn buồng nén khí, vòng găng, piston, xilanh.

·Mòn hỏng bộ bạc hoặc bi trục khuỷu.

KẾT LUẬN

   Sau một thời gian làm đồ án thiết kế tính toán hệ thống phanh, em đã cơ bản hoàn thành đề tài với sự giúp đỡ tận tình của thầy: ThS. …………… Trong đề tài em đã cơ bản tính toán các chi tiết của hệ thống phanh dựa trên những thông số trên taplo xe cộng với tham khảo ở các tài liệu như tính chọn hệ số ma sát, áp suất dầu…sao cho hợp lý. Sơ lược nguyên lý hoạt động, kết cấu của các bộ phận chính như bộ trợ lực chân không, cơ cấu phanh đĩa, phanh guốc, dẫn động thủy lực, khí nén…

  Mô hình hóa được kết cấu phanh, mô phỏng nguyên lý hoạt động cũng như quá trình lắp ráp, căn chỉnh và đưa ra phương pháp tính bền guốc phanh bằng phần mềm ansys theo bài toán cấu trúc tĩnh.

  Kết thúc đồ án em đã hiểu thêm rất nhiều từ cơ cấu phanh, dẫn động phanh, ôn lại lượng kiến thức đã học ở các môn, hiểu sâu thêm về kết cấu, cách thiết kế tính toán, ngoài ra em còn được tiếp xúc, hiểu thêm, sử dụng những phần mềm như Mathtype, word, excel…tốt hơn, và đặc biệt là autocad.

  Do thời gian còn hạn chế cộng với lượng kiến thức của em chưa đủ, đồ án sẽ còn nhiều hạn chế, những phần mà em chưa thực sự hiểu sâu nhất, hoặc trình bày còn sơ sài nhất là phần tính bền guốc phanh chưa làm được trên mô hình phi tuyến. Kính mong các thầy góp ý bổ sung cho em những thiếu sót, để đồ án được hoàn thiện hơn.

  Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                              Hà Nội, ngày…tháng….năm 201...

                                                                                Sinh viên thực hiện

                                                                                    ……………

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Thông số kỹ thuật xe  ZIL 130

2. Tính toán thiết kế ô tô - Bài giảng của thầy PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan

3. Lý thuyết ô tô máy kéo - NXB KHKT Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng

4. Kết cấu ô tô - NXB Bách Khoa Hà Nội

5. DVD Solid works tutorial 2009

6. Giáo trình solid works 2009.

7. Ansys.com.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"