MỤC LỤC
MỤC LỤC..................................................................................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................................................................... 3
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.......................................................................................................................................................4
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh............................................................................................................4
1.1.1. Công dụng......................................................................................................................................................................4
1.1.2. Yêu cầu..........................................................................................................................................................................4
1.1.3. Phân loại........................................................................................................................................................................4
1.2. Cấu tạo chung củ hệ thống phanh....................................................................................................................................5
1.2.1 Cơ cấu phanh..................................................................................................................................................................6
1.2.2 Cơ cấu phanh dừng......................................................................................................................................................13
1.2.3. Dẫn động phanh...........................................................................................................................................................13
1.2.4. Bộ cường hóa lực phanh.............................................................................................................................................18
1.2.5. Bộ chống bó cứng bánh xe ABS..................................................................................................................................19
1.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế...........................................................................................................................20
1.3.1. Thông số loại xe nghiên cứu........................................................................................................................................20
1.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế.......................................................................................................................................21
1.4. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu của hệ thống phanh............................................................................26
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................................................................................26
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................................................................27
1.4.3. Nội dung nghiên cứu....................................................................................................................................................27
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ XE HONDA CR-V............................................. 28
2.1. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh......................................................................................................................................28
2.1.1. Xác định các momen phanh cần thiết tại các bánh xe..................................................................................................28
2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh đĩa..........................................................................................................................................30
2.1.3. Xác định các kích thước má phanh..............................................................................................................................32
2.1.4. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh..............................................................................................................34
2.2. Tính toán dẫn động phanh...............................................................................................................................................35
2.2.1. Đường kính xilanh công tác..........................................................................................................................................35
2.2.2. Đường kính xilanh chính...............................................................................................................................................35
2.2.3. Hành trình làm việc của piston xilanh bánh xe..............................................................................................................36
2.2.4. Hành trình của bàn đạp.................................................................................................................................................36
2.2.5. Xác định hành trình piston xilanh lực............................................................................................................................37
2.2.6. Tính bền đường ống dẫn động phanh...........................................................................................................................38
2.3. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh...................................................................................................................................38
2.3.1. Hệ số cường hóa của trợ lực.........................................................................................................................................39
2.3.2. Xác định kích thước màng cường hóa...........................................................................................................................40
2.3.3. Tính toán các lò xo.........................................................................................................................................................41
2.3. Kiệm nghiệm chi tiết đĩa phanh trước bằng phần mềm Ansys Workbench (static structural) .........................................46
2.3.1. Giới thiệu phần mềm ansys Workbench........................................................................................................................46
2.3.2. Các bước kiểm nghiệm trong Ansys Workbench. .........................................................................................................48
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHANH HONDA CR-V......... 53
3.1. Giới thiệu phần mềm Siemens NX12................................................................................................................................53
3.1.1. Thiết kế chi tiết nhanh chóng, thuận tiện:.......................................................................................................................53
3.1.2. Khả năng hiệu chỉnh, sửa chữa mô hình.......................................................................................................................54
3.1.3. Khả năng liên kết dữ liệu giữa các Files khác nhau. ....................................................................................................54
3.1.4. Phần mềm NX tích hợp giải pháp tổng thể PLM:..........................................................................................................54
3.1.5. Các chức năng chính của phần mềm NX......................................................................................................................54
3.2. Thiết kế cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V bằng phần mềm Siemens NX 12......................................................59
3.2.1. Quy trình thiết kế cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V..........................................................................................59
3.2.2. Một số hình ảnh thiết kế các chi tiết chính của cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V bằng phần mềm NX 12..... 61
3.2.3. Lắp ráp cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V........................................................................................................ 72
KẾT LUẬN..............................................................................................................................................................................76
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................................................................77
LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam ta có mạng lưới giao thông phát triển, để có thể đáp ứng được nhu cầu lưu thông, chuyên chở người, hàng hóa và một số yêu cầu khác ô tô có một vai trò hết sức quan trọng trong mạng lưới giao thông nó chiếm tỷ lệ lớn trong việc chuyên chở người và hàng hóa. Với nhu cầu sử dụng ô tô ngày càng lớn nên chúng ta ngày càng nghiên cứu cải thiện các hệ thống trên xe giúp xe trở nên tiện nghi, tiết kiệm nhiên liệu, an toàn cho con người, thân thiên với môi trường. Đặc biệt hiện nay chúng ta còn đi sâu nghiên cứu cải tiến hệ thống phanh, đảm bảo tính an toàn chuyển động...
Với đề tài Thiết kế tính toán hệ thống phanh trên cơ sở xe Honda CR-V được giao nội dung của đồ án tốt nghiệp bao gồm phần tổng quan hệ thống phanh: trong phần này em đã tìm hiểu về công dụng, yêu cầu, phân loại, kết cấu chung của hệ thống phanh, mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu, và giới thiệu được các thông số cơ bản của xe Honda CR-V. Phần tiếp theo thiết kế tính toán hệ thống phanh: em đưa ra được phương án thiết kế sau đó tính toán các chi tiết và kiệm nghiệm chi tiết đĩa phanh trước bằng phần mềm Ansys Workbench (static structural). Dựa vào đó em đã xác định được các chỉ số về độ bền để đưa ra được kết luận chung.
Trong quá trình làm đồ án bản thân em đã hết sức cố gắng, được sự giúp đỡ tận tình tình của các thầy cô và các bạn song với đó còn có nhiều hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót. Còn một số vấn đề mà em chưa đi sâu vào chi tiết mà chỉ khái quát với những thông số tham khảo của xe thực tế nên chưa thực sự hợp lý. Vì vậy, em rất mong sự chỉ đạo của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn để phần đề tài của em được hoàn thiện hơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy : TS……………… các thầy cô trong bộ môn đã giúp đỡ và tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án.
Hà Nội ngày… tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh
1.1.1. Công dụng
Hệ thống phanh có chức năng giảm tốc độ chuyển động của xe, dừng hẳn hoặc giữ xe đỗ ở một vị trí nhất định.
Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì nó bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển (tức là tăng được tốc độ trung bình của xe).
1.1.2. 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.
- Phanh êm dịu trong bất kì mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn.
1.1.3. Phân loại
1.1.3.1. Theo công dụng
- Hệ thống phanh chính (phanh chân).
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
- Hệ thống phanh dự phòng.
1.1.3.3. Theo dẫn động phanh
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.
1.1.3.6. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:
- Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS).
1.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Cấu tạo Chung của hệ thống phanh trên ô tô được mô tả trên hình 1.1
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
- Cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm trên bánh xe khi phanh ô tô.
- Dẫn động phanh:
Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyêch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tùy theo dạng dẫn động: cơ khí, thủy lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau.
1.2.1. Cơ cấu phanh
1.2.1.1. Cơ cấu phanh tang trống
Trong cơ cấu phanh tang trống thì chúng ta có nhiều loại khác nhau:
a, Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục (có nghĩa gồm hai guốc phanh bố trí đối xứng qua đường trục thẳng đứng) được thể hiện trên hình 1.2. Trong đó sơ đồ hình1. 2.a là loại sử dụng cam ép để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này hay sử dụng trên ôtô tải lớn; sơ đồ hình 1.2.b là loại sử dụng xi lanh thủy lực để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này thường sử dụng trên ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
b, Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm được thể hiện trên hình 1.3. 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 với nhau qua tâm.
c, Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Cơ cấu phanh guốc loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt (hình 1.4.b).
Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình 1.4.a); loại hai mặt tựa tác dụng kép (hình 1.4.b).
1.2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa
Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm:
- Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe.
- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xi lanh bánh xe.
- Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi các pittông của các xi lanh bánh xe.
1.2.2. Cơ cấu phanh dừng
Phanh dừng được dùng để dừng (đỗ xe) trên đường dốc hoặc đường bằng. Nói chung hệ thống phanh này được sử dụng trong trường hợp ôtô đứng yên, không di chuyển trên các loại đường khác nhau.
Về cấu tạo phanh dừng cũng có hai bộ phận chính đó là cơ cấu phanh và dẫn động phanh.
1.2.3. Dẫn động phanh
1.2.3.1. Dẫn động phanh chính bằng cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí có ưu điểm kết cấu đơn giản nhưng không tạo được mômen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển của người lái, thường chỉ sử dụng ở cơ cấu phanh dừng (phanh tay).
1.2.3.2. Dẫn động phanh chính bằng thủy lực
Dẫn động phanh bằng thủy lực tức là dùng chất lỏng để tạo và truyền áp suất đến các xi lanh công tác của cơ cấu phanh để tạo lực ép má phanh vào trống\đĩa phanh.
Dẫn động bằng thủy lực có đặc điểm là độ nhạy cao, kết cấu đơn giản nhưng nếu không có cường hóa dẫn động lực người lái cần để điều khiển phanh lớn hơn so với dẫn động bằng khí nén. Vì vậy hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
1.2.3.4. Dẫn động phanh chính bằng thủy khí kết hợp
Dẫn động bằng thuỷ lực có ưu điểm độ nhạy cao nhưng hạn chế là lực điều khiển trên bàn đạp còn lớn. Ngược lại đối với dẫn động bằng khí nén lại có ưu điểm là lực điều khiển trên bàn đạp nhỏ nhưng độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn do khí bị nén khi chịu áp suất).
Để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động trên người ta sử dụng hệ thống dẫn động phối hợp giữa thuỷ lực và khí nén (hình 1.14).
1.2.4. Bộ cường hóa lực phanh
Dưới đây là bộ cường hóa chân không:
Bộ cường hóa lực phanh là một cụm chi tiết lấy năng lượng từ một nguồn có sẵn phụ thêm vào công do người điều khiển sản ra để điều khiển hệ thống phanh nhờ đó giảm được lực cần thiết để điều khiển, điều khiển được nhẹ nhàng hơn.
1.2.5. Bộ chống bó cứng bánh xe ABS
Trong quá trình phanh xe, nếu các bánh xe bị trượt lết thì khả năng bám đường của bánh xe giảm rất nhiều so với khả năng bám khi bánh xe ở giới hạn trượt lết nên hiệu quả phanh giảm nhiều. Mặt khác, khi bánh xe bị trượt lết thì mất khả năng điều khiển hướng chuyển động của xe nên chất lượng phanh giảm.
1.3. Phân tích lựa chọn phương án thiết kế
1.3.1. Thông số loại xe nghiên cứu
Thông số kỹ thuật xe Honda CRV như bảng 1.1.
1.3.2. Lựa chọn phương án thiết kế
1.3.2.1. Cơ cấu phanh
Trên xe Honda CRV cơ cấu phanh được sử dụng cho cầu trước và cầu sau thì đều là cơ cấu phanh đĩa.
- Sử dụng cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di động
- Đĩa phanh được chế tạo bằng gang cầu bề mặt làm việc được mài phẳng, không được có vết xước.
1.3.2.2. Dẫn động phanh
a, Dẫn động cơ khí
- Đặc điểm: Dẫn động bằng cơ khí gồm hệ thống các thanh các đòn bẩy và dây cáp, ít dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe, độ cứng vững của các thanh dẫn động khác nhau. Do đó chủ yếu dùng cho phanh dừng.
- Nguyên lý hoạt động:
Thanh dẫn cùng với tay phanh 1 ở dưới vùng bảng điều khiển. Thanh dẫn 2 nối liền với dây cáp. Các con lăn 3,5 dẫn hướng cho dây cáp. Dây cáp 4 bắt vào mút thanh dẫn trung gian 6, trục 7 lắp trên thanh dẫn và nối với thanh cân bằng 9. Thanh dẫn 6 lắp với bản lề trên giá đỡ, thanh cân bằng 9 phân bố đều lực phanh truyền qua dây cáp 8 và 10 tới cơ cấu phanh bánh xe trái và phải phía sau.
b, Dẫn động thủy lực
- Đặc điểm:
Dễ bố trí, phanh êm dụi, độ nhạy cao.Áp suất truyền đến các xy lanh làm việc là như nhau. Lực phanh trên các bánh xe phụ thuộc vào đường kính piston của xy lanh công tác. Muốn có mômen ở cầu trước khác cầu sau chỉ cần làm đường kính các piston của xilanh công tác khác nhau. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh phụ thuộc vào tỷ số truyền động.
Nhược điểm: Kết cấu phức tạp hơn, giá thành đắt hơn.
- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của xilanh chính loại tăng đem hai buồng
+ Cấu tạo: Theo tiêu chuẩn Châu Âu hay của một số nước có ngành công nghiệp ôtô phát triển hiện nay để đảm bảo độ an toàn thì xilanh chính phải là 2 dòng. Sơ đồ cấu tạo nguyên lý hoạt động của xilanh chính 2 dòng.
c, Dẫn động khí nén
Đặc điểm: Lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu là điều khiển van phân phối, lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh. Cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng nhưng độ an toàn thấp, độ tin cậy không cao. Độ nhạy của hệ thống không cao, do vậy thời gian chậm tác dụng lớn.
1.4. Mục tiêu, phương pháp và nội dung nghiên cứu của hệ thống phanh
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế hệ thống phanh trên cơ sở xe Honda CR-V, tính toán, kiểm nghiệm và xây dựng chương trình mô phỏng của xe đúng kỹ thuật và phù hợp điều kiện làm việc.
1.4.2. Phương pháp nghiên cứu
Sự kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết, tính toán thông số một số chi tiết chế độ làm việc, xây dựng mô phỏng và nghiên cứu theo các tài liệu thiết kế có độ tin cậy cao kết hợp với việc quan sát đo đạc thực tế trên xe khai thác kỹ thuật để lựa chọn các thông số phù hợp đưa ra quy trình công nghệ.
1.4.3. Nội dung nghiên cứu
Để thực hiện mục tiêu nghiên cứu thì đồ án bao gồm một số nội dung cơ bản sau:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh
Chương 2: Thiết kế tính toán hệ thống phanh trên cơ sở xe Honda CR-V
Chương 3: Xây dựng chương trình mô phỏng làm việc của hệ thống phanh trên cơ sở xe Honda CR-V
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ XE HONDA CR-V
2.1. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh
2.1.1. Xác định các momen phanh cần thiết tại các bánh xe
Lực phanh tại bánh xe đạt được giá trị lớn nhất khi bánh xe bắt đầu trượt lết, trong quá trình trượt mô men phanh không tăng được nữa mà thậm chí còn có xu hướng giảm. Vì vậy, ta thường tính toán mô men phanh cần thiết tại các bánh xe sao cho tận dụng tối đa khả năng bám của bánh xe.
Ta có:
jmax- gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh jmax= 6(m/s2).
hg- chiều cao trọng tâm của ô tô, lấy hg= 0,8395 (m).
g- Gia tốc trọng trường : g= 9, 81(m/s2).
G- Trọng lượng ôtô khi đầy tải : G= 21148(N).
G1-trọng lượng tĩnh trên cầu trước: G1= 11631(N).
G2- trọng lượng tĩnh trên cầu sau: G2= 9516(N).
L- Chiều dài cơ sở ô tô : L= 2660(mm) = 2, 66(m).
b- Khoảng cách từ trọng tâm Xe tới cầu sau: b = L - a = 2, 66 – 1,1969= 1,4631(m)
Thay các giá trị vào (1) và (2) ta được :
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là : Mp1 = 1049,643 Nm
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là: Mp2 = 337,53 Nm
2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh cầu trước:
Thay số được: d1 = 51,9 mm
Cơ cấu phanh cầu sau:
Thay số được: d2 = 29,45 mm
2.1.3. Xác định các kích thước má phanh
Kích thước má phanh được xác định dựa trên các điều kiện sau: Công ma sát riêng; Áp suất lên bề mặt má phanh; Tỷ số p; Chế độ làm việc của cơ cấu phanh. Kích thước của các má phanh phải được lựa chọn sao cho thảo mãn các điều kiện trên.
2.1.3.1. Công ma sát riêng
Khi 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 thanh công ma sát L tại các cơ cấu phanh.
Vậy ta có công ma sát riêng : l = 2,1924.106 j/m2
2.1.3.2. Áp suất lên bề mặt má phanh
Áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh.
Lực ép má phanh
- Đối với má phanh ở cầu trước: P1= 14825,478 (N)
- Đối với má phanh ở cầu sau : P2= 4767,373 (N)
Ta có áp suất lên bề mặt má phanh là:
- Đối với má phanh ở cầu trước: q1= 1,250435 pa
- Đối với má phanh ở cầu sau : q2= 4,02106 pa
2.1.3.3. Tỷ số p
Giá trị giới hạn [p] được chọn như sau:
(1, 0 - 2, 0).104 kg/m2 - đối với ô tô con
(1, 5 - 2, 5).104 kg/m2 - đối với ô tô chở khách
(2, 5 - 3, 5).104 kg/m2 - đối với ô tô tải
Như vậy tỷ số p nằm trong giới hạn cho phép.
2.1.4. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh ô tô, toàn bộ động năng của khối lượng chuyển động của ôtô được chuyển hóa thành nhiệt năng tại các cơ cấu phanh. Một phần của lượng nhiệt này sẽ nung nóng chi tiết của cơ cấu phanh mà chủ yếu là đĩa phanh, phần còn lại tỏa ra ngoài không khí.
Suy ra: mt = 1,017 kg
Trên thực tế khối lượng các đĩa phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 1,017 (kg) do đó thoả mãn.
2.2. Tính toán dẫn động phanh
Sơ đồ dẫn động phanh: Như hình vẽ
Nhiệm vụ của quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực bao gồm việc xác định các thông số cơ bản của nó: đường kính xi lanh công tác, đường kính xi lanh chính, tỉ số truyền dẫn động, lực và hành trình bàn đạp.
2.2.1. Đường kính xilanh công tác
Đường kính xi lanh công tác được tính ở phần 1.2
2.2.2. Đường kính xilanh chính
Để tạo lên áp suất p = 7 MPa thì cần phải tác dụng lên bàn đạp một lực Qbđ
Lực bàn đạp cho phép
[Qbd]=0,65 0,75 KN đối với ô tô con;
[Qbd]=0,75 0,80 KN đối với ô tô tải;
Như vậy ta phải lắp thêm bộ trợ lực phanh để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái.
2.2.3. Hành trình làm việc của piston xilanh bánh xe
Do các cơ cấu phanh cầu trước và cơ cấu phanh cầu sau đều là cơ cấu phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh rất nhỏ
Theo [4] Ta chọn: x1= x2 = 0,5(mm).
2.2.5. Xác định hành trình piston xilanh lực
Hành trình của piston trong xilanh chính phải bằng hoặc lớn hơn yêu cầu đảm bảo thể tích dầu đi vào các xilanh làm việc ở các cơ cấu phanh.
Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của piston thứ cấp và sơ cấp thì
S = S1 + S2
Ta có:
D1, D2: đường kính xilanh bánh xe trước và sau
D1=51,5 mm; D2=29,2 mm
x1, x2 hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trước và sau: x1 = 0,5mm ; x2 = 0,5mm
S1 = 6,962 mm
S2 = 2,238 mm
Như vậy: Piston sơ cấp chuyển động một đoạn S2 = 2,238 mm
Piston thứ cấp dịch chuyển một đoạn S1 = 6,962 mm
2.3. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh
Ta có sơ đồ tính toán bộ trợ lực phanh chân không như hình 2.6.
2.3.1. Hệ số cường hóa của trợ lực
Khi có đặt bộ cường hoá ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái khoảng 300N, kết hợp với lực của cường hoá sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh gấp vào khoảng 7MPa.
Như vậy , áp suất còn lại do bộ cường hoá sinh ra là : pc = pt - pi = 7 – 2,397= 4,603(MPa) .
Hệ số cường hoá được tính như sau : k = 1,52
Yêu cầu của bộ cường hóa thiết kế là luôn phải đảm bảo hệ số cường hoá trên
2.3.2. Xác định kích thước màng cường hóa
Để tạo được lực tác dụng lên thanh đẩy piston thuỷ lực phải có độ chênh áp giữa buống A và buồng B tạo nên áp lực tác dụng lên piston 1 .
Xét sự cân bằng của màng 3 ta có phương trình sau : Qc = F4 (pB - pA ) - Plx = F4. Dp - Plx .
Từ phương trình cân bằng màng 3 ta có :
Tham khảo các xe có trợ lực chân không ta có: Plx = 150 N.
Vậy ta có đường kính màng 3 là : Dm = 209 mm
Như vậy màng 3 của bộ cường hoá có giá trị bằng 209 mm để đảm bảo áp suất cường hoá cực đại pc .
2.3.3. Tính toán các lò xo
2.3.3.1. Tính lò xo màng cường hoá.
Lò xo màng cường hoá được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén.
Từ đó tính được đường kính trung bình của lò xo : D = c.d = 15.4,4= 66 mm.
- Số vòng làm việc của lò xo
Ta có tổng hành trình của 2 piston xilanh chính là S =S1 + S2 =6,962 +2,383 = 9,345 mm, với S1 , S2 là hành trình của piston sơ cấp và piston thứ cấp. Có thể chọn x bằng hoặclớn hơn tổng số hành trình trên. Lấy x = 15
G - Môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa.
d, c - Đường kính dây lò xo và hệ số đường kính.
c = 15 ,d = 4,4 mm,.
Fmax, Fmin ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu)
Fmax = 150 N, Fmin = 80 N.
Do đó: n = 3 vòng.
2.3.3.2. Tính lò xo van khí:
Lò xo màng cường hoá được tính toán theo chế độ lò xo trụ chịu nén.
Từ đó tính được đường kính trung bình của lò xo : D = c.d = 15.1,6= 24 mm.
- Số vòng làm việc của lò xo
G - môđun đàn hồi vật liệu, G = 8.104MPa.
d, c - đường kính dây lò xo và hệ số đường kính.
c = 15 ,d = 1,6 mm,.
Fmax, Fmin ( tham khảo các xe có dẫn động phanh dầu)
Fmax = 20 N, Fmin = 15 N.
Do đó: n = 3vòng.
+ Số vòng toàn bộ của lò xo: n0 = n + 2 = 3 +2 = 5 vòng
+ Chiều cao lò xo khi các vòng xít nhau
HS = (n0 – 0,5).d
HS = (5 - 0,5).4,4 = 19,8 mm
+ Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải
H0 = HS + n.(t-d)
H0 = 19,8 + 3(5,04 - 4,4)
H0 = 21,72 mm
+ Số vòng toàn bộ của lò xo
n0 = n + 2 = 3 +2 = 5 vòng
+ Chiều cao lò xo khi các vòng xít nhau
HS = (n0 – 0,5).d
HS = (5 - 0,5).1,6 = 7,2 mm
* Chiều cao lò xo khi chưa chịu tải
H0 = HS + n.(t-d)
H0 = 7,2 + 3(6,44 – 1,6)
H0 = 21,72 mm
2.3. Kiểm nghiệm chi tiết đĩa phanh trước bằng phần mềm Ansys Workbench (static structural)
2.3.1. Giới thiệu phần mềm Ansys Workbench
ANSYS được lập ra từ năm 1970, do nhóm nghiên cứu của Dr. John Swanson, hệ thống tính toán S-wanson (Swanson Analysis System) tại Mỹ, là một gói phần mềm dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích các bài toán vật lý cơ học, chuyển các phương trình vi phân phương trình đạo hàm riêng từ dạng giải tích về dạng số với việc sử dụng phương pháp rời rạc hóa và gần đúng để giải và mô phỏng ứng xử của một hệ vật lý khi chịu tác động của các loại tải trọng khác nhau.
ANSYS có những tính năng nổi bật như sau:
- Khả năng đồ họa mạnh mẽ giúp cho việc mô hình cấu trúc rất nhanh và chính xác, cũng như truyền dẫn những mô hình CAD.
- Giải được nhiều loại bài toán như: tính toán chi tiết máy, cấu trúc công trình, điện, điện tử, điện từ, nhiệt, lưu chất…
2.3.2. Các bước kiểm nghiệm trong Ansys Workbench
- Mô hình má phanh dựng trong phần mềm 3D và được lưu dưới dạng đuôi.igs
- Giao diện Ansys Workbench: Cửa sổ làm việc của ansys với người dùng
- Chia lưới mô hình dưới dạng lưới Tetrahedrons
Kết quả: Ta rút ra đồ thị ứng suất bền mỏi và đồ thị chuyển vị của đĩa phanh.
+ Biết được độ mòn phân bổ trên má phanh: độ mòn max = 0,00037796 mm < độ mòn giới hạn cho phép 2-3 mm
+ Biết được ứng suất mỏi max và min phân bổ trên đĩa phanh nằm trong giới hạn cho phép của vật liệu: < 400 Mpa ( giới hạn bền của thép carbon).
Kết luận: Sau khi kiểm nghiệm đĩa phanh trên phần mềm Ansys workbench rút ra được ứng suất bền mỏi và ứng suất chuyển vị mà phần mềm đều cho ra kết quả ứng suất nằm trong giới hạn cho phép, đáp ứng đủ điều kiện bền đáng tin cậy.
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG VÀ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHANH HONDA CR-V
3.1. Giới thiệu phần mềm Siemens NX12
SIEMENS NX là một trong 3 phần mềm nằm trong nhóm tam đại CAD/CAM (NX, Catia, PTC – Creo). Phần mềm NX được phát triển bởi Siemens PLM Software, NX là giải pháp tổng thể của CAD/CAM/CAE rất tối ưu, linh hoạt, và có tính đồng bộ cao. Vì vậy mà NX được các tập đoàn lớn trên thế giới (Boeing, Suzuki, Nissan, Nasa…) sử dụng. Đặc biệt ở Nhật bản, Đức, Mỹ và Ấn Độ thì NX có thị phần lớn nhất so với tất cả các phần mền CAD/CAM khác.
3.1.1. Thiết kế chi tiết nhanh chóng, thuận tiện:
Công cụ Synchronous giúp người dùng có thể thiết kế, hiệu chỉnh sản phẩm một cách nhanh chóng mà không cần quan tâm tới lịch sử thiết kế. Chính vì vậy mà hiệu suất tăng lên rất nhiều
3.1.3. Khả năng liên kết dữ liệu giữa các Files khác nhau
Hiện nay mỗi doanh nghiệp thường làm việc với rất nhiều đối tác khác nhau, và mỗi đối tác lại sử dụng một phần mềm CAD khác nhau, NX cho phép người dùng mở và chỉnh sửa trực tiếp dữ liệu từ các phần mềm khác như : Inventor, Solidwork, Catia, PTC-Creo… như vậy sẽ tiết kiệm thời gian đáng kể cho việc chuyển đổi dữ liệu qua một phần mềm trung gian khác.
3.1.4. Phần mềm NX tích hợp giải pháp tổng thể PLM:
Quản lý vòng đời sản phẩm từ khâu thiết kế sản phẩm, thiết kế khuôn, mô phỏng kiểm tra đến lập trình gia công CAM, cho tới lắp ráp thành chi tiết hoàn chỉnh.
3.1.5. Các chức năng chính của phần mềm NX
- Thiết kế 3D cho các chi tiết đơn với Modeling
- Assembly cho phép lắp ráp các chi tiết đơn để tạo thành một sản phẩm hoàn chỉnh
- Xuất bản vẽ đúng các tiêu chuẩn
- Môi trường Nxcam để gia công cơ khí
- Thiết kế khuôn mẫu với Mold Wizard
3.2. Thiết kế cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V bằng phần mềm Siemens NX 12.
3.2.1. Quy trình thiết kế cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V
Quy trình thiết kế 3D cơ cấu phanh xe Honda CR-V
Các bộ phận chính của cơ cấu phanh xe Honda CR-V:
- Càng phanh (yên phanh cố định và yên phanh nổi)
- Má phanh
- Piston
- Đĩa phanh
3.2.2. Một số hình ảnh thiết kế các chi tiết chính của cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V bằng phần mềm NX 12.
- Đĩa phanh: Các bước thiết kế đĩa phanh trên phần mềm NX 12
+ Mở giao diện model thiết kế 3D trong NX 12
+ Tiếp tục tạo lệnh khối Cylinder với kích thước nhỏ hơn và dung lệnh cộng khối Unit cả 2 khối trụ tròn vừa tạo.
+ Sau đó dung lệnh Pattern Feature quay tròn để tạo được nhiều biên dạng giống biên dạng gốc.
+ Hoàn thành xong chi tiết đĩa phanh.
- Càng phanh tĩnh (yên phanh cố định)
- Má phanh
3.2.3. Lắp ráp cơ cấu và trợ lực phanh xe Honda CR-V.
Sau khi thiết kế hoàn thiện các chi tiết của cơ cấu phanh. Sẽ tới bước cuối cùng là lắp ráp các chi tiết của cơ cấu phanh để trở thành một cơ cấu phanh hoàn chỉnh.
Trong NX 12 để lắp ráp một mẫu sản phẩm từ các chi tiết đã thiết kế thì ta cần vào môi trường Assembly trong NX 12.
Để vào môi trường Assembly trong NX 12 ta có thể vào theo cách sau:
Vào Flie à New à Assembly.
3.2.3.1. Hình ảnh minh họa cho quá trình lắp ráp cơ cấu phanh xe Honda CR-V.
Lắp ráp cơ cấu phanh trước:
3.2.3.2. Hình ảnh minh họa cho quá trình lắp ráp xy lanh chính và trợ lực phanh xe Honda CR-V.
Lắp ráp xy lanh chính và trợ lực phanh:
KẾT LUẬN
Trong thời gian quy định, với kinh nghiệm còn ít, lượng kiến thức chưa được phong phú em đã hoàn thành nội dung của đồ án. Việc hoàn thành đồ án tốt nghiệp sau những năm học tập tại trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải đánh dấu một mốc quan trọng trong cuộc đời học tập nghiên cứu của cá nhân em. Mặc dù tại thời điểm vừa kết thúc này, mức độ thành công của đồ án chưa được đánh giá nhưng quá trình thực hiện đã đem lại cho em những bài học quý giá về phương pháp tiếp cận nghiên cứu một vấn đề khoa học.
Em đã trình bày đồ án một cách logic và khoa học từ đặc điểm cấu tạo, công dụng, yêu cầu của hệ thống phanh, cũng như phân tích các hệ thống phanh để đưa ra phương án thiết kế phù hợp. Quá trình tính toán lựa chọn các thông số, kích thước và kiểm nghiệm độ bền các chi tiết của hệ thống phanh được em tiến hành một cách chính xác và đảm bảo độ tin cậy cao, cho những kết quả nằm trong giới hạn an toàn cho phép. Từ đó em có thể kết luận hệ thống treo của em đã thiết kế hoàn toàn đáp ứng được các yêu cầu cơ bản đối với một hệ thống treo. Như vậy đồ án của em đã giải quyết được các yêu cầu đề ra, cả về mặt lý thuyết cũng như khả năng ứng dụng vào thực tế.
Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và đất nước ta đang phát triển ngành công nghiệp sản xuất ô tô. Do đo để đáp ứng nhu cầu thực tế em mong với nội dung đề tài thực hiện được sẽ góp phần làm phong phú tài liệu tham khảo thiết kế ô tô, tài liệu học tập, hoặc từ đó có thể mở rộng nghiên cứu chuyên sâu. Giúp nâng cao trình độ chuyên môn, giúp đất nước phát triển hơn trong ngành công nghiệp thiết kế, sản xuất ô tô.
Thông qua những nội dung trong đồ án tốt nghiệp em đã phần nào xác định được cách thức thực hiện tính toán thiết kế và kiệm nghiệm thông qua qua các phần mềm mô phỏng và làm việc của hệ thống phanh xe Honda CR-V nói chung và có dòng xe con nói riêng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan, Tập bài giảng thiết kế tính toán Ôtô, NXB Giáo dục
[2]. T.S. Nguyễn Khắc Trai, Cấu tạo gầm Ôtô, NXB Giao thông vận tải.
[3]. Phạm Vi – Dương Ngọc Khánh (2004) , Bài giảng cấu tạo Ô tô, NXB Hà Nội
[4]. Dương Đình Khuyển (1985), Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh Ô tô máy kéo, NXB Hà Nội.
[5]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2000), Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động cơ khí 1,2, NXB : ĐHBK.
[6] Ninh Đức Tốn – Đỗ Trọng Hùng, Hướng dẫn làm bài tập dung sai, NXB Giáo dục
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"