Thiết kế cơ cấu phanh của hệ thống phanh khí nén cho xe tải

Môc lôc Lêi nãi ®Çu Trong häc kú nµy em ®­îc bé m«n giao ®å ¸n m«n häc víi ®Ò tµi “ThiÕt kÕ c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh khÝ nÐn cho xe t¶i”. Em ®· nghiªn cøu yªu cÇu ®Ò tµi cïng víi sù gióp ®ì cña thÇy gi¸o h­íng dÉn vµ ®­a ra ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ cïng víi c¸c b­íc tÝnh to¸n c¸c th«ng sè cho c¬ cÊu. §å ¸n gåm c¸c néi dung sau: PhÇn I: Chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh. Trong phÇn nµy tr×nh bµy mét c¸ch s¬ l­îc vÒ hÖ thèng phanh trªn « t«, c¸c kÕt cÊu cña c¬ cÊu phanh khÝ nÐn. Sau khi cã nh÷ng ph©n tÝch ®­a ra ®­îc kÕt cÊu cô thÓ sÏ tÝnh to¸n, lùa chän s¬ ®å dÉn ®éng phanh. PhÇn II: TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh. PhÇn nµy gåm c¸c c«ng viÖc sau: Ph©n chia m« men phanh lªn c¸c cÇu. Nh»m môc ®Ých tÝnh ®­îc m« men phanh yªu cÇu cho tõng cÇu xe. Em ®· lùa chän c¸ch tÝnh tho¶ m·n tiªu chuÈn ECE ®èi víi chÕ ®é t¶i träng lín nhÊt. §©y lµ bé tiªu chuÈn tiªn tiÕn vÒ yªu cÇu cña hÖ thèng phanh « t« khi tiÕn hµnh thiÕt kÕ. TÝnh to¸n c¬ cÊu phanh. Chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n dùa theo tham kh¶o vµ mét sè chØ tiªu cña c¬ cÊu sau ®ã kiÓm nghiÖm l¹i xem cã tho¶ m·n yªu cÇu. Trong phÇn tÝnh lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu em dïng c¸ch tÝnh cña ECE mµ kh«ng dïng c¸ch tÝnh truyÒn thèng lµ dïng ho¹ ®å lùc. C¸ch tÝnh nµy ®¬n gi¶n h¬n, kh«ng mÊt nhiÒu c«ng søc nh­ng vÉn ®¶m b¶o ®­îc ®é tin cËy. H­íng dÉn th¸o l¾p vµ ®iÒu chØnh c¬ cÊu phanh. Do nh÷ng h¹n chÕ vÒ kiÕn thøc vµ thêi gian cho nªn kh«ng thÓ kh«ng cã nh÷ng thiÕu sãt, rÊt mong nhËn ®­îc nh÷ng gãp ý cña c¸c thÇy. Ch©n thµnh c¶m ¬n thÇy gi¸o PGS . TS .NguyÔn Kh¾c Trai ®· h­íng dÉn em hoµn thµnh ®å ¸n. Hµ Néi, Ngµy 24 th¸ng 11 n¨m 2007 Sinh viªn thùc hiÖn Lª Minh Kh«i PhÇn I: Chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh HÖ thèng phanh cã nhiÖm vô gi¶m tèc ®é, dõng h¼n « t« hoÆc gi÷ cho xe ®øng yªn trªn dèc. HÖ thèng phanh gåm hai thµnh phÇn chÝnh: dÉn ®éng phanh vµ c¬ cÊu phanh. DÉn ®éng phanh cã t¸c dông truyÒn lùc (tõ ng­êi ®iÒu khiÓn) hoÆc sinh lùc vµ ®iÒu khiÓn dßng truyÒn lùc ®Õn c¬ cÊu phanh theo yªu cÇu ng­êi ®iÒu khiÓn. C¬ cÊu phanh cã vai trß tiÕp nhËn lùc ®iÒu khiÓn nµy ®Ó thùc hiÖn qu¸ tr×nh phanh b»ng c¸ch sinh ra lùc c¶n l¹i chuyÓn ®éng cña « t« hoÆc gi÷ cho « t« ®øng yªn. Yªu cÇu cña c¬ cÊu phanh C¬ cÊu phanh rÊt ®a d¹ng, c¬ cÊu phanh cã nhiÖm vô sinh ra lùc c¶n nh»m c¶n l¹i chuyÓn ®éng cña b¸nh xe. Tuú thuéc vµo hÖ dÉn ®éng phanh mµ mçi kiÓu c¬ cÊu phanh cã kÕt cÊu kh¸c nhau. Trong khu«n khæ ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh khÝ nÐn, ta chØ ®Ò cËp ®Õn c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh nµy. Yªu cÇu cña c¬ cÊu phanh khÝ nÐn: M« men phanh sinh ra t¹i c¬ cÊu phanh ®ñ lín, æn ®Þnh trong nhiÒu ®iÒu kiÖn vËn hµnh kh¸c nhau: phanh gÊp, phanh liªn lôc trong thêi gian dµi, trªn nhiÒu ®Þa h×nh kh¸c nhau. Tho¸t nhiÖt tèt, nhiÖt sinh ra trong qu¸ tr×nh phanh kh«ng lµm ¶nh h­ëng ®Õn chi tiÕt hay c¸c côm chi tiÕt l©n cËn. Kh«ng x¶y ra hiÖn t­îng tù xiÕt. KÕt hîp víi hÖ thèng phanh ®¶m nhËn tèt c¸c chøc n¨ng kh¸c: phanh dõng, phanh khÈn cÊp. §é tin cËy cao, dÔ dµng b¶o d­ìng söa ch÷a, gi¸ thµnh thÊp. Mét sè lo¹i c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh khÝ nÐn C¸c c¬ cÊu phanh lo¹i nµy ®Òu lµ d¹ng tang trèng, dïng bÇu phanh biÕn ¸p lùc khÝ nÐn thµnh lùc ®Èy c¸c hÖ ®ßn ®Ó t¹o lùc Ðp lªn m¸ phanh (lµ tÊm ma s¸t ®­îc t¸n lªn guèc phanh), Ðp m¸ phanh vµo trèng phanh ®Ó sinh ra lùc phanh chÝnh lµ lùc ma s¸t c¶n l¹i chuyÓn ®éng cña trèng phanh. Trèng phanh ®­îc b¾t chÆt víi b¸nh xe do ®ã c¶n l¹i chuyÓn ®éng quay cña b¸nh xe lµm xe gi¶m tèc ®é hoÆc dõng h¼n. Sù kh¸c nhau cña c¸c c¬ cÊu phanh lo¹i nµy lµ ph­¬ng thøc t¸c dông lùc ®Èy lªn guèc phanh. Dïng cam Ðp: Lùc sinh ra tõ bÇu phanh qua tay ®ßn lµm quay cam Ðp, ®Èy guèc phanh Ðp m¸ phanh vµo trèng phanh. C¬ cÊu nµy ®¬n gi¶n, ®­îc dïng phæ biÕn trªn xe t¶i, xe buýt cì võa vµ lín, b¸n moãc vµ r¬moãc. Cã hai lo¹i cam th­êng dïng: Cam biªn d¹ng Acsimet: H×nh 1.1 H×nh 1.1: C¬ cÊu phanh cã cam biªn d¹ng Acsimet 1 - Guèc phanh; 2 - Lß xo phanh; 3 - BÇu phanh; 4 - Gi¸ ®ì bÇu phanh; 5 - §ßn trôc cam; 6 - Cam Ðp biªn d¹ng Acsimet; 7 - Lß xo l¸; 8 - M¸ phanh; 9 - Trèng phanh; 10 - Chèt guèc phanh.  Cam biªn d¹ng Cicloit: H×nh 1.2 H×nh 1.2: C¬ cÊu phanh cã cam biªn d¹ng Cicloit b. C¬ cÊu ren ®ai èc: H×nh 1.3 C¬ cÊu biÕn chuyÓn ®éng quay cña ®ai èc thµnh chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña c¸c gèi, ®Èy guèc phanh chuyÓn ®éng Ðp m¸ phanh vµo trèng phanh. KÕt cÊu nµy kh«ng phæ biÕn, xuÊt hiÖn trªn mét sè xe chuyªn dïng. H×nh 1.3: C¬ cÊu phanh dïng c¬ cÊu ren ®ai èc Chän kÕt cÊu c¬ cÊu phanh C¬ cÊu phanh lùa chän thiÕt kÕ cã kÕt cÊu nh­ h×nh 1.4. Víi yªu cÇu cña ®Ò tµi lµ c¬ cÊu phanh cho xe t¶i cã khèi l­îng toµn bé 15 100 kg, hÖ dÉn ®éng 4x2, ta chän c¬ cÊu phanh tang trèng dïng cam Ðp cã biªn d¹ng Acsimet v× nã tho¶ m·n ®­îc nh÷ng yªu cÇu sau: C¬ cÊu phanh ®èi xøng trôc nªn m« men phanh sinh ra æn ®Þnh c¶ khi chuyÓn ®éng tiÕn vµ lïi ®¶m b¶o ®­îc an toµn v× xe cã t¶i täng lín. C¬ cÊu phanh nµy phï hîp víi dÉn ®éng phanh b»ng khÝ nÐn. KÕt cÊu kh¸ phæ biÕn, dÔ dµng trong viÖc b¶o d­ìng, söa ch÷a. BÇu phanh C¬ cÊu phanh H×nh 1.4: KÕt cÊu c¬ cÊu phanh lùa chän thiÕt kÕ Lùa chän s¬ ®å dÉn ®éng phanh Lùa chän s¬ ®å dÉn ®éng phanh hai dßng, mét cho cÇu tr­íc vµ mét cho cÇu sau. Ph­¬ng ¸n dÉn ®éng nµy ®¶m b¶o ®­îc sù an toµn cho xe. S¬ ®å cã nguyªn lý ho¹t ®éng nh­ sau: (H×nh 1.5) M¸y nÐn khÝ nÐn khÝ qua bÇu läc Èm 9 ®Õn b×nh chøa khÝ ®ång thêi ®Õn côm van chia bèn ng¶ 17, t¹i ®©y khÝ ®­îc cÊp ®Õn 3 b×nh chøa cßn l¹i. tõ 2 b×nh chøa khÝ ®­îc cÊp thµnh 2 dßng riªng biÖt ®Õn van ph©n phèi hai dßng 1. Khi ng­êi l¸i thùc hiÖn qu¸ tr×nh phanh, t¸c ®éng lªn van ph©n phèi 1 më cho 2 dßng khÝ ®Õn van x¶ nhanh 3 vµ 14 cÊp khÝ tíi c¬ cÊu phanh cña cÇu sau vµ cÇu tr­íc thùc hiÖn qu¸ tr×nh phanh. Ngoµi ra cÇu sau dïng bÇu phanh tÝch n¨ng ®Ó ®¶m nhËn chøc n¨ng phanh dõng, cã ®­êng cÊp khÝ ®Õn van phanh ®éng c¬ 8 thùc hiÖn chøc n¨ng phanh chËm dÇn. ¸p suÊt khÝ nÐn t¹i c¬ cÊu phanh lµ 6 ¸ 7 MPa. H×nh 1.5: S¬ ®å dÉn ®éng phanh 1.Van ph©n phèi 2 dßng 6.BÇu phanh b¸nh xe 12.§ång hå ¸p suÊt 2.Van phanh tay 7.BÇu phanh tÝch n¨ng 14.Van x¶ nhanh 3.Van tù ®éng (R12) 8.Van phanh b»ng ®éng c¬ 17.Van chia 4 ng¶ 4.Van ®æi chiÒu va x¶ nhanh 9.Bé läc Èm 24.B×nh chøa khÝ nÐn 5.Van ®iÖn tö 3 ng¶ 11.Van an toµn b×nh chøa Th«ng sè kü thuËt ban ®Çu cña xe Khèi l­îng ®Çy t¶i: m = 15 100 kg Khèi l­îng ®Æt lªn cÇu tr­íc: m1 = 6 550 kg Khèi l­îng ®Æt lªn cÇu sau: m2 = 8 550 kg ChiÒu dµi c¬ së: L = 5,1 m ChiÒu réng c¬ së: 1,84 m Kho¶ng s¸ng gÇm xe: 0,25 m ChiÒu cao träng t©m khi ®Çy t¶i: hg = 1,15 m C«ng suÊt ®éng c¬ lín nhÊt: Ne = 215 kW t¹i ne = 2 700 vßng/phót M« men ®éng c¬ lín nhÊt: Me = 620 Nm t¹i ne = 1 600 vßng/phót Hép sè cã tû sè truyÒn t¹i c¸c tay sè: Sè 1: i1 = 6,444 Sè 2: i2 = 3,892 Sè 3: i3 = 2,426 Sè 4: i4 = 1,395 Sè 5: i5 = 1 Sè lïi: il = 5,692 Lèp xe lo¹i 10.00-20, ta tÝnh ®­îc b¸n kÝnh ®éng b¸nh xe: Rbx = 0,495 m VËn tèc cùc ®¹i: Vmax = 90 km/h Dùa vµo c¸c th«ng sè ban ®Çu nµy ta tÝnh to¸n ®­îc c¸c th«ng sè kÕt cÊu kh¸c cña xe: Kho¶ng c¸ch tõ träng t©m xe ®Õn cÇu tr­íc: Kho¶ng c¸ch tõ träng t©m xe ®Õn cÇu sau: PhÇn II: TÝnh to¸n thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh 1. Ph©n chia m«n men phanh lªn c¸c cÇu: Víi to¹ ®é ®¬n vÞ: ;; Khi phanh víi gia tèc phanh j, t¶i träng b¸m ph©n bè l¹i trªn c¸c cÇu: Z1, Z2: T¶i träng b¸m trªn cÇu tr­íc vµ cÇu sau khi phanh. G: Träng l­îng cña xe. Lùc phanh tÝnh theo ®iÒu kiÖn b¸m: j: HÖ sè b¸m. Víi yªu cÇu cña ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh khÝ nÐn kh«ng dïng bé ®iÒu hoµ lùc phanh do ®ã ta thùc hiÖn viÖc ph©n chia m« men phanh trong tr­êng hîp kh«ng cã bé ®iÒu hoµ lùc phanh: §Æt tû lÖ: Þ Víi V lµ gia tèc ®¬n vÞ: V = j/g Khi ®ã: ; HÖ sè tËn dông träng l­îng b¸m h1, h2: C¸c ®­êng h1, h2 ph¶i tho¶ m·n tiªu chuÈn ECE, víi i = 0,408 ta cã ®å thÞ tho¶ m·n yªu cÇu cña tiªu chuÈn: H×nh 2.1 Trong kho¶ng 0,15 £ z £ 0,30 tho¶ m·n h1 > h2 vµ hai ®­êng cong nµy n»m gi÷a hai ®­êng th¼ng j = z ± 0,08 Trong kho¶ng j ≥ 0,3 th× z ≥ 0,3 + 0,74(j - 0,38) hay tho¶ m·n ®iÒu kiÖn h1, h2 < j = (z - 0,0188)/74. j = (z - 0,0188)/74 H×nh 2.1: C¸c ®­êng h1, h2 tho¶ m·n tiªu chuÈn ECE Thay vµo c¸c c«ng thøc trªn cã lùc phanh t¹i c¸c cÇu: FP1 = 62 534 N, FP2 = 43 166 N M«men phanh t¹i c¸c c¬ cÊu phanh: ; RBX = 0,495 m, thay vµo cã m«men phanh yªu cÇu t¹i c¬ cÊu phanh cña cÇu tr­íc vµ cÇu sau lµ: M1 = 15 477 Nm; M2 = 10 648 Nm. Theo tiªu chuÈn ECE, víi mäi gi¸ trÞ t¶i träng th× c¸c ®­êng hiÖu qu¶ phanh t­¬ng øng h1, h2 ®Òu ph¶i tho¶ m·n n»m trong vïng cho phÐp cña tiÒu chuÈn. Tuy nhiªn trong khu«n khæ cña ®Ò tµi lµ thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh nªn ta chØ tÝnh víi gi¸ trÞ t¶i träng lín nhÊt ®Ó lÊy ®­îc c¸c gi¸ trÞ m«men phanh yªu cÇu cho c¬ cÊu phanh. 2. TÝnh to¸n c¬ cÊu phanh: 2.1. TÝnh chän c¸c th«ng sè c¬ b¶n: Do yªu cÇu ®¶m b¶o tho¸t nhiÖt tèt khi phanh, ®èi víi xe t¶i b¸n kÝnh tang trèng lÊy nhá h¬n b¸n kÝnh l¾p vµnh 55 mm ¸ 70 mm. Xe dïng lèp 10.00-20 cã ®­êng kÝnh l¾p vµnh Dv = 508 cm. Ta lÊy b¸n kÝnh tang trèng rt = 200 mm = 0,2 m. Gãc «m tÊm ma s¸t lÊy theo xe tham kh¶o: b0 = 120o. BÒ réng cña m¸ phanh cña c¬ cÊu phanh trªn tõng cÇu ta tÝnh s¬ bé dùa vµo khèi l­îng ph©n bè trªn cÇu ®ã th«ng qua thêi h¹n lµm viÖc cña m¸ phanh, ®­îc tÝnh b»ng tØ sè: Trong ®ã: m: Khèi l­îng cña xe trªn mét cÇu Få: Tæng diÖn tÝch c¸c m¸ phanh cña c¸c c¬ cÊu phanh trªn cÇu t­¬ng øng. Þ Víi b: bÒ réng m¸ phanh Þ Þ §èi víi c¬ cÊu phanh cÇu tr­íc cã t¶i träng ®Æt lªn m1 = 6 550 kg, thay vµo cã: b1 ≥ 0,107 ¸ 0,134 m §èi víi c¬ cÊu phanh cña cÇu sau cã t¶i träng ®Æt lªn m2 = 8 550 kg, thay vµo cã: b2 ≥ 0,125 ¸ 0,150 m Do khi phanh xuÊt hiÖn gia tèc phanh j khiÕn khèi l­îng ®­îc ph©n bè l¹i trªn c¸c cÇu theo h­íng t¨ng khèi l­îng lªn cÇu tr­íc vµ gi¶m ë cÇu sau. Do ®ã ta chän b1 cã gi¸ trÞ lín cßn b2 chän gi¸ trÞ nhá. Ta chän b1 = 140 mm, b2 = 120 mm. Ta tÝnh ®­îc diÖn tÝch c¬ cÊu phanh cÇu tr­íc vµ cÇu sau: F1 = 58 643 mm2, F2 = 50 265 mm2 2.2. Ph©n tÝch lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu phanh Ta coi lùc t¸c dông tõ trèng phanh lªn m¸ phanh lµ mét lùc tËp trung ®Æt t¹i vÞ trÝ chÝnh gi÷a m¸ phanh, lùc nµy gåm hai thµnh phÇn: Lùc ph¸p tuyÕn (h­íng vµo t©m) FN Lùc tiÕp tuyÕn cã ®é lín mFN (víi m lµ hÖ sè ma s¸t gi÷a trèng phanh vµ m¸ phanh), lùc nµy cã chiÒu cïng víi chiÒu quay cña trèng phanh. T¹i vÞ trÝ chèt phanh ta ph©n tÝch lùc ®Æt lªn guèc phanh thµnh 2 thµnh phÇn vu«ng gãc nhau lµ: FZ vµ FX nh­ h×nh vÏ. Lùc t¸c dông cña cam FP. H×nh 2.2 H×nh 2.2: Lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu phanh XÐt tr­êng hîp trèng phanh quay cïng chiÒu t¸c dông víi lùc t¸c dông cña cam. (H×nh a): ViÕt c¸c ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc vµ m«men: FX + FP - FN = 0 Fz - mFN = 0 FPh - FN.a + mFNrt = 0 Gi¶i ra ta cã: FN = (1) M«men phanh sinh ra d­íi t¸c dông cña lùc tiÕp tuyÕn t¸c dông lªn tang trèng (ng­îc chiÒu w) vµ cã gi¸ trÞ b»ng: Mp = mFNrt = mrt Khi tang trèng quay ng­îc chiÒu víi lùc t¸c dông tõ cam. (H×nh b): TÝnh to¸n t­¬ng tù ta còng cã: FN = Mp = mFNrt = mrt ¸p dông c¶ hai tr­êng hîp trªn cho c¬ cÊu phanh cña hÖ thèng phanh khÝ nÐn, ®­îc m« t¶ nh­ h×nh 2.3 d­íi ®©y: H×nh 2.3: Lùc t¸c dông lªn guèc phanh cña c¬ cÊu phanh khÝ nÐn M«men phanh sinh ra sÏ lµ: Mccp = (+)mrt ë ®©y ht t¨ng lªn, nh­ng Fpt gi¶m cßn ë guèc phanh sau hs gi¶m vµ Fps t¨ng, bëi vËy kÕt cÊu cho thÊy sù sai kh¸c m«men phanh cña c¬ cÊu phanh dÉn ®éng thuû lùc vµ dÉn ®éng khÝ nÐn trong tÝnh to¸n lµ kh«ng ®¸ng kÓ. NÕu coi Fpt =Fps =Fp vµ d1 = d2 = d th×: Þ §èi víi c¬ cÊu phanh ë cÇu tr­íc: M« men phanh yªu cÇu Mccp = M1 = 15 477 Nm Vµ víi c¬ cÊu phanh ®· chän ta cã c¸c th«ng sè kÕt cÊu: a = rt. sin75o = 0,193 m h = 2.a = 0,386 m Thay vµo c«ng thøc trªn ta tÝnh ®­îc lùc mµ cam t¸c dông lªn guèc phanh: FP = 58 268 N Thay FP vµo (1) ta gi¶ ra vµ tÝnh ®­îc c¸c lùc ®Æt lªn guèc phanh: FN = 169 030 N FX = 110 770 N FZ = 50 710 N FP = 58 268 N §èi víi c¬ cÊu phanh cÇu sau ta tÝnh t­¬ng tù: M« men phanh yªu cÇu: Mccp = M2 = 10 648 Nm Ta tÝnh ®­îc c¸c gi¸ trÞ: FN = 116 319 N FX = 76 240 N FZ = 34 896 N FP = 40 079 N Dùa vµo c¸c lùc t¸c dông lªn c¬ cÊu phanh ë cÇu tr­íc mµ ta kiÓm tra ®é bÒn c¸c chi tiÕt cña c¬ cÊu phanh cÇu tr­íc. 2.3 TÝnh bÒn c¸c chi tiÕt cña c¬ cÊu phanh 2.3.1 TÝnh bÒn guèc phanh a. X©y dùng biÓu ®å néi lùc cña guèc phanh: H×nh 2.4: BiÓu diÔn lùc t¸c dông lªn guèc phanh Ta coi hai lùc FN vµ mFN lµ c¸c lùc ph©n bè ®Òu lªn bÒ mÆt m¸ phanh (tÊm ma s¸t), lùc ph©n bè trªn mét ®¬n vÞ cung lµ FN/bo, mFN/bo. Ta chia guèc phanh thµnh 3 phÇn b»ng c¸c mÆt c¾t 2-2 vµ 3-3, hai mÆt c¾t nµy chia m¸ phanh thµnh ba phÇn b»ng nhau c¸ch ®Òu nhau mét gãc: b1 = b2 = bo/3 = 40o Ta sÏ tÝnh néi lùc t¹i c¸c mÆt c¾t 0-0, 1-1, 2-2, 3-3, 4-4, 5-5 nh­ h×nh 2.4 a.1. XÐt phÇn trªn cña guèc phanh (tõ mÆt c¾t 2-2 ®Õn 0-0): Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng : Þ T¹i mÆt c¾t 0-0: a = 75o, b1 = 0o, FN1 = 0, thay vµo ta cã: Q1 = 15 080 N; N1 = 56 282 N; M1 = 0 T¹i mÆt c¾t 1-1: a = 60o, b1 = 0o, FN1 = 0, thay vµo ta cã: Q1 = 29 134 N; N1 = 50 460 N; M1 = 1 153 Nm T¹i mÆt c¾t 2-2: a = 20o, b1 = 40o, FN1 = FN. b1/bo, thay vµo ta cã: Q1 = 7 590 N; N1 = 55 082 N; M1 = 5 630 Nm a.2. XÐt phÇn d­íi cña guèc phanh (tõ mÆt c¾t 3-3 ®Õn 5-5): Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng : Þ T¹i mÆt c¾t 3-3: a = 20o, b2 = 40o, FN2 = FN. b2/bo, thay vµo ta cã: Q2 = 33 700 N; N2 = 124 820 N; M2 = 14 614Nm T¹i mÆt c¾t 4-4: a = 60o, b2 = 0o, FN2 = 0, thay vµo ta cã: Q2 = 11 469 N; N2 = 121 284 N; M2 = -241 Nm T¹i mÆt c¾t 3-3: a = 75o, b2 = 0o, FN2 = 0, thay vµo ta cã: Q2 = -20 312 N; N2 = 120 120 N; M2 = 0 Nm Tõ ®Êy ta lËp ®­îc b¶ng gi¸ trÞ néi lùc t¹i c¸c mÆt c¾t: VÞ trÝ Gi¸ trÞ 0-0 1-1 2-2 3-3 4-4 5-5 Q (N) 15 080 29 134 7 590 33 700 11 469 -20 312 N (N) 56 282 50 460 55 082 124 820 121 284 120 120 M (Nm) 0 1 153 5 630 14 614 -241 0 Ta vÏ ®­îc biÓu ®å néi lùc cña guèc phanh: Dùa vµo biÓu ®å néi lùc, ta x¸c ®Þnh ®­îc vÞ trÝ nguy hiÓm lµ mÆt c¾t 3-3, ta cÇn ph¶i kiÓm tra t¹i vÞ trÝ nµy. b. C¸c th«ng sè h×nh häc cña mÆt c¾t guèc phanh: TiÕt diÖn guèc h×nh ch÷ P. H×nh 2.5: Th«ng sè h×nh häc mÆt c¾t guèc phanh Th«ng sè kÝch th­íc m¸ phanh: a = 140 mm, b = 8 mm, c = 5 mm, d = 50 mm Y2: Kho¶ng c¸ch tõ träng t©m phÇn trªn ®Õn träng t©m cña phÇn d­íi. Y2 = 29 mm. YC1: KÝch th­íc cña träng t©m phÇn trªn ®Õn ®­êng trung hoµ. R’1: B¸n kÝnh träng t©m cña phÇn diÖn tÝch trªn tÝnh ®Õn t©m tang trèng, R’1 = 186 mm. R’2: B¸n kÝnh träng t©m cña phÇn diÖn tÝch d­íi tÝnh ®Õn t©m tang trèng, R’2 = 157 mm. RG: KÝch th­íc tõ t©m b¸nh xe ®Õn träng t©m cña guèc phanh. Theo kÕt cÊu tiÕt diÖn guèc phanh cã: Víi: F1: DiÖn tÝch phÇn trªn ch÷ P F1 = a.b = 1 120 mm2 F2: DiÖn tÝch phÇn d­íi ch÷ P F2 = 2.c.d = 500 mm2 Þ YC1 = 20 mm Þ YC2=Y2 - YC1 = 9 mm B¸n kÝnh ®­êng trung hßa: Þ Rth = 176 mm KÝch th­íc tõ t©m b¸nh xe ®Õn träng t©m cña guèc phanh: RG = R2¢ + YC2 = R1¢ - YC1 Þ RG = 166 mm KiÓm nghiÖm øng suÊt cho phÐp ®èi víi guèc phanh: Víi tiÕt diÖn guèc phanh h×nh ch÷ P, vÞ trÝ c¸c ®iÓm cÇn ph¶i kiÓm bªn lµ 1, 2, 3 trªn h×nh 2.5. Tõ biÓu ®å néi lùc ta cã ë phÇn trªn, ta thÊy mÆt c¾t nguy hiÓm lµ mÆt c¾t 3-3 cÇn ph¶i kiÓm nghiÖm cã: Q = 33 700 N N = 124 820 N M = 14 614 Nm Lùc c¾t Q vµ m« men uèn M g©y ra øng suÊt ph¸p: (3.25) Lùc däc N sinh ra øng suÊt tiÕp: Trong ®ã: F: DiÖn tÝch tiÕt diÖn. F = F1 + F2 = 1 620 (mm2) N : lùc däc M : m«men uèn Ri: Kho¶ng c¸ch tõ t©m ®Õn ®iÓm ®ang xÐt. Sx: M«men tÜnh phÇn bÞ c¾t ®èi víi trôc trung t©m Jx: Lµ m«men qu¸n tÝnh cña tiÕt diÖn b: ChiÒu dµy phÇn bÞ c¾t M«men qu¸n tÝnh Jx cña tiÕt diÖn ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Þ Jx = 19 000 mm4 M«men tÜnh Sx ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau: Trong ®ã: Fc: diÖn tÝch phÇn bÞ c¾t Y: to¹ ®é träng t©m phÇn bÞ c¾t víi trôc trung hoµ Ta cã c¸c ®iÓm 1 vµ 3 cã dF = 0 Þ Sx = 0 Þ t = 0 T¹i ®iÓm 2: Sx=Y2.Fc = (194 - 185,5).(6.140 + 50.1) = 2345 mm2 = 2 345.10-6 m2 øng suÊt tæng hîp: (3.29) Ta cã b¶ng øng suÊt: §iÓm 1 2 3 s (N/m2) 26.106 25,6. 106 22. 106 t (N/m2) 0 18. 106 0 sth (N/m2) 26. 106 44. 106 22. 106 T¹i ®iÓm 2 cã øng suÊt lín nhÊt, guèc phanh chÕ t¹o b»ng thÐp 40 cã: smax = 44.106 N/m2 < V× vËy guèc phanh ®ñ bÒn. 2.3.2 TÝnh bÒn trèng phanh: §©y lµ bµi to¸n tÝnh èng dµy. Tr×nh tù nh­ sau: - TÝnh ¸p suÊt q t¸c dông lªn trèng phanh - TÝnh øng suÊt h­íng t©m vµ øng suÊt h­íng kÝnh - KiÓm tra bÒn a. TÝnh ¸p suÊt q t¸c dông lªn trèng phanh ¸p suÊt trong trèng phanh tÝnh theo c«ng thøc kinh nghiÖm sau: Víi: Mp – M«men phanh do guèc phanh tr­íc vµ guèc phanh sau sinh ra. Mp = 15 477 Nm. μ - HÖ sè ma s¸t gi÷a m¸ phanh vµ trèng phanh. μ = 0,3. b – ChiÒu réng m¸ phanh, b = 140 (mm). rt - B¸n kÝnh trèng phanh, rt= 200 (mm). β0- Gãc «m cña tÊm ma s¸t, β0 = 2.1200 = 2400 . . b.TÝnh øng suÊt h­íng t©m vµ øng suÊt tiÕp tuyÕn øng suÊt h­íng t©m tÝnh theo c«ng thøc sau: øng suÊt tiÕp tuyÕn tÝnh theo c«ng thøc sau: Víi: a’ – B¸n kÝnh trong cña trèng: a’ = 200 (mm) = 0,2 m b’ – B¸n kÝnh ngoµi cña trèng: b’ = 210 (mm) = 0,21 m r –Kho¶ng c¸ch tõ t©m ®Õn ®iÓm cÇn tÝnh, khi r = a’ th× σn vµ σt ®¹t gi¸ trÞ cùc ®¹i. Ta cã øng suÊt t­¬ng ®­¬ng b»ng: §Ó ®¶m b¶o an toµn ta l¸y thªm hÖ sè an toµn n = 1,5: Trèng phanh ®­îc lµm b»ng gang CX18-36 cã: [σk] = 1800 (kG/cm2) = 180 MPa So s¸nh thÊy σtd = 67,7 MPa < [σk] *KÕt luËn: Trèng phanh thiÕt kÕ ®ñ bÒn. 2.3.3 TÝnh bÒn chèt phanh (Trôc lÖch t©m) - M¸ phanh quay quanh trôc lÖch t©m. - TÝnh to¸n chÝnh x¸c ®é bÒn chi tiÕt nµy lµ rÊt khã. Ta cã thÓ tÝnh theo bµi to¸n: TÝnh to¸n c¸c mèi ghÐp b»ng ®inh t¸n vµ bu l«ng. Ph­¬ng ph¸p tÝnh tr×nh bµy trong môc nµy chØ lµ gÇn ®óng vµ cã tÝnh quy ­íc. a. Th©n chèt phanh chÞu c¾t ë hai mÆt ph¼ng §iÒu kiÖn bÒn cña chèt phanh lµm viÖc theo hai mÆt, c«ng thøc: Víi: d - §­êng kÝnh cña chèt, d = 2,2 (cm). U1- Lùc t¸c dông lªn chèt ®· x¸c ®Þnh ë phÇn trªn Thay sè ta cã: b. TÝnh chèt phanh theo dËp §iÒu kiÖn bÒn khi dËp, c«ng thøc tÝnh: d - §­êng kÝnh cña chèt, d = 2,2 (cm). U1- Lùc t¸c dông lªn chèt ®· x¸c ®Þnh ë phÇn trªn. l – ChiÒu dµi cña tÊm truyÒn søc Ðp vµo th©n chèt, l = 50 mm. Thay c¸c gi¸ trÞ vµo ta cã: *KÕt luËn: Chèt phanh thiÕt kÕ ®ñ bÒn. 2.4 TÝnh to¸n thiÕt kÕ cam: a. X¸c ®Þnh ®­êng kÝnh trôc cam. §Ó x¸c ®Þnh ®­îc ®­êng kÝnh trôc cña cam ta cÇn tÝnh ®­îc m«men dông lªn trôc, s¬ ®å lùc t¸c dông: Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc trªn cam: PT.l.ηT = (P’+ P’’).h/2 Þ Trong ®ã: PT – Lùc t¸c dông vµo thanh ®Èy bÇu phanh sau. l – C¸nh tay ®ßn,x¸c ®Þnh trong b¶n vÏ: l = 159 mm. ηT – HiÖu suÊt truyÒn ®éng cña cam. ηT = 0,7 P’, P’’ - Lùc ®Èy cña cam lªn guèc tr­íc vµ guèc sau. Trong phÇn tÝnh lùc t¸c dông lªn guèc phanh cã: P’ = P’’ = FP = 58 268 N h – kho¶ng c¸ch gi÷a hai lùc P’ vµ P’’, Chän theo xe tham kh¶o: h = 46 mm. TÝnh ra ®­îc: PT = 24 000 N M«men xo¾n trªn trôc cam lµ: §­êng kÝnh trôc ®­îc chän: (mm) Víi vËt liÖu lµ thÐp 45, øng suÊt xo¾n cho phÐp: [t] = 12¸20 MPa VËy: d ≥ 39 mm, theo tham kh¶o lÊy d = 40 mm. b. TÝnh to¸n biªn d¹ng cam. B¸n kÝnh tèi thiÓu cña cam ta chän: rmin = 22 mm ≥ d/2 Khi m¸ phanh bÞ mßn ®i 2/3 bÒ dÇy, cam vÉn ph¶i thùc hiÖn ®­îc viÖc Ðp m¸ phanh vµo trèng phanh, coi khe hë gi÷a m¸ phanh vµ trèng phanh lµ kh«ng ®¸ng kÓ, qua quan hÖ h×nh häc cña kÕt cÊu, víi mµ phanh cã chiÒu dÇy 10mm th× cam ph¶i ®Èy ®i ®­îc mét ®o¹n lµ l = 15 mm. B¸n kÝnh lín nhÊt cña cam: rmax = rmin + l = 37 mm Chän cam cã biªn d¹ng lµ ®­êng cong Acsimet cã ph­¬ng tr×nh: Trong ®ã: a: HÖ sè cña ph­¬ng tr×nh. j: Gãc quay cña cam, j = 0o ¸ 90o T¹i j = 0o, r = rmin T¹i j = 90o, TÝnh ra ®­îc: a = 30mm Nh­ vËy ph­¬ng tr×nh biÓu diÔn biªn d¹ng cam theo gãc quay lµ: Ta lËp ®­îc b¶ng b¸n kÝnh cña cam theo gãc quay: j 0o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 90o r (mm) 22 23,7 25,3 27 28,7 30,3 32 33,7 35,3 37 Biªn d¹ng cam thiÕt kÕ Dùa vµo b¶ng nµy ta vÏ ®­îc cam cã biªn d¹ng nh­ sau. 2.5 KiÓm nghiÖm yªu cÇu cña c¬ cÊu phanh theo c¸c chØ tiªu: 2.5.1 ¸p suÊt giíi h¹n trªn bÒ mÆt ¸p suÊt trªn bÒ mÆt m¸ phanh ®­îc giíi h¹n bëi søc bÒn cña vËt liÖu: μ – HÖ sè ma s¸t gi÷a m¸ phanh vµ trèng phanh.μ = 0,3. rt – B¸n kÝnh trèng phanh.rt = 200 mm = 0,2 m. FΣ – DiÖn tÝch m¸ phanh t¹i n¬i cã MP . FΣ = 4.F = 234 572 mm2 = 0,235 m2. + CÇu tr­íc: MP = 15 477 Nm + CÇu sau: MP = 10 648 Nm * KÕt luËn: VËy ¸p suÊt trªn bÒ mÆt m¸ phanh n»m trong giíi h¹n cho phÐp. 2.5.2 C«ng tr­ît ma s¸t riªng Khi phanh «t« ®ang chuyÓn ®éng víi vËn tèc V0 cho tíi khi dõng h¼n (V = 0) th× toµn bé ®éng n¨ng cña «t« cã thÓ ®­îc coi lµ ®· chuyÓn thµnh c«ng ma s¸t L t¹i c¸c c¬ cÊu phanh: Víi: m = 15 100 (kg), lµ träng l­îng «t« khi ®Çy t¶i. V0= 60 (km/h) = 16,7 (m/s), lµ tèc ®é cña «t« khi b¾t ®Çu phanh. Få: Tæng diÖn tÝch c¸c m¸ phanh ë tÊt c¶ c¸c c¬ cÊu phanh. Þ l = 4,8 J/mm2 < [l] = 4 ¸ 8 J/mm2 * KÕt luËn: VËy gi¸ trÞ c«ng tr­ît ma s¸t riªng l n»m trong giíi h¹n cho phÐp. 2.5.3 KiÓm tra nhiÖt ®é tang trèng Trong qu¸ tr×nh phanh ®éng n¨ng cña «t« chuyÓn thanh nhiÖt n¨ng ë trèng phanh vµ mét phÇn tho¸t ra m«i tr­êng kh«ng khÝ, ph­¬ng tr×nh c©n b»ng n¨ng l­îng lµ : Khi phanh ngÆt ë thêi gian ng¾n, sè h¹ng thø hai cã thÓ bá qua. Do ®ã ta cã thÓ x¸c ®Þnh sù t¨ng nhiÖt ®é trèng phanh nh­ sau: Sù t¨ng nhiÖt ®é cña trèng phanh khi phanh víi V1= 30 km/h, V2 = 0 km/h, kh«ng qu¸ 150. τ - §é gia t¨ng nhiÖt ®é. G - Träng l­îng toµn bé cña «t« khi ®Çy t¶i: G = 15100 kg . g – Gia tèc träng tr­êng . g = 10 m/s2. C – NhiÖt dung riªng cña trèng phanh lµm b»ng gang. C = 500 J/kg ®é trong kho¶ng t = 273o K ¸ 573o K. mt – Khèi l­îng trèng phanh vµ c¸c chi tiÕt bÞ nung nãng. mt = 4.m0i = 6.γ.V γ – Khèi l­îng riªng.γ = 6,8 ¸ 7,4 g/cm3 . V – ThÓ tÝch trèng phanh Thay c¸c th«ng sè vµo ta cã: mt = 4.7,2.3 188,7 = 91 835 g = 91,8 kg. * KÕt luËn: Sù tho¸t nhiÖt cña c¬ cÊu phanh ®· thiÕt kÕ lµ tèt. Nh­ vËy c¬ cÊu phanh ta thiÕt kÕ tho¶ m·n c¸c ®iÒu kiÖn vÒ m« men phanh yªu cÇu, tho¸t nhiÖt, ®é bÒn, thêi h¹n lµm viÖc. 3. Tr×nh tù th¸o l¾p vµ ®iÒu chØnh c¬ cÊu phanh 3.1 Tr×nh tù th¸o l¾p Tr×nh tù th¸o c¬ cÊu phanh: KÝch n©ng b¸nh xe, th¸o b¸nh xe. Th¸o bu l«ng b¾t tang trèng, th¸o tang trèng. Dïng k×m th¸o lß xo håi vÞ m¸ phanh. Th¸o phanh chÆn chèt lÖch t©m, th¸o chèt lÖch t©m. Th¸o guèc phanh. Th¸o cam. Khi l¾p vµo th× tiÕn hµnh ng­îc l¹i. Chó ý b«i mì b«i tr¬n trôc cam, b«i tr¬n chèt phanh. 3.2 §iÒu chØnh c¬ cÊu phanh: Rµ phanh: Rµ phanh nh»m môc ®Ých ®¶m b¶o sù diÖn tÝch tiÕp xóc gi÷a m¸ phanh víi trèng phanh ®ñ lín. Dïng phÊn hay mÇu b«i lªn m¸ phanh, l¾p m¸ phanh vµo phanh thö nÕu thÊy diÖn tÝch tiÕp xóc nhá h¬n 70% diÖn tÝch m¸ phanh cÇn ph¶i ®iÒu chØnh gãc quay chèt lÖch t©m kÕt hîp víi ®iÒu chØnh gãc quay trôc cam. NÕu vÉn kh«ng ®¹t ®­îc th× ph¶i mµi bít m¸ phanh ®Ó diÖn tÝch tiÕp xóc ®ñ lín §iÒu chØnh khe hë gi÷a m¸ phanh vµ tang trèng: KÝch n©ng b¸nh xe. Xoay chèt lÖch t©m ®Õn khi quay thö b¸nh xe mµ kh«ng ®­îc, níi dÇn chèt ra ®ång thêi quay thö b¸nh xe ®Õn khi thÊy b¸nh xe quay nhÑ nhµng th× dïng c¨n l¸ kiÓm tra khe hë vµo kho¶ng 0,1¸0,15 mm lµ ®¹t. KÕt hîp víi ®iÒu chØnh gãc quay cña cam Ðp. Khi kho¶ng c¸ch tõ ®inh t¸n ®Õn m¸ phanh Ýt h¬n 0,5mm th× cÇn ph¶i thay m¸ phanh. NÕu trèng phanh bÞ cµo x­íc do ®inh t¸n hay bÞ mÐo th× cÇn tiÖn l¸ng l¹i trèng phanh cho trßn ®Òu. KÕt luËn chung Sau khi lùa chän ph­¬ng ¸n thiÕt kÕ vµ tÝnh to¸n ®· thiÕt kÕ ®­îc c¬ cÊu phanh tr­íc vµ sau ®¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu ®· ®Æt ra, c¸c b­íc kiÓm nghiÖm ®Òu ®¹t yªu cÇu. ViÖc tÝnh to¸n dùa trªn tiªu chuÈn ECE R13 vÒ thiÕt kÕ hÖ thèng phanh gióp cho viÖc thiÕt kÕ ®­îc thuËn tiÖn, ta cã thÓ kiÓm so¸t ®­îc c¸c th«ng sè ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ phanh ngay trong qu¸ tr×nh tÝnh to¸n, gióp tiÕp cËn víi c¸ch thøc thiÕt kÕ míi hiÖu qu¶ vµ chÆt chÏ h¬n. Tuy nhiªn ®å ¸n míi dõng l¹i ë viÖc thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh v× thÕ nhiÒu th«ng sè ph¶i tham kho¶ mµ kh«ng ®­îc tÝnh to¸n chÆt chÏ. Ta chØ ¸p dông tiªu chuÈn ECE R13 cho viÖc thiÕt kÕ c¬ cÊu phanh v× vËy cã nh÷ng yÕu tè kh«ng thèng nhÊt víi toµn bé tiªu chuÈn nh­ viÖc ph©n phèi m« men phanh lªn c¸c cÇu xe ta chØ tÝnh víi chÕ ®é t¶i träng lín nhÊt. V× vËy ®Ó cã ®­îc chÊt l­îng thiÕt kÕ tèt cÇn ph¶i ¸p dông tiªu chuÈn ECE mét c¸ch toµn diÖn ,thèng nhÊt vµ ®Çy ®ñ. §èi víi sinh viªn chuyªn ngµnh « t« th× ®å ¸n tÝnh to¸n thiÕt kÕ « t« sau khi häc m«n tÝnh to¸n thiÕt kÕ « t« lµ rÊt cÇn thiÕt. ViÖc hoµn thµnh ®å ¸n m«n häc tÝnh to¸n thiÕt kÕ « t« gióp em n¾m ®­îc c¸c b­íc c¬ b¶n còng nh­ c¸ch thøc thiÕt kÕ mét côm chi tiÕt cña « t«, ®ång thêi cã thªm kinh nghiÖm vµ kiÕn thøc ®Ó lµm ®å ¸n tèt nghiÖp ®­îc tèt. Tµi liÖu tham kh¶o 1. H­íng dÉn thiÕt kÕ hÖ thèng phanh « t« m¸y kÐo D­¬ng §×nh KhuyÕn – Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi – 1995. 2. CÊu t¹o gÇm « t« t¶i, « t« buýt PGS. TS. NguyÔn Kh¾c Trai – NXB Giao Th«ng VËn T¶i – 2007. 3. KÕt cÊu vµ tÝnh to¸n « t« Ng« H¾c Hïng – NXB Giao Th«ng VËn T¶i. 4. Bµi tËp søc bÒn vËt liÖu Th¸i ThÕ Hïng (chñ biªn), §Æng ViÖt C­¬ng, NguyÔn NhËt Th¨ng, Nh÷ Ph­¬ng Mai, Hoµng ThÞ BÝch Thuû, TrÇn §×nh Long – NXB Khoa Häc Vµ Kü ThuËt – 2004. 5. TÝnh to¸n thiÕt kÕ hÖ dÉn ®éng c¬ khÝ TrÞnh ChÊt – Lª V¨n UyÓn – NXB Gi¸o Dôc – 2000.