Đồ án thiết kế Phanh chống trượt quay TCS

CHƯƠNG 1 TỔNG QUANA: HỆ THỐNG PHANH1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh1.1.1. Công dụng hệ thống phanhHệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết hoặc dừng hẳn ôtô ở một vị trí nhất định.Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc.1.1.2. Phân loại1.1.2.1. Theo công dụngTheo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:Hệ thống phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe đang chuyển động.Hệ thống phanh dừng (phanh tay), dùng đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.Hệ thống chậm dần (phanh bổ trợ) (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài).1.1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanhTheo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống.Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.1.1.2.3. Theo dẫn động phanhTheo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:Hệ thống phanh dẫn động cơ khíHệ thống phanh dẫn động thuỷ lựcHệ thống phanh dẫn động liên hợp: khí nén thuỷ lực, …Hệ thống phanh có cường hoá (có trợ lực).1.1.2.4. Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanhHệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô tô khi phanh. Ta có các loại sau:Hệ thống phanh có bộ điều hòa lực phanh, dùng để điều chỉnh momen phanh ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu trước và cầu sau.Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS). Ngoài ra còn có một số hệ thống kết hợp với ABS (ASR, ESP,…) để tăng khả năng cơ động và khả năng ổn định của xe khi phanh.1.1.3. Yêu cầu kết cấuHệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau: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.Đảm bảo sự ổn định chuyển động của xe và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.chọn thỏa mãn tất cả các điều kiện làm việc của nó.2.2.6. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanhKhi phanh, động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng.Một phần năng lượng nhiệt này làm nóng các cơ cấu, một phần tỏa ra môi trường xung quanh.Nếu nhiệt lượng làm nóng các cơ cấu lớn có thể dẫn đến làm hỏng các chi tiết của cơ cấu phanh như làm mất tính đàn hồi của lò xo. Mặt khác, nhiệt độ cao ở má phanh sẽ ảnh hưởng đến hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh và vì vậy sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả phanh.Phương trình cân bằng năng lượng trong quá trình phanh là: Do khi phanh đột ngột ở thời gian ngắn nên thời gian t nhỏ có nghĩa lượng nhiệt toả ra ngoài không khí là rất nhỏ. nên bỏ qua .Sự tăng nhiệt độ được xác định bằng công thức sau: Trong đó: V1 : Vận tốc ban đầu khi phanh.V2 : Vận tốc xe sau khi phanh V2 = 0.mt : khối lượng của các trống phanh C: Nhiệt dung của chi tiết nung nóng C = 500(Jkg.độ).Yêu cầu với vận tốc v1 = 30 (kmh), v2 = 0 thì t0 phải < 150Từ công thức trên ta có : Trên thực tế tổng khối lượng của các chi tiết bị nung nóng gồm 4 tang trống phanh trước và sau là lớn hơn 35,29 (kg) do vậy với cơ cấu phanh đã chọn đảm bảo sự thoát nhiệt theo yêu cầu.2.3. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống2.3.1. Tính bền trống phanhDựa 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. Áp suất bên trong trống phanh được tính theo công thức: Theo lý thuyết về ứng suất và biến dạng của ống thành dày chứa áp suất bên trong có áp suất phát sinh trong ống khi chịu lực bên trong là:Ứng suất pháp tuyến tác dụng lên trống phanh: Ứng suất tiếp tuyến tác dụng lên trống phanh: Trong đó: a’’ Bán kính trong của trống: a’’= 160(mm)b’’ Bán kính ngoài của trống: b’’=169(mm)r Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính khi r = a’’ thì và đạt giá trị cực đại: = q = 41.105 (Nm2 ) = (Nm2)Ứng suất tổng hợp tác dụng lên trống phanh (Nm2)Để đảm bảo an toàn ta lấy thêm hệ số an toàn n=1,5 = 751.105.1,5 = 113.106 (Nm2) = 380.106 (Nm2)Kết luận: Trống phanh đã chọn đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.2.3.2. Tính bền chốt phanhMá phanh quay quanh chốt phanh được tính theo cắt và chèn dập. Trong đó:d Đường kính chốt: chọn d = 24 (mm) = 3024.103 (m)l Chiều dài tiếp xúc của chốt với guốc phanh d = 40.103 (m)n Số chốt phanh chịu lực: n = 2.U1 Lực lớn nhất tác dụng lên chốtCơ cấu phanh trước: < < Kết luận: Như vậy chốt phanh đã thỏa mãn cả hai điều kiện cắt và chèn dậpCHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG PHANH CHÍNH3.1. Thiết kế tính toán bầu phanh trướcBầu phanh thường có dạng màng hoặc pittông, áp suất tác dụng lên màng pittông được dịch chuyển thành lực trên ti đẩy tác dụng lên thanh dẫn động trục cam như thể hiện trên sơ đồ tính toán hình 3.1 Hình 3.1: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên thanh đẩyXét cân bằng tại cam épPhương trình cân bằng lực:Q1.L.T = (P1 + P2).h2 ()Trong đó:L – cánh tay đòn, chọn theo xe tham khảo: L = 160 mm = 0,160 (m)T – hiệu suất truyền động của cam. T = 0,85P1, P2 lực đẩy của cam lên guốc trước và guốc sau.Từ hoạ đồ lực phanh ta có:P1 = 15098 N.P2 = 37514 N.h – khoảng cách giữa hai lực P1 và P2, chọn theo xe tham khảo: h = 50 mm = 0,05 m.Thay số vào công thức () ta được: Xét sự cân bằng của màng phanh Trong đó:Q1 – Lực tác dụng lên thanh đẩy của bầu phanh. Q1 = 9671,32 N.Pj Áp suất trong của bầu phanh, Pj = 0.8 MNm2.D1 Đường kính hiệu dụng của màng phanh.1 – Hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, 1 = 1.2¬ – Hệ số tính đến tổn hao do ma sát, 2 = 0,95Plx – Lực ép lò xo, theo kinh nghiệm lấy: Plx = 140 N.Thay các giá trị trên vào công thức ta có: Diện tích hiệu dụng của bầu phanh Diện tích bao kín của bầu phanh: FB = FA KK – hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8Vậy: FB = 12861 0,8 = 16076 mm2.Đường kính bao kín của bầu phanh Kết luận: Bầu phanh trên đảm bảo yêu cầu đặt ra. Kiềm tra thấy phù hợp với loại buồng phanh kiểu 24.3.2. Tính toán lượng khí nén Nhiệm vụ: Cung cấp khí nén và nén khí vào các bình chứa để cung cấp cho hệ thống phanh. Các yêu cầu:Máy nén khí được 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. Trên thực tế máy nén khí chỉ làm việc khoảng 10 – 20% thời gian làm việc của ôtô, khi các bình chứa được nạp đầy thì máy nén được chuyển sang chạy ở chế độ không tải.Khi tính toán thiết kế máy nén khí có hai phương án: Phương án 1: Tự thiết kế ra một cái máy nén khí mới. Phương án 2: Mua một cái máy đã có sẵn trên thị trường, kiểm tra xem có đạt yêu cầu không.Hiện nay máy nén khí có bán trên thị trường rất nhiều, vì vậy chọn phương án hai là tốt nhất.3.2.1.Các thông số kỹ thuật của máy nén khíChọn máy nén loại Pít tông hai xi lanh trên thị trường có các thông số sau: Số lượng xi lanh: i = 2 đặt thẳng hàng. Đường kính xi lanh: d = 6 cm. Hành trình piston: S = 3,8 cm. Số vòng quay của máy nén khí: n = 1700 vp. Tỷ số truyền của đai: itđ = 2. Hiệu suất truyền khí của máy nén:  = 0,6.3.2.2. Năng suất của máy nén khí (lưu lượng)Năng suất của máy nén khí được tính theo công thức kinh nghiệm sau: Trong đó:i Số lượng xi lanh: i = 2 đặt thẳng hàng.d Đường kính xi lanh: d = 6 cm.S Hành trình piston: S = 3,8 cm.n Số vòng quay của máy nén khí: n = 1700 vp.itđ Tỷ số truyền của đai: itđ = 2. Hiệu suất truyền khí của máy nén: = 0,6.Thay các giá trị trên vào công thức ta được: Kết luận: Sau 4 phút máy nén nạp được 4.219 = 876 (l) khí nén đảm bảo nạp đầy tất cả các bình chứa.3.2.3 Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu sau mỗi lần phanhLượng tiêu hao không khí cho mỗi lần phanh chính bằng lượng không khí dãn nở ra các đường ống từ van phân phối đến các bầu phanh. Thể tích khí trong các đường ống Chọn đường ống có đường kính d = 13 mm.Chiều dài đường ống l = 24 m = 24000 mm.Do đó thể tích trong toàn bộ đường ống là: Thể tích khí trong các bầu phanhTa coi độ dịch chuyển của guốc phanh lại phụ thuộc vào góc xoay của trục cam và càng nối trục cam.Công thức xác định độ dịch chuyển của màng: Trong đó: Độ xoay của càng bắt vào trục cam.= 70.l – Chiều dài của càng bắt vào trục cam, l = 160 mm.Thay các giá trị vào công thức ta được:S = 7180.3,14.160 = 19,5 mm.Thể tích khí bị tiêu hao trong sáu bầu phanh. Trong đó:dbt ,dbs Đường kính hiệu dụng của các bầu phanh trước và sau. Lấy tỷ số hiệu dụng bằng 0,8.Ở bầu phanh trước: dt = 200.0,8 = 160 mm.Ở bầu phanh sau: ds = 160.0,8 = 128 mm.Thay vào công thức trên ta được: Thể tích tiêu hao trong bầu phanh tự hãm sau mỗi lần phanh.Theo thiết kế bầu tự hãm phanh bằng lò xo và ép lên ty đẩy, khi không phanh khí nén ép lò xo tích năng, có bốn bầu tự hãm lắp ở bốn bánh xe của cầu giữa và cầu sau được thiết kế cùng với bốn bầu phanh công tác. Do vậy ta coi lượng không khí tiêu hao trong bốn bầu tự hãm sau mỗi lần đạp phanh là: Lượng tiêu hao khí ở van phân phốiLấy gần đúng VPP = 0,05 (l).Vậy tổng cộng lượng không khí tiêu hao cho toàn bộ hệ thống sau mỗi lần đạp phanh là:V = V0 + Vb + Vh + VPP = 3,18 + 1,9 + 1,0 + 0,05 = 6,13 (l). Kết luận: Với dung tích toàn bộ các bình chứa là 700 (l). Lượng tiêu hao trên là không đáng kể, đảm bảo cho các lần phanh tiếp theo. 3.2.4. Tính bền đường ống dẫn động phanhTrong tính toán có thể coi đường ống là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài lớn. (Đây là bài toán vỏ mỏng tròn xoay chịu tải trọng phân bố đối xứng tính theo lý thuyết không mô men).Theo công thức sau: ; Trong đó:P Áp suất bên trong của đường ống, P = 0,8 MNm2.R – Bán kính trong của ống dẫn, R = 6,5 mm = 0,65 cm.S – Chiều dày đường ống, S = 0,7 mm = 0,07 cm.Đối với ống dẫn làm bằng hợp kim đồng thì: Thay vào công thức trên ta được: ; Ứng suất tương là: Kết luận: Đường ống dẫn động phanh thiết kế đủ bền.3.3 .Tính toán van điều khiển3.3.1. Sơ đồ tính toán Hình 3.2: Sơ đồ tính toán van phân phốiA,B – Khí nén đi ra các cầu. D,E – Khí nén từ bình chứa đến.3.3.2. Tính toán buồng trênLực tác dụng lên piston 2 là lực của người lái xe tác dụng lên bàn đạp Qbđ thông qua hệ thống dẫn động cơ khí.P = Qbđ .ibđ .Trong đó:Qbđ Lực của người lái tác dụng lên bàn đạp.ibđ Tỷ số truyền của cơ cấu dẫn động.– Hiệu suất của cơ cấu dẫn động.Mặt khác ta có:P = Pj .S2 + Plx1 + Plx2P = Pj .S2 + C11 + C22Trong đó:Pj Áp suất khí nén, Pj¬ = 0,8 MNm2.S2 – Diện tích mặt piston 2.C1,C2 Độ cứng của lò xo 1 và 2.1,2 Độ dịch chuyển của lò xo 1 và 2.Khi đạp phanh: Pjtăng ; C tăng ;  tăng dẫn đến P tăng. Tính S2 Khi thiết kế, chọn các thông số về đường kính của Piston 2 theo xe tham khảo.Chọn: D = 70mm, d = 25 mm. Độ cứng của lò xo 1 và lò xo 2 phải đảm bảo đóng mở dứt khoát tránh các trường hợp đóng mở cưỡng bức khi chưa có lực tác dụng.Tránh các trường hợp cộng hưởng.Khi thiết kế chọn Plx1 và Plx2theo xe tham khảo: Plx1 = 500 N; Plx2 = 300 N Vậy lực tác dụng lên Piston 2 là:P = 0,8.106.33,5.104 + 500 +300 = 3480 N. Tính lực tác dụng lên bàn đạp Qbđ Trong đó:idđ Tỷ số truyền dẫn động từ bàn đạp đến Piston 2Theo xe tham khảo lấy idđ = 8. – Hiệu suất truyền lực của bàn đạp, = 0,95. Kết luận: Các kích thước của buồng trên đảm bảo giá trị lực bàn đạp nằm trong giới hạn cho phép.3.3.3 Tính toán buồng dướiKết cấu của Piston 1: Hình 3.3: Kết cấu Piston 1Piston 1 được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên.Ta có phương trình cân bằng lực:Pj .S1t = Pj .S1d + Plx3 + Plx4 ()Trong đó:Pj Áp suất khí nén , Pj = 0,8 MNm2.S1t – Diện tích phần trên của Piston 1.S1d – Diện tích phần dưới của Piston 1.Plx3 ,Plx4 – Lực lò xo 3 và 4Theo xe tham khảo chọn:Plx3 = Plx1 = 500 N.Plx4 = Plx2 = 300 N.Từ Piston 2 ta xác định được kích thước sau của Piston 1D1t = 0,12(m), d =0,025 (m)Ta có: Từ công thức () ta có: Do đó: CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN, THIẾT KẾCẢM BIẾN VẬN TỐC GÓC BÁNH XE4.1. Giới thiệu cảm biến đo tốc độ góc4.1.1. Nguyên lý đo vận tốc gócĐể đo vận tốc góc thường ứng dụng các phương pháp sau đây:Sử dụng tốc độ kế vòng kiểu điện từ: nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Cảm biến gồm có hai phần: phần cảm (nguồn từ thông) và phần ứng (phần có từ thông đi qua). Khi có chuyển động tương đối giữa phần cảm và phần ứng, từ thông đi qua phần ứng biến thiên, trong nó xuất hiện suất điện động cảm ứng xác định theo công thức: Suất điện động này tỉ lệ với vận tốc cần đo.Sử dụng tốc độ kế vòng loại xung: làm việc theo