›
›

Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô

pdf 171 trang ngocly 1860
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfxay_dung_mot_so_phan_mem_chuyen_dung_su_dung_trong_thiet_ke.pdf

Nội dung text: Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô

  1. Bộ Khoa học và Công nghệ Ch−ơng trình KC.05 - Dự án KC.05.DA.13 Trung tâm Phát triển Công nghệ Ô tô ===o0o=== Tài liệu kỹ thuật Xây dựng một số phần mềm chuyên dụng sử dụng trong thiết kế tính toán ô tô Ch−ơng I : Tính toán động lực học ô tô Ch−ơng II : Tính toán hệ thống phanh Ch−ơng III : Tính toán hệ thống treo Ch−ơng IV : Tính toán hệ thống lái Ch−ơng V : Tính toán hệ thống ly hợp Ch−ơng VI : Tính toán khung ô tô 6091-7 07/9/2006 Hà Nội – 2004
  2. Lời nói đầu Ngành ôtô máy kéo đã ra đời từ lâu và hiện đang giữ một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Tr−ớc đây, ở Việt Nam, ngành ôtô máy kéo chủ yếu mang tính chất sử dụng và sửa chữa. Trong thập kỷ cuối của thế kỷ XX, hơn 10 liên doanh hoạt động lắp ráp ôtô tại Việt Nam đã đ−ợc thành lập và vấn đề tăng tỷ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng của ngành ôtô Việt Nam trong giai đoạn tới. Để nhanh chóng đạt đ−ợc điều này, một mặt chúng ta cần xây dựng những ch−ơng trình tính toán thiết kế của riêng mình, mặt khác phải nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong các hệ thống cũng nh− để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm thu đ−ợc những kết quả tối −u. Bên cạnh việc thiết kế, cải tiến, chúng ta đang nhập về sử dụng khá nhiều xe của n−ớc ngoài. Vấn đề quan trọng ở đây là phải đánh giá đ−ợc tính năng hoạt động của các hệ thống để kiểm định chất l−ợng các loại xe này. Ngoài việc sử dụng các phép đo bằng thực nghiệm nh− hiện có, xu h−ớng tính toán và mô phỏng trên máy tính đem lại kết quả nhanh chóng và khá chính xác. Hiện nay công việc thiết kế và kiểm nghiệm các hệ thống trên ôtô đang rất đ−ợc các nhà khoa học và các nhà chế tạo quan tâm. Trong công tác kiểm định ngoài việc đo trên các băng thử tại các trạm đăng kiểm, ngày nay xu thế còn có thể đánh giá bằng các số liệu tính toán. Tr−ớc kia, các quá trình tính toán kiểm nghiệm và thiết kế còn hạn chế vì các công thức cồng kềnh, phức tạp và thời gian tính toán dài. Ngày nay các công việc tính toán đã đ−ợc sự trợ giúp của máy tính đã phát triển hơn rất nhiều, giải quyết đ−ợc vấn đề thời gian và sức lao động. Trên ôtô hiện đại có rất nhiều hệ thống, mỗi hệ thống lại có kết cấu rất đa dạng và phức tạp nên việc tính toán cũng gặp nhiều khó khăn. Từ tr−ớc đến nay ch−a có một ch−ơng trình tính toán tổng quát nào để ứng dụng cho những ng−ời sử dụng một cách nhanh chóng và có hệ thống mà lại đảm bảo tính hiệu quả, nghĩa là rút ngắn đ−ợc thời gian và khối l−ợng tính toán. Chúng tôi đã tiến hành hệ thống hoá kết cấu các hệ thống hiện đang sử dụng rộng rãi trên ôtô cùng với phần tính toán thiết kế, cải tiến và kiểm nghiệm của chúng. Ch−ơng trình tổng hợp các công thức tính toán hiện đ−ợc sử dụng lâu nay, hệ thống hoá và xây dựng phần tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ đọc, dễ hiểu để có thể sử dụng một cách dễ dàng và tiện lợi. Ch−ơng trình của chúng tôi cũng xây dựng với h−ớng mở, nghĩa là tuy ch−a tính - 3 -
  3. toán triệt để một số cụm phức tạp, một số kết cấu mới, nh−ng chúng ta có thể dễ dàng và nhanh chóng mở rộng để kết nối với ch−ơng trình cho hoàn thiện hơn. Ch−ơng trình đã tổng hợp và xây dựng các phần ch−ơng trình tính toán thiết kế, kiểm nghiệm một số hệ thống trên ôtô có giao diện bằng tiếng Việt ứng dụng trên nền phần mềm Matlab: - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán động lực học ôtô. - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống phanh (phanh dầu, dẫn động cơ khí, cơ khí có trợ lực loại chân không kết hợp thuỷ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống treo (treo phụ thuộc với bộ phận đàn hồi loại nhíp và giảm chấn thuỷ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống lái (cơ cấu lái loại trục vít - êcu bi, dẫn động lái cơ khí có trợ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán hệ thống ly hợp (cơ cấu ly hợp loại ma sát khô 1 đĩa, 2 đĩa, dẫn động cơ khí có trợ lực). - Xây dựng thuật toán và ch−ơng trình tính toán khung ôtô. Các phần mềm xây dựng đ−ợc đã đ−ợc công bố trên một số hội nghị chuyên ngành và đ−ợc ứng dụng trong quá trình đào tạo các công nghệ mới cho các kỹ s− và kỹ thuật viên tại Công ty ôtô Sài Gòn (7/2004). Những phần mềm chuyên dụng có thể dùng làm cơ sở để tính toán thiết kế và nghiên cứu sâu những quá trình phức tạp của các hệ thống trên ôtô, cũng nh− làm tài liệu cho các cán bộ chuyên ngành. Những nội dung cần tiếp tục là mở rộng hoàn thiện các quá trình thiết kế các cụm, hệ thống phức tạp hơn, tiến hành thử nghiệm và chế tạo các cụm trên ôtô cũng nh− thử nghiệm tổng thể ôtô để hiệu chỉnh cho hoàn thiện hơn.- Hội nghị KH quốc tế về Công nghệ ôtô cho Việt Nam (ICAT' 2002) tháng 10/2002. Trung tâm phát triển Công nghệ Ô tô Dự án KC.05.DA.13 - 4 -
  4. Mục lục Trang Lời nói đầu 3 Mục lục 5 Ch−ơng I. Tính toán động lực học ôtô 9 I. Đặt vấn đề 9 1.1. Tổng quát 9 1.2. Nhiệm vụ 9 II. Các b−ớc tính toán 9 2.1. Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ 9 2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô 10 2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất 10 2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo 11 2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học 11 2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô 11 III. Sơ đồ thuật toán 13 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 16 V. Kết luận 21 Ch−ơng II. Tính toán hệ thống phanh 22 I. Đặt vấn đề 22 1.1. Tổng quát 22 1.2. Phân loại hệ thống phanh 22 1.3. Nhiệm vụ 25 II. Các b−ớc tính toán 26 2.1. Bài toán thiết kế 26 2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh 26 2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh 27 2.1.3. Tính toán dẫn động phanh 29 2.1.4. Tính bền 31 2.2. Bài toán kiểm nghiệm 32 2.2.1. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh 32 2.2.2. Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh 34 2.2.3. Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh 35 - 5 -
  5. 2.2.4. Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống 35 2.2.5. Tính bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống 36 2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 37 III. Sơ đồ thuật toán 39 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh 39 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh 43 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 47 V. Kết luận 59 Ch−ơng III. Tính toán hệ thống treo 60 I. Đặt vấn đề 60 1.1. Tổng quát 60 1.2. Phân loại hệ thống treo 60 1.3. Nhiệm vụ 62 II. Các b−ớc tính toán 63 2.1. Bài toán thiết kế 63 2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe 63 2.1.2. Tính toán bộ phận đàn hồi 65 2.1.3. Tính toán bộ phận giảm chấn 69 2.2. Bài toán kiểm nghiệm 72 2.2.1. Tính chính xác độ cứng và độ võng của khối nhíp 72 2.2.2. Tính bền nhíp 73 2.2.3. Kiểm tra lại độ êm dịu của hệ thống treo 73 2.2.4. Tính bền và tính nhiệt giảm chấn 73 III. Sơ đồ thuật toán 74 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo 74 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi hệ thống treo 77 3.3. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn hệ thống treo 80 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 82 V. Kết luận 94 Ch−ơng IV. Tính toán hệ thống lái 95 I. Đặt vấn đề 95 1.1. Tổng quát 95 1.2. Phân loại hệ thống lái 95 1.3. Nhiệm vụ 97 - 6 -
  6. II. Các b−ớc tính toán 98 2.1. Bài toán thiết kế 98 2.1.1. Tính toán động học dẫn động lái 98 2.1.2. Xác định mômen cản quay vòng 99 2.1.3. Chọn tỉ số truyền 99 2.1.4. Tính toán cơ cấu lái 100 2.1.5. Tính toán dẫn động lái 102 2.2. Bài toán kiểm nghiệm 104 2.2.1. Kiểm tra động học dẫn động lái 104 2.2.2. Xác định mômen cản quay vòng 104 2.2.3. Tính toán tỉ số truyền 104 2.2.4. Tính bền các chi tiết trong hệ thống 105 III. Sơ đồ thuật toán 108 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống lái 108 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống lái 112 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 116 V. Kết luận 127 Ch−ơng V. Tính toán hệ thống ly hợp 128 I. Đặt vấn đề 128 1.1. Tổng quát 128 1.2. Phân loại hệ thống ly hợp 128 1.3. Nhiệm vụ 131 II. Các b−ớc tính toán 132 2.1. Bài toán thiết kế 132 2.1.1. Xác định mômen ma sát của ly hợp 132 2.1.2. Xác định kích th−ớc cơ bản của ly hợp 132 2.1.3. Tính công tr−ợt và công tr−ợt riêng 133 2.1.4. Tính toán hệ thống dẫn động ly hợp 134 2.1.5. Tính bền một số chi tiết điển hình 135 2.2. Bài toán kiểm nghiệm 139 2.2.1. Xác định lực ép lên đĩa ma sát 139 2.2.2. Xác định mômen ma sát của ly hợp 140 2.2.3. Xác định hệ số dự trữ của ly hợp 140 2.2.4. Kiểm tra công tr−ợt và kiểm tra công tr−ợt riêng 140 - 7 -
  7. 2.2.5. Kiểm tra hành trình bàn đạp và lực bàn đạp 140 2.2.6. Tính bền một số chi tiết của hệ thống 141 III. Sơ đồ thuật toán 142 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế ly hợp 142 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm ly hợp 145 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 148 V. Kết luận 158 Ch−ơng VI. Tính toán khung ôtô 159 I. Đặt vấn đề 159 1.1. Tổng quát 159 1.2. Mục đích 159 1.3. Giả thiết tính toán 159 II. Các b−ớc tính toán 160 2.1. Xác định các tải trọng đặt lên khung 160 2.2. Tính các phản lực tại vị trí lắp đặt hệ thống treo 160 2.3. Vẽ biểu đồ nội lực tác dụng lên khung, xác định vị trí nguy hiểm chịu lực tổng hợp lớn 161 2.4. Kiểm tra bền uốn khung tại tiết diện nguy hiểm 161 2.5. Kiểm tra bền xoắn khung 162 III. Sơ đồ thuật toán 164 IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt 166 V. Kết luận 170 Kết luận 171 Tài liệu tham khảo 172 - 8 -
  8. Ch−ơng I. Tính toán động lực học ôtô I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Động cơ đ−ợc coi là nguồn động lực chính để xe có thể chuyển động trên đ−ờng. Bởi vậy để có thể khảo sát một chiếc ôtô nào, nhiệm vụ đầu tiên là phải khảo sát khả năng động lực học của chiếc xe đó. Một chiếc ôtô có tải trọng xác định, để có thể chạy ổn định trên một loại đ−ờng xá nhất định thì tr−ớc hết phải có đủ công suất và mômen kéo do động cơ phát ra. Ngoài ra, việc đánh giá khả năng động lực khác của ôtô nh− thời gian, quãng đ−ờng tăng tốc, v.v là một trong những công việc hết sức cần thiết. Quá trình tính toán động lực học ôtô là một công tác đầu tiên để đánh giá chiếc xe đó. Bởi vậy trong ch−ơng này chúng tôi xin trình bày một cách tổng hợp cách thức xây dựng các lý thuyết và ch−ơng trình ứng dụng để tính toán động lực học ôtô. 1.2. Nhiệm vụ Quá trình tính toán động lực học của ôtô nhằm thoả mãn các nhiệm vụ sau: - Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ. Công việc này nhằm đánh giá đ−ợc công suất và mômen xoắn của động cơ có đảm bảo đ−ợc cho ôtô chuyển động đ−ợc trong các điều kiện định tr−ớc hay không. - Tính toán các chỉ tiêu động lực học. Đây là quá trình đánh giá các chỉ tiêu động lực của động cơ lắp đặt trên ôtô trong điều kiện chuyển động cho tr−ớc, từ đó có thể đánh giá đ−ợc chất l−ợng động lực học của ôtô. II. Các b−ớc tính toán: Qui trình tính toán động lực học ôtô gồm các b−ớc sau: - Xây dựng đ−ờng tốc độ ngoài của động cơ - Tính toán các chỉ tiêu động lực học của ôtô: + Tính toán chỉ tiêu về công suất + Tính toán chỉ tiêu về lực kéo + Tính toán chỉ tiêu về nhân tố động lực học khi đầy tải và tải thay đổi + Tính toán khả năng tăng tốc của ôtô: gia tốc, thời gian tăng tốc, quãng đ−ờng tăng tốc. 2.1. Xây dựng đ−ờng đặc tính tốc độ ngoài của động cơ Các số liệu cho tr−ớc là thông số xe, thông số động cơ, vận tốc cực đại của xe, các điều kiện chuyển động, từ đó chúng ta phải xây dựng đ−ợc đ−ờng đặc tính ngoài (công suất, mô men xoắn) của động cơ đó. Công suất của động cơ Ne là một hàm của số vòng quay ne theo công thức: 2 3 ⎡ ⎛ n ⎞ ⎛ n ⎞ ⎛ n ⎞ ⎤ N = N ⎢a⎜ e ⎟ + b⎜ e ⎟ − c⎜ e ⎟ ⎥ (mã lực) (1.1) e e max ⎜ n ⎟ ⎜ n ⎟ ⎜ n ⎟ ⎣⎢ ⎝ N ⎠ ⎝ N ⎠ ⎝ N ⎠ ⎦⎥ Mô men xoắn của động cơ là một hàm của số vòng quay: - 9 -
  9. N e M e = 716,2 (kGm) (1.2) n e Trong đó: Nemax : Công suất cực đại của động cơ a, b, c : Là các hệ số thực nghiệm Động cơ xăng: a = b = c = 1 Động cơ điezel 4 kỳ: a = 0,5; b = 1,5; c = 1 Động cơ điezel 2 kỳ: a = 0,87; b = 1,13; c = 1 ne: số vòng quay của động cơ, ne biến thiên từ nemin đến nemax (vòng/phút) nN : Số vòng quay ứng với công suất lớn nhất của động cơ Từ đó ta xây dựng đ−ợc các đ−ờng Ne(ne) và Me(ne) 2.2. Xây dựng các chỉ tiêu động lực học của ôtô 2.2.1. Xác định chỉ tiêu về công suất - Công suất kéo ở bánh xe chủ động đ−ợc xác định theo công thức: Nk = Ne . ηt (mã lực) (1.3) Trong đó: ηt là hiệu suất truyền lực - Số vòng quay của động cơ ứng với vận tốc cực đại: i 0i hn Vmax n V = (vòng/phút) (1.4) 0,377.rb i0: tỉ số truyền của truyền lực chính ihn: tỉ số truyền ở tay số cao nhất Vmax: vận tốc cực đại của ôtô (km/h) rb: bán kính làm việc trung bình của bánh xe (m) rb = λ1.r0 (m) (1.5) λ1: hệ số kể đến sự biến dạng của lốp. λ1 = 0,93 - 0,95. r0: bán kính thiết kế của bánh xe. r0 = (Bl + dl/2) (m) B1: chiều rộng lốp dl: đ−ờng kính vành bánh xe - Vận tốc chuyển động của ôtô ở các số truyền đ−ợc tính theo công thức: rb .n e Vm = 0,377. (km/h) (1.6) i o .i hm Trong đó: m: chỉ số truyền đang tính (m = 1ữn) n: số cấp số tiến của hộp số - 10 -
  10. ne: số vòng quay của động cơ, ne biến thiên từ nemin đến nemax (vòng/phút) (nemax = nV) Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn công suất kéo của động cơ theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 2.2.2. Xác định về chỉ tiêu lực kéo: - Lực kéo tiếp tuyến Pk tại bánh xe chủ động ở tay số thứ m đ−ợc xác định theo công thức: M e .i hm .i o .ηt Pkm = (kG) (1.7) rb Trong đó: Me: Mô men xoắn của trục khuỷu động cơ (kGm) ηt: Hiệu suất của hệ thống truyền lực Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn lực kéo theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. - Tính lực cản không khí Pω ở mỗi tay số theo vận tốc: K.F.V 2 P = m (kG) (1.8) ω 13 Trong đó: K: Hệ số cản không khí (kGs2/m4) Ôtô du lịch: K = 0,02 - 0,035 Ôtô tải: K = 0,06 - 0,07 F: Diện tích cản chính diện của ôtô (m2) F = B . H (m2) (1.9) Vm: Vận tốc của ôtô ở mỗi tay số (km/h) B: Chiều rộng cơ sở của ôtô (m) H: chiều cao toàn bộ của ôtô (m) 2.2.3. Xác định chỉ tiêu về nhân tố động lực học: - Nhân tố động lực học ở tay số thứ m đ−ợc xác định theo công thức: P - P D = km wm (1.10) m G Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn nhân tố động lực học theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 2.2.4. Xác định khả năng tăng tốc cuả ôtô a. Xác định gia tốc: - Gia tốc ở tay số thứ m của ôtô khi chạy trên đ−ờng bằng đ−ợc xác định theo công thức: (D m - f )g 2 jm = (m/s ) (1.11) δ im Trong đó : - 11 -
  11. jm: Gia tốc của ôtô khi chuyển động ở tay số thứ m f: Hệ số cản lăn của đ−ờng g: Gia tốc trọng tr−ờng g = 9,81 m/s2. δim: Hệ số kể đến ảnh h−ởng của các khối l−ợng chuyển động quay 2 δim = 1,04 + 0,05 i hm (1.12) Từ đó chúng ta xây dựng đ−ợc đồ thị biểu diễn gia tốc theo vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. b.Xác định thời gian tăng tốc: Thời gian tăng tốc đ−ợc tính theo công thức: V2 1 t = dv (giây) (1.13) ∫ j V1 Thời gian tăng tốc đ−ợc xác định bằng cách tích phân đồ thị 1/j(v). Ta có thể xác định thời gian tăng tốc t bằng ph−ơng pháp tính gần đúng nh− sau: - Chia khoảng vận tốc vmin ữ 0,95 vmax thành k khoảng. - Tính diện tích mỗi khoảng nằm d−ới đ−ờng cong 1/j theo công thức: v − v 1/ j −1/ j ∆t = i+1 i . i+1 i (s) (1.14) i 3,6 2 v: vận tốc chuyển động của xe (km/h) - Tính thời gian tăng tốc theo công thức: k t = ∑ ∆t i (s) (1.15) i=1 c. Xác định quãng đ−ờng tăng tốc Quãng đ−ờng tăng tốc đ−ợc tính theo công thức: V2 S = ∫ vdt (m) (1.16) V1 Quãng đ−ờng tăng tốc đ−ợc xác định bằng cách tích phân đồ thị t(v) Ta có thể xác định quãng đ−ờng tăng tốc S bằng ph−ơng pháp tính gần đúng nh− sau: - Chia khoảng vận tốc vmin ữ 0,95 vmax thành k khoảng. - Tính diện tích mỗi khoảng nằm d−ới đ−ờng cong t theo công thức: v − v ∆S = (t − t ). i+1 i (s) (1.17) i i+1 i 2.3,6 v: vận tốc chuyển động của xe (km/h) - Tính quãng đ−ờng tăng tốc theo công thức: k S = ∑ ∆Si (s) (1.18) i=1 - 12 -
  12. III. Sơ đồ thuật toán Bắt đầu Nhập dữ liệu Nhập dữ liệu Nhập dữ liệu Nhập dữ liệu điều chung của xe của động cơ kiện chuyển động Xây dựng đ−ờng đặc tính ngoài của động cơ Xác định chỉ tiêu công suất Xác định chỉ tiêu lực kéo Xác định chỉ tiêu nhân tốc động lực học Xác định khả năng tăng tốc của ôtô Gia tốc ôtô Thời gian Quãng đ−ờng tăng tốc tăng tốc Xem kết quả Kết thúc Hình 1.3. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán động lực học ôtô Với trình tự các b−ớc tính toán động lực học ôtô nh− ở phần II, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống ly hợp trên hình 1.3. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: - 13 -
  13. 3.1. Các khối nhập dữ liệu: Các khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu tính toán. Có 3 khối nhập dữ liệu là nhập dữ liệu của xe, dữ liệu động cơ, các và dữ liệu tham khảo về điều kiện chuyển động, bao gồm: Các thông số kỹ thuật ôtô - Loại xe (con hay tải) - Trọng l−ợng toàn bộ của ô tô - Chiều rộng cơ sở của ôtô - Chiều cao toàn bộ của ôtô - Vận tốc chuyển động lớn nhất của ôtô - Kích th−ớc lốp - Tỷ số truyền của truyền lực chính. - Tỷ số truyền của các tay số trong hộp số chính - Hiệu suất truyền lực Các thông số động cơ: - Loại động cơ (xăng, điezen 2 kỳ, 4 kỳ) - Các hệ số tính toán (hệ số Lâyđécman) - Công suất cực đại của động cơ /số vòng quay ứng với công suất cực đại - Mômen xoắn cực đại/ số vòng quay ứng với mômen xoắn cực đại - Số vòng quay tối thiểu của động cơ Các điều kiện chuyển động: - Gia tốc trọng tr−ờng - Hệ số cản lăn của đ−ờng - Góc dốc cực đại cho phép của mặt đ−ờng. - Hệ số cản không khí - Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp 3.2. Khối xây dựng đ−ờng đặc tính ngoài của động cơ: Khối này thực hiện việc tính toán công suất, mômen xoắn của động cơ theo số vòng quay và vẽ đồ thị đặc tính ngoài. 3.3. Khối xác định chỉ tiêu công suất: Khối này thực hiện việc tính toán công suất và vẽ đồ thị công suất ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.4. Khối xác định chỉ tiêu lực kéo: Khối này thực hiện việc tính toán lực kéo tiếp tuyến ở bánh xe chủ động và vẽ đồ thị lực kéo ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.5. Khối xác định chỉ tiêu nhân tố động lực học: - 14 -
  14. Khối này thực hiện việc tính toán nhân tố động lực học và vẽ đồ thị nhân tố động lực học ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. 3.6. Các khối xác định khả năng tăng tốc: Gồm có 3 khối thành phần là khối xác định gia tốc, thời gian tăng tốc và quãng đ−ờng tăng tốc để thực hiện các công việc: - Tính toán gia tốc và vẽ đồ thị gia tốc ứng với vận tốc chuyển động của xe ở từng tay số. - Tính toán thời gian và vẽ đồ thị thời gian tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động. - Tính toán quãng đ−ờng và vẽ đồ thị quãng đ−ờng tăng tốc của xe ứng với vận tốc chuyển động. 3.7. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra các chỉ tiêu động lực học, khối này sẽ thể hiện các kết quả tính toán và các đồ thị thể hiện đặc tính động lực học của ôtô. 3.8. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra kết luận về chất l−ợng động lực học của xe, trên cơ sở đó có thể đánh giá hoặc chọn động cơ lắp cho xe đó. - 15 -
  15. IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho bài toán tính toán động lực học ôtô, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán động lực học từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu thông báo cho phép ng−ời dùng bắt đầu thực hiện bài toán tính động học: Hình 1.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Tiếp tục" sẽ đ−a ra menu ch−ơng trình tính toán động lực học ôtô. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán động lực học Khi lựa chọn "Tiếp tục" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán động lực học có giao diện nh− sau: Hình 1.4.2. Menu chính "Tính toán động lực học ôtô" - 16 -
  16. Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán tính toán. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.2. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các dữ liệu chung của xe, động cơ, hộp số và các điều kiện chuyển động. Modul nhập dữ liệu gồm có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.2.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo một số thông số khi mới nhập lần đầu tiên. Hình 1.4.3. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó. 4.2.2. Nhập dữ liệu từ bàn phím Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập các dữ liệu, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản để tính toán động lực học, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. 4.3. L−u dữ liệu Sau khi đã nhập dữ liệu, ng−ời sử dụng có thể l−u lại các thông số để khi cần không phải nhập lại số liệu cũng nh− để có đ−ợc một số thông số để tham khảo. Khi chọn "L−u lại" ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu cho phép ng−ời dùng có thể l−u lại tệp dữ liệu theo tên tuỳ chọn. - 17 -
  17. Hình 1.4.4. Nhập dữ liệu từ bàn phím Hình 1.4.5. Nhập dữ liệu từ tệp 4.4. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", sẽ hiện ra bảng chứa kết quả là các đồ thị đặc tính động cơ, đặc tính động lực học và khả năng tăng tốc. Trên bảng thể hiện kết quả, có các nút bấm cho phép ng−ời sử dụng có thể lựa chọn kết quả cần xem, bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán động lực học ôtô nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu chính nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán động lực học ôtô". - 18 -
  18. Hình 1.4.6. Các kết quả tính động lực học Hình 1.4.7. Các đồ thị đặc tính ngoài động cơ - 19 -
  19. Hình 1.4.8. Đặc tính công suất Hình 1.4.9. Đặc tính lực kéo Hình 1.4.10. Đặc tính nhân tố động lực học Hình 1.4.11. Đặc tính gia tốc Hình 1.4.12. Thời gian tăng tốc Hình 1.4.13. Quãng đ−ờng tăng tốc - 20 -
  20. V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán động lực học ôtô" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và một số ph−ơng pháp tính toán lý thuyết động lực học ôtô đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên đa phần ôtô hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm chất l−ợng động lực học của các loại xe này, cũng nh− có thể tham khảo các thông số trên các loại xe hiện có để lựa chọn thiết kế chọn động cơ cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam. Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng theo ph−ơng pháp tính toán lý thuyết nên ch−a thật sự chính xác so với thử nghiệm trên các băng thử. - Ch−ơng trình ch−a tính toán đối với các loại xe có lắp biến mô thuỷ lực và hộp số thuỷ cơ. - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 21 -
  21. Ch−ơng Ii. Tính toán Hệ thống phanh I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe. Do vậy phải chấp nhận những yêu cầu khắt khe, nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu thời gian hoạt động ở tốc độ cao. Các yêu cầu của nó nh− sau: - Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe trong bất kỳ tình huống nào. Khi phanh đột ngột, xe phải đ−ợc dừng sau quãng đ−ờng phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại. Theo tiêu chuẩn của châu Âu ôtô con cần phải đạt hiệu quả phanh cao trong các điều kiện thử xe: + Đối với phanh chân, tốc độ lúc bắt đầu phanh 80km/h; quãng đ−ờng phanh phải nhỏ hơn 50,7m; gia tốc phanh phải lớn hơn 5,8m/s2, lực phanh chân lớn nhất đặt trên bàn đạp là 50kG. + Đối với phanh tay cũng với điều kiện vận tốc nh− trên, quãng đ−ờng phanh phải nhỏ hơn 93,4m, lực tác dụng của ng−ời lái vào cần phanh tay lớn nhất là 40kG. (Điều kiện thử đ−ợc xác định theo loại xe và tải trọng M1). - Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định chuyển động của xe. - Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả điều khiển bằng chân hoặc bằng tay. Các giá trị nêu trên t−ơng ứng với việc điều khiển bằng một chân hoặc một tay ở t− thế ngồi của ng−ời lái. - Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa các lần phanh. - Đảm bảo tránh hiện t−ợng tr−ợt lết của bánh xe trên đ−ờng vì khi tr−ợt lết trên mặt đ−ờng sẽ gây ra mòn lốp và làm mất khả năng dẫn h−ớng chuyển động của xe. - Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh h−ởng lẫn nhau. Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố, đảm bảo chức năng dự phòng. - Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe. Phải giữ đứng nguyên trên dốc nghiêng tối thiểu 18% (tức 160-200). - Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh h−ởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ ) phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết h− hỏng. - Ngoài các yêu cầu kể trên còn có các yêu cầu nh− chiếm ít không gian, trọng l−ợng nhỏ, độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí. 1.2. Phân loại hệ thống phanh Hệ thống phanh trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, vì thế ph−ơng pháp và cách thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đ−ợc các hệ thống phanh chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng. * Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe: - Phanh chân điều khiển bằng bàn đạp. - 22 -
  22. - Phanh tay điều khiển bằng cần. * Ngày nay, xe con chỉ sử dụng hệ thống phanh thuỷ lực, trong đó bao gồm các dạng: - Phanh thuỷ lực đơn giản. - Phanh thuỷ lực có trợ lực. * Phân loại theo kết cấu của cơ cấu phanh: - Cơ cấu phanh loại đĩa. - Cơ cấu phanh loại tang trống. * Phân lọai theo kết cấu truyền lực điều khiển: - Dẫn động điều khiển một dòng. - Dẫn động điều khiển hai dòng. Các dòng truyền lực này độc lập với nhau, nhằm tránh sự cố xảy ra cùng một lúc trên tất cả hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi chuyển động. Theo qui chuẩn của quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai dòng trở lên. Cấu trúc hai dòng có thể là: - Dòng độc lập. - Dòng song song (bố trí hỗn hợp). * Theo mức độ hoàn thiện chất l−ợng phanh có thể chia: - Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh. - Hệ thống phanh có bộ chống lãm cứng bánh xe (Anti-lock brake system) ABS. Trên xe con, phanh chân là hệ thống phanh cơ bản, còn phanh tay là phanh dự phòng. Hệ thống điều khiển của hai loại này độc lập với nhau, làm việc tin cậy, đồng thời phanh tay phải có cấu trúc tự khoá để ng−ời lái không phải liên tục tác động lực. * Ngoài ra còn có thể phân chia hệ thống phanh theo vị trí bố trí cơ cấu phanh: - Bố trí ở trong lòng bánh xe. - Bố trí ở cạnh cầu xe. Với sự đa dạng của từng cụm bộ phận trong hệ thống phanh nh− trên, chúng ta thấy rằng khi sử dụng phải phân loại khá phức tạp và với mỗi loại lại có các quá trình và công thức tính toán khác nhau, nh− vậy là khá phức tạp và tốn nhiều công sức, thời gian tính toán lâu và nh− vậy là hiệu quả công việc thấp. Hình 2.1.1. Sơ đồ cấu tạo các dạng cơ cấu phanh tang trống a) Đối xứng trục b) Đối xứng tâm - 23 -
  23. Hình 2.1.2. Sơ đồ cấu tạo các loại phanh đĩa a) Loại có giá cố định b) Loại có giá di động Hình 2.1.3. Cấu tạo xy lanh chính một buồng 1.Lỗ xả khí; 2.Piston; 3.Lỗ thông bình dầu; 4.Cần đẩy; 5.Vành bao kín; 6.Bát cao su; 7.Lò xo hồi vị; 8.Van hồi dầu; 9.Lỗ thông với xy lanh bánh xe Hình 2.1.4. Cấu tạo xu lành chính 2 buồng (LADA 2105) 1.Nắp sau; 2.Vỏ xy lanh; 3.Piston thứ cấp; 4.Piston chính; 5.Vành bao kín; 6.ốc hạn chế; 7.Lò xo hồi vị; 8.Lò xo tì vành khăn; 9.Vành chặn Trong ch−ơng trình, chúng tôi tiến hành phân loại tính toán nh− sau: - Chọn loại cơ cấu phanh: Trống (loại 1 xi lanh tác dụng kép, loại 2 xi lanh bố trí đối xứng tâm) ; Đĩa (loại 1 xi lanh ép và loại 2 xi lanh ép) - Chọn loại dẫn động phanh theo từng b−ớc sau: - 24 -
  24. + Dẫn động là dầu hoặc khí. + Dẫn động 1 dòng hay 2 dòng. Nếu là 2 dòng thì dùng bộ chia hay xilanh phanh chính loại tăngđem. + Có bộ trợ lực hay không, nếu có thì chọn loại trợ lực (thuỷ lực, khí nén, chân không, thuỷ khí, v.v ) + Có bộ điều hoà lực phanh không + Có ABS không. Sau khi đã chọn đầy đủ các cấu thành của toàn bộ hệ thống, ch−ơng trình sẽ tính toán cụ thể đối với mỗi loại hệ thống phanh. 1.3. Nhiệm vụ Ch−ơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh thực hiện những nhiệm vụ sau: a. Với bài toán thiết kế: - Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống. - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. b. Với bài toán kiểm nghiệm: - Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống (hành trình làm việc, áp suất trên bề mặt ma sát và nhiệt sinh ra ở trống phanh) - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. - Đánh giá hệ thống theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo TCVN. - 25 -
  25. II. Các b−ớc tính toán: 2.1. Với bài toán thiết kế: Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống phanh, sau đó chọn và kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống phanh đó thoả mãn các tiêu chuẩn kỹ thuật cho phép để đảm bảo an toàn cho xe. Qui trình tính toán gồm các b−ớc sau: - Tính mô men phanh phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh - Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh - Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh - Xác định các thông số cơ bản của dẫn động phanh - Kiểm tra các điều kiện làm việc - Tính bền một số chi tiết của hệ thống 2.1.1. Tính mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu tr−ớc: G.b ⎛ j h ⎞ ' ⎜ max g ⎟ M P = ⎜1+ ⎟ϕ.rbx (Nm) (2.1.1) 2L ⎝ g.b ⎠ Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau: G.a ⎛ j h ⎞ '' ⎜ max g ⎟ M P = ⎜1− ⎟ϕ.rbx (Nm) (2.1.2) 2L ⎝ g.a ⎠ Trong đó: G: trọng l−ợng ôtô khi đầy tải (N) a,b,hg: toạ độ trọng tâm của ôtô (m) L: chiều dài cơ sở của ôtô (m) 2 jmax: gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh (jmax= 6ữ7m/s ) g: gia tốc trọng tr−ờng (g=9,81 m/s2) ϕ: hệ số bám của bánh xe với mặt đ−ờng rbx: bán kính lăn của bánh xe (m) Nếu đã biết trọng l−ợng của ôtô khi đầy tải phân ra trục tr−ớc là G1 và trục sau là G2 thì ta có thể tính toán các toạ độ a, b là: G L a = 2 (m) (2.1.3) G G L b = 1 (m) (2.1.4) G - 26 -
  26. 2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh: 2.1.2.1. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh Kích th−ớc của má phanh đ−ợc chọn dựa trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng [L], áp suất trên bề mặt má phanh [q] và tỷ số trọng l−ợng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh. * Bề rộng má phanh xác định để đảm bảo công ma sát riêng: G.V 2 L = 0 ≤ [L] (Nm/m2) (2.1.5) 2g.FΣ Trong đó: G : trọng l−ợng toàn bộ ôtô khi đầy tải (N) V0 : vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh (m/s) g : gia tốc trọng tr−ờng (m/s2) 2 FΣ : diện tích toàn bộ của các má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh của ôtô (m ) [L] : công ma sát riêng cho phép ([L] = 4000 - 10000 kNm/m2) * Bề rộng má phanh xác định để đảm bảo áp suất trên bề mặt ma sát: M p 2 q = 2 ≤ [q] (N/m ) (2.1.6) à.b.rt β0 [q] : áp suất cho phép trên bề mặt má phanh ([q] = 1,5 - 2 MN/m2) a. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh đĩa * Tính bán kính ngoài của má phanh 3,16 M R = p (m) (2.1.7) 2 2.100 C Trong đó: Mp : mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh (Nm) C : hệ số kinh nghiệm. Với ôtô du lịch C=4,7; ôtô vận tải C=3,6 * Tính bán kính trong của má phanh R1 = 0,53 R2 (m) (2.1.8) * Chọn sơ bộ góc ôm β0i của má phanh thứ i Khi đó diện tích toàn bộ của các má phanh ở các cơ cấu phanh đĩa m 2 2 β0i (R 2i − R1i ) 2 FΣ = ∑ (m ) (2.1.9) i=1 2 ở đây : m : số l−ợng má phanh β0i : góc ôm của má phanh thứ i (tính theo radian) R2i, R1i : bán kính trong và bán kính ngoài của cơ cấu phanh đĩa thứ i. - 27 -
  27. Sau khi kiểm tra công ma sát riêng L, áp suất trên bề mặt má phanh q và tỷ số trọng l−ợng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh chúng ta xác định đ−ợc các kích th−ớc cơ bản của cơ cấu phanh đĩa. b. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh tang trống * Chọn sơ bộ góc ôm β0i và bề rộng bi của má phanh thứ i Khi đó diện tích toàn bộ của các má phanh ở các cơ cấu phanh tang trống: m 2 FΣ = ∑β0i .rt .bi (m ) (2.1.10) i=1 ở đây : m : số l−ợng má phanh β0i : góc ôm của má phanh thứ i (tính theo radian) rt : bán kính trống phanh (m) bi : chiều rộng má phanh thứ i (m) Sau khi kiểm tra công ma sát riêng L, áp suất trên bề mặt má phanh q và tỷ số trọng l−ợng toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh chúng ta xác định đ−ợc các kích th−ớc cơ bản của cơ cấu phanh tang trống. 2.1.2.2. Tính toán lực tác dụng lên cơ cấu phanh: a. Cơ cấu phanh đĩa: * Lực tác dụng lên cơ cấu phanh đĩa 1 xi lanh ép: M P = p (N) (2.1.11) K1 K1 = 2à.Rtb (m) (2.1.12) 3 3 2 (R 2 − R1 ) R tb = 2 2 (m) (2.1.13) 3 R 2 − R1 * Lực tác dụng lên cơ cấu phanh đĩa 2 xi lanh ép: M P = p (N) (2.1.14) K 2 K2 = 2à.Rtb (m) (2.1.15) 3 3 2 (R 2 − R1 ) R tb = 2 2 (m) (2.1.16) 3 R 2 − R1 à: hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh R1, R2 : bán kính trong và ngoài của má phanh. b. Cơ cấu phanh tang trống: * Tính góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên guốc phanh: - 28 -
  28. Góc δ tạo nên bởi lực N1 và trục X1-X1: ⎛ cos 2β1 − cos 2β2 ⎞ δ = arctg⎜ ⎟ (độ) (2.1.17) ⎝ 2β0 + sin β1 − sinβ2 ⎠ Bán kính ρ xác định theo công thức: 2.r ()cosβ − cosβ ρ = t 1 2 (m) (2.1.18) 2 2 β0 + sin β0 − 2β0 cos(β1 + β2 )sin β0 * Lực tác dụng lên cơ cấu phanh có 1 xi lanh, má siết và má nhả có góc ôm khác nhau: M P = p (N) (2.1.19) K 3 à.ρ1 (c.cosα 0 + a) à.ρ2 (c.cosα 0 + a) K 3 = + (m) (2.1.20) c(cosδ1 + àsin δ1 ) − àρ1 c(cosδ 2 − àsin δ 2 ) + àρ2 * Lực tác dụng lên cơ cấu phanh có 1 xi lanh, má siết và má nhả có góc ôm nh− nhau: M P = p (N) (2.1.21) K 4 à.ρ1 (c.cosα 0 + a) K 4 = 2. (m) (2.1.22) c(cosδ1 + àsin δ1 ) − àρ1 Trong đó : à: hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh β0 : Góc ôm của má phanh (độ) β1 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh (độ) β2 = β1 + β0 (độ) rt : bán kính của tang trống (m) α0 : góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (độ) a : khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (m) c : khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) 2.1.3. Tính toán dẫn động phanh 2.1.3.1. Xác định đ−ờng kính xi lanh phanh bánh xe a. Xác định đ−ờng kính xi lanh phanh bánh xe với cơ cấu phanh đĩa 4P d = (m) (2.1.23) πpn Trong đó: P : lực sinh ra tại cơ cấu phanh (N) p : áp suất dầu trong hệ thống (N/m2) - 29 -
  29. n : số l−ợng ống xi lanh làm việc b. Xác định đ−ờng kính xi lanh phanh bánh xe với cơ cấu phanh tang trống 4P d = (m) (2.1.24) πp Trong đó: P : lực sinh ra tại cơ cấu phanh (N) p : áp suất dầu trong hệ thống (N/m2) (p ≈ 8.106 N/m2) 2.1.3.2. Chọn đ−ờng kính xi lanh tổng phanh và tính áp suất trong dẫn động do ng−ời lái sinh ra Đ−ờng kính xi lanh tổng phanh D đ−ợc chọn trên cơ sở tham khảo các xe t−ơng tự hiện đang l−u hành. áp suất do ng−ời lái sinh ra: 4Q l p = . (N/m2) (2.1.25) l πη.D2 l' Trong đó: Q : lực ng−ời lái tác dụng lên bàn đạp (N) D : đ−ờng kính của xi lanh tổng phanh đã chọn ở trên (m) η : hiệu suất của dẫn động thuỷ lực. η=0,92 l, l' : các kích th−ớc đòn của bàn đạp (m) áp suất do bộ trợ lực sinh ra: 2 pc = p - pl (N/m ) (2.1.26) p : áp suất dầu trong hệ thống (N/m2) 2.1.3.3. Tính toán các thông số cơ bản của bộ trợ lực (loại chân không-thuỷ lực) * Lực trợ lực: p F Q = c ptc (N) (2.1.27) c η Trong đó: 2 2 Fptc : diện tích của piston trợ lực (m ) (Fptc ≈ πD /4) 2 pc : áp suất do trợ lực phanh sinh ra (N/m ) η : hiệu suất thuỷ lực * Kích th−ớc màng trợ lực P + Q F = lx c (m2) (2.1.28) 4 ∆P Plx : lực lò xo trợ lực (N) (nếu không có thì tham khảo) ∆P : độ chênh áp phía tr−ớc và phía sau màng trợ lực. ∆P = 5.104 N/m2 - 30 -
  30. 2.1.3.4. Tính hành trình bàn đạp của ng−ời lái Hành trình bàn đạp h của ng−ời lái: ⎛ 2.d 2 x + 2.d 2 x ⎞ l h = ⎜ 1 1 2 2 η + δ ⎟ (m) (2.1.29) ⎜ 2 b 0 ⎟ ⎝ D ⎠ l' Trong đó: d1 và d2 : đ−ờng kính xi lanh ở bánh xe tr−ớc và sau (m) x1 và x2 : hành trình piston của các xinh lanh phanh ở các bánh xe tr−ớc và sau (m) D : đ−ờng kính xi lanh phanh chính (m) δ0 : khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính. δ0 = 1,5 - 2 mm l, l' : các kích th−ớc đòn của bàn đạp (m) ηb : hệ số bổ sung, khi phanh ngặt ηb =1,05-1,10 2(a + c)(δ + λ) x và x đ−ợc xác định nh− sau: x = (m) 1 2 c Trong đó: δ : khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh. δ = 0,3.10-3 m λ : độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh. [λ] = (1-1,5).10-3m a : khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (m) c : khoảng cách từ tâm trống đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) Hành trình cực đại của ôtô tải không quá 180mm và ôtô con không quá 150mm 2.1.4. Tính bền 2.1.4.1. Tính bền trống phanh: áp suất trong trống phanh: M p 2 q = 2 (N/m ) (2.1.30) à.b.rt β0 Trong đó: Mp : mômen phanh do guốc phanh tr−ớc và sau sinh ra (Nm) à : hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh β0i : góc ôm của má phanh thứ i (tính theo radian) rt : bán kính trống phanh (m) bi : chiều rộng má phanh thứ i (m) ứng suất h−ớng tâm: qa'2 ⎛ b'2 ⎞ σ = 1,5 ⎜1+ ⎟ (N/m2) (2.1.31) n 2 2 ⎜ 2 ⎟ b' −a' ⎝ a' ⎠ - 31 -
  31. ứng suất tiếp tuyến: qa'2 ⎛ b'2 ⎞ σ = 1,5 ⎜1+ ⎟ (N/m2) (2.1.32) t 2 2 ⎜ 2 ⎟ b' −a' ⎝ a' ⎠ Trong đó: a' : bán kính trong của trống (m) b' : bán kính ngoài của trống (m) Với trống phanh bằng gang thì 6 2 [σk] =1,8.10 N/m 6 2 [σn] =3,8.10 N/m 2.1.4.2. Tính bền đ−ờng ống dẫn động ứng suất vòng: pR σ = (N/m2) (2.1.33) t s ứng suất pháp: pR σ = (N/m2) (2.1.34) n 2.s Đ−ờng ống làm bằng hợp kim đồng có [σ] =2,6.106 N/m2 2.2. Bài toán kiểm nghiệm: Yêu cầu đặt ra đối với bài toán kiểm nghiệm là cho các thông số kỹ thuật của xe và hệ thống phanh đang sử dụng trên xe, cho điều kiện làm việc, chúng ta tính toán kiểm tra các điều kiện làm việc, kiểm tra bền các chi tiết và đánh giá theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của TCVN. Qui trình tính toán gồm các b−ớc sau: - Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh - Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh - Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên toàn bộ hệ thống phanh - Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh - Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống - Kiểm tra bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống 2.2.1. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh 2.2.1.1. áp suất trong hệ thống * áp suất do lực ng−ời lái sinh ra 4Q l p = . (N/m2) (2.2.1) l πη.D2 l' - 32 -
  32. Trong đó: Q : lực ng−ời lái tác dụng lên bàn đạp D : đ−ờng kính của xi lanh tổng phanh đã chọn ở trên η : hiệu suất của dẫn động thuỷ lực. η=0,92 l, l' : các kích th−ớc đòn của bàn đạp * áp suất do bộ trợ lực sinh ra (nếu có): Qc 2 pc = η (N/m ) (2.2.2) Fptc Qc = F4∆P - Plx (N) (2.2.3) Trong đó: 2 2 Fptc : diện tích của piston trợ lực (m ) (Fptc ≈ πD /4) 2 Qc : lực do trợ lực phanh sinh ra (N/m ) η : hiệu suất thuỷ lực 2 F4 : diện tích màng trợ lực (m ) Plx : lực lò xo trợ lực (N) (nếu không có thì tham khảo) ∆P : độ chênh áp phía tr−ớc và phía sau màng trợ lực. ∆P = 5.104 N/m2 * áp suất tổng cộng trong hệ thống Nếu có trợ lực : p = pc + pl Nếu không có trợ lực : p = pl 2.2.1.2. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh a. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh đĩa πd 2 P = p .n (N) (2.2.4) 4 Trong đó: P : lực sinh ra tại cơ cấu phanh (N) p : áp suất dầu trong hệ thống (N/m2) d : đ−ờng kính xi lanh bánh xe (m2) n : số l−ợng ống xi lanh làm việc b. Lực tác dụng lên cơ cấu phanh tang trống πd 2 P = p (N) (2.2.5) 4 Trong đó: P : lực sinh ra tại cơ cấu phanh (N) p : áp suất dầu trong hệ thống (N/m2) d : đ−ờng kính xi lanh bánh xe (m2) - 33 -
  33. 2.2.2. Tính mô men phanh tác dụng lên các cơ cấu phanh a. Cơ cấu phanh đĩa: * Mômen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh đĩa 1 xi lanh ép: Mp = P.K1 (Nm) (2.2.6) K1 = 2à.Rtb 3 3 2 (R 2 − R1 ) R tb = 2 2 3 R 2 − R1 * Mômen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh đĩa 2 xi lanh ép: Mp = P.K2 (Nm) (2.2.7) K2 = 2à.Rtb 3 3 2 (R 2 − R1 ) R tb = 2 2 3 R 2 − R1 à: hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh R1, R2 : bán kính trong và ngoài của má phanh. b. Cơ cấu phanh tang trống: * Tính góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên guốc phanh: Góc δ tạo nên bởi lực N1 và trục X1-X1: ⎛ cos 2β1 − cos 2β2 ⎞ δ = arctg⎜ ⎟ ⎝ 2β0 + sin β1 − sinβ2 ⎠ Bán kính ρ xác định theo công thức: 2.r ()cosβ − cosβ ρ = t 1 2 2 2 β0 + sin β0 − 2β0 cos(β1 + β2 )sin β0 * Mômen phanh tác dụng có 1 xi lanh, má siết và má nhả có góc ôm khác nhau: Mp = P.K3 (Nm) (2.2.8) à.ρ1 (c.cosα 0 + a) à.ρ2 (c.cosα 0 + a) K 3 = + c(cosδ1 + àsin δ1 ) − àρ1 c(cosδ 2 − àsin δ 2 ) + àρ2 * Mômen phanh tác dụng có 1 xi lanh, má siết và má nhả có góc ôm nh− nhau: Mp = P.K4 (Nm) (2.2.9) à.ρ1 (c.cosα 0 + a) K 4 = 2. c(cosδ1 + àsin δ1 ) − àρ1 Trong đó : à: hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh β0 : Góc ôm của má phanh (độ) β1 : Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh (độ) - 34 -
  34. β2 = β1 + β0 rt : bán kính của tang trống (m) α0 : góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (độ) a : khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (m) c : khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) 2.2.3. Tính lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh 2.2.3.1. Tính lực phanh tác dụng lên mỗi cơ cấu phanh M pi Ppi = (N) (2.2.10) rb Trong đó: Ppi : lực phanh tác dụng lên cơ cấu phanh thứ i Mpi : mômen phanh tác dụng lên cơ cấu phanh thứ i rb : bán kính bánh xe 2.2.3.2. Tính lực phanh tổng cộng PΣ = ΣPi (N) (2.2.11) 2.2.4. Kiểm tra các điều kiện làm việc của hệ thống: 2.2.4.1. Kiểm tra công ma sát riêng Công ma sát riêng: G.V 2 L = 0 ≤ [L] (Nm/m2) (2.2.12) 2g.FΣ Trong đó: [L] : công ma sát riêng cho phép ([L] = 4000 - 10000 kNm/m2) 2.2.4.2. Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát áp suất trên bề mặt ma sát: M p 2 q = 2 ≤ [q] (N/m ) (2.2.13) à.b.rt β0 [q] : áp suất cho phép trên bề mặt má phanh ([q] = 1,5 - 2 MN/m2) Trong đó: G : trọng l−ợng toàn bộ ôtô khi đầy tải (N) V0 : vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh (m/s) g : gia tốc trọng tr−ờng (m/s2) 2 FΣ : diện tích toàn bộ của các má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh của ôtô (m ) - 35 -
  35. m 2 FΣ = ∑β0i .rt .bi (m ) (2.2.14) i=1 m : số l−ợng má phanh β0i : góc ôm của má phanh thứ i (tính theo radian) rt : bán kính trống phanh (m) bi : chiều rộng má phanh thứ i 2.2.4.4. Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Hành trình bàn đạp h của ng−ời lái: ⎛ 2.d 2 x + 2.d 2 x ⎞ l h = ⎜ 1 1 2 2 η + δ ⎟ (m) (2.2.15) ⎜ 2 b 0 ⎟ ⎝ D ⎠ l' Hành trình cực đại của ôtô tải không quá 180mm và ôtô con không quá 150mm Trong đó: d1 và d2 : đ−ờng kính xi lanh ở bánh xe tr−ớc và sau (m) x1 và x2 : hành trình piston của các xinh lanh phanh ở các bánh xe tr−ớc và sau (m) D : đ−ờng kính xi lanh phanh chính (m) δ0 : khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính. δ0 = 1,5 - 2 mm l, l' : các kích th−ớc đòn của bàn đạp (m) ηb : hệ số bổ sung, khi phanh ngặt ηb =1,05-1,10 2(a + c)(δ + λ) x và x đ−ợc xác định nh− sau: x = 1 2 c Trong đó: δ : khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh. δ = 0,3.10-3 m λ : độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh. [λ] = (1-1,5).10-3m a : khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) (m) c : khoảng cách từ tâm trống đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) 2.2.5. Tính bền một số chi tiết quan trọng của hệ thống 2.2.5.1. Tính bền trống phanh: áp suất trong trống phanh: M p 2 q = 2 (N/m ) (2.2.16) à.b.rt β0 Trong đó: Mp : mômen phanh do guốc phanh tr−ớc và sau sinh ra (Nm) à : hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh - 36 -
  36. β0i : góc ôm của má phanh thứ i (tính theo radian) rt : bán kính trống phanh (m) bi : chiều rộng má phanh thứ i (m) ứng suất h−ớng tâm: qa'2 ⎛ b'2 ⎞ σ = 1,5 ⎜1+ ⎟ (N/m2) (2.2.17) n 2 2 ⎜ 2 ⎟ b' −a' ⎝ a' ⎠ ứng suất tiếp tuyến: qa'2 ⎛ b'2 ⎞ σ = 1,5 ⎜1+ ⎟ (N/m2) (2.2.18) t 2 2 ⎜ 2 ⎟ b' −a' ⎝ a' ⎠ Trong đó: a' : bán kính trong của trống (m) b' : bán kính ngoài của trống (m) Với trống phanh bằng gang thì 6 2 [σk] =1,8.10 N/m 6 2 [σn] =3,8.10 N/m 2.2.5.2. Tính bền đ−ờng ống dẫn động ứng suất vòng: pR σ = (N/m2) (2.2.19) t s ứng suất pháp: pR σ = (N/m2) (2.2.20) n 2.s Đ−ờng ống làm bằng hợp kim đồng có [σ] =2,6.106 N/m2 2.2.6. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 2.2.6.1. Kiểm tra lực phanh và lực phanh riêng * Lực phanh tổng cộng cực đại không đ−ợc lớn hơn lực bám PΣ = ϕ.G (N) (2.2.21) * Lực phanh riêng tính trên một đơn vị trọng l−ợng toàn bộ P P = Σ (2.2.22) R G Lực phanh riêng phải đảm bảo theo TCVN 2.2.6.2. Kiểm tra gia tốc phanh Gia tốc phanh chậm dần cực đại - 37 -
  37. g.PΣ 2 jp max = (m/s ) (2.2.23) G.δi Gia tốc phanh chậm dần cực đại phải đảm bảo theo TCVN 2.2.6.3. Kiểm tra thời gian phanh Thời gian phanh nhỏ nhất G.δi t min = ()v1 − v 2 (s) (2.2.24) g.PΣ Thời gian phanh nhỏ nhất phải đảm bảo theo TCVN 2.2.6.4. Kiểm tra quãng đ−ờng phanh Quãng đ−ờng phanh nhỏ nhất G.δi 2 2 Smin = ()v1 − v2 (m) (2.2.25) 2.g.PΣ Quãng đ−ờng phanh nhỏ nhất phải đảm bảo theo TCVN Trong đó: PΣ : lực phanh tổng cộng tác dụng lên các cơ cấu phanh G : trọng l−ợng toàn bộ của ôtô ϕ : hệ số bám của bánh xe với đ−ờng g : gia tốc trọng tr−ờng δi : hệ số tính đến ảnh h−ởng các trọng khối quay của ôtô (δi ≈ 1) - 38 -
  38. III. Sơ đồ thuật toán 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh Bắt đầu Nhập dữ liệu Cơ cấu phanh Thông số kỹ thuật Dẫn động phanh của ôtô Chọn cơ cấu phanh Chọn dẫn động phanh Phanh Phanh Điều kiện làm việc Không có Có trợ lực đĩa tang trống của ôtô trợ lực Nhập thông số tham khảo Tính mômen phanh sinh Nhập thông số tham khảo cơ cấu phanh ra ở mỗi cơ cấu phanh dẫn động phanh Xác định các thông số cơ Tính đ−ờng kính bản của cơ cấu phanh xi lanh phanh bánh xe Kiểm tra các các điều kiện làm việc Chọn đ−ờng kính xi lanh tổng phanh của cơ cấu phanh Sai Đúng Tính lực tác dụng Tính các thông số cơ lên cơ cấu phanh bản của bộ trợ lực Tính bền Kiểm tra cơ cấu phanh hành trình bàn đạp Sai Đúng Sai của ng−ời lái Đúng Tính bền dẫn động phanh Đúng Sai Kết thúc Hình 2.3.1. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán thiết kế hệ thống phanh - 39 -
  39. Với trình tự các b−ớc tính toán thiết kế hệ thống phanh nh− trên, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế hệ thống phanh trên Hình 2.3.1. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.1.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe, cơ cấu phanh và dẫn động phanh. 3.1.2. Khối thông số kỹ thuật ôtô Khối này thực hiện chức năng nhập các thông số kỹ thuật ôtô bao gồm: - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc - Trọng l−ợng trên cầu sau - Chiều dài cơ sở - Chiều rộng toàn bộ - Chiều cao toàn bộ - Chiều cao trọng tâm - Kích th−ớc lốp: bề rộng lốp, đ−ờng kính vành bánh xe 3.1.3. Khối điều kiện làm việc của ôtô Đây là khối đ−a vào các điều kiện làm việc của ôtô phải thực hiện, bao gồm: - Hệ số bám với mặt đ−ờng - Gia tốc phanh chậm dần cực đại - Vận tốc của xe lúc bắt đầu phanh - Lực bàn đạp của ng−ời lái 3.1.4. Tính mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh Khối này thực hiện việc tính toán mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh sau khi đã nhập dữ liệu xe và điều kiện làm việc. Kết quả đầu ra của khối để thực hiện b−ớc xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh. 3.1.5. Khối cơ cấu phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của cơ cấu phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn cơ cấu phanh. 3.1.6. Khối chọn cơ cấu phanh Để nhập các dữ liệu cần thiết của cơ cấu phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại cơ cấu phanh lắp trên xe. Khi chọn cơ cấu phanh ta có 2 loại là phanh đĩa và phanh tang trống. Phanh đĩa gồm 2 loại: loại 1 xi lanh ép và 2 xi lanh ép. Phanh tang trống gồm 3 loại: loại 2 xi lanh bố trí đối xứng tâm, loại 1 xi lanh kép. 3.1.7. Nhập thông số tham khảo cơ cấu phanh Sau khi đã lựa chọn cơ cấu phanh, chúng ta nhập các thông số tham khảo của loại cơ cấu phanh đó. Các thông số tham khảo bao gồm: - 40 -
  40. * Đối với cơ cấu phanh tang trống: - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh - Bán kính của tang trống - Góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) - Khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Bán kính trong của trống phanh - Bán kính ngoài của trống phanh * Đối với cơ cấu phanh đĩa: - Bán kính đĩa phanh - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Khe hở trung bình giữa má phanh và đĩa phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Số l−ợng ống xi lanh 3.1.8. Khối dẫn động phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của dẫn động phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn dẫn động phanh. 3.1.9. Khối chọn dẫn động phanh Để nhập các dữ liệu cần thiết của dẫn động phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại dẫn động phanh lắp trên xe. Khi chọn dẫn động phanh ta có ph−ơng án là không có trợ lực và có trợ lực. Nếu dẫn động phanh có trợ lực thì chúng ta lại phải chọn kiểu trợ lực phanh: thuỷ lực, chân không-thuỷ lực, khí nén,v.v 3.1.10. Nhập thông số tham khảo dẫn động phanh Sau khi đã lựa chọn dẫn động phanh, chúng ta nhập các thông số tham khảo của loại dẫn động phanh đó. Các thông số tham khảo bao gồm: - áp suất dầu trong hệ thống - Hiệu suất của dẫn động thuỷ lực - Các kích th−ớc đòn của bàn đạp - Diện tích của piston trợ lực - Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính - Bán kính bên trong của đ−ờng ống dẫn - Chiều dày của ống dẫn - Hệ số bổ sung khi phanh ngặt - 41 -
  41. 3.1.11. Xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh Trong b−ớc này chúng ta chọn sơ bộ góc ôm má phanh và bề rộng má phanh 3.1.12. Kiểm tra điều kiện làm việc của cơ cấu phanh: Sau khi đã chọn cơ bộ các thông số cơ bản của cơ cấu phanh chúng ta kiểm tra các điều kiện làm việc của má phanh nh− công ma sát riêng, áp suất trên bề mặt má phanh và thời hạn làm việc của má phanh. - Nếu có điều kiện làm việc nào ch−a đạt yêu cầu thì chúng ta quay lại b−ớc chọn sơ bộ thông số cơ bản cơ cấu phanh - Nếu các điều kiện đều thoả mãn chúng ta tiếp tục b−ớc tiếp theo. 3.1.13. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Với các cơ cấu phanh đã chọn và nhập cũng nh− tính toán các thông số của cơ cấu phanh, chúng ta tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh. 3.1.14. Tính bền cơ cấu phanh Trong khối này chúng ta tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh, nếu không đủ bền thì quay lại điều chỉnh ở b−ớc xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh, còn nếu đủ bền thì chúng ta tiếp tục phần tính toán dẫn động phanh. 3.1.15. Tính đ−ờng kính xi lanh bánh xe Bắt đầu từ khối này chúng ta tính toán phần dẫn động phanh. Từ lực tác dụng lên cơ cấu phanh đã tính ở trên chúng ta xác định đ−ờng kính xi lanh phanh bánh xe. 3.1.16. Chọn đ−ờng kính xi lanh tổng phanh Trong khối này chúng ta chọn sơ bộ đ−ờng kính xi lanh tổng phanh dựa trên tham khảo các xe t−ơng tự. 3.1.17. Tính các thông số cơ bản của bộ trợ lực Sau khi đã chọn sơ bộ đ−ờng kính xi lanh tổng phanh, chúng ta sẽ xác định đ−ợc áp suất cần thiết cho thiết kế trợ lực phanh. Từ đó ta sẽ tính toán các thông số cơ bản của bộ trợ lực. 3.1.18. Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Khi đã thiết kế sơ bộ dẫn động phanh chúng ta cũng phải kiểm tra lại hành trình bàn đạp của ng−ời lái, nếu không đạt thì phải quay lại b−ớc chọn sơ bộ kích th−ớc dẫn động phanh. 3.1.19. Tính bền dẫn động phanh Đây là b−ớc tính toán cuối cùng, chúng ta tiến hành kiểm bền một số chi tiết trong dẫn động phanh, nếu ch−a đạt thì phải quay lại b−ớc chọn sơ bộ kích th−ớc dẫn động phanh. 3.1.20. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra bảng tổng hợp các kết quả tính toán, trên cơ sở đó lựa chọn các ph−ơng án khả thi để tiến hành b−ớc chế tạo thực tế. - 42 -
  42. 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Bắt đầu Nhập dữ liệu Cơ cấu phanh Thông số kỹ thuật Dẫn động phanh của ôtô Chọn cơ cấu phanh Chọn dẫn động phanh Điều kiện làm việc của ôtô Phanh Phanh Không có Có trợ lực đĩa tang trống trợ lực Các chỉ tiêu đánh Nhập thông số giá hiệu quả phanh Nhập thông số cơ cấu phanh dẫn động phanh Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Tính mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh Kiểm tra Kiểm tra các các điều kiện làm hành trình bàn đạp việc của cơ cấu phanh của ng−ời lái Kiểm tra bền Kiểm tra bền cơ cấu phanh dẫn động phanh Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Kết luận Kết thúc Hình 2.3.2. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh - 43 -
  43. Với trình tự các b−ớc tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh nh− trên, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán kiểm nghiệm hệ thống phanh trên hình 2.3.2. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.2.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe, cơ cấu phanh và dẫn động phanh. 3.2.2. Khối thông số kỹ thuật ôtô Khối này thực hiện chức năng nhập các thông số kỹ thuật ôtô bao gồm: - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc - Trọng l−ợng trên cầu sau - Chiều dài cơ sở - Chiều rộng toàn bộ - Chiều cao toàn bộ - Chiều cao trọng tâm - Kích th−ớc lốp: bề rộng lốp, đ−ờng kính vành bánh xe 3.2.3. Khối điều kiện làm việc của ôtô Đây là khối đ−a vào các điều kiện làm việc của ôtô phải thực hiện, bao gồm: - Hệ số bám với mặt đ−ờng - Gia tốc phanh chậm dần cực đại - Vận tốc của xe lúc bắt đầu phanh - Lực bàn đạp của ng−ời lái Ngoài ra, trong khối này cũng đ−a ra một số điều kiện làm việc cho phép nh− là: - Công tr−ợt má phanh cho phép - áp suất trên bề mặt má phanh cho phép - Hành trình bàn đạp cực đại cho phép 3.2.4. Khối chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Đây là khối đ−a các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh để so sánh, bao gồm: - Gia tốc phanh chậm dần cực đại cho phép - Thời gian phanh nhỏ nhất cho phép - Quãng đ−ờng phanh nhỏ nhất cho phép - Lực phanh riêng lớn nhất cho phép 3.2.5. Khối cơ cấu phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của cơ cấu phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn cơ cấu phanh. 3.2.6. Khối chọn cơ cấu phanh - 44 -
  44. Để nhập các dữ liệu cần thiết của cơ cấu phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại cơ cấu phanh đang lắp trên xe. 3.2.7. Nhập thông số cơ cấu phanh Sau khi đã lựa chọn cơ cấu phanh, chúng ta nhập các thông số của cơ cấu phanh lắp trên xe. Các thông số tham khảo bao gồm: * Đối với cơ cấu phanh tang trống - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Góc ôm của má phanh - Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán má phanh - Bán kính của tang trống - Bề rộng má phanh - Góc từ tâm trống phanh đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống đến xy lanh lực (hoặc tâm quay của cam phanh) - Khoảng cách từ tâm trống phanh đến đ−ờng nối tâm quay các guốc phanh (m) - Khe hở trung bình giữa má phanh và trống phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Bán kính trong của trống phanh - Bán kính ngoài của trống phanh * Đối với cơ cấu phanh đĩa: - Góc ôm má phanh - Bán kính đĩa phanh - Bán kính trong má phanh - Bán kính ngoài má phanh - Hệ số ma sát của vật liệu làm má phanh - Khe hở trung bình giữa má phanh và đĩa phanh - Độ mòn h−ớng kính cho phép của má phanh - Số l−ợng ống xi lanh 3.2.8. Khối dẫn động phanh Đây là khối thực hiện nhóm các khối nhập dữ liệu đầu vào của dẫn động phanh. Khi thực hiện tác động vào khối này sẽ đ−a ra các ph−ơng án lựa chọn dẫn động phanh. 3.2.9. Khối chọn dẫn động phanh Để nhập các dữ liệu cần thiết của dẫn động phanh tr−ớc hết ta phải chọn loại dẫn động phanh đang lắp trên xe: không có trợ lực hay có trợ lực, nếu dẫn động phanh có trợ lực thì chúng ta lại phải chọn kiểu trợ lực phanh: thuỷ lực, chân không-thuỷ lực, khí nén,v.v 3.2.10. Nhập thông số tham khảo dẫn động phanh Sau khi đã lựa chọn dẫn động phanh đang lắp trên xe, chúng ta nhập các thông số của loại dẫn động phanh đó. Các thông số tham khảo bao gồm: - 45 -
  45. - Đ−ờng kính của xi lanh tổng phanh - Đ−ờng kính của xi lanh phanh bánh xe - Hiệu suất của dẫn động thuỷ lực - Các kích th−ớc đòn của bàn đạp - Diện tích của piston trợ lực - Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xi lanh phanh chính - Bán kính bên trong của đ−ờng ống dẫn - Chiều dày của ống dẫn - Diện tích màng trợ lực - Lực lò xo trợ lực 3.2.11. Tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh Sau khi nhập các thông số của hệ thống phanh, chúng ta tính lực tác dụng lên cơ cấu phanh. 3.2.12. Tính mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh Khối này thực hiện việc tính toán mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh. 3.2.13. Kiểm tra điều kiện làm việc của cơ cấu phanh: Khối này thực hiện các công việc kiểm tra các điều kiện làm việc của má phanh nh− công ma sát riêng, áp suất trên bề mặt má phanh và thời hạn làm việc của má phanh. 3.2.14. Tính bền cơ cấu phanh Trong khối này chúng ta tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh. 3.2.15. Kiểm tra hành trình bàn đạp của ng−ời lái Trong khối này chúng ta kiểm tra lại hành trình bàn đạp của ng−ời lái. 3.2.16. Tính bền dẫn động phanh Trong khối này chúng ta tiến hành kiểm bền một số chi tiết trong dẫn động phanh. 3.2.17. Kiểm tra các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Trong khối này chúng ta thực hiện công việc đánh giá toàn bộ hệ thống theo các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của TCVN. 3.2.18. Kết luận Sau khi đã hoàn thành các b−ớc tính toán kiểm nghiệm, chúng ta đ−a ra bảng tổng kết các kết quả tính toán, trên cơ sở đó đánh giá đ−ợc tổng thể hệ thống phanh đang lắp đặt trên xe. - 46 -
  46. IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho hai bài toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán hệ thống phanh từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu cho phép ng−ời dùng lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm: Hình 2.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Thiết kế" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình thiết kế hệ thống phanh từ các thông số hoàn toàn mới hoặc trên cơ sở các xe có sẵn do ng−ời sử dụng nhập vào. Nếu chọn "Kiểm nghiệm" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình tính toán bài toán kiểm nghiệm hệ thống phanh của các xe hiện có đầy đủ các thông số. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống phanh Khi lựa chọn "Thiết kế" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống phanh có giao diện nh− sau: Hình 2.4.1.1. Menu chính "Thiết kế hệ thống phanh" - 47 -
  47. Trên menu có thanh công cụ cho phép chúng ta thực hiện các thao tác của bài toán thiết kê. Ban đầu là "Nhập dữ liệu", sau đó là "Xem kết quả" và kết thúc là "Thoát khỏi ch−ơng trình". Bên cạnh đó ng−ời sử dụng có thể xem phần "Trợ giúp" để biết thêm thông tin giúp đỡ về cách thức sử dụng ch−ơng trình trong những lần đầu tiên. 4.1.1. Nhập dữ liệu Đây là phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, lựa chọn và nhập dữ liệu của cơ cấu phanh, lựa chọn và nhập dữ liệu dẫn động phanh, dữ liệu để tính bền các chi tiết trong hệ thống. Trong mỗi modul nhập dữ liệu đều có hai phần: Nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.1.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe cơ sở đã có sẵn các thông số cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn để tham khảo khi thiết kế mới. Hình 2.4.1.2. Nhập dữ liệu từ tệp Khi ta chọn đ−ợc tệp dữ liệu thì ch−ơng trình sẽ hiện ra các menu giống nh− nhập dữ liệu từ bàn phím cho phép ng−ời sử dụng có thể tham khảo để giữ nguyên hay sửa đổi các thông số của xe đó (các menu này sẽ đ−ợc trình bày cụ thể ở d−ới đây). 4.1.1.2. Nhập dữ liệu của xe và điều kiện làm việc Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: Sau khi đã nhập đầy đủ các thông số cơ bản của xe và các điều kiện làm việc, chúng ta có thể l−u lại các thông số này khi bấm vào "L−u lại", hoặc có thể bấm "Tiếp tục" để kết thúc phần nhập dữ liệu xe, chuyển sang phần tiếp theo. Bấm "Thoát" khi nhập dữ liệu sai hoặc không muốn nhập dữ liệu nữa. - 48 -
  48. Hình 2.4.1.3. Nhập dữ liệu xe 4.1.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh Sau khi đã nhập dữ liệu của xe, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập dữ liệu của cơ cấu phanh. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Cơ cấu phanh" sẽ hiện ra menu lựa chọn kết cấu của các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau: Hình 2.4.1.4. Lựa chọn cơ cấu phanh - 49 -
  49. Ng−ời sử dụng sẽ lựa chọn kiểu kết cấu của các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau, có các loại cơ cấu phanh đĩa (loại 1 xilanh và 2 xi lanh), cớ cấu phanh tang trống (loại 1 xi lanh đối xứng tâm hoặc 2 xi lanh đối xứng trục). Sau khi bấm "Chấp nhận" đối với các cơ cấu phanh cầu tr−ớc và cầu sau sẽ đi vào nhập các thông số của cơ cấu phanh đã lựa chọn. Kết thúc phần lựa chọn và nhập thông số của cơ cấu phanh, có thể bấm vào "L−u lại" để l−u trữ các số liệu vừa nhập, hoặc "Tiếp tục" để thực hiện các thao tác tiếp theo. Nếu không muốn nhập dữ liệu nữa chúng ta có thể bấm vào "Thoát". Khi đã lựa chọn cơ cấu phanh cho mỗi cầu xe (đĩa, trống), ch−ơng trình sẽ hiện ra một menu cho phép nhập dữ liệu cơ cấu phanh. Có hai modul chính trong menu này là "Nhập dữ liệu của cơ cấu phanh đĩa" và "Nhập dữ liệu của cơ cấu phanh tang trống" a. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh đĩa Khi bấm chọn "Chấp nhận" sau khi đã lựa chọn loại cơ cấu phanh loại đĩa, ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu nhập dữ liệu cơ cấu phanh đĩa cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và đ−a các thông số của cơ cấu phanh đĩa: Hình 2.4.1.5. Nhập thông số cơ cấu phanh đĩa Kết thúc phần nhập dữ liệu của cơ cấu phanh đĩa, bấm vào "Tiếp tục", hoặc bấm "Thoát" khi không muốn tiếp tục nhập dữ liệu cơ cấu phanh loại đĩa. b. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh tang trống Khi bấm chọn "Chấp nhận" sau khi đã lựa chọn loại cơ cấu phanh loại tang trống, ch−ơng trình sẽ đ−a ra menu nhập dữ liệu cơ cấu phanh tang trống cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và đ−a các thông số của cơ cấu phanh tang trống: - 50 -
  50. Hình 2.4.1.6. Nhập thông số cơ cấu phanh tang trống Kết thúc phần nhập dữ liệu của cơ cấu phanh tang trống, bấm vào "Tiếp tục", hoặc bấm "Thoát" khi không muốn tiếp tục nhập dữ liệu cơ cấu phanh loại tang trống. 4.1.1.4. Nhập dữ liệu dẫn động phanh Sau khi đã chọn và nhập thông số của cơ cấu phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập các thông số của dẫn động phanh. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Dẫn động phanh" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của dẫn động phanh: Hình 2.4.1.7. Nhập thông số dẫn động phanh - 51 -
  51. Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng lựa chọn và nhập thông số của dẫn động phanh (loại cơ khí hoặc có trợ lực chân không). Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần cơ cấu phanh. 4.1.1.5. Nhập dữ liệu tính bền Sau khi đã chọn và nhập thông số của dẫn động phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập các thông số để tính bền một số chi tiết của hệ thống. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số tính bền" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của các chi tiết tính bền: Hình 2.4.1.8. Nhập thông số tính bền Ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập thông số của các chi tiết tính bền (tang trống, đ−ờng ống dẫn động). Sau khi thực hiện việc nhập các thông số, ng−ời sử dụng cũng có thể lựa chọn khi bấm "L−u lại", "Tiếp tục", "Thoát" nh− ở phần tr−ớc. 4.1.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc thiết kế hệ thống phanh nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán thiết kế hệ thống phanh". - 52 -
  52. Hình 2.4.1.9. Kết quả tính toán các giá trị đặc biệt Hình 2.4.1.10. Kết quả tính toán cơ cấu phanh - 53 -
  53. Hình 2.4.1.11. Kết quả tính toán dẫn động phanh Hình 2.4.1.12. Kết quả tính bền - 54 -
  54. 4.2. Ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh Khi lựa chọn "Kiểm nghiệm" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh có giao diện nh− sau: Hình 2.4.2.1. Menu chính "Kiểm nghiệm hệ thống phanh" 4.2.1. Nhập dữ liệu Đây là cũng phần ch−ơng trình rất quan trọng, bao gồm các modul nhập dữ liệu chung của xe, nhập dữ liệu của cơ cấu phanh, dẫn động phanh, dữ liệu để tính bền và quan trọng nhất là các chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh cũng nh− các điều kiện làm việc cho phép của hệ thống phanh. T−ơng tự nh− phần thiết kế khi nhập dữ liệu có thể bằng hai cách: nhập dữ liệu từ bàn phím và nhập dữ liệu từ tệp. 4.2.1.1. Nhập dữ liệu từ tệp Khi bấm chọn nhập dữ liệu từ tệp của mỗi modul sẽ hiện ra bảng lựa chọn các tệp dữ liệu của các xe hiện đang sử dụng tại Việt Nam do nhóm tác giả thu thập đ−ợc. Ngoài ra ng−ời sử dụng cũng có thể l−u trữ lại bộ thông số của các xe khác trong quá trình sử dụng. Hình 2.4.2.2. Nhập dữ liệu từ tệp 4.2.1.2. Nhập dữ liệu của xe Khi bấm chọn "Nhập dữ liệu từ bàn phím" để nhập dữ liệu xe, sẽ hiện ra menu để ng−ời sử dụng nhập các thông số phục vụ cho quá trình tính toán: 4.2.1.3. Nhập dữ liệu cơ cấu phanh Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Cơ cấu phanh" sẽ hiện ra menu cho phép ng−ời sử dụng nhập dữ liệu kiểm nghiệm cơ cấu phanh. Giao diện của phần nhập dữ liệu xe và cơ cấu phanh cũng t−ơng tự nh− ở phần Thiết kế. - 55 -
  55. 4.2.1.4. Nhập dữ liệu dẫn động phanh Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số hệ thống phanh/ Dẫn động phanh" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của dẫn động phanh: Hình 2.4.2.3. Nhập dữ liệu dẫn động phanh 4.2.1.5. Nhập các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Các chỉ tiêu đánh giá" sẽ hiện ra menu nhập thông số: Hình 2.4.2.4. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép - 56 -
  56. 4.2.1.6. Nhập dữ liệu tính bền Sau khi đã chọn và nhập thông số của dẫn động phanh, ch−ơng trình cho phép ng−ời sử dụng nhập các thông số để tính bền một số chi tiết của hệ thống. Khi bấm chọn "Dữ liệu/ Thông số tính bền" sẽ hiện ra menu nhập các thông số của các chi tiết tính bền (t−ơng tự nh− ở phần Tính toán thiết kế hệ thống phanh) 4.2.2. Xem kết quả Sau khi đã hoàn thành phần nhập dữ liệu, ch−ơng trình sẽ tự động tính toán và các kết quả tính sẽ đ−ợc thể hiện khi ng−ời sử dụng bấm vào phần "Xem kết quả" ở menu chính. Khi bấm vào "Xem kết quả", lần l−ợt các bảng hiện kết quả sẽ đ−ợc thể hiện: Hình 2.4.2.5. Kết quả kiểm nghiệm lực và mômen phanh Trên các bảng thể hiện kết quả, ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Xem tiếp" để chuyển qua bảng kết quả tiếp theo, hoặc "Quay lại" khi muốn xem bảng kết quả tr−ớc đó. Bấm "Thoát" khi kết thúc phần xem kết quả. Trong phần xem kết quả kiểm nghiệm có thể hiện lại các thông số xe, cũng nh− thông số của hệ thống phanh. Tuy nhiên quan trọng nhất là bảng thể hiện các kết quả tính toán so sánh với các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh cũng nh− so sánh các điều kiện làm việc cho phép. Bên cạnh là các kết luận (đạt/ không đạt) khi so sánh với từng chỉ tiêu. Điều này cho phép chúng ta có thể đánh giá đ−ợc hệ thống phanh hiện lắp đặt trên xe có phù hợp và đảm bảo đ−ợc các yêu cầu khi làm việc hay không. - 57 -
  57. Hình 2.4.2.6. Kết quả đánh giá hiệu quả phanh và điều kiện làm việc cho phép Sau khi xem xong kết quả mà không muốn thực hiện công việc tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh nữa, thì ng−ời sử dụng có thể lựa chọn "Thoát khỏi ch−ơng trình" để quay về menu lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm nh− ban đầu để kết thúc phần "Tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh". - 58 -
  58. V. Kết luận Ch−ơng trình "Tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống phanh" với giao diện bằng tiếng Việt thân thiện, dễ hiểu, dễ sử dụng đã đạt đ−ợc một số kết quả sau: - Tổng hợp đ−ợc các công thức và ph−ơng pháp tính toán đã đ−ợc sử dụng ở Việt Nam trong những năm qua. - Xây dựng đ−ợc ch−ơng trình tính toán có giao diện bằng tiếng Việt dễ hiểu, dễ sử dụng. Ch−ơng trình này sẽ giúp cho các kỹ s− chuyên ngành giảm nhẹ đ−ợc công việc tổng hợp lại các b−ớc và công thức tính, cũng nh− giảm đ−ợc khối l−ợng và thời gian tính toán so với tr−ớc đây còn phải sử dụng bằng tay. - Tổng hợp đ−ợc quá trình tính toán trên một số các kết cấu của hệ thống phanh hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thị tr−ờng Việt Nam và có thể áp dụng ch−ơng trình để kiểm nghiệm các loại xe này, cũng nh− có thể dựa trên cơ sở thông số của các loại xe hiện có để thiết kế cho các loại xe đóng mới tại Việt Nam có kết cấu t−ơng tự. - Ch−ơng trình có thể mở rộng tính toán cho một số kết cấu của hệ thống phanh khác phức tạp hơn nh− hệ thống phanh khí nén, các loại trợ lực phanh, điều hoà lực phanh, v.v Bên cạnh những mặt đạt đ−ợc, ch−ơng trình còn có một số khiếm khuyết sau: - Ch−ơng trình xây dựng mới tổng hợp đ−ợc một số l−ợng các kết cấu hiện có trên thị tr−ờng chủ yếu xoay quanh hệ thống phanh thuỷ lực nên ch−a áp dụng đ−ợc với hệ thống phanh khí, cũng nh− các kiểu trợ lực phanh, điều hoà lực phanh còn ch−a đi sâu nghiên cứu. - Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ch−a có sự tổng hợp để ứng dụng một cách tự động hoá, điều này làm hạn chế khả năng ứng dụng của ch−ơng trình trong quá trình đánh giá lại các loại xe hiện có tại Việt Nam - Ch−ơng trình chạy trong môi tr−ờng của phần mềm Matlab 5.3, tuy đây là phần mềm sẵn có và sử dụng t−ơng đối thuận tiện nh−ng phải cài đặt phần mềm này mới chạy đ−ợc. - 59 -
  59. Ch−ơng Iii. Tính toán hệ thống treo I. Đặt vấn đề 1.1. Tổng quát Độ êm dịu là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất l−ợng của ôtô, hay nói cách khác nó đảm bảo cho tiện nghi của con ng−ời trên xe. Độ êm dịu của ôtô phụ thuộc rất nhiều vào chất l−ợng của hệ thống treo lắp đặt trên xe đó. Vì vậy hệ thống treo trên ôtô là một hệ thống có vai trò quan trọng. Hệ thống treo trên ôtô có nhiệm vụ chủ yếu là giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung xe và dập tắt các dao động đó, hay là đảm bảo độ êm dịu cần thiết cho xe khi chuyển động. Việc đánh giá độ êm dịu của ôtô chính là đánh giá chất l−ợng của hệ thống treo trên ôtô. Một chiếc xe đ−ợc đánh giá là tốt hay tiện nghi khi hệ thống treo của nó phải thoả mãn các chỉ tiêu về độ êm dịu. Khi thiết kế hệ thống treo phải đảm bảo các yêu cầu sau: - Đảm bảo nối mềm phù hợp với tính êm dịu chuyển động yêu cầu, tức là hệ thống cần có tần số dao động riêng nằm trong giới hạn 60ữ120 (lần / phút). - Giảm tối thiểu va đập cứng, hạn chế xung lực tác dụng từ bánh xe lên khung. - Đảm bảo hệ số bám trung bình của bánh xe với nền. - Dập tắt nhanh dao động của thân xe khi đi trên đ−ờng gồ ghề. - Trọng l−ợng phần không treo nhỏ. - Hạn chế đến mức lớn nhất các chuyển động theo ph−ơng không mong muốn, nhằm giữ đúng khả năng làm việc của bánh xe dẫn h−ớng,đảm bảo tính điều khiển của ôtô. - Nghiêng ngang thùng xe nhỏ, ôtô con: 6°ữ8°; ôtô khách: 6°ữ10°; ôtô tải: 8°ữ 12°. - Tại các vị trí liên kết với khung vỏ không gây lên tải trọng lớn đảm bảo tuổi thọ của các liên kết. 1.2. Phân loại hệ thống treo Hệ thống treo trên bât kỳ một chiếc xe nào đều có các bộ phận đàn hồi, bộ phận giảm chấn và bộ phận dẫn h−ớng. Vì vậy hệ thống treo trên mỗi xe có đặc điểm kết cấu riêng của nó, bởi vậy ph−ơng pháp và cách thức tính toán chúng cũng có những điểm riêng biệt. Do đó để có thể hệ thống hoá đ−ợc các hệ thống treo chúng ta phải tiến hành phân loại và tổng hợp chúng. Theo bộ phận đàn hồi chia ra: - Kim loại (nhíp là, lò xo trụ, thanh xoắn, ) - Khí (ống cao su, loại màng, ) - Thuỷ lực (loại ống) - Cao su (loại chịu nén, loại chịu xoắn) Theo ph−ơng pháp dập tắt chân động chia ra: - Loại giảm chấn thuỷ lực (một chiều, hai chiều) - Loại ma sát cơ (ma sát trong bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn h−ớng) - 60 -
  60. Theo sơ đồ bộ phận dẫn h−ớng chia ra: - Hệ thống treo phụ thuộc - Hệ thống treo độc lập Hình 3.1.1. Sơ đồ tổng thể hệ treo phụ thuộc (a) và hệ treo độc lập (b) 1) Thùng xe; 2) Bộ phận đàn hồi; 3) Bộ phận giảm chấn; 4) Dầm cầu cứng; 5) Các đòn liên kết của hệ treo 1-Dầm cấu; 2-Nhíp lá; 3- Quang treo; 1-Giảm chấn; 2-Quang treo; 3- Đòn 4-Cơ cấu phánh; 5-Giảm chấn; 6-Khớp truyền lực bên; 4-Vấu hạn chế; 5-Dầm quay cầu; 6-Khớp quay; 7-Nhíp lá Hình 3.1.2. Một số hệ thống treo phụ thuộc Với sự đa dạng của từng cụm bộ phận trong hệ thống treo nh− trên, chúng ta thấy rằng khi sử dụng phải phân loại khá phức tạp và với mỗi loại lại có các quá trình và công thức tính toán khác nhau, nh− vậy là khá phức tạp và tốn nhiều công sức, thời gian tính toán lâu và nh− vậy là hiệu quả công việc thấp. Trong ch−ơng trình, chúng tôi tiến hành phân loại tính toán theo các b−ớc nh− sau: - B−ớc 1: Chọn hệ thống treo: phụ thuộc hay độc lập - B−ớc 2: Chọn kết cấu của hệ thống treo đó (cầu tr−ớc, cầu sau) - 61 -
  61. Sau khi đã chọn đầy đủ các cấu thành của toàn bộ hệ thống, ch−ơng trình sẽ tính toán cụ thể đối với mỗi loại hệ thống treo. Hình 3.1.3. Một số loại giảm chấn hiện đang đ−ợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam a) Giảm chấn của hãng Fistel b) Các cụm van của giảm chấn T27, T32 của hãng Boge a) b) 1.3. Nhiệm vụ Ch−ơng trình tính toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống treo thực hiện những nhiệm vụ sau: a. Với bài toán thiết kế: - Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống. - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. b. Với bài toán kiểm nghiệm: - Kiểm tra điều kiện làm việc của hệ thống (tần số dao động, độ êm dịu) - Kiểm tra bền các chi tiết quan trọng của hệ thống. - Đánh giá hệ thống theo các chỉ tiêu về độ êm dịu. - 62 -
  62. II. Các b−ớc tính toán: 2.1. Với bài toán thiết kế: Yêu cầu đặt ra đối với bài toán thiết kế là cho các thông số kỹ thuật của xe, cho điều kiện làm việc, chúng ta tính toán các thông số kỹ thuật cơ bản của hệ thống treo, sau đó chọn và kiểm tra quá trình làm việc của hệ thống treo đó thoả mãn các tiêu chuẩn về bền và êm dịu cho phép. Qui trình tính toán gồm các b−ớc sau: - Tính các thông số dao động của bánh xe: tần số dao động, độ võng tĩnh, độ võng động, độ cứng sơ bộ của nhíp. - Tính toán bộ phận đàn hồi (nhíp): + Xác định các thông số cơ bản của nhíp: số lá, chiều dày, bề rộng, chiều dài của mỗi lá nhíp. +Tính độ cứng chính xác của khối nhíp và kiểm tra lại tần số dao động riêng của khối nhíp. + Tính bền nhíp. - Tính toán bộ phận giảm chấn (nếu có): + Xác định các thông số cơ bản của giảm chấn: đ−ờng kính xi lanh, hành trình làm việc piston. + Tính toán các van và lò xo trong giảm chấn. + Tính nhiệt và tính bền giảm chấn. 2.1.1. Tính các thông số dao động của bánh xe: 2.1.1.1. Đối với nhíp đơn a. Xác định tải trọng đặt lên nhíp M: Mục đích của việc thiết kế là tính toán bộ nhíp ở mỗi bánh xe ở cầu tr−ớc và cầu sau (giả sử các nhíp của bánh xe bên trái và bên phải của mỗi cầu là giống nhau). Vì vậy ban đầu chúng ta phải có tải trọng đặt lên mỗi bộ nhíp ở các bánh xe. Đối với nhíp đơn đặt tại bánh xe, tải trọng tính toán là khối l−ợng đ−ợc treo đặt trên nhíp ở mỗi bánh xe cầu tr−ớc và cầu sau. b. Tần số dao động: Tần số dao động của bộ nhíp đ−ợc chọn sơ bộ ban đầu: Đối với xe du lịch: n = 60 - 85 lần/phút Đối với xe tải: n = 85 - 120 lần/phút c. Tần số dao động góc ω: πn Tần số dao động góc ω đ−ợc tính theo công thức: ω = (lần/s) (3.1.1) 30 d. Độ cứng sơ bộ của khối nhíp C: Độ cứng sơ bộ của khối nhíp: C = M.ω2.10-3 (kG/cm) (3.1.2) - 63 -
  63. e. Độ võng tĩnh ft: M Độ võng tĩnh: f = (cm) (3.1.3) t C g. Độ võng động fd: Độ võng động: fd = (0,7 ữ 0,8)ft (cm) (3.1.4) h. Độ võng tổng cộng fp: Độ võng tổng cộng: fp = ft + fd (cm) (3.1.5) 2.1.1.2. Đối với nhíp kép a. Phân tải cho nhíp kép Đối với nhíp kép ở bánh xe thì ta phải phân tải cho nhíp chính và nhíp phụ. Trình từ phân tải cho nhíp kép nh− sau: - Xác định độ cứng sơ bộ của nhíp chính ở chế độ không tải: 2 -3 Cc = Mkt.ω0 .10 (kG/cm) (3.1.6) Trong đó: Mkt: khối l−ợng đ−ợc treo đặt lên mỗi bánh xe ở chế độ không tải (kG) πn ω = 0 (lần/s) (3.1.7) 0 30 với n0: tần số dao động của nhíp ở chế độ không tải (lần/phút) M kt - Độ võng tĩnh của nhíp ở chế độ không tải: f t = (cm) (3.1.8) C c - Độ võng của khối nhíp khi nhíp phụ bắt đầu làm việc: f0 ≈ 1,2.ft (cm) (3.1.9) - Tải trọng tác dụng lên khối nhíp khi nhíp phụ bắt đầu làm việc: Z0 = Cc . f0 (kG) (3.1.10) πn - Tần số dao động góc của khối nhíp ở chế độ toàn tải: ω = (lần/s) (3.1.11) 30 với n: tần số dao động của nhíp ở chế độ toàn tải (lần/phút) - Độ cứng toàn bộ của khối nhíp: C = M.ω2.10-3 (kG/cm) (3.1.12) Trong đó M là khối l−ợng đ−ợc treo đặt lên bánh xe ở chế độ toàn tải (kG) - Độ cứng của nhíp phụ: CP = C - Cc (kG/cm) (3.1.13) 2 ⎛ 300 ⎞ - Độ võng tĩnh của nhíp lúc đầy tải: f tt = ⎜ ⎟ (cm) (3.1.14) ⎝ n ⎠ - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên nhíp phụ: ZPmax = CP(ftt - f0) (kG) (3.1.15) - Tải trọng lớn nhất tác dụng lên nhíp chính: Zcmax = M - ZPmax (kG) (3.1.16) Sau khi đã phân tải sơ bộ cho nhíp chính và nhíp phụ ta mới tiến hành các quá trình xác định các thông số dao động cho từng bộ nhíp (chính, phụ) b. Tần số dao động: - 64 -
  64. Tần số dao động của nhíp chính và nhíp phụ cũng đ−ợc chọn sơ bộ nh− ở nhíp đơn. c. Tần số dao động góc ω: πn Tần số dao động góc ω đ−ợc tính theo công thức: ω = (lần/s) (3.1.17) 30 d. Độ võng tĩnh ft: 2 ⎛ 300 ⎞ Độ võng tĩnh đ−ợc tính theo công thức: f t = ⎜ ⎟ (cm) (3.1.18) ⎝ n ⎠ e. Độ võng động fd: Độ võng động: fd = (0,7 ữ 0,8)ft (cm) (3.1.19) g. Độ võng tổng cộng fp: Độ võng tổng cộng: fp = ft + fd (cm) (3.1.20) h. Độ cứng sơ bộ của nhíp C: M Độ cứng sơ bộ của nhíp C: C = (kG/cm) (3.1.21) f t 2.1.2. Tính toán bộ phận đàn hồi 2.1.2.1. Xác định các thông số cơ bản của nhíp: a. Xác định chiều dài lá nhíp gốc: Chiều dài lá nhíp gốc: L = K.la (cm) (3.1.22) Trong đó: K: hệ số kinh nghiệm. K = 0,4 - 0,55 la: chiều dài cơ sở của xe (cm) b. Xác định chiều dày các lá nhíp: Chiều dày h của các lá nhíp đ−ợc tính theo công thức: 2α (l − 0,5d )(l − 0,5d )σ h = p 1 c 1a c max (m) (3.1.23) 3Ef p Trong đó: αp: hệ số biến dạng của nhíp. αp = 1,2 - 4. dc: Khoảng cách giữa 2 bulông quang nhíp (cm) l1: Nửa chiều dài lá nhíp gốc l1a = l1 = L/2 (nhíp đối xứng) fp: độ võng tổng cộng của bộ nhíp (cm) 2 σmax: ứng suất cực đại cho phép (kG/cm ) E: môđun đàn hồi của vật liệu (E=2,1.106 kG/cm2) c. Bề rộng của các lá nhíp: b Bề rộng b của các lá nhíp đ−ợc chọn sao cho 6 < <10 (3.1.24) h - 65 -
  65. d. Số lá nhíp: 12J Số lá nhíp n đ−ợc tính theo công thức: n = p (3.1.25) bh 3 Trong đó: b: bề rộng của các lá nhíp h: chiều dày của các lá nhíp Jp: mô men quán tính tổng cộng của bộ nhíp: α C()l l 2 J = p 1a 1 (cm4) (3.1.26) p 3EL e. Xác định chiều dài các lá nhíp: Chiều dài lá nhíp thứ k đ−ợc tính theo công thức: lk = lk-1 - xk-1 (cm) (3.1.27) Trong đó: lk: chiều dài lá nhíp thứ k (cm) lk-1: chiều dài lá nhíp thứ k-1 (cm) xk-1: độ chênh lệch chiều dài giữa 2 lá nhíp thứ k và k-1 để đảm bảo phân bố ứng suất hợp lý nhất. xk-1 đ−ợc tính theo công thức: γ k K p ()l1 − 0,5d c J k x k = k (cm) (3.1.28) ∏βi .J p i=2 Trong đó: l1: Nửa chiều dài lá nhíp gốc (cm) dc: Khoảng cách giữa 2 bulông quang nhíp (cm) b h 3 J : mô men quán tính của lá nhíp thứ k, J = k k (cm4) (3.1.29) k k 12 4 Jp: mô men quán tính tổng cộng của bộ nhíp (cm ) γk: hệ số phân bố ứng suất có giá trị trong bảng: Loại nhíp Giá trị γk Lá gốc Lá số 2 Lá số 3 Còn lại Các lá có chiều dài khác nhau 0,6 - 0,8 0,7 - 0,9 0,9 - 1 1 Lá thứ hai dài bằng lá gốc 0,6 - 0,8 0,6 - 0,8 0,7 - 0,9 1 Kp: hệ số xét đến ảnh h−ởng của lá nhíp cuối cùng đến sự tăng ứng suất: - 66 -
  66. ⎛ J ⎞ J K = ⎜1 − α k ⎟ p (3.1.30) p ⎜ p ⎟ ⎝ J p ⎠ J p − J k βi: hệ số tính toán theo công thức: li−1 − 0,5d c l1 − 0,5d c J i−1K p βi = − i−1 (3.1.31) li − 0,5d c li − 0,5d c ∏β k J p k=2 2.1.2.2. Tính chính xác độ cứng và độ võng của khối nhíp Giả thuyết tính toán theo ph−ơng pháp Parkhilopxki: - Nhíp lá đ−ợc cấu trúc thành bó có bán kính cong khi chế tạo thay đổi - Lực tác dụng từ lá này sang lá khác chỉ đặt tại đầu mút - Quan hệ biến dạng và chuyển vị tuân theo định luật Huc - Trong tính toán coi các lá nhíp một đầu bị ngàm tại quang nhíp và lá nhíp chỉ chịu uốn P=Q/2 l l 1 2 l3 a2 a3 ln- ln-1 an- ln an- an a n+1 Hình 3.2.1. Sơ đồ tính toán nhíp a. Độ cứng của nhíp Độ cứng của khối nhíp (đối xứng) đ−ợc tính theo công thức: 6E C = α k=n (3.1.32) 3 ∑ a k+1 (y k − y k+1 ) k=1 Trong đó: α: hệ số thực nghiệm α = 0,85 E: môđun đàn hồi của vật liệu (E = 2,1.106 kG/cm2) ak = l1 - lk (cm) (hình 3.2.1) 1 yk đ−ợc tính theo công thức: Yk = k (3.1.33) ∑ J i i=1 - 67 -
  67. Ji là mô men quán tính của lá nhíp thứ i b. Tính độ võng tĩnh: Độ võng tĩnh của nhíp ft cho nhíp đối xứng: k=n Q n 3 f t = ∑ a k+1 (y k − y k+1 ) (cm) (3.1.34) 6E k=1 c. Kiểm tra lại tần số dao động riêng của khối nhíp 300 Tần số dao động riêng đ−ợc xác định theo công thức: n = (lần/phút) (3.1.35) f t 2.1.2.3. Tính bền nhíp: a. Tính phản lực tại các lá nhíp lk Xk-1 X k a k+1 X lk+1 k Xk a k+2 lk+2 Xk+1 Xk+2 Hình 3.2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên lá nhíp Hệ ph−ơng trình tính toán phản lực của bộ nhíp: ⎧A 2 P + B2 X 2 + C 2 X 3 = 0 ⎪ ⎪A 3 X 2 + B3 X 3 + C3 X 4 = 0 ⎨ (3.1.36) ⎪ ⎪ ⎩A n X n−1 + Bn X n = 0 Trong đó: 3 J ⎛ l ⎞ ⎛ J ⎞ ⎛ l ⎞ ⎛ l ⎞ k ⎜ k−1 ⎟ ⎜ k ⎟ ⎜ k+1 ⎟ ⎜ k ⎟ A k = 0,5 ⎜3 −1⎟ , Bk = −⎜1 + ⎟, C k = 0,5⎜ ⎟ .⎜3. −1⎟ (3.1.37) J k−1 ⎝ l k ⎠ ⎝ J k−1 ⎠ ⎝ l k ⎠ ⎝ l k+1 ⎠ Jk: Mômen quán tính của lá nhíp thứ k lk: chiều dài lá nhíp thứ k Giải hệ ph−ơng trình (3.1.36) bằng ph−ơng pháp thế ta sẽ có đ−ợc phản lực tại các lá nhíp. b. Tính ứng suất tĩnh tại các lá nhíp Thanh chịu lực uốn d−ói tác dụng của các lực Xk, do vậy ứng suất của một lá nhíp đ−ợc tính NG TU theo hai tiết diện tại ngàm σ uk và tại chỗ tựa σ uk của nhíp nằm kề: - 68 -
  68. NG NG M uk l k X k − l k+1X k+1 2 σ uk = NG = 2 (kG/cm ) (3.1.38) Wuk b k h k 6 TU TU M uk (l k − l k+1 )X k 2 σ uk = TU = 2 (kG/cm ) (3.1.39) Wuk b k h k 6 c. Tính ứng suất động cho lá nhíp: Hệ số tải trọng động Kđ của bộ nhíp lá th−ờng chọn trong khoảng Kđ =1,8 - 2,2. 2 ứng suất động tính theo công thúc: σđ = Kđ.σt (kG/cm ) (3.1.40) 2.1.3. Tính toán bộ phận giảm chấn (giảm chấn thuỷ lực) Giảm chấn đ−ợc sử dụng trên hệ thống treo độc lập hiện nay thông th−ờng loại giảm chấn ống thuỷ lực (1 chiều, 2 chiều). Thông th−ờng các hãng đã chế tạo các loại giảm chấn này, bởi vậy việc tính toán giảm chấn thực chất là chọn giảm chấn sau đó kiểm tra điều kiện làm việc và tính bền giảm chấn. Bảng tham khảo chọn giảm chấn: Kích th−ớc (mm) Hành trình làm Sử dụng cho Kiểu Loại Hãng việc hgc (mm) φtrục (dt) φpison (d) φvỏ (D) Xe con Xe tải T27 11 27 38,3 300 x T32 11 32 45,3 350 x T40 15 40 57 400 x BOGE T50 20 50 72 400 x T70 28 70 110 450 x S26 11 26 38,4 300 x Hai lớp vỏ S30 11 30 44 350 x T36 15 36 55 450 x F&S T45 17 45 65 450 x T55 17 55 80 400 x T70 22 70 95 400 x B36 11 36 40 320 x B46 11 46 50 400 x x Bilstein B60 14 60 65 450 x ET36 11 36 40 300 x F&S ET45 11 45 58 350 x Một lớp vỏ TR36 11 36 40 300 x BOGE TR46 11 46 50 350 x - 69 -
  69. Sau khi chọn giảm chấn cần thiết tiến hành tính lại tỷ số truyền bố trí giảm chấn i sao cho khả năng dập tắt dao động là tốt nhất bằng cách bố trí các góc nghiêng giảm chấn phù hợp. 2.1.3.1. Xác định hệ số cản ở hành trình nén và trả a. Tỷ số truyền của giảm chấn: Tỷ số truyền của giảm chấn i đ−ợc tính theo công thức: 1 i = (3.1.41) cos δ.cos θ Trong đó: δ và θ là các góc đặt của giảm chấn trong hai mặt phẳng dọc và ngang. b. Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén nhẹ, trả nhẹ: 2MωΨ K = n (kG.s/m) (3.1.42) n i 2 2MωΨ K = tr (kG.s/m) (3.1.43) tr i 2 Trong đó: M: trọng l−ợng phần đ−ợc treo (kG.s2/m) i: tỷ số truyền của giảm chấn (đã xác định ở trên) πn ω: tần số dao động góc. ω = (rad/s) 30 n: tần số dao động của phần treo ψn, ψtr: các hệ số không chu kỳ ở hành trình nén, trả. Thông th−ờng ψtr = 3ψn (3.1.44) ψ∑ = ψn + ψtr. Theo kinh nghiệm ψ∑ = 0,25 - 0,45 c. Hệ số cản của giảm chấn trong hành trình nén mạnh, trả mạnh: Các hệ số cản của giảm chấn ở hành trình nén mạnh và trả mạnh th−ờng đ−ợc chọn theo kinh nghiệm: Knm = 0,6 Kn Ktrm = 0,6 Ktr (3.1.45) 2.1.3.2. Xác định lực cản sinh ra trong giảm chấn: a. Hành trình nén nhẹ, trả nhẹ: Lực cản nén nhẹ: Pn = Kn.v1 Lực cản trả nhẹ: Ptr = Ktr.v1 (3.1.46) trong đó v1: tốc độ dịch chuyển của giảm chấn khi van giảm tải bắt đầu mở. v1 ≈ 0,3 m/s. b. Hành trình nén mạnh, trả mạnh: Lực cản nén mạnh: Pnm = Pn + Knm.(v2 -v1) Lực cản trả mạnh: Ptrm = Ptr + Ktrm.(v2 -v1) (3.1.46) trong đó v2: tốc độ dịch chuyển của giảm chấn khi van giảm tải mở hoàn toàn. v2 ≈ 0,6 m/s. - 70 -
  70. 2.1.3.3. Kiểm tra điều kiện truyền nhiệt: * Công suất toả nhiệt của giảm chấn: Q N max = αS(Tmax - Tmt)/t (kGm/s) (3.1.47) Trong đó: v: vận tốc dịch chuyển của piston (m/s). v ≈ 0,3 m/s. α: hệ số truyền nhiệt: α = (50-70).427 kGm/m2.độ.giờ o Tmt: nhiệt độ môi tr−ờng, ở Việt Nam lấy bằng 35 C. o Tmax: nhiệt độ lớn nhất của giảm chấn, lấy bằng 120-130 C S: diện tích vỏ ngoài của giảm chấn ⎛ D ⎞ 2 S = πD⎜ + L gc ⎟ (m ) (3.1.48) ⎝ 2 ⎠ D: Đ−ờng kính ngoài của giảm chấn Lgc : Chiều dài phần chứa dầu của giảm chấn. Lgc = 2hgc + (3 - 5)d * Công suất sinh ra khi giảm chấn làm việc với lực cản lớn nhất: P N max = γ1.β.hgc.P.ω (kGm/s) (3.1.49) Trong đó: γ1: Hệ số tăng năng l−ợng sức cản. γ1 = 1,5 β: Hệ số thu năng l−ợng. β = (0,05 - 0,15) hgc: hành trình làm việc của giảm chấn (m) P: lực cản cực đại sinh ra khi làm việc của giảm chấn (kG) ω: tần số dao động góc của hệ thống treo (rad/s) Q P * Kiểm tra điều kiện truyền nhiệt: N max > N max (3.1.50) 2.1.3.4. Kiểm bền giảm chấn: a. Kiểm bền xilanh giảm chấn Xilanh giảm chấn chịu kéo, nén. Theo sức bền vật liệu, ứng suất t−ơng đ−ơng xi lanh giảm chấn đ−ợc tính theo công thức: 2 2 σ td = σ k + σ n − σ k σ n ≤ []σ (3.1.51) * σk: ứng suất kéo xilanh do lực Pmax gây ra: P K Z σ = max = d (3.1.52) k πd()D − d πd()D − d * σn: ứng suất do áp lực dầu gây ra: P .d σ = tr max (3.1.53) n D − d Trong đó: - 71 -
  71. Z: tải trọng tác dụng lên giảm chấn (N) (trọng l−ợng phần đ−ợc treo) Kd: Hệ số tải trọng động (Kd = 1,75) d: Đ−ờng kính xi lanh (đ−ờng kính piston) (m) D: Đ−ờng kính ngoài xi lanh (m) Ptrmax: Lực cản của dầu trong hành trình trả * [σ]: ứng suất cho phép của vật liệu làm xi lanh. Với xilanh d−ợc làm từ thép 42CrMS4, [σb] = 840 MPa. Chọn hệ số an toàn là 1,5, ta có: []σ []σ = b = 560 (MPa) n 1,5 []σ []σ = n = 373 (MPa) X 1,5 ứng suất t−ơng đ−ơng cho phép: 2 2 2 2 2 []σ td = [][]σ n + σ X = 560 + 373 = 672 (MPa) = 6720 kN/m b. Kiểm bền thanh đẩy piston giảm chấn Thanh đẩy piston giảm chấn chịu kéo. 4.Pmax 4K d Z σ k = 2 = 2 ≤ []σ k (3.1.54) πd td πd td 2.2. Với bài toán kiểm nghiệm: Yêu cầu với bài toán kiểm nghiệm là với xe đã có đầy đủ các thông số kỹ thuật chung và các thông số của hệ thống treo, chúng ta kiểm tra bền các chi tiết của hệ thống và đánh giá độ êm dịu của hệ thống. Qui trình tính toán kiểm nghiệm gồm các b−ớc sau: - Tính độ cứng nhíp. - Tính bền nhíp. - Kiểm tra độ êm dịu. - Tính bền và tính nhiệt giảm chấn (nếu có) 2.2.1. Tính chính xác độ cứng và độ võng của khối nhíp Giả thuyết tính toán theo ph−ơng pháp Parkhilopxki: - Nhíp lá đ−ợc cấu trúc thành bó có bán kính cong khi chế tạo thay đổi - Lực tác dụng từ lá này sang lá khác chỉ đặt tại đầu mút - Quan hệ biến dạng và chuyển vị tuân theo định luật Huc - Trong tính toán coi các lá nhíp một đầu bị ngàm tại quang nhíp và lá nhíp chỉ chịu uốn - 72 -
  72. P=Q/2 l1 l2 l3 a2 a3 ln- l n-1 a n- ln an- an an+1 Hình 3.2.1. Sơ đồ tính toán nhíp 2.2.1.1. Độ cứng của nhíp Độ cứng của khối nhíp (đối xứng) đ−ợc tính theo công thức: 6E C = α k=n (3.2.1) 3 ∑ a k+1 (y k − y k+1 ) k=1 Trong đó: α: hệ số thực nghiệm α = 0,85 E: môđun đàn hồi của vật liệu (E = 2,1.106 kG/cm2) ak = l1 - lk (cm) (hình 3.2.1) 1 Yk đ−ợc tính theo công thức: Yk = k (3.2.2) ∑ J i i=1 Ji là mô men quán tính của lá nhíp thứ i 2.2.1.2. Tính độ võng tĩnh: Độ võng tĩnh của nhíp ft cho nhíp đối xứng: k=n Q n 3 f t = ∑ a k+1 (y k − y k+1 ) (cm) (3.2.3) 6E k=1 2.2.2. Tính bền nhíp (t−ơng tự nh− ở phần thiết kế) 2.2.3. Kiểm tra lại độ êm dịu của hệ thống treo Tần số dao động riêng của khối nhíp đ−ợc xác định theo công thức: 300 n = (lần/phút) (3.2.4) f t 2.2.4. Tính bền và tính nhiệt giảm chấn (nếu có): (t−ơng tự nh− ở phần thiết kế) - 73 -
  73. III. Sơ đồ thuật toán 3.1. Sơ đồ thuật toán tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo (nhíp) Bắt đầu Nhập dữ liệu Phân tải cho bộ nhíp Nhíp tr−ớc Nhíp sau Nhíp chính Nhíp phụ Nhíp chính Nhíp phụ Tính các thông số dao động của bánh xe Xác định chiều dày, Xác định số lá nhíp Xác định chiều dài bề rộng các lá nhíp các lá nhíp Tính độ cứng, độ võng tĩnh của khối nhíp Kiểm tra tần số dao động riêng Sai Đúng Kiểm tra bền các lá nhíp Sai Đúng Xem kết quả Kết thúc Hình 3.3.1. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi (nhíp) - 74 -
  74. Với trình tự các b−ớc tính toán thiết kế bộ phận đàn hồi (nhíp) nh− ở phần II, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán thiết kế bộ phận đàn hồi hệ thống treo trên hình 3.3.1. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.1.1. Khối nhập dữ liệu: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu tham khảo của nhíp, bao gồm: Các thông số kỹ thuật ôtô - Loại xe - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi đầy tải - Trọng l−ợng toàn bộ khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi không tải - Chiều dài cơ sở - Chiều rộng toàn bộ - Chiều cao toàn bộ Các thông số tham khảo: Các dữ liệu thiết kế nhíp, bao gồm: - Tần số dao động của nhíp - Loại nhíp: đơn hoặc kép - Môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp - Khoảng cách tâm bu lông quang nhíp - Hệ số biến dạng của nhíp - Hệ số phân bố ứng suất với các lá nhíp đầu tiên và các lá nhíp tiếp theo - ứng suất cho phép của vật liệu làm nhíp - Các hệ số kinh nghiệm 3.1.2. Khối phân tải cho nhíp Khối này thực hiện việc lựa chọn kết cấu và tính toán tải trọng đặt lên từng bộ nhíp ở mỗi cầu xe: nhíp chính và nhíp phụ (nếu có) 3.1.3. Khối tính toán các thông số dao động của bánh xe Đây là khối thực hiện nhóm các tính toán các thông số dao động của bánh xe nh−: tần số dao động góc, độ cứng sơ bộ của khối nhíp, độ võng tĩnh, độ võng động, độ võng tổng cộng. 3.1.4. Các khối tính toán các thông số cơ bản của nhíp Đây là tập hợp của các khối tính toán ra các thông số cơ bản của bộ nhíp, nó là tập hợp của các khối xác định số lá nhíp, chiều dày, bề rộng, chiều dài các lá nhíp trong bộ nhíp. 3.1.5. Khối tính độ cứng, độ võng của khối nhíp - 75 -
  75. Sau khi đã tính toán các thông số cơ bản của các lá nhíp trong khối nhíp, khối này sẽ tính chính xác độ cứng và độ võng tĩnh của khối nhíp thiết kế. 3.1.6. Khối kiểm tra tần số dao động riêng của bộ nhíp Đây là khối thực hiện việc kiểm tra lại tần số dao động riêng của khối nhíp có thoả mãn các yêu cầu về độ êm dịu hay không. 3.1.7. Khối kiểm tra bền Khối này thực hiện nhiệm vụ tính toán phản lực sinh ra trong bộ nhíp, tính ứng suất sinh ra trên dừng lá nhíp và so sánh kiểm tra bền. Nếu các điều kiện về bền và về tần số dao động không đảm bảo thì chúng ta phải quay lại việc tính và chọn các thông số cơ bản. 3.1.8. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra điều kiện làm việc, khối này sẽ thể hiện các kết quả tính toán các thông số của nhíp, kết quả bền, v.v 3.1.9. Kết luận Sau khi đã hoàn thành tính toán thiết kế, chúng ta đ−a ra bảng tổng hợp các kết quả tính toán, trên cơ sở đó lựa chọn các ph−ơng án khả thi để tiến hành b−ớc chế tạo thực tế. - 76 -
  76. 3.2. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi hệ thống treo (nhíp) Bắt đầu Nhập dữ liệu Nhập dữ liệu hệ thống treo Nhíp tr−ớc Nhíp sau Nhíp chính Nhíp phụ Nhíp chính Nhíp phụ Tính các thông số dao động của bánh xe Tính độ cứng, độ võng tĩnh của khối nhíp Kiểm tra tần số dao động riêng Kiểm tra bền các lá nhíp Xem kết quả Kết thúc Hình 3.3.2. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi (nhíp) Với trình tự các b−ớc tính toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi (nhíp) đã nêu, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán kiểm nghiệm bộ phận đàn hồi hệ thống treo trên hình 3.3.2. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: - 77 -
  77. 3.2.1. Khối nhập dữ liệu xe: Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu tham khảo của nhíp, bao gồm: Các thông số kỹ thuật ôtô - Loại xe - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi đầy tải - Trọng l−ợng toàn bộ khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi không tải - Chiều dài cơ sở - Chiều rộng toàn bộ - Chiều cao toàn bộ 3.2.2. Khối nhập dữ liệu nhíp: Khối này thực hiện chức năng nhập dữ liệu của các bộ trên xe và các dữ liệu tham khảo nhíp, bao gồm: Các thông số kết cấu - Kết cấu của nhíp tr−ớc và nhíp sau: Nhíp đơn hoặc nhíp kép - Số lá nhíp của mỗi bộ nhíp - Chiều dài lá nhíp - Bề rộng lá nhíp - Chiều dày lá nhíp - Môđun đàn hồi của vật liệu làm nhíp - ứng suất cho phép của vật liệu làm nhíp - Khoảng cách tâm bu lông quang nhíp Các thông số tham khảo: Các dữ liệu thiết kế nhíp, bao gồm: - Hệ số biến dạng của nhíp - Hệ số phân bố ứng suất với các lá nhíp đầu tiên và các lá nhíp tiếp theo - Các hệ số kinh nghiệm khác 3.2.3. Khối tính toán các thông số dao động của bánh xe Đây là khối thực hiện nhóm các tính toán các thông số dao động của bánh xe nh−: phân tải cho nhíp, tần số dao động góc, độ cứng sơ bộ của khối nhíp, độ võng tĩnh, độ võng động, độ võng tổng cộng. 3.2.4. Khối tính độ cứng, độ võng của khối nhíp Khối này sẽ tính chính xác độ cứng và độ võng tĩnh của từng bộ nhíp. - 78 -
  78. 3.2.5. Khối kiểm tra tần số dao động riêng của bộ nhíp Đây là khối thực hiện việc kiểm tra tần số dao động riêng của khối nhíp có thoả mãn các yêu cầu về độ êm dịu hay không. 3.2.6. Khối kiểm tra bền Khối này thực hiện nhiệm vụ tính toán phản lực sinh ra trong bộ nhíp, tính ứng suất sinh ra trên dừng lá nhíp và so sánh kiểm tra bền. 3.2.7. Khối xem kết quả Sau khi đã tính toán và kiểm tra điều kiện làm việc, khối này sẽ thể hiện các kết quả kiểm nghiệm nhíp: tần số dao động, ứng suất và biểu đồ ứng suất, v.v 3.2.8. Kết luận Sau khi đã hoàn thành các b−ớc tính toán kiểm nghiệm, chúng ta đ−a ra bảng tổng kết các kết quả tính toán, trên cơ sở đó đánh giá đ−ợc tổng thể về bộ phận đàn hồi hệ thống treo đang lắp đặt trên xe. - 79 -
  79. 3.3. Sơ đồ thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn hệ thống treo Bắt đầu Nhập dữ liệu Chọn và nhập các thông số của giảm chấn Tính tỷ số truyền của giảm chấn Tính hệ số cản ở các hành trình nén, trả Tính lực cản ở các hành trình nén, trả Kiểm tra điều kiện truyền nhiệt Sai Đúng Kiểm tra bền giảm chấn Sai Đúng Xem kết quả Kết thúc Hình 3.3.3. Sơ đồ lôgíc thuật toán tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn Với trình tự các b−ớc tính toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn đã nêu, chúng tôi đ−a ra sơ đồ thuật toán của bài toán kiểm nghiệm bộ phận giảm chấn hệ thống treo trên hình 3.3.3. Trong sơ đồ trên có các khối ch−ơng trình thực hiện các chức năng sau: 3.3.1. Khối nhập dữ liệu: - 80 -
  80. Khối này thực hiện chức năng lựa chọn phần nhập dữ liệu của xe và các dữ liệu tham khảo của giảm chấn thuỷ lực, bao gồm: Các thông số kỹ thuật ôtô: Các thông số này đã đ−ợc tính toán ở phần bộ phần đàn hồi - Loại xe - Trọng l−ợng toàn bộ khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi đầy tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi đầy tải - Trọng l−ợng toàn bộ khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu tr−ớc khi không tải - Trọng l−ợng trên cầu sau khi không tải - Chiều dài cơ sở - Tần số dao động của hệ thống treo - Tần số dao động góc của hệ thống treo 3.3.2. Khối chọn và nhập dữ liệu giảm chấn: Khối này thực hiện chức năng chọn và nhập dữ liệu của giảm chấn, bao gồm: - Loại giảm chấn (khi chọn loại giảm chấn sẽ có các thông số kỹ thuật đi kèm nh− đ−ờng kính xi lanh, đ−ờng kính piston, đ−ờng kính thanh đẩy, hành trình cực đại của piston,v.v ) - Các góc đặt giảm chấn - Hệ số không chu kỳ - Vận tốc làm việc của giảm chấn (khi van giảm tải bắt đầu mở và mở hoàn toàn) - Hệ số tăng năng l−ợng sức cản - Hệ số thu năng l−ợng - Hệ số truyền nhiệt - Nhiệt độ tính toán của môi tr−ờng - Nhiệt độ giới hạn của giảm chấn chịu đ−ợc - ứng suất cho phép của vật liệu (xilanh, piston, thanh đẩy) 3.3.3. Khối tính tỷ số truyền của giảm chấn: thực hiện tính toán tỷ số truyền của giảm chấn 3.3.4. Các khối tính hệ số cản và lực cản ở các hành trình nén, trả: Đây là các khối thực hiện việc tính toán các lực cản của dầu sinh ra trong các quá trình làm việc. 3.3.5. Khối kiểm tra điều kiện truyền nhiệt: thực hiện kiểm tra về công suất toả nhiệt của giảm chấn. 3.4.5. Khối kiểm tra bền: thực hiện nhiệm vụ tính toán bền một số chi tiết nh− xilanh, thanh đẩy piston, v.v 3.1.6. Khối xem kết quả: thể hiện các kết quả tính toán 3.1.7. Kết luận: tổng kết các kết quả tính toán, đánh giá đ−ợc giảm chấn trên xe. - 81 -
  81. IV. Xây dựng ch−ơng trình có giao diện tiếng Việt Trên cơ sở sơ đồ thuật toán cho hai bài toán thiết kế và kiểm nghiệm hệ thống treo, chúng tôi tiến hành xây dựng ch−ơng trình có giao diện bằng tiếng Việt để thực hiện các thao tác này một cách trực quan trên máy tính. Ch−ơng trình đ−ợc viết trên nền ngôn ngữ lập trình ứng dụng Matlab 5.3. Khi lựa chọn tính toán hệ thống treo từ ch−ơng trình tổng thể, ban đầu sẽ có menu cho phép ng−ời dùng lựa chọn bài toán thiết kế hoặc kiểm nghiệm: Hình 3.4.1. Menu chính Nếu bấm chọn "Thiết kế" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình thiết kế hệ thống treo từ các thông số hoàn toàn mới hoặc trên cơ sở các xe có sẵn do ng−ời sử dụng nhập vào. Nếu chọn "Kiểm nghiệm" sẽ thực hiện phần ch−ơng trình tính toán bài toán kiểm nghiệm hệ thống treo của các xe hiện có đầy đủ các thông số. Chọn "Thoát" để quay trở lại ch−ơng trình tổng thể toàn bộ các hệ thống trên ôtô. 4.1. Ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống treo Khi lựa chọn "Thiết kế" từ menu chính sẽ chạy phần ch−ơng trình tính toán thiết kế hệ thống treo có giao diện nh− sau: Hình 3.4.1.1. Menu chính "Thiết kế hệ thống treo" - 82 -