đồ án chuyên ngành kỹ thuật ô tô đề tài nghiên cứu kiểm bền cơ cấu phanh đĩa trên xe ford mondeo 2010

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 1

Chương 1 Mục đích và ý nghĩa của đề tài

Hệ thống phanh là hệ thống vô cùng quan trọng trên xe ô tô, giúp người lái điều

chỉnh được tốc độ an toàn, cùng với sự gia tăng số lượng xe ngày càng nhiều Vì vậy viêc tính toán thiết kế hệ thống phanh mang ý nghĩa quan trọng không thể thiếu nhằm cải tiến hệ thống phanh, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế để tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định và tăng dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn

chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 3

Chương 2 Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô

2.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh 2.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.

2.1.2 Yêu cầu

* Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :

- Làm việc bền vững, tin cậy.

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm.

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế - Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô và máy kéo khi phanh.

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng.

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng.

- Có khả năng thoát nhiệt tốt.

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 5

2.1.3 Phân loại

- Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra : Phanh chân và phanh tay.

- Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực mà chia ra : Phanh bánh xe và phanh truyền lực.

- Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra :

Phanh đĩa: theo số lượng đĩa còn chia ra loại 1 đĩa và loại nhiều đĩa.

Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra : Loại phanh cân bằng, phanh không cân bằng và phanh dải.

- Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh có: phanh cơ khí; phanh thủy lực (phanh dầu); phanh khí nén (phanh hơi); phanh điện từ hoặc p hanh liên hợp.

Hình 2 – 1 Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính a- Phanh trống guốc; b- Phanh đĩa.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 7

2.2 Các cơ cấu phanh

Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép.

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực,

Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- guốc, đĩa hay dải Mỗi dạng có một đặc điểm riêng biệt.

2.2.1 Loại phanh trống – guốc

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe.

- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh).

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh.

- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực ma sát để phanh bánh xe lại.

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,20,4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn )mm để cho phanh nhả được hoàn toàn

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 9

Hình 2 – 2 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng.

a- Ép bằng cam;

b- Ép bằng xi lanh thủy lực;

c- Hai xi lanh ép, guốc phanh một bậc tự do; d- Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do;

e- Cơ cấu phanh tự cường hóa.

Trong đó : P, P 1, P2 : Lực xylanh dẫn động guốc phanh.

N1, N2 : Áp lực pháp tuyến tác dụng lên guốc phanh.

fN1, fN2 : Lực ma sát rt : Bán kính tang trống.

2.2.2 Phân loại phanh đĩa

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch

Phanh đĩa nhiều loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng ma sát quay.

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau.

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau: Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điều chỉnh.

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,050,15) mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.

Hình 2 - 3 Sơ đồ nguyên lí phanh đĩa.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 11

Hình 2 – 6 Sơ đồ kết cấu phanh

đĩa loại má kẹp tùy động-xi lanh bố trí trên má kẹp.

1- Má kẹp; 2- Piston; 3- Chốt dẫn hướng; 4- Đĩa phanh; 5- Má phanh.

2.3 Dẫn động phanh

2.3.1 Dẫn động thủy lực

Gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộ trợ lực phanh, xylanh làm việc ở các bánh xe

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống phanh.

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp, hiệu suất cao.

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.

Nhược điểm của dẫn động thủy lực :

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động không làm việc được.

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ lực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp.

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động và mômen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 13

2.3.1.2 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không2.3.1.1 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp

2.3.1.3 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén 2.3.1.4 Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm

2.3.2 Dẫn động khí nén

Gồm các cụm chủ yếu như : máy nén khí, van điều chỉnh áp suất, bình chứa, van phân phối, bầu phanh

Ưu điểm :

- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có thể làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm).

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như : phanh rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động.

Nhược điểm :

- Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng của dẫn động lớn.

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều - Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 15

2.3.3 Phanh dừng và phanh phụ

* Phanh dừng:

Ðể đảm bảo an toàn khi chuyển động, trên ô tô ngoài hệ thống phanh chính (phanh chân ) đặt ở các bánh xe, ô tô còn được trang bị thêm hệ thống phanh dừng để hãm ô tô khi đỗ tại chỗ, dừng hẳn hoặc đứng yên trên dốc nghiêng mà không bị trôi tự do, đồng thời hổ trợ cho hệ thống phanh chính khi thật cần thiết.

* Hệ thống phanh phụ:

Mục đích của hệ thống phanh phụ là giảm được tốc độ ô tô khi phanh trên đường dài và liên tục Bởi thế hệ thống phanh này còn gọi là phanh chậm dần.

Chương 3 Chọn loại dẫn động và sơ đồ hệ thống phanh

3.1 Chọn loại dẫn động phanh

Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô, người ta sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là : dẫn động thủy lực và dẫn động khí nén

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 17

3.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh

Sơ đồ e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất.

Để đảm bảo những yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thông phanh, dẫn động phanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp và hành trình của nó.

- Thời gian chậm tác dụng khi phanh không được vượt quá 0,6 s, khi nhả phanh không được lớn hơn 1,2 s

Hình 3 – 1 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực.

1,2- Các xylanh bánh xe trước, sau;

3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xylanh bánh xe); 4,5- Bộ phận phân dòng (Xylanh chính).

Dựa trên các ưu điểm của các sơ đồ dẫn động, và để đảm bảo các yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thống phanh trên xe ô tô thiết kế ta chọn sơ đồ dẫn động là sơ đồ hình 3.1e.

Hình 3 - 2 Sơ đồ dẫn động phanh.

1- Đĩa phanh; 2- Vành răng cảm biến; 3- Xilanh chính; 4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn - Bầu trợ lực chân không; 5 - Bàn đạp phanh;

6,8- Đường dẫn dầu phanh trước và phanh sau; 7- Bộ thuỷ lực.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 19

3.3 Chọn cơ cấu phanh

Dựa trên các phân tích và tài liệu tham khảo ta chọn cơ cấu phanh cho xe thiết kế là loại phanh dạng đĩa quay hở (thường được sữ dụng trên xe du lịch) cho bánh trước và bánh sau

Hình 3 – 3 Sơ đồ

3.3.1 Cơ cấu phanh trước

Hình 3 – 5 Cơ cấu phanh trước

1- Xi lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín; 7- Rãnh làm mát Trên hình 3.5 là cơ cấu phanh trước Đĩa phanh trước có rảnh làm mát, đĩa sau không có rãnh làm mát Đĩa phanh của cơ cấu phanh trước dày và to hơn đĩa phanh sau, vì trong quá trình phanh toàn bộ trọng lượng của xe sẽ dồn về phía trước nên đĩa phanh trước sẽ nhanh mòn, và độ dày của đĩa tăng ổn định lái khi phanh

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió chiều dày từ 16 ÷ 25 mm.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 21

3.3.2 Cơ cấu phanh đĩa sau

Hình 3 - 6 Cơ cấu phanh sau

1- Xi lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín.

Đĩa phanh lá loại đĩa đặc được chế tạo bằng gang có chiều dày từ 8 ÷ 13

Chương 4 Thiết kế tính toán hệ thống phanh đã chọn

4.1 Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

2 Công suất cực đạiNemax

100/4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 000 KW/vòng/

6 Dài x Rộng x CaoLxWxH4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 337 x 1839 x

14)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 77 mm

7 Chiều dài cơ sở Lo 264)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 0 mm

8 Chiều rộng cơ sở trước/sauS1535/1531 mm

9 Trọng lượng không tảiGo 14)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn 7 Kg

10 Trọng lượng toàn tảiGa 1930 Kg

11 Bán kính vòng quay tối thiểu Rmin 5575 mm

12Đường kính ngoài của đĩa

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 23

Hình 4 – 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều như hình vẽ.

G1 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước.;G2 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau; Z1 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh trước của xe;Z2 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau của xe;

Lo - Chiều dài cơ sở của xe;hg - Chiều cao trọng tâm của xe;

a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe;b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe; Gọi Z1,Z2 lần lựơc la phản lực pháp tuyến tại mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước và cầu sau

- Tải trọng không tải : G0 = 1447 (kg) = 14470 (N).

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 25 Thay (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .3) vào (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn ) và (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .5) ta được:

Z1 = (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .6)

Z2 = (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .7)

+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước:Pp1 = φ.(4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .8)

+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau:

Pp2 = φ. (4)mm để cho phanh nhả được hoàn toàn .9)

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 27

Chương 5 Kiểm bền đĩa phanh bằng phần mềm mô phỏng

*Bước 1: vào phần mêm Ansys trên máy tính

*Bước 2: Vào static structural -> Geometry để thiết kế chi tiết đĩa phanh

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 29

*Bước 3: Vào Model để bắt đầu kiểm bền

*Bước 4: Vào Material để chọn vật liệu

- Vật liệu được chọn ở đây là thép

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 31

- Thông số ứng suất của thép: ứng suất của thép là 460 (MPA)

*Bước 5: Chia lưới cho chi tiết

- Chi tiết được chia lưới ở kích thước 2mm

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 33

*Bước 6: Xác định bề mặt kiểm bền -> chọn Fixed support -> bôi đen bề mặt giữ cố định -> chọn Scoping method -> Apply

*Bước 7: Kiểm bền nhiệt đĩa phanh -> Chọn Thermal condition -> Chọn Magnitude để lựa chọn nhiệt độ cho đĩa phanh khi có lực ma sát -> Chọn Geometry để chọn số mặt tiếp xúc lực ma sát

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 35

*Bước 8: Kiểm bền ở các trường hợp nhiệt độ khác nhau

 Kết luận: So với ứng suất giới hạn của thép, thì ứng suất khi mô phỏng tác dụng lên đĩa phanh ở 300℃: thì ứng suất tương đương lớn nhất lúc này là 261.23 < 460 (MPA) -> đĩa phanh vẫn bền.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 37

- Với nhiệt độ 400℃::

- Biến dạng đàn hồi tương đương: - Biến dạng tổng thể:

 Kết luận: So với ứng suất giới hạn của thép, thì ứng suất khi mô phỏng tác dụng lên đĩa phanh ở 400℃: thì ứng suất tương đương lớn nhất lúc này là 355.02 < 460 (MPA) -> đĩa phanh vẫn bền.

- Ứng suất tương đương:

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 39

- Ứng suất tương đương:

 Kết luận: So với ứng suất giới hạn của thép, thì ứng suất khi mô phỏng tác dụng lên đĩa phanh ở 500℃: thì ứng suất tương đương lớn nhất lúc này là 448.81 < 460 (MPA) -> đĩa phanh vẫn bền.

Webiste: https://haui.edu.vn © 2021 Hanoi University of Industry All rights reserved 41

KẾT LUẬN

Hệ thống phanh là hệ thống vô cùng quan trọng trên xe ô tô, thật đúng đắn khi em lựa chọn nghiên cứu về hệ thống này, thực sự nó rất hay Sau thời gian hơn 3 tháng tìm tòi, học hỏi để xây dựng đồ án với đề tài “Nghiên cứu kiểm bền cơ cấu phanh đĩa trên xe Ford Mondeo 2010 ” em đã cơ bản hoàn thành đề tài

Trong đề tài này em đi sâu tìm hiểu chi tiết nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh trên từng cơ cấu phanh, hệ dẫn động phanh Phần đầu đồ án giới thiệu tổng quan về hệ thống phanh nói về các loại cơ cấu phanh đến các loại dẫn động phanh của hệ thống phanh Sau đó, phần chính thiết kế tính toán phanh cho cơ cấu phanh trước và phanh sau trên xe thiết kế Cuối cùng là phần kiểm bền nhiệt đĩa phanh trong từng nhiệt độ khác nhau thông qua phần mềm Ansys để giúp chúng ta hiểu rõ một cách thực tế về tính chất của đĩa phanh.

Mặc dù đã cố gắng học tập và đầu tư nhiều kiến thức vào đồ án, nhưng do kiến thức và kinh nghiệm thực tế còn thiếu nhiều, chắc chắn rằng đồ án của em sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các thầy góp ý, chỉ bảo để em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy TS Nguyễn Phi Trường đã trực tiếp hướng dẫn em tận tình, gợi cho em những ý tưởng và cách làm để em hoàn thành tốt đồ án này.