ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐĨA PHANH CỦA HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC TRÊN XE HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐĨA PHANH CỦA HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC TRÊN XE HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023
Khoa: Cơ Khí
1- TÊN ĐỀ TÀI:
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM ĐĨA PHANH CỦA HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC TRÊN XE HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023
2 - NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KIỂM NGHIỆM
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT VÀ BỀN ĐĨA PHANH
CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS KIỂM NGHIỆM ĐĨA PHANH
3 - BẢN VẼ VÀ BIỂU ĐỒ
BẢN VẼ TỔNG THỂ XE HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023 – A0
BẢN VẼ LẮP CƠ CẤU PHANH TRƯỚC HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023–A0
BẢN VẼ CHI TIẾT XE HYUNDAI ELANTRA 1.6AT 2023 – A0
BẢN VẼ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM: NHIỆT – A0
BẢN VẼ KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM: BỀN – A0
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN....................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN........................................................................................... ii
MỤC LỤC............................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU....................................................................... vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ.. viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH................................. 1
1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu........................................................ 1
1.1.1 Công dụng.................................................................................. 1
1.1.2 Phân loại.................................................................................... 1
1.1.3 Yêu cầu...................................................................................... 5
1.2 Kết cấu phanh................................................................................... 6
1.2.1 Cơ cấu phanh.............................................................................. 6
1.2.1.1 Phanh đĩa............................................................................. 6
1.2.1.2 Cơ cấu phanh guốc – Phanh tang trống................................... 9
1.2.2 Các dạng dẫn động phanh.......................................................... 14
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KIỂM NGHIỆM............................................................................................................... 23
2.1 Thông số cơ bản của xe.................................................................... 23
2.2 Lựa chọn cơ cấu phanh.................................................................... 24
2.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cho cơ cấu phanh đĩa trước.............. 24
2.2.2 Phương án dẫn động.................................................................. 25
2.2.3 Trợ lực phanh........................................................................... 27
2.3 Tính toán các thông số cơ bản........................................................... 28
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG NHIỆT VÀ BỀN ĐĨA PHANH..... 31
3.1 Giới thiệu đĩa phanh và điều kiện làm việc........................................ 31
3.1.1 Đĩa phanh................................................................................. 31
3.1.2 Điều kiện làm việc.................................................................... 34
3.2 Tính toán mô phỏng nhiệt đĩa phanh................................................. 35
3.2.1 Giới thiệu phần mềm tính toán................................................... 35
3.2.2 Tính toán kiểm nghiệm.............................................................. 36
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM ANSYS KIỂM NGHIỆM ĐĨA PHANH.................................................................................................. 40
4.1 Quy trình kiểm nhiệt cho đĩa phanh................................................... 40
4.1.1 Cơ sở phân tích nhiệt................................................................. 40
4.1.2 Phân tích ứng suất nhiệt............................................................. 42
4.1.3 Ứng suất nhiệt trong roto phanh đĩa............................................ 43
4.1.4 Giới thiệu bài toán nhiệt kết cấu................................................. 45
4.1.5 Xây dựng mô hình trong Solidworks........................................... 46
4.2 Kiểm nghiệm đĩa phanh bằng Ansys................................................. 52
4.2.1 Kiệm nghiệm nhiệt.................................................................... 52
4.2.2 Kiểm bền đĩa phanh.................................................................. 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................... 63
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Phanh đĩa trên ô tô. 1
Hình 1.2: Phanh tang trống trên ô tô. 2
Hình 1.3: Bàn đạp chân phanh. 2
Hình 1.4: Cần gạt phanh tay. 2
Hình 1.5: Cơ cấu phanh chậm dần. 3
Hình 1.6: Sơ đồ dẫn động cơ khí3
Hình 1.7: Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy lực. 4
Hình 1.8: Sơ đồ dẫn động phanh bằng khí nén. 4
Hình 1.9: Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy lực – khí nén. 5
Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống phanh ABS. 5
Hình 1.11: Cơ cấu phanh đĩa. 6
Hình 1.12: Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ cố định. 7
Hình 1.13: Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di động. 7
Hình 1.14: Cơ cấu mòn má phanh. 8
Hình 1.15: Hệ thống phanh đĩa với phớt biến dạng. 9
Hình 1.16: Cấu tạo phanh tang trống (phanh guốc)9
Hình 1.17: Cấu tạo phanh guốc đối xứng qua trục. 10
Hình 1.18: Cấu tạo phanh guốc đối xứng qua tâm.. 11
Hình 1.19: Cơ cấu phanh kiểu bơi12
Hình 1.20: Phanh guốc tự cường hóa. 13
Hình 1.21: Sơ đồ cơ cấu phanh tay. 14
Hình 1.22: Sơ đồ dẫn động phanh cơ khí15
Hình 1.23: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực đơn giản. 15
Hình 1.24: Sơ đồ dẫn động thủy lực một dòng. 16
Hình 1.25: Các phương án bố trí dẫn động 2 dòng thủy lực. 17
Hình 1.26: Sơ đồ dẫn động phanh bằng khí nén. 17
Hình 1.27: Trợ lực phanh chân không. 20
Hình 1.28: Các bộ phận liên quan. 21
Hình 1.29: Cấu tạo trợ lực phanh chân không. 21
Hình 1.30: Cấu tạo trợ lực chân không. 22
Hình 2.1: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực một dòng. 26
Hình 2.2: Cấu tạo trợ lực chân không. 27
Hình 2.3: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh. 28
Hình 3.1: Phanh đĩa tiêu chuẩn. 31
Hình 3.2: Đĩa phanh tản nhiệt32
Hình 3.3: Phanh đĩa dạng khoan. 33
Hình 3.4: Đĩa phanh tản nhiệt dạng khoan. 33
Hình 3.5: Đĩa phanh dạng gốm.. 34
Hình 3.6: Logo phần mềm Ansys. 35
Hình 4.1: Mô hình hữu hạn và roto hướng gió. 40
Hình 4.2: Phản ứng nhiệt độ phanh cho 30 chu kỳ phanh và làm mát42
Hình 4.3: Đại diện tấm phẳng của roto phanh. 43
Hình 4.4: Ứng suất bề mặt nhiệt44
Hình 4.5: Quy trình thực hiện bài toán nhiệt kết cấu. 45
Hình 4.6: Tạo ra một bản vẽ mới trong Solidworks. 47
Hình 4.7: Thông số của phanh đĩa trước Hyundai Elantra 2023. 47
Hình 4.8: Dùng lệnh line để tạo viền cho đĩa phanh. 48
Hình 4.9: Hình vẽ đĩa phanh. 48
Hình 4.10: Vẽ bulong bánh xe. 49
Hình 4.11: Vẽ lỗ tản nhiệt đĩa phanh trong Solidworks. 49
Hình 4.12: Dùng Line để tạo khung cho giá đỡ. 50
Hình 4.13: Extrude giá đỡ. 50
Hình 4.14: Thiết kế càng phanh, giá đỡ trong Solidworks. 51
Hình 4.15: Thiết kế má phanh cho cơ cấu phanh đĩa trong Solidwords. 51
Hình 4.16: Nhập vật liệu cho đĩa phanh. 52
Hình 4.17: Đưa bản vẽ vào Ansys. 53
Hình 4.18: Chia lưới đĩa phanh. 54
Hình 4.19: Bảng nhập thống số. 55
Hình 4.20: Nhập nhiệt độ ban đầu cho đĩa phanh. 55
Hình 4.21: Đặt hệ số tỏa nhiệt đối lưu cho đĩa phanh. 56
Hình 4.22: Kết quả kiểm nhiệt Min và Max. 57
Hình 4.23: Tổng nhiệt phanh. 57
Hình 4.24: Tiến hành Static Structural58
Hình 4.25: Imported Load Temperature. 58
Hình 4.26: Đặt lực lên mặt trước của đĩa phanh. 59
Hình 4.27: Đặt lực lên mặt sau của đĩa phanh. 59
Hình 4.28: Chuyển vị tương đương. 60
Hình 4.29: Ứng suất tương đương. 60
Hình 4.30: Tổng biến dạng. 61
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Bảng thông số cơ bản của Hyundai Elantra 1.6AT 2023. 23
Bảng 3.1 Bảng thông số dùng cho việc tính toán kiểm nghiệm.. 36
Bảng 4.1 Thông số mô hình chia lưới54
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ GIẢI THÍCH CÁC THUẬT NGỮ
ĐATN Đồ án tốt nghiệp
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu
1.1.1 Công dụng
Mục đích của phanh hoặc hệ thống phanh là giảm tốc độ cho xe một cách an toàn và đáng tin cậy, bất kể tốc độ của xe. Phanh cũng cần giữ cho xe đứng yên khi không có người lái và khi xe nằm trên dốc.
Việc kiểm tra bảo dưỡng hệ thống phanh theo định kỳ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất đảm bảo an toàn khi điểu khiển phương tiện trên đường.
1.1.2 Phân loại
Hệ thống phanh phân loại theo các tiêu chí khác nhau.
(a) Theo loại phanh:
Phanh đĩa: Sử dụng đĩa phanh và má phanh để tạo ra lực ma sát. Thường được dùng cho bánh trước vì hiệu suất tốt và khả năng tản nhiệt. Được dùng phổ biến trên xe ô tô con, có thể ở cả cầu trước và cầu sau, do có những ưu điểm nổi trội so với phanh guốc.
Hình 1.1: Phanh đĩa trên ô tô
Phanh tang trống: Sử dụng một tang trống quay gắn liền với bánh xe và một bộ phận má phanh được đặt vào bên trong tang trống. Khi người lái tác động lên phanh, má phanh sẽ ép vào bề mặt trong của tang trống, tạo lực ma sát và làm giảm tốc độ quay của bánh xe, từ đó giúp xe dừng lại.
Hình 1.2: Phanh tang trống trên ô tô
(b) Theo công dụng:
Hệ thống phanh chính (phanh chân):
Hình 1.3: Bàn đạp chân phanh
Hệ thống phanh dừng (phanh tay):
Hình 1.4: Cần gạt phanh tay
Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử):
Hình 1.5: Cơ cấu phanh chậm dần
1. Bánh cố định; 2. Bánh chuyển động; 3: Đĩa; 4. Nam châm điện
(c) Theo dẫn động phanh:
Hệ thống phanh được chia ra:
-
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí:
Hình 1.6: Sơ đồ dẫn động cơ khí
1. Tay cầm; 2. Cần điều khiển; 3 – 8. Khung; 4. Cần dẫn động;
5. Dẫn hướng cáp; 6. Lò xo khớp nối; 7. Khớp điều chỉnh; 9. Cáp;
10. Bộ cân bằng; 11. Lực đẩy cân bằng; 12. Lực đẩy của đòn bẩy;
13. Công tắc đèn điều khiển
-
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực:
Hình 1.7: Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy lực
1. Xylanh chính; 2. Bình chứa dầu; 3. Bầu trợ lực; 4. Chân phanh; 5. Xilanh phanh;
6. Đĩa phanh; 7. Cùm và má phanh; 8. Ống phanh; 9. Van tỉ lệ;
10. Trống phanh và guốc phanh
-
Hệ thống phanh dẫn động khí nén:
Hình 1.8: Sơ đồ dẫn động phanh bằng khí nén
1. Nút chia cầu trước; 2. Bầu phanh trước; 3. Máy nén khí; 4. Các bình khí nén;
5. Van phân phối; 6. Nút chia cầu sau; 7. Bầu phanh sau
-
Hệ thống phan dẫn động kết hợp khí nén – thủy lực:
Hình 1.9: Sơ đồ dẫn động phanh bằng thủy lực – khí nén
1: Máy nén khí; 2: Bộ điều chỉnh áp suất; 3: Van bảo vệ 2 ngả; 4: Van bảo vệ 1 ngả; 5: Bình chứa khí nén; 6: Phanh tay; 7: Khoá điều khiển phanh rơ moóc; 8: Van tách; 9: Đầu nối; 10: Đồng hồ áp suất; 11: Tổng van phanh; 12: Xy lanh khí nén; 13: Cơ cấu xy lanh piston bánh xe; 14: Đầu nối phân nhánh; 15: Xy lanh cung cấp nhiên liệu; 16: Bàn phanh
(d) Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Hình 1.10: Sơ đồ hệ thống phanh ABS
1.1.3 Yêu cầu
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
-
Có hiệu quả phanh cao nhất.
-
Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
-
Phản hồi nhanh và chính xác, chống quá nhiệt.
-
Tính bền bỉ, ít bảo trì hư hỏng, giảm thiểu tiếng ồn và độ rung.
1.2 Kết cấu phanh
Kết cấu của hệ thống phanh ô tô bao gồm các bộ phận chính như bàn đạp phanh, xi lanh chính, hệ thống truyền động thủy lực, ống dẫn dầu và các bộ phận phanh bánh xe, phối hợp hoạt động để giảm tốc độ và dừng xe an toàn.
1.2.1 Cơ cấu phanh
1.2.1.1 Phanh đĩa
(a) Cơ cấu phanh đĩa:
Hình 1.11: Cơ cấu phanh đĩa
Khi phanh, lực từ bàn đạp phanh được truyền qua hệ thống thủy lực (hoặc cơ học) đến các bộ phận phanh, khiến má phanh ép vào đĩa phanh (hoặc tang trống) tạo ra ma sát. Ma sát này làm giảm tốc độ quay của bánh xe, từ đó làm giảm tốc đọ của xe và khiến xe dừng lại.
Hình 1.12: Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ cố định
Loại giá đỡ di động(tự tựa): có thiết kế cho phép di chuyển ngang trên các chốt gắn cố định vào dầm cầu mà không cần phải cố định hoàn toàn. Trong cấu trúc này, chỉ có một xi lanh bánh xe với piston ép vào một má phanh, trong khi má phanh đối diện được gắn trực tiếp lên giá đỡ mà không có sự hỗ trợ phức tạp khác.
Hình 1.13: Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di động
Nguyên lý: chỉ có pittông gắn với một má phanh, và pittông này chịu tác động của áp suất thủy lực. Khi má phanh bị đẩy, càng phanh di chuyển ngược lại với hướng của pittông, đẩy rôto phanh từ cả hai phía, giúp dừng chuyển động của bánh xe. Cấu tạo của càng phanh di động có sự khác biệt tùy thuộc vào cách thức gắn càng vào tấm truyền mô-men.
(b) Các chi tiết cơ bản của phanh đĩa
Đĩa phanh: có kết cấu hình tròn và thường được làm từ vật liệu kim loại như gang hoặc thép được gắn chặt với trục bánh xe. Đĩa phanh thường có các rãnh hoặc lỗ để tăng khả năng tản nhiệt khi phanh giảm nguy cơ quá nhiệt. Cấu trúc của đĩa phanh bao gồm bề mặt phanh, nơi các má phanh tiếp xúc và tạo ra ma sát, cùng với phần ngoại vi có thể được thiết kế để giảm trọng lượng và cải thiện hiệu suất. Đĩa phanh có thể có nhiều kiểu thiết kế như đĩa phanh đặc, đĩa phanh lỗ hoặc đĩa phanh rỗng tùy thuộc vào yêu cầu về tản nhiệt và khả năng làm việc trong các điều kiện khác nhau.
Má phanh: là một bộ phận quan trọng trong hệ thống phanh, có nhiệm vụ tạo ra ma sát với bề mặt phanh, đĩa phanh hoặc tang trống, để làm giảm tốc độ hoặc dừng bánh xe. Kết cấu của má phanh thường bao gồm lớp vật liệu ma sát như kim loại, gốm hoặc hợp chất đặc biệt, được gắn trên giá đỡ. Khi phanh được kích hoạt, mà khanh sẽ vào bề mặt phanh, tạo ra lực ma sát khiến xe giảm tốc. Các loại má phanh được thiết kế để có tuổi thọ dài và dễ dàng thay thế khi mài mòn
Cơ cấu bào mòn hết má phanh
Hình 1.14: Cơ cấu mòn má phanh
Xylanh công tác: bao gồm xi lanh có thể được thiết kế gắn liền với giá đỗ hoặc tách rời, cùng với piston, phớt làm kín và vành chắn bụi. Phía trên xi lanh có lỗ thoát khí giúp xả không khí trong hệ thống, đồng thời điều chỉnh tự động khoảng cách giữa má phanh và đĩa phanh để duy trì hiệu quả phanh.
Hình 1.15: Hệ thống phanh đĩa với phớt biến dạng
Phớt bao kín được lắp trong rãnh xi lanh và có nhiệm vụ ngăn cho dầu áp suất thoát ra khi phanh. Phớt này được gắn trên pít tông, khi có áp lực dầu pithon sẽ di chuyển. A lực ma sát giữa piston và phớt khiến phớt bị biến dạng theo chiều của pittong. Khi nhảphanh áp suất dầu giảm xuống, phớt sẽ hồi lại và kéo pittong về vị trí ban đầu. Nếu khe hở giữa má phanh và đĩa phanh lớn, lực từ dầu sẽ mạnh hơn lực ma sát, làm piston trượt trên phớt. Khi phanh nhả, piston sẽ trở lại nhờ sự biến dạng của phớt, thiết lập lại khoảng cách mới giữa má phanh và đĩa phanh.
1.2.1.2 Cơ cấu phanh guốc – Phanh tang trống
Hình 1.16: Cấu tạo phanh tang trống (phanh guốc)
(b) Nguyên lý hoạt động
Phanh tang trống hoạt động bằng cách truyền áp suất thủy lực từ xylanh chính đến xy lanh phanh, khiến guốc phanh ép vào bề mặt bên trong của trống phanh, làm trống quay theo bánh xe. Khi áp suất không còn, lực từ lò xo sẽ kéo guốc phanh ra khỏi trống và đưa chúng trở lại vị trí ban đầu.
(c) Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
Hình 1.17: Cấu tạo phanh guốc đối xứng qua trục
1. Xi lanh phanh bánh xe 5 Móc hạn chế dịch ngang của guốc phanh
2. Pít tông 6 Guốc phanh
3. Mâm phanh 7,8 Má phanh
4. Lò xo kéo guốc phanh 9 Cam điều chỉnh
Trên hình 1.17 đưa ra kết cấu cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục. Ở cơ cấu phanh này , đầu dưới của các guốc 6 và 8 được lắp trên chốt tựa nằm trên mâm phanh 3. Để điều chỉnh khe hở và định tâm guốc đối với tang phanh, trên các chốt tựa được đặt các đệm lệch tâm. Đầu trên của các guốc được lò xo kéo 4 ép chúng vào các pít tông 2 của xi lanh công tác 1. Các giá 5 có tác dụng giữ và hạn chế dịch chuyển ngang của các guốc. Để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang phanh người ta sử dụng các chốt quả đào 9 (cam lệch tâm). Ở hình trên trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốc phanh bên trái là guốc xiết, bên phải nhả. Nên má phanh bên xiết dài hơn, mục đích để 2 má phanh có sự hao mòn như nhau khi chịu áp suất lớn trong quá trình làm việc.
(d) Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
Hình 1.18: Cấu tạo phanh guốc đối xứng qua tâm
1. ống nối; 2. vít xả khí; 3. xi lanh phanh; 4. má phanh; 5. phớt làm kín;
6. pittông; 7. lò xo guốc phanh; 8. tấm chặn; 9. chốt guốc phanh;
10. Mâm phanh.
Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm có thiết kế đặc biệt, trong đó mâm phanh được bố trí 2 chốt guốc phanh và 2 xi lanh bánh xe,, với 2 guốc phanh giống hệt nhau và đối xứng qua tâm. Mỗi guốc phanh được gắn vào một chốt cố định trên mâm phanh và có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh. Một bên của piston luôn áp vào xi lanh bánh xe nhờ vào lò xo guốc phanh. Khen hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh tự động thông qua cơ cấu tự điều chỉnh khe hở trong piston của xi lanh bánh xe. Loại cơ cấu phanh này thường được sử dụng trong hệ thống phanh thủy lực và lắp đặt ở cầu trước của các loại ô tô du lịch hoặc ô tô tải nhỏ.
(e) Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Hình 1.19: Cơ cấu phanh kiểu bơi
1 guốc phanh 4 xi lanh phanh 8 bánh răng vít
2 lò xo kéo 5 lò xo hồi vị 9 giá đỡ
3 chốt tựa 6,7 bạc đỡ
Các guốc phanh 1 (Hình 1.19) đều tỳ vào chốt tựa 3 nhờ các lò xo kéo 2. Đầu dưới của các guốc tỳ vào bạc 6 và 7 nhờ lò xo 5. Vít điều chỉnh 8 xoay tương đối với bạc 7 nhờ bánh răng trên nó. Bánh răng trên vít 8 được hãm nhờ lò xo 5. Khi xoay vít 8 có thể thay đổi khe hở giữa má phanh và tang phanh. Chuyển dịch ngang của các guốc được hạn chế nhờ các phần lồi của các giá 9 được lắp lên phần then hoa của ngõng trục. Xi lanh phanh bánh xe 4 được đặt dưới chốt tựa 3. Dưới tác dụng của áp suất dầu, pít tông xi lanh công tác được đẩy ra và qua cần đẩy tác dụng lên các guốc và ép chúng vào tang phanh để thực hiện phanh xe. Tất cả các cơ cấu phanh ở các bánh xe như nhau về kết cấu và kích thước Cơ cấu phanh guốc loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt .Cơ cấu phanh guốc loại bơi là loại phanh trong đó guốc phanh không gắn cố định vào một chốt quay, mà thay vào đó cả 2 guốcphanh đều tựa trên bề mặt tựa có khả năng di chuyển. Có 2 kiểu cơ cấu phanh guốc loại bơi: kiểu tác dụng đơn với một mặt tựa, kiểu tác dụng kép với 2 mặt tựa.
Loại 2 mặt tựa tác dụng đơn: trong cơ cấu này, ở một đầu của guốc phanh tựa trên bề mặt tựa di trượt của vỏ xi lanh, trong khi đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của pittong. Loại phanh này thường được sử dụng ở các bánh xe trước của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ.
Loại 2 mặt tựa tác dụng kép: ở cơ cấu này mỗi xi lanh bánh xe có 2 pittong và cả 2 đầu của guốc phanh đều tựa vào mặt tựa di trượt của 2 pittông.Cơ cấu phanh này thường được lắp đặt ở các bánh xe sau của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ.
(f) Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa
Hình 1.20: Phanh guốc tự cường hóa
Cơ cấu phanh guốc tự cường hóa là hệ thống phanh trong đó lực tác dụng lên guốc phanh thứ nhất sẽ làm tăng lực tác động lên guốc phanh thứ hai khi bánh xe phanh.
Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn: Trong loại cơ cấu này, hai đầu của hai guốc phanh được liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ cấu điều chỉnh di động. Các đầu còn lại của guốc phanh tựa vào mặt tựa di trượt trên vỏ xi lanh bánh xe và mặt tựa di trượt của pittông xi lanh bánh xe. Cơ cấu điều chỉnh này giúp điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốc phanh. Loại cơ cấu phanh này thường được lắp ở bánh xe trước của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ đến trung bình.
Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép: Cơ cấu này có hai đầu của hai guốc phanh tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pittông trong một xi lanh bánh xe. Loại phanh này thường được sử dụng ở các bánh xe sau của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ đến trung bình.
(g) Cơ cấu phanh dừng (phanh tay)
Hình 1.21: Sơ đồ cơ cấu phanh tay
Phanh dừng được sử dụng để giữ xe ở trạng thái dừng, đặc biệt khi đỗ trên đường dốc hoặc đường bằng. Hệ thống phanh này bao gồm hai bộ phận chính: cơ cấu phanh và dẫn động phanh. Cơ cấu phanh có thể được kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sau hoặc lắp đặt trực tiếp trên trục ra của hộp số.
Dẫn động phanh trong hệ thống phanh dừng chủ yếu là cơ khí, hoạt động độc lập với hệ thống phanh chính và được điều khiển bằng tay, do đó thường được gọi là phanh tay.
1.2.2 Các dạng dẫn động phanh
Công dụng: Dẫn động phanh là tập hợp các cơ cấu thực hiện việc liên kết giữa bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển với cơ cấu phanh. Dẫn động phanh dùng để điều khiển cơ cấu phanh và đưa nó vào hoạt động.
(a) Dẫn động phanh cơ khí:
Dẫn động phanh cơ khí bao gồm một hệ thống các thanh, đòn bẩy và dây cáp, thường được sử dụng trong hệ thống phanh dừng. Tuy nhiên, loại dẫn động này ít được dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh cùng lúc, vì khó đảm bảo việc phanh đồng đều cho tất cả các bánh xe. Điều này là do độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không đồng nhất, khiến việc phân bố lực phanh giữa các cơ cấu phanh gặp khó khăn.
Hình 1.22: Sơ đồ dẫn động phanh cơ khí
1-Tay phanh; 4-Dây cáp; 7 - Thanh cân bằng
2-Thanh dẫn; 5-Trục; 8,9-Dây cáp dẫn động phanh
3 - Con lăn dây cáp 6-Thanh kéo; 10 – Giá
11,13-Mâm phanh;
(b) Dẫn động phanh thủy lực
Cấu tạo chung:
-
Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động phanh chính bằng thủy lực được thể hiện trên hình:
Hình 1.23: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực đơn giản
Bao gồm: bàn đạp phanh, xylanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xylanh công tác (xylanh bánh xe).
Ưu điểm:
-
Hệ thống có thể đảm bảo phanh đồng thời cho tất cả các bánh xe, đồng thời phân bổ lực phanh một cách hợp lý giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh, tùy thuộc vào kích thước của xi lanh công tác. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả phanh và đảm bảo sự ổn định trong quá trình dừng xe.
-
Phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy tốt.
-
Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thủy tĩnh, trong đó xi lanh chính nhận và chuyển đổi lực điều khiển từ người lái thành áp suất chất lỏng, truyền tới các xi lanh của các bánh xe. Tất cả năng lượng cần thiết để phanh xe đều do người lái tạo ra. Tuy nhiên, khi yêu cầu lực phanh lớn, người lái có thể gặp khó khăn hoặc mệt mỏi. Để giảm bớt sự nỗ lực của người lái, hệ thống dẫn động phanh thường được trang bị bộ trợ lực chân không, giúp giảm nhẹ lực phanh cần thiết.
Nhược điểm:
-
Sự phụ thuộc vào chất lỏng trong hệ thống, khiến nếu xảy ra rò rỉ hoặc mất áp suất, hiệu quả phanh sẽ giảm sút. Bên cạnh đó, khi yêu cầu lực phanh lớn, người lái sẽ phải dùng nhiều lực để tạo ra đủ áp suất, điều này có thể gây mệt mỏi. Hệ thống cũng yêu cầu bảo dưỡng và kiểm tra thường xuyên để đảm bảo chất lỏng không bị mất hoặc bị nhiễm bẩn, vì điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất phanh.
Người ta chia ra:
-
Dẫn động phanh thủy lực một dòng:
-
Dẫn động phanh thủy lực hai dòng:
Hình 1.24: Sơ đồ dẫn động thủy lực một dòng
Hình 1.25: Các phương án bố trí dẫn động 2 dòng thủy lực
Sự tách dòng phanh được thực hiện ở xi lanh chính, trong đó bàn đạp tác động vào xi lanh chính (gồm hai buồng nối tiếp), tạo ra hai dòng chất lỏng riêng biệt cung cấp đến các bánh xe. Nếu một trong các dòng bị rò rỉ, dòng còn lại vẫn có thể tiếp tục đảm bảo khả năng phanh. Mặc dù hệ thống này có ưu điểm giống như hệ thống phanh một dòng, giúp đảm bảo xe vẫn có thể dừng nếu một đường ống bị hư hỏng, nhưng cấu trúc của nó phức tạp hơn do có thêm các thành phần và đường ống riêng biệt.
(c) Dẫn động phanh bằng khí nén:
Hình 1.26: Sơ đồ dẫn động phanh bằng khí nén
Dẫn động phanh thủy lực mang lại ưu điểm về sự êm ái, dễ dàng bố trí và độ nhạy cao, nhưng lực phanh tại các bánh xe bị giới hạn và phụ thuộc vào lực người lái tác động lên bàn đạp. Để giảm bớt lực điều khiển trên bàn đạp, các loại ô tô tải trung bình và lớn thường sử dụng hệ thống phanh khí nén. Trong hệ thống này, lực tác động lên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối, còn lực phanh thực sự được tạo ra từ áp suất khí nén tác động lên bầu phanh. Hệ thống phanh khí nén giúp giảm lực cần thiết trên bàn đạp và không sử dụng dầu phanh, nhưng nhược điểm lớn là độ nhạy thấp và thời gian phản hồi lâu hơn do sự nén khí khi chịu lực.
Ưu điểm:
-
Điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ. - Có khả năng cơ khí hoá quá trình điều khiển ôtô. - Có thể sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treo loại khí.
-
Đảm bảo độ an toàn và tin cậy cao vì một trong hai dòng khí nén bị rò rỉ thì ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại.
Nhược điểm:
-
Thời gian phản hồi chậm hơn so với dẫn động thủy lực. Ngoài ra, số lượng các cụm trong hệ thống khá lớn, kích thước và trọng lượng cũng tương đối nặng, khiến giá thành cao. Một yếu điểm lớn nữa là sự an toàn và độ tin cậy không được đảm bảo hoàn toàn, vì nếu có sự rò rỉ ở bất kỳ điểm nào trên đường ống, toàn bộ hệ thống phanh có thể mất khả năng hoạt động.
-
Kết cấu khá phức tạp, bao gồm van bảo vệ hai ngả, van phân phối hai tầng, và các trang thiết bị cồng kềnh hơn. Những yếu tố này không chỉ làm tăng độ phức tạp trong việc lắp đặt và bảo dưỡng mà còn dẫn đến sự gia tăng về kích thước và trọng lượng của hệ thống.
(d) Dẫn động phanh liên hợp:
Dẫn động phanh liên hợp là sự kết hợp giữa hệ thống thủy lực và khí nén, tận dụng ưu điểm của cả hai. Phần thủy lực có thiết kế nhỏ gọn và nhẹ, giúp duy trì độ nhạy cao và khả năng phanh đồng thời trên tất cả các bánh xe. Còn phần khí nén hỗ trợ điều khiển nhẹ nhàng, với khả năng linh hoạt trong việc điều chỉnh phanh, đặc biệt là khi cần phanh cho rơ móc.
Ưu điểm:
-
Hệ thống dẫn động phanh liên hợp kết hợp những ưu điểm của cả phanh thủy lực và khí nén, đồng thời khắc phục được nhược điểm của từng hệ thống khi hoạt động riêng biệt. Phần thủy lực mang lại độ nhạy cao và khả năng phanh đồng thời, trong khi phần khí nén giúp giảm lực điều khiển và tăng tính linh hoạt trong việc điều chỉnh phanh.
Nhược điểm:
-
Hệ thống phanh liên hợp có kích thước cồng kềnh và cấu trúc phức tạp, điều này gây khó khăn trong việc bảo dưỡng và sửa chữa. Nếu phần dẫn động khí nén gặp sự cố, toàn bộ hệ thống sẽ không hoạt động được, vì vậy cần chú ý đặc biệt đến bộ phận khí nén trong hệ thống. Thêm vào đó, chi phí lắp đặt và bảo trì hệ thống phanh liên hợp khá cao, do có nhiều cụm chi tiết đắt tiền.
(e) Định nghĩa:
Trợ lực phanh là một thiết bị bằng thép, có màng ngăn và các van, giúp hỗ trợ lực phanh khi lái xe. Một bên của màng ngăn kết nối với cần piston của tổng phanh, trong khi bên còn lại nối với thanh đẩy của chân phanh. Bầu trợ lực hoạt động nhờ áp suất chân không và chỉ cung cấp trợ lực một phần, giúp giảm bớt sức lực cho người lái. Tuy nhiên, hệ thống được thiết kế sao cho nếu mất trợ lực, người lái vẫn có thể dùng chân để đạp phanh. Đối với động cơ xăng, nguồn chân không được lấy từ cổ nạp, trong khi đối với động cơ diesel, cần một bơm chân không riêng biệt để tạo ra nguồn chân không.
Hình 1.27: Trợ lực phanh chân không
Nguồn chân không được kết nối để tạo áp suất chân không trong cả hai khoang của bầu trợ lực. Khi người lái đạp phanh, cần đẩy sẽ kích hoạt van mở giữa khoang cần đẩy và bên ngoài, làm cho khoang này có áp suất không khí, đồng thời đóng van chân không nối với khoang này. Khoang bên piston vẫn duy trì áp suất chân không, tạo lực trợ giúp để kéo màng và đẩy piston theo hướng phanh. Khi nhả chân phanh, van thông với bên ngoài sẽ đóng, trong khi van chân không mở, tạo lại áp suất chân không trong khoang cần đẩy, giúp các bộ phận quay lại vị trí ban đầu.
(f) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ phận liên quan
* Cấu tạo:
Van một chiều: được nối trên đường ống chân không đến bầu trợ lực chỉ cho phép không khí đi từ bầu trợ lực ra ngoài. Nếu động cơ ngừng hoạt động hoặc áp suất chân không yếu, van một chiều đảm bảo áp suất chân không trong bầy trợ lực vẫn được duy trì. Van này rất quan trọng vì nếu động cơ bị chết máy thì nhờ có van này mà bầu trợ lực vẫn có thể trợ lực trong nhiều lần đạp. Van một chiều là chi tiết đầu tiên phải kiểm tra nếu hệ thống phanh hoạt động bất thường.
Hình 1.28: Các bộ phận liên quan
Công tắc chân không: được lắp ở bầu trợ lực trên xe trang bị động cơ diesel, khi áp suất chân không vượt qua ngưỡng nào đó thì công tắc sẽ bật sáng đèn cảnh báo trên bảng táp lô.Khi lắp ráp cần phải đo chiều dài của cần đẩy và hiệu chỉnh lại đúng với tiêu chuẩn.
Hình 1.29: Cấu tạo trợ lực phanh chân không
Bầu trợ lực sẽ nhân lực đạp phanh của lái xe lên cao hơn khi đạp phanh để giảm sức đạp của lái xe. Trong đa số các loại xe, bầu trợ lực được lắp cùng với tổng phanh thành một cụm chi tiết. Áp suất chân không bên trong bầu trợ lực vào khoảng 0,5 đến 0,9 bar tùy thuộc vào từng loại xe và điều kiện cụ thể.
* Nguyên lý làm việc:
Hình 1.30: Cấu tạo trợ lực chân không
1 bàn đạp phanh 4 màng ngăn 7 xi lanh thủy lực
2 xi lanh chính 5 van khí quyển 8 pít tông
3 bầu trợ lực 6 màng của cụm van điều khiển 9 tầm tì
Trợ lực chân không được bố trí nằm giữa xi lanh chính và xi lanh công tác của dẫn động phanh thuỷ lực. Trợ lực gồm bầu trợ lực 3 có màng 4 ngăn chia bầu trợ lực thành hai khoang A và B, xi lanh thuỷ lực 7, cụm van điều khiển có van khí quyển 5 và van chân không, màng 6 của cụm van điều khiển. Khi không tác dụng lực lên bàn đạp phanh 1, màng 6 của cụm van điều khiển nằm ở vị trí dưới cùng. Dưới tác dụng của lò xo van khí quyển 5 tỳ vào đế van. Qua lỗ trên màng 6 khoang A và khoang B của bầu trợ lực được thông với nhau. Khi động cơ làm việc, cả hai khoang có độ chân không tỉ lệ với độ chân không ở cổ hút động cơ. Pít tông 8 của xi lanh thuỷ lực 7 sẽ nằm ở vị trí ngoài cùng bên trái. Van bi trên pít tông 8 sẽ bị phần lồi của tấm 9 tỳ vào và nó sẽ mở ra. Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh chính 2 qua lỗ van trên pít tông xy lanh thủy lực đi vào mạch cung cấp dầu đến các xi lanh công tác.
Chương 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KIỂM NGHIỆM
2.1 Thông số cơ bản của xe
STT |
Đặc tính kỹ thuật |
|
1 |
Dài x rộng x cao(mm) |
4675 x 1825 x 1430 |
2 |
Chiều dài cơ sở (L) |
2700 |
3 |
Chiều rộng cơ sở trước, sau(mm) |
1540 /1550 |
4 |
Trọng lượng không tải (N) |
12.065N |
5 |
Trọng lượng toàn tải(N) |
16.949N |
6 |
Trọng lượng phân bố cầu trước(N) |
7.241N |
7 |
Trọng lượng phân bố cầu sau (N) |
10.175N |
8 |
Vận tốc lớn nhất (km/h) |
195 |
9 |
Bánh xe |
Vành hợp kim nhôm |
10 |
Cỡ lốp |
205/55R16 |
11 |
Chiều cao trọng tâm (mm) |
450 |
12 |
Phanh chính |
Trước: đĩa, sau: đĩa |
13 |
Động cơ |
4 Xi lanh DOHC 16 van |
14 |
Dung tích xi lanh( cc) |
1,591 |
15 |
Công suất cực đại (PS/vòng/phút) |
127.5/6300 |
Bảng 2.1 Bảng thông số cơ bản của Hyundai Elantra 1.6AT 2023
2.2 Lựa chọn cơ cấu phanh
2.2.1 Lựa chọn phương án thiết kế cho cơ cấu phanh đĩa trước
Đối với cơ cấu phanh trước ta trên xe Huyndai Elantra 1.6AT 2023, ta biết xe sử dụng cơ cấu phanh đĩa với loại phanh đĩa. Hệ thống này mang lại hiệu suất phanh tốt, đặc biệt khi xe di chuyển với tốc độ cao và phanh gấp. Đi cùng với các công nghệ hỗ trợ như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) và phân phối lực phanh điện tử (EBD).
Đĩa phanh trên xe Huyndai Elantra 1.6AT 2023 được làm bằng hợp kim gang (cast iron). Vật liệu này được ưa chuộng vì có khả năng chịu nhiệt tốt, độ bền cao và khả năng chống mài mòn.
Má phanh của cơ cấu phanh đĩa có dạng tấm phẳng hình chữ nhật. Nó được cấu tạo bởi một xương phanh bằng một tấm thép dày khoảng 2 đến 3 mm và một tấm má phanh bằng vật liệu ma sát. Má phanh và xương đĩa được liên kết với nhau bằng một lớp keo đặc biệt. Loại má phanh sử dụng trên xe là loại má liền. Pít tông làm việc không tác dụng trực tiếp lên xương đĩa mà nó tác dụng thông qua một tấm lót.
Ưu điểm:
-
Hiệu suất phanh tốt hơn: Phanh đĩa cung cấp lực phanh mạnh mẽ và ổn định, đặc biệt khi cần dừng xe nhanh chóng. Nhờ thiết kế mở, phanh đĩa có thể tản nhiệt nhanh, giữ hiệu suất phanh không bị giảm sút.
-
Bảo trì đơn giản: Việc kiểm tra và thay thế phanh đĩa thường đơn giản hơn so với phanh tang trống. Người dùng có thể dễ dàng nhận biết khi nào cần thay thế mà không cần tháo rời nhiều bộ phận.
-
Dễ dàng nâng cấp: Phanh đĩa có thể được nâng cấp với các loại đĩa hoặc miếng đệm phanh hiệu suất cao hơn, giúp cải thiện khả năng phanh mà không cần thay thế toàn bộ hệ thống.
-
Giảm thiểu hiện tượng bó cứng: Phanh đĩa ít bị ảnh hưởng bởi nước, bụi bẩn hoặc bùn, do đó giảm thiểu nguy cơ bị bó cứng. Điều này mang lại sự an toàn hơn trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt.
Nhược điểm:
-
Mài mòn nhanh hơn trong một số điều kiện: Trong điều kiện lái xe khắc nghiệt, như đua xe hoặc khi tải trọng lớn, miếng đệm phanh có thể bị mài mòn nhanh hơn.
-
Nhạy cảm với bụi và nước: Mặc dù phanh đĩa ít bị ảnh hưởng bởi bụi bẩn hơn phanh tang trống, nhưng nếu không được bảo trì đúng cách, bụi và nước có thể vẫn ảnh hưởng đến hiệu suất phanh.
-
Tiếng ồn: Một số loại má phanh có thể tạo ra tiếng ồn khi phanh, đặc biệt là khi chúng đã mòn hoặc không được lắp đặt đúng cách. Điều này có thể gây khó chịu cho người lái và hành khách.
Kết luận: Cơ cấu phanh đĩa với giá đỡ di động là sự lựa chọn tối ưu cho phanh cầu trước nhờ vào kết cấu đơn giản, hiệu quả phanh cao và những ưu điểm nổi bật như khả năng phân bổ lực phanh đồng đều và độ bền cao. Qua phân tích và so sánh, đây là lựa chọn phù hợp để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu và tăng cường độ an toàn cho phương tiện.
2.2.2 Phương án dẫn động
Có ba phương án dẫn động phanh chính: dẫn động cơ khí, dẫn động khí nén và dẫn động thủy lực. Dẫn động cơ khí yêu cầu hệ thống cơ cấu đòn bẩy và khâu khớp phức tạp để tạo ra lực phanh đủ lớn, vì vậy nó chỉ phù hợp cho phanh tay. Dẫn động phanh khí nén lại yêu cầu máy nén khí và bình chứa khí, điều này làm cho nó không phù hợp với kết cấu của xe du lịch. Do đó, dẫn động thủy lực với kết cấu nhỏ gọn, độ nhạy cao, là phương án tối ưu cho các xe du lịch. Dưới đây sẽ là phân tích các phương án dẫn động thủy lực để lựa chọn phương án phù hợp nhất cho thiết kế xe.Phương án dẫn động trên phanh đĩa của xe Huyndai Elantra 1.6AT 2023 là dẫn động thủy lực một dòng.
(a) Sơ đồ dẫn động thủy lực một dòng:
Hình 2.1: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực một dòng
-
Bánh xe; 2. Đĩa phanh; 3. Xi lanh bánh trước; 4.Xi lanh chính; 5. Bàn đạp
6. Xi lanh bánh sau; 7. Má phanh sau
(b) Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
-
Hiệu suất cao.
-
Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản.
-
Phanh một lúc các bánh xe với khả năng phân bổ lực phanh đều giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu, giúp đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu và tăng cường độ ổn định cho phương tiện trong quá trình dừng xe.
Nhược điểm:
-
Tỷ số dẫn động không lớn khiến lực điều khiển không thể được tăng cường đủ để tác động mạnh lên cơ cấu phanh, điều này có thể làm giảm hiệu quả phanh và yêu cầu lực tác động lớn hơn từ người lái.
-
Độ an toàn không cao. Một trong các đường ống dẫn dầu tới các xi lanh bánh xe bị rò rỉ, áp suất dầu trong hệ thống phanh sẽ bị giảm, dẫn đến mất lực phanh ở tất cả các bánh xe, gây nguy hiểm cho quá trình điều khiển và dừng xe.
-
Hiệu suất truyền động giảm ở nhiệt độ thấp.
2.2.3 Trợ lực phanh
Xe Hyundai Elantra 1.6AT 2023 sử dụng trợ lực phanh chân không.
(a) Nguyên lý làm việc trợ lực phanh chân không:
Hình 2.2: Cấu tạo trợ lực chân không
1 bàn đạp phanh, 4 màng ngăn 7 xi lanh thủy lực
2 xi lanh chính, 5 van khí quyển 8 pít tông
3 bầu trợ lực 6 màng của cụm van điều khiển 9 tầm tì
Nguyên lý: Trợ lực phanh chân không hoạt động dựa trên sự chênh lệch áp suất giữa khoang chân không và khoang khí quyển trong bầu trợ lực phanh. Khi người lái đạp bàn đạp phanh, một van điều khiển sẽ mở, cho phép không khí từ bên ngoài vào khoang khí quyển của bầu trợ lực, trong khi bên còn lại vẫn duy trì áp suất chân không được tạo ra bởi động cơ. Sự khác biệt về áp suất này tạo ra một lực tác động lên piston trong bầu trợ lực, giúp giảm bớt lực cần thiết để người lái có thể đạp phanh. Nhờ vào lực hỗ trợ này, việc phanh trở nên nhẹ nhàng và dễ dàng hơn, giúp nâng cao hiệu quả và an toàn khi điều khiển xe.
(b) Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
-
Tiết kiệm năng lượng: Hệ thống không tiêu tốn nhiều năng lượng từ động cơ, vì chân không được tạo ra tự nhiên từ động cơ.
-
An toàn hơn: Trong các tình huống khẩn cấp, lực hỗ trợ từ hệ thống giúp giảm khoảng cách dừng xe, cải thiện độ an toàn.
Nhược điểm:
-
Khả năng rò rỉ: Nếu có rò rỉ trong hệ thống chân không hoặc trong bầu trợ lực, điều này có thể làm giảm hiệu suất phanh và gây nguy hiểm.
-
Phụ thuộc vào động cơ: Hệ thống chân không chỉ hoạt động khi động cơ đang chạy. Nếu động cơ ngừng hoạt động (ví dụ, khi xe tắt máy), trợ lực phanh sẽ không hoạt động, làm tăng lực cần thiết để phanh.
2.3 Tính toán các thông số cơ bản
- Xác định momen phanh cần thiết tại các bánh xe
Hình 2.3: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Để xác định , ta lấy momen các lực tại điểm tiếp xúc bánh sau với mặt đường:
(2.1)
Tương tự ta có với : (2.2)
Với cơ cấu phanh sau đặt trực tiếp tại các bánh xe thì momen phanh tính toán cần phải sinh ra ở bánh xe mỗi cơ cấu phanh:
Ở cầu trước: (2.3)
Ở cầu sau: (2.4)
Trong đó:
-
G: trọng lượng ô tô khi đầy tải. G = 16949 (N)
-
L: chiều dài cơ sở của ô tô. L = 2700 (mm)
-
a, b: khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước, sau
-
: chiều cao trọng tâm xe. = 0,45 (m)
Ta có:
- Phân bố tải trọng ra cầu trước: = 7241 (N)
- Phân bố tải trọng ra cầu sau: = 10175 (N)
: gia tốc chậm dần cực đại khi phanh
Trong đó:
-
: hệ số bám của bánh xe với mặt đường. Ta chọn (0,6 – 0,8) => 0,7
-
: bán kính làm việc trung bình của bánh xe
-
: gia tốc làm trọng trường: = 9,81
Ta có: bán kính làm việc trung bình được tính như sau
(2.5)
Trong đó:
-
: hệ số kể đến sự biến dạng lốp: = 0,93 – 0,95 => 0,93
-
: bán kính thiết kế:
Với xe Huyndai Elantra 1.6AT, kiểu lốp sử dụng là 205/55R16, trong đó:
-
d: đường kính lắp vành. d = 16 (inches) = 406.4 (mm)
-
B: chiều rộng của lốp. B = 205 (mm)
-
: chỉ số profin. = 55% = 0,55
Ta có: chiều cao lốp:
Vậy ta có:
Chương 3. Tính toán mô phỏng nhiệt và bền đĩa phanh
3.1 Giới thiệu đĩa phanh và điều kiện làm việc
3.1.1 Đĩa phanh
Phanh đĩa gồm một số bộ phận: ngàm phanh, đĩa phanh, má phanh và hệ thống thủy lực. Đĩa phanh là một đĩa tròn được gắn vào bánh xe và quay cùng nó. Đĩa phanh thường được chế tạo từ gang hoặc thép, một số phương tiện cao cấp sủa dụng đĩa phanh được làm bằng gốm carbon, những bộ phận này được chế tạo có rãnh hoặc khoan để tăng cường khả năng tản nhiệt.
Có hai loại đĩa phanh chính thường được sử dụng trên ô tô: Loại có rãnh và loại khoan.
(a) Đĩa phanh tiêu chuẩn
Đĩa phanh tiêu chuẩn có đặc tính chắc chắn, êm ái và cơ bản, thường được sử dụng trên các ô tô hiện nay. Mặc dù đĩa phanh tiêu chuẩn là loại cơ bản nhưng chúng thường mang lại hiệu quả phanh đáng tin cậy, đảm bảo an toàn mà không cần quan tâm nhiều.
Đặc điểm: Đĩa cứng và nhẵn không có lỗ hay khe.
Ưu điểm: Đĩa phanh rẻ tiền, bền bỉ và dễ bảo trì.
Nhược điểm: Khả năng tản nhiệt hạn chế và dễ bị mòn trong điều kiện phanh gấp. Mẫu xe tương thích: Xe nhỏ gọn. xe sedan và xe gia đình.
Hình 3.1: Phanh đĩa tiêu chuẩn
(b) Phanh đĩa tản nhiệt
Đĩa phanh tản nhiệt có các khe hoặc vây để tăng cường khả năng tản nhiệt được tạo ra trong quá trình phanh. Điều này giúp ngăn chặn tình trạng hỏng phanh do quá nhiệt, đặc biệt trong điều kiện phanh gấp hoặc xe có hiệu suất cao. Đặc điểm: Có vây hoặc rãnh phía trong đĩa phanh
Ưu điểm: Khả năng tản nhiệt mạnh, ngăn ngừa nguy cơ quá nhiệt.
Nhược điểm: Đắt tiền và tạo ra tiếng ồn hơn một chút khi phanh.
Xe tương thích: Xe thể thao, SUV hoặc xe công suất cao.
Hình 3.2: Đĩa phanh tản nhiệt
(c) Đĩa phanh khoan
Đĩa phanh được khoan các lỗ nhỏ giúp tản nhiệt và khí khi xe phanh. Giúp cải thiện hiệu suất phanh, giảm nguy cơ đổi màu và biến dạng, đồng thời duy trì bề mặt phanh sạch hơn bằng cách ngăn ngừa tích tụ các khí và mảnh vụn.
Đặc điểm: Có các lỗ nhỏ trên bề mặt.
Ưu điểm: Các lỗ đục cải thiện khả năng tản nhiệt và giữ cho bề mặt phanh sạch hơn. Nhược điểm: Độ ồn và độ rung cao.
Mẫu xe tương thích: xe thể thao.
Hình 3.3: Phanh đĩa dạng khoan
(d) Đĩa phanh tản nhiệt dạng khoan
Đĩa phanh có rãnh đề cập đến một loại thiết kế bề mặt cụ thể trên đĩa phanh. Nó có các sọc hay rãnh dọc theo bề mặt các rãnh có thể có các kiểu khác nhau như đường thẳng, sóng hoặc hình xoắn ốc. Đặc điểm: Có nhiều sọc hoặc rãnh trên bề mặt.
Ưu điểm: Cải thiện hiệu quả phanh trong điều kiện ẩm ướt, tản nhiệt tốt và giảm mài mòn má phanh.
Nhược điểm: Tạo ra tiếng ồn, độ rung cao hơn.
Mẫu xe tương thích: Xe thể thao sang trọng, xe hiệu suất cao, SUV.
Hình 3.4: Đĩa phanh tản nhiệt dạng khoan
(e) Đĩa phanh dạng gốm
Đĩa phanh composite có sự khác biệt đang kể so với các loại trước. Đĩa phanh được làm bằng vật liệu composite như gốm hoặc sợi carbon, thay vì thép thông thường. Đĩa phanh composite nhẹ hơn, mang lại độ bền và khả năng chịu nhiệt cao hơn, đồng thời duy trì hiệu suất phanh vượt trội trong điều kiện khắc nghiệt.
Đặc điểm: Được làm bằng vật liệu composite như gốm hoặc sợi carbon.
Ưu điểm: Nhẹ hơn đáng kể, có khả năng chịu nhiệt cao hơn và mang lại hiệu quả phanh vượt trội
Nhược điểm: Đắt tiền hơn đĩa phanh thông thường và có thể cần má phanh đặc biệt.
Mẫu xe tương thích: Siêu xe hoặc xe đua.
Hình 3.5: Đĩa phanh dạng gốm
3.1.2 Điều kiện làm việc
Điều kiện làm việc của đĩa phanh là khi xe giảm tốc độ hoặc dừng lại. Má phanh sẽ thực hiện quá trình ma sát với đĩa phanh, trong quá trình này đĩa phanh phải chịu một lực và dòng năng lượng làm tăng nhiệt độ. Nhiệt độ cao có thể gây mòn bề mặt đĩa, dẫn đến mòn quá mức. Ngoài ra, nhiệt độ cao có thể gây hao mòn về vật liệu và giảm tuổi thọ của đĩa. Nhiệt độ của đĩa phanh trong quá trình phanh có thể tăng từ 200-300°C, tùy thuộc vào chất liệu của đĩa phanh. Quá trình làm mòn đĩa phanh là kết quả của sự ma sát giữa má phanh và đĩa phanh. Khi nhấn bàn đạp phanh, ngàm phanh sẽ tạo áp lực lên má phanh, sau đó ép vào đĩa phanh đang quay khiến đĩa phanh giảm tốc độ hoặc dừng lại. Ma sát giữa má phanh và đĩa phanh tạo ra nhiệt, nhiệt này tăng theo tốc độ và lực phanh. Lượng nhiệt này có thể gây mòn cả má phanh và đĩa phanh, dẫn đến giảm hiệu quả phanh theo thời gian. Mức độ mòn của đĩa phanh phụ thuộc vào một số yếu tố bao gồm cách lái xe, tần suất phanh và điều kiện môi trường. Cách lái xe với tốc độ cao liên quan đến việc phanh gấp thường xuyên có thể gây mòn cả má phanh và đĩa phanh nhiều hơn so với những kiểu lái xe vừa phải. Ngoài ra, lái xe trong điều kiện môi trường khắc nghiệt như nhiệt độ khắc nghiệt hoặc mưa lớn có thể làm tăng tốc độ mài mòn của cả hai bộ phận do độ ẩm hoặc bụi bẩn tích tụ tăng lên. Để giảm thiểu sự mài mòn của cả má phanh và đĩa phanh, nên lái xe với phong cách lái xe vừa phải phanh dần dần thay vì phanh cấp thường xuyên. Ngoài ra, việc xưởng thường xuyên như thay má phanh bị mòn và kiểm tra tình trạng phanh của đĩa phanh có thể giúp ngăn ngừa mài mòn quá mức và duy trì hiệu suất phanh một cách tối ưu.
3.2 Tính toán mô phỏng nhiệt đĩa phanh
3.2.1 Giới thiệu phần mềm tính toán
ANSYS là một phần mềm mạnh mẽ chuyên dụng trong lĩnh vực mô phỏng và phân tích kỹ thuật, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như cơ khí, điện tử, hàng không, ô tô và xây dựng. Phần mềm này cung cấp các công cụ toàn diện để thực hiện các phép phân tích về sức bền, nhiệt động học, dòng chảy, điện từ và các hiện tượng vật lý khác.
Hình 3.6: Logo phần mềm Ansys
3.2.2 Tính toán kiểm nghiệm
Đường kính đĩa |
280 mm |
Chất liệu đĩa |
Gang xám |
Độ dày đĩa |
23,1 mm |
Đường kính trong |
143,5 mm |
Độ dày bên trong |
21,2 mm |
Đường kính lỗ |
12,6 mm x 5 lỗ |
Chất liệu phanh đệm |
Asbestos |
Kích thước miếng đệm |
132 mm x 16,8 mm |
Lực điều khiển đầu vào |
160 N |
Hệ số ma sát của mặt đường (μr) |
0.7 |
Hệ số ma sát của vật liệu đệm (μp) |
0.5 |
Hệ số an toàn |
3 |
Đường kính xylanh chính |
23 mm |
Hành trình xylanh chính |
15 mm |
Bảng 3.1 Bảng thông số dùng cho việc tính toán kiểm nghiệm
(b) Tính toán lực kẹp
Lực của piston xylanh chính:
Lực của piston xylanh chính:
(3.1)
Diện tích của piston xylanh chính: (3.2)
Áp suất được áp dụng bởi xylanh chính: (3.3)
Tổn thất áp suất do truyền chất lỏng: của =>
Diện tích của Calliper Piston: (3.4)
Theo định luật Pascal:
Với 2 piston:
(c) Động năng của xe
Xác định bằng công thức:
Trong đó:
-
K.E: động năng (J)
-
M: Trọng lượng (kg)
-
V: Vận tốc của xe (m/s)
