3. Tính toán thiết kế hệ thống phanh
3.2. Tính toán cơ cấu phanh
3.2.6. Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh
3.2.6.1. Tính toán kiểm tra công trượt riêng.
Theo ủịnh nghĩa cụng ma sỏt trượt riờng chớnh là cụng ma sỏt trượt của mỏ phanh trong quỏ trỡnh phanh tớnh trờn một ủơn vị diện tớch làm việc của mỏ phanh.
Giả sử cụng ma sỏt trượt L trong quỏ trỡnh phanh sẽ thu toàn bộ ủộng năng của ụtụ khi bắt ủầu phanh với vận tốc v1 cho ủến khi ụtụ dừng hẳn (v2 = 0); tức là:
( 12 22) 12
. .
2 2.
a a
m v v G v
L g
= − = (3.33)
Suy ra công trượt riêng là:
2
. 1
2. .
a r
L G v
L = AΣ = g AΣ (3.34)
Trong ủú: ma là khối lượng toàn bộ của ụtụ [kg].
Ga là trọng lượng toàn bộ của ôtô [N].
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81[m/s2].
v1 là tốc ủộ ụtụ khi bắt ủầu phanh [m/s].
AΣlà tổng diện tích làm việc của các má phanh trong tất cả các cơ cấu phanh [m2].
Diện tích làm việc của hai má phanh của hai cơ cấu phanh trước:
2 2 1
1 .( 2 1). .4
A R R 2.α
π π
Σ = − (3.35a)
Ở ủõy:
R1: bỏn kớnh trong của ủĩa phanh, R1 = 0,108[m].
R2: bỏn kớnh ngoài của ủĩa phanh, R2 = 0,160[m].
α1 : gúc ụm mỏ phanh trước, [rad].α1 = 0,367[rad] (21,06[ủộ]).
C1: chiều dài má phanh trước, C1 = 0,050[m].
Rtb1: ủường kớnh trung bỡnh mỏ phanh trước. Rtb1 = 0,136[m]
Vậy: 1 ( 2 2) 2
0,367
3,1415. 0,160 0,108 . .4 0, 010229[ ] 2.3,1415
AΣ = − = m (3.35b)
Diện tích làm việc của của hai má phanh cơ cấu phanh sau:
A∑2 = 2.b.rt.(α2 −α1).4 (3.36)
2 2.0,068.0,17.(120-30)(3,1416/180).4 0,145609
AΣ = = [m2]
Vậy tổng diện tích làm việc của các má phanh:
AΣ = AΣ1 + AΣ2 = 0,010229 + 0,148975= 0,155838[m2] (3.37) Suy ra công trượt riêng là:
2
. 1
2. .
a r
G v L L
AΣ g AΣ
= = (3.38)
Ga là trọng lượng toàn bộ của ôtô [N], Ga=28252,8[N].
v1 là vận tốc ụtụ khi bắt ủầu phanh [m/s].
v1=vtb=0,5.vmax=0,5.44,44=22,22[m/s].
với vmax là vận tốc thử lớn nhất.
g: gia tốc trọng trường, g = 9,81[m/s2].
AΣ: tổng diện tích làm việc của các má phanh, AΣ = 0,159[m2].
2
6 2 2
28252,8.22, 22
4, 56.10 [ / ]=4,56[ / ] 2.9,81.0,155838
Lr = = J m MJ m (3.39)
Theo [5], trị số cụng ma sỏt riờng tớnh theo cỏc cụng thức trờn khi bắt ủầu phanh với tốc ủộ trung bỡnh (v1=vtb=0,5.vmax) cho ủến khi xe dừng hẳn (v2 = 0), ủối với ôtô du lịch phải nằm trong giới hạn cho phép [Lr] = 4÷15[MJ/m2].
3.2.6.2. Tớnh toỏn kiểm tra nhiệt ủộ hỡnh thành ở cơ cấu phanh:
Trong quỏ trỡnh ụtụ bị phanh, ủộng năng ụtụ bị tiờu tỏn bởi cụng ma sỏt trượt và biến thành nhiệt năng, làm nung núng mỏ phanh - trống phanh (hoặc ủĩa phanh) và một phần truyền ra môi trường không khí. Tuy nhiên khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, năng lượng nhiệt không kịp truyền ra cho môi trường không khớ hoặc truyền ra khụng ủỏng kể nờn trong tớnh toỏn thiết kế, ủể an toàn về nhiệt chỳng ta cú thể coi ủĩa phanh nhận hết nhiệt năng này trong quỏ trỡnh phanh. Vỡ vậy ta có phương trình cân bằng nhiệt như sau:
( ) m .C.∆C
2 v v m
p 2 2 2 1
a − =
(3.40a)
trong ủú: mp là tổng khối lượng của cỏc ủĩa phanh và trống phanh; C là nhiệt dung riờng của vật liệu làm ủĩa phanh – ủối với thộp hoặc gang thỡ C ≈ 500[J/kg] – cũn với hợp kim xi-lu-min thỡ C cú thể lấy lờn tới 950[J/kg]. Cũn ∆T là ủộ tăng nhiệt ủộ của hoặc ủĩa phanh.
ðộ tăng nhiệt ủộ của ủĩa phanh (hoặc tang trống) khi phanh với tốc ủộ của ụtụ v1 = 8,33[m/s] cho ủến khi dừng hẳn (v2 = 0) khụng ủược vượt quỏ 150. Khi phanh ngặt với tốc ủộ trung bỡnh bằng nửa tốc ủộ cực ủại thỡ ủộ tăng nhiệt ủộ cũng khụng ủược vượt quỏ 1250.
+ Tớnh kiểm tra ủộ tăng nhiệt ủộ khi phanh với vận tốc v = 8,33[m/s]. Từ (3.40a) suy ra khối lượng tổng cộng của ủĩa phanh phải ủủ lớn ủể ủộ tăng nhiệt ủộ khụng quỏ 10o khi phanh với tốc ủộ v = 8,33[m/s]:
19,984[kg]
] 2.500.[10
2880.8,33 ]
2.C.[10 v
m m o
2 o
2 1 a
p = = = (3.40b)
+ Tớnh kiểm tra ủộ tăng nhiệt ủộ khi phanh với vận tốc v = 0,5vmax. Từ (3.40a) suy ra khối lượng tổng cộng của ủĩa phanh phải ủủ lớn ủể ủộ tăng nhiệt ủộ khụng quỏ 100o khi phanh với tốc ủộ v = 0,5vmax = 22,22[m/s]:
,5[kg]
] 12 2.500.[100 2880.22,22 ]
2.C.[10 v
m m o
2 o
2 1 a
p = = = (3.40c)
Vậy ủể bảo ủảm ủiều kiện bền nhiệt, thỡ khối lượng của mỗi ủĩa phanh (hoặc tang trống) của ôtô du lịch (có công thức bánh xe 4x2 hoặc 4x4) phải bằng:
mt = 19,984/4 ≈ 5[kg] (3.41)
Cựng với bài toỏn kiểm tra nhiệt, bài toỏn tớnh toỏn thiết kế bề dày δ ủĩa phanh cú thể ủược suy ra từ cụng thức khối lượng ủĩa phanh như sau.
(R −R ) δ ρ=mt
π 22 12. . (3.42)
trong ủú: ρ là khối lượng riờng của vật liệu làm tang trống hoặc ủĩa phanh. Với gang hoặc thộp thỡ ρ = 7800[kg/m3]. Với số liệu ủó cú, suy ra δd = 0,016 [m].
Cũng với bài toán kiểm tra nhiệt, bài toán tính toán thiết kế bề dày δ tang trống cú thể ủược suy ra từ cụng thức khối lượng trống phanh như sau.
( )
[ ] ( ) t
2 t 2
t δ r .b δ. m
r
π + − + ρ= (3.43)
trong ủú rt = 0,170[m] là bỏn kớnh của tang trống; cũn b là bề rộng của mỏ phanh (b
= 52[mm]); còn ρ là khối lượng riêng của vật liệu làm tang trống. Với gang hoặc thép thì ρ = 7800[kg/m3].
Với số liệu ủó cú, bằng phương phỏp tớnh gần ủỳng (cú thể nhờ sự trợ giỳp bởi cụng cụ Solver trongMenuTool của M.S. EXCEL) ủể tỡm bề dày δ của tang trống cho bởi công thức (3.43). Với mt = 4[kg] thì δt≈ 15[mm].