PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Công dụng, phân loại yêu cầu hệ thống phanh
- Hệ thống phanh ô tô có công dụng giảm vận tốc của xe tới một tốc độ nào đó hoặc dừng hẳn.
- Giữ xe lâu dài trên đường, đặc biệt là trên đường dốc.
- Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn được kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe.
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
Điều khiển dễ dàng và thuận tiện: lực tác động lên bàn đạp hoặc cần kéo điều khiển được thiết kế phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của người sử dụng.
- Đảm bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng.
- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạp khác nhau.
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đường dốc.
Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống phanh là điều cần thiết trong mọi môi trường sử dụng, đặc biệt khi một phần của hệ thống dẫn động điều khiển gặp hư hỏng.
* Theo đặc điểm điều khiển
- Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động, hoặc dừng hẳn xe.
- Phanh phụ (phanh tay), dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng.
Phanh bổ trợ, bao gồm phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ, được sử dụng để giảm thiểu động năng của ô tô trong các tình huống cần phanh kéo dài, chẳng hạn như khi phanh trên dốc dài.
* Theo kết cấu của cơ cấu phanh
- Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau
- Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau
- Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực chuyển dịch của các guốc phanh bằng nhau
- Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
- Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén, …
* Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ôtô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:
- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh)
- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS)
Hệ thống phanh ABS có thể được trang bị thêm các liên hợp điều chỉnh như hạn chế trượt quay và ổn định động học, nhằm nâng cao khả năng cơ động và ổn định của ô tô khi không sử dụng phanh.
Phân tích kết cấu chung của hệ thống phanh
1.2.1Hệ thống phanh thủy lực
Hệ thống phanh hoạt động dựa trên phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất từ 60 đến 120 bar Khi người lái đạp phanh, áp suất được tạo ra trong xilanh chính, dẫn đến việc chất lỏng (dầu phanh) được chuyển qua các ống tới các xilanh bánh xe Áp suất dầu làm cho các pit tông trong xilanh tạo ra lực ép má phanh vào tang trống hoặc đĩa phanh, từ đó thực hiện quá trình phanh ở các bánh xe.
Dẫn động phanh thủy lực mang lại nhiều ưu điểm như phanh êm dịu, dễ bố trí và độ nhạy cao nhờ vào việc dầu không bị nén Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là tỉ số truyền không cao, hạn chế khả năng tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh Chính vì vậy, hệ thống này thường được sử dụng trên ô tô con và ô tô tải nhỏ.
Hệ thống phanh dẫn động một dòng sử dụng xilanh chính để cung cấp dầu đến tất cả các xilanh bánh xe Tuy nhiên, nếu một đường ống dẫn dầu bị hở, áp suất trong hệ thống sẽ giảm, dẫn đến tình trạng mất phanh ở tất cả các bánh xe Mặc dù cấu trúc của hệ thống dẫn động một dòng khá đơn giản, nhưng độ an toàn không cao Do đó, hiện nay, ô tô thường được trang bị hệ thống phanh với ít nhất hai dòng phanh độc lập để nâng cao tính an toàn.
Hình 1.17 Dẫn động một dòng
Hệ thống dẫn động hai dòng, như mô tả trong hình, thực hiện sự tách dòng tại xilanh chính Bàn đạp tác động vào xilanh chính với hai buồng nối tiếp, tạo ra hai dòng cung cấp chất lỏng tới bánh xe Trong trường hợp có rò rỉ dầu ở một dòng, dòng còn lại vẫn đảm bảo khả năng phanh cho xe.
Hình 1.18 Dẫn động hai dòng
1.2.2.Hệ thống phanh khí nén
Dẫn động phanh khí nén cơ bản bao gồm các thành phần chính như nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống dẫn khí Độ bền và độ tin cậy của hệ thống này phụ thuộc vào chất lượng khí nén, do đó, khí nén cần phải được đảm bảo sạch, khô và có áp suất an toàn trong quá trình hoạt động.
Lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối, trong khi lực tác dụng lên cơ cấu phanh là do áp suất khí nén tác động lên bầu phanh Hệ thống có cấu tạo đơn giản và dễ lắp ráp, nhưng lại có độ an toàn và độ tin cậy thấp Độ nhạy của hệ thống không cao, dẫn đến thời gian chậm tác dụng lớn Với nhiều cụm chi tiết, kích thước và trọng lượng lớn, hệ thống này thường được sử dụng trên xe tải.
Hình 1.19 Dẫn động khí nén
1 Máy nén khí; 2 Bộ điều chỉnh áp suất; 3 Bình khí nén
; 4 Lò xo hồi vị; 5 Bầu phanh; 6 Tổng van phanh.
Khi người điều khiển tác dụng vào bàn đạp phanh một lực thì tổng van
Khi van 6 được mở, khí nén với áp suất cao sẽ đi vào các ống dẫn đến bầu phanh 5 Áp suất này tác động lên màng bầu phanh 5, làm đẩy cần đẩy và xoay cam của cơ cấu phanh, từ đó ép má phanh vào trống phanh Đồng thời, bộ điều chỉnh áp suất 2 sẽ kiểm soát áp suất của hệ thống trong các giới hạn nhất định.
Khi nhả bàn đạp phanh, tổng van phanh sẽ ngắt kết nối giữa bình chứa khí và đường ống dẫn, cho phép ống dẫn mở thông với khí quyển Điều này dẫn đến việc khí nén từ các bầu phanh được thoát ra, khiến guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh được kết thúc.
1.2.3 Hệ thống phanh liên hợp
Hệ thống dẫn động trên ô tô tải và ô tô buýt trung bình, lớn thường kết hợp giữa thủy lực và khí nén để tận dụng ưu điểm của cả hai Dẫn động thủy lực có độ nhạy cao nhưng yêu cầu lực điều khiển lớn trên bàn đạp, trong khi dẫn động khí nén lại cần lực điều khiển nhỏ nhưng độ nhạy kém do thời gian chậm tác dụng khi khí bị nén Sự kết hợp này giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống điều khiển.
Dẫn động khí nén đảm bảo tính năng điều khiển cho hệ thống, trong khi dẫn động thuỷ lực thực hiện chức năng chấp hành Hệ thống khí nén bao gồm tổng van phanh 1, kết hợp với các cơ cấu tuỳ động pittông và các xilanh 4 và 6, được kết nối qua đường ống 3 với ngăn dưới của tổng van 1 Ngăn trên của tổng van dẫn khí nén tới rơmooc qua đường ống dẫn 2 Áp suất khí nén tác động lên các pittông trong hai xilanh, tạo lực đẩy cho các pittông trong hệ thống thuỷ lực 4 và 6 Hệ thống thuỷ lực có hai đường dẫn dầu độc lập, với xi lanh chính 4 nối với bốn xi lanh công tác 8 qua các ống dẫn, tác động lên guốc phanh 8 và 10 ở cầu giữa và trước, trong khi xi lanh chính 6 tác động lên guốc phanh 12 thông qua xi lanh công tác 11.
Hệ thống dẫn động liên hợp bao gồm các thành phần chính như tổng phanh liên hợp, đường ống dẫn tới phanh rơmooc và phanh ô tô kéo Nó được cấu tạo từ nhiều xy lanh và bình chứa dầu, bao gồm xy lanh của cầu trước, cầu giữa và cầu sau, cùng với guốc phanh của cầu trước và cầu giữa Những thành phần này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu quả phanh cho cả rơmooc và ô tô kéo.
Hệ thống phanh này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm độ nhạy cao và khả năng phanh đồng thời cho tất cả các bánh xe, giúp việc điều khiển trở nên nhẹ nhàng hơn Ngoài ra, nó còn đảm bảo khả năng tùy chỉnh và kiểm soát phanh cho rơmooc, tăng cường hiệu suất và an toàn khi lái xe.
- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp rất cồng kềnh và phức tạp, rất khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa.
Khi hệ thống dẫn động khí nén bị hỏng, toàn bộ hệ thống sẽ ngừng hoạt động Vì vậy, trong hệ thống phanh liên hợp, việc chú ý đến phần dẫn động khí nén là cực kỳ quan trọng để đảm bảo hiệu suất làm việc.
- Khi sử dụng hệ thống phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có nhiều cụm chi tiết đắt tiền.
Phân tích kết cấu cơ cấu phanh
1.3.1 Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau
Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục bao gồm hai guốc phanh được bố trí đối xứng, hoạt động hiệu quả trên hệ thống dẫn động phanh thủy lực và khí nén.
* Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn động phanh thủy lực
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với xilanh dẫn động phanh thủy lực được thể hiện trong hình 1.3 Hệ thống phanh này được lắp đặt trên cầu sau của ô tô con và xe tải nhỏ, với xilanh thủy lực 11 có nhiệm vụ điều khiển việc ép guốc phanh vào trống phanh.
Hình 1.3 Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn động phanh thủy lực
Cấu tạo cơ bản bao gồm:
Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moay ơ bánh xe.
Mâm phanh cố định được gắn trên dầm cầu, với các tấm ma sát được tán hoặc dán vào guốc phanh Trên mâm phanh có hai chốt cố định để kết nối với lỗ tựa quay của guốc phanh, trong đó chốt có bạc lệch tâm giúp điều chỉnh vị trí điểm tựa và khe hở giữa má phanh và trống phanh Lò xo hồi vị guốc phanh kéo hai guốc phanh, tách má phanh khỏi tang trống và đưa pit tông trong xilanh bánh xe về vị trí không phanh.
Khe hở giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh thông qua hai cam lệch tâm, giúp tối ưu hóa hiệu suất phanh Hai guốc phanh được bố trí đối xứng qua trục trung tâm của bánh xe, đảm bảo sự cân bằng và ổn định khi hoạt động.
Xilanh bánh xe là một thiết bị quan trọng trong hệ thống phanh, bao gồm xilanh kép với thân chung và hai pit tông đối xứng Nó được gắn chặt với mâm phanh, trong đó pit tông tựa vào đầu guốc phanh nhờ chốt tựa Bên trong xilanh, pit tông được bao kín bởi vành cao su, tạo ra không gian chứa dầu phanh Dầu phanh có áp suất được cung cấp qua đai ốc dẫn dầu, và xilanh còn có ốc xả khí để loại bỏ không khí trong hệ thống thủy lực khi cần thiết.
Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục hoạt động theo ba trạng thái: không phanh, phanh và nhả phanh Trong trạng thái không phanh, lò xo hồi vị tạo ra khe hở nhỏ từ 0,3 đến 0,4 mm giữa má phanh và tang trống, giúp tách biệt các phần quay và cố định, đảm bảo bánh xe quay trơn tru.
Khi phanh, áp suất dầu được truyền đến xilanh bánh xe, và khi áp lực này vượt qua lực kéo của lò xo hồi vị, các guốc phanh sẽ di chuyển ra hai phía Sự chuyển động này xảy ra quanh điểm tựa (chốt phanh), khiến má phanh ép sát vào trống phanh, tạo ra ma sát giữa tang trống quay và guốc phanh cố định Kết quả là tốc độ tang trống giảm dần, dẫn đến quá trình phanh ô tô trên đường.
Khi xe di chuyển, chiều quay của tang trống phanh ngược chiều kim đồng hồ, trong khi guốc phanh bên trái tạo ra lực đẩy từ xilanh bánh xe cùng chiều quay.
Guốc siết và guốc nhả là hai thành phần quan trọng trong hệ thống phanh, trong đó guốc siết chịu áp lực lớn hơn guốc nhả Để đảm bảo sự hao mòn đồng đều của hai má phanh trong quá trình sử dụng, guốc siết được chế tạo dài hơn so với guốc nhả.
Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xilanh giảm, làm cho lò xo hồi vị kéo các guốc phanh ép vào pit tông, dẫn đến việc guốc phanh và má phanh tách khỏi trống phanh Điều này khiến lực ma sát không còn, cho phép bánh xe lăn trơn tru trở lại.
Trong quá trình phanh, tang trống và má phanh nóng lên do ma sát, gây hao mòn các tấm ma sát và bề mặt tang trống Nhiệt độ quá cao có thể làm giảm hệ số ma sát và hiệu quả phanh lâu dài, đồng thời gây biến dạng các chi tiết cao su Do đó, hệ thống phanh cần có khả năng thoát nhiệt tốt Sự mòn của tấm ma sát và tang trống làm tăng khe hở giữa má phanh và tang trống, dẫn đến độ trễ khi phanh Vì vậy, các cơ cấu phanh thường được trang bị kết cấu điều chỉnh khe hở trên guốc phanh, và việc điều chỉnh khe hở này cần được thực hiện định kỳ.
* Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn động phanh khí nén
Hình 1.4 Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn động phanh khí nén
Cơ cấu phanh trên ô tô tải vừa và nặng được thiết kế với hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén, trong đó có xilanh khí nén điều khiển cam xoay để ép guốc phanh vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống, trong khi phần cố định bao gồm mâm phanh được gắn chắc chắn trên dầm cầu.
Hai guốc phanh được trang bị tấm ma sát (má phanh) với kích thước dày từ 6 đến 10 mm để tăng khả năng tiếp xúc Mâm phanh có hai chốt cố định cho đầu dưới của guốc phanh, với trục lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh Lò xo hồi vị ở đầu trên của guốc phanh kéo chúng áp sát vào cam qua con lăn Khi cam quay quanh trục, các guốc phanh sẽ bị đẩy, ép má phanh sát vào tang trống Khe hở ban đầu giữa má phanh và trống phanh được thiết lập theo vị trí của cam, trong khi cấu trúc guốc phanh được bố trí đối xứng qua trục đối xứng của cơ cấu phanh.
Khi thực hiện phanh, xilanh khí nén sẽ đẩy đòn quay, làm cho trục và cam quay ngược chiều kim đồng hồ Con lăn tiếp xúc với biên dạng cam, đẩy guốc phanh sang hai bên, từ đó ép má phanh chặt vào trống phanh để thực hiện hiệu quả quá trình phanh.
Khi nhả phanh, đòn trục cam xoay trở lại vị trí ban đầu nhờ lò xo hồi vị, kéo các guốc phanh ép chặt vào cam và tách má phanh khỏi trống phanh Sự tác động đồng đều của cam lên các guốc phanh dẫn đến việc má phanh bị mòn gần như đồng nhất, do đó kích thước của các má phanh trên cả hai guốc đều bằng nhau.
Chọn phương án thiết kế
Chọn hệ thống phanh tang trống
1.4.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh
Xi lanh bánh xe hay còn gọi là xi lanh phụ: là buồng chứa piston, dầu, cuppen
Piston là bộ phận kết nối với guốc phanh, khi áp suất dầu tăng lên, piston sẽ di chuyển ra ngoài, ép má phanh vào trống phanh, từ đó giúp giảm tốc độ hoặc dừng xe hiệu quả.
Cuppen:làm kín xi lanh không có khí lọt vào cũng như rò rỉ dầu Ngoài ra nó còn có tác dụng hồi vị piston.
Má phanh: là bộ phận trực tiếp ma sát với trống phanh.
Lò xo hồi vị: Khi áp suất dầu giảm lò xo có tác dụng ép piston trở về vị trí ban đầu.
1.4.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh tang trống
Khi người lái xe đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra lực phản từ mặt đường, giúp các bánh xe dừng lại và khắc phục quán tính đang muốn giữ xe tiếp tục di chuyển Năng lượng động năng của bánh xe được chuyển hóa thành nhiệt năng qua ma sát, nhờ vào tác động của phanh, khiến bánh xe ngừng quay.
Phanh tang trống sử dụng áp suất thủy lực từ xilanh chính để truyền động đến xilanh phanh, nhằm ép guốc phanh vào trống phanh Khi đó, trống phanh sẽ quay cùng với lốp xe, giúp bánh xe ngừng quay hiệu quả.
Khi áp suất trong xilanh phanh của bánh xe không được tạo ra, lực từ lò xo phản hồi sẽ đẩy guốc phanh rời khỏi mặt trong của trống và trở về vị trí ban đầu.
Vì trống phanh bao quanh guốc phanh, nên khó tiêu tán nhiệt phát sinh.Loại phanh này chịu nhiệt kém.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH
Mục đích và nhiệm vụ tính toán
Mục tiêu của việc tính toán thiết kế cơ cấu phanh là xác định các thông số kích thước và thông số cơ bản, nhằm đảm bảo hiệu quả phanh cho ôtô.
2.1.2 Nhiệm vụ tính toán thiết kế
- Xác định mômen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh
- Chọn dạng cơ cấu phanh và các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh gồm:
+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến xilanh
+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh tới chốt tựa hoặc thanh nối
+ Chiều rộng tấm ma sát
- Xác định lực đẩy cần thiết tác dụng lên các guốc phanh
+ Tính toán kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh.
2.1.3 Thông số ban đầu dùng tính toán thiết kế cơ cấu phanh
- Trọng lượng toàn bộ ô tô: 2450 kg
- Tọa độ trọng tâm ô tô:
- Chiều dài cơ sở ô tô: 2,58 m
- Kích thước lớp xe: 8.4-15 inch
- Gia tốc phanh yêu cầu: Jmax=7m/s 2
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường: φ = 0.8
Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh
Xe có ký hiệu lốp là: 8,4-15 inch d = 15 inch
- Hệ số đặc trưng của cường độ phanh: φ ' = j max g = 7
- Hệ số thay đổi tải trọng khi phanh: m 1 p =1+ j max ℎg gb =1+ 7.0,92
- Lực phanh cực đại của một bánh xe ở cầu trước và cầu sau khi phanh đường phẳng:
- Mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh tại mỗi bánh xe:
Xác định các lực tác dụng lên guốc phanh
Với: β1- góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát β1 = 14 º β0-góc bo ôm cảu tấm ma sát β0 ≈ 120 º β2 = β1 + β0 = 14 º + 120 º = 134 º tg δ= cos2 14 o −cos2 134 o
Bán kính ρ xác định theo công thức sau: ρ= 2 r 1 ( cos β 1 −cos β 2 )
Víi: r1 –bán kính của tang trống, với lốp chọn có lý hiệu là 8,4-15 inch Vậy rt = 120 mm ρ=2 120(cos14 o −cos134 o )
Khi thiết kế hệ thống phanh, việc xác định lực phanh P tác động lên guốc phanh là rất quan trọng Điều này giúp đảm bảo rằng tổng mô men phanh tại guốc phanh trước (M / P1 hoặc M // P1) và guốc phanh sau (M / P2 hoặc M // P2) phải tương đương với mô men phanh đã tính toán cho từng cơ cấu phanh tại bánh xe.
Khi xác định các số kết cấu (õ1, õ2, õ0, rt), chúng ta có thể tính góc ọ và bán kính ủ, từ đó xác định hướng và điểm đặt lực N1, với lực N1 hướng vào tâm 0 Lực R1 là tổng hợp của N1 và T1, tạo thành một góc ử1 với lực N1.
Góc ử1 được xác định như sau: tg φ 1 = T 1
Với ỡ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường ỡ = 0,3.
Chúng ta đã xác định được góc ử1 khoảng 16,69 độ, từ đó xác định được hướng của R1 Góc ử1 của má phanh trước và má phanh sau là như nhau do có cùng hệ số ma sát.
Khi guốc phanh bị ép bằng cam phanh (phanh khí), lực P1 và P2 tác động lên hai guốc phanh sẽ không giống nhau Khi cam quay, hai guốc phanh di chuyển đồng thời, dẫn đến áp suất tác động lên hai má phanh trở nên bằng nhau, từ đó tạo ra lực R1 = R2, cho thấy các thông số của hai guốc phanh là giống nhau.
Như vậy mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽ là:
Trong đó bán kính r0 được xác định theo công thức: r 0 =ρsinφ=ρ tgφ
Vì 2 má phanh có kích thước giống nhau ta có: ρ'=ρ=ρ} {¿ và r 01 =r 02 = r 0
Như vậy khi guốc phanh bị ép bằng cam quay,chúng ta có thể xác định ngay được lực R1 và R2.
Mô men phanh sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh cầu trước là :
Mô men phanh sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh cầu giữa và cầu sau là :
Tính toán kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh
2.4.1 Tính toán xác định công ma sát riêng
Các thông số kích thước của má phanh và trống phanh :
Bề rộng má phanh b = 100mm
Bán kính tang trống rt = 120 mm.
Góc ôm tấm ma sát β 0 = 120 0
Diện tích một má phanh:
Tổng diện tích tất cả các má phanh:
Khi ôtô đang di chuyển với vận tốc V0 và phanh cho đến khi dừng lại (V=0), toàn bộ động năng của ôtô được chuyển hóa thành công ma sát L tại các cơ cấu phanh Diện tích bề mặt phanh được tính là F Σ = 12.F = 12.25132 = 301584 mm², tương đương với 3015.8 cm².
2 gF Σ ≤ [ l ] @0÷1000 J / cm 2 ¿ Đối với phanh khí nén các thông số của má phanh trước và má phanh sau giống nhau, cho nên F Σ = 3015,8cm 2
G = 2450 (KG) là trọng lượng ôtô
V0= 50 (km/h) = 13,89 (m/s) là tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh. g – Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s 2
Công ma sát riêng sẽ là l= G V 0 2
Vậy thỏa mãn điều kiện: l≤[l]@0÷1000(J/cm 2 )
2.4.2 Tính toán xác định áp suất trên bề mặt má phanh Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu: q= M P μ r t F ∑ ¿ ≤[ q ]=1,5÷2,0 MPa ¿ μ – Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh μ = 0,3. rt – Bán kính trống phanh.rt 0mm = 0,12 m.
F Σ – Diện tích má phanh tại nơi có MP
+ Cầu giữa và cầu sau: MP = 106 Nm q6
* Kết luận : Vậy áp suất trên bề mặt má phanh nằm trong giới hạn cho phép.
2.4.3 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh, ôtô chuyển đổi động năng thành nhiệt năng tại trống phanh, đồng thời một phần nhiệt năng này thoát ra môi trường không khí Phương trình cân bằng năng lượng mô tả sự chuyển đổi này.
Khi phanh ngặt ở thời gian ngắn, số hạng thứ hai có thể bỏ qua Do đó ta có thể xác định sự tăng nhiệt độ trống phanh như sau: τ =
Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh với V1= 30 km/h, V2 = 0 km/h, không quá 15 0 τ - Độ gia tăng nhiệt độ.
G - Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải: G = 2450 KG g – Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s 2
C – Nhiệt dung riêng của trống phanh làm bằng gang.
C = 500 J/kg độ trong khoảng = 273 o K 573 o K. mt – Khối lượng trống phanh và các chi tiết bị nung nóng mt = 6.m0i = 6 γ V γ – Khối lượng riêng γ = 6,8 7,4 g/cm 3
Thay các thông số vào ta có:
* Kết luận : Sự thoát nhiệt của cơ cấu phanh đã thiết kế là tốt.
2.4.4 Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh
Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh tiếp xúc với trống phanh nhờ vào lực ma sát, mà không cần tác động lực P từ hệ thống dẫn động lên guốc phanh Đối với guốc trước trong cơ cấu phanh, mối quan hệ giữa lực P’ và M’p được thể hiện một cách cụ thể.
Biểu thức cho thấy rằng khi c (cosδ '+μsinδ ')−μρ '=0, mô men phanh M ' p sẽ tiến tới vô cùng Điều này dẫn đến hiện tượng tự xiết ở guốc phanh phía trước, với điều kiện xảy ra hiện tượng này là μ= C.cosδ ρ−C.sinδ.
Với: C – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, C = 165 (mm). δ , ρ – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh trước,
Thay các thông số trên vào công thức ta có:
162,73−115sin 9,2°=0,786≠μ=0,3 Vậy là không có hiện tượng tự xiết xảy ra với guốc trước. Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:
M p } } = { { ital μρ P left (ccosα+a right )} over {c left (cosδ−μsinδ right )+ ital μρ
= μρP(ccosα+a) ccosδ+μ left (ρ−sinδ right )} } } {¿¿¿
Từ họa đồ ta có thể thấy ρ - c sin δ>0 trong mọi trường hợp vì vậy: ccosδ+μ left (ρ−sinδ right )} {¿ > 0
Vậy là với guốc sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết
TÍNH DẪN ĐỘNG PHANH
Đường kính xilanh chính (D C ) và đường kính xilanh bánh xe (D K )…29
Hình 3,1 sơ đồ tính toán dẫng động hệ thống phanh
Theo tài liệu tham khảo ta có công thức tính xilanh bánh xe. d ki = √ π 4 p P max (3.1)
Pi ;lực tác dụng lên guốc phanh thứ I
Pmax ;áp suất cực đại cho phép pmax = 10.10 6 [N/m 2 ] Đường kính của xilanh bánh xe trước; r1 r2 dc
Sơ đồ tính toán dẫn dộng phanh thủy lực
1 bàn đạp phanh , 2 xilanh chính , 3 xilanh bánh xe , 4 đường ống dẫn r 2 r 1 d c d k
Với lực Pt = 11961,5 [N], đường kính xilanh bánh xe sau được tính toán là d kt = √(3/4 × 11961,14 × 10^10,5) = 0,0392 [m] hay 39,3 [mm] Đối với xilanh chính, sử dụng công thức d ks = √(π/4 × Ps/P max), với Ps = 12384,3 [N], ta có d kt = √(3/4 × 12384,14 × 10^3,6) = 0,0397 [m] hay 39,7 [mm] Theo thống kê, đường kính xilanh chính không khác biệt nhiều so với đường kính xilanh bánh xe, với tỷ lệ d kt/dc nằm trong khoảng 1,0 ÷ 1,5.
Từ các công thức (3.4)(3.5)(3.6) ta chọn đường kính xi lanh chính dc = 40 [mm]
Vậy ta có ; dkt = 39,2 [mm] dks = 39,8 [mm] dc = 40 [mm]
Tính toán hành trình làm việc và lực bàn đạp
3.2.1 Tính toán hành trình làm việc của bàn đạp
Theo tài liệu tham khảo ta có công thức tính hành trình làm việc Slv :
1 ( 3.7) Trong đó ; r2/r1;tỉ số truyền của bàn đạp
Scán ;hành trình làm việc của bàn đạp
So ;hành trình tự do của bàn đạp Theo tài liệu tham khảo hành trình tự do của bàn đạp được tính theo công thức sao;
K ; hệ số tính đến biến dạng đàn hồi của đường ống chọn k
=1,07 dc ; đường kính xi lanh chính dc = 40 [mm] xi - hành trình tổng của piston xilanh chính xi = (1,5 4,5) [mm]
N là số cầu ở đay chọn xe 2 cầu nên n bằng 2
Dkt ;đường kính xilanh bánh xe trước dkt = 39,2[mm]
Dks; đường kính xilanh bánh xe sau d = 39,8 [mm]
; khe hở giữa piston xilanh chính và thanh đảy nối với bàn đạp
’ , ” hành trình không tải của piton xilanh chính
Theo tài liệu thao khảo thì hành trình bàn đạp ;
Từ phương trình (3.7) ta có ;
20 , 03+6 ibâ = 6,9Thay các giá trị trên vào phương trình (3.7) ta được ;
Vậy hành trình làm việc của bàn đạp Slv = 179,6 [mm]
Sơ dồ tính lực bàn đạp
1 bàn đạp , 2 xilanh chính, d c ; đường kính xilanh chính
P bâ - lực bàn đạp P c - lực cần r 1 , r 2; kích thước của cần
Theo tài liệu tham khảo công thức tính lực bàn đạp như sao
(3.10) Trong đó; r1 , r2 ; được chú thích trên hình 3.1 sơ dồ dẫn dộng phanh
Chọn = 0,9 m ; số khoang xilanh bố trí song song m = 1
Thay các số liệu trên vào phương trình (3.10) ta được ;
Vậy Pbâ > [Pbâ] = (500700) [N] Để hộ trợ lực bàn đạp ta cần phải dùng trợ lực.
3.2.3 Tính toán phần trợ lực
Theo trọng tải của xe Ga = 2450 kg và lực bàn đạp tính được Pbâ = 1727 [N] thì ta dung bộ trợ lực khí nén
Theo tìa liệu tham khảo ta có phương trình cân bằng lực như sao ;
Trong đó ;lực tác dụng lên bàn đạp trước đó để điều khiển dẫn động
P * bâ ; lực tác dụng lên bàn đạp trước đó để điều khiển dẫn động
Chọn ; P * bâ = 28 [kg/m 2 ] đường kính xilanh chính dc ; đường kính xilanh chính dc = 40 [mm]
Pmax ; áp suất cực đại cho phép của chất lỏng trong dòng dẫn động pmax = 10.10 6 [N/m 2 ] idd ;tỉ số truyền dẫn động idd = 6,9
dd ; hiệu suất dẫn động
tl ; hiệu suất trợ lực
Thay các số liệu trên vào phương trình (3.11) ta được
Mà ta có : P tl =π d tl 2 p max
Pmax ; Áp suất cực đại cho phép của chất lỏng trong dòng dẫn dộng theo tài liệu tham khảo thì pmax = (56)[kg/m 2 ]
dtl = √ π 4 p P max tl = √ 3 4×12060 ,14×5,5 10 , 3 6 dtl = 0,0528 [m] = 52,8 [mm]
Vậy đường kính xilanh trợ lực là dtl = 52 [mm]
Tính bầu phanh
Theo sách tham khảo ta có lực tác dụng lên thanh đẩy;
+ p t : Áp suất trong bầu phanh khi phanh, p t =5 10 5 [N/m 2 ].
+ D: Đường kính làm việc của màng, [m 2 ].
+ η 1 : Hệ số tính đến độ nạp không khí nén vào bầu phanh, chọn η 1
+ η 2 : Hiệu suất cơ học của bầu phanh, η 2 =0,95.
Từ (3.12) ta suy ra đường kính làm việc của màng bầu phanh:
Vậy đường kính lăm việc của măng bầu phanh là:
Tính chọn thể tích bình chứa
Để đảm bảo máy nén hoạt động hiệu quả và tăng tuổi thọ, cần chọn thể tích các bình chứa với lượng dự trữ đủ lớn, giảm tải cho máy nén, chỉ hoạt động có tải từ 10% đến 30% thời gian chuyển động của ô tô Tổng thể tích các bình chứa phải được xác định sao cho sau tám lần đạp phanh liên tục, áp suất khí nén không giảm xuống dưới một nửa áp suất đạt được trong lần đạp phanh đầu tiên, tức là p9 ≥ 0,5 p1 Áp dụng phương trình trạng thái cho hệ thống dẫn động khí nén, ta có p1(Vbc + Vt) = p0Vbc và p2(Vbc + Vt) = p1Vbc = p0.
+ p 0 : Áp suất tính toán ban đầu trong bình chứa khi chưa phanh.
+ V t : Tổng thể tích cần phải nạp khí nén của toàn bộ dẫn động trong một lần phanh.
V t =∑ V bâu +∑ V van +∑ V ông (3.15) p 0 ( V bc V +V bc t ) 9 ≥ 1 2 p 0 ( V bc V +V bc t )
Suy ra: V bc ≥11, 05 V t , chọn V bc V t (3.16)
Ta tính V t theo thực nghiệm ứng với sơ đồ dẫn động đã chọn:
+ Đường ống dẫn khí nén có đường kính φ6 [mm].
+ Chiều dài đường ống ta chọn như sau:
- Từ máy nén đến bình chứa dài 3 [m].
- Từ bình chứa đến tổng van phân phối dài 1 [m] + 4 [m].
- Từ tổng van đến các bầu phanh dài 3 [m] +8 [m]
Vậy chiều dài đường ống =3+1+4+3+8 [m], lấy chiều dài đường ống bằng 20[m].
+ Ta chọn thể tích chứa khí nén của tổng các van bằng V ông = 0,5 [lít].
- Vậy tổng thể tích cần phải nạp khí nĩn của toăn bộ dẫn động trong một lần phanh la:
Vậy thể tích bình chứa từ (3,16) ta có;
Tính năng suất máy nén
-Máy nén được chọn trên cơ sở:
+ Đảm bảo nạp nhanh và đầy các bình chứa ngay sau khi khởi động động cơ.
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu của hệ thống, cần duy trì áp suất không giảm quá mức cho phép trong trường hợp phanh liên tục hoặc khi có rò rỉ nhỏ, đồng thời tránh để máy nén hoạt động liên tục.
-Do đó năng suất khối lượng của máy nén Q m được chọn bằng ( 4÷6 ) lần lượng khí nén tiêu thụ trong một phút, tức là:
Lượng khí nén tiêu thụ trong một phút được tính bằng công thức m t = m k α, trong đó α là số lần phanh ngoặt trong một phút, với α = 1 Khối lượng không khí tiêu thụ cho một lần phanh được xác định bằng m k = p t V t, với p t là áp suất và V t là thể tích khí.
R T Trong đó: + p t : Áp suất không khí trong các bầu phanh khi phanh, chọn p t =5 10 5 [Pa].
+ R: Hằng số riêng của khí, R(7,14 [J/Kg 0 K ].
+ T: Nhiệt độ tuyệt đối của không khí, T)3 [
Vậy năng suất thể tích cần thiết của máy nén là:
Với p v : Áp suất không khí ở đầu vào máy nén p v =0,1[ MPa ]
