TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÊN ĐỀ TÀI Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho ô tô du lịch 4 chỗ ngồi Sinh viên thực hiện Phan Văn Quyết Lớp 206121 Khoá.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng, phân loại và yêu cầu
1.1 C ông dụng của hệ thống phanh
- Đối với ô tô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở tốc độ cao Do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển vì vậy nó có những công dụng sau :
+ Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.
+ Hệ thống phanh dùng để giữ ô tô đứng yên trên một độ dốc nhất định.
- Phân loại theo mục đích sử dụng của hệ thống phanh trên ô tô:
+ Phanh chính (phanh chân) cơ cấu phanh được đặt ở bánh xe.
+ Phanh dừng (phanh tay) cơ cấu phanh được đặt ở trục thứ cấp hộp số hoặc hộp phân phối (ô tô hai cầu chủ động) hoặc đặt ở bánh sau.
Phân loại theo các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh :
- Phanh dẫn động bằng khí nén.
- Phanh dẫn động cơ khí.
- Phanh dẫn động thủy lực.
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
+ Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe Tức là đảm bảo quãng đường phanh là ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm Muốn có quãng đường phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại.
+ Phanh êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ô tô khi phanh.
+ Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển là không lớn.
+ Phân bố mômen trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ cường độ nào.
+ Không có hiện tượng tự xiết phanh (bó cứng bánh xe) khi ô tô chuyển động tịnh tiến hay quay vòng.
+ Cơ cấu thoát nhiệt tốt.
+ Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh xe.
+ Có khả năng phanh khi đứng trong thời gian dài.
Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh
Có bốn loại sơ đồ của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực là:
+ Phanh dầu dẫn động hai dòng.(1 dòng ra cầu trước, 1 dòng ra cầu sau).
+ Phanh dầu dẫn động hai dòng chéo
+ Phanh dầu hai dòng tổng hợp.
Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh xe ô tô du lịch 4 chỗ ngồi là Phanh dầu dẫn động hai dòng.
(1 dòng ra cầu trước, 1 dòng ra cầu sau).
1.1 Sơ đồ của hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng chéo
Hình 1.1 Sơ đồ của hệ thống phanh dẫn động thủy lực hai dòng chéo
(một dòng của cầu trước bên trái và cầu sau bên phải, một dòng của cầu trước bên phải và cầu sau bên trái)
1.2 Các bộ chính của hệ thống phanh dầu
Xi lanh chính là một bộ phận dẫn động phanh dầu đảm nhận chức năng tạo nên áp suất chất lỏng để truyền năng lượng điều khiển từ bàn đạp đến xi lanh con ở cơ cấu hãm phanh Xi lanh chính có hai loại :
+ Loại đơn có một buồng : loại này đặt trên hệ thống hai dòng phải đặt thêm bộ chia dòng số lượng chi tiết tăng lên.
+ Loại kép có hai buồng (Sử dụng rộng dãi trên các xe du lịch).
1.2.1 Xi lanh phanh chính loại đơn
- Xi lanh chính được chế tạo thành hai ngăn, ngăn trên chứa dầu ngăn dưới là phần xi lanh tạo áp suất cao giữ hai ngăn được thông với nhau bằng các lỗ điều hòa Phần trên của xi lanh, các lỗ đổ dầu ở nút này có lỗ thông hơi Mục đích của lỗ này là để đảm bảo cho áp suất dầu ở bên trong xi lanh bằng bên ngoài xi lanh.
- Phần xi lanh tạo áp suất gồm có van 6 đế van 7 và lò xo 8,11 đặt giữa đế van 7 và đĩa bơm 5 được chế tạo bằng cao su chịu dầu Piston được lồng vào cúp ben 1.
Hình 1.2 Xi lanh phanh chính đơn
1 Vòng hãm 7 Van nạp 13 Áo bảo vệ
2 Vòng chặn 8 Áo bảo vệ 14 thanh dẫn
3 Vòng đệm chắn dầu 9 Thân bơm phanh 15 Con đội
4 Van kiểu tấm 10 Đầu nối 16 Lò xo kéo
5 Vòng đệm chắn dầu 11 Lò xo trở về 17 Bàn đạp
6 Van xả 12 Piston 18 Lỗ chuyển
- Khi chưa phanh : Không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh, do đó dầu ở xi lanh chính có áp suất thấp do vậy không thắng được độ cứng của lò xo kéo (ở phanh tang trống), hoặc không đẩy được piston (ở phanh đĩa) Do đó có thể duy trì được khe hở giữa má phanh và guốc phanh (ở phanh tang trống) hoặc giữa má phanh và mâm đĩa phanh (ở phanh đĩa) Chính vì vậy xe vẫn hoạt động bình thường
- Khi phanh: Khi người lái đạp bàn đạp phanh, để tác động một lực đủ lớn lên bàn đạp Làm cho piston của xi lanh phanh chính dịch chuyển sang phải (dưới tác động của cần đẩy piston) Khi bát cao su đi qua lỗ thông điều hòa làm dầu trong xi lanh bị nén sinh ra áp suất cao mở van dầu ra, dầu đi theo các ống dẫn dầu tới các xi lanh công tác để thực hiện quá trình phanh.
- Khi nhả bàn đạp phanh : Làm cho piston của xi lanh phanh chính sẽ hồi vị (do có sự chênh lệch áp suất) Sau đó áp suất dầu ở phía trước piston sẽ giảm Dầu ở các xi lanh công tác sẽ theo đường ống dẫn dầu hồi vào xi lanh phanh chính Lò xo sẽ kéo cho guốc phanh rời khỏi má phanh (ở phanh tang trống) hoặc má phanh khỏi đĩa phanh (ở phanh đĩa) Làm cho lực ma sát mất và quá trình phanh chấm dứt Dầu trong đường ống sẽ giữ lại một áp suất dư, áp suất này giúp không khí không lọt vào hệ thống và sẵn sàng cho lần phanh sau.
1.2.2 Xi lanh phanh chính loại kép
Hệ thống phanh dầu dùng xi lanh chính đơn có thể nguy hiểm cho hệ thống khi hệ thống bị hở, hệ thống phanh dầu mất áp suất và mất tác dụng phanh Sử dụng xi lanh kép có thể tránh được các trường hợp Nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống phanh.
- Trong xi lanh phanh chính có hai piston đặt nối tiếp nhau, mỗi piston có một bình dầu riêng rẽ, một lò xo xoắn luôn ấn các piston về vị trí buông phanh hoàn toàn
Bộ piston cúp pen bộ còn lại phụ trách hai bánh xe sau Cả hai lỗ thông đều có bố trí van liên hợp
Hình 1.3 Xi lanh phanh chính kép
1 Cần đẩy 6 Lò xo hồi vị piston số 2
2 Piston số 1 8,9 Đường dầu vào
3 Lò xo hồi vị piston số 1 10 Bình chứa dầu
4,7 Buồng tạo áp suất 21 Van đầu ra sau piston số 2
5 Piston số 2 22 Van đầu ra sau piston số 1
- Khi không tác động vào bàn đạp phanh: cuppen của piston số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xi lanh và bình dầu thông nhau Piston số 2 bị lực của lò xo hồi vị số 2 đẩy sang phải, nhưng không thể chuyển động hơn nữa do các bu lông
- Khi tác động vào bàn đạp phanh piston số 1 dịch chuyển sang phải, cúp pen của nó bịt kín cửa hồi, như vậy bịt đường dẫn thông giữa xi lanh và bình chứa Nếu piston bị đẩy tiếp nó làm tăng áp suất dầu bên trong xi lanh, áp suất này tác dụng lên các xi lanh bánh sau Do đó có một áp suất dầu như thế tác dụng lên xi lanh số 2, piston số 2, piston số 2 hoạt động giống hệt như piston số 1 và tác dụng lên các xi lanh bánh trước.
Hình 1.4 Khi thực hiện phanh
- Khi nhả bàn đạp phanh : Các piston bị áp suất dầu và lực lò xo hồi vị đẩy về vị trí ban đầu Tuy nhiên do dầu không chảy từ xi lanh bánh xe về ngay lập tức, nên áp suất dầu trong xi lanh chính giảm nhanh chóng trong thời gian ngắn tạo ra độ chân không Kết quả là dầu trong bình chứa sẽ chảy vào xi lanh qua cửa vào, qua rất nhiều khe trên đỉnh piston và quanh chu vi của cúp pen Sau khi piston trở về vị trí ban đầu, dầu từ xi lanh bánh xe dần dần hồi về bình chứa thông qua xi lanh chính và các cửa bù Các cửa bù cũng điều hòa sự thay đổi thể tích dầu trong xi lanh mà nó có thể xảy ra bên trong xi lanh do nhiệt độ thay đổi Vì vậy nó tránh cho áp suất dầu tăng lên trong xi lanh khi không đạp phanh
Hình 1.5 Khi bị dò rỉ dầu phía sau xi lanh
- Khi xi lanh chính bị dò rỉ dầu phía sau, khi đạp bàn đạp phanh, piston số 1 dịch chuyển sang phải nhưng không sinh ra áp suất ở phía sau của xi lanh Vì vậy piston số 1 nén lò so hồi vị để tiếp xúc với piston số 2 và đẩy piston số 2 sang phải làm tăng áp suất dầu phía trước xi lanh, vì vậy làm hai phanh nối với nhau trước xi lanh hoạt động.
Hình 1.6 Khi bị dò rỉ dầu phía trước xi lanh
- Khi xi lanh chính bị dò rỉ dầu phía trước, do áp suất dầu sinh ra ỏ phía trước xi lanh, piston số 2 bị đẩy sang trái đến khi chạm vào thành xi lanh Khi piston số1 bị đẩy tiếp sang trái, áp suất dầu phía sau xi lanh tăng cho phép hai piston nối với phía sau hoạt động.
Phân tích kết cấu của các cụm chi tiết
1.1 Xi lanh chính loại kép
Hệ thống phanh dầu dùng xi lanh chính đơn có thể nguy hiểm cho hệ thống khi hệ thống bị hở, hệ thống phanh dầu mất áp suất và mất tác dụng phanh Sử dụng xi lanh kép có thể tránh được các trường hợp Nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống phanh.
- Trong xi lanh phanh chính có hai piston đặt nối tiếp nhau, mỗi piston có một bình dầu riêng rẽ, một lò xo xoắn luôn ấn các piston về vị trí buông phanh hoàn toàn
Bộ piston cúp pen bộ còn lại phụ trách hai bánh xe sau Cả hai lỗ thông đều có bố trí van liên hợp.
Hình 1.7 Xi lanh phanh chính kép
1 Cần đẩy 6 Lò xo hồi vị piston số 2
2 Piston số 1 8,9 Đường dầu vào
3 Lò xo hồi vị piston số 1 10 Bình chứa dầu
4,7 Buồng tạo áp suất 21 Van đầu ra sau piston số 2
5 Piston số 2 22 Van đầu ra sau piston số 1
Như phần trên đã nêu (Nguyên lý làm việc )
1.2 Cơ cấu phanh loại đĩa
Hình 1.8 Cấu tạo phanh đĩa
Cơ cấu phanh hiện nay có hai loại chính:
- Phanh đĩa có giá đặt xy lanh cố định (hình 1.9a)
- Phanh đĩa có giá đặt xy lanh di động (hình 1.9b)
Hình 1.9 Sơ đồ cấu tạo hai loại phanh đĩa a Giá đặt xy lanh cố định b Giá đặt xy lanh di động
1 Đĩa phanh 2 Giá đặt xy lanh 3 Ống trượt
Phanh đĩa có giá đặt xy lanh cố định gồm hai xy lanh công tác đặt hai bên đĩa phanh Số lượng xy lanh công tác có thể là hai, bốn đặt đối xứng nhau hoặc ba xy lanh với xy lanh nhỏ một bên còn một bên kia là một xy lanh lớn
Phanh đĩa có giá đặt xy lanh di động bố trí một xy lanh Giá xy lanh được di chuyển trên các trục nhỏ dẫn hướng Khi xy lanh đẩy piston và má phanh vào má của đĩa phanh, sau đó đẩy giá đặt xy lanh trượt trên trục dẫn hướng để ép nốt má phanh bên kia vào đĩa phanh (hình 1.9) Loại có kết cấu các tấm má phanh tự lựa được điều khiển bằng một xy lanh lực đặt trên giá quay cũng thuộc vào loại này (hình 1.10) Ở đây các tấm má phanh có thể quay tự lựa trong giá đỡ của xy lanh quay.
Hình 1.10 Cấu tạo phanh đĩa có má phanh tự lựa
- Chất lỏng chỉ đưa vào một xy lanh, bởi vậy tăng diện tích cho không khí luồn vào làm mát cho đĩa phanh và má phanh tránh hiện tượng “sôi” dầu phanh khi cần phanh liên tục.
- Ở đây cơ cấu phanh có thể nằm sát ra phía vành bánh xe, dành không gian bố trí các chi tiết để tạo nên đường tâm trụ đứng “giả tưởng” với bán kính bằng không hoặc âm.
- Kết cấu đươn giản hơn, tạo điều kiện hạ giá thành của cụm chi tiết cơ cấu phanh. a Cấu tạo các chi tiết chính của cơ cấu phanh loại đĩa
Hình 1.11 Các dạng cấu tạo chính của phanh đĩa Đĩa phanh là chi tiết quay cùng với bánh xe có các dạng cơ bản như trên
(hình1.11) Dạng đĩa phẳng(hình 1.11a) ngày nay ít dùng, tuy cấu tạo đơn giản nhưng bề mặt làm việc đặt sát ổ bi moay ơ, do vậy chất lượng bôi trơn các ổ bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiệt Các dạng b, c, d thường gặp hơn vì ngoài khả năng bố trí xa vùng truyền nhiệt từ đĩa phanh vào ổ bi còn tạo điều kiện dễ dàng bố trí xy lanh công tác Đặc biệt là loại xy lanh có rãnh xuyên tâm (hình1.11d) Đĩa phanh được chế tạo từ các loại gang xám hoặc gang cầu, bề mặt làm việc được mài phẳng.
Tấm ma sát là dạng tấm phẳng được chế tạo từ thép lá dày từ 2 đến 3 mm và tấm má phanh dày từ 9 đến 10 mm Tấm ma sát được lắp hai bên đĩa phanh nhờ giá có rãnh hướng tâm và định vị bằng chốt dọc trục hoặc bằng các mảnh hãm Các tấm ma sát được lắp từ ngoài vào tạo điều kiện dễ dàng thay thế, khi má phanh mòn đến chiều dày từ 1 đến 4 mm thì phải thay.Cấu tạo tấm má phanh chỉ trên (hình 1.12)
Hình 1.12 Các tấm má phanh của phanh đĩa a Hình thể bên ngoài b Tấm ma sát khi mới c Tấm ma sát khi mòn hết
1 Đĩa phanh 2 Chốt báo hết 3 Má phanh 4 Tấm đỡ má phanh b Cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và phanh đĩa
Phanh đĩa dùng hai loại cơ cấu tự điều chỉnh: Bằng vành ma sát hoặc bằng biến dạng của cuppen.
Dùng vành ma sát: Piston thủy lực có gờ cao (hình 1.13) bên trong đặt đĩa thép và khối nhựa hình vành khăn (cup pen) Trục của piston cố định trên xy lanh và nằm trong các khối nhựa Khối nhựa và trục được ép bằng ma sát với nhau Piston chỉ chuyển dịch trong khe hở xy lanh Khi cơ cấu bị mòn, piston dịch chuyển lớn hơn khe hở s và thắng nội lực ma sát giữa trục và khối nhựa hình vành khăn tạo nên vị trí mới của piston với xy lanh.
Hình 1.13 Cơ cấu tự động điều chỉnh ở phanh đĩa a Dùng vành ma sát b Dùng biến dạng vành khăn c Các trạng thái làm việc của vành khăn biến dạng
Dùng biến dạng của vành khăn: Vành khăn (cup pen) với tiết diện hình chữ nhật, có tác dụng bao kín đầu ở áp suất cao trong khoang giữa piston và xy lanh công tác Rãnh chứa vành khăncó tiết diện hình thang đáy lớn nằm trên phần tiếp xúc với piston Khi piston dịch chuyển, ma sát giữa vành khăn và piston lớn, nên vành khăn bị biến dạng trong rãnh Khi thôi phanh vành khăn kéo piston trở về vị trí ban đầu và hết biến dạng Nếu khe hở má phanh và đĩa phanh lớn, sự biến dạng vành khăn không đủ đảm bảo sự dịch chuyển của piston, vành khăn trượt trên piston Khi thôi phanh, piston chỉ trở về bằng sự biến dạng của vành khăn, do vậy piston nằm ở vị trí mới so với xy lanh Phương pháp này được sử dụng ở hầu hết các cơ cấu phanh đĩa của xe con.
1.3 Cơ cấu phanh tang trống
Thông Thường các xe hiện nay các cơ cấu phanh được bố trí ở bánh xe.
Hình 1.14 Cơ cấu phanh trên mâm phanh của bánh xe
1 ;2 Chụp che bụi và xi lanh con 3 Mâm phanh.
4 Lò xo hồi 5 Kẹp dẫn hường càng phanh.
Là một chi tiết cố định với dầm cầu và để lắp các chi tiết của cơ cấu phanh và che bụi bẩn cho cơ cấu trong quá trình chạy.
- Được lắp trên mâm phanh Có thể một hoặc hai xi lanh công tác trong một cơ cấu phanh.
- Có đường dẫn dầu từ xi lanh chính đến Bên trong có lắp các piston có vòng phớt làm kín bằng cao su.
- Các piston được lắp với đầu các guốc phanh Ngoài ra còn có lắp vít xả khí.
- Được lắp trên mâm phanh thường nhờ các bu lông lệch tâm Bu lông lệch tâm dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang phanh.
- Để duy trì khe hở giữa má phanh và tang phanh người ta lắp là xo kéo (có thể có 1,2 hoặc nhiều lò xo).
- Tang phanh là chi tiết quay cùng với bánh xe, nó được lắp chặt với moay ơ bánh xe mặt trong gia công nhẵn dể tăng khả năng tiếp xúc.
1.4.1 Cấu tạo bộ trợ lực phanh chân không
Hình 1.15 Cấu tao bộ trợ lực chân không 1.4.2 Hoạt động của bộ trợ lực phanh chân không
* Khi không tác động phanh
1.16 Khi không tác động phanh
Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị lò xo phản hồi của van không khí kéo về bên phải Van điều chỉnh bị lò xo điều chỉnh đẩy sang trái điều này làm cho van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh Do đó, không khí bên ngoài đi qua lưới lọc bị chăn lại không vào được buồng áp suất biến đổi.
Trong điều kiện này van chân không của thân van bị tách khỏi van điều chỉnh tạo ra một lỗ thông giữa lỗ A và lỗ B vì luôn luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi nên cũng có trân không trong buồng áp suất biến đổi vào thời điểm này Vì vậy lò xo màng ngăn đẩy piston sang phải.
Khi đạp bàn đạp phanh.Cần điều khiển đẩy van không khí làm nó dịch chuyển sang bên trái, lò xo van điều khiển cũng đẩy van không khí sang trái cho đến khi nó tiếp xúc với van chân không chuyển động này bịt kín lối thông giữa lỗ A và lỗ B.Khi van không khí tiếp tục dịch chuyển sang bên trái, nó càng rời xa van điều chỉnh, làm cho không khí bên ngoài lọt vào buồng áp suất biến đổi qua lỗ B (Sau khi qua lưới lọc không khí) Độ chênh áp giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi làm cho piston dịch chuyển về bên trái, làm cho đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực về bên trái và làm tăng lực phanh.
Chọn phương án thiết kế
Hình 1.21 Sơ đồ hệ thống phanh một dòng + Cấu tạo :
1 Xi lanh con 4 Má phanh
2 Xi lanh chính 5 Tăm bua.
7 Guốc dẫn 8 Ống dầu phanh.
9 Lò xo kéo càng phanh trở lại.
+ Nguyên lý làm việc : Khi lái xe đạp bàn đạp phanh để tác động một lực đẩy lên piston của xi lanh chính, lực này sẽ được đầu truyền dẫn đến các xi lanh con trong mỗi bánh xe Hai piston của xi lanh con bị đẩy dang ra ấn guốc phanh và má phanh cọ và tang trống, hãm bánh xe Sau khi má phanh đã áp sát vào tang trống, nếu người lái tác dụng thêm lực vào bàn đạp phanh thì các piston ở xi lanh con không dịch chuyển nữa nhưng vẫn tiếp tục nhận lực mạnh hơn để ấn guốc phanh và má phanh cọ và tang trống mạnh hơn nữa.
1.2 Phanh dầu dẫn động hai dòng
1.2.1 Phanh dầu dẫn động hai dòng trong đó 1 dòng ra cầu trước, 1 dòng ra cầu sau
Hình 1.22 Sơ đồ phanh dầu dẫn động hai dòng trong đó :
1 dòng ra cầu trước , 1 dòng ra cầu sau + Nguyên lý làm việc : Tương tự như của phanh dầu dẫn động một dòng Nhưng phanh dầu dẫn động hai dòng có độ tin cậy cao, khi một trong bị hỏng thì dòng còn lại vẫn phát huy được lực phanh.
1.2.2 Phanh dầu dẫn động hai dòng chéo
Hình 1.23 Sơ đồ phanh dầu dẫn động hai dòng chéo
+ Nguyên lý làm việc : cũng tương tự như nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu một dòng Nhưng nếu tải trọng tác động vào các bánh trước lớn, nên lực phanh tác động vào các bánh trước lớn hơn các bánh sau Vì vậy nếu sử dụng phanh dầu dẫn động hai dòng (một dòng cho cầu trước, một dòng cho cầu sau), thì lực phanh sẽ quá yếu nếu hệ thống phanh của bánh trước bị hỏng Do đó người ta sử dụng một hệ thống đường ống chéo cho bánh trước bên phải và bánh sau bên trái và một hệ thống đường ống chéo cho bánh trước bên trái và bánh sau bên phải để nếu một trong hai hệ thống bị hỏng thì hệ thống kia vẫn duy trì được một lực phanh nhất định
1.2.3 Phanh dầu hai dòng tổng hợp
Hình 1.24 Sơ đồ phanh dầu hai dòng tổng hợp + Nguyên lý làm việc : Cũng tương tự như nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu một dòng Nhưng nếu tải trọng tác động vào các bánh trước lớn, nên lực phanh tác động vào các bánh trước lớn hơn các bánh sau Vì vậy nếu sử dụng phanh dầu dẫn động hai dòng tổng hợp có thể khắc phục được tình trạng lực phanh ở hai bánh trước lớn và để tăng tính an toàn cho xe tức là nếu một trong hai hệ thống bị hỏng thì hệ thống kia vẫn duy trì được một lực phanh nhất định.
Từ những ưu điểm và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu dẫn động hai dòng chéo hơn hẳn so với hệ thống dẫn động một dòng, hai dòng và hai dòng tổng hợp Mặt khác hệ thống phanh dầu dẫn động hai dòng chéo lại phù hợp với loại xe mà chúng ta đang thiết kế, xe ô tô 4 chỗ ngồi Do vậy ta chọn phương án thiết kế hệ thống phanh cho xe ô tô du lịch 4 chỗ ngồi là hệ thống phanh dầu dẫn động hai dòng chéo.
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH
Thông số cho trước
Bảng 2.1: Thông số cho trước
Mômen xoắn cực đại của động cơ Memax= 176 Nm
Chiều dài - Chiều rộng cơ sở 2600-1530 mm
Hệ thống phanh Trống - Trống
Vận tốc tối đa Vmax0 km/h
Khối lượng của ô tô khi đầy tải 1635 kg
Tính chọn các thông số cơ bản
2.2.1 Phân tải trọng lên các cầu xe như sau Đối với xe khi đầy tải ta chọn hệ số phân bố tải trọng ra cầu trước và cầu sau là:
Trong đó : G là trọng lượng của ô tô khi đầy tải G= 1635(kg)
G1 là trọng lượng phân ra cầu trước G1= 735,75 (kg)
G2 là trọng lượng phân ra cầu sau G2= 899,25 (kg)
2.2.2 Tọa độ trọng tâm của xe khi toàn tải
+ Xét sự phân bố trọng lượng của xe ở trạng thái tĩnh :
L là chiều dài cơ sở của ô tô L&00 (mm) a ; b là khoảng cách từ tâm ô tô tới cầu sau và cầu trước
+Tải trọng tác dụng lên một lốp ở cầu trước:
= = 367,875 (kg) +Tải trọng tác dụng lên một lốp cầu sau:
Do vậy ta chọn loại lốp có kích thước là :185/60/R15
- Chiều rộng của lốp xe là : B5(mm)
- Tỷ số giữa độ cao và chiều rộng : 60 %
Suy ra độ cao H 100 B 60 100 185 60 111 ( mm )
- Đường kính trong của lốp : d (inch)
2.2.4 Xác định bán kính thiết kế ro = H + d/2 = 111 +381/2 = 301,5(mm)
2.2.5 Bán kính làm việc trung bình cuả bánh xe
Với là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp Chọn =(0,930 - 0,935) ta chọn
Xác định mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh
+ Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh của ô tô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép Ngoài ra còn phải đảm bảo cho ô tô đứng ở độ dốc cực đại (mômen phanh sinh ra ở phanh tay)
+ Với hệ thống phanh có hệ thống ABS thì có thể chọn hệ số bám φ= 0,8÷0,85 Nhưng với hệ thống phanh mà chúng ta đang thiết kế không có hệ thống ABS nên chúng ta chọn φ= 0,6.
+ Vì xe chúng ta đang thiết kế là xe con h g =(0,5-0,6) m chúng ta chọn tạo độ trọng tâm h g 0 , 5 ( m )
+ Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh là :
Theo công thức (1-1) sách HDTKHTP Ô TÔ MÁY KÉO ( Dương Đình Khuyến ). + Mômen tính toán cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trước là:
+ Mômen tính toán cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau là:
G _ là trọng lượng của ô tô khi đầy tải G35 (kg)
L _ là chiều dài cơ sở của ô tô L&00 (mm) a _là khoảng cách từ tâm ô tô tới cầu sau a30 (mm) h g
_ là tọa độ trọng tâm của ô tô h g = 0,5(m)
Jmax _ là gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh Jmax= 3(m/S 2 ) φ _ là hệ số bám cuả bánh xe với mặt đường Lấy 0 , 6 rbx _ là bán kính lăn của bánh xe rbx(1,9 (mm) g _ là gia tốc trọng trường g=9,81(m/S)
Thay số vào công thức ta được :
Vậy mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe cầu trước là:
Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe cầu sau:
Thiết kế tính toán cơ cấu phanh
2.4.1 Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh
2.4.1.1 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc Đối với phanh guốc, mômen phanh sinh ra tại các bánh xe tạo được bởi hai guốc phanh Theo vị trí vị trí của chúng ta gọi là guốc trước và guốc sau Chẳng hạn với cơ cấu phanh cầu sau thể hiện trên sơ đồ ta có :
Hình 2.1 Sơ đồ phân bố mômen phanh trên các guốc phanh
Các thông số hình học của cơ cấu phanh gồm có bán kính tang trống rt, góc ôm của má phanh β0, tạo độ điểm đặt lực a Ngoài ra để phục vụ cho việc tính toán người ta xây dựng hệ trục tạo độ vuông góc X-X và Y-Y, trong đó trục Y-Y được lấy đi qua tâm O của cơ cấu phanh và tâm quay O1 của guốc phanh Các góc β1, β2 được tính từ trục Y-Y nên : β0 = β2 - β1
Hình 2.2 Các thông số hình học của cơ cấu phanh
Guốc phanh phải chịu 3 lực :
+ Lực P do dẫn động phanh sinh ra, cụ thể là do piston của xi lanh công tác
(trong trường hợp dẫn động thủy lực) Phương, chiều và điểm đặt của lực này đã biết theo kết cấu của cơ cấu phanh.
+ Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt của lực này được coi là điểm đặt tại tâm quay của guốc phanh O1,tuy nhiên phương chiều và độ lớn thì chưa biết.
+ Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh Lực này chưa biết cả điểm đặt, phương, chiều và độ lớn.
Như vậy, cả 3 lực đều có những thông số chưa biết Để xác định được các lực này người ta sử dụng phương pháp dựng hình gọi là họa đồ lực phanh.
Bước đầu tiên trong quá trình xây dựng họa đồ là xác định điểm đặt lực của R Cần chú ý rằng lực tác dụng từ trống phanh lên má phanh không phải là lực tập chung mà phân bố dọc theo má phanh Thực tế cho thấy lực này phân bố không đều dọc theo má phanh mà có quy luật phân bố gần với qui luật hình Sin : q = qmax.sinβ
Với q được gọi là lực phân bố hay áp suất trên má phanh.
Muốn tìm phản lực R và qui nó về một lực tập chung để tiện cho việc tính toán người ta làm như sau :
Xét một phần tử nhỏ trên má phanh, có vị trí được xác định bởi góc β và bị giới hạn bởi góc dβ Lực tác dụng lên phần tử này được phân tích thành hai thành phần
- Thành phần vuông góc dN
- Thành phần tiếp tuyến dT
Trong đó : N là áp lực pháp tuyến tác dụng lên bề mặt tiếp xúc của má phanh
T chính là lực ma sát.
Ta có : dT = μ.dN, với μ là hệ số ma sát.
Chấp nhận giả thiết áp suất phân bố trên má phanh theo qui luật hình Sin ta có : dN = qmax.sinβbrtdβ dT = μ qmax.sinβbrtdβ
Trong đó b là bề rộng má phanh
Lực N được phân tích thành hai thành phần Nx và Ny
Chiếu lực dN xuống các trục X, Y ta được : dNx = dN Sinβ = qmax.brt.sin 2 βdβ dNy = dN.cosβ = qmax brt.sinβcosβdβ
Từ đây ta có thể tính các thành phần lực :
Gọi φ là góc gữa các lực N và R
Theo công thức (2-3) sách HDTKHTP Ô TÔ MÁY KÉO (Dương Đình Khuyến ). ta có :
N T Đối với các loại vật liệu thông dụng trong cơ cấu phanh hệ số ma sát μ = 0,25÷0,35 Chọn μ = 0,3 Suy ra tgφ = 0,3 φ = 16,7 0
Như vật ta đã xác định được góc φ nghĩa là đã xác định được hướng của R.
+ Lực N hướng vào tâm O Điểm đặt tại bán kính ρ phương hợp với trục X-X một góc δ
+ Lực R là lực tổng hợp của N và T Lực R tạo với lực N một góc φ.
Do hai má có cùng hệ số ma sát nên φ = φ ’ ,7 0
Góc (góc tạo bởi trục ox với đờng đi qua tâm O với điểm đặt lực):
Với: β1- góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát; β0- góc ôm của tấm ma sát; β2 = β1 + β0.
Bán kính ρ của lực tổng hợp:
Với: rt – bán kính của tang trống (tuỳ theo cỡ lốp xe, vành bánh xe, có thể tham khảo xe tơng tự) rt = 130 (mm) a.Má trớc:
Bán kính r0 xác định theo công thức r0 = 1 2
Trong đó : là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống thờng có giá trị = 0,3 Đối với má trớc:
Với ρt = 149,47 (mm) thay vào công thức trên ta đợc: r 0 '' = 1 0 , 3 2
B,95(mm) Đối với má sau:
Với ρs = 147,81 (mm) thay vào công thức trên ta đợc r 0 ' = 2
2.4.2 Xây dựng họa đồ lực phanh
Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trớc và sau thì các lực tác động bằng nhau:
Họa đồ đợc xây dựng cho từng guốc phanh.
Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỉ lệ, vẽ các lực P.
Tính góc và bán kính ρ, từ đó xác định điểm đặt của lực R.
Tính gócvà vẽ phơng của lực R Kéo dài phơng của Rt và P cắt nhau tại O ’ , kéo dài phơng của P và Rs cắt nhau tại O ’’ Để xác định phơng của U cần lu ý rằng, ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0: P R U 0
Vì vậy 3 lực này phải tạo thành 1 tam giác khép kín Tức là, nếu kéo dài 3 lực này thì chúng phải cắt nhau tại 1 điểm, đó chính là các điểm O ’ và O ’’ Để xác định phơng của các lực U chỉ cần nối O ’ với O1 và O ’’ với O2 .Do mỏ trước l mỏ xià mỏ xi ết mỏ sau l má nhà má xi ả cho nên U1 hướng vào U2 hướng ra xa.
Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngợc chiều Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đờng song song với các lực R và U đã có trên họa đồ.
Từ đây ta xét tỷ lệ của R ’ / R ” = k nào đóvậy ta có R ’ =k.R ” thay vào phương trình mô men của cầu trước và cầu sau ta tìm được R ” rồi xem biểu diễn bằng bao nhiêu(mm) ta có tỷ lệ xích (kG/mm) từ đó tính ra được P, U ’ , U ” và giá trị R ’
Ta có các thông số:
Do đó ta có hoạ đồ lực phanh:
Hình 2.3: Họa đồ lực phanh a Đối với mô men phanh sinh ra ở guốc phanh cầu trước theo phương trình đối với bán kính r1.
Thay số vào ta có: M
Giải phương trình trên ta có: R
= 18 12,948 = 233,06 KG b Đối với mô men phanh sinh ra ở guốc phanh cầu sau theo phương trình đối với bán kính r2.
Thay số vào ta có: M
Giải phương trình trên ta có: R
