TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh
- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đấy hoặc dừng hẳn ôtô.
- Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc.
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu 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.
- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm bảo sử dụng hết trọng lượng bám của xe khi phanh ở các cường độ khác nhau.
- Không có hiện tượng tự xiết phanh
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt
- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao nhất có thể và ổn định trong điều kiện sử dụng
- Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
- Có khả năng phanh khi ôtô dừng trong thời gian dài.
Theo chức năng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:
- Hệ thống phanh chính (phanh chân).
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
- Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ).
1.1.3.2 Theo kết cấu cơ cấu phanh.
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
Theo dẫn động phanh thì hệ thống phanh được chia thành:
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí;
- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực;
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén;
- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén-thủy lực;
- Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa.
1.1.3.4 Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh.
Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh
1.1.3.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh.
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).
Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh trên ôtô.
Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau Ví dụ nếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí Nếu là dẫn động thuỷ lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
1.2.1.1 Cơ cấu phanh tang trống. Ðây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phỗ biến nhất Cấu tạo gồm :
Trống phanh : Là một trống quay hình trụ gắn với moay ơ bánh xe.
Các guốc phanh : Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)
Cơ cấu ép : Khi phanh, cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực ma sát phanh bánh xe lại.
Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá
Hình 1.1: Các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng a Ép bằng cam b Ép bằng xylanh thủy lực c Hai xylanh ép, guốc phanh một bậc tự do d Hai xilanh ép, guốc phanh hai bậc tự do e Cơ cấu phanh guốc cường hoá
Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:
Dạng và số lượng cơ cấu ép
Số bậc tự do của các guốc phanh Ðặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép và do vậy khác nhau ở :
Hiệu quả làm việc Ðặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc
Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe
Mức độ phức tạp của kết cấu
Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 1.1a và hình 1.1b Tức là sơ đồ với loại guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 1 1c và
1 1d. Ðể đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sử dụng ba chỉ tiêu riêng đặc trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là : Tính thuận nghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả.
Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh do nó tạo ra không phụ thuộc vào chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của ôtô máy kéo.
Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từ guốc phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụng lên cụm ổ trục bánh xe.
Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tích của lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh (hay còn gọi một cách quy ước là mômen của lực dẫn động)
Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1.1 là sơ đồ biểu diễn đã được đơn giản hóa nhờ các giả thiết sau :
Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu
Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữa vòng cung của má phanh trên bán kính rt.
Từ sơ đồ ta thấy rằng :
Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều chuyển động của xe) có xu hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốc này gọi là guốc tự siết. Ðối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc này được gọi là guốc tự tách Hiện tượng tự siết tự tách này là một đặt điểm đặc trưng của cơ cấu phanh trống - guốc.
Cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng.
Guốc phanh một bậc tự do, điểm quay của guốc ở cùng phía.
Vì thế độ dịch chuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc và mômen phanh do chúng tạo ra có giá trị như nhau :
Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2, vì lực ma sát tác dụng lên guốc trước hỗ trợ cho lực ép guốc phanh vào trống phanh và hỗ trợ cho lực dẫn động, còn lực ma sát tác dụng lên guốc phía sau có xu hướng làm giảm lực ép.
Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch.
Cơ cấu phanh có tính cân bằng.
Hệ số hiệu quả : Khq = (Mp/(P1+P2).rt = 100%
Phạm vi sử dụng : Thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợp cho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn.
Cơ cấu ép bằng xylanh thủy lực.
Guốc phanh một bậc tự do, hai điểm quay cố định nằm cùng phía.
Lực dẫn động của hai guốc bằng nhau : P1 = P2 = P Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 > Mp2 Cũng do N1 > N2 nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều Ðể khắc phục hiện tượng đó, ở một số kết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xylanh ép có đường kính làm việc khác nhau : Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn.
Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch
Cơ cấu phanh không có tính cân bằng.
Hệ số hiệu quả : Cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực có hệ số hiệu quả là Khq 116%-122% khi có cùng kích thước chính và hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh : f = 0,30-0,33.
Phạm vi sử dụng : Thường sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa hoặc các bánh sau của ôtô du lịch.
Xét sơ đồ hình 1.1c Ðể tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh với hai xylanh làm việc riêng rẽ.
Cơ cấu ép cho hai xylanh thủy lực
Guốc phanh một bậc tự do, hai điểm quay cố định nằm hai phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết.
Cơ cấu phanh không có tính thuận nghịch, mômen sinh ra theo chiều tiến lớn hơn chiều lùi.
Cơ cấu phanh có tính cân bằng.
Hệ số hiệu quả : Trong trường hợp này hiệu quả phanh có thể tăng được
(1,6 -1,8) lần so với cách bố trí bình thường Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp.
Phạm vi sử dụng : Thường được sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ, kết hợp với kiểu bình thường đặt ở các bánh sau, cho phép dễ nhàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước. Ðể nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người ta dùng cơ cấu phanh loại bơi như trên hình 1.1d.
Cơ cấu ép gồm hai xylanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốc phanh.
Guốc phanh hai bậc tự do, không có điểm quay cố định.
Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều nào Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp.
Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch.
Cơ cấu phanh có tính cân bằng
Hiệu quả phanh : Khq = (1,6 - 1,2) lần theo cả hai chiều.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE CHEVROLET
Giới thiệu về xe Chevrolet cruze 2019
Bảng các thông số kỹ thuật của xe:
Thông số Đơn vị Kích thước và khối lượng
Chiều dài cơ sở mm 2685
Tọa độ trọng tâm xe: a b hg mm
Phân bố khối lượng khi đầy tải N Cầu trước/cầu sau:
Hình 2.1: Hình ảnh xe Chevrolet cruze 2019
Hình 2.2: Hình ảnh phía trước xe Chevrolet cruze 2019
Các hệ thống an toàn khác đều đạt mức tối ưu và hoạt động cực kỳ hiệu quả:
Hệ thống an toàn tối ưu cho phanh xe như công nghệ chống bó cứng phanh ABS.
Hệ thống hỗ trợ lực phanh BA; kỹ thuật trang bị phanh cũng được cải tiến để kéo dài thời gian sử dụng an toàn và hạn chế rủi ro hỏng hóc.
Kỹ thuật cân bằng điện tử ESC giúp xe luôn cân bằng ở mọi tư thế và địa hình di chuyển.
Công nghệ hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC hỗ trợ vận hành liên tục ngay cả khi gặp vật cản khi đang leo dốc.
Hệ thống giảm xóc cũng được tối ưu hóa hoạt động để luôn đạt được sự an toàn cần thiết nhất.
Hệ thống treo MDPS (Motor driven power-steering) tiên tiến, giúp tay lái êm ái, ổn định, phản ứng nhanh và chính xác ở những dải tốc độ khác nhau.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung hệ thống phanh trên xe
2.2.1 Đặc điểm cấu tạo của hệ thống phanh:
- Cơ cấu phanh trước: là kiểu phanh đĩa có càng phanh di động, đĩa phanh thông gió giúp làm mát tốt trong quá trình hoạt động
- Cơ cấu phanh sau: kiểu phanh đĩa có càng phanh di động, đĩa phanh là đĩa đặc
- Phanh dừng kiểu phanh đĩa tích hợp trên 2 bánh sau, điều khiển và dẫn động bằng cơ khí
- Trợ lực phanh sử dụng bầu trợ lực kiểu chân không có kết cấu nhỏ ngọn hỗ trợ phanh đạt hiệu quả trợ lực cao
- Trang bị ABS trên 4 bánh
- Trang bị hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD
Sự tích hợp của các hệ thống trên đã tạo ra một hệ thống phanh tối ưu nâng cao tính năng an toàn chủ động của xe.
2.2.2 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc
Mạch thuỷ lực trên xe ABS được bố trí dạng mạch đường chéo
Hình 2.3: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh dạng tổng quát
1 Bàn đạp phanh 2 Trợ lực phanh 3 Xylanh phanh chính
4 Bộ cảm biến tốc độ 5,10 Cụm cơ cấu phanh 6 Bộ chấp hành ABS
7 ECU điều khiển trượt 8 Giắc chẩn đoán DLC 9 Đèn báo trên bảng táp lô
- Khi đạp phanh dầu áp suất cao trong xilanh phanh chính (3) được khuếch đại bởi trợ lực sẽ được truyền đến các xilanh bánh xe và thực hiện quá trình phanh.
- Nếu có 1 trong các bánh xe có dấu hiệu tốc độ giảm hơn so với các bánh khác (sắp bó cứng) tín hiệu này được ECU (7) xử lý và ECU điều khiển bộ chấp hành phanh (6) (các van điện 2 vị trí) làm việc để giảm áp suất dầu trong xilanh bánh xe đó để nó không bị bó cứng.
- Nếu có hư hỏng trong hệ thống ABS thì đèn báo ABS trên bảng táp lô (9) sáng lên và công việc kiểm tra phải được tiến hành thông qua giắc (8) bằng máy chẩn đoán.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các phần tử trong hệ thống phanh
Trên xe Chevrolet cruze 2019 cơ cấu phanh trước và sau đều là cơ cấu phanh đĩa và thuộc kiểu càng phanh di động Điều khác biệt cơ bản của 2 cơ cấu phanh trước và sau chỉ là thông số đĩa phanh, kiểu đĩa phanh.
Hình 2.4: Cấu tạo cơ cấu phanh trước và sau
1 Miếng đệm 2 Má phanh đĩa 3 Càng phanh
4 Đĩa phanh 5 Piston phanh 6 Chốt dịch chuyển
Do cả phanh trước và phanh sau đều sử dụng cơ cấu là phanh đĩa nên ta sẽ chọn trình bày khai thác về cơ cấu phanh trước Phanh trước với cơ cấu là phanh đĩa và thuộc kiểu càng phanh di động Cơ cấu phanh trước vẫn sử dụng piston với piston kích thước to hơn piston ở cơ cấu sau và 2 má phanh thì kích thước to hơn so với cơ cấu phanh sau và được liên kết với trục láp Khi bảo dưỡng cơ cấu phanh trước thì khi tháo ra sẽ đơn giản hơn một chút so với cơ cấu sau khi không cần phải tháo ốc 12 của dây phanh tay.
Quá trình làm việc của cơ cấu phanh trước và sau là như nhau và được trình bày dưới đây:
- Khi đạp phanh: Dòng dầu có áp suất cao được truyền từ xilanh phanh chính tới xilanh bánh xe, dưới áp suất của dầu làm piston dịch chuyển về phía trước theo hướng tác dụng cảu dầu làm cúp pen piston cao su bị biến dạng, piston tiếp tục tiến đến khi đẩy má phanh áơ sát vào đĩa phanh Trong lúc đó do càng phanh (calip) là không cố định trên giá đỡ mà dưới tác dụng của dòng dầu trong xilanh đẩy nó chuyển động ngược chiều với piston nhờ trục trượt làm má phanh còn lại lắp trên càng phanh cũng tiến vào áp sát vào đĩa phanh. áp suất dầu vẫn tăng và các má phanh bị đẩy tiếp xúc vào đĩa phanh lực ma sát giữa má phanh và đĩa phanh sẽ giúp giảm tốc độ của xe và dừng xe (đĩa phanh lắp trên may ơ).
- Khi thôi đạp phanh: Do dòng dầu hồi về bình chứa và xilanh phanh chính nên lực tác dụng lên piston và càng phanh giảm dần và quá trình chuyển động của piston và càng phanh ngược chiều khi đạp phanh Lúc này đĩa phanh lại được tự do, cúp pen piston cũng trả về vị trí ban đầu và kết thúc quá trình phanh.
Hình 2.5: Cấu tạo xilanh phanh chính
2 Nguyên lý làm việc: a) Khi hoạt động bình thường:
- Khi không đạp phanh: Cúp pen của piston số 1 và số 3 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xilanh 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 có bu lông hãm.
- Khi đạp phanh: Piston số 1 dịch sang trái, cúp pen của nó bịt kín cửa hồi như vậy bịt đường thông nhau giữa xilanh và bình chứa Nếu piston bị đẩy tiếp, nó làm tăng áp suất dầu trong xilanh, áp suất này tác dụng lên xilanh bánh sau Do cũng có một áp suất dầu như thế tác dụng lên piston số 2, piston số 2 hoạt động giống hệt như piston số 1 và tác dụng lên các xilanh bánh trước.
- 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 xilanh bánh xe về ngay lập tức, nên áp suất dầu trong xilanh chính giảm nhanh trong một thời gian ngắn (tạo thành độ chân không) Kết quả là dầu trong bình chứa sẽ chảy vào xilanh qua cửa vào, qua rất nhiều khe trên đỉnh piston và qua chu vi của cúp pen Sau khi piston trở về vị trí ban đầu thì dầu từ xilanh bánh xe dần dần trở về bình chứa qua xilanh chính và các cửa bù Các cửa bù cũng điều hoà sự thay đổi thể tích dầu trong xilanh do nhiệt độ thay đổi Vì vậy nó tránh cho áp suất dầu không bị tăng trong xilanh khi không đạp phanh. b) Khi hoạt động không bình thường (có sự cố trong hệ thống):
- Rò rỉ dầu phía sau xilanh phanh chính: Khi đạp phanh, piston số 1 dịch sang trái tuy nhiên không sinh ra áp suất dầu ở phía sau của xilanh Vì vậy piston số 1 nén lò xo hồi vị để tiếp xúc với piston số 2 để đẩy piston số 2 sang trái Piston số 2 làm tăng áp suất dầu phía trước xilanh, vì vậy làm hai phanh nối với phía trước bên phải và phía sau bên trái hoạt động.
- Rò rỉ dầu phía trước xilanh chính: Do áp suất dầu không sinh ra ở phía trước xilanh, pisotn số 2 bị đẩy sang trái đến khi nó chạm vào thành xilanh Khi piston số 1 bị đẩy tiếp sang trái, áp suất dầu phía sau xilanh tăng cho phép 2 phanh nối với phía trước bên trái và phía sau bên phải hoạt động.
Bộ trợ lực phanh là một cơ cấu sử dụng độ chênh lệch giữa chân không của động cơ và áp suất khí quyển để tạo ra một lực mạnh (tăng lực) tỷ lệ thuận với lực ấn của bàn đạp để điều khiển các phanh Bộ trợ lực phanh sử dụng chân không được tạo ra từ đường ống nạp của động cơ.
Hình 2.6: Bộ trợ lực chân không
1 Ống nối 2 Thân trước 3 Màng trợ lực 4 Thân sau
5 Lò xo hồi vị 6 Van chân không 7 Bu lông M8 8 Phớt thân van
9 Màng chắn bụi 10,13 Lò xo hồi vị 11 Lọc khí 12 Cần đẩy
14 Van điều khiển 15 Van không khí 16 Chốt chặn van 17 Piston
A Buồng áp suất không đổi B Buồng áp suất thay đổi
E Lỗ thông với khí trời K Lỗ thông giữa A và B
- 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 đẩy sang bên trái tiếp xúc với van không khí Do đó, không khí bên ngoài đi qua lưới lọc bị chặn 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 lối thông giữa buồng A và lỗ B Vì luôn luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi nên cũng có chân không trong buồng áp suất biến đổi vào thời điểm này Vì vậy lò xo màng ngăn đẩy piston sang bên phải.
- Khi đạp phanh: Khi bàn đạp phanh, cần điều khiển van đẩy không khí làm nó dịch chuyển sang bên trái.
Lò xo van điều chỉnh cũng đẩy van không khí dịch chuyển sang bên trái cho đến khi nó tiếp xúc với van chân không Chuyển động này bịt kín lối thông giữa buồng A và 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 E (sau khi qua lưới lọc không khí). Độ chênh áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi làm cho piston dịch chuyển sang bên trái, làm cho đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực về bên trái và làm tăng lực phanh.
Nếu đạp bàn phanh nửa chừng, cần điều khiển van và van không khí ngừng dịch chuyển nhưng piston vẫn tiếp tục di chuyển sang bên trái do độ chênh áp suất Lò xo van điều khiển làm cho van này vẫn tiếp xúc với van chân không, nhưng nó dịch chuyển theo piston.
Vì van điều khiển dịch chuyển sang bên trái và tiếp xúc với van không khí, không khí bên ngoài bị chặn không vào được buồng áp suất biến đổi nên áp suất trong buồng biến đổi vẫn ổn định Do đó, có một độ chênh áp suất không thay đổi giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi Vì vậy, piston ngừng dịch chuyển và duy trì lực phanh này.
Thiết kế tính toán cơ cấu phanh
2.4.1 Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi bánh xe cơ cấu phanh ở cầu trước là:
Và mô men tại mỗi bánh xe cầu sau là:
(2) Trong đó: m 1 , m 2 : Hệ số phân bố lại trọng lượng khi phanh ở cầu trước và cầu sau. m 1 =1 + j max ×h g g ×b =
a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trớc: a = 1,215(m) b - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau: b = 1,485 (m) h g - Chiều cao trọng tâm xe: h g = 0,594(m) g - Gia tốc trọng trường: g = 9,81(m/s 2 ) ϕ - Hệ số bám của bánh xe với mặt đường ϕ = 0,7 j max - Gia tốc chậm dần lớn nhất khi phanh j max = ϕ g = 6,0 (m/s 2 ) r bx - Bán kính lăn của bánh xe ta có: r bx = 0,388 m
Thay các gía trị trên vào (1) và (2) ta có:
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là :
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:
2.4.2 Tính toán cơ cấu phanh đĩa
Trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau:
Xe sủ dụng lốp có ký hiệu: 205/65R16
Bán kính thiết kế của lốp xe:
Bán kính lăn trung bình:
Trong đó: λ : là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp Với lốp áp suất thấp thì λ = 0,93 Bán kính lắp vành:
2.4.3 Xác định các kích thước má phanh Đĩa phanh phải có kích thước đảm bảo cho việc tháo lắp dễ dàng khi có sửa chữa và đĩa phải có không gian thoáng giúp cho việc tản nhiệt của đĩa phanh được nhanh chóng và đĩa phải có khối lượng nhỏ nhưng vẫn phải đảm bảo việc quan trọng nhất là đạt được hiệu quả phanh như mong muốn.
Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203 mm ta chọn bán kính ngoài của đĩa phanh là Rng = 150 mm; bán kính trong của đĩa phanh Rtr = 75 mm.
- Xác định các kích thước má phanh trước:
+ Má phanh có dạng như hình vẽ
Ta chọn kích thước ngoài của má phanh R 2 = 145 mm.
Trong quá trình xe chạy đĩa phanh quay còn má phanh đứng yên, khi thực hiện qúa trình phanh thì má phanh ép vào đĩa phanh để giảm vận tốc của đĩa phanh, khi đó có sự trượt giữa má phanh và đĩa phanh Do đĩa phanh có hình tròn nên vận tốc trượt ở mép trong của má phanh nhỏ hơn vận tốc trượt ở mép ngoài của má phanh, do vậy phía trong của má phanh sẽ ít mòn hơn phía ngoài của má phanh Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn càng lớn nếu các bán kính ngoài và trong của má chênh lệch nhau càng lớn Do vậy ta chọn bán kính trong của má phanh R 1
= 105 mm Ngoài ra má phanh còn phải có diện tích sao cho sự phân bố áp lực lên má phanh nhỏ đảm bảo cho độ bền, tuổi thọ của má phanh do vậy ta chọn góc ôm của má phanh x 0 = 60 0
Tính toán dẫn động phanh
2.5.1 Đường kính xi lanh công tác
Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay được xác định như sau:
Trong đó: m - Số đôi bề mặt ma sát Chọn m = 2.
Q - Lực ép, ép má phanh vào với đĩa phanh. μ - Hệ số ma sát μ =0,3.
R tđ - Bán kính trung bình tấm ma sát.
R 1 , R 2 là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát
4 ×n n : Số lượng ống xilanh làm việc Chọn n = 2. p 0 : áp suất chất lỏng trong hệ thống p 0 = 490,4 ¿ 784,8 (N/cm 2 ).
Chọn p 0 = 780 (N/cm 2 ). d 1 : Đường kính xi lanh bánh xe.
2.5.2 Đường kính xi lanh chính. Để tạo lên áp suất p = 780 N/cm 2 thì cần phải tác dụng lên bàn đạp một lực Q
Với D: Đường kính xilanh tổng phanh, chọn D = 20 mm = 2 cm l, l’ : Các kích thước của đòn bàn đạp, l’/l = 88/240
: Hiệu suất dẫn động thuỷ lực, = 0,92
240 0,92 = 976,13 N Đối với ôtô con lực phanh lớn nhất cho phép : [Q] = 750 N
Như vậy ta phải lắp thêm bộ trợ lực phanh để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái. Với kích thước D, l, l’ đã chọn trên, ta xác định được hành trình bàn đạp phanh theo công thức :
Trong đó: δ 0 - Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xilanh chính. δ 0 =1,5÷2(mm) Chọn δ 0 =1,5(mm) d1, d2, D - Đường kính xilanh bánh xe trước, bánh xe sau và xilanh chính. x1, x2 - Hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trước, bánh xe sau. η b - Hệ số bổ sung khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tăng lên, η b =1,05÷1,1 Chọn η b = 1,05.
Đối với ôtô con, hành trình bàn đạp cho phép là : 150 mm
Vậy: S bd < [ S bd ] = 150mm, thoả mãn yêu cầu.
Xác định hành trình của piston xilanh lực:
Hành trình của piston trong xilanh chính phải bằng hoặc lớn hơn yêu cầu đảm bảo thể tích dầu đi vào các xilanh làm việc ở các cơ cấu phanh.
Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của piston thứ cấp và sơ cấp thì
Với S2 là hành trình dịch chuyển của piston sơ cấp khi ta coi nó có tác dụng độc lập ( không liên hệ với piston thứ cấp ).
Trong đó : d1 , d2: đường kính xilanh bánh xe trước và sau. d1 = 47mm ; d2 = 30 mm D: Đườnh kính xilanh chính , D = 20 mm x1, x2: Hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trước và sau. x1 = 0,5mm ; x2 = 0,5mm
Như vậy : Piston thứ cấp dịch chuyển một đoạn S2 = 5,96 mm
Piston sơ cấp dịch chuyển một đoan S1 = 2,43 mm
2.5.3 Hành trình làm việc của pít tông xi lanh bánh xe
Cơ cấu phanh trước và sau là phanh đĩa nên khe hở giữa má phanh và đĩa nhỏ nên chọn x1= 0.1 mm và x2= 0.1 mm
Hành trình to àn bộ của b àn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng được tính dự trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xilanh chính. Đối với ô tô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình bàn đạp được tính theo công thức:δ 0 =( δ 0 + 4 x 1 d 1 2 D + 2 x 2 d 2 2 ̛ η b ) l' l
Trong đó: S 0: khe hở giữa thanh đẩy và piston ở xilanh chính δ0 = (1,5÷2)mm Chọn δ0 =1,5 mm di, d2, D: đường kính xilanh bánh trước, bánh sau và xi lanh chính η b : hệ số bổ sung khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tăng lên η b =
Vậy Sbd< [Sbd] 0 (mm) thỏa mãn điều kiện.
2.5.4 Xác định hành trình pít tông xi lanh lực
Cơ cấu phanh trước và sau là phanh đĩa nên khe hở giữa má phanh và đĩa nhỏ nên chọn x1= 0.1 mm và x2= 0.1 mm.
Hành trình to àn bộ của b àn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng được tính dự trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xilanh chính. Đối với ô tô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình b àn đạp được tính theo công thức:
Trong đó: δ0: khe hở giữa thanh đẩy và piston ở xylanh chính δ0 =(1,5÷2)mm chọn δ0=1,5 mm d1,d2,D: đường kính xylanh bánh trước, bánh sau và xylanh chính ηb: hệ số bổ sung khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tang lên ηb 1,05 ÷1,1 Chọn ηb=1,05.
Vậy Sbd< [Sbd] 0 (mm) thỏa mãn điều kiện.
2.5.5 Tính bền đường ống dẫn động phanh Đường ống dẫn động phanh chịu áp suất khá lớn có khi lên tới 1000 (N/cm 2 ).Khi tính có thể coi đường ống dẫn dầu l loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn. Ứng suất được tính như sau: σt = p R s
Trong đó: p: áp suất dầu trong đường ống p= 700 N/cm 2
R: bán kính b ên trong đưòng ống dẫn R= 3 mm= 0,3 cm s: chiều dầy ống dẫn s= 0,8 mm= 0,08 cm
Cắt ống bằng mặt phẳng vuông góc với trục của ống thì ứng suất pháp σn tác dụng lên thành vỏ ống phải cân bằng với áp suất của chất lỏng tác dụng lên diện tích mặt cắt của ống:
Chọn loại đường ống làm bằng hợp kim đồng có [σ]= 2600N/cm 2
So sáng ta có: σƩ = 2109 (N/cm 2 )
