1.1.1Công dụng – 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.
Công dụng, yêu cầu và phân loại
– 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 cần bảo đảm các yêu cầu sau:
– Có hiệu quả phanh cao nhất nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhấtqũy đạo phanh ổn định khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm. – Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh. – 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, sự chậm tác dụng nhỏ.
– Phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào.
– Không có hiện tượng tự xiết phanh khi ôtô chuyển động tịnh tiến hoặc quayvòng.
– Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
– Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn định trong
– Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanhtrên bánh xe.
– Có khả năng phanh ôtô khi dừng trong thời gian dài.
– Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sữa chữa.
1.1.3Phân loại a.Theo công dụng
– Hệ thống phanh chính (phanh chân).
– Hệ thống phanh dừng (phanh tay).
– Hệ thống phanh dự phòng.
– Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ). b Theo kết cấu của cơ cấu phanh
– Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
– Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
– Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải. c Theo dẫn động phanh
– 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.
– Hệ thống phanh dẫn động điện từ. d Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh
– Phanh có trang bị bộ điều hòa lực phanh
– Phanh có trang bị bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh (ABS)
Kết cấu hệ thống phanh
Hệ thống phanh gồm có 2 phần chính sau:
1.2.1.1Cơ cấu phanh guốc dẫn động phanh thủy lực a.Sơ đồ cấu tạo
Cơ cấu phanh đặt trên giá đỡ là mâm phanh Mâm phanh được bắt cố định trên mặt bích của dầm cầu Các guốc phanh được đặt trên các trục lệch tâm, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, các má phanh luôn ép chặt hai piston của xy lanh phanh làm việc gần nhau Các má phanh luôn tỳ sát vào cam lệch tâm Cam lệch tâm cùng với trục lệch tâm có tác dụng điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các tấm ma sát Giữa các piston của xy lanh có lò xo để ép các piston luôn tỳ sát vào các guốc phanh.
Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh, để cho các má phanh mòn đều nhau thì guốc phanh phía trước có má phanh dài hơn.
Hình 1.1:Cấu tạo cơ cấu phanh guốc dẫn động phanh thủy lực b Nguyên lý hoạt động
Khi tác dụng vào bàn đạp chất lỏng với áp suất cao truyền đến xy lanh tạo nên áp lực ép trên piston đẩy các guốc phanh, các má phanh được ép vào trống phanh tạo nên sự phanh Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị trên cơ cấu phanh và lò xo giữa các piston sẽ kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu Quá trình phanh kết thúc.
Trong quá trình sử dụng phanh, các má phanh sẽ hao mòn, do đó khe hở giữa má phanh và trống phanh sẽ tăng lên Muốn cơ cấu phanh hoạt động hiệu quả, phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh bằng cách xoay cam lệch tâm và xoay chốt lệch tâm.
1.2.1.2 Cơ cấu phanh guốc dẫn động dẫn động phanh khí nén a Sơ đồ cấu tạo
Hình 1.2: Cấu tạo cơ cấu phanh guốc dẫn động phanh khí nén
Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu trước ô tô tải vừa và nặng, với dẫn động phanh bằng khí nén, có xy lanh khí nén lđiều khiển cam xoay ép guốc phanh vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống, phần cố định bao gồm mâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu. b Nguyên lý hoạt động
Khi phanh, xy lanh khí nén dẫn động xoay trục và cam quay ngược chiều kim đồng hồ Con lăn tựa lên biên dạng cam đẩy guốc phanh về 2 phía, ép má phanh sát vào trống phanh để thực hiện quá trình phanh.
Khi nhả phanh, đòn trục cam sẽ xoay cam về vị trí ban đầu, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, kéo các guốc phanh ép chặt vào cam, tách má phanh ra khỏi trống phanh.
1.2.1.3Cơ cấu phanh đĩa a Sơ đồ cấu tạo
Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa gồm các bộ phận chính :
– Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe.
– Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xy lanh bánh xe.
– Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi các pittông của xy lanh bánh xe
Hình 1.3: Cơ cấu phanh đĩa b.Nguyên lý hoạt động
Khi tác dụng lực vào bàn đạp, qua các cơ cấu dẫn động, dầu có áp suất cao được bơm vào trong các xy lanh công tác tại cơ cấu phanh đẩy các piston ép vào má phanh Đầu piston có gắn các tấm ma sát Các tấm ma sát ép sát vào má phanh tiến hành quá trình phanh Khi nhả bàn đạp phanh, do sự hồi dầu về bình dầu nên các tấm ma sát tách khỏi má phanh, có khe hở nên kết thúc quá trình phanh.
1.2.2 Sơ đồ cấu tạo một số dạng cơ cấu dẫn động phanh
1.2.2.1 Dẫn động cơ khí a Sơ đồ cấu tạo
2 – Thanh dẫn 8,10 – Dây cáp dẫn động phanh
3,5–Con lăn của dây cáp 9 – Thanh cân bằng
4 – Dây cáp phía trước 12 –Trục lệch tâm của thanh ép
6 – Thanh dẫn trung gian. b.Nguyên lý hoạt động
Thanh dẫn cùng với tay phanh 1 ở dưới vùng bảng điều khiển Thanh dẫn 2 nối liền với dây cáp Các con lăn 3,5 dẫn hướng cho dây cáp Dây cáp 4 bắt vào mút thanh dẫn trung gian 6, trục 7 lắp trên thanh dẫn và nối với thanh cân bằng 9 Thanh dẫn 6 lắp với bản lề trên giá đỡ, thanh cân bằng 9 phân bố đều lực phanh truyền qua dây cáp
8 và 10 tới cơ cấu phanh bánh xe trái và phải phía sau Đòn dây cáp nối với đòn bẩy ép, tác động lên guốc phanh thông qua tấm đỡ, đòn bẩy ép lắc trên trục lệch tâm 12.
Khi kéo phanh 1, dây cáp tác động lên đòn bẩy và hãm bánh xe lại, thực hiện quá trình phanh.
Khi nhả phanh, đòn bẩy ép trở về vị trí ban đầu dưới tác động của lò xo hồi vị, kết thúc quá trình phanh. c.Đặc điểm
Chủ yếu dùng cho phanh tay.
1.2.2.2 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén a.Sơ đồ cấu tạo
Xi lanh chính Bình chứa dầu
Bánh xe trước Bánh xe sau Đường khí Đường dầu
Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống bao gồm hai phần dẫn động :
– Dẫn động thủy lực : có hai xy lanh chính dẫn hai dòng đầu đến các xy lanh bánh xe phía trước và phía sau.
– Dẫn động khí nén : bao gồm từ máy nén khí, bình chứa khí, van phân phối khí và các xy lanh nén khí
Hình 1.5 sơ đồ hệ thống dẫn động thủy khí kết hợp b.Nguyên lý hoạt động
Phần máy nén khí và van phân phối hoàn toàn có cấu tạo và nguyên lý làm việc như trong hệ thống dẫn động bằng khí nén.
Phần xy lanh chính loại đơn và các xy lanh bánh xe có kết cấu và nguyên lý làm việc như trong hệ thống dẫn động bằng thủy lực. Đây là dẫn động thủy khí kết hợp hai dòng nên van phân phối khí là loại van kép, có hai xy lanh chính và hai xy lanh khí. c.Đặc điểm
Loại dẫn động này thường được áp dụng trên các xe tải.
Thường dùng trên các loại xe có tải trọng lớn.
1.2.2.3 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không a.Sơ đồ cấu tạo
Hình 1.6: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực có trợ lực chân không
1 Bánh xe 4 Xy lanh chính 7 Má phanh sau
2 Đĩa phanh 5 Bàn đạp 8 Trợ lực phanh
3 Xy lanh bánh trước 6 Xy lanh bánh sau b.Nguyên lý hoạt động
Khi không phanh lò xo hồi vị kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, dầu áp suất thấp nằm chờ trên đường ống.
Khi người lái tác động vào bàn đạp, qua thanh đẩy sẽ tác động vào piston nằm trong xy lanh, ép dầu trong xy lanh phanh chính đi đến các đường ống dẫn Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng vào các piston ở xy lanh bánh xe và piston ở cụm má phanh Hai piston này sẽ thắng lực lò xo đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh.
Khi thôi phanh người lái thôi tác dụng lên bàn đạp phanh lò xo hồi vị sẽ ép dầu từ xy lanh bánh xe và xy lanh phanh đĩa về xy lanh chính Quá trình làm việc của dẫn động phanh thủy lực dựa trên quy luật áp suất thủy tĩnh Áp suất trong sơ đồ dẫn động được truyền đến xy lanh các bánh xe là như nhau, khi đó lực đẩy lên guốc phanh sẽ phụ thuộc vào piston xy lanh công tác tại mỗi bánh xe đó Khi tăng lực tác dụng lên bàn đạp phanh cũng chính là lực tác dụng lên xy lanh phanh chính do vậy áp suất trong dẫn động và lực tác động lên má phanh sẽ tăng lên Do vậy dẫn động phanh thủy lực tác dụng bảo đảm được sự làm việc đồng của các cơ cấu phanh, bảo đảm sự tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp và lực đẩy lên guốc phanh hay má phanh ở cơ cấu phanh đĩa. c.Đặc điểm
Loại dẫn động này thường được áp dụng trên các xe du lịch.
Lựa chọn cơ cấu phanh
2.1.1 Lựa chọn phương án thiết kế cho cơ cấu phanh sauvà phanh trước
Hệ thống phanh chính (phanh chân) của loại xe này cơ cấu phanh phanh sau là cơ cấu phanh guốc Trong cơ cấu phanh guốc có các loại khác nhau như: cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục, cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm, cơ cấu phanh guốc loại bơi, cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa…
Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục: a) b)
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục được thể hiện trên hình 2.1 Trong đó sơ đồ hình 2.1a là loại sử dụng cam ép để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này hay sử dụng trên ôtô tải lớn Sơ đồ hình 2.1b là loại sử dụng xy lanh thủy lực để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này thường sử dụng trên ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dưới, khe hở phía trên được điều chỉnh bằng trục cam ép (hình 2.1a) hoặc bằng cam lệch tâm (hình 2.1b) Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát Các tấm này có thể dài liên tục (hình 2.1b) hoặc phân chia thành một số đoạn (hình 2.1a) Hình 2.1b trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốc phanh bên trái là guốc xiết, guốc bên phải là guốc nhả Vì vậy má phanh bên guốc xiết dài hơn bên guốc nhả với mục đích để hai má phanh có sự hao mòn như nhau trong quá trình sử dụng do má xiết chịu áp suất lớn hơn Còn đối với cơ cấu phanh được mở bằng cam ép (hình 2.1a) áp suất tác dụng lên hai má phanh là như nhau nên độ dài của chúng bằng nhau.
Lựa chọn phương án dẫn động
Về cơ bản có ba phương án dẫn động phanh là : dẫn động cơ khí,dẫn động bằng khí nén và dẫn động thủy lực.Ở dẫn động cơ khí, để tạo lực phanh đủ lớn thì cần phải có hệ thống cơ cấu đòn và khâu khớp phức tạp vì thế chỉ thích hợp cho dẫn động phanh tay.Còn ở dẫn động phanh khí nén cần có máy nén khí và bình chứa khí nên không phù hợp với kết cấu của xe du lịch.Vì vậy chỉ có dẫn động thủy lực, với kết cấu nhỏ gọn và độ nhạy cao phù hợp với xe thiết kế Sau đây sẽ phân tích một số phương án dẫn động thủy lực để tìm ra phương án phù hợp nhất cho xe thiết kế.
Dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu riêng biệt có trợ lực chân không.
Hình 2.1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục a, Sơ đồ cấu tạo
Hình2.2: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng có trợ lực
4 Bánh xe 4 Xy lanh chính 7 Má phanh sau
5 Đĩa phanh 5 Bàn đạp 8 Trợ lực phanh
6 Xy lanh bánh trước 6 Xy lanh bánh sau b, Nguyên lý ho t đ ngạt động ộng
Nguyên lý hoạt động giống như phương án dẫn động thủy lực một dòng Điều khác biệt là dẫn động hai dòng có nghĩa là từ đầu ra của xy lanh có hai đường dầu độc lập dẫn tới các bánh xe ôtô Đường dầu thứ nhất dẫn tới hai bánh xe của cầu trước. Đường dầu thứ hai dẫn tới hai bánh xe của cầu sau. c, u nhƯu nhược điểm ược điểmc đi mểm
– Ngoài ưu điểm của dẫn động phanh một dòng, dẫn động phanh thủy lực hai dòng có trợ lực chân không còn có những ưu điểm sau:
– Nếu bị hỏng hay rò rỉ dầu ở một dòng nào đó vẫn phanh được ở cầu xe của dòng còn lại.
– Dẫn động thủy lực hai dòng có trợ lực giúp người lái giảm sức lao động khi đạp phanh.
– Nếu như hỏng đường dẫn động cầu trước thì có thể xảy ra hiện tượng quay ngang xe khi phanh Nếu hỏng đường dầu dẫn động cầu sau thì có thể mất tính ổn định khi phanh gấp.
– Kết cấu phức tạp hơn so với dẫn động thủy lực một dòng.
Sau khi phân tích các phương án dẫn động thủy lực trên thì có thể thấy rằng phương án dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu độc lập có trợ lực chân không vừa đảm bảo an toàn vừa phanh nhẹ nhàng đồng thời hiệu quả phanh cao.
Qua phân tích về cơ cấu phanh va dẫn động phanh, sau đây là phương án tốt nhất cho xe cần thiết kế.
Về cơ cấu phanh:Cơ cấu phanh: Dùng phanh guốc đối xứng qua trục dẫn động thủy lực cả 2 cầu.
Về dẫn động phanh:Dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu riêng biệt có trợ lực chân không
Sơ đồ cấu tạo tổng thể gồm cả cơ cấu phanh và dẫn động phanh:
Hình 2.3 Sơ đồ cấu tạo tổng thể cơ cấu phanh và dẫn động phanh
1 Bàn đạp phanh 4.Guốc phanh 5 Đường ống dẫn dầu
2 Trợ lực phanh và xy lanh phanh chính 6 Phanh đĩa
3 Xy lanh phanh bánh xe 7 Cụm má phanh
2.3 Tính toán thiết kế hệ thống phanh
2.3.1 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu của cầu trước.
- Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống guốc có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện kết cấu qua tâm quay bánh xe.
- Vì vậy momen ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau với các đặc điểm như sau:
+ Hai guốc sử dụng hai cơ cấu ép riêng biệt bởi hai xy lanh đơn bố trí về hai phía khác nhau.
+ Hai guốc của cơ cấu phanh có tâm quay của điểm tựa cố định được bố trí về hai phía khác nhau.
- Do tính chất đối xứng đối với tâm quay bánh xe, nên công thức xác định mô- men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống có công thức tính hoàn toàn giống nhau.
Mg1, Mg2: mômen ma sát do hai guốc ở cầu trước tạo ra.
P1, P2: lực ép từ piston tác dụng lên hai guốc phanh
A1,B1, A2, B2: đại lượng đặt trưng cho tham số kết cấu và qui luật phân bố áp suất trên guốc phanh. h1, h2:khoảng cách từ tâm quay của guốc đến lực ép.
- Vậy mômen phanh do hai guốc tạo ra cho một tang trống được xác định bằng mômen tổng như sau:
- Giả sử đường kính hai piston trong xi lanh là như nhau thì các lực ép P1, P2 bằng nhau và bằng lực ép P do áp suất dầu trong xi lanh tạo ra cho piston.Và giả thiết kích thước của hai guốc và cả hai má đều giống nhau (A = A =A và B
=B2=B và h1 =h2), thì momen phanh do hai guốc tạo ra cho trống phanh được xác định như sau:
A− μ B (2.4). Để tính toán ta cần xác định các thông số dựa vào sơ đồ tính toán cơ cấu phanh guốc.
Hình 2.4 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh guốc.
+ P: Lực ép từ piston tác dụng lên guốc phanh
+ α1, α2: là các thông số kết cấu về góc đặt đầu cuối của tấm ma sát.
+ a: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến lực ép (P).
+ b: Khoảng cách từ tâm trục bánh xe đến tâm quay của guốc.
+ h: Khoảng cách từ tâm quay của điểm tỳ cố định đến phương lực ép P.
+ rt: Bán kính tang trống
+ S: Khoảng cách từ tâm quay của guốc đến tâm trục bánh xe.
+ α0: Góc đặt tâm quay của guốc phanh.
- Xác định bán kính tang trống (rt).
Với bán kính bánh xe Rbx =0,35 [m] theo đề bài, căn cứ vào tài liệu [1] ta có thể chọn Dt như sau:
- Với bán kính tang trống rt =0,14 [m], thì khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến phương của lực ép P có thể xác định như sau: a=0,8.r t =0,8.0,14=0,112 [m] (2.6)
- Với đường kính tang trống Dt=2.rt thì theo tài liệu [1] khoảng cách h được xác định như sau: h=0,8.D t =0,8.0,28=0,224 [m] (2.7)
- Với khoảng cách h=0,224[m] và a=0,112[m] thì khoảng cách b được xác định như sau: h=b+a⇒b=h−a=0,224−0,112=0,112 [m] (2.8)
- Khoảng cách từ tâm quay điểm tựa cố định của guốc đến tâm quay bánh xe (s). s=0,8 r t cosα 0 (2.9) Chọn 0 0 : là góc đặt quay tâm điểm tựa cố định của cố định của guốc phanh (lưu ý khi tính phải đổi độ sang radian)
Thay giá trị vào (2.9) ta được: s=0,8 0,14 cos 15 0 =0,116
- Các thông số kích thước A và B có thể xác định theo thuyết áp suất phân bố đều(q = const) như sau :
+ 1, 2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu – cuối của tấm ma sát ,tính bằng [rad] Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc 1, 2 theo kinh nghiệm sao cho hiệu số ( α 2 −α 1 ) ≈90 0 ÷110 0 Chọn 1 = 20 0 và 2 = 125 0 tức là ( 2 - 1 ) = 105 0
+ à : hệ số ma sỏt trượt giữa mỏ phanh và trống phanh, theo tài liệu [1] μ≈0,30−0,33 ta chọn à=0,33.
+ δ : Góc đặt của phương hợp lực pháp tuyến khi áp suất phân bố đều và được xác định theo biểu thức sau : δ = π −( α 1 + α 2 )
Chọn 1 0 và 2 5 0 (theo tài liệu [1]) tức là (2 - 1) 5 0 hay 21/36[rad]. Thay giá trị của α1 và α2 bằng giá trị [rad] vào (2.11) ta được: δ π−(20+125) π
Từ các giá trị s, rt, , 1, 2, đã tính được ta thay vào công thức (2.10):
- Xác định lực ép cần thiết của cơ cấu phanh trước:
Theo lý thuyết thì mômen phanh của cơ cấu phanh cần sinh ra sẽ phải bằng mômen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe nên.
Từ (2.4) ta suy ra lực ép cần thiết của cơ cấu phanh trước P.
Từ công thức (2.4) ta suy ra: P=M PT (A−μ.B)
2 h.μ (2.13) Thay các giá trị MPT, A, B, h, vào (2.13) ta được:
- Vậy mômen phanh do các guốc tạo ra cho một tang trống ở cầu trước:
2.4 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu của phanh ở cầu sau:
Kiểu cơ cấu phanh ở cầu sau là kiểu trống guốc với hai guốc có cùng chung cơ cấu ép là xy lanh kép. Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trốngđơn giản nhất, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng thẳng đứng Tuy nhiên moment ma sát được tạo ra bởi các guốc sẽ có giá trị khác nhau do tính chất tách/siết của các guốc đối với tang trống phụ thuộc chiều quay bánh xe.
Công thức xác định mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống như sau:
- Với guốc tự siết ( lực ép P1 từ piston tạo ra moment quay là cùng chiều với chiều quay tang trống ).
+ P1: Lực ép từ piston tác dụng lên guốc tự siết
+ A1, B1: Đại lượng đặc trưng cho thông số kết cấu và qui luật phân bố áp suất trên má phanh của guốc phanh tự siết.
+ h1: khoảng cách từ tâm quay của guốc đến lực ép.
- Với guốc tự tách ( lực ép P2 từ piston tạo ra moment quay là ngược chiều với chiều quay của tang trống ).
+ P2: Lực ép từ piston tác dụng lên guốc tự tách.
+ A2, B2: Đại lượng đặc trưng cho thong số kết cấu và qui luật phân bố áp suất trên má phanh của guốc phanh tự tách.
+ h2: Khoảng cách từ tâm quay của guốc đến lực ép.
- Vậy mômen phanh do hai guốc phanh ở cơ cấu phanh cầu sau tạo ra cho tang trống được xác định bằng mô-men tổng:
Giả sử các lực ép P1 và P2 là bằng nhau và bằng P, đồng thời kích thước của hai guốc và cả hai má phanh đều giống nhau (A1=A2=A, B1=B2=B, h1=h2=h) thì mômen phanh do hai guốc tạo ra cho trống phanh là:
Theo lý thuyết thì mômen phanh của cơ cấu phanh cần sinh ra sẽ phải bằng mômen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe nên.
Từ công thức 2.14) ta có thể suy ra công thức tính lực ép yêu cầu đối với cơ cấu phanh kiểu trống guốc ở cầu sau:
2.A.h.μ (2.16) Thay các giá trị MPS , A, B, h, vào (2.16) ta được:
- Mômen phanh do guốc phanh tự tách tạo ra cho tang trống ở một cơ cấu phanh của cầu sau:
A+B.μ (2.17) Thay các giá trị P, h, A, B, vào (2.17) ta được:
- Mô-men phanh do guốc phanh tự siết tạo ra cho tang trống ở một cơ cấu phanh của cầu sau:
A−B.μ (2.18)Thay các giá trị P, h, A, B, vào (2.18) ta được:
[N.m] Xác định bán kính tang trống (rt).
Với bán kính bánh xe Rbx =0,35 [m] theo đề bài, căn cứ vào tài liệu [1] ta có thể chọn Dt như sau:
- Với bán kính tang trống rt =0,132 [m], thì khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến phương của lực ép P có thể xác định như sau: a=0,75.r t =0,8.0,132=0,1 [m]
- Với đường kính tang trống Dt=2.rt thì theo tài liệu [1] khoảng cách h được xác định như sau: h=0,8.D t =0,75.0,28=0,264 [m]
- Với khoảng cách h=0,264[m] và a=0,1 [m] thì khoảng cách b được xác định như sau: h=b+a⇒b=h−a=0,264−0,1=0,1164 [m]
2.4 Tính toán xác định bề rộng má phanh
- Bề rộng má phanh sẽ xác định diện tích làm việc của má phanh ép lêntang trống Bề rộng má phanh tăng làm cho diện tích làm việc tăng, điều này nói chung có lợi cho sự mài mòn của tấm ma sát vì diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực tác dụng lên một đơn vị diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm trong mỗi lần phanh ( mỗi lần phanh diễn ra là một lần quá trình trượt giữa má phanh và tang trống diễn ra mãnh liệt, vừa làm mài mòn má phanh, vừa sinh nhiệt lớn làm nung nóng tang trống cũng như má phanh và các chi tiết liên quan đến truyền nhiệt với chúng ) Tuy vậy bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm tính đồng đều của áp lực phân bố theo chiều rộng của má phanh, dẫn đến mòn má phanh không đều và giảm hiệu quả phanh.
- Khi các thông số khác đã được chọn và xác định theo mômen yêu cầu nêu trên thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đối với má phanh trong quá trình phanh.
- Với kiểu cơ cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b được xác định theo mômen phanh (Mg) do mỗi guốc tạo ra cho tang trống như sau :
+ Với guốc của cơ cấu phanh trước: b T = M g1 q.μ.r t 2.( α 2−α 1 ) (2.19) Trong đó : rt: Bán kính tang trống (rt = 0,14 [m]).
(α2 – α1): Góc ôm má phanh ((2 -1)) = 105 0 ). q: Áp suất tác dụng lên má phanh
Mg1: Mômen phanh của một guốc ở cơ cấu phanh của cầu trước.
Với: Mg16,10 [N.m]. Áp suất làm việc của bề mặt ma sát được chọn đủ nhỏ so với giá trị giới hạn [ q] = 1,5 2,0 [MN/m 2 ] Vậy chọn q = 1,5 [MN/m 2 ] = 1,5.10 6 [N/m 2 ].
Thay các giá trị Mg1, q, rt, , (α2 – α1) vào (2.19) ta được: b T 6,10.180
+ Với guốc của cơ cấu phanh sau: b S = M g1 q.μ.r t 2.( α 2−α 1 ) (2.20) Trong đó: Mg1: Mômen phanh của một guốc ở cơ cấu phanh của cầu sau.
Thay các giá trị Mg1, q, rt, , (α2 – α1) vào (2.20) ta được: b S 82,818.180
Thống nhất chọn bề rộng má phanh của các cơ cấu phanh trước/sau đều bằng nhau và b = 61 [mm].
2.5 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh
2.5.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng.
- Kích thước má phanh không chỉ xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép [q] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má phanh, mà còn xác định theo tiêu chí công ma sát trượt riêng nhằm bảo đảm cho má phanh làm việc trong thời gian lâu dài Bởi vì với cùng áp suất làm việc của má phanh trong quá trình phanh như nhau nhưng tốc độ khi xe bắt đầu phanh càng lớn thì má phanh sẽ càng mau mòn.
- Theo định nghĩa công ma sát trượt riêng chính là công ma sát trượt của má phanh trong quá trình phanh tính trên một đơn vị diện tích làm việc của má phanh. Giả sử công ma sát trượt L trong quá trình phanh sẽ thu toàn bộ động năng của ô tô khi bắt đầu phanh với vận tốc v1 cho đến khi ô tô dừng hẳn ( v2 = 0 ) tức là:
+ m: là khối lượng khi đầy tải của ô tô khi phanh [kg].
+ G: là trọng lượng của ô tô [N].
+ v1: vận tốc của ô tô khi bắt đầu phanh [m/s].
+ g: là gia tốc trọng trường (g=9,81[m/s 2 ]).
Vmax = 120 [Km/h] = 33,333 [m/s]. v1 = 0,5 Vmax = 0.5.33,333 = 16,6667 [m/s] [Theo tài liệu [1]].
Thay các giá trị G, v1, g vào (2.21) ta được:
- Công trượt riêng (Lr) được xác định theo biểu thức sau:
A : Là tổng diện tích làm việc của tất cả các má phanh.
Thay các giá trị b, rt , 1, 2 vào (2.23) ta được:
Ta tính được L và A thay giá trị L, A vào (2.22) ta xác định được Lr:
Trị số công ma sát riêng tính theo công thức trên khi bắt đầu phanh với tốc độ trung bình bằng nửa tốc độ cực đại (v1=0,5vmax) cho đến khi xe dừng hẳn (v2 = 0) phải nằm trong giới hạn cho phép [Lr] = 3 7 [MJ/m 2 ] đối với ô tô vận tải.
Vậy so với giá trị cho phép thì giá trị tính được của (Lr) là thỏa mãn.
2.5.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành của cơ cấu phanh.