Đồ án tốt nghiệp là một điều kiện cần để các sinh viên sau khi hoàn thành khóa học có thể tốt nghiệp. Vào học kỳ cuối, những sinh viên đủ điều kiện sẽ được làm đồ án tốt nghiệp. Việc thực hiện đề tài tốt nghiệp là cơ hội để sinh viên tổng hợp kiến thức, thể hiện khả năng, tìm hiểu thực tế và trau dồi thêm những ký năng cần thiết trước khí ra trường.
PHẦN MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hệ thống phanh ô tô là một yếu tố quan trọng đảm bảo an toàn khi vận hành xe tải Đặc biệt đối với xe tải có trọng lượng lớn là 7,5 tấn, một hệ thống phanh chất lượng và hiệu suất cao là cần thiết để đảm bảo khả năng dừng lại an toàn trong quãng đường ngắn, giảm nguy cơ gây tai nạn Xe tải 7,5 tấn thường cần mang theo hàng hóa nặng hoặc vận chuyển trên đường dài nên cần một hệ thống phanh ổn định để xử lý tải trọng lớn và đảm bảo sự kiểm soát của người lái Thiết kế hệ thống phanh tốt giúp giảm tình trạng hao mòn linh kiện và tiết kiệm chi phí bảo dưỡng và sửa chữa Một hệ thống phanh đáng tin cậy giúp kéo dài tuổi thọ phụ tùng và giảm tốn đồng thời lợi ích môi trường Vì những lý do trên nên em chọn đề tài thiết kế hệ thống phanh cho xe tải 7,5 tấn làm đề tài cho bài luận văn tốt nghiệp của em.
Giới hạn đề tài
Đề tài này chỉ thiết kế các thành phần của hệ thống phanh xe tải Hino 7,5 tấn như cơ cấu phanh trước, cơ cấu phanh sau, dẫn động phanh Từ đó đánh giá hiệu suất và an toàn của hệ thống phanh trên xe tải Hino 7,5 tấn dựa trên kết quả thiết kế.
Phương pháp nghiên cứu đề tài
Phương pháp em sử dụng ở đây là phương pháp tính toán và kiểm nghiệm bền các bộ phận của hệ thống phanh như cơ cấu phanh, dẫn động phanh và bộ trợ lực cho xe tham khảo.
Bố cục của bài luận văn
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Công dụng, phân loại và yêu cầu
- Hệ thống phanh ô tô giúp giảm vận tốc của xe tới một tốc độ nào đó hoặc giúp dừng hẳn xe
- 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 chính (phanh chân)
➢ Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
➢ Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ)
- Theo kết cấu của cơ cấu phanh
➢ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống
➢ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa
➢ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải
➢ 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
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
➢ Có hiệu quả phanh cao nhất 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 của ô tô 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 ô tô chuyển động tịnh tiến hoặc quay vòng
➢ Cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt
➢ Có hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn định trong điều kiện sử dụng
➢ Có khả năng dừng ô tô trong thời gian dài
➢ Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sửa chữa
➢ Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh xe.
Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hình 2.1: Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh Ngày nay trên cơ sở các bộ phận kể trên, hệ thống phanh còn được bố trí thêm các thiết bị nâng cao hiệu quả phanh
+ Cơ cấu phanh: Được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra mômen hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh
+ Dẫn động phanh: Bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh Dẫn
4 động phanh thực hiện truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh
2.2.1.1 Cơ cấu phanh tang trống
Cơ cấu này được dùng khá phổ biến trên ô tô Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ của tang trống quay cùng bánh xe Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát bề mặt tang trống và các má phanh
Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều khiển các guốc phanh thành các dạng với các tên gọi:
- Guốc phanh đặt đối xứng qua trục (a)
- Guốc phanh đặt đối xứng với tâm quay (b)
- Guốc phanh tự cường hóa một chiều quay (d)
- Guốc phanh tự cường hóa hai chiều quay (e)
Các dạng này còn có thể phân biệt được thành các cơ cấu sử dụng với các lực điều khiển guốc phanh từ hệ thống dẫn động khí nén (a), thủy lực (a, b, c, d, e) hoặc cơ khí (a, d)
Hình 2.2: Cơ cấu phanh tang trống a) Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục:
Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục gồm hai guốc phanh bố trí đối xứng qua đường trục, được sử dụng trên dẫn động phanh thủy lực và khí nén
* Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh thủy lực:
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với xylanh dẫn động phanh thủy lực được trình bày trên hình 2.3 Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ, có xylanh thủy lực điều khiển ép guốc phanh vào trống phanh
Hình 2.3: Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh thủy lực
Cấu tạo cơ bản bao gồm:
Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moayơ bánh xe Phần cố định là mâm phanh được bắt trên dầm cầu Các tấm ma sát được tán hoặc dán với guốc phanh Trên mâm phanh bố trí 2 chốt cố định để lắp ráp với lỗ tựa quay của guốc phanh Chốt có bạc lệch tâm để thay đổi vị trí điểm tựa guốc phanh và là cơ cấu điều chỉnh khe hở phía dưới giữa má phanh và trống phanh Đầu trên của hai guốc phanh được kéo bởi lò xo hồi vị guốc phanh, tách má phanh khỏi tang trống và ép pittông trong xylanh bánh xe về vị trí không phanh Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng 2 cam lệch tâm Hai guốc phanh được đặt đối xứng qua đường trục đi qua tâm bánh xe Xylanh bánh xe là xylanh kép có thân chung và hai pittông bố trí đối xứng Xylanh được bắt chặt với mâm phanh, pittông bên trong tựa vào đầu guốc phanh nhờ chốt tựa Pittông nằm trong xylanh được bao kín bởi vành cao su và tạo nên không gian chứa dầu phanh Dầu phanh có áp suất lớn được cấp vào thông qua đai ốc dẫn dầu Trên xylanh bố trí ốc xả khí nhằm xả không khí lọt vào hệ thống thủy lực khi cần
Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục được mô tả qua 3 trạng thái: không phanh, phanh và nhả phanh Ở trạng thái không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, má phanh và tang trống tồn tại khe hở nhỏ 0,3 ÷ 0,4 mm, đảm bảo tách hai phần quay và cố định của cơ cấu phanh, các bánh xe được quay trơn
Khi phanh, dầu có áp suất lớn sẽ được đưa đến xylanh bánh xe (xylanh thủy lực) Khi áp lực dầu trong xylanh lớn hơn lực kéo của lò xo hồi vị, đẩy đầu trên của các guốc phanh về hai phía Các guốc phanh chuyển động quanh điểm tựa dưới (chốt phanh), ép má phanh sát vào trống phanh, phát sinh ma sát giữa hai phần: quay (tang trống) và cố định (guốc phanh), tốc độ tang trống giảm dần, hình thành sự phanh ô tô trên đường
Khi xe tiến, chiều quay của tang trống ngược chiều kim đồng hồ, guốc phanh bên trái đặt các lực đẩy của xylanh bánh xe cùng chiều quay được gọi là “guốc siết”, ngược lại, guốc phanh bên phải là “guốc nhả” Má phanh bên guốc siết chịu áp lực lớn hơn bên guốc nhả, do vậy được chế tạo dài hơn, nhằm mục đích tạo nên sự hao mòn hai má phanh như nhau trong quá trình sử dụng
Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xylanh giảm, lò xo hồi vị kéo các guốc phanh ép vào pittông, guốc phanh và má phanh tách khỏi trống phanh Lúc này lực ma sát không tồn tại nên bánh xe lại được lăn trơn
Trong quá trình phanh, tang trống và má phanh bị nóng lên bởi lực ma sát, gây hao mòn các tấm ma sát và bề mặt trụ của tang trống Sự nóng lên quá mức có thể dẫn tới suy giảm hệ số ma sát và làm giảm hiệu quả phanh lâu dài, làm biến dạng các chi tiết bao kín bằng cao su, do vậy cơ cấu phanh cần được thoát nhiệt tốt Sự mòn tấm ma sát và tang trống dẫn tới tăng khe hở giữa má phanh với tang trống, khi phanh có thể làm tăng độ trễ tác dụng Do vậy, các cơ cấu phanh đều bố trí các kết cấu điều chỉnh khe hở trên guốc phanh Công việc điều chỉnh lại khe hở trong cơ cấu phanh được tiến hành theo định kỳ
* Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh khí nén:
Hình 2.4: Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với 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 xylanh khí nén điều 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
Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát (má phanh) Để tăng khả năng tiếp xúc mỗi bên guốc phanh bố trí hai tấm ma sát với kích thước dày bằng nhau 6 ÷ 10 mm Trên mâm phanh có hai chốt để lắp đầu dưới của hai guốc phanh Hai chốt cố định này
Phân tích và lựa chọn phương án thiết kế
2.3.1 Lựa chọn cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh trên ô tô chủ yếu có hai dạng: phanh tang trống và phanh đĩa Phanh guốc chủ yếu được sử dụng trên các ô tô có tải trọng lớn: ô tô tải, ô tô chở khách và một số loại ô tô con Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên xe con và trong đó chủ yếu là ở cơ cấu phanh trước và ngày nay phần lớn các xe con là sử dụng phanh đĩa cho cả 2 cầu trên xe
❖ Cơ cấu phanh tang trống
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 và cơ cấu phanh guốc tự cường hóa…
Qua phân tích kết cấu các cơ cấu phanh loại guốc chúng ta thấy rằng tùy theo sự bố trí các guốc phanh và điểm tựa mà sẽ đạt được hiệu quả phanh (mômen phanh) là khác nhau mặc dù kích thước guốc phanh là như nhau
So với cơ cấu phanh tang trống loại đối xứng qua trục các cơ cấu phanh đối xứng qua tâm, loại bơi hay tự cường hóa có ưu điểm hơn là hiệu quả phanh khi ô tô chuyển động tiến cao hơn (khi chuyển động lùi có thể hiệu quả phanh giảm tùy theo kết cấu nhưng không làm ảnh hưởng nhiều vì khi ô tô lùi thường có tốc độ thấp nên yêu cầu mô men phanh ít hơn) nhưng nhược điểm của phanh tang trống là kết cấu khá phức tạp nên thường chỉ được bố trí ở cầu trước của ô tô du lịch, ô tô tải nhẹ, trung bình do yêu cầu cần đạt mômen phanh lớn với kích thước cơ cấu phanh nhỏ
Trong trường hợp này khi thiết kế phanh xe tải 7,5 tấn => lựa chọn cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau là loại phanh guốc đối xứng qua trục dẫn động thủy lực
2.3.2 Lựa chọn dẫn động phanh
Về cơ bản trên xe con, xe tải nhỏ, xe khách tầm trung thì có ba phương án dẫn động phanh là: dẫn động cơ khí, dẫn động bằng khí nén và dẫn động bằng 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 tải Vì vậy chỉ có dẫn động thủy lực, với kết cấu nhỏ gọn và độ nhạy cao phù hợp với xe thiết kế
- Ưu điểm dẫn động thủy lực
+ Phanh dẫn động thủy lực đảm bảo sự làm việc đồng thời của các cơ cấu phanh ở bánh xe, 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;
+ Hiệu suất cao, độ nhạy tốt và kết cấu đơn giản;
+ Có khả năng ứng dụng trên nhiều loại ô tô khác nhau khi chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh
- Nhược điểm dẫn động thủy lực
+ Tỷ số của dẫn động không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu phanh; + Hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp
Sau đây em sẽ phân tích một số phương án dẫn động thủy lực để tìm ra phương án phù hợp nhất cho xe thiết kế
❖ Phương án 1: Dẫn động thủy lực hai dòng: a Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.19: Sơ đồ dẫn động thủy lực hai dòng b Nguyên lý hoạt động:
Dẫn động hai dòng có nghĩa là từ đầu ra của xylanh chính có hai đường độc lập dẫn dầu đến tất cả các xylanh công tác của các bánh xe
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 pittông nằm trong xylanh, ép dầu trong xylanh phanh chính đi đến các đường ống dẫn Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng vào các pittông ở xylanh bánh xe và pittông ở cụm má phanh Hai pittông 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 xylanh bánh xe và xylanh phanh đĩa về xylanh chính c Ưu, nhược điểm:
* Ưu điểm: Nếu bị hỏng hay rò rỉ dầu ở một dòng nào đó vẫn phanh được ở cầu xe của dòng còn lại
* Nhược điểm: Lực điều khiển cơ cấu phanh có thể sẽ lớn Nếu như hỏng đường dẫn động cầu trước thì có thể xảy ra hiện tượng quay ngang xe khi phanh Nếu hỏng đường dẫn động cầu sau thì có thể mất tính ổn định khi phanh gấp
❖ Phương án 2: Dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu riêng biệt có trợ lực: a Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.20: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng có trợ lực và điều hòa lực phanh
5- Bàn đạp 6- Xylanh bánh sau 7- Má phanh sau 8- Trợ lực phanh b Nguyên lý hoạt động:
Nguyên lý hoạt động giống như phương án dẫn động thủy lực hai dòng Điều khác biệt là dẫn động hai dòng có trợ lực và điều hòa lực phanh giúp nâng cao hiệu quả phanh, rút ngắn quãng đường phanh c Ưu, nhược điểm:
* Ưu điểm: Ngoài ưu điểm của dẫn động phanh hai dòng, dẫn động phanh thủy lực hai dòng có trợ lực chân không còn có những ưu điểm sau:
+ Phân bố lực phanh giữa cầu trước và sau phù hợp với tải trọng tác dụng lên các cầu nhằm tận dụng được tối đa trọng lượng bám;
+ Dẫn động thủy lực hai dòng có trợ lực giúp người lái giảm lực 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 hai dòng không trợ lực
❖ Phương án 3: Dẫn động thủy lực hai dòng chéo nhau có trợ lực chân không: a Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.21: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng chéo nhau có trợ lực b Nguyên lý hoạt động:
Từ đầu ra của xylanh có hai đường dầu độc lập dẫn tới các bánh xe ôtô Mỗi dòng dẫn dầu từ xylanh chính tới bánh xe trước và bánh sau ở vị trí so le c Ưu, nhược điểm:
+ Khi bị hỏng hay rò rỉ dầu ở một dòng thì ô tô vẫn được phanh ở một bánh trước và một bánh sau ở phía so le Tận dụng được lực bám tốt hơn khi phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau thay đổi khác nhau
+ Chất lượng vẫn được đảm bảo tốt cả khi trên đường có hệ số bám dọc ở hai vết bánh xe khác nhau nhiều
+ Khi một dòng bị hư hỏng thì có thể làm quay ngang xe hoặc mất ổn định hướng khi phanh xe
❖ Phương án 4: Dẫn động thủy lực có điều khiển điện tử ABS: a Sơ đồ cấu tạo:
Hình 2.22: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực có điều khiển điện tử ABS b Nguyên lý hoạt động:
THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE TẢI HINO 7,5 TẤN
Thông số xe tham khảo
Thông số xe Ký hiệu Giá trị Đơn vị
Trọng lượng của ô tô khi không tải G0 25000 N
Trọng lượng của ô tô khi đầy tải G 75000 N
Trọng lượng phân ra cầu trước G1 30200 N
Trọng lượng phân ra cầu sau G2 55000 N
Chiều cao trọng tâm xe hg 1 m
Bảng 3.1: Thông số xe tham khảo
Xác định mô men phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép
Xét sơ đồ một ô tô đang phanh trên đường bằng (Hình 3.1) Xe chịu các lực: trọng lượng G; phản lực mặt đường lên các bánh xe trước và sau Z1, Z2; lực quán tính Pj (xe đang phanh có gia tốc chậm dần) Bỏ qua lực cản lăn Pf và lực cản không khí Pw
Hình 3.1: Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh Để xác định Z1 ta lấy mômen các lực tại điểm tiếp xúc bánh sau với mặt đường:
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp tại các bánh xe thì mômen phanh tính toán cần sinh ra ở bánh xe mỗi cơ cấu phanh: Ở cầu trước: MPT = 𝐺.𝑏
𝑔.𝑎 ) 𝜑 𝑟 𝑏𝑥 Trong đó: G: Trọng lượng ô tô khi đầy tài, G = 75000N
L: Chiều dài cơ sở ô tô, L = 3,87 m a,b,hg: Tọa độ trọng tâm ô tô
𝐿 = 𝐺 1 : trọng lượng ô tô phân bố ra cầu trước, G1 = 30200N
𝐿 = 𝐺 2 : trọng lượng ô tô phân bố ra cầu sau, G2 = 55000N
75000 = 1,558 m jmax: Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh Để tận dụng hết lực phanh thì lực phanh sinh ra phải bằng với lực bám của xe với đường
jmax = g.𝜑 = 9,81.0,5 = 4,905 m/s 2 φ: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường Chọn φ = 0,5 rbx: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe Lốp xe có ký hiệu 7,5 – 16 nên bán kính bánh xe được tính theo công thức: rbx = (𝐵 + 𝑑
2) 25,4 𝜆 𝑏 Trong đó: B: Bề rộng của lốp d: Đường kính vành bánh xe
𝜆 𝑏 : Hệ số tính đến sự biến dạng của lốp
Vậy mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh là:
Tính toán cơ cấu phanh trước
a Xác định góc δ, bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh:
Hình 3.2: Các thông số hình học của cơ cấu phanh
Góc δ (góc tạo bởi trục ox với đường đi qua tâm O với điểm đặt lực): tg𝛿 = cos 2𝛽 1 −cos 2𝛽 2
Trong đó: β1: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát β0: Góc ôm của tấm ma sát β2 = β1 + β0
Bán kính ρ xác định theo công thức sau:
√𝛽 0 2 + sin 2 𝛽 0 − 2𝛽 0 cos(𝛽 1 + 𝛽 2 ) sin 𝛽 0 Với rt: Bán kính của tang trống, theo tài liệu đường kính tang trống nằm trong khoảng: dt = (0,8 ÷ 0,9).rbx = (0,8 ÷ 0,9).0,370 = 0,296 ÷ 0,333
Chọn dt = 300 mm => bán kính tang trống phanh rt = 150 mm
Bán kính ρ xác định theo công thức sau:
Xác định góc 𝜑 ở các cơ cấu phanh
Khi đã chọn trước thông các số kết cấu (β1, β2, β0, r1) ta tính được góc δ và bán kính ρ
Do đó ta xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướng vào tâm O)
Gọi R là lực tổng hợp của hai lực N và T
Góc φ được xác định như sau: tgφ1 = 𝑇 1
𝑁 1 = 𝜇 Với μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3 Như thế là chúng ta đã xác định được góc φ = 16,7 0 , nghĩa là xác định được hướng của R1 Góc φ má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì có cùng hệ số ma sát như nhau b Xác định bán kính r 0
Như vậy mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là:
Trong đó bán kính r0 được xác định theo công thức: r0 = 𝜌 sin 𝜑 = 𝜌 tan 𝜑
√1+0,3 2 = 50,14 mm Đối với má sau: r0 ’’ = 168,6 0,3
Các bước xây dựng họa đồ lực phanh
Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xylanh công tác chung cho cả hai pittông dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau: Pt = Ps = P
Họa đồ được 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 𝛿 và bán kính ρ, từ đó xác định điểm đặt của lực R;
Tính góc 𝜑 và vẽ phương của lực R Kéo dài phương của Rt và P cắt nhau tại O’, kéo dài phương của P và Rs cắt nhau tại O’’; Để xác định phương của U cần lưu ý rằng, ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 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 phương của các lực U chỉ cần nối O’ với O1 và O’’ với O2;
Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngược chiều Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R và U đã có trên họa đồ;
Dựa vào tỷ lệ trên họa đồ ta sẽ tính được giá trị của các lực tác dụng cần tìm Đo trực tiếp các hình trên đoạn R’ và R’’ và tính tỷ lệ: k = 𝑅
Ta có hệ phương trình: {0,0501𝑅 ′ + 0,0484𝑅 ′′ = 3689
Ta có bảng thông số các kích thước của cơ cấu phanh như sau
Bảng 3.2: Thông số kích thước của cơ cấu phanh cầu trước
Hình 3.3: Họa đồ lực phanh cơ cấu phanh trước c Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết:
Khi thiết kế cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh Nếu hiện tượng này xảy ra thì khi người lái thôi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện tượng cần tránh đối với hệ thống phanh Trên hình 3.3 ta thấy hiện tượng tự xiết sẽ không xảy ra khi phương của lực R đi qua phía trên tâm quay của guốc phanh Khi thôi phanh (tức là khi đó thôi tác động của lực P), phản lực R từ trống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vị trí không phanh) Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay
30 của guốc phanh (mà điều này chỉ xảy ra đối với guốc phanh bên trái) thì bản thân lực R cũng làm cho guốc phanh quay sang trái Khi đó mômen phanh sẽ tăng lên vô hạn và nếu người lái nhả phanh thì xe vẫn bị phanh Guốc phanh bên phải (tức guốc phanh phía sau theo chiều tiến của xe) không bao giờ có hiện tượng tự xiết
- Ta có công thức tính mômen phanh đối với guốc sau:
Từ họa đồ ta có thể thấy ρ” – c.sinδ” > 0 trong mọi trường hợp vì vậy: c.cosδ” + μ(ρ” – sinδ”) > 0 Vậy guốc phanh sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết
- Ta có công thức tính mômen phanh đối với guốc trước:
Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì Mp ’ → ∞ Điều này có nghĩa là mômen phanh trên guốc phanh trước sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là:
Trong đó: c: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, c = 𝑎
Theo tính toán ta có: {𝛿 ′ = 8,65 0
𝜌 ′ = 174,5 Trên họa đồ lực phanh ta thấy rằng nếu đường kéo dài phương của R’ đi qua hoặc nằm dưới tâm quay của guốc phanh O1 thì sẽ xảy ra hiện tượng tự xiết
Ta có: μ = 0,8 > 0,3 => guốc phanh của cơ cấu phanh trước không xảy ra hiện tượng tự xiết khi phanh
Với cơ cấu phanh thiết kế không xảy ra hiện tượng tự xiết
Thiết kế cơ cấu phanh sau
a Xác định góc δ, bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh:
Hình 3.4: Các thông số hình học của cơ cấu phanh
Góc δ (góc tạo bởi trục Ox với đường đi qua tâm O với điểm đặt lực): tg𝛿 = 𝑐𝑜𝑠2𝛽 1 −𝑐𝑜𝑠2𝛽 2
Trong đó: β1: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát
𝛽 0 : Góc ôm của tấm ma sát
Bán kính 𝜌 được xác định theo công thức:
√𝛽 0 2 + sin 2 𝛽 0 − 2𝛽 0 cos(𝛽 1 + 𝛽 2 ) 𝑠𝑖𝑛𝛽 0 Trong đó: rt: Bán kính của tang trống
Theo thông số xe tham khảo thì cỡ lốp xe chỉ có một giá trị 7,5 – 16 cho cả cầu trước và cầu sau, nên 𝜌 ′ = 174,5 mm
Xác định góc 𝜑 ở các cơ cấu phanh:
Khi đã chọn trước thông các số kết cấu (β1, β2, β0, r1) ta tính được góc φ và bán kính ρ Do đó ta xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướng vào tâm O) Gọi R là lực tổng hợp của hai lực N và T
Góc φ được xác định như sau: tgφ1 = 𝑇 1
𝑁 1 = 𝜇 Với μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3 Như thế là chúng ta đã xác định được góc φ, nghĩa là xác định được hướng của R1 Góc φ má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì có cùng hệ số ma sát như nhau b Xác định bán kính r 0:
Theo thông số xe tham khảo thì cỡ lốp xe chỉ có một giá trị 7,5 – 16 cho cả cầu trước và cầu sau, nên rt = 150mm => {𝜌 ′ = 174,5𝑚𝑚
𝑟 0 ′′ = 48,4 𝑚𝑚 giống với cơ cấu phanh trước nên họa đồ lực phanh cơ cấu phanh sau cũng giống họa đồ lực phanh cơ cấu phanh trước
Hình 3.5: Họa đồ lực phanh cơ cấu phanh sau
Vì họa đồ lực phanh của cơ cấu phanh trước giống cơ cấu phanh sau nên k = 𝑅
Ta có hệ phương trình: {0,0501𝑅 ′ + 0,0484𝑅 ′′ = 4191
Ta có bảng thông số các kích thước của cơ cấu phanh sau như sau
Bảng 3.3: Thông số kích thước của cơ cấu phanh cầu sau c Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết:
Khi thiết kế cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh Nếu hiện tượng này xảy ra thì khi người lái thôi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện tượng cần tránh đối với hệ thống phanh Trên hình 3.4 ta thấy hiện tượng tự xiết sẽ không xảy ra khi phương của lực R đi qua phía trên tâm quay của guốc phanh Khi thôi phanh (tức là khi đó thôi tác động của lực P), phản lực R từ trống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vị trí không phanh) Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay của guốc phanh (mà điều này chỉ xảy ra đối với guốc phanh bên trái) thì bản thân lực R cũng làm cho guốc phanh quay sang trái Khi đó mômen phanh sẽ tăng lên vô hạn và nếu người lái thôi phanh thì xe vẫn bị phanh Guốc phanh bên phải (tức guốc phanh phía sau theo chiều tiến của xe) không bao giờ có hiện tượng tự xiết
- Ta có công thức tính mômen phanh đối với guốc phanh sau:
Từ họa đồ ta có thể thấy ρ” – c.sinδ” > 0 trong mọi trường hợp
Vì vậy: c.cosδ” + μ(ρ” – sinδ”) > 0 Vậy guốc phanh phía sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết
- Ta có công thức tính mômen phanh đối với guốc phanh trước:
Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì MP ’ → ∞ Điều này có nghĩa là mômen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là: 𝜇 = 𝑐.𝑐𝑜𝑠𝛿 ′
Trong đó: c: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, c = 𝑎
Theo tính toán ta có: {𝛿 ′ = 8,65 0
𝜌 ′ = 174,5 Trên họa đồ lực phanh ta thấy rằng nếu đường kéo dài phương của R’ đi qua hoặc nằm dưới tâm quay của guốc phanh O1 thì sẽ xảy ra hiện tượng tự xiết
Ta có: μ = 0,8 > 0,3 => guốc trước của cơ cấu phanh sau không xảy ra hiện tượng tự xiết khi phanh
=> Với cơ cấu phanh thiết kế, không xảy ra hiện tượng tự xiết.
Xác định kích thước má phanh
Kích thước má phanh được chọn trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ô tô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của cơ cấu phanh
Bởi vì kích thước của lốp xe là 7,5 – 16 cho cả trục trước và trục sau nên kích thước má phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau bằng nhau
Ta có: Chiều rộng má phanh b, chọn b = 90 mm
Bán kính tang trống rt = 150 mm Góc ôm tấm ma sát 𝛽 0 ′ = 120 0 ; 𝛽 0 ′′ = 100 0 Diện tích một má trước: F ’ = 𝜋 𝛽 0
Diện tích một má sau: F ’’ = 𝜋 𝛽 0
180).0,09.0,15 = 0,0236 m 2 a Xác định công ma sát riêng:
Nếu ta phanh ô tô đang chuyển động với vận tốc v0 cho tới khi dừng hẳn (tức là khi v = 0) thì toàn bộ động năng của ô tô có thể được coi là đã chuyển thành công ma sát tại các cơ cấu phanh
Công ma sát riêng được tính theo công thức: L = 𝐺.𝑉 0 2
Trong đó: G: Khối lượng toàn bộ của ô tô khi đầy tải, G = 75000 N v0: Tốc độ của ô tô khi bắt đầu phanh, v0 = 60km/h = 16,67 m/s g: Gia tốc trọng trường, chọn g = 9,81 m/s 2
𝐹 ∑ : Tổng diện tích các má phanh
Vậy công ma sát riêng là:
L = 75000.16,67 2 2.9,81.0,2076 = 5,12 (J/m 2 ) Vậy công ma sát riêng nằm trong giới hạn cho phép L ≤ [L] = (4 ÷ 10).10 6 (J/m 2 ) b Tính áp suất trên bề mặt má phanh:
- Với cơ cấu phanh cầu trước Áp suất trên bề mặt má phanh được tính như sau: q = 𝑀 𝑃
Trong đó: μ: Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, μ = 0,3
Mp: Mômen phanh xuất hiện trên má phanh q = 𝑀 𝑃
0,3.0,09.0,15 2 120𝜋 180 = 1,91 MPa ≤ [q] = 1,5÷2 MPa Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh trước nằm trong giới hạn cho phép
- Với cơ cấu phanh cầu sau: Áp suất trên bề mặt má phanh được tính như sau: q = 𝑀 𝑃
Trong đó: μ: Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, μ = 0,3
MP: Mômen phanh xuất hiện trên má phanh q = 4202,5
So sánh q với [q] ta thấy q ≤ [q] = 1,5 ÷ 2 MPa
Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh sau nằm trong giới hạn cho phép c Tính nhiệt phát ra trong quá trình phanh:
Trong quá trình phanh, động năng của ô tô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra môi trường không khí
Phương trình cân bằng năng lượng là:
Trong trường hợp phanh ngặt, thời gian phanh rất ngắn nên lượng nhiệt tỏa ra ngoài không khí rất nhỏ, có thể bỏ qua được, khi đó: t 0 = 𝐺.(𝑉 1
Sự tăng nhiệt độ trống phanh khi phanh với V1 = 30 km/h, V2 = 0 không quá 15 0 t: Độ gia tăng nhiệt độ
G: Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải G = 75000 N g: Gia tốc trọng trường, chọn g = 9,81 m/s 2 c: Nhiệt dung riêng của trống phanh làm bằng gang, c = 500 J/kg.độ mt: Khối lượng trống phanh
2.9,81.15.500 = 35,37 (kg) Trên thực tế khối lượng các đĩa phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 35,37 (kg) do đó cơ cấu phanh đảm bảo thoát nhiệt tốt.
Tính bền một số chi tiết trong cơ cấu phanh
a Tính bền trống phanh: Áp suất trong trống phanh được tính theo công thức: q = 𝑀 𝑃
Trong đó: MP ’: Mômen phanh do guốc trước sinh ra
𝜇: Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, μ = 0,3 b: Chiều rộng má phanh, b = 90 mm rt: Bán kính trống phanh, rt = 150 mm
𝛽 0 : Góc ôm của tấm ma sát, β0 = 120 0
0,3.0,09.0,15 2 120 180 𝜋 = 2031681 (N/m 2 ) = 2,03 (MN/m 2 ) Ứng suất hướng tâm tính theo: 𝜎 𝑛 = 𝑞.𝑎 ′2
𝑟 2 ) Ứng suất tiếp tuyến tính theo: 𝜎 𝑡 = 𝑞𝑎 ′2
𝑟 2 ) Trong đó: a’: Bán kính trong của trống phanh, a’ = 151 mm b’: Bán kính ngoài của trống phanh, b’ = 165 mm r: Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính khi r = a’ = 151 mm thì 𝜎 𝑛 và 𝜎 𝑡 đạt cực đại
Ta có ứng suất tương đương là:
𝜎 𝑡𝑑 = √𝜎 𝑛 2 + 𝜎 𝑡 2 = √(−2,03) 2 + 23 2 = 23,09 (MN/m 2 ) Để đảm bảo an toàn ta lấy thêm hệ số an toàn n = 1,5:
Trống phanh được làm bằng gang CX 18-36 có [𝜎] = 180 (MN/m 2 ) Vậy ta thấy trống phanh đủ bền b Tính bền chốt phanh:
Má phanh quay quanh chốt phanh nên chốt phanh được tính theo ứng suất cắt và chèn dập
Trong đó: d = 16mm: Đường kính của chốt
L = 3,5 mm: Chiều dài tiếp xúc của chốt với guốc phanh
Ta tính bền chốt má trước của cơ cấu phanh sau vì chịu lực lớn nhất
Lực tác dụng lên chốt U1 = 37770 (N)
Chốt phanh được làm bằng vật liệu thép 45, ta có:
So sánh 𝜏 𝑐 ≤ [𝜏] 𝑣à 𝑐 𝑐𝑑 ≤ [𝑐 𝑐𝑑 ] Vậy chốt phanh đảm bảo đủ bền c Tính bền guốc phanh:
+ Tính kích thước đến trọng tâm G
Guốc phanh thường được làm theo hình chữ T Ta tính bền cho guốc phanh chịu mômen lớn nhất theo tính toán ở trên ta có guốc trước cơ cấu phanh sau chịu mômen lớn hơn a = 90 mm; b = 8 mm; c = 10 mm; d = 50 mm
Hình 3.6: Sơ đồ tính bền guốc phanh
Trong đó: Y2: Kích thước chế tạo guốc phanh: Y2 = 𝑑
F1: Diện tích phần trên chữ T, F1 = a.b = 90.8 = 720 mm 2
F2: Diện tích phần dưới chữ T, F2 = c.d = 10.50 = 500 mm 2
Tính bán kính đường trung hòa: Rth = 𝐹1 𝐹 1 +𝐹 2
Trong đó: R1 ’: Bán kính trọng tâm của phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống
R2 ’: bán kính trọng tâm của phần diện tích dưới, tính đến tâm tang trống
Kích thước từ tâm bánh xe đến trọng tâm của guốc phanh
RG = R2 ’ + YC2 = 108,5 + 11,89 = 120,4 mm + Kiểm tra bền guốc phanh
Nếu tính toán chính xác guốc phanh thì rất phức tạp Bởi vì áp lực phân bố trên bề mặt guốc phanh không đều mà theo quy luật hình sin Vì vậy ta áp dụng phương pháp tính gần đúng Để xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh ta phải vẽ được biểu đồ nội lực Ở phần trên khi xây dựng hoạ đồ lực phanh tác dụng lên guốc phanh ta đã xác định được lực P1, U1, R1 Đặt các giá trị lực P1, U1, R1 vào guốc phanh Tại điểm đặt lực tổng hợp R1 ta phân tích thành hai thành phần lực N1 và T1 Tại chốt quay của chốt phanh ta cũng phân tích lực tổng hợp U1 ra hai thành phần lực UY1 và UX1
Sau đó tại điểm đặt lực R1 ta cắt guốc phanh thành hai nửa thay vào mặt cắt đó lực hướng tâm N1 và Q1, MU1 ở nửa dưới là các lực N2 và Q2, MU2 ngược với các thành phần lực và mômen ở phần trên
- Xét sự cân bằng trên:
MU1 + P1.[a – rt.cos(φ + γ)] = 0 Trong đó: a: Khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực P, a = 120 (mm)
- Xét sự cân bằng tại A: γ = 0 0
- Xét sự cân bằng tại điểm B: γ = 63,65 0 ; φ = 20 0 , P = 14891N
Sau khi tính được các giá trị trên ta lập bảng sau:
Bảng 3.4: Bảng giá trị của lực và mô men của nửa guốc trên
- Xét sự cân bằng cho đoạn dưới:
Mặt khác: U1 = 37770 N góc hợp bởi U1 và U1X bằng 25,07 0 (góc này được lấy trên họa đồ lực phanh)
- Xét sự cân bằng tại điểm B: β = 90 0 – 𝛿 ’ = 90 0 – 8,65 0 = 81,35 0 , c = 125 mm
- Xét sự cân bằng tại điểm C
MU2 = 0 Sau khi tính được các giá trị trên ta lập bảng sau:
Bảng 3.5: Bảng giá trị của lực và mô men ở nửa guốc dưới
Căn cứ vào các bảng trên ta vẽ được biểu đồ nội lực tác dụng lên guốc phanh Thể hiện trên hình 3.7
Hình 3.9: Biều đồ nội lực
Căn cứ vào biểu đồ mômen ta đi tính bền tại 3 điểm:
- Ứng suất do QY2 và MU gây ra được tính theo công thức
𝑅 𝑖 ) Trong đó: F: Diện tích của tiết diện tính toán
Rth: Bán kính đường trung hoà
Ri: Bán kính tại điểm đang xét + Ứng suất tại điểm 1:
- Ứng suất do Nx gây ra
𝐽 𝑥 𝑏 Trong đó: Sx: Mômen tĩnh phần bị cắt đối với trục quán tính trung tâm
Jx: Mômen quán tính của thiết diện
Nx: Lực cắt b: Chiều dày phần bị cắt
Fc: Diện tích phần bị cắt
Y: Toạ độ trọng tâm phần bị cắt đối với trục trung hoà
Trên hình vẽ tại điểm 1 và 3 có dF = 0 do đó Sx = 0 => τ = 0 + Ứng suất tại điểm 2:
+ Ứng xuất tại đường trung hoà:
771634,23.8 = 4,9 N/mm 2 = 4,9.10 6 N/m 2 Sau khi tính toán ta có bảng: Điểm
Bảng 3.6: Giá trị của các ứng suất Ứng suất tổng hợp tai các điểm là
Guốc phanh được chế tạo bằng thép 40 Ta thấy 𝜎 𝑡ℎ < [𝜎 𝑡ℎ ] = 400.10 6 (N/m 2 )
Vậy guốc phanh đủ điều kiện bền
Tính toán dẫn động phanh
Hình 3.10: Dẫn động phanh a Đường kính xylanh công tác bánh xe: Đường kính xylanh công tác của bánh xe trước d1 được tính toán dựa trên lực P đã xác định ở trên dựa trên phương pháp họa đồ lực phanh, d1 = √ 4.𝑃
Trong đó P: Lực ép của xylanh lên guốc phanh, P = 14891 N
𝜌 𝑖 : Áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn 𝜌 𝑖 = 700 N/cm 2
3,14.700.10 4 ≈ 0,052 m = 52 mm Đường kính xylanh công tác của bánh xe sau d2 được tính toán dựa trên lực P đã xác định ở trên dựa trên phương pháp họa đồ lực phanh, d2 = √ 4𝑃
Trong đó P: Lực ép của xylanh lên guốc phanh, P = 16921 N
𝜌 𝑖 : Áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn ρi = 700 N/cm 2
3,14.700.10 4 = 0,0554 m = 55 mm b Tính đường kính xylanh chính:
Xét điều kiện cân bằng tại xylanh chính: Qbd 𝑙
4 𝜌 𝑖 Trong đó: Qbd: Lực tác động từ bàn đạp, chọn Qbd = 750 N η: Hiệu suất truyền động thủy lực, chọn η = 0,92 l,l’: Cánh tay đòn dẫn động bàn đạp Theo xe tham khảo ta có 𝑙
45 c Hành trình làm việc của các pittông trong xylanh:
Hành trình bàn đạp phanh gồm 2 phần:
- Hành trình tự do để khắc phục khe hở δ giữa ti đẩy và pittông
Thực tế chất lỏng bị nén chút ít và đường ống bị giãn nở dưới áp suất nên hành trình pittông sẽ tăng lên 1 chút với hệ số λ = (1,05 ÷ 1,10)
𝐷 2 𝜆 Trong đó x1 và x2 là hành trình của các pittông công tác được xác định theo công thức sau: xi = (𝛿 0 +𝛿 𝑚 )(ℎ
Trong đó: δ0: Khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phần giữa của má
50 1,05 = 107,04 mm Vậy Sbđ ≤ [Sbđ] 0 (mm) thỏa mãn điều kiện d.Tính bền đường ống dẫn động phanh:
Khi tính có thể coi đường ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn Ứng suất được tính như sau: 𝜎 𝑡 = 𝜌.𝑅
Với: ρ: áp suất bên trong đường ống, chọn ρ = 700 N/cm 2
R: Bán kính bên trong đường ống, chọn R = 3mm = 0,3cm s: Chiều dày của đường ống, chọn s = 0,5mm = 0,05cm
0,05 = 4200 N/cm 2 Cắt ống bằng mặt phẳng vuông góc với trục của ống thì ứng suất pháp 𝜎 𝑛 tác dụng lên thành vỏ ống phải cân bằng với áp suất của chất lỏng tác dụng lên diện tích mặt cắt ngang của ống
Vậy ta có: 𝜎 ∑ = √𝜎 𝑛 2 + 𝜎 𝑡 2 = √198 2 + 4200 2 = 4205 N/cm 2 Đường ống làm bằng hợp kim đồng có [σ] = 260 (MPa)
So sánh thấy 𝜎 ∑ ≤ [σ] => đường ống dẫn động đủ bền.
Tính toán bộ trợ lực phanh
3.8.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của trợ lực chân không
Hình 3.11: Sơ đồ bộ trợ lực chân không
7- Thân trước trợ lực 8- Tấm đỡ lò xo 9- Thân van 10- Bu lông 11- Phớt than van 12- Cần điều khiển
13- Lò xo hồi van khí 14- Lọc khí
15- Lò xo van điều khiển 16- Van điều khiển 17- Van khí
Trạng thái không đạp phanh: van khí 17 được nối với cần điều khiển van và bị kéo sang phải do lò xo hồi van khí 13, van điều khiển 16 bị đẩy sang trái bởi lò xo van điều khiển 15 do đó van khí 17 sẽ tiếp xúc với van điều khiển 16 vì vậy khí từ bên ngoài qua lọc khí và bị chặn lại không vào được buồng thay đổi áp suất D Lúc này van chân không bị tách ra khỏi van điều khiển 16 làm thông các cửa thông khí giữa buồng thay đổi áp suất D với buồng áp suất không đổi A, do đó không có sự chênh lệch áp suất giữa buồng A và D Vì vậy pittông trợ lực bị đẩy sang phải bởi lò xo màng
Trạng thái đạp phanh: khi đạp phanh cần điều khiển van đẩy van khí 17 dịch chuyển sang trái, van điều khiển 16 bị ép vào van khí bởi lò xo van điều khiển 15 và ép sát dần vào đến khi tiếp xúc với van chân không Vì vậy đường thông giữa hai khoang
A và D được đóng lại Khi van khí 17 dịch chuyển tiếp sang trái nó sẽ tách ra khỏi van điều khiển 16 do đó sẽ mở đường thông khí trời với buồng áp suất thay đổi D Như vậy áp suất trong khoang A là áp suất họng hút còn áp suất trong khoang D là áp suất khí trời cho nên có sự chênh áp giữa hai khoang này điều đó dẫn đến việc ép màng trợ lực sang trái đồng thời làm cho ty đẩy dịch chuyển sang trái như vậy nó sẽ bổ sung lực tác dụng lên pittông sơ cấp trong xylanh chính
Trạng thái giữ chân phanh: nếu đạp phanh và dừng bàn đạp ở vị trí trung gian nào đó thì cần điều khiển van và van khí 17 sẽ dừng lại ty đẩy tiến thêm một chút nữa do tác dụng của sự chênh áp, van điều khiển áp sát van khí Do vậy ngăn không cho không khí lọt vào khoang D thế nên giữ nguyên lực phanh hiện tại và không dịch chuyển ty đẩy nữa
Khi nhả phanh: lúc này van khí theo cần điều khiển dịch chuyển sang phải, van điều khiển luôn có xu hướng dịch sang trái dưới tác dụng của lò xo van điều khiển nên vẫn đóng đường khí vào khoang D nhưng van khí kéo van điều khiển tách ra khỏi van trợ lực thì lại thông khoang A với D nên không còn sự chênh áp nữa nên pittông trợ lực và van điều khiển trở về trạng thái không phanh
Từ công thức xác định lực trên bàn đạp:
𝑙 ′ 𝜂 Trong đó: Qbd: Lực do người lái sinh ra tại bàn đạp, chọn Qbd = 300N
D: Đường kính xylanh chính, D = 27 mm
𝜌 𝑖 : Áp suất dầu sinh ra trong hệ thống l, l’: Kích thước các đòn của bàn đạp phanh η: Hiệu suất dẫn động, η = 0,92
Khi có bộ trợ lực ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái 300 (N), kết hợp với lực của bộ trợ lực sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh gấp vào 700 N/cm 2
Do đó áp suất dầu do người lái sinh ra là:
48 Áp suất do bộ trợ lực sinh ra
𝜌 𝑡 : Áp suất tổng cực đại cần thiết sinh ra khi phanh, 𝜌 𝑡 = 700 N/cm 2
Chọn điểm bắt đầu làm việc của bộ trợ lực: Qbđ = 50 (N) thì bộ trợ lực bắt đầu làm việc
Ta xây dựng được đường đặc tính của bộ trợ lực như sau:
Hình 3.12: Đường đặc tính của bộ trợ lực 3.8.3 Xác định kích thước màng trợ lực
Lực do bộ cường hóa sinh ra là:
Xét sự cân bằng của màng: Qc = (𝜌 0 − 𝜌 ′ ) 𝐹 𝑚 − 𝑃 𝑙𝑥
Qc = ∆𝜌 𝐹 𝑚 − 𝑃 𝑙𝑥 Trong đó: Qc: Lực do bộ cường hóa sinh ra
F: Diện tích hiệu dụng của màng xylanh trợ lực p0: Áp suất khí trời p’: Áp suất chân không
Plx: Lực lò xo hồi vị, chọn Plx = 30N
𝜂: Hiệu suất dẫn động, chọn η = 0,92
Thông thường, (p0 – p’) nằm trong khoảng 0,05MPa Khi đó đường kính màng trợ lực là: Dmtl = √ 4(𝑄 𝑐 +𝑃 𝑙𝑥 )
3,14.0,05 = 257 mm Vậy chọn đường kính màng trợ lực là Dmtl = 257 mm
3.8.4 Tính lò xo màng cường hóa
Đường kính dây lò xo d ≥ √ 8.𝑘.𝐹 𝑙𝑥 𝐷 𝑡𝑏
Trong đó: Dtb: Đường kính trung bình của vòng lò xo
Flx: Lực ép lò xo, Flx = 30 N k: Hệ số tập trung ứng suất, k = 1,11
[τc]: Ứng suất xoắn cho phép, [τc] = 6.10 4 N/cm 2
3 = 0,24 cm Do đó chọn d = 3 mm
Tính số vòng làm việc của lò xo n0 = 𝜆.𝐺.𝑑
Trong đó λ: Độ chuyển vị lò xo, λ = 1,5cm
G: Mômen đàn hồi của vật liệu, G = 8,5.10 6 N/cm 2 n0 = 1,5.8.10
Tính số vòng toàn bộ của lò xo n = n0 + (1 ÷ 2) = 4 + (1 ÷ 2)
Tính bước của lò xo t = (0,15 ÷ 0,3).Dtb = (0,15 ÷ 0,3).93 = (14 ÷ 28) mm chọn t = 14mm
Chiều dài toàn bộ của lò xo
Tính bền của lò xo côn
Ta có τ ≤ [τ] = 6.10 4 N/cm 2 nên lò xo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật
QUY TRÌNH BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA VÀ CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP
Quy trình bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống phanh
4.1.1 Quy trình thay dầu, xả khí
Công tác chuẩn bị: cờ lê 10 mm và cờ lê 8mm, 1 cái khăn, 1 khay đựng dầu xả ra
Ta có trình tự các bước xả khí như sau:
- Tháo nắp cao su ra khỏi van thông của cơ cấu xylanh bánh xe rồi chụp lên van một ống cao su còn đầu kia của ống thì đặt vào một hộp hoặc một chai chứa dầu phanh không ít hơn 0,2 lít
- Đạp bàn đạp phanh cho đến khi nào có cảm giác phanh có tác dụng thì vặn van xả khớ ra khoảng ẵ - ắ vũng ren (chỳ ý vặn từ từ) làm như thế nhiều lần cho đến khi không khí trong hệ thống được xả hết thì thôi
- Trong khi xả khí ra khỏi hệ thống thì ta đạp bàn đạp phanh nhanh còn khi nhả bàn đạp phanh thì nhả từ từ
- Đạp phanh xong ta giữ nguyên chân phanh lúc siết chặt van xả tháo ống ra sau đó đậy nắp lại
- Ta xả không khí ra khỏi hệ thống qua van xả với tất cả các bánh xe theo một nguyên tắc là xả các cơ cấu phanh bánh xe ở vị trí xa nhất rồi tiến hành với cơ cấu phanh bánh xe gần xylanh chính
- Khi xả không khí ra khỏi hệ thống cần đổ thêm dầu vào bình chứa và mức dầu cách gờ của lỗ rót 10 – 20 mm
4.1.2 Bảo dưỡng, sửa chữa xylanh chính và xy lanh con
- Cặp pittông xylanh bị mòn, xước
- Lỗ điều hòa bị tắc, bẩn
- Lò xo hồi vị bị yếu, gãy
- Bát cao su (cupen) bị mòn, rách, xước
- Cụm van liên hợp bị hỏng, lò xo van yếu, gãy
Nguyên nhân: do ma sát hoặc do sử dụng lâu ngày, ngoài ra có thể do dầu có nhiều cặn bẩn, tạp chất hoặc dầu không đúng loại
Hậu quả: Làm cho hiệu quả phanh kém, chảy dầu và bó phanh
- Tháo rời các chi tiết rửa sạch bằng nước sau đó dùng khí nén thổi khô (tuyệt đối không được dùng xăng, dầu diesel để rửa)
- Quan sát xem cupen bị hỏng, pittông bị cào xước, lỗ điều hòa bị tắc bẩn không
- Kiểm tra độ mòn của pittông và xylanh bằng panme và thước cặp
- Kiểm tra tính đàn hồi của lò xo bằng lực kế
- Xylanh mòn ít không quá 0,05mm, vết xước nhỏ thì dùng giấy nhám mịn đánh bóng Nếu mòn lớn hơn 0,05mm, vết xước sâu thì doa rộng và thay pittông mới
- Van một chiều, cuppen hỏng phải thay mới, lò xo bị yếu gãy phải thay mới
- Lưu ý khi lắp: lắp đúng chiều cupen, bôi một lớp dầu phanh vào xylanh, pittông và các chi tiết khác
4.1.3 Bảo dưỡng, sửa chữa bộ trợ lực
- Màng trợ lực buồng chân không bị thủng, rách, rạn nứt;
- Các phớt làm kín mòn, rách, xước, biến dạng cứng;
- Các van không khí, van chân không bị mòn hở;
- Màng của cụm van điều khiển bị thủng, rách, rạn nứt;
- Lò xo của các van và màng điều khiển bị yếu, gãy
➢ Kiểm tra hoạt động của bộ trợ lực trên xe
- Đạp bàn đạp phanh vài lần khi động cơ không làm việc thì không có sự thay đổi hành trình dự trữ của bàn đạp
- Đạp bàn đạp phanh và khởi động động cơ nếu bàn đạp dịch chuyển xuống dưới một chút thì bộ trợ lực phanh làm việc bình thường
➢ Kiểm tra độ kín không khí
- Khởi động động cơ sau một hoặc hai phút thì tắt máy, từ từ đạp bàn đạp phanh vài lần Nếu bàn đạp dịch chuyển xuống thấp hơn so với bàn đạp phanh đầu tiên thì trợ lực phanh không bị lọt khí Đạp phanh khi động cơ đang làm việc và tắt máy giữ nguyên bàn đạp, nếu không có sự dịch chuyển của bàn đạp sau 30s thì bộ trợ lực phanh không bị lọt khí Nếu có hiện tượng ngược lại thì có hư hỏng cần tháo ra kiểm tra các bộ phận;
- Quan sát phát hiện các hư hỏng của màng trợ lực, các phớt làm kín bị mòn, rách, rạn nứt;
- Kiểm tra các van một chiều bằng khí nén, đối với van lắp với động cơ thì khí phải thông từ phía trợ lực đến động cơ, ngược lại khí không được chảy từ động cơ đến trợ lực;
- Kiểm tra tính đàn hồi của các lò xo bằng lực kế
- Thay mới các màng, phớt làm kín và lò xo của các van trong bộ trợ lực nếu có hư hỏng xảy ra.
Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục trong hệ thống phanh
Hư hỏng Nguyên nhân Khắc phục
Bàn đạp phanh bị hẫng
Hiện tượng: khi đạp phanh độ cao cực tiểu của bàn đạp phanh quá nhỏ và bàn bàn đạp phanh chạm vào sàn xe, có cảm giác khi đạp bàn đạp phanh bị hẫng, không đủ để tạo ra lực phanh cần thiết
- Độ cao bàn đạp phanh quá nhỏ
- Hành trình tự do của bàn đạp phanh quá lớn
- Khe hở giữa má phanh và trống phanh quá lớn do: má phanh bị mòn hoặc điều chỉnh không đúng
- Xylanh chính bị hỏng, hoạt động không tốt do: cuppen bị thủng rách mép; thành xy lanh bị rỗ xước;
- Có khí trong hệ thống dầu phanh lúc này đạp bàn đạp phanh thấy “hẫng”
- Đĩa phanh đảo hay tang trống bị méo
- Điều chỉnh lại chiều cao và hành trình của bàn đạp phanh
- Thay má phanh mới hoặc kiểm tra điều chỉnh lại
- Thay cupen mới, mài lại hoặc thay mới xylanh chính
- Xả khí khỏi hệ thống phanh
- Kiểm tra gia công lại đĩa phanh, trống phanh hoặc thay mới
Hiện tượng: Cảm thấy lực cản lớn khi xe đang chạy, bánh xe không lăn trơn, nhiệt độ cơ cấu phanh cao khi chạy một đoạn đường mà không dùng phanh
- Hành trình tự do của bàn đạp không có
- Cần đẩy xylanh chính điều khiển không đúng
- Lò xo hồi vị của bàn đạp phanh bị tuột, rão, bàn đạp phanh bị kẹt
- Phanh tay bị bó không nhả hết, các thanh dẫn động bị kẹt hoặc điều chỉnh không đúng
- Áp suất dư trong mạch dầu quá lớn, van một chiều ở cửa ra xylanh chính bị hỏng, xylanh chính bị kẹt, lò xo hồi vị guốc phanh bị tuột, gãy rão (đối với phanh tang trống), phớt cao su bị hỏng
- Các thanh dẫn động bị cong
- Guốc phanh bị biến dạng: gãy, kẹt;
- Điều chỉnh hành trình tự do của bàn đạp phanh
- Kiểm tra, sửa chữa hoặc thay mới
- Thay mới van một chiều, phớt cao su
- Kiểm tra lại các thanh dẫn động nếu bị cong phải uốn, nắn lại
- Gia công lại tang trống và thay mới guốc phanh
Phanh bị lệch sang một bên
Hiện tượng: Khi đạp phanh xe bị lệch sang một bên hay đuôi xe bị lắc hoặc lệch quay
- Áp suất lốp hoặc do độ mòn của hai bên lốp không đều nhau
- Góc đặt bánh xe trước và bánh xe sau không đúng
- Má phanh bị nứt hoặc méo, mòn lệch
- Cơ cấu phanh giữa 2 bên bánh xe mòn không đều hoặc một bên nào đó bị hư hỏng
- Kiểm tra áp suất, bơm đầy đủ hơi cho lốp xe
- Kiểm tra các cơ cấu điều chỉnh
- Vệ sinh sạch sẽ má phanh hoặc thay mới
- Điều chỉnh lại pit tông;
- Kiểm tra cơ cấu phanh và sửa chữa kịp thời
Có tiếng ồn phát ra từ hệ thống phanh
Hiện tượng: có tiếng kêu két két khi phanh
- Má phanh bị nứt, bẩn, méo hoặc chai cứng
- Tấm đỡ má phanh bị lỏng
- Lò xo giữ 2 guốc phanh bị hỏng
- Vệ sinh sạch sẽ má phanh, kiểm tra, sửa chữa hoặc thay mới má phanh
Phanh nặng nhưng không ăn
Hiện tượng: Đạp phanh rất nặng nhưng không có hiệu quả phanh cao
- Trợ lực phanh bị hỏng, không hoạt động, rách màng trợ lực, van chân không hoặc van khí bị hở
- Có chi tiết chuyển động của cơ cấu phanh bị kẹt
- Má phanh dính dầu mỡ
- Má phanh quá mòn hoặc bị chai cứng
- Phanh liên tục nhiều lần dẫn tới cơ cấu phanh quá nóng làm cho hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống bị giảm
- Kiểm tra, sửa chữa hoặc thay mới
- Sử dụng kết hợp phanh bằng động cơ để giảm cường độ làm việc của hệ thống phanh chính
- Kiểm tra lại đường ống dẫn dầu
- Kiểm tra, vệ sinh sạch sẽ má phanh hoặc thay mới má phanh
- Hạn chế việc đạp bàn đạp phanh trong khi lái xe
Hiện tượng: chết máy khi xuất phát, xe không phát huy được hết công suất khi chạy
- Hành trình cần điều chỉnh phanh đỗ quá ngắn
- Dây phanh đỗ bị kẹt
- Khe hở guốc phanh nhỏ
- Lò xo bị căng, giãn
- Kiểm tra hành trình tự do của cần điều chỉnh phanh tay
- Điều chỉnh lại khe hở
- Kiểm tra, sửa chữa, thay thế
Bảng 4.1: Các hư hỏng của hệ thống phanh và cách khắc phục