Trongquá trình phanh, động năng của xe được chuyển hoá thành nhiệt năng do ma sát giữatrống phanh đĩa phanh với má phanh nhờ vậy có thể:Giảm được tốc độ chuyển động của xe, dừng xe hoặc
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Giới thiệu chung về hệ thống phanh
Hệ thống phanh là một trong các cụm đảm bảo an toàn chuyển động cho ôtô Trong quá trình phanh, động năng của xe được chuyển hoá thành nhiệt năng do ma sát giữa trống phanh (đĩa phanh) với má phanh nhờ vậy có thể:
Giảm được tốc độ chuyển động của xe, dừng xe hoặc đỗ xe;
Duy trì vận tốc của ôtô một giá trị nhất định khi xe chuyển động xuống dốc; Đảm bảo cho ôtô đứng yên trên đường kể cả trên đường dốc cũng như khi không có mặt người lái; Đối với xe bánh xích hệ thống phanh còn giúp cho việc quay vòng xe. 1.1.2 Phân loại
Phân loại tổng quán hệ thống phanh
Tiêu chí phân loại Phân loại
+ Hệ thống phanh chính (phanh chân) + Hệ thống phanh dừng (phanh tay) + Hệ thống phanh tự động
Vị trí lắp đặt cơ cấu phanh
+ Cơ cấu phanh đặt ở bánh xe+ Cơ cấu phanh đặt ở trục truyền động
Theo kết cấu của cơ cấu phanh
+ Cơ cấu phanh dải (phanh đai) + Cơ cấu phanh tang trống + Cơ cấu phanh đĩa Theo dẫn động phanh + Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực + Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén + Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén-thủy lực + Hệ thống phanh dẫn động bằng điện
Năng lượng sử dụng khi phanh
+ Hệ thống phanh không có trợ lực + Hệ thống phanh có trợ lực chân không + Hệ thống phanh có trợ lực điện từ Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh
+ Hệ thống phanh thường + Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh + Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng (ABS) 1.1.3 Yêu cầu
Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho ô tô Do vậy phải chấp hành những yêu cầu kiểm tra khắt khe, nhất là đối với ô tô thường xuyên hoạt động ở tốc độ cao Hệ thống phanh cần bảo đảm 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;
Phải đảm bảo phanh giảm tốc độ của ô tô trong mọi điều kiện sử dụng, lực phanh trên bàn đạp phải tỷ lệ với hành trình bàn đạp, có khả năng rà phanh khi cần thiết Gia tốc chậm dần đều đặn và giữ ổn định cho xe;
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;
Phải có độ nhạy cao;
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;
Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt Không có hiện tượng tự siết phanh khi ôtô chuyển động tịnh tiến hoặc quay vòng;
Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn định trong điều kiện sử dụng;
Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh xe;
Có khả năng phanh ôtô khi dừng trong thời gian dài trên dốc;
Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sữa chữa;
1.1.4 Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai thành phần chính sau: 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 Gồm các bộ phận chính:
Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm trên bánh xe khi phanh ô tô.
Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Tùy theo dạng dẫn động: Cơ khí,thủy lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau Ví dụ nếu đẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh đòn cơ khí Nếu là dẫn động thủy 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 Nếu là dẫn động khí nén gồm có: cụm cung cấp khí, máy nén khí, van lọc khí, van ướt, van điều áp, bầu phanh, van chia ngả, đường ống dẫn khí.
Hình 1 1: Bố trí chung của hệ thống phanh 1.1.5 Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh là bộ phận sinh ra mô men phanh và chuyển động năng của ô tô thành dạng năng lượng khác (thường chuyển thành nhiệt năng).
Kết cấu của cơ cấu phanh dùng trên ô tô tùy thuộc vào vị trí đặt nó ( phanh ở bánh xe hoặc ở truyền lực) Bởi loại chi tiết quay hay chi tiết tiến hành phanh.
Có hai loại phanh guốc, phanh đĩa được sử dụng rộng rãi trên các ôtô hiện nay Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ôtô có tải trọng lớn: Ô tô tải, ô tô chở khách và một số loại ô tô con Phanh đĩa được sử dụng trên nhiều loại ôtô con, trong đó chủ yếu là ở các cơ cấu phanh trước Hiện nay hầu hết trên các ô tô con đời mới đều sử dụng cơ cấu phanh đĩa có trang bị hệ thống ABS.
1.1.6 Cơ cấu phanh tang trống
Cơ cấu phanh tang trống là cơ cấu phanh rất quen thuộc và 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.
Tuy nhiên, trên thực tế phanh tang trống hoạt động hiệu quả trong một số thời điểm Ở những trường hợp muốn dừng xe ở tốc độ cao ta thường gặp vấn đề với loại cơ cấu phanh này:
Khi bị nóng do ma sát, tang trống sẽ giãn nở và má phanh sẽ phải đi một đoạn xa hơn mới có thể tiếp xúc nó, do vậy hành trình bàn đạp lớn hơn.
Khí sinh ra từ vật liệu chết tạo má phanh bị đốt nóng, không thoát ra được và lưu lại giữa má phanh và tang trống khiến khả năng hãm bị giảm.
Cơ cấu phanh tang trống có số lượng chi tiết nhiều và trọng lượng lớn và thường được bố trí trong lòng trống phanh.
Hệ thống phanh khí nén
1.2.1 Hệ thống phanh khí nén là gì?
Hệ thống phanh khí nén, còn được gọi là phanh hơi, là một loại phanh ma sát cho xe, thành phần gồm có dẫn động phanh và cơ cấu phanh Bộ phận này vận hành nhờ áp lực của khí nén, qua đó giúp người lái điều khiển hệ thống phanh theo ý muốn nhằm đảm bảo an toàn khi lưu thông
Hệ thống phanh khí nén thường được sử dụng trên xe cơ giới hạng nặng như: hệ thống phanh khí nén trên xe tải, xe buýt, sơ mi rơ moóc, xe đầu kéo, container, xe khách hay các loại phương tiện cần lực phanh hãm rất lớn để giảm tốc và dừng xe
1.2.2 Cấu tạo của hệ thống phanh khí nén
Dẫn động phanh khí nén nói chung bao gồm các phần tử sau đây:
Nguồn cung cấp năng lượng: máy nén khí, bình chứa khí nén;
Bộ phận điều khiển: van phanh, các van điều khiển phanh rơ moóc và bán moóc;
Bộ phận chấp hành: Các bầu phanh, xi lanh phanh;
Bộ phận điều chỉnh: Điều chỉnh áp suất máy nén khí, điều chỉnh lực phanh …
Các phần tử nhằm nâng cao chất lượng khai thác và độ tin cậy làm việc: các van bảo vệ, các van gia tốc, các van khác…
Phần tử tín hiệu: các loại đèn tín hiệu khác nhau
1.2.3 Ưu và nhược điểm của hệ thống phanh khí nén
Phanh khí nén cung cấp không khí liên tục, do đó, ngay cả khi khí nén bị rò rỉ không đáng kể thì hoạt động của hệ thống phanh vẫn được duy trì
Các khớp nối ống dẫn khí trong hệ thống phanh khí nén dễ dàng tháo lắp hơn so với hệ thống phanh thủy lực
Hệ thống phanh hơi được thiết kế với khả năng đảm bảo xe vẫn dừng lại một cách an toàn, ngay cả khi bị khí nén bị rò rỉ
Hệ thống phanh khí nén an toàn hơn so với các hệ thống phanh khác khi hệ thống khí nén bị hỏng cơ cấu hãm khóa giữ cho xe đứng yên tại chỗ.
Hệ thống phanh khí nén có cấu tạo phức tạp, nhiều chi tiết hơn hệ thống phanh điện và hệ thống phanh thủy lực
Phanh khí nén thường có giá cao hơn.
Khi sử dụng phanh liên tục sẽ xuất hiện tình trạng nóng phanh, mất ma sát và có thể dẫn đến mất phanh
Việc phanh nhạy hơn mức cần thiết cũng có nguy cơ gây ra va chạm Đối với xe có tải trọng lớn, khi cầu sau bị phanh cứng thường kéo theo vết trượt dài trên mặt đường.Khi lái xe trong điều kiện thời tiết xấu, mặt đường trơn trượt, nếu phanh gấp hay đạp phanh quá nhiều sẽ dẫn tới nguy cơ trượt ngang.
Một số chi tiết chính của hệ thống phanh khí nén
1.3.1 Máy nén khí và bộ điều áp
1.3.1.1 Máy nén khí a) Cấu tạo
Hình 2 1: Máy nén khí b) Công dụng
Khí nén được dùng để truyền lực trong hệ thống phanh khí nén, nơi tạo ra khí nén là máy nén Máy nén được thiết kế để nén không khí vào bình chứa, ở đó không khí được giữ ở trạng thái có áp suất cao. c) Nguyên lý hoạt động
Máy nén được dẫn động bằng động cơ, có thể bằng bu-ly và đai hoặc trục và bánh răng Với loại dẫn động bằng đai, nên kiểm tra đai thường xuyên để phát hiện những vết nứt và độ dãn Tương tự, nên kiểm tra máy nén, giá đỡ khung có bị gãy hay bu- lông có bị lỏng.
Máy nén loại pit-tong hoạt động cùng nguyên tắc với kỳ nạp và kỳ nén của động cơ:
Kỳ nạp: Piston đi xuống tạo ra chân không trong xy-lanh làm cho van nạp mở Van nạp mở sẽ làm cho không khí chạy qua van nạp vào xy-lanh.
Hình 2 2: kỳ nạp của máy nén khí
Kỳ nén: Piston đi lên nén không khí trong xi-lanh Áp suất không khí tăng lên sẽ không thể thoát ngược trở lại van nạp (do khí nén đã đóng van nạp) Khi pit-tong gần đi hết hành trình, không khí ở trạng thái có áp sẽ nâng van thoát và đi vào đường thoát hướng đến bình chứa.
Hình 2 3: kỳ nén của máy nén khí 1.3.1.2 Bộ điều áp a) Cấu tạo
Hình 2 4: Bộ điều áp b) Nguyên lý hoạt động
Hoạt động cùng với cơ cấu không tải, tự động điều chỉnh áp suất trong hệ thống cung cấp khí nằm trong giới hạn áp suất lớn nhất và nhỏ nhất Máy nén quay liên tục khi động cơ quay nhưng máy nén còn được điều khiển bởi bộ điều áp bằng việc kích hoạt hệ thống không tải của máy nén để dừng hoặc bắt đầu nén khí khi áp suất bình chứa đạt giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất. Áp suất bình chứa đi vào bộ điều áp qua lỗ bình chứa, tác động lên piston và van nạp/xả Khi áp suất khí tăng lên, piston và van di chuyển đi lên nén lò xo giới hạn áp suất Khi áp suất bình chứa đạt giới hạn lớn nhất của máy nén thì bộ điều áp bắt đầu chế độ ngắt Chốt xả đè lên van xả/nạp, đóng đường xả và mở đường nạp Sau đó khí bình chứa chạy xung quanh van nạp thông qua đường ống trong piston ra ngoài lỗ không tải đi tới cơ cấu không tải của máy nén Khí cũng chạy xung quanh piston, piston có đường kính lớn hơn ở phần đầu, kết quả là lực thêm vào từ đường kính trên sẽ làm cho van nạp mở lớn nhất
Khi áp suất bình chứa rơi xuống giá trị nhỏ nhất và bộ điều áp bắt đầu chế độ kích hoạt Lực tác dụng bởi áp suất khí trên piston sẽ giảm xuống để lò xo giới hạn áp suất đi xuống Van nạp sẽ đóng lại và van xả mở ra Khí từ đường không tải sẽ thoát ngược trở lại piston thống qua chốt xả và đi ra ngoài lỗ xả.
1.3.2 Bình chứa khí và van xả
Hình 2 5: Bình chứa khí Bình chứa (hoặc thùng chứa) là nơi dự trữ khí đã được nén Số lượng và kích thước của bình chứa phụ thuộc vào số lượng và kích thước của bầu phanh, cùng với kết cấu của phanh tay Hầu hết các loại xe đều trang bị từ 2 bình chứa trở lên Do đó thể tích không khí dự trữ sẽ lớn hơn Bình chứa đầu tiên sau máy nén đóng vai trò như là bình cung cấp hay bình ướt Những bình chứa khác được hiểu như là bình sơ cấp, thứ cấp hay bình khô
Khi khí đã bị nén, nó bắt đầu nóng lên Khí nóng này được làm mát ở trong bình chứa, do đó sẽ gây ra hiện tượng ngưng tụ Sự ngưng tụ xảy ra trong bình chứa chính là hơi nước ngưng tụ khi đi vào cùng với không khí sau khi bị nén Nếu dầu bị rò rỉ qua xec- mang của máy nén và hòa trộn với hơi ẩm này thì sẽ tạo ra cặn dầu và được tích lũy ở dưới đáy bình chứa Nếu cứ để tiếp tục tích lũy, cặn dầu (gồm nước và dầu) sẽ đi vào hệ thống phanh và gây ra những tác hại với van và những bộ phận khác.
Hình 2 6: Van xả Bình chứa được trang bị van xả để xả hơi ẩm và cặn dầu tích lũy trong hệ thống Để hạn chế lượng nước tích trữ trong bình chứa, phải xả tất cả các bình chứa hàng ngày Ở những tình trạng làm việc khắc nghiệt, những bình chứa phải được xả hai hay nhiều lần mỗi ngày Để xả bình chứa trên xe kéo, luôn bắt đầu với bình ướt Ngoài ra, để thải sạch toàn bộ hơi ẩm ra ngoài chúng ta cần phải để toàn bộ khí mang áp suất thoát ra ngoài.
Một vài bình chứa có 2 hay nhiều vách ngăn, mỗi vách ngăn có một van xả riêng, do đó mỗi ngăn phải được xả riêng biệt.
Một số bình chứa được trang bị van xả tự động Van này sẽ tự động xả hơi ẩm khỏi bình chứa khi cần Mặc dù vậy cũng nên kiểm tra hàng chúng ngày và xả định kỳ để đảm bảo rằng kết cấu cơ khí hoạt động đúng chức năng Những đường ống gắn với bộ làm nóng van bị đứt hay bị lỏng cần được sửa ngay.
1.3.3 Bầu lọc, van an toàn, tổng phanh
Hình 2 7: Bầu lọc Bầu lọc được lắp giữa máy nén và bình ướt để loại bỏ hơi ẩm khỏi khí nén Máy nén cũng có thể được lắp riêng biệt với bộ sấy hút ẩm và lọc dầu hoặc có thể làm rỗng với vách ngăn được thiết kế nhằm tách hơi ẩm khỏi không khí Cả hai bầu lọc đều sử dụng khí nén để lọc hoặc đẩy chất bẩn được tích tụ ở lõi bộ sấy Van lọc có dây nhiệt dùng để ngăn chặn hơi m bị đóng băng ở những vùng có khí hậu lạnh Nên kiểm tra đường dây gắn với bộ làm nóng để chắc rằng dây không bị lỏng.
Hình 2 8: Van an toànMột van an toàn bảo vệ bình chứa khỏi vượt áp và nổ nếu bộ điều áp hư và không đưa máy nén về chế độ “không tải” Van này gồm 1 viên bi có gắn lò xo lực, van cho phép không khí thoát ra khỏi bình chứa vào trong không khí khi áp suất bình quá lớn Việc quyết định mở van phụ thuộc vào lực lò xo
Không phải tất cả các van an toàn đều có khả năng giảm áp bằng tay.
Nếu van an toàn phải giảm áp, máy nén và bộ điều khiển cần được điều chỉnh, kiểm tra và sửa chữa.
12 Bạc chữ O thân van nạp
13 Màng van kiểm tra b) Công dụng
Tổng phanh là dụng cụ để cung cấp khí nhằm điều khiển hệ thống phanh Hành trình bàn đạp phanh sẽ quyết định áp suất khí cung cấp trong các đường ống nhưng áp suất tối đa không vượt qua áp suất bình chứa Khi nhả bàn đạp phanh, hoạt động phanh bị ngắt.
Khi người lái chỉ đạp nửa hành trình bàn đạp, tổng phanh sẽ tự động duy trì áp suất khí mà không cần người lái phải điều chỉnh áp lực bàn chân lên bàn đạp.
Khi nhả bàn đạp, khí cung cấp cho hệ thống sẽ thoát ra ngoài vào không khí qua lỗ thải Bàn đạp phanh khí nén có dạng một lò xo lực, do đó nó tạo ra những cảm giác khác với cảm giác do bàn đạp phanh dầu mang lại. c) Nguyên lý hoạt động Đạp phanh
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
Lựa chọn cơ cấu phanh
Khi phanh do quán tính khối lượng của khối lượng toàn bộ ô tô nên trọng tâm bị dịch chuyển về phía trước nên tải trọng phân bố lên cầu trước tăng còn tải trọng phân bố lên cầu sau giảm Có nghĩa là lực cản do cơ cấu phanh ở bánh sau sinh ra ở cầu trước bao giờ cũng cao hơn cầu sau Vì thế trên nhiều xe thường chỉ bố trí cơ cấu phanh đĩa trên cầu trước còn cầu sau vẫn dùng cơ cấu phanh tang trống đề nhằm mục đích đơn giản kết cấu và giảm chi phí sản xuất trong khi vẫn đảm bảo an toàn khi xe vận hành Đó đơn thuần cũng chỉ là dung hoà giữa hai yếu tố kinh tế và độ an toàn.
Cơ cấu phanh trên ô tô chủ yếu có hai dạng : phanh guốc và phanh đĩa Như đã phân tích về ưu, nhược điểm ở CHƯƠNG 1 và momen phanh cần thiết ở cầu sau cũng như khối lượng đặt lên cầu sau là quá lớn Vì loại xe cần kiểm nghiệm cho hệ thống phanh là loại xe sơ mi rơ mooc.
TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH XE SƠ MI RƠ MOOC CHỞ XI MĂNG
Các thông số kỹ thuật của xe
Xe tham khảo sơ mi rơ mooc: GALERIE SF 2737/2P
Hình 3.1 Xe sơ mi rơ mooc chở xi măng Bảng thông số kỹ thuật của sơ mi rơ mooc chở xi măng rời 37m 3
Thông số kỹ thuật sơ mi rơ mooc chở xi măng rời
Chiều dài tổng thể 9800mm
Chiều cao không tải 3950mm
Chiều cao chốt kéo 1200mm
Bán kính quay vòng trước 700mm
Bán kính quay vòng sau 2000mm
Chiều dài cơ sở 7060mm
Khối lượng trên cầu sau 27t
Khối lượng trên chốt kéo 13t
Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh
3.2.1 Xác định momen phanh cần thiết tại các bánh xe
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
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: max.
Chapter (Next) Section 1313Equation Chapter (Next) Section 1434\* MERGEFORMAT (.) Ở cầu cầu sau: 535\* MERGEFORMAT (.)
G: Trọng lượng của sơ mi rơ mooc khi đầy tải G = 40000(Kg) => 400000(N)L: Chiều dài cơ sở của sơ mi rơ mooc L = 7060 (mm) a,b,hg: Tọa độ trọng tâm của sơ mi rơ mooc
- Phân bố tải trọng lên chốt G = 13000(Kg) => 130000(N)1
- Phân bố tải trọng lên cầu sau G = 27000(Kg) => 270000(N)2
G = 2,295(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 thì: PPmax P max=> m j max G m g
=>jmax g 9,81.0,6 5,886≈ 5,9 m/s 2 φ: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường (Chọn φ = 0,6) rbx: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe. g: gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s 2 ).
Bán kính làm việc trung bình được tính: rbx ro λ: Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp 0,93 0,95 (chọn λ = 0,93) ro: Bán kính thiết kế, 2 ro D
Với xe tham khảo, kiểu lốp sử dụng là 385/65/R22,5 ta có:
Bán kính thiết kế và được xác định theo công thức:
Bán kính làm việc của bánh xe:
Trong tính toán thiết kế, có thể tính toán sơ bộ các thông số của tọa độ trọng tâm dựa trên các công thức thực nghiệm đối với xe sơ mi rơ mooc:
3.2.2 Kiểm nghiệm cơ cấu phanh Để kiểm nghiệm cơ cấu phanh, trước tiên ta xác định các giá trị như góc xác định điểm đặt lực , bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh, bán kính r 0
3.2.2.1 Tính góc xác định điểm đặt lực là góc tạo bởi lực hướng tâm N với trục X-X, được xác định bằng công thức (3.3)
Cos2β -Cos2β1 2 tanδ2β +Sin2β -Sin2β0 1 2 636\* MERGEFORMAT (.) Trong đó:
1: Góc từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát.
0: Góc ôm của tấm ma sát.
Theo xe GALERIE SF 2737/2P ta có các thông số sau:
Thay vào công thức (3.3) ta có:
Vậy góc đặt lực là: arctan 0,0234 1,370
3.2.2.2 Tính bán kính điểm đặt lực phanh
Bán kính là bán kính xác định điểm đặt lực tổng hợp R tác dụng lên guốc phanh theo công thức (3.4).
Trong đó: rt: bán kính tang trống t 2 v tt kk r d v - Chiều dày của vành bánh xe ( = 3 5 mm);v tt - Chiều dày của trống phanh ( tt = 6 12 mm); kk - Khoảng cách khe hở giữa vành bánh xe và tang trống;
( kk = 30 55 mm); v = 5(mm); tt = 12(mm); kk = 50 (mm); d = 571,5(mm).
Vậy ta có bán kính của tang trống:
Các góc đặt má phanh đã xác định ở trên:
Thay các thông số tìm được vào ta có: 248,25mm
Bán kính r được xác định bằng công thức (3.5)0
: Hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống.
: Bán kính đã xác định ở trên.
: Góc tạo bởi lực R và R và được xác định như sau:’ tan T 0,3
Bán kính điểm đặt lực phanh: 1 2 248,25(mm) 0,248m
Bán kính trục: r 0 r 1 r 2 71,3(mm) 0,071( )m bảng thống số kết cấu cơ cấu phanh
Các thông số Guốc trước Guốc sau
3.2.3 Xây dựng lực cần thiết tác dụng lên phanh bằng họa đồ
Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh Khi đã chọn và tính toán được các thông số kết cấu ( 1 , 2 , 0 , r 0 , r 1 ) chúng ta tính được và bán kính nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực hướng tâm N là thành phần lực của lực tổng hợp (gồm có N và lực tiếp tuyến T : R = N + T)
Cả hai cơ cấu phanh trước và phanh sau lực R tạo với lực N một góc và được xác định bằng công thức như sau: tan =N 0 , 3
Như đã phân tích ở trên:
Vì xe có 3 cầu nên Momen phanh trên 3 cầu là bằng nhau
R R N r Đường kính vòng tròn cơ sở của cam ép là: d = 12(mm).c
Ta xác định các lực U; R; P bằng họa đồ lực.
Do cơ cấu phanh sử dụng cam ép nên:
Vẽ họa đồ phanh xong ta tính theo tỷ lệ kích thước
Các giá trị tác dụng lên guốc phanh
Các lực Guốc trước Guốc sau
Kiểm nghiệm các kích thước má phanh
Kích thước của má phanh guốc chọn trên cơ sở đảm bảo ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của má phanh và chế độ làm việc.
Xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô chạy với vận tốc xe khi xe bắt đầu phanh.
G: Trọng lượng đặt lên 3 cầu sau;
V : Vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh và lấy: V = V0 0 max = 30Km/h = 8,3m/s; g: Gia tốc trọng trường : g = 9,81 m/s ; 2
F : Diện tích toàn bộ của má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh: F 12.F
Với b là chiều dày má phanh
Tính chiều dày má phanh:
Bề rộng tấm ma sát cho các guốc phanh của cơ cấu phanh trước là:
;Thay số liệu vào công thức ta có:
3.3.2 Áp suất trên bề mặt má phanh Đây cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá thời hạn làm việc của má phanh, theo công thức sau:
Trong đó: b: Chiều rộng má phanh cầu sau (b = 0,14m);
Mp: momen sinh ra ở cầu sau, vì ở đây chúng ta tính trên một phanh nên
0: Góc ôm của má phanh trước (2,18rad); rt: bán kính tang trống (r = 0,21m).t
Thay số vào công thức: q = 1 MPa < [q] thỏa mãn điều kiện.
3.3.3 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh, động năng của ô tô chuyển thanh nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài môi trường không khí.
Trong đó: m: trọng lượng của ô tô (m = 27000kg); g: gia tốc trọng trường (g = 9,81m/s 2 );
V0: khi xe đã dừng hẳn (V = 0km/h);0
V1: khi xe bắt đầu phanh (chọn V1 = 30km/h = 8,3m/s); mt: khối lượng của trống phanh (chọn m = 22.6 = 132kg);t
C: nhiệt dung của chi tiết trống phanh, chọn vật liệu các chi tiết bị nung là gang và thép ( = 500J/kg.độ).C
Kiểm bền các chi tiết
3.4.1 Kiểm bền chi tiết trống phanh Để kiểm tra bền cho trống phanh ta dựa vào áp suất trên bề mặt tấm ma sát Trong phần kiểm khả năng làm việc của cơ cấu phanh ta xác định được áp suất tác dụng lên các tấm ma sát của cơ cấu phanh trước lớn hơn áp suất tác dụng lên các tấm ma sát của cơ cấu phanh cầu sau Do vậy khi kiểm tra bền cho trống phanh ta kiểm tra bền cho trống phanh cầu trước
Xác định ứng suất hướng tâm của cơ cấu phanh:
Xác định ứng suất tiếp tuyến của cơ cấu phanh:
Trong đó: a: Bán kính trong của trống phanh;
Chọn a = (0,3 0,5).r bx = (0,3 0,5).498 0 250(mm), Chọn a = 210(mm); b: Bán kính ngoài của trống phanh, chọn b = 220(mm); r: Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính;
Khi r = a = 210 (mm) thì , đạt giá trị cực đại;n t q: Áp suất bên trong trống phanh.
Tính áp suất trống phanh bằng công thức:
Mp: momen phanh do guốc trước sinh ra và guốc sau sinh ra; : hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, = 0,3; b: bề rộng má phanh, b = 140mm; rt: bán kính trống phanh, rt = 210mm;
0: góc ôm của tấm ma sát, 0 = 125 0
Thay tất cả các công thức vừa tính và chọn vào công thức (3.9) và (3.10) ta có:
Ta có ứng suất tương đương:
2 2 1,32 21,52 21,54 td n t MPa Để đảm bảo hệ số an toàn ta lấy thêm hệ số an toàn n = 1,5:
Trống phanh được làm bằng gang CX 18-36 có 180MPa.
Vậy sau khi tính toán ta thấy trống phanh đã đủ bền.
3.4.2 Kiểm bền chi tiết guốc phanh
Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng guốc phanh trước của cơ cấu phanh sau chịu lực lớn nhất vì vậy ta tiến hành tính toán bền cho guốc phanh trước của cơ cấu phanh sau.
3.4.2.1 Tìm tọa độ trọng tâm của mặt cắt ngang guốc phanh
Hình 3.3 mặt cắt ngang của phanh guốc Bán kính ngoài má guốc phanh: R = 202(mm);1
Bán kính trong má guốc phanh: R2 0(mm);
Bán kính trong xương guốc phanh: R = 135(mm);3
Chiều rộng guốc phanh: b = 140(mm);
Chiều dầy má guốc phanh: a = 12(mm);
Chiều cao xương guốc phanh: d = 65(mm);
Chiều dầy xương guốc phanh: c = 10(mm).
Xác định tọa độ trọng tâm của hình phẳng
Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm guốc phanh là
Bán kính đường trung hòa:
3.4.2.2 Kiểm bền guốc phanh Đối với guốc phanh để kiểm tra bền là rất phức tạp do vậy khi tính toán ở đây ta chỉ lấy các giá trị gần đúng.
Ta kiểm tra tại những tiết diện nguy hiểm nhất, muốn thế ta phải vẽ được biểu đồ nội lực Ở trên bằng phương pháp hoạ đồ lực ta đã xác định được các lực P, U, R tác dụng lên guốc phanh trước của cơ cấu phanh sau:
R = 57232(N) Đặt các giá trị lực này vào guốc phanh trước của cơ cấu phanh sau tại vị trí đặt lực R1 ta cắt ra thành 2 nửa thay vào mặt phẳng cắt đó đặt các lực:
Lực N hướng tâm, và Q , M ở nửa trên;z1 Y1 U1
Lực N hướng tâm, và Q , M ở nửa dưới.z2 Y2 U2
Các lực này có phương giống nhau chiều ngược, trị số bằng nhau theo từng cặp. a) Xét sự cân bằng cho nửa trên guốc phanh
Guốc phanh được cắt thành hai nửa, nửa trên và nửa dưới tại điểm đặt của lực R Xét cân bằng cho đoạn trên ta tính tổng các nội lực và tổng các ngoại lực chúng bằng nhau theo từng phương X,Y,Z của hệ trục toạ độ.
Xét sự cân bằng tại điểm A: ( 0 0 )
: Góc tạo bởi trục Y_Y và tia OA.
‘ : Góc tạo bởi trục X_X và phương của điểm cần xét.
: Góc tạo bởi tia OA và điểm đang xét trên guốc phanh.
Ta có r là bán kính tang trống:r = 210(mm)t t
Ta có phương trình cân bằng lực và momen như sau:
Ta có phương trình cân bằng lực và momen như sau:
Bảng: Giá trị lực và momen tác dụng lên nửa guốc phanh
MU1(kg.m) 0 -4819 b) Xét sự cân bằng cho nửa dưới guốc phanh
Tổng các ngoại lực và nội lực theo các phương bằng nhau nên:
Từ hoạ đồ lực của cơ cấu phanh ta lại có:
Góc là góc giữa đường tâm OY với đường đi qua phương của lực U, được xác đinh1 bằng đo trên họa đồ phanh: e 0 cos 65 42951.cos 65 18151( ).
Thay các góc và các lực đã biết vào công thức (2.19) ta có:
Tổng các ngoại lực và nội lực theo các phương bằng nhau nên:
Vẽ biểu đồ nội lực:
Dựa vào biểu đồ Nz ta thấy tại tiết diện B guốc phanh chịu lực Nz nhiều nhất và có giá trị lực bằng: Nz = 39348 + 3451 = 42799(N).
Dựa vào biểu đồ Q ta thấy tại tiết diện B guốc phanh chịu lực lớn Q lớn nhất và cóY Y giá trị bằng: Q = 39543 + 17215 = 56758(N).Y
Dựa vào biểu đồ Mu ta thấy tại tiết diện B guốc phanh chịu momen Mu lớn nhất và có giá trị bằng: Mu = 4819 – 3552 = 1267(N).
Tại tiết diện B của guốc phanh sẽ phải chịu lực và momen lớn nhất, do đó ta sẽ đi tính bền tại B, nếu tại B thỏa mãn thì tất cả các điểm khác của guốc phanh đều thỏa mãn. Ứng suất do Q và M gây ra được tính theo công thức:Y U
F: Diện tích của tiết diện tính toán
Rth: Bán kính đường trung hòa, Rth = 0,196m
Ri: Bán kính tại điểm đang xét
3.4.3 Tính bền chi tiết chốt phanh
Má phanh quay quanh chốt phanh được tính theo cắt và chèn dập
