Cuốn sách hướng dẫn thiết kế môn học này nhằm giúp sinh viên chuyên ngành nắm được trình tự và phương pháp thiết kế các hệ thống phanh: Hệ thống phanh dẫn động khí nén, cơ cấu phanh tan
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
Công dụng
Hệ thống phanh trên ô tô có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn chuyển động của phương tiện tại một vị trí nhất định Bằng cách tạo ra lực ma sát giữa các bộ phận chuyển động và cố định trên xe, hệ thống phanh chuyển đổi động năng của ô tô thành nhiệt năng tỏa ra môi trường.
Phân loại
Hệ thống phanh được phân chia theo tính chất hình thành hệ thống phanh a Theo đặc điểm điều khiển chia thành:
-Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ xe khi xe đang chuyển động
-Phanh phụ (phanh tay), dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái và dùng làm phanh dự phòng
-Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử) dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dóc dài,…) b Theo kết cấu của phanh được chia ra thành:
- Cơ cấu phanh tăng trống
- Cơ cấu phanh dài c 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 liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén
- Hệ thống phanh dẫn động có trợ lực d Theo mức độ hoàn thiện phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô tô khi phanh,do vậy được trang bị thêm bộ chỉnh lực phanh:
- Bộ điều chỉnh lực phanh( bộ điều hòa lực phanh )
- Bộ chống hảm cứng bánh xe( hệ thống phanh có ABS
Hệ thống phanh ABS có thể tích hợp thêm các liên hợp điều chỉnh như hạn chế trượt quay, ổn định học ô tô để tăng cường khả năng cơ động và ổn định của xe hơi khi không phanh.
Yêu cầu
Hệ thống phanh có các yêu cầu cơ bản sau:
Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả bánh xe, nghĩa là đảm bảo quản đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm
Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo phù hợp với khả năng điều khiển liên tục của con người
Đảm bảo chuyển động của ô tô và phanh êm diệu trong mọi trường hợp
Dẫn động phanh có độ nhạy cao, đảm bảo sự tương quan giữa lực đạp phanh và sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh
Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát cơ cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng
Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ đạp phanh khác nhau
Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên nền đường dốc
Đảm bảo độ tin cậy cuả hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi điều kiện sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển hư hỏng.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc cảu cơ cấu phanh
Trên các ô tô hiện đại sử dụng phổ biến hai loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ô tô có tải trọng lớn: ô tô tổ chở khách và một số loại ô tô con Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ô tô con, tải, ô tô đặc biệt là ở các cơ cấu phanh trước a Cơ cấu phanh tăng trống
- Cấu tạo của cơ cấu tang trống được thể hiện trên các sơ đồ ở hình 1.1, gồm có trống phanh (4) quay cùng với bánh xe, các guốc phanh (1) lắp với mâm phanh cố định, trên nhan cuốc phanh có gắn các má phanh (2) Một đầu của guốc phanh quay được quanh chốt tựa guốc (3), đầu còn lại tỳ vào pittông của xilanh công tác (5) (dẫn động thuỷ lực) hoặc cam ép (6) (dẫn động khí nén)
- Trong trường hợp dẫn động bằng thuỷ lực (hình 1.1a), khi phanh, áp suất chất lỏng p i trong xilanh (5) tác dụng lên các pittông và đẩy các guốc phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh Đối với dẫn động khí nén, áp suất khí tạo nên lực trên ty đẩy và thông qua đòn dẫn động (7) làm quay cam (6) đẩy các guốc phanh ép vào tang trống
Do cấu tạo của cơ cấu phanh guốc khá đa dạng, nên để thuận tiện cho việc tính toán, người ta phân chúng thành ba loại sau (hình 1.2)
Cơ cấu có một guốc xiết, loại “Simplex”, hình 1.2;
Cơ cấu có hai guốc xiết, kiểu “Dou-Duplex”, hình 1.3a
Cơ cấu “Dou-Duplex”, hình 1.3b
Hình 1.1 cơ cấu phanh guốc a: Dẫn động thủy lực, b: dẫn động khí nén
1-Guốc phanh, 2- Má phanh, 3- Chốt, 4- Tăng trống, 5-Xi lanh công tác,
6-Cam, 7- Đòn dẫn động cam, 8-Bầu phanh b Cơ cấu phanh đĩa
- Cơ cấu phanh đĩa có hai loại: khung cố định (hình 12.4a) và khung di trượt (hình 12.4b) Cơ cấu phanh đĩa khung cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn và trên các ô tô thể thao vì nó có độ bền cao Nhược điểm của nó là nhạy cảm với nhiệt độ khi phanh trong thời gian dài
- Cơ cấu phanh đĩa khung di trượt được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn nhẹ, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp
So với phanh tang trống, phanh đĩa có những ưu điểm sau:
Kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ;
Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05 – 0,1mm), nhờ đó cho phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;
Thoát nhiệt, thoát nước các bề mặt ma sát tốt;
Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng, không gây tải trọng trên moay ơ
Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát
Hình 1.4 Cơ cấu phanh đĩa
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lí làm việc của dẫn động phanh
Dẫn động phanh cơ khí là loại cần, kéo, đòn, cáp và các cơ cấu điều khiển trong cơ cấu phanh Sử dụng đòn cơ khí hoặc dùng dây cáp để dẫn động
Hình 1.5 Sơ đồ dẫn động phanh cơ khí
3: Con lăn dây cáp 7: Thanh cân bằng
4: Dây cáp 8,9: Dây cáp dẫn động phanh
1.5.2 Dẫn động phanh thủy lực ( hệ thống phanh dầu )
Sơ đồ nguyên lý của một hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực điển hình sử dụng trên ô tô được thể hiện trên hình 1.6 Hiện nay, do yêu cầu về an toàn chuyển động ngày nâng cao dẫn động phanh chính của ô tô bắt buộc phải có hai dòng độc lập, nếu một trong hai dòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo được hiệu quả phanh nhất định
Một trong những giải pháp tạo hai dòng dẫn động độc lập là sử dụng xilanh chính có hai khoang công tác riêng biệt như thể hiện trên hình 1.6 Trong đó, dòng thứ nhất bắt đầu từ k từ khoang trước (khoang sơ cấp) của xilanh chính theo đường ống (7) qua bộ điều hoà lực phanh (8) tới các xilanh công tác (9) của các cơ cấu phanh guốc của các bánh xe cầu sau (10) Dòng thứ hai đi hứ cấp) của xilan xilanh từ khoang sau (khoang thứ chính (3) theo đường ống (4) tới các xilanh công tác (5) của các cơ cấu phanh đĩa của các bánh xe cầu trước (6)
Khi phanh, lực tác động của người lái từ bàn đạp được truyền qua các đòn dẫn động tới ty đẩy (14) làm pittông (2) dịch chuyển Khi mép của phớt làm kín 5 bịt lỗ bù dầu
10 thì áp suất trong khoang a bắt đầu tăng, lò xo (7) bị nén lại, van (9) mở ra và chất lỏng được dồn vào đường ống dẫn tới các xilanh công tác tại các bánh xe để thực hiện quá trình phanh
Hình 1.7 Sơ đồ và nguyên lí của phanh chính
Khi nhả phanh, pittông (2) lùi trở về vị trí ban đầu, áp suất cao trong hệ thống tạo nên lực nén lò xo (6) lại để chất lỏng hồi về xilanh chính qua van một chiều 8 Lò xo 6 được thiết kế sao cho khi áp suất trong hệ thống còn khoảng 0,1 MPa thì van một chiều đóng lại, tạo nên áp suất dư Áp suất này có tác dụng ép chặt mép các phớt làm kín vào thành xilanh để chống rò rỉ chất lỏng, đồng thời nó đảm bảo cho không khí không lọt vào trong hệ thống
1.5.3 Dẫn động phanh khí nén:
Hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén của xe tải ba cầu gồm: nguồn cung cấp khí nén, dẫn động phanh chính với hai dòng độc lập, dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Hình 1.8 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (1), đi qua van an điều áp (2), qua bộ lọc tách nước (3), van an toàn kép (4) tới các bình chứa khí (5) và (6) Van an toàn kép (4) đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí độc lập cho hai dòng dẫn động phanh Van bảo vệ (17) có nhiệm vụ ngắt bình chứa 18 không cho thông với hệ thống nếu có sự cố lọt khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng
Dẫn động phanh chính gồm có hai dòng độc lập với nhau Dòng dẫn động phanh cầu trước bắt đầu từ bình khí (5) đi qua ống dẫn (8), qua khoang dưới của tổng van (11), qua van hạn chế áp suất (12) tới các bầu phanh (13) Dòng dẫn động phanh cầu sau đi từ bình khi (6) qua ống dẫn (7), qua khoang trên của tổng van (11), qua bộ điều hoà lực phanh (14) tới các bầu phanh (15, 16) của cụm cầu sau
Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ô tô tải thường là máy nén dạng pittông Máy nén được thiết kế với năng suất sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khi trên ô tô sau khi khởi động động cơ
Van điều áp (2) đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống trong phạm vi giới hạn nhất định
Về nguyên lý hoạt động, bộ tách nước hoạt động thông qua cơ chế ngưng tụ Hơi nước có trong không khí sẽ được làm ngưng tụ thành nước, sau đó nước này sẽ được thải ra ngoài Nhờ đó, hơi nước sẽ không thể lọt vào các bộ phận khác của hệ thống phanh, giúp đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu.
Va tr làm gì chúng
Tổng van trong dẫn động phanh khí có nhiệm vụ điều khiển quá trình cấp khí nén từ các bình khí tới các bầu phanh tại các bánh xe Yêu cầu cơ bản đối với tổng van khí là tính chép hình, nghĩa là áp suất phanh tại các bầu phanh phải tỷ lệ với lực tác dụng trên bàn đạp Áp suất khí nén trong hệ thống thường nằm trong khoảng 0,6 = 0,8 MPa tuỳ theo xe cụ thể
Hình 1.9 tổng van hai dòng Ở trạng thái không phanh như thể hiện trên hình vẽ, các van xả (6) và (10) đang mở, nên các bâu phanh tại các bánh xe được nổi thông với khí trời qua các cửa C và A Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới thông qua phần tử đàn hồi (4) đẩy pittông (5) the nap rhon dịch chuyển đi xuống Đầu tiên, van xả (6) đóng lại ngặn đường thông cửa C với khí trời Sau đó, van nạp (7) mở ra cho khí nén từ cửa D đi qua khoang dưới pittông (5) tới cửa C, rồi từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện qua trình phanh Đồng thời, khí nén đi từ khoang trên qua lỗ nhỏ B và tác động lên pittông (1), đẩy nó cùng với pittông nhỏ (12) đi xuống Dịch chuyển của pittông (12) lần lượt đóng van xả (10) và mở van nạp (9), để cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi tới các bâu phanh tại các bánh xe
Mặc dù có kết cấu phức tạp hơn, nhưng hệ thống phanh thuỷ khí được thiết kế sao cho tận dụng được các ưu điểm và khắc phục các nhược điểm từng loại dẫn động thành phần
Sơ đồ của một hệ thống phanh thủy khí điển hình được mô tả trên hình 12.10 Với cách bố trí này, người lái chỉ cần tác động một lực rất nhỏ lên bàn đạp để điều khiển tổng van khí Xilanh thuỷ khí chuyển hoá áp suất khí nén thành áp suất thuỷ lực có giá trị lớn hơn nhiều lần để tạo nên lực phanh tại các bánh xe Để giảm tối da tốc độ chậm tác dụng của hệ thống, phần dẫn động khí nén được thiết kế sao cho chiều dài đường ống ngắn nhất có thể.
Các phương án chia dẫn động phanh
Theo có quy định hiện hành, dẫn động phanh có ít nhất hai dòng độc lập nhằm nâng cao tính an toàn
Trên hình 1.11 là một số phương án chia dòng
Trong các phương án trên, phương án chia dòng kiểu “II” (hình a) được sử dụng phổ biến trên các loại xe do có kết cấu đơn giản Nhược điểm chính của nó là hiệu quả phanh có thể bị giảm mạnh khi một dòng gặp sự cô do phân bộ tải lên các câu không đều nhau Phương án chia dòng chéo kiểu “X” đảm bảo hiệu quả phanh 50% khi một dòng bị hỏng Nhưng nó có nhược điểm lớn là khi một dòng bị hỏng, lực phanh phân bố không đều ở hai bên gây nên mômen quay thân xe
Các phương án còn lại đảm bảo hiệu quả phanh cao khi một dòng gặp sự cố, nhưng có kết cấu phức tạp hơn nên ít được sử dụng
Lựa chọn phương án thiết kế
- Loại cơ cấu phanh: Tang trống trước, sau
- Loại dẫn động phanh: Khí nén hai dòng
THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
Tính mô men phanh cần thiết của cơ cấu phanh
Loại cơ cấu phanh Tang trống trước, sau
Loại dẫn động phanh Khí nén hai dòng
2.1.1 Trọng lượng toàn bộ xe G
2.1.2 Xác định khoảng cách từ trọng tâm của ô tô đến tâm cầu trước (a) và tâm cầu sau (b) a = Ga2.
2.1.3 Xác định moment phanh cần thiết sinh ra ở cơ cấu phanh
Mô men sinh ra ở các cơ cấu phanh của ô tô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc dừng ô tô hoàn toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép
Hình: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở hai cầu tương ứng là:
Ga1, Ga là tải trọng tương ứng tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và sau ở trạng 2 thái tĩnh trên mặt đường nằm ngang
: hệ số bám của bánh xe với mặt đường, chọn φ = 0,6
Bán kính thiết kế của bánh xe được tính theo công thức r = (8,25 + 16/2).25,4 = 412,75 [mm] Trong đó, rbx là bán kính làm việc của bánh xe, được tính bằng công thức rbx = .ro, với là hệ số kể đến sự biến dạng chiều cao của lốp Đối với lốp áp suất thấp, hệ số này thường có giá trị lớn hơn so với lốp áp suất cao.
Thay số vào ta được:
+ Đối với mỗi cơ cấu phanh cầu trước:
+ Đối với mỗi cơ cấu phanh cầu sau:
Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh
Như đã trình bày ở chương trước , cơ cấu phanh lựa chọn là cơ cấu phanh guốc Tính toán cơ cấu phanh guốc nhằm mục đích :
+ Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh : a,c,e,h
+ Xác định góc và bán kính ( ) của phản lực pháp tuyến tác dụng lên má phanh
+ Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ
+ Xác định bề rộng má phanh
+ Tính toán kiểm tra cơ cấu phanh
Kiểm tra hiện tượng tự xiết
Nhiệt trong quá trình phanh
2.2.1 Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh
Hình: Các thông số hình học của cơ cấu phanh Bán kính tang trống phanh tính theo công thức
Trong đó: δ - Độ dày vành bánh xe, lấy δ mm v v
K Khoảng cách giữa vành bánh xe và tang phanh, K mm h h
- Độ dày tang phanh; lấy mm
- Các kích thước khác của cơ cấu phanh a, c, e được tính theo công thức thực nghiệm a = c = 0,8r = 152 mm t e = 0,85r = 161,5 mm t h = a+c = 304 mm
2.2.2 Xác định góc (δ) và bán kính (ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh
Góc δ là góc hợp bởi lực pháp tuyến N và trục X1 1-X1 β1: góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát, β = 141 0-16 0 β0: góc ôm của tấm ma sát, β = 1000 0-120 0 β2 = β + β 1 0
Trong đó: ρ: bán kính điểm đặt của tổng phản lực tác dụng lên guốc phanh khi phanh
R : bán kính của tang trống, xe tham khảo có R 0 mm t t
* Đối với guốc phanh trước:
* Đối với guốc phanh sau:
2.2.3 Xác định các lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh trước và sau để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trước và mô men sinh ra guốc sau bằng mô men tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe
Khi đã chọn các thông số kết cấu ở trên ta đã tính được góc δ và bán kính ρ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N ( lực hướng vào tâm 0)
Lực R là lực tổng hợp của N và T, lực R tạo với N một góc φ
Góc φ được xác định như sau:
: Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh : = 0,3
Mô men sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là:
Guốc phanh bị ép bằng cam phanh (phanh khí) thì lực P và P tác dụng lên hai 1 2 guốc phanh sẽ khác nhau Trong trường hợp này khi cam quay, hai guốc phanh sẽ dịch chuyển như nhau, do đó áp suất tác dụng lên hai má phanh bằng nhau và lực R1=R2 Như vậy khi guốc phanh bị ép bằng cam quay, chúng ta có thể xác định ngay lực R và R 1 2
Muốn xác định P , P ta dùng phương pháp họa đồ bằng cách vẽ đa giác lực của 1 2 guốc phanh trước và sau
Góc là góc tạo bởi (X, N) muốn xác định được X ta chọn góc
Từ vị trí đặt lực P nối với tâm quay cố định của 2 guốc ta có trục Y từ đó ta có trục tg T
X, theo tính toán ta có 1, 2 và có vậy từ đây ta xác định được vị trí đặt lực N có phương hướng vào tâm 0
Từ điểm đặt lực P ta kéo dài lực P, quay hai vòng tròn có bán kính ρ và ρ kết hợp t s với các góc δ và δ , xác định được điểm đặt lực R và R , vẽ hai vòng tròn có bán kính r t s 1 2 ot và r , kẻ tiếp tuyến của hai đường tròn đi qua hai điểm đặt lực của R và R Đó là os 1 2 phương của R và R , hai đường tiếp tuyến này cắt đường kéo dài của lực P tại 0 và 0 1 2 ’ ’’
Từ 0 nối với tâm chốt quay của má trước ta có phản lực U và nối 0 với tâm chốt quay ’ 1 ’’ của má sau ta có phản lực U Như vậy trên mỗi guốc phanh có ba lực P2 1,R ,U1 1 và P2,U2 và R Ta xây dựng hai đa giác lực này bằng cách lấy hai đoạn bằng nhau để thể hiện lực 2
R, nối tiếp R là U bằng cách trượt thước kẻ theo đường // với đường U và lại nối tiếp 1 1 với P cũng kẻ // với đường P ta sẽ có tam giác khép kín Tương tự ta có tam giác thứ hai 1 1 đối với má sau
Hình: Họa đồ lực tác dụng lên cơ cấu phanh a) Đối với cầu trước: Mp = 6499,5 (N.m) t
Trên đồ thị ta đo được RP0 (mm)
Vậy ta có tỷ lệ xích: μ = 51583,33/500 = 103,16 (N/mm)
Trên họa đồ ta đo được: P = 154,75(mm) => P 965 (N) 1 1
U &1,93 (mm) => U '022,4 (N) 2 2 b) Đối với cầu sau: Mp a76,54 (N.m) s
Vậy ta có tỷ lệ xích: μ = 53246,03/500 = 106,49 (N/mm)
Trên họa đồ ta đo được: P = 154,75(mm) => P 479,32 (N) 1 1
Tính toán các kích thước cơ bản của bầu phanh
2.3.1 Thiết kế tính toán bầu phanh trước
- Bầu phanh trước có kết cấu đơn giản gồm hai nửa vỏ dập định hình bằng thép dày từ 3 – 5 mm, một đĩa tỳ phanh đẩy màng cao su, áp suất tác dụng lên màng (pittong) được chuyển thành lực tỳ đẩy tác động lên thanh dẫn động lên trục cam được thể hiện trên sơ đồ tính toán hình
Hình Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên thanh đẩy
- Xét cân bằng tại cam ép
Phương trình cân bằng lực:
L – Cánh tay đòn, chọn theo xe tham khảo: L = 159 mm
𝜂 – Hiệu suất truyền động của cam, 𝜂 = 0,85
P’1, P’ – Lực đẩy của cam lên guốc trước và guốc sau 2
Từ họa đồ phanh ta có:
P’2= 30157,7 N h – Khoảng cách giữa hai lực P’ và P’ , chọn theo xe tham khảo : h = 46 mm 1 2
Thay số vào công sức (*) ta được :
- Xét sự cân bằng của màng phanh
Q1 – Lực tác dụng lên thanh đẩy của bầu phanh Q = 7849,22 N = 800 KG 1
Pj - Áp suất trong của bầu phanh, Pj = 7 KG/cm2
D1 – Đường kính hiệu dụng của màng phanh
𝜂 – Hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, 𝜂 = 1
𝜂 – Hệ số tính đến tổn hao do ma sát, 𝜂 = 0,95
Plx – Lực ép lò xo, theo kinh nghiệm lấy: P = 14 KG lx
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
- Diện tích hiệu dụng của bầu phanh
- Diện tích bao kín của bầu phanh:
K – Hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8
- Đường kính bao kín của bầu phanh
Kết luận: Bầu phanh trên đảm bảo yêu cầu đặt ra Kiểm tra thấy phù hợp với loại buồng phanh kiểu 24
2.3.2 Thiết kế tính toán bầu phanh sau
Hình Sơ đồ kết cấu bầu phanh sau p
- Xét cân bằng tại cơ cấu cam ép
Phương trình cân bằng lực:
Q2 – là lực tác dụng vào thanh đẩy bầu phanh sau
L – là cánh tay đòn xác định trong bản vẽ: L = 159 mm
𝜂 – là hiệu suất truyền động của cam: 𝜂= 0,85
P1’’, P ’’ – là lực đẩy của cam lên guốc trước và guốc sau 2
Từ hoạ đồ lực phanh ta có:
P2 // = 31129,15 N = 3173,2 KG h – khoảng cách giữa hai lực P và P , 1 / 2 / chọn theo xe tham khảo: h = 46 mm
Thay số vào công thức (*) ta đợc:
+ Xét sự cân bằng của màng phanh
Q2 – Lực tác dụng lên thanh đẩy của bầu phanh Q = 825,8 KG 2
Pj - p suất trong của bầu phanh P = 7 KG/cm á j 2
D2 - Đờng kính hiệu dụng của màng phanh
η1 – Hệ số tính đến độ nạp khí vào bầu phanh, η1 = 1
η2 – Hệ số tính đến tổn hao do ma sát, η2 = 0,95
Plx – Lực ép lò xo, theo kinh nghiệm lấy: P = 14 KG lx
Thay các giá trị trên vào công thức ta có:
+ Diện tích hiệu dụng của bầu phanh
+ Diện tích bao kín của bầu phanh.F = F / K B A
K – Hệ số dự trữ năng lợng, lấy K = 0,8
+ Đờng kính bao kín của bầu phanh
Kết luận: Bầu phanh trên đảm bảo yêu cầu đặt ra Kiểm tra thấy phù hợp với loại buồng phanh kiểu 24.
Kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh
2.4.1 Kiểm tra hiện tượng tự siết
Hiện tượng tự xiết trong quá trình phanh là lúc má phanh chỉ chịu tác động của lực ma sát với trống phanh, không cần có lực truyền động P từ guốc phanh tác động lên Trong trường hợp này, nếu xét theo phương diện mô men phanh thì sẽ tiến tới vô hạn.
Hiện tượng tự xiết sẽ gây ra bó cứng bánh xe, làm mất ổn định khi phanh, nhất là trong trường hợp xe tiến Do đó trong tính toán thiết kế cần kiểm tra hiện tượng tự xiết khi xe tiến Để kiểm tra hiện tượng tự xiết, ta thiết lập môi quan hệ giữa mô men phanh M và p lực ép P
Xảy ra hiện tượng tự xiết khi:
Trong đó: C- là khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt quay của má phanh(mm), C4 mm
+) Trường hợp xe tiến: khi xe tiến về phía trước, hiện tượng tự xiết chỉ có thể xảy ra ở guốc phanh trước
Vậy không xảy ra hiện tượng tự xiết ở bánh xe khi xe tiến
Vậy không xảy ra hiện tượng tự xiết ở bánh xe khi lùi
2.4.2 Xác định kích thước của má phanh
Kích thước má phanh 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 của các má phanh và hạn chế độ làm việc của phanh a) Kiểm tra công ma sát riêng
Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô chạy với vận tốc V trước khi phanh 0
G là trọng lượng toàn bộ của ô tô khi đầy tải, G = 110000 (N)
V0 là tốc độ của ô tô khi bắt đầu phanh, chọn V `K m/h,66m/s 0
g: Gia tốc trọng trường, lấy g=9,81 m/s 2
F : diện tích toàn bộ của các má phanh ở tất cả các bánh xe
Ta có công thức tính diện tích là:
0i : góc ôm má phanh thứ i
bi: bề rộng của má phanh thứ I, khảo sát thực tế b = 160 (mm) i
Rt: bán kính trống phanh, R = 190 mm t
Ta chọn cơ cấu phanh ở 4 bánh là như nhau, nên ta có:
F trong đó: F là diện tích của má phanh trước t
F là diện tích của má phanh sau s
F 4(2.09.190.160 1, 74.190.160) 465728(mm 2 )4657(cm 2 ) Thay vào (*) ta được:
Vậy thỏa mãn điều kiện: l l 4001000 ( J / cm 2 )
Vậy má phanh chọn thỏa mãn toàn bộ năng lượng khi phanh bánh xe b) Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát
Khi muốn biết thời gian phục vụ của má phanh hay tuổi thọ của nó thì ta xét đến áp suất trên bề mặt ma sát dựa vào thông số q
Theo công thức (**) ta thấy khi muốn xét đến thông số q thì phụ thuộc vào góc ôm má phanh và mô men phanh sinh ra tại cơ cấu phanh vậy ta chỉ xét đến má phanh có gốc ôm lớn và chịu mô men phanh lớn
Xét cầu trước vì cầu trước chịu mô men phanh lớn hơn cầu sau và ta xét đối với má trước chịu mô men phanh lớn hơn má sau
Với cầu trước mô men sinh ra tại một cơ cấu phanh là: M d99,5 (N.m) p
Vậy guốc phanh trước đảm bảo áp suất riêng, do đó guốc phanh sau cũng đảm bảo áp suất riêng c Thời gian làm việc của má phanh còn được đánh giá bằng tỉ số:
M – Khối lượng toàn bộ của ô tô, M000 KG
FΣ = 370272 (cm ) = 0,3702 (m ) – Tổng diện tích của bề mặt ma sát của các má 2 2 phanh ở tất cả các cơ cấu phanh
Kết luận: Vậy giá trị p nằm trong giới hạn cho phép
2.4.3 Tính toán 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 Nếu nhiệt độ cơ cấu phanh lớn sẽ làm hệ số ma sát giữa má và trống giảm, dẫn đến giảm hiệu quả phanh
Phương trình cân bằng năng lượng:
G: trọng lượng toàn bộ của ô tô khi đầy tải
g: gia tốc trọng trường, lấy g=9,81(m/s ) 2
V1,V2: tốc độ đầu và cuối khi phanh
mt: khối lượng của các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng
(khối lượng mỗi tang trống =4 KG)
C: nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng, (CP0J/Kg.độ)
t 0 : sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trường không khí
Ft: diện tích làm mát của trống phanh
kt: hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh và không khí
Trong công thức tính năng lượng sinh ra khi phanh, số hạng đầu đại diện cho năng lượng làm nóng trống phanh, trong khi số hạng thứ hai biểu thị năng lượng tỏa ra ngoài không khí Khi phanh gấp trong thời gian ngắn, có thể bỏ qua số hạng thứ hai Do đó, sự gia tăng nhiệt độ của trống phanh có thể được ước tính dựa trên số hạng đầu.
Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh với V 0km/h=8,3(m/s) cho đến khi xe dừng 1 hẳn V =0 ta có: 2
Vậy đảm bảo nhiệt độ làm việc của má phanh.
Tính bền một số chi tiết cơ bản của cơ cấu phanh
2.5.1 Tính bền trống phanh a Tính áp suất tác dụng lên trống phanh Áp suất trong trống phanh tính theo công thức kinh nghiệm sau:
𝑀𝑝 – là Momen phanh lớn nhất do guốc phanh trước và guốc phanh sau sinh ra
𝜇 – Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh 𝜇 = 0,3
b – Bề rộng má phanh, b = 160 (mm)
𝑟 – Bán kính trống phanh, 𝑟 = 2190 (mm)
𝛽 – Góc ôm của tấm ma sát, 𝛽 = 120 °
q b Tính ứng suất hướng tâm và ứng suất tiếp tuyến
- Ứng suất hướng tâm tính theo công thức kinh nghiệm sau:
- Ứng suất tiếp tuyến theo công thức kinh nghiệm sau:
a’ – Bán kính trong của trống, a’= 180 (mm)
b’ – Bán kính ngoài của trống, b’ = 190 (mm)
r – Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính, khi r = a’ thì 𝜎 và 𝜎 đạt giá trị cực đại
Ta có ứng suất tương đương bằng:
𝜎 𝜎 + 𝜎 = (−18) + 338 = 338,47 Để đảm bảo an toàn ta láy thêm hệ số an toàn n = 1,5
Trống phanh được làm bằng gam CX18-36 có [𝜎] = 1800 (KG/cm ) 2
Kết luận: Trống phanh thiết kế đủ bền
2.5.2 Tính bền chốt phanh a Thân chốt phanh chịu cắt ở hai mặt phẳng Điều kiện bền của chốt phanh làm việc theo hai mặt là, công thức khinh nghiệm:
d – Đường kính của chốt, d = 2,2 (cm)
U1 – Lực tác dụng lên chốt đã xác định ở phần trên, U 38347 N 1 =
n – Số chốt phanh chịu lực, n = 2 b Tính chốt phanh theo dập Điều kiện bền khi dập, công thức kinh nghiệm:
d – Đường kính của chốt, d = 2,2 cm
U1 – Lực tác dụng lên chốt đã xác định ở phần trên, U1
l – Chiều dài của tấm truyền sức ép vào thân chốt, l = 50 mm
Kết luận: Chốt phanh thiết kế đủ bền.
Máy nén khí
* Nhiệm vụ : cung cấp khí nén và nén khí vào các bình chứa để cung cấp cho hệ thống phanh
Máy nén khí đợc chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau:
- Nạp nhanh các bình chứa sau khi khởi động động cơ
- Giữ đợc áp suất trong hệ thống gần với áp suất tính toán khi phanh liên tục Trên thực tế máy nén khí chỉ làm việc khoảng 10 – 20% thời gian làm việc của ôtô, khi các bình chứa đợc nạp đầy thì máy nén đợc chuyển sang chạy ở chế độ không tải Khi tính toán thiết kế máy nén khí có hai phơng án:
- Phơng án 1: Tự thiết kế ra một cái máy nén khí mới
- Phơng án 2: Mua một cái máy đã có sẵn trên thị trờng, kiểm tra xem có đạt yêu cầu không
Hiện nay máy nén khí có bán trên thị trờng rất nhiều, vì vậy chọn phơng án hai là tốt nhÊt
2.6.1 Các thông số kỹ thuật của máy nén khí
Số xy lanh: i=2 đặt thẳng hàng
Đường kính xy lanh: dR mm = 5,2 cm
Hành trình piston: S8 mm = 3,8 cm
Số vòng quay của máy nén khí: n00 v/ph
Tỷ số truyền của đai: i =2 tđ
-Hiệu suất truyền khí của máy nén khí η=0,6
2.6.2 Năng suất của máy nén khí
Năng suất của máy nén khí xác định theo công thức:
Xe thiết kế sử dụng 5 bình khí nén, dung tích mỗi bình 140 lít Vậy tổng lượng khí nén trong các bình là: 5x140p0 (l)
Kết Luận: sau 4 phút máy nén nạp được 4x2196 (l), khí nén đảm bảo nạp đầy tất cả các bình chứa
2.6.3 Tính bền đường ống dẫn động phanh
Trong tính toán có thể coi đờng ống là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài lớn (Đây là bài toán vỏ mỏng tròn xoay chịu tải trọng phân bố đối xứng tính theo lý thuyết không mô men)
P - p suất bên trong của đờng ống, P = 7 KG/cm á 2
R – Bán kính trong của ống dẫn, R = 6,5 mm = 0,65 cm
S – Chiều dày đờng ống, S = 0,7 mm = 0,07 cm Đối với ống dẫn làm bằng hợp kim đồng thì: 2600(KG/cm 2 )
Thay vào công thức trên ta đợc: