Tltk thiết kế tính toán hệ thống phanh tang trống1

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ Ô TÔ TẢI HYUNDAI 110XL 3.1.Lựa chọn phương án thiết kế 3.1.1.Cơ cấu phanh Qua phân tích kết cấu các loại cơ cấu phanh ở trên và xe

CHƯƠNG 3 : TÍNH TOÁN,THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN CƠ SỞ

Ô TÔ TẢI HYUNDAI 110XL

3.1.Lựa chọn phương án thiết kế

3.1.1.Cơ cấu phanh

Qua phân tích kết cấu các loại cơ cấu phanh ở trên và xe tham khảo, dựa vào những ưu nhược điểm của cơ cấu phanh trên nên em lựa chọn cơ cấu phanh cho cầu

trước và cầu sau đều là cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục vì ô tô tham khảo là xe tải hoạt động nhiều với những đường địa hình phức tạp, lắm bụi bẩn 3.1.2.Dẫn động phanh

Qua phân tích kết cấu các loại dẫn động phanh và xe tham khảo ở trên và ưu nhược điểm em chọn dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không

1.Cơ cấu phanh trước 2.Xylanh phanh chính 3.Bầu trợ lực 4.Bàn đạp phanh

5.Bộ điều hòa lực phanh 6.Cơ cấu phanh sau

Hình 3.1 Dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không 3.2.Xác định momen phanh cần thiết

Bản chất của quá trình phanh ô tô là mô men phanh sinh ra tại các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần trong giới hạn gia tốc cho phép Nó được xác định khi phanh ô tô với cường độ lớn nhất khi đó gia tốc chậm dần là lớn nhất (Jp = Jpmax)

Mô men phanh trong từng trường hợp cụ thể thì phụ thuộc vào người lái Khi tính toán thì momen phanh cần thiết thì ứng với giá trị cực đại Để xe khi phanh không bị trượt lê thì lực phanh không vượt qua lực bám ( P max  P)

Hình 3.2 Phân tích lực khi phanh ô tô Các lực tác dụng khi phanh:

G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Z1,Z2: Phản lực của mặt đường tác dụng lên bánh xe của trục 1,2 khi phanh

Pj: Lực quán tính của ô tô khi phanh

Pp1, Pp2: Lực phanh từ đường tác dụng lên các bánh xe trục 1,2

Pf1, Pf2: Lực cản lăn từ đường tác dụng lên bánh xe trục 1,2

Pw: Lực cản không khí

Khi phanh lực cản không khí ,các lực cản lăn rất nhỏ,có thể bỏ qua.Sự bỏ qua này gây sai số khoảng 1,5% đến 2%

Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu là lực phanh sinh ra ở các bánh xe của các trục phải bằng lực bám của nó Nghĩa là:

Pp1= Z1.φ (3.1)

Khi phanh khẩn cấp (phanh gấp) thì có thể bỏ qua ảnh hưởng của lực cản không khí Pw và lực cản Pf Sau khi viết các phương trình cân bằng mô men các lực tác dụng với điểm tiếp xúc của bánh xe với mặt đường có thế xác định được các phản lực Z1 và Z2 như sau:

Tải trọng tác dụng lên cầu trước khi phanh :

Z1 = . = (1 + .. ) (3.2)

Tải trọng tác dụng lên cầu sau khi phanh :

Z2 = . = (1 − .. ) (3.3)

Momen phanh yêu cầu Mptạo ra do ma sát giữa guốc phanh và trống phanh cho một cơ cấu phanh là:

- Cơ cấu phanh trước :

M = φ R = 1 + . . φ R (3.4)

- Cơ cấu phanh sau :

M = φ R = 1 − . . φ R (3.5)

Trong đó :

+ G = 39050 (N): Trọng lượng toàn bộ của ô tô

+ L = 4470 (mm) = 4,7(m): Chiều dài cơ sở

+ a,b: Khoảng cách từ trọng tâm của ô tô đến trục trước và sau

= �

= � − =>

= 4,7 = 2,01 ( )

= � − = 4,7 − 2,01 = 2,69 ( ) + hg = 1,15(m): Chiều cao trọng tâm ô tô

+ Jpmax = g φ= 10.0,6 = 6 (m/s )

Gia tốc phanh lớn nhất ứng với hệ số bám = 0,6 ( ô tô tải )

+ Rbx: Bán kính làm việc của bánh xe (m)

Với ký hiệu lốp của xe là: 8,25-16

Ta có: + Bề rộng lốp : B=8,25 (inch) = 8,25.25,4 = 209,55 (mm)

+ Đường kính vành bánh xe : Dv=16.25,4 = 406,4 (mm),

+ H/B = 1 => H= B= 209,55 (mm)

rtk = H + = 209,55 + , = 412,75 (mm) = 0,41(m)

Rbx = rtk λ = 0,41.0,93 = 0,38 (m),với =0,93: Hệ số biến dạng của lốp Vậy mô men phanh yêu cầu cho một cơ cấu phanh cầu trước và cầu sau là :

{

� =39050.2,692.4,7 1 +10.2,69 0,6.0,38 = 3201 (� )6.1,15

� =39050.2,012.4,7 1 −10.2,01 0,6.0,38 = 1250 (� )6.1,15

3.3.Tính toán cơ cấu phanh

3.3.1.Cơ cấu phanh trước

3.3.1.1 Xác định các thông số cơ bản

Hình 3.3.Các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh tang trống

Đường kính trong của trống phanh (Dt):

Đường kính trống phanh phải đảm bảo khả năng lắp lọt vào trong vành bánh xe Như vậy đường kính trống phanh phải thỏa mãn điều kiện sau:

Dt =2rt =Dv−2v−2t − 2 t v−

Trong đó: Dt: Đường kính trống phanh

rt: Bán kính trống phanh

Dv: Đường kính vành bánh xe

δv: Độ dày vành bánh xe chọn δv= 5 (mm)

δt: Độ dày của thành trống phanh δt= 8÷10 (mm)

Δt-v: Khe hở giữa tang trống và vành bánh xe

Khe hở Δv-t được chọn đủ lớn để lắp lọt cơ cấu phanh trong vành bánh xe Nếu Δv-t

lớn dẫn đến đường kính trống phanh nhỏ, khả năng thoát nhiệt tốt, mô men quán tính của trống phanh nhỏ, độ cứng vững của trống phanh tăng, nhưng bán kính ma sát nhỏ dẫn đến mô men phanh sinh ra tại cơ cấu phanh không lớn, bắt buộc phải tăng kích thước má phanh

∆ = 50 (mm)

� = 2 = 16.25,4 − 2.5 − 2.10 − 2.50 = 276,4 (mm)

r = = , = 138,2 (mm)

c: khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt

= 0,85 = 0,85 138,2 = 117,5 ( )

a: khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực

= 0,85 = 0,85.138,2 = 117,5 ( )

Hình 3.4 Thông số hình học cơ bản của cơ cấu phanh tang trống

+ μ: hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, chọn μ = 0,3

+ β1- góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát

β1≈ 14o÷16o

+ β0- góc ôm của tấm ma sát.β0≈ 100o÷120o

+β2= β1+ β0

Bảng 3 2 Thông số má phanh Thông số

Cơ cấu phanh trước

a.Xác định góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

Hình 3.5 Sơ đồ lực tổng hợp tác dụng lên guốc phanh

Góc δ (góc tạo bởi trục ox với đường đi qua tâm O với điểm đặt lực)

tg = (3.6)

Bán kính xác định theo công thức sau :

= .( )

( ). (3.7)

Trong đó : + β1- góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát

β1≈ 14o÷16o

+ β0- góc ôm của tấm ma sát.β0≈ 100o÷120o

+ β2= β1+ β0

Má trước

β = 15° = 0,26 (rad)

β = 120° = 2,09 (rad)

β = β + β = 135° = 2,36 (rad)

Do đó:

= 2.2,09 +2.0,26 −2.0,29 −2.2,362.2,36 = 0,15

⇒ ≈ 8 31′

2,09 + 2,09 − 2.2,09 (0,26 + 2,36) 2,09 = 161( )

Má sau

β = 16° = 0,28 (rad)

β = 115° = 2,01 (rad)

β = β + β = 131° = 2,29 (rad)

Do đó

tgδ =2.2,01 + sin2.2,08 − sin2.2,29 = 0,24cos2.0,28 − cos2.2,29

⇒ ≈ 13°29′

2,01 + 2,01 − 2.2,01 (0,28 + 2,29) 2,01 = 159( ) b.Xác định các lực tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ

Xét cơ cấu phanh như hình 3.5 cơ cấu có hai guốc phanh giống nhau chịu tác

dụng của các lực

Hình 3.6.Các lực tác dụng lên cơ cấu phanh + P1 , P2 : Lực tác dụng từ dẫn động phanh thông qua xylanh phanh bánh xe Vì ô tô Hyundai 110XL phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau:

P1 = P2 =P

Lực P1 và P2có phương nằm ngang và chiều như trên hình vẽ

+ Lực tác dụng từ trống phanh vào má phanh : toàn bộ lực từ trống phanh vào má phanh được quy về lực giả định tương đương R1 , R2 Phương của R1 , R2 hợp với phương N1 ,N2 một góc chính là góc ma sát tức là :

= = = 0,3

 = arctg0,3 = 17°

Như thế là chúng ta xác định được góc = 17 , nghĩa là xác định được hướng của

R1 Góc má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau và có cùng hệ số ma sát như nhau

+ Phương của các lực R1 và P1 , R2 và P2 lần lượt cắt nhau tại O’ và O’’ Khi phanh các lực tác dụng lên một má phanh là cân bằng nên phương của lực U1 , U2cũng đi qua O’ và O’’

Ta có : = +

= +

+ Ta vẽ hai véc tơ , biểu thị cho và , hai véc tơ ,

có

- Cùng phương , chiều với ,

- Độ lớn = = = = 40 (mm)

Với (mm/N) là tỉ lệ xích của họa đồ

+ Từ a1 , a2 vẽ hai đường thẳng ∆ và ∆ lần lượt là đường chỉ phương của và + Từ b1 , b2 vẽ hai đường thẳng d1 và d2 lần lượt là đường chỉ phương của và + Ta gọi c1 và c2là giao điểm của ∆ và d1 , ∆ và d2 khi đó ta có :

Hình 3.7 Họa đồ véc tơ

- Hai véc tơ , lần lượt là biểu thị của và có độ lớn đo được trên bản

vẽ :

= λ U = 109 (mm)

= R1 = 142 (mm)

- Hai véc tơ , lần lượt là biểu thị của và có độ lớn đo được trên bản

vẽ :

= = 19 (mm)

= R2 = 58 (mm)

+ Ta xét tỉ lệ R1 và R2 , ta có :

= = = 2,5 (3.8)

+ Mặt khác ta có mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh trước của một bánh xe là � = � + � = + (3.9) Trong đó bán kính r0được xác định theo công thức:

Đối với má trước:

= 161 , , ≈ 46( )

Đối với má sau:

= 159 , , ≈ 46( )

+ Kết hợp phương trình (3.8) và (3.9) ta có :

0,046 + 0,046 = 3210

− 2,5 = 0

Giải hệ phương trình ta được: ≈ 49845(�)≈ 19938(�)

Từ đây ta tính được tỉ lệ xích của họa đồ :

= = = 2,85.10-3(mm/N)

Vậy các đại lượng tác dụng lên cơ cấu phanh có giá trị là :

P1 = P2 = =

, = 14035(N)

U1 = =

, = 38245(N)

U2 = = =

, = 6667(N) 3.3.1.2 Xác định đường kính xylanh bánh xe

Xylanh bánh xe có tác dụng tạo lực ép cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh

Đường kính xylanh bánh xe được tính theo công thức :

= 2 (3.11)

Trong đó : P – lực phanh cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh Ta có :

p – áp suất dầu trong hệ thống phanh ( p = 8 MN/m2 )

Do đó ta có đường kính xi lanh bánh xe:

= 2 = 2. , = 0,045( ).

Chọn đường kính xi lanh bánh xe trước là dt = 45 (mm)

3.3.2.Cơ cấu phanh sau

Tương tự như cơ cấu phanh trước , phanh sau xe Hyundai 110XL cũng sử dụng

cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục

3.3.2.1 Xác định các thông số cơ bản

- Đường kính trống phanh :

� = 2 = 16.25,4 − 2.5 − 2.10 − 2.50 = 276,4 (mm)

- Bán kính trống phanh : r = = , = 138,2 (mm)

Bảng 3 2 Thông số má phanh Thông số

Cơ cấu phanh sau

a.Xác định góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

Má trước

= 2.1,92 +2.0,26 −2.0,26 −2.2,182.2,18 = 0,23

⇒ ≈ 12 57′

1, 92 + 1,92 − 2.1,92 (0,26 + 2,18) 1,92 = 157( )

Má sau

tg = cos2.0,28 − cos2.2,02

2.1,75 + sin2.0,28 − sin2.2,02 = 0,31

⇒ ≈ 17°13′

1, 75 + 1,75 − 2.1,75 (0,28 + 2,02) 1,75 = 153( ) b.Xác định các lực tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ

Đối với má trước:

= 157 , , ≈ 45( )

Đối với má sau:

= 153 , , ≈ 44( )

Tương tự giải hệ phương trình

0,045 + 0,044 = 1250

− 2,5 = 0

Ta được: ≈ 19968(�)

≈ 7987(�)

Từ đây ta tính được tỉ lệ xích của họa đồ :

= = = 7,1.10-3(mm/N)

Vậy các đại lượng tác dụng lên cơ cấu phanh có giá trị là :

= = =

, = 5633(N)

= =

, = 15352(N)

= =

, = 2676 (N)

3.3.2.2 Xác định đường kính xylanh bánh xe

Xylanh bánh xe có tác dụng tạo lực ép cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh Đường kính xylanh bánh xe được tính theo công thức :

= 2 (3.11)

Trong đó : – lực phanh cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh sau Ta có :

p – áp suất cực đại cho phép trong hệ thống phanh ( p = 8 MN/m2 )

Do đó ta có đường kính xi lanh bánh xe:

= 2 = 2. , = 0,03( ).

Chọn đường kính xi lanh bánh xe sau là ds = 30 (mm)

3.4.Tính toán thiết kế dẫn động phanh

3.4.1.Tính toán xylanh chính

Mục đích của việc tính toán xylanh chính là:

- Xác định được lực tác dụng lên bàn đạp phanh phải nhỏ hơn giá trị giới hạn

- Thỏa mãn hành trình bàn đạp cho phép

- Truyền dẫn hoặc tạo nên áp lực dầu trong đường ống để truyền tới cơ cấu chấp hành

3.4.1.1.Xác định hành trình bàn đạp phanh

Hình 3.8 Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực

Hành trình bàn đạp phanh:

Sbd = ( + ∆ ) ′ ≤ [ ] (3.12)

Trong đó :

+ Sbđ: Hành trình bàn đạp (mm)

+ So = (1,5  2) m : Khe hở giữa đầu đòn bẩy với piston,chọn So = 2 mm +ng = 1,1: Hệ số bổ sung xét đến phanh ngặt

+ ibd = ′ = 5 : Tỷ số truyền bàn đạp

+ Sbd  : Hành trình bàn đạp cho phép Sbd = 180 mm ( ô tô tải )

+  : Hành trình làm việc của piston xylanh chính (  = t + s )

 được xác định như sau:

Khi ta phanh thì dầu sẽ được đẩy từ xylanh phanh chính đến các xylanh bánh

xe trước và sau Do vậy thể tích dầu mất đi trong xylanh chính bằng tổng thể tích dầu được dẫn đến các xylanh bánh xe Nên ta có:

. ∆ = . + .

Suy ra : ∆ = . . (3.13)

Trong đó :

+ D: Đường kính xylanh phanh chính (mm)

+ dt : Đường kính xylanh phanh bánh xe trước (mm)

+ ds: Đường kính xylanh phanh bánh xe sau (mm)

+ : Hành trình làm việc của một piston trong xylanh phanh bánh xe trước (mm) + : Hành trình làm việc của một piston trong xylanh phanh bánh xe sau (mm)

Với cơ cấu phanh tang trống :

= = ( )( )

Với :

– Khe hở giữa má phanh và trống phanh , chọn = 0,3mm

- Độ mòn hướng kính cho phép của má phanh [ ] = 1÷1,5mm ( Nếu chiều dày má

lớn [ ] = 3÷4 mm

 = = ( )( ) = ( , , )( , )

, = 5,2 mm (3.14)

Từ (3.17) và (3.18) suy ra :

∆ = , ( ) (3.15)

Từ (3.16) và (3.19) suy ra :

Sbd = ( + , ( ) ). ′ ≤ [ ]

Mặt khác: Sbd  =180 (mm)

Sbd = (2 + , ( ) 1,1).5 ≤ 180 (mm) => D ≥ 32 mm

Chọn D = 32 (mm)

Hành trình bàn đạp:

Sbd = (2 + , ( ) 1,1).5 = 173 (mm) < [ ]

Vậy đường kính xylanh chính là D = 32 (mm)

3.4.1.2 Xác định lực tác dụng lên bàn đạp phanh

Lực tác động lên bàn đạp phanh:

= ≤ [ ] (N) (3.16)

Trong đó :

+ Qbd : Lực tác động lên bàn đạp phanh (N)

+ D: Đường kính xy lanh phanh chính (m)

+ l , l’ : Kích thước các đòn của bàn đạp ( m)

+ : Áp suất dầu trong hệ thống

+  : hiệu suất truyền lực ,  =0,92÷0,95, chọn  =0,92

+ Qbd:lực tác động lên bàn đạp cho phép : Qbd= 500 N

Vậy lực tác động lên bàn đạp phanh là:

= , 8.106. , = 1398 (�) > Qbd

Do lực tác động lên bàn đạp phanh lớn hơn giá trị cho phép, do vậy để giảm sức lao động của người lái lên bàn đạp phanh, nên ta cần bố trí thêm trợ lực chân không

3.4.2.Tính toán bộ trợ lực chân không

Hình 3.9 Sơ đồ bầu trợ lực chân không Lực tổng cộng tác dụng lên xylanh lực khi có thêm trợ lực chân không :

∗ = + (3.17)

Trong đó :

+ ∗ : Lực tổng cộng tác dụng lên bàn đạp (N)

+ : Lực tác dụng lên bàn đạp do người lái xe , chọn = 500(N) + :Lực do trợ lực gây ra (N)

Mặ khác :

= (3.18)

 = = 500 , 5.0,92 = 2,86 (MN/ )

Áp lực thủy lực do trợ lực gây ra :

= − (3.19) Trong đó :

+ : Áp lực thủy lực lớn nhất có thể tạo ra trong hệ thống thủy lực,

thường lấy = 8 (MN/ )

+ :Áp lực sinh ra do người lái tác dụng lực vào bàn đạp

+ : Áp lực thủy lực do trợ lực

Suy ra : = 8 – 2,86 = 5,14 (MN/ )

Lại có

= = , 5,14 10 = 4131,7 (N) (3.20)

= ∆ − � (N) (3.21)

Trong đó :

+ Qtl : Lực do trợ lực sinh ra (N)

+D: Đường kính xylanh phanh chính (m)

+Dm: Đường kính màng trợ lực (m)

+ : Áp lực thủy lực do trợ lực ( )

+ p : Độ chênh áp buồng chân không và không khí,p =0,5 ( ) + Flx : Lực đàn hồi lò xo, Flx =(3-6) (KG) , chọn Flx =5(KG)

Từ (3.20) và (3.21)

� = .( ∆ ) = (, , , ) = 0,32 (m) = 320 (mm)

Vậy đường kính của bộ trợ lực chân không là Dm= 320 mm

3.5 Tính toán kiểm nghiệm

3.5.1.Kiểm tra hiện tượng tự xiết

Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh :

[ ] = . . (3.22)

c – Khoảng cách từ tấm bánh xe đến tâm chốt quay của má phanh , c = 117,5 mm

- Cơ cấu phanh trước

Guốc trước :

[ ] = . . = , ′

, ′ = 0,81

[ ] > = 0,35 => không xảy ra hiện tượng tự xiết