TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIKHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ KHÍ Ô TÔ THỰC HÀNH THIẾT KẾ 2 Tên đề tài: Thiết kế Hệ thống phanh dẫn động thủy lực, trợ lực chân không, cơ cấu phanh đĩa trên xe c
TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PHANH
Giới thiệu phương án thiết kế
1.1.1 Giới thiệu phương án thiết kế.
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực kết hợp với trợ lực chân không và cơ cấu phanh đĩa là một cấu hình phanh hiện đại, phổ biến trên xe con, mang lại khả năng kiểm soát phanh tốt hơn và đảm bảo an toàn cho người lái Bài viết dưới đây sẽ cung cấp mô tả chi tiết về từng thành phần và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh này.
- Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh dẫn động thủy lực, trợ lực chân không, cơ cấu phanh đĩa:
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực bao gồm các thành phần chính như bàn đạp phanh, bầu trợ lực, xi lanh phanh chính, đĩa phanh trước và sau, cùng với các ống dẫn dầu phanh Cấu trúc này đảm bảo hiệu quả trong việc giảm tốc độ và dừng xe an toàn Các bộ phận như cụm càng phanh trước và sau cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối lực phanh đều, giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe, đồng thời giữ cho xe đứng yên trên đường trong thời gian dài Đây là một trong những hệ thống an toàn thiết yếu, đảm bảo sự di chuyển an toàn cho phương tiện, góp phần nâng cao năng suất vận tải và hiệu quả khai thác.
Hệ thống phanh thủy lực hoạt động dựa trên nguyên lý thủy tĩnh, trong đó dầu được tạo áp suất cao từ bàn đạp phanh tác động lên cơ cấu chấp hành Dầu dẫn động phanh được chuyển qua các xi lanh chính đến các xy lanh bánh xe ở cả phía trước và phía sau Dẫn động dầu thường được thiết kế theo dạng một dòng, nhưng hiện nay hệ thống phanh chính đã được tiêu chuẩn hóa với hai dòng độc lập để đảm bảo an toàn trong trường hợp một dòng bị hư hỏng Bộ phận phân chia dòng độc lập của xi lanh phanh chính có kết cấu hai buồng công tác độc lập.
Cúppen pít tông số 1 và số 2 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, với bu lông chặn giúp giữ cố định Đường dầu đến phía trước và phía sau đảm bảo cung cấp dầu hiệu quả, trong khi lò xo hồi số 1 và số 2 hỗ trợ việc trở về vị trí ban đầu Cuối cùng, cửa bù cũng góp phần vào hoạt động ổn định của hệ thống.
10.Cửa vào; 11.Pít tông số 1.
+ Xilanh phanh chính là xilanh kép (Tổng phanh), tức là trong xilanh phanh có hai pít tông, tương ứng với chúng là hai khoang chứa dầu riêng biệt.
Thân xilanh được chế tạo từ gang, với các lỗ bù và lỗ thông qua được gia công trên bề mặt Những lỗ này không chỉ có chức năng kết nối mà còn là điểm gá đặt cho các chi tiết khác trong hệ thống.
Mỗi buồng của xilanh chính đều có một pít tông riêng, được chế tạo từ nhôm đúc và có lò xo hồi vị độc lập Pít tông có gờ cố định gioăng làm kín ở đầu làm việc, cùng với các lỗ khoan và khoang chứa dầu để bù dầu trong hành trình trả Phía đuôi của pít tông có hốc chứa đầu cần đẩy, đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống.
+ Cúppen: Làm bằng cao su chịu dầu phanh, dịch chuyển trong xilanh cùng với pittông có tác dụng làm kín khi dầu có áp suất cao ở hành trình nén.
Khi người lái đạp bàn đạp phanh, lực đạp được truyền qua cần vào xilanh chính, làm pittông bên trong xilanh này di chuyển Áp suất thủy lực tạo ra trong xilanh chính sau đó được truyền qua các đường ống dầu phanh đến từng xilanh phanh, giúp kích hoạt hệ thống phanh.
Các chế độ vận hành:
Khi không tác động vào phanh, các pittông số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào (10) và cửa bù (9), tạo ra một đường đi giữa xilanh chính và bình chứa Pittông số 2 được lò xo hồi vị số 5 đẩy sang bên phải, nhưng bu lông chặn (2) ngăn cản nó di chuyển xa hơn.
Khi đạp bàn đạp phanh, pít tông số 1 di chuyển sang bên trái, làm kín cửa bù và chặn đường đi giữa xilanh và bình chứa Sự dịch chuyển này tăng áp suất thủy lực bên trong xilanh chính, tác động đến các xilanh phanh phía sau Đồng thời, áp suất cũng đẩy pít tông số 2, khiến nó hoạt động tương tự như pít tông số 1 và tác động vào các xilanh phanh của bánh trước.
Khi nhả bàn đạp phanh, các pittông trở về vị trí ban đầu nhờ áp suất thủy lực và lực của lò xo phản hồi Tuy nhiên, do dầu phanh từ các xilanh phanh không chảy về ngay, áp suất thủy lực trong xilanh chính tạm thời giảm xuống, tạo ra độ chân không Dầu phanh trong bình chứa chảy vào xilanh chính qua các cửa vào và các lỗ trên pittông Sau khi pittông trở về vị trí ban đầu, dầu phanh dần dần chảy từ xilanh phanh về xilanh chính và bình chứa qua các cửa bù, giúp khử các thay đổi về thể tích của dầu phanh do nhiệt độ thay đổi, ngăn ngừa áp suất thủy lực tăng lên khi không sử dụng phanh.
Trợ lực chân không là một bộ phận thiết yếu giúp giảm bớt lực cần thiết khi người lái sử dụng phanh Bộ phận này hoạt động bằng cách sử dụng áp suất chân không từ động cơ để hỗ trợ người lái, giúp việc phanh trở nên nhẹ nhàng hơn mà vẫn đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Hình 1.3 Bộ trợ lực chân không
Chân không là một thành phần quan trọng trong hệ thống van một chiều, giúp duy trì buồng áp suất không đổi Màng và pittông trợ lực đóng vai trò quyết định trong việc điều khiển lưu lượng khí Đĩa phản lực và thân van không khí đảm bảo hoạt động hiệu quả của hệ thống Cần điều khiển van và lọc khí giúp cải thiện hiệu suất và độ bền của thiết bị Phớt thân van và buồng áp suất thay đổi tạo ra sự linh hoạt trong quá trình vận hành Lò xo màng, thân trợ lực và cần đẩy là những yếu tố cần thiết để tăng cường khả năng điều chỉnh và kiểm soát áp suất, trong khi phớt thân trợ lực bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi hư hỏng.
*Khi không tác động phanh:
Hình 1.4 Hoạt động của bộ trợ lực khi không tác động phanh
Trong hệ thống chân không, van một chiều đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì buồng áp suất không đổi Pittông và van chân không giúp điều chỉnh dòng chảy của khí, trong khi cần điều khiển van và lọc khí đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu Van chân không mở và van điều khiển phối hợp với lò xo van điều khiển và lò xo hồi vị van khí để kiểm soát áp suất và lưu lượng khí hiệu quả Hệ thống bao gồm các cửa A và B, tạo điều kiện cho việc quản lý khí trong quá trình vận hành.
Van khí (21) được nối với cần điều khiển van (8) và bị kéo sang phải do lò xo hồi van khí
Van điều khiển (18) bị đẩy sang trái bởi lò xo van điều khiển (19), dẫn đến van khí (21) tiếp xúc với van điều khiển (18) và chặn không cho không khí bên ngoài vào buồng áp suất thay đổi (11) sau khi đi qua lọc khí (9) Khi đó, van chân không (17) của thân van (7) tách ra khỏi van điều khiển (18), tạo thông giữa cửa A và cửa B Nhờ đó, buồng áp suất không đổi (3) luôn duy trì độ chân không, đồng thời cũng giữ độ chân không trong buồng áp suất thay đổi.
(11) Kết quả là pittông bị đẩy sang phải bởi lò xo màng.
Tính toán các momen phanh cần thiết sinh ra tại một cơ câu phanh
Các thông số kĩ thuật xe tham khảo:
Loạ i Loại Z 1 Z 2 L hg Ký hiệu ô tô động cơ (N) (N) (mm) (mm) lốp
Các thành phần lực tác dụng lên ô tô khi phanh:
Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh:
G - Trọng lượng toàn bộ của ô tô (khi đầy tải),
Z’ 1 , Z’ 2 – Phản lực của mặt đường tác dụng lên các bánh xe của trục 1, 2 khi phanh,
P j - Lực quán tính của ô tô khi phanh,
P p1 , P p2 - Lực phanh từ đường tác dụng lên các bánh xe trục 1, 2,
P f1 , P f2 - Lực cản lăn từ đường tác dụng lên các bánh xe trục 1, 2,
Khi phanh, lực cản không khí, các lực cản lăn rất nhỏ, có thể bỏ qua Sự bỏ qua này chỉ gây ra sai số khoảng 1,5% ÷ 2%.
Xe được trang bị hệ thống phanh cho tất cả các bánh, giúp tối ưu hóa khả năng phanh Khi thực hiện phanh với cường độ tối đa, động cơ sẽ tách khỏi hệ thống truyền lực, và các lực cản như lực cản lăn, lực cản không khí, cùng với lực cản do quán tính của các khối lượng chuyển động sẽ được xem như rất nhỏ và gần như bằng không.
-Phương trình cân bằng momen tại O1:
L (1+J pmax h g a g ) -Phương trình cân bằng momen tại O2:
L (1+J pmax h g b g ) -Mômen phanh cần thiết sinh ra tại cơ cấu phanh của cầu trước và sau là:
G: Trọng lượng của ô tô khi đầy tải G = 16700 (Kg); a,b: Khoảng cách từ trọng tâm của xe đến tâm cầu trước, tâm cầu sau: a = Z 2
G L = 16700 9200 2600 = 1176,66 (mm) ≈ 1,17 (m) h g : Chiều cao trọng tâm của xe;
L: Chiều dài cơ sở của ô tô; φ : Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, chọn φ = 0,7;
J pmax : Gia tốc chậm dần cực đại khi có phanh, chọn J pmax = g.φ = 7 ( m/s 2 ) với J pmax ( 6,867 ÷ 7,848 ); d: Đường kính lắp của vành bánh xe d = 16 inch ≈ 406,4 (mm).
R bx : Bán kính làm việc của bánh xe:
BU %=> H = 0,55.B = 0,55 205 ≈ 112,75 (mm). λ: Hệ số kể đén sự biến dạng của lốp, với lốp áp suất thấp có λ= (0,93÷0,935) chọn λ = 0,93.
Hệ số phân bố lại trọng lượng khi phanh lên cầu trước (m1) được tính bằng công thức m1 = 1 + J pmax h g g b, với kết quả khoảng 1,3 Trong khi đó, hệ số phân bố lại trọng lượng khi phanh lên cầu sau (m2) được tính bằng công thức m2 = 1 + J pmax h g g a, cho kết quả khoảng 0,75.
Z’ 1 = Z 1 m 1 = 9200 1,3 = 11960 (N) + Momen phanh tại mỗi bánh xe cầu trước là:
+ Momen phanh tại mỗi bánh xe cầu sau là:
Tính toán các thông số cơ bản của hệ thống phanh
1.3.1 Xác định các thông số kích thước cơ bản của cơ cấu phanh trước. a) Đĩa phanh
Đường kính đĩa phanh cần được tính toán để đảm bảo khả năng lắp đặt vừa vặn với cơ cấu phanh trong vành bánh xe Do đó, việc xác định đường kính đĩa phanh phải tuân thủ các tiêu chí nhất định để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Dđ: Đường kính đĩa phanh
Dv: Đường kính vành bánh xe (Dv = 16 25,4 = 406,4 mm) δ v : Độ dày vành bánh xe (δ v = 5 mm)
∆ đ −v : Khe hở giữa đĩa và vành bánh xe ( ∆ đ −v Pmm)
Thay các giá trị vào biểu thức ta được:
*Các kích thước của đĩa phanh:
-Bán kính ngoài đĩa phanh: Rn = D đ
2 8 (mm) ≈ 0,15 (m) -Bán kính trong đĩa phanh: Rt = (0,55÷0,73).148 ≈ (81,51÷108,19), chọn Rt = 81 (mm) -Bán kính trung bình vành ma sát Rtb
148 2 −81 2 = 117 (mm) = 0,12 (m) -Độ dày của đĩa phanh δ = 25 (mm)
-Bề rộng e (mm) vành ma sát của đĩa phanh: e ≈ Rn - Rt ≈ 148 – 81 = 67 (mm) b) Má phanh
-Với cơ cấu phanh đĩa bề rộng má phanh được xác định theo lực ép tạo ra đĩa phanh
-Góc ôm má phanh trước αt
-Momen sinh ra tại cơ cấu phanh được xác định theo áp lực cho phép má phanh
Trong đó: q: Áp lực tác dụng giữa má phanh và phanh đĩa, chọn q ≤ [q], với [q] = 2 MN/m 2 = 2.10 6 N/m 2 μ: Hệ số ma át giữa má phanh và đĩa phanh, μ=0,3
A: Diện tích một má phanh, được xác định theo công thức
2−R t 2 ) 2 Suy ra công thức tính góc ôm tấm ma sát: α = M pbx
Góc ôm má phanh trước: α t = M p 1
(0 ,15 2 −0,081 2 ) 2.10 6 0 ,3 0 ,12 =1 , 05 rad -Bề rộng má phanh chọn gần giống với kích thước bề rộng đĩa với e = 66,2 (mm)
-Bán kính trong và bán khính ngoài của má phanh trước tương tự như đĩa phanh trước.
1.3.2 Tính toán các thông số kích thước cơ bản của cơ cấu phanh sau. a) Đĩa phanh
-Bán kính ngoài đĩa phanh: Rn = D n
2 = 296 2 8(mm) -Bán kính trong đĩa phanh: Rt = (0,55÷0,73).148 ≈ (81,51÷108,19), chọn Rt(mm) -Bán kính trung bình vành ma sát Rtb
148 2 −81 2 = 117 (mm) -Độ dày của đĩa phanh δ = 10 (mm)
-Bề rộng e (mm) vành ma sát của đĩa phanh: e ≈ Rn - Rt ≈ 148 – 81 = 67 (mm) b) Má phanh
Góc ôm má phanh trước: α t = M p2
(0 ,15 2 −0,082 2 ) 2.10 6 0 , 3 0 ,12 = 0 ,5 rad -Bề rộng má phanh chọn gần giống với kích thước bề rộng đĩa với e = 63,2 (mm)
-Bán kính trong và bán khính ngoài của má phanh trước tương tự như đĩa phanh
1.3.3 Tính toán kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh.
1.3.3.1 Kiểm tra công ma sát riêng L
Khi ô tô đang di chuyển với vận tốc V0 và dừng lại hoàn toàn (V=0), toàn bộ động năng ban đầu của xe được chuyển hóa thành năng lượng ma sát L tại hệ thống phanh.
Gọi tổng diện tích các má phanh là: A∑ ta có biểu thức tính công ma sát riêng như sau:
-G: Trọng lượng của ô tô khi đầy tải G = Z’1 + Z’2 = 11960 + 5625 = 17585 (N)
-A∑ : Tổng diện tích các má phanh
Với: At∑ :Diện tích một má phanh của cơ cấu phanh trước
As∑ :Diện tích một má phanh của cơ cấu phanh sau
Công ma sát riêng là:
2.9,81.467,36S2,92(J/cm 2 ) Vậy thoả mãn điều kiện : L ≤ [ L ] = 400 ÷ 1000 (J/cm 2 )
1.3.3.2 Áp suất trên bề mặt ma sát
-Áp suất trên bề mặt má phanh bị giới hạn bởi sức bền vật liệu
Các má phanh của hệ thống phanh đĩa có hình dạng phẳng, cho phép chúng ta áp dụng phương pháp tính toán tương tự như cách tính cho các đĩa ma sát trong ly hợp.
*Với cơ cấu phanh trước: q t =
-Đối với ô tô con áp suát giới hạn cho phép [q] = (1,8÷2,3) (MN/m 2 ) q t =
80 =1,8(MN/m 2 ) Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh trước nằm trong giới hạn cho phép
*Với cơ cấu phanh sau: q s =
Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh sau nằm trong giới hạn cho phép
1.3.3.3 Kiểm tra sự tăng nhiệt của đĩa phanh
' : Trọng lượng phân bố lên cầu trước khi phanh với cường độ lớn nhất
-V1,V2: Tốc độ ban đầu và tốc độ cuối quá trình phanh
-mp : Khối lượng đĩa phanh và chi tiết, mp = 4 (kg)
-c: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang, chọn c = 500 (J/Kg độ)
[τ] : Giới hạn nhiệt độ của đĩa phanh không quá 15° C cho trường hợp V1 = 30 (Km/h) và V2=0
Vậy cơ cấu phanh đảm bảo thoát nhiệt tốt
' : Trọng lượng phân bố lên cầu trước khi phanh với cường độ lớn nhất
-V1,V2: Tốc độ ban đầu và tốc độ cuối quá trình phanh
-mp : Khối lượng đĩa phanh và chi tiết, mp = 4 (kg)
-c: Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang, chọn c = 500 (J/Kg độ)
Tính toán các thông số cơ bản của dẫn động phanh (thủy lực hai dòng)
1.4.1 Tính toán đường kính và hành trình piston xi lanh phanh bánh xe.
1.4.1.1 Xy lanh phanh bánh xe trước
Sơ đồ phanh đĩa được thể hiện trên hình 2.4 Momen phanh trong trường hợp này tính tương tự như momen ma sát của ly hợp:
-Pt: Lực ép má phanh vào đĩa phanh cơ cấu phanh trước
-Rtb: Bán kính ma sát trung bình cơ cấu phanh trước
-μ: Hệ số ma sát, chọn μ = 0,35
2.0,35.0,12451,67(N) Mặt khác lực ép của má phanh vào đĩa còn được xác định theo công thức:
Áp suất dầu trong đường ống được chọn là pt = 800 (N/cm²) với số xilanh làm việc cơ cấu phanh trước n = 1 Đường kính xi lanh của cơ cấu phanh trước được tính theo công thức dt = 2.√(p₀.n.π), kết quả tính toán cho thấy P = 2.√(800.1.3) = 4,8 cm Cuối cùng, đường kính xi lanh được chọn là dt = 4,6 cm.
1.4.1.2 Xy lanh phanh bánh xe sau
Momen phanh trong trường hợp này tính tương tự như momen ma sát của ly hợp:
-Ps: Lực ép má phanh vào đĩa phanh cơ cấu phanh sau
-Rtb: Bán kính ma sát trung bình cơ cấu phanh sau
-μ: Hệ số ma sát, chọn μ = 0,35
2.0,35.0,12g96,9(N) Mặt khác lực ép của má phanh vào đĩa còn được xác định theo công thức:
Trong đó: n: Số xilanh làm việc cơ cấu phanh trước, chọn n=1 dt: Đường kính xi lanh của cơ cấu phanh trước d s =2.√ p t n π P =2 √ 800.1.3 6796 , ,14 9 = 3,29 (cm) chọn d s = 3,4 (cm)
1.4.2 Tính toán đường kính và hành trình piston xi lanh phanh chính.
1.4.2.1 Tính toán đường kính xi lanh. d t = 4 , 5 cm , d s
1.4.3 Tính toán kiểm tra hành trình bàn đạp.
1.4.3.1 Tính toán và phân phối tỉ số truyền dẫn động.
1.4.3.2 Tính toán thiết kế bộ trợ lực chân không.
38,7 a.Xác b.Tính lò xo màng cường hóa.
XÂY DỰNG BẢN VẼ KĨ THUẬT CỦA HỆ THỐNG PHANH
SolidWorks là phần mềm CAD 3D nổi bật do Dassault Systèmes phát triển, giúp người dùng thiết kế mô hình 3D cho các sản phẩm kỹ thuật, từ chi tiết nhỏ đến hệ thống phức tạp Để tạo ra một bản vẽ cơ bản, người dùng cần thực hiện một số bước cụ thể.
- Khởi động SolidWorks ta click chuột trái 2 lần vào biểu tượng:
- Sau đó, cửa sổ xuất hiện Sau đó, ta vào File => New Để vào môi trường làm việc với Solidworks.
+ Part: Mục thiết kế vẽ chi tiết, máy móc, khuôn mẫu
+ Assembly: Mục lắp ráp, mô phỏng, chuyển động
+ Drawing: Mục xuất bản về các hình chiếu để gia công.
- Sau đó, ta vào mục vẽ click vào Part→ Ok Môi trường thiết kế xuất hiện.
- Tại mục 1: Là không gian vẽ thiết kế.
Thanh quản lý là công cụ quan trọng, bao gồm các mặt phẳng để người dùng lựa chọn và thực hiện vẽ Tất cả các tác phẩm vẽ đều được lưu trữ và chỉnh sửa trực tiếp trên thanh này, giúp tối ưu hóa quy trình làm việc và tăng cường hiệu quả sáng tạo.
Mặt phẳng trước (Front Plane) là hình chiều đứng nhìn từ phía trước, trong khi mặt phẳng trên (Top Plane) là hình chiếu bằng nhìn từ trên xuống Mặt phẳng bên phải (Right Plane) là hình chiếu cạnh nhìn từ bên phải sang Lưu ý rằng khi vẽ, việc xác định đúng mặt phẳng của chi tiết là rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác và rõ ràng trong bản vẽ.
- Mục 3: Mục Sketch Cho phép về tất cả các lệnh 2D, bao gồm các lệnh như sau:
- Thao tác vẽ biên dạng ta làm như sau:
- Click trái chuột chọn mặt phẳng Font Plane sẽ xuất hiện biểu tượng , ta click vào.
Khi vẽ trong Solidworks, việc ràng buộc đầy đủ kích thước và hình học như thẳng hàng, đồng tâm, và song song là rất quan trọng Một cách đơn giản để thực hiện điều này là về điểm cố định đầu tiên tại gốc tọa độ.
Để bắt đầu vẽ đường thẳng, bạn hãy nhấp vào biểu tượng tương ứng, sau đó chọn một điểm tại gốc tọa độ và tiếp tục vẽ theo hình đã định Khi hoàn tất lệnh, bạn có thể thoát khỏi chế độ vẽ bằng cách nhấn phím ESC trên bàn phím.
Để lấy kích thước cho đoạn thẳng, bạn cần kích thước vào lệnh và nhấp vào đoạn thẳng mong muốn, sau đó nhập kích thước và nhấn Enter Kết quả sẽ hiển thị biên dạng với màu đen như hình minh họa.
- Để thay đổi kích thướt, click chuột trái 2 lần vào kích thướt muốn thay đổi, nhập kích thướt thay đổi và nhấn Enter,
Để xóa biên dạng đã vẽ, bạn chỉ cần nhấp vào biên dạng đó và nhấn Delete trên bàn phím, sau đó chọn Yes Tiếp theo, để vẽ đường tròn, hãy chọn tâm bằng cách nhấp vào gốc tọa độ, và bạn sẽ nhận được kết quả như hình.
2.2 Xây dựng vẽ bầu trợ lực
Bước 1: Vẽ biên dạng bầu trợ lực và tạo khối
Bước 2: Cắt lỗ chân không
Bước 3: Cắt lỗ thân bầu trợ lực
Bước 1: Vẽ biên dạng và tạo khối Đinh Ngọc Sơn
