thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên xe tham khảo là xe toyota

Đồ áN TốT NGHIệP Lời nói đầu Giao thông vận tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, đặc biệt là đối với các nớc có nền kinh tế phát triển. Có thể nói rằng mạng lới giao thông vận tải là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia muốn phát triển nhất thiết phải phát triển mạng lới giao thông vận tải. Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thông đờng bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lợng hàng và ngời đợc vận chuyển trong nội địa bằng ôtô. Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nghành ôtô ngày càng phát triển hơn. Khởi đầu từ những chiếc ôtô thô sơ hiện nay ngành công nghiệp ôtô đã có sự phát triển vợt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con ngời. Những chiếc ôtô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn để theo kịp với xu thế của thời đại. Song song với việc phát triển nghành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho ng- ời và xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn nh: cảI tiến cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất. Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ nhất là ở tốc độ cao; để nâng cao đợc năng suất vận chuyển ngời và hàng hoá là điều rất cần thiết. Đề tài này có nhiệm vụ Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên xe tham khảo là xe TOYOTA. Sau 12 tuần nghiên cứu thiết kế dới sự hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy Phạm Hữu Nam và toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô đã giúp em hoàn thành đợc đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam cùng toàn thể các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 1 Đồ áN TốT NGHIệP Chơng 1: Tổng quan về hệ thống phanh. I. Công dụng, phân loại, yêu cầu. I.1 Công dụng. - Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đấy hoặc dừng hẳn ôtô. - Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đờng dốc. I.2 Phân loại. I.2.1 Theo công dụng. Theo chức năng hệ thống phanh đợc chia thành các loại sau: - Hệ thống phanh chính (phanh chân). - Hệ thống phanh phụ. - Hệ thống phanh dừng (phanh tay). - Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ). I.2.2 Theo kết cấu cơ cấu phanh. Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh đợc chia thành hai loại sau: - Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc. - Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa. I.2.3 Theo dẫn động phanh. Theo dẫn động phanh thì hệ thống phanh đợc chia thành: - 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; NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 2 Đồ áN TốT NGHIệP - Hệ thống phanh dẫn động có cờng hóa. I.2.4 Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh. Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh I.2.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS). I.3 Yêu cầu của hệ thống phanh. Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đờng phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trờng hợp nguy hiểm. - Phanh êm dịu trong mọi trờng hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô - 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 - Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm bảo sử dụng hết trọng lợng bám của xe khi phanh ở các cờng độ khác nhau. - Không có hiện tợng tự xiết phanh - Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt - Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao nhất có thể và ổn định trong điều kiện sử dụng - Giữ đợc tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe - Có khả năng phanh khi ôtô dừng trong thời gian dài. NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 3 Đồ áN TốT NGHIệP II. Cấu tạo chung của hệ thống phanh. Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô đợc mô tả trên hình sau: Hình I.1. Hệ thống phanh trên Ô tô. Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính: - Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh đợc bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh trên ôtô. - Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Ví dụ nếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí. Nếu là dẫn động thuỷ 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. NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 4 Đồ áN TốT NGHIệP III. Cơ cấu phanh. Trên ô tô thờng có 2 loại:cơ cấu phanh guốc và cơ cấu phanh đĩa. Nhng phanh đĩa ngày càng đợc sử dụng nhiều trên ôtô hơn là phanh guốc đặc biệt là các lọai xe con có tốc độ cao vì nó có các u điểm sau: - Cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh (ma sát) ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, hơn cơ cấu phanh kiểu tang trống. Điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao. - Khối lợng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn nên tổng khối lợng của các chi tiết không treo nhỏ, nâng cao tính êm dịu và sự bám đờng của các bánh xe. - Khả năng thoát nhiệt ra môi truờng dễ dàng. - Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát. - Công nghệ chế tạo gặp ít khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản suất. - Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh. Từ các u điểm trên của phanh đĩa mà xe cần thiết kế là xe du lịch 4 chỗ ngồi nên ta chọn cơ cấu phanh là cơ cấu phanh đĩa. Sau đây là một số loại phanh đĩa thờng gặp: NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 5 Đồ áN TốT NGHIệP Phanh đĩa có hai loại: loại vỏ quay và loại đĩa quay. III.1 Phanh đĩa loại có giá đỡ xy lanh đi động (đĩa quay): Hình I.4 .b Đĩa phanh đợc bắt chặt với moayơ bánh xe nhờ các bu lông. Có hai tấm ma sát (guốc phanh )đợc lắp vào càng phanh, càng phanh đồng thời là xi lanh phanh. Khi ngời lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì dầu phanh từ xi lanh chính với áp suất cao đợc đa vào xi lanh chính làm pittông đẩy má phanh ép vào đĩa phanh, đồng thời với áp suất dầu cao làm cho càng phanh đợc đẩy với chiều lực đẩy ngợc lại, làm càng phanh trợt trên chốt trợt ép má phanh còn lại vào tấm NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 6 a) b) HìnhI.4 a) Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh đặt cố định. b) Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh di động. 1. Đĩa phanh , 2 . Giá đặt xylanh , 3 . má phanh , 4 . Piston . Đồ áN TốT NGHIệP ma sát và thực hiện quá trình phanh. Khi ngời lái nhả phanh làm áp suất dầu trong xi lanh chính giảm dầu phanh từ xi lanh bánh xe hồi về xi lanh chính.Pittông và càng phanh đợc hồi về vị trí ban đầu dới tác dụng của phớt pttông (cao su). Do khe hở phanh đợc điều chỉnh tự động bởi phớt pittông nên khe hở phanh không cần phải điều chỉnh bằng tay. III.2 Phanh đĩa loại có giá đỡ xy lanh cố định (vỏ quay): Hình I.4a Loại này, giá đỡ đợc bắt cố định trên dầm cầu. Trên giá đỡ bố trí hai xi lanh bánh xe ở hai đĩa của đĩa phanh. Trong các xi lanh có pittông, mà một đầu của nó luôn tì vào các má phanh. Một đờng dầu từ xi lanh chính đợc dẫn đến cả hai xi lanh bánh xe. IV. Dẫn động phanh. Trên ô tô hiện nay có rất nhiều kiểu dẫn động nh :dẫn động cơ khí ,dẫn động thuỷ lực ,dẫn động khí nén ,dẫn động thuỷ lực kết hợp khí nén. Dẫn động bằng cơ khí hiện nay chỉ đợc sử dụng ở cơ cấu phanh tay ,dẫn động khí nén và thuỷ lực kết hợp với khí nén đợc sử dụng trên ô tô tải trung bình và lớn .Xe cần thiết kế hệ thống phanh là xe du lịch 4 chỗ không đòi hỏi lực bàn đạp lớn nắm và xe có tốc độ cao nên chọn dẫn động phanh bằng thủy lực vì dẫn động phanh thủy lực tác động phanh nhanh, dễ dàng bố trí trên ôtô.Dẫn động phanh bằng thuỷ lực có đặc điểm sau: ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng đợc coi nh không đàn hồi khi ép). Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn đạp phanh, xi lanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xi lanh công tác (xi lanh bánh xe). Dẫn động phanh dầu có u điểm phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do dầu không bị nén). Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm là tỉ số truyền của dẫn động dầu không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 7 Đồ áN TốT NGHIệP thống phanh dẫn động thuỷ lực thờng đợc sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ. Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ của mạch dẫn động ngời ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng. a/ Dẫn động một dòng có nghĩa là từ đầu ra của xi lanh chính chỉ có một đờng dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xi lanh công tác của các bánh xe. Dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản nhng độ an toàn không cao. Vì một lý do nào đó, bất kỳ một đờng ống dẫn dầu nào đến các xi lanh bánh xe bị rò rỉ thì dầu trong hệ thống bị mất áp suất và tất cả các bánh xe đều bị mất phanh. 1. Bánh xe 2. Đĩa phanh 3. Xi lanh bánh xe 4. Xi lanh chính 5. Bàn đạp NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 8 Đồ áN TốT NGHIệP b/ Dẫn động hai dòng có nghĩa là từ đầu ra của xi lanh chính có hai đờng dầu độc lập dẫn đến các bánh xe của ôtô. Để có hai đầu ra độc lập ngời ta có thể sử dụng một xi lanh chính đơn kết hợp với một bộ chia dòng hoặc sử dụng xi lanh chính kép (loại "tăng đem"). Hiện nay dẫn động hai dòng đợc dùng nhiều do nó có những u điểm hơn hẳn loại dẫn động một dòng. 1. Bánh xe 2. Đĩa phanh 3. Xi lanh bánh xe 4. Xi lanh chính 5. Bàn đạp V.Trợ lực phanh: Để giảm lực bàn đạp cho ngời lái trên hệ thống phanh xe lắp thêm bộ trợ lực.Có rất nhiều loại trợ lực,sau đây là một số loại trợ lực: *Trợ lực cờng hoá bằng khí nén. Ưu điểm: - Lực cờng hoá lớn, vì áp suất khí nén có thể đạt 57 KG/cm 2 . Bảo đảm đợc quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh . Nhợc điểm: NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 9 Đồ áN TốT NGHIệP - Số lợng các cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp, cồng kềnh , động cơ phải kèm theo máy nén khí , giá thành cao. *Trợ lực cờng hoá bằng chân không. Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo đợc trọng tải chuyên chở và tốc độ khi ôtô chuyển động. Ngợc lại khi phanh có tác dụng làm cho công suất của động cơ có giảm vì hệ số nạp giảm, tốc độ của ôtô lúc đó sẽ chậm lại một ít làm cho hiệu quả phanh cao. Bảo đảm đợc quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh .So với phơng án dùng trợ lực phanh bằng khí nén, thì kết cấu bộ cờng hoá chân không đơn giản hơn nhiều, kích thớc gọn nhẹ,dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ bố trí trên xe. Nhợc điểm: Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm 2 , áp suất khí trời là 1 KG/cm 2 , do đó độ chênh áp giữa hai buồng của bộ cờng hoá không lớn. Muốn có lực cờng hoá lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thớc của bộ cờng hoá tăng lên. Phơng án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại loại xe du lịch, xe vận tải, xe khách có tải trọng nhỏ và trung bình. *Cờng hoá chân không kết hợp với thuỷ lực. Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp. Bảo đảm đợc quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh . Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp , phải cần thêm xilanh thuỷ lực . * Cờng hoá bằng năng lợng điện từ. Ưu điểm: Có thể thiết kế đồng hoá cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi phần lập trình. NGUYễN ĐĂNG BìNH LớP Ô TÔ - K47 10 [...]... tăng hiệu quả phanh vì khi phanh sẽ làm hệ số nạp giảm do đó công suất của động cơ có giảm , lúc đó tốc độ của ôtô sẽ chậm lại một ít Kết luận chung: Xe cần thiết kế hệ thống phanh là xe du lịch 4 chỗ có tốc độ cao nên chọn dẫn động phanh bằng thủy lực vì dẫn động phanh thủy lực tác động phanh nhanh, dễ dàng bố trí trên ôtô Với cầu trớc và cầu sau chọn cơ cấu phanh đĩa loại có giá đỡ xy lanh di động... tạo hệ thống phanh thiết kế 1 Bánh xe 2 Đĩa phanh 3 Xi lanh bánh xe 4 Xi lanh chính 5 Trợ lực phanh 6 Bàn đạp 7 Bộ điều hoà lực phanh II Tính toán, thiết kế cơ cấu phanh Trọng lợng phân bố lên cầu trớc và cầu sau: NGUYễN ĐĂNG BìNH 13 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP G1 = G ì 55% = 2010 ì 0,55 ì 9.81 = 10844,96( N ) G2 = G ì 45% = 8873,14( N ) Xe sủ dụng lốp có ký hiệu: 215/60 R16 Bán kính thiết kế của... cho không khí luồn vào làm mát cho đĩa phanh và má phanh tránh đợc hiện tơng sôi dầu khi cần phanh liên tục - Kết cấu đơn giản hơn loại phanh đĩa có giá cố định, tạo điều kiện hạ giá thành của cụm chi tiết cơ cấu phanh NGUYễN ĐĂNG BìNH 11 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP Để tính toán hệ thống phanh cho xe con ta tiến hành theo các bớc là: -tính cơ cấu phanh bao gồm:tính toán đĩa phanh, tấm ma sát,đờng... 145 mm Trong quá trình xe chạy đĩa phanh quay còn má phanh đứng yên, khi thực hiện qúa trình phanh thì má phanh ép vào đĩa phanh để giảm vận tốc của đĩa phanh, khi đó có sự trợt giữa má phanh và đĩa phanh Do đĩa phanh có hình tròn nên vận tốc trợt ở mép trong của má phanh nhỏ hơn vận tốc trợt ở mép ngoài của má phanh, do vậy phía trong của má phanh sẽ ít mòn hơn phía ngoài của má phanh Sự chênh lệch về... nhất là đạt đợc hiệu quả phanh nh mong muốn Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203,2 mm ta chọn bán kính ngoài của đĩa phanh là Rng = 150 mm; bán kính trong của đĩa phanh Rtr = 87 mm II.2.2.2 Xác định kích thớc má phanh + Má phanh có dạng nh hình vẽ Ta chọn kích thớc ngoài của má phanh R2 = 145 mm Trong quá trình xe chạy đĩa phanh quay còn má phanh đứng yên, khi thực hiện qúa trình phanh thì má phanh. .. sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trớc là : M p1 = 1, 29 ì 10844,96 ì 0, 7 ì 0,39 = 1909, 79( Nm) 2 Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là: M p2 = 0, 64 ì 8873,14 ì 0, 7 ì 0, 39 = 781, 73( Nm) 2 II.2 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh II.2.1 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh trớc: NGUYễN ĐĂNG BìNH 15 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP II.2.1.1 Xác định kích thớc của đĩa phanh Đĩa phanh phải có kích thớc... sát áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh Lực ép má phanh trớc là: P = Q1 = 26146, 61 ( N ) 1 Diện tích một má phanh là: NGUYễN ĐĂNG BìNH 21 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP F= F1 125, 6 = = 62,8(cm 2 ) 2 2 Do đó áp suất trên bề mặt ma sát má phanh trớc là: q1 = P 26146, 61 1 = = 416,34 ( N / cm 2 ) F 62,8 Lực ép má phanh sau là: P2 = Q2... chèn dập NGUYễN ĐĂNG BìNH 24 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP Chơng 3: Thiết kế tính toán dẫn động phanh I.Tính toán dẫn động phanh - Sơ đồ dẫn động phanh 1 Bánh xe 2 Đĩa phanh 3 Xi lanh bánh xe 4 Xi lanh chính 5 Trợ lực phanh 6 Bàn đạp 7 Bộ điều hoà lực phanh I.1 Xác định đờng kính làm việc của xy lanh bánh xe Đã đợc xác định ở trên I.2 Chọn đờng kính xilanh chính D, kích thớc đòn bàn đạp l, l Để... 10340,34 ( N ) Diện tích một má phanh là: F= F2 104, 67 = = 52,335(cm 2 ) 2 2 Do đó áp suất trên bề mặt ma sát má phanh sau là: q2 = P2 10340,34 = = 197,58 ( N / cm 2 ) F 52,335 Từ kết quả trên ta thấy tấm ma sát đủ bền NGUYễN ĐĂNG BìNH 22 LớP Ô TÔ - K47 Đồ áN TốT NGHIệP II.4 Tính bền chốt dẫn hớng: Lực ép giữa má và đĩa phanh cực đại là : Pmax = 26146, 61N Với mỗi cơ cấu phanh ta có 4 chốt do đó lực... tản nhiệt của đĩa phanh đợc nhanh chóng và đĩa phải có khối lợng nhỏ nhng vẫn phải đảm bảo việc quan trọng nhất là đạt đợc hiệu quả phanh nh mong muốn Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203,2 mm ta chọn bán kính ngoài của đĩa phanh là Rng = 150 mm; bán kính trong của đĩa phanh Rtr = 85 mm II.2.1.2 Xác định kích thớc má phanh + Má phanh có dạng nh hình vẽ Ta chọn kích thớc ngoài của má phanh R2 = 145 . là điều rất cần thiết. Đề tài này có nhiệm vụ Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên xe tham khảo là xe TOYOTA. Sau 12 tuần nghiên cứu thiết kế dới sự hớng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy. thống phanh với cơ cấu phanh guốc. - Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa. I.2.3 Theo dẫn động phanh. Theo dẫn động phanh thì hệ thống phanh đợc chia thành: - Hệ thống phanh dẫn động cơ khí; - Hệ thống. khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS). I.3 Yêu cầu của hệ thống phanh. Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu