Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe tải 3 tấn

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU4CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH5I. Công dụng, phân loại, yêu cầu:51.1 Công dụng:51.2 Phân loại:51.3. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh:6II. Kết cấu hệ thống phanh:72.1 Các hệ thống phanh trên ôtô:72.2 Cơ cấu phanh:82.3 Dẫn động phanh:14III. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh:243.1 Chọn phương án thiết kế:243.2 Nguyên lý hoạt động của một số cụm chi tiết chính:26CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH33I. Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh:331.1 Đối với cơ cấu phanh trước:371.2 Đối với cơ cấu phanh sau:37II. Xác định momen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra:372.1 Các lực và momen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc:372.2 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc:382.3 Xác định góc ( ), bán kính () và điểm đặt lực (ro) của lực R:392.4 Xác định các lực tác dụng dựa trên họa đồ lực phanh:42III. Hiện tượng tự siết:463.1 Quan hệ giữa lực P và momen phanh Mp:463.2 Kiểm tra hiện tượng tự siết:47IV. Xác định các kích thước má phanh:484.1 Tỷ số p:484.2 Công ma sát riêng:494.3 Áp suất lên bề mặt má phanh:494.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh:50V. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống:525.1 Tính bền trống phanh:525.2 Tính bền chốt phanh:535.3 Tính bền lò xo hồi vị:54VI. Thiết kế tính toán dẫn động:566.1 Thiết kế tính toán máy nén khí:566.2 Thiết kế tính toán van phân phối:57CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLIDWORKS ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH60I. Tổng quan về phần mềm Solid works:60II. Mô hình hóa kết cấu phanh:60III. Mô phỏng lắp ghép kết cấu phanh:64CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG ANSYS ĐỂ TÍNH BỀN GUỐC PHANH66I. Tổng quan về phần mềm ansys:66II. Tính bền guốc phanh:662.1 Phương pháp tính toán:662.2 Các bước tính toán:672.3 Xử lý kết quả:70CHƯƠNG V: NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG71I. Cơ cấu phanh:711.1 Mòn các cơ cấu phanh:711.2 Mất ma sát trong cơ cấu phanh:711.3 Bó kẹt cơ cấu phanh:72II. Dẫn động điều khiển phanh:72KẾT LUẬN74TÀI LIỆU THAM KHẢO75PHỤ LỤC76

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 5

I Công dụng, phân loại, yêu cầu: 5

1.1 Công dụng: 5

1.2 Phân loại: 5

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh: 6

II Kết cấu hệ thống phanh: 7

2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô: 7

2.2 Cơ cấu phanh: 8

2.3 Dẫn động phanh: 14

III Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh: 24

3.1 Chọn phương án thiết kế: 24

3.2 Nguyên lý hoạt động của một số cụm chi tiết chính: 26

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH 33

I Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh: 33

1.1 Đối với cơ cấu phanh trước: 37

1.2 Đối với cơ cấu phanh sau: 37

II Xác định momen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra: 37

2.1 Các lực và momen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc: 37

2.2 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc: 38

2.3 Xác định góc ( ), bán kính () và điểm đặt lực (ro) của lực R: 39

2.4 Xác định các lực tác dụng dựa trên họa đồ lực phanh: 42

III Hiện tượng tự siết: 46

3.1 Quan hệ giữa lực P và momen phanh Mp: 46

3.2 Kiểm tra hiện tượng tự siết: 47

IV Xác định các kích thước má phanh: 48

4.1 Tỷ số p: 48

4.2 Công ma sát riêng: 49

4.3 Áp suất lên bề mặt má phanh: 49

4.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh: 50

V Tính bền một số chi tiết trong hệ thống: 52

5.1 Tính bền trống phanh: 52

5.2 Tính bền chốt phanh: 53

5.3 Tính bền lò xo hồi vị: 54

VI Thiết kế tính toán dẫn động: 56

6.1 Thiết kế tính toán máy nén khí: 56

6.2 Thiết kế tính toán van phân phối: 57

CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLIDWORKS ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH 60

I Tổng quan về phần mềm Solid works: 60

II Mô hình hóa kết cấu phanh: 60

III Mô phỏng lắp ghép kết cấu phanh: 64

CHƯƠNG IV: SỬ DỤNG ANSYS ĐỂ TÍNH BỀN GUỐC PHANH 66

I Tổng quan về phần mềm ansys: 66

II Tính bền guốc phanh: 66

2.1 Phương pháp tính toán: 66

2.2 Các bước tính toán: 67

2.3 Xử lý kết quả: 70

CHƯƠNG V: NHỮNG HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRONG QUÁ TRÌNH SỬ DỤNG 71

I Cơ cấu phanh: 71

1.1 Mòn các cơ cấu phanh: 71

1.2 Mất ma sát trong cơ cấu phanh: 71

1.3 Bó kẹt cơ cấu phanh: 72

II Dẫn động điều khiển phanh: 72

KẾT LUẬN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 76

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ôtô Việt Nam hiện nay đang trên đà phát triển mạnh mẽ, nhà nước cũngchú trọng đầu tư và phát triển để đưa trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta tiếnlên phát triển cùng thế giới, các trường đại học cũng chú trọng đầu tư nâng cấptạo điều kiện tốt nhất cho sinh viên học tập và nghiên cứu

Là một kỹ sư tương lai ngành ôtô, phải nắm bắt được chắc chắn quy trình làmviệc, thiết kế tính toán ra sản phẩm của ôtô

Trong ôtô hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất đòi hỏiphải tính toán thiết kế thật cẩn thận, tỉ mỉ vì liên quan trực tiếp đến tính mạngngười điều khiển, đòi hỏi yêu cầu về quãng đường phanh, gia tốc phanh, độ êmdịu, thời gian phanh hợp lý Ngày càng phải hoàn thiện hơn để phù hợp với yêucầu giảm tốc độ, dừng xe với những loại xe ngày càng đạt ưu thế về P và vận tốc

Xe tải ngày nay có rất nhiều loại, rất tiện dụng, khả năng chuyên chở cũng tănglên rất nhiều cùng với thẩm mỹ cũng được chú trọng, trong đó hệ thống phanh làmột trong những hệ thống quan trọng nhất, phải đảm bảo độ ổn định để tránhnhững tai nạn thảm khốc nhất, nên em đã chọn làm đề tài nghiên cứu thiết kế hệthống phanh làm đề tài cho đồ án tốt nghiệp Đề tài có tựa đề:

“ Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe tải 3 tấn”

Được sự giúp đỡ tận tình của thầy ThS Trần Thanh Tùng em đã hoàn thành đồ

án của mình Mặc dù vậy trong khuôn khổ thời gian hạn chế, kinh nghiệm thực

tế và kiến thức còn hạn hẹp, em kính mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội ngày 15/5/2012

Sinh viên thiết kế

Đoàn Vũ Điệp

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

I Công dụng, phân loại, yêu cầu:

1.1 Công dụng:

- Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ôtô hoặcgiữ ôtô đứng yên trên một độ dốc nhất định Thông thường, quá trìnhphanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phầnđứng yên trên xe, như vậy động năng chuyển động của xe biến thành nhiệtnăng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trường xung quanh

- Hệ thống phanh trên ôtô gồm có các bộ phận chính:

 Cơ cấu phanh: Được bố trí gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơcấu ma sát nhằm tạo ra momen hãm trên các bánh xe của ôtô khi phanh

 Dẫn động phanh: Bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển(bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt độngcủa cơ cấu phanh Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lựcđiều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạtđộng của cơ cấu phanh

1.2.2 Theo các bộ phận cơ bản của hệ thống:

- Theo cơ cấu phanh:

1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãngđường 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 kéođiều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người

- Phanh êm dịu và đảm bảo ổn định của ôtô khi phanh

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lựcbàn đạp với sự phanh của ôtô trong quá trình thực hiện phanh

- Phân bố momen phanh hợp lý để tận dụng tối đa trọng lượng bám tại cácbánh xe và không xảy ra hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với cáccường độ lực bàn đạp khác nhau

- Không có hiện tượng tự siết

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấuphanh trong mọi điều kiện sử dụng.

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong điều kiện

sử dụng

- Lực bám trên các bánh xe tỷ lệ thuận với lực điều khiển bàn đạp

- Có khả năng giữ ô tô trên dốc trong một thời gian dài

- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọitrường hợp sử dụng kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng

II Kết cấu hệ thống phanh:

2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô:

- Trên ôtô thường có các hệ thống phanh: Phanh chính, phanh dừng vàphanh dự phòng

- Phanh chính: Là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanhkhác Có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô đang chuyển động khicần thiết Được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động bằng khínén hoặc thủy lực

- Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ô tô ở trạng thái dừng trong thời giandài, có khả năng giữ ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định Được dẫn độngbằng cơ khí, điều khiển bằng tay

- Phanh dự phòng: Nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh khi hệ thống này

bị sự cố trên đường Có thể dùng chung hệ thống với phanh dừng

- Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, cótác dụng giảm tốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanhchính hoặc các phanh khác Hệ thống phanh này có thể là phanh thủy lực,

bố trí ở trục thứ cấp của hộp số hoặc phanh bằng động cơ với một van điềukhiển đặt trên đường xả khí của động cơ.

2.2 Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh ôtô chủ yếu có hai dạng: Phanh tang trống và phanh đĩa

- Phanh tang trống: Chủ yếu trên xe ôtô có tải trọng lớn (xe tải, xe khách vàmột số loại ôtô con)

- Phanh đĩa dùng nhiều trên ôtô con, trong đó chủ yếu là cơ cấu phanhtrước

2.2.1 Cơ cấu phanh tang trống:

a Đối với dẫn động phanh thủy lực:

- Hình 1.1 là cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực, đạp bàn đạp phanh

sẽ đẩy dầu từ xilanh phanh chính qua các đường ống tuyô dầu tới xi lanhphanh bánh xe, dầu sẽ tác dụng và hai đầu piston của xilanh phanh chínhđẩy đầu guốc phanh vào tỳ vào trống phanh thực hiện sự phanh

- Sau khi nhả bàn đạp phanh, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị kéo guốcphanh về vị trí ban đầu khi chưa phanh, đưa hệ trở về vị trí cân bằng

Hình 1.1: Cơ cấu phanh tang

8 Má của guốc siết

- Phụ thuộc chiều quay của bánh xe mà phân loại guốc siết và guốc nhảtrong cùng 1 bánh xe, guốc siết có bề mặt tiếp xúc lớn hơn do chịu tácdụng của momen lớn nên thường làm dài hơn guốc nhả, khi bảo dưỡngcần chú ý lắp vào đúng chỗ tránh nhầm lẫn

- Sau một thời gian làm việc, má phanh bị mòn dẫn đến tăng khe hở giữatang trống và má phanh, tăng hành trình bàn đạp phanh, giảm hiệu quảphanh hay phanh không “ăn”, ta cần tiến hành giảm khe hở giữa má phanh

và tang trống Có thể xoay cam lệch tâm (mặt cắt A-A) hoặc xoay phớtlệch tâm (mặt cắt C-C) để đẩy guốc phanh gần vào trống phanh hơn

b Đối với dẫn động phanh khí nén:

Hình 1.2: Cơ cấu phanh tang

- Hình 1.2 trình bày về cơ cấu

phanh đối xứng qua trục dẫn động khí nén, khi đạp bàn đạp phanh, mở vankhí nén cấp cho cơ cấu phanh ở các bầu khí nén, tác dụng vào màng ở bầukhí nén 3 Tác dụng vào đòn quay đứng làm xoay cam 6 tỳ vào đầu của 2guốc phanh thực hiện sự phanh

- Khi má phanh bị mòn điều chỉnh bulông điều chỉnh vị trí tương đối củamàng so với xilanh khí

- Khe hở giữa các guốc phanh và trống phanh phải được điều chỉnh thườngxuyên trong quá trình sử dụng Các cơ cấu điều chỉnh sử dụng hiện nay rấtphong phú, trong đó có các phương pháp điều chỉnh tự động.

Hình 1.3: Cơ cấu phanh xe Toyota innova.

1 Cơ cấu tự điều chỉnh khe hở

2,3 Lẫy gạt

4 Vành răng

- Trên hình 1.3 là phanh sau của xe Toyota

Innova cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má

phanh và tang trống thực hiện nhờ đòn

chống hai guốc phanh đòn chống 1 gồm 3

phần: Hai đầu đòn chống và thân đòn có ren, vành răng số 4, lẫy gạt 2, 3.Mỗi lần kéo phanh tay hoặc phanh chân, lẫy gạt sẽ bị xoay đi một góc, đầu

2 của lẫy gạt nhấc khỏi vị trí tiếp xúc với vành răng 4 và trở về vị trí banđầu nếu khe hở vẫn nằm trong giới hạn, nếu khe hở giữa má phanh vàguốc phanh lớn quá thì hành trình di chuyển của đầu lẫy gạt sẽ lớn lên và

di chuyển lên tỳ vào răng bên cạnh của vành răng làm xoay vành răng điđẩy 2 guốc phanh tiến gần tang trống hơn

c Các chi tiết cơ bản của cơ cấu phanh tang trống:

- Tang trống phanh:

 Tang trống là chi tiết luôn quay

cùng bánh xe, chịu lực ép của

các guốc phanh từ trong ra, bởi

vậy tang trống phải có bề mặt ma

sát với má phanh, độ bền cao, ít

biến dạng, cân bằng tốt, dễ truyền nhiệt

Hình 1.4: Tang trống trên ôtô con

 Vật liệu chế tạo tang trống thường là gang, trên ôtô con có thể đượcchế tạo từ hai loại vật liệu cơ bản: Hợp kim nhôm với ống lót gang(hình 1.4 c).

 Tang trống có chiều dày khá lớn, bề

mặt bên trong hình trụ tròn xoay có độ

bóng đảm bảo khả năng tạo ma sát cao

Liên kết với moay ơ nhờ các bulông

ghép chắc hoặc vít định vị đồng tâm

với trục quay bánh xe Trên hình 1.5 là

tang trống của cơ cấu phanh trước xe

tải 3 tấn

- Guốc phanh và má phanh:

 Má phanh được chế tạo từ vật

liệu chịu mài mòn, có hệ số

bề mặt trụ của tang trống

 Trên ôtô con má phanh được dán với guốc phanh bằng keo dính đặcbiệt, có khả năng bám chắc trên bề mặt guốc phanh khi chịu lực (hình1.6 c)

 Guốc phanh đúc được chế tạo cho cơ cấu phanh ôtô tải vừa và lớn.Cấu trúc tiết diện thường gặp là dạng chữ T Các guốc phanh yêu cầu

độ cứng vững cao có tiết diện chữ π

 Guốc phanh hàn chế tạo từ thép lá dài từ 3 – 5 mm, có cấu trúc gồm:

Bề mặt cong tròn và xương tăng cứng Thường dùng trên ôtô con

- Cam quay:

 Cam quay nằm trong cơ cấu phanh tang

trống với dẫn động phanh khí nén Khi

phanh, áp lực khí nén nhờ bầu phanh đẩy

cam quay, guốc phanh dịch chuyển, thực

hiện quá trình phanh tang trống

 Hình 1.7 và 1.8, trình bày về các loại cam

quay acsimet và cycloit là các loại cam

thông dụng dùng cho cơ cấu phanh tang

trống dẫn động khí nén

 Khi cam tựa lên guốc, với hai lực

tác dụng P, cách nhau một khoảng

2d bằng đường kính vòng tròn cơ

sở của biên dạng cam, ta đi so sánh

hai loại cam này

- Biên dạng cam acsimet chế

tạo đơn giản hơn, nhưng khoảng cách 2d lớn và ảnh hưởng tớihiệu quả sinh ra momen phanh của cơ cấu phanh khác nhaunhiều

- Cam cycloit cho phép khoảng 2d nhỏ hơn nên được dùng phổbiến, nhưng việc chế tạo biên dạng cam phức tạp hơn

Hình 1.7: Cam acsimet

Hình 1.8: Cam cycloit

2.2.2 Cơ cấu phanh đĩa:

- Các loại xe tải ít dùng phanh đĩa nhất là loại xe tải 3 tấn vì tuy độ an toàntin cậy cao hơn, giảm được momen phanh nhưng do là loại xe tải chuyênhoạt động trong những vùng địa hình bụi bặm mà loại phanh đĩa thì khảnăng bao kín che bụi là rất kém, khi hoạt động bùn đất bám vào làm bó kẹtlàm mất hiệu quả phanh và một lý do nữa là giá thành sản phẩm sẽ rất đắtđỏ

- Ban đầu trong xilanh 3 luôn chứa dầu, piston ép tỳ vào má phanh, bộ phậnđảm nhận nhiệm vụ tạo khe hở giữa má và đĩa phanh là phớt hồi vị (hình1.10), cơ cấu định vị giúp má phanh chỉ có thể chuyển động dọc trục

Hình 1.9: Hình dạng phanh đĩa và cơ cấu hồi vị piston

Hình 1.10: Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa

1.

Đĩa phanh 2.

Má phanh

vị trí ban đầu, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh đúng bằng sự biến dạngcủa phớt.

7 Thanh cân bằng 8,9 Dây cáp dẫn động phanh 10 Giá

11,13 Mâm phanh 12 Xilanh phanh bánh xe

- Cơ cấu dẫn động phanh bằng cơ khí có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ bốtrí nhưng không tạo được momen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển của

người lái, cần phải sử dụng lực lớn để tạo ra momen phanh lớn gây mệtmỏi và mất quá nhiều sức lực của người sử dụng, nên hệ thống này thườngchỉ được sử dụng ở hệ thống phanh dừng (phanh tay).

2.3.2 Dẫn động thủy lực:

a Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

 Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

 Luôn đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe vì áp suất trong hệthống chỉ tăng khi tất cả các má phanh đã được ép vào tang trống

 Hiệu suất cao

 Kích thước đơn giản, nhỏ và giá thành thấp

 Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi

cơ cấu phanh

 Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

b Các loại phân phối dòng dẫn động:

- Truyền động một dòng: Sử dụng rộng rãi trên ôtô trước đây vì kết cấu đơn

- Truyền động nhiều dòng: Mục đích để tăng hiệu quả phanh, độ tin cậy,

phân phối nhiều dòng độc lập với chung một bộ phận điều khiển là bànđạp phanh, trong trường hợp một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng khácvẫn làm việc đảm bảo phanh được

Hình 1.12: Sơ đồ các loại phân phối dòng dẫn động

- Ở hình 1.12, mỗi sơ đồ có ưu nhược điểm riêng cho nên chọn sơ đồ phândòng phải dựa vào các yếu tố:

 Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

 Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

- Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực hai dòng độc lập (hình1.13):

 Sơ đồ hình 1.13 sử dụng xilanh chính có hai khoang công tác riêngbiệt thể hiện trên hình vẽ, dòng thứ nhất bắt đầu từ khoang sau củaxilanh chính 3 theo đường ống 4 tới các xilanh công tác 5 để điềukhiển các cơ cấu phanh đĩa của các bánh xe cầu trước 6, dòng thứ hai

đi từ khoang trước của xilanh chính theo đường ống 7 qua bộ điều hòalực phanh 8 tới các xilanh công tác 9 điều khiển các cơ cấu phanh guốccủa bánh xe cầu sau

5 Cơ cấu phanh đĩa

8 Điều hòa lực phanh 9 Xilanh thủy lực 10 Guốc phanh

 Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thủy tĩnh: Xilanh chính tiếpnhận và biến đổi lực điều khiển của người lái thành áp suất chất lỏngtruyền tới các xilanh công tác tại bánh xe, toàn bộ lực điều khiển củangười lái biến đổi thành năng lượng để phanh ôtô, như vậy nếu yêu cầu

về lực phanh lớn thì người lái sẽ không đáp ứng được hoặc chóng mệtmỏi Vì vậy dẫn động thủy lực chỉ sử dụng trên các ôtô con hoặc ôtô tảinhỏ, nên nếu muốn giảm nhẹ lực điều khiển của người lái thì thường bốtrí bộ phận trợ lực bằng chân không 2

- Sơ đồ xilanh chính hai buồng (hình 1.14)

7

8

 Khi đạp phanh, bàn đạp phanh tác dụng vào piston sơ cấp 4 di chuyểnsang trái cho đến khi che lỗ bù dầu 3, khoang I kín, áp suất tại khoang Ităng, dầu được đẩy đến các xilanh phanh bánh xe, piston 4 tiếp tục dichuyển cho đến khi thắng được lực cản của lò xo 8 đẩy piston giữadịch chuyển sang trái đóng van bù dầu 14 làm piston thứ cấp 11 dịchchuyển sang trái làm áp suất của khoang II tăng lên, dầu được cấp đếncác xilanh phanh bánh xe.

 Trường hợp mất áp suất ở buồng I thì piston 4 cứ dịch chuyển màkhông có áp suất dầu tới các xilanh bánh xe, đến khi lò xo bị nén hết

cỡ, piston 9 di chuyển theo piston 4 đẩy piston 11 di chuyển tăng ápsuất khoang II cấp dầu đi phanh

Hình 1.14: Sơ đồ xilanh chính 2 buồng.

1 Công tắc điện 2 Phao mức dầu

3 Lỗ bù dầu 4 Piston sơ cấp

5 Phớt chắn bụi 6,10,17 Phớt làm kín

7 Phớt hồi dầu 8,16 Lò xo

9 Piston giữa 11 Piston thứ cấp

12 Chốt chặn 13 Chốt

14 Van bù dầu 15.Thân xilanh

 Nếu áp suất ở khoang II mất cũng tương tự piston 11 cứ di chuyển nén

lò xo 16 hết cỡ rồi mới tăng áp khoang I thực hiện sự phanh Pistonxilanh chính được làm bởi hợp kim nhôm, bề mặt xilanh và pistonđược mài bóng

- Sơ đồ bộ trợ lực chân không (hình 1.115):

 Bộ trợ lực chân không có tác dụng giảm lực điều khiển của người láinhưng hiệu quả phanh vẫn cao

 Khoang A nối với họng hút của động cơ bởi van 1 chiều, luôn giữ ápsuất chân không, còn khoang B ban đầu khi chưa phanh thì nối thôngvới khoang A bởi van không khí nên cũng có áp suất chân không nênmàng cao su cân bằng với lực đẩy của các lò xo

Hình 1.15: Sơ đồ bộ trợ lực chân không.

 Khi đạp phanh cần điều khiển van sẽ mở van mở thông khoang B vớikhông khí và đóng đường nối thông khoang A với khoang B, nên tạochênh áp suất giữa 2 khoang, khoang B có áp suất khí quyển, khoang A

có áp suất chân không nên tạo lực hỗ trợ cùng với lực của người lái đẩy

lò xo màng, đẩy ti đẩy về bên trái thực hiện phanh

 Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đưa cơ cấu trở về vị trícân bằng, van không khí đóng đường nối khoang B với không khí, mởthông khoang A với khoang B, màng trở về vị trí cân bằng với lực đẩycủa các lò xo.

 Khi đạp phanh mà giữ bàn đạp phanh cố định ở một vị trí nào đó thìdưới phản lực của lò xo màng đẩy màng về phía bên phải đóng khoang

B với khí quyển, nhưng không mở thông khoang A với khoang B nên

cơ cấu giữ ở vị trí cân bằng ở vị trí ấy, cơ cấu mang tính chép hình

- Bơm chân không:

8 Vòng chặn dầu 9 Cụm nối với van kiểm tra 10 Ống dẫn

11 Trục dẫn động A Lỗ dầu vào bôi trơn

B Cừa hút khí từ bầu chân không C Cửa xả khí và dầu.

 Bơm gồm phần quay roto và phần đứng yên stato, khi bơm quay cáccánh quạt thực hiện vừa chuyển động tịnh tiến ở rãnh vừa chuyển độngquay, các cánh bơm đi qua cửa hút thì thể tích khí giảm dần, áp suấttăng dần, khí được hút vào từ cửa B qua các khoang của bơm và đượcđẩy ra ngoài ở cửa C, bơm chân không thực hiện 2 chu trình hút và đẩykhí ra ngoài

2.3.3 Dẫn động khí nén:

a Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

 Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

 Khi có rò rỉ, hệ thống vẫn làm việc được (tuy hiệu quả giảm) độ antoàn cao hơn dẫn động thủy lực

 Dễ phối hợp dẫn động với các loại phanh khí nén khác nhau như phanh

rơ mooc, đóng cửa xe, hệ thống treo khí nén

 Dễ cơ khí hóa, tự động hóa trong quá trình điều khiển

- Nhược điểm:

 Độ nhạy thấp, độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn)

 Do có rò rỉ trong hệ thống nên áp suất của khí nén thấp hơn của chấtlỏng trong dẫn động thủy lực 10 - 15 lần, do đó kích thước cồng kềnh,các chi tiết rất to, khối lượng dẫn động lớn

- Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 1.17) bao

gồm các phần chính: Nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầuphanh và đường ống dẫn khí

 Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoàikhí quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết (0,7 – 0,9MPa), đảm bảocung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm việc Độ bền và

độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khínén, do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ở mức an toànkhi làm việc

Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén cơ bản.

a) Nguồn cung cấp: 1 Máy nén khí ; 2 Bộ điều chỉnh áp suất ; 3:

Bộ lọc nước, làm khô khí ; 4 Cụm van chia và bảo vệ ; 5 Bình chứa khí nén mạch I ; 6 Bình chứa khí nén mạch II

b) Cụm điều khiển: 7 Van phân phối hai dòng

c) Cơ cấu chấp hành: 8 Bầu phanh và cơ cấu phanh trước ; 9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

d) Các đường ống dẫn khí

 Phần dẫn động khí nén được chia dòng độc lập sau máy nén khí nhờcụm van chia và bảo vệ 4 Sau khi quá trình làm việc xảy ra, khí nénsau làm việc bị thải ra khí quyển do vậy các bình chứa dự trữ khí nén 5,

6 yêu cầu phải có thể tích lớn, giúp cho hệ thống cung cấp làm việc ổnđịnh lâu dài

 Van phân phối: Là cơ cấu gắn liền với bàn đạp để điều khiển (cụm điềukhiển) đóng mở các dòng khí nén từ các bình chứa đến bầu phanh bánh

xe khi phanh và thải khí trong các bầu phanh khi nhả phanh Ngoài ravan phân phối cũng là cơ cấu tạo cảm giác, giúp người lái nhận biếtmức độ làm việc của cơ cấu phanh

 Bầu phanh: Thực chất là một bộ xilanh piston khí nén, đóng vai trò cơcấu chấp hành của hệ thống điều khiển Bầu phanh có nhiệm vụ chuyển

áp suất khí nén thành lực cơ học qua cần đẩy có tác dụng làm xoay cam

ép tang trống vào guốc phanh để thực hiện quá trình phanh bánh xe(trên hình1.17 bầu phanh gồm bầu phanh bánh trước 8 và bầu phanhbánh sau 9)

 Các đầu nối và đường ống: Có nhiệm vụ dẫn khí nén tới các cụm côngtác liên quan theo sơ đồ bố trí dẫn động

 Hiện nay các hệ thống dẫn động khí nén ngày càng hoàn thiện để nângcao hiệu quả phanh, khắc phục nhược điểm giảm độ chậm tác dụng ởmức tối đa, hoàn thiện chất lượng động lực học của ôtô khi phanh

Hình 1.18: Dẫn động phanh thủy khí kết hợp.

- Dẫn động thủy lực đảm nhận chức năng tạo lực điều khiển ở các guốcphanh hay má phanh đĩa bao gồm: Bình chứa dầu cho xilanh thủy lực, cácxilanh thủy lực bánh xe ở cơ cấu phanh trước và sau, các đường dầu

- Dẫn động khí nén đảm nhận chức năng tạo lực đẩy ở xilanh thủy lực gồm:

 Phần cung cấp khí nén: Đã trình bày ở trên mục 2.3.3

 Phần điều khiển bằng khí nén: Gồm các đường ống dẫn khí từ bìnhchứa khí nén qua van phân phối khí và đến xilanh khí nén

 Bộ xilanh khí nén thủy lực có tác dụng chuyển áp suất khí nén thành ápsuất dầu đưa đến các xilanh phanh bánh xe qua các đường ống dẫn khíthủy lực

III Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh:

3.1 Chọn phương án thiết kế:

3.1.1 Cơ cấu phanh:

- Trên ôtô chủ yếu dùng hai loại cơ cấu phanh là phanh tang trống và phanhđĩa, phanh tang trống dùng chủ yếu cho các xe tải lớn, tải nhỏ, bus Cònphanh đĩa dùng cho các loại xe con và dùng chủ yếu ở bánh trước

- Loại xe yêu cầu tính toán là loại xe tải 3 tấn nên ta sử dụng loại cơ cấuphanh tang trống vì là loại xe tải nên áp suất yêu cầu lên hệ thống phải lớn

để sinh ra momen lớn, vì vậy yêu cầu đường kính xilanh phải lớn, hoặc bốtrí thêm hệ thống trợ lực, thêm nữa nếu áp suất tác dụng lên má phanh lớn

sẽ gây mài mòn và nhanh phải thay và xe hoạt động thường xuyên trongmôi trường khắc nghiệt, bụi bẩn sẽ bám vào má phanh gây mài mònnghiêm trọng vì thông thường phanh đĩa không có bộ phận chắn bụi bẩn,

và một điều quan trọng nữa là giá thành của phanh đĩa cao hơn rất nhiều

so với phanh tang trống

8

12

Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí kết hợp.

- Nguyên lý hoạt động (đã trình bày ở trên)

3.2 Nguyên lý hoạt động của một số cụm chi tiết chính:

3.2.1 Máy nén khí và bộ điều chỉnh áp suất:

a Máy nén khí:

- Với nhiệm vụ cung cấp ổn định không khí sạch có áp suất, tùy thuộc vàolưu lượng yêu cầu, máy nén khí trên ôtô có thể là loại máy nén khí mộtpiston, hai piston thẳng hàng, hai piston bố trí hình chữ V

- Cấu tạo của máy nén khí 2 piston được trình bày trên hình 1.20 Cấu trúcchung của máy nén khí gần giống với cấu trúc của động cơ đốt trong Cácchi tiết cơ bản gồm 1 trục khuỷu 3, được đặt trên ổ bi đỡ 13 Trên trụckhuỷu bố trí thanh truyền 5 nối với piston 6 bằng các chốt 7 Phần đỉnhcủa piston đặt xéc măng làm kín Trục khuỷu máy nén khí được dẫn động

từ động cơ bằng bộ truyền đai thang qua bánh đai 2

25 Đường dầu vào 26 Tấm lọc

- Máy nén khí được bôi trơn nhờ

đường dầu trích từ đường dầu chính của động cơ và được dẫn vào bôi trơn

Hình 1.20: Cấu tạo máy nén khí hai piston và bộ tự động điều

chỉnh áp suất

cổ khuỷu, đầu to thanh truyền rơi xuống đáy dầu và trở về động cơ Một lỗnhỏ bên cạnh thanh truyền sẽ phun dầu để bôi trơn bề mặt làm việc củapiston với xilanh và chốt piston Máy nén khí được làm mát nhờ mộtđường nước từ động cơ đưa tới thân xilanh và nắp máy.

- Khi trục khuỷu quay, các piston dịch chuyển tịnh tiến trong xilanh, thựchiện quá trình hút, nén và nạp khí tới bình chứa khí qua các van nạp 15 vàvan xả 11

b Bộ tự động điều chỉnh áp suất:

- Bộ tự động điều chỉnh áp suất nằm ngay cạnh máy nén khí, cùng với cơcấu giảm áp thực hiện nhiệm vụ duy trì áp suất của khí nén ở một giá trịnhất định (0,75 – 0,85 MPa)

- Khi áp suất trong hệ thống vượt quá giá trị cho phép bộ điều chỉnh áp suất

và cơ cấu giảm áp, tạo tác động phản hồi giúp máy nén khí làm việc khôngtải Đường khí vào 25 của van điều áp được nối với bình chứa khí, cửatrên được nối với cơ cấu giảm áp Khi áp suất khí nén trong bình chứa lớnhơn giá trị cho phép, van bi 23 tỳ vào thanh đẩy 22 lên kết với lò xo cónhiệm vụ đóng mở đường khí ra khí quyển, van bi 24 để đóng mở đườngkhí từ bình chứa khí tới cơ cấu giảm áp, khi lực tác dụng lên van bi 24 lớnhơn lực căng của lò xo trên, van bi 24 bị đẩy lên, mở cửa đưa khí tới cơcấu giảm áp, ép van bi 23 đóng cửa khí ra môi trường Dưới tác dụng của

áp suất khí nén, cơ cấu giảm áp mở thông các cửa nạp và xả của máy nénkhí, máy nén khí làm việc không tải

3.2.2 Van phân phối:

- Van phân phối có tác dụng mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặcngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các van (hình 1.21)

1 Piston lớn khoang dưới

2 Van điều khiển

- Khoang trên có cửa vào là D

được nối với bình chứa khí,

cửa ra là C được nối tới các bầu

phanh tại các bánh xe cầu sau Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào

là E và cửa ra là A nối tới các bầu phanh bánh xe cầu trước Ngoài ra còn

có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang Mỗi khoang cómột van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các vannạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van nạp 9

xe để thực hiện quá trình phanh Đồng thời, khí nén từ khoang trên đi qua

lỗ nhỏ B xuống khoang trên piston 1 đẩy piston con 12 đi xuống Nhờ đó

Hình 1.21: Van phân phối dẫn

động hai dòng.

van xả 10 đóng lại, rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa

A để đi tới các bầu phanh tại các bánh xe

- Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây, khoangtrên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn khoang dướiđược điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên Nếu khoang trên bị mấtkhí, không hoạt động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lêncon đội 8 và đẩy piston nhỏ 12 của khoang dưới đi xuống thực hiện quátrình phanh trên một cầu còn lại

- Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng đượcđiều khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiểnpiston lớn 1

- Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau Ứng với một lực tácđộng Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bêndưới piston 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe Ápsuất khí trong khoang dưới piston 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khínén cùng với lực lò xo thắng được lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4lại và đẩy piston đi lên cho tới khi van nạp đóng lại Lúc này cả van nạp vàvan xả đều đóng, áp suất khí nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa vàpiston 5 ở trạng thái cân bằng

- Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang dưới Như vậy,ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực trên bàn đạp) áp suấttrong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương ứng Nhờ vậy mà người lái

có thể điều khiển được cường độ phanh theo ý muốn

3.2.3 Bầu phanh bánh xe:

- Bầu phanh bánh xe có cấu trúc như xilanh lực tác động một chiều Vỏ

- Bầu phanh bánh xe có nhiệm vụ tạo lực khí nén đòn đẩy dịch chuyển, tạo

nên xoay cam quay ở cơ cấu phanh Bầu phanh có thể chia làm 2 loạichính:

 Bầu phanh đơn: Là loại có tác dụng một chiều

 Bầu phanh kép: Có tác dụng hai chiều (bầu phanh tích năng)

a Bầu phanh đơn:

- Cấu tạo của bầu phanh dạng màng (hình 1.22) gồm 2 nửa vỏ của bầuphanh 2, 8 được bắt cố định lên vỏ cầu nhờ bulông 5 Màng cao su 3 bố trígiữa 2 nửa vỏ, chia bầu phanh làm 2 khoang Khoang bên trái có cửa Edẫn khí nén từ van phân phối đến, khoang bên phải có lỗ thông P với khíquyển Lò xo hồi vị 5 có tác dụng đẩy màng 3 về vị trí ban đầu khi khôngphanh

1 Đầu nối khí 2,8 Nửa vỏ

11 Đầu nối chữ U E - Lỗ dẫn khí nén P - Lỗ dẫn khí quyển

- Màng 3 được đỡ bằng tấm đỡ 4 và nối liền với đòn đẩy 7, đòn đẩy 7 vàđầu nối 11 liên kết bắt ren với nhau, tạo thành đòn đẩy dẫn động quay camquay đóng mở cơ cấu phanh Chiều dài của đòn đẩy được điều chỉnh nhờđai ốc số 10, nhằm tạo nên vị trí thích hợp với cam quay

E

P

1 2 3 4

10 11

Hình 1.22: Bầu phanh đơn

dạng màng

 Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 5 đẩy màng 3, kéo đòn 7trở về vị trí ban đầu Khí nén ở khoang bên trái theo đường ống quay

về van phân phối thoát ra ngoài kết thúc quá trình phanh

b Bầu phanh tích năng:

- Ở hình 1.22 thể hiện kết cấu loại bầu phanh bánh xe sử dụng lò xo tíchnăng để điều khiển phanh tay

7 Đòn đẩy 8 Thân bầu phanh 9 Lò xo hồi vị 10 Tấm đỡ 11 Bạc đẩy

12 Vòng tỳ 13 Piston tích năng 14 Lò xo tích năng A Điều khiển phanh chân P Thông với khí quyển B Điều khiển nhả phanh

S Khoang thông với A Q Khoang thông với B T Khoang tích năng

- Ban đầu khi chưa phanh: Khoang P thông với khí quyển, khoang B banđầu khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy sang bêntrái, không tác dụng vào màng cao su số 6.

- Khi phanh chân: Khí nén được cấp vào

khoang A thực hiện đẩy màng sang bên phải

qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện

phanh (s1 là hành trình phanh chân), khi nhả

phanh khí nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng

của lò xo hồi vị 9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí cân

bằng ban đầu

- Khi phanh tay (phanh đỗ): Thực hiện ngắt khí

nén ở cửa B ra, qua đó do sự chênh lệch về

áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên

phải ép thằng vào màng đẩy sang phải thực

hiện phanh cứng (phanh rất lâu), s2 là hành trình phanh tay, muốn nhảphanh ra thì điều chỉnh mở ốc số 1 ra để đưa hệ thống trở về vị trí cânbằng và cấp khí nén vào B

Hình 1.23: Các trạng thái làm việc

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

I Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh:

 : Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

 G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô

 rbx: Bán kính của bánh xe

- Momen phanh được tính như sau:

(1)

 Momen phanh ở cầu trước:

 Momen của cơ cấu phanh sau:

- Trong đó:

 : Momen ở cơ cấu phanh trước và phanh sau

 : Trọng lượng phân bố lên các cầu trước và sau khi phanh

- Trong quá trình phanh xuất hiện lực quán tính hướng về phía trước nêntrọng lượng tác dụng lên cầu trước tăng lên so với trọng lượng tĩnh, còncầu sau thì ngược lại

- Z1, Z2: Phản lực mặt đường tác dụng lên cầu trước và sau

- G: Trọng lượng toàn bộ xe:

- hg: Chiều cao trọng tâm ôtô

- a,b: Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước và cầu sau

- Pj: Lực quán tính xuất hiện khi phanh

( j: Gia tốc phanh, j = 5,5 6,5=> Chọn j = 6 (m/s2))

- Chiều dài cơ sở:

- Phương trình cân bằng momen quanh điểm O2:

∑MO2 = L.Z1 - G.b - Pj.hg = 0

Hình 2.1: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh.

- Phản lực của đường tác dụng lên bánh xe cầu trước

+ : Hệ số phân bố lại tải trọng cầu trước khi phanh

+ : Hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau khi phanh

- Ta có momen phanh cần thiết trên các cầu được tính

 Cầu trước:

 Cầu sau:

- Momen phanh cần thiết trên các bánh xe được tính

1.1 Đối với cơ cấu phanh trước:

- Momen phanh ở mỗi bánh xe cầu trước:

1.2 Đối với cơ cấu phanh sau:

- Momen phanh ở mỗi bánh xe cầu sau:

II Xác định momen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra:

2.1 Các lực và momen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc:

Guốc phanh phải chịu 3 lực:

 Lực P do dẫn động phanh sinh ra, do đầu

tỳ của cam tác dụng vào đầu guốc, phương

chiều và điểm đặt lực đã biết theo kết cấu

của cơ cấu phanh

 Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên

guốc phanh, điểm đặt tại O, phương chiều

chưa xác định

 Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh

- Đối với phanh guốc, momen tại bánh xe

được tạo bởi 2 guốc phanh, là guốc trước

và guốc sau

Ta có:

Hình 2.2: Các lực tác dụng lên cơ cấu phanh

2.2 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc:

của cơ cấu phanh guốc.

a- Tọa độ của điểm đặt lực P; Hệ trục vuông góc X-X và Y- Y;

c- Khoảng cách từ tâm O chốt guốc phanh tới trục XX;

- góc tạo bởi trục Y-Y và đường thẳng qua tâm đĩa đỡ phanh

- Các thông số hình học của cơ cấu phanh:

Má trước (’) Má sau (’’) Má trước (’) Má sau (’’)

Hình 2.3: Sơ đồ phân bố momen phanh

dT = µqmax.sin(βbr1)dβ(b: Bề rộng của má phanh)

- Chiếu lực dN xuống các trục X, Y(hình vẽ):