Thiết kế hệ thống phanh trên xe 7 chỗ

1. KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI ÔTÔ 1.1. Khái niệm Ôtô là phương tiện vận tải đường bộ chủ yếu. Nó có tính cơ động cao và phạm vi hoạt động rộng. Do vậy, trên toàn thế giới ôtô hiện đang được dùng để vận chuyển hành khách hoặc hàng hoá phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế quốc dân và quốc phòng. 1.2. Phân loại ôtô 1.2.1. Dựa vào tải trọng và số chỗ ngồi Dựa vào tải trọng và số chỗ ngồi, ôtô được chia thành các loại: Ôtô có trọng tải nhỏ (hạng nhẹ): trọng tải chuyên chở nhỏ hơn hoặc bằng 1,5 tấn và ôtô có số chỗ ngồi ít hơn hoặc bằng 9 chỗ ngồi. Ôtô có trọng tải trung bình (hạng vừa): trọng tải chuyên chở lớn hơn 1,5 tấn và nhỏ hơn 3,5 tấn hoặc có số chỗ ngồi lớn hơn 9 và nhỏ hơn 30 chỗ. Ôtô có trọng tải lớn (hạng lớn): trọng tải chuyển chở lớn hơn hoặc bằng 3,5 tấn hoặc số chỗ ngồi lớn hơn hoặc bằng 30 chỗ ngồi. Ôtô có trọng tải rất lớn (hạng nặng): tải trọng chuyên chở lớn hơn 20 tấn, thường được sử dụng ở các vùng mỏ. 1.2.2. Dựa vào nhiên liệu sử dụng Dựa vào nhiên liệu sử dụng, ôtô được chia thành các loại: Ôtô chạy xăng; Ôtô chạy dầu diezel; Ôtô chạy khí ga; Ôtô đa nhiên liệu (xăng, diezel, ga); Ôtô chạy điện. 1.2.3. Dựa vào công dụng của ôtô Dựa vào công dụng, ôtô chia thành các loại: Ôtô vận tải; Ôtô chở hành khách, ôtô chuyên chở hành khách bao gồm các loại: ôtô buýt, ôtô tắc xi, ôtô du lịch, ôtô chở khách liên tỉnh, ôtô chở khách đường dài; Ôtô chuyên dùng như: ôtô cứu thương, cứu hoả, ôtô phun nước, ôtô cẩu và ôtô vận tải chuyên dùng (ôtô xi téc, ôtô thùng kín, ôtô tự đổ, ...).

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH 4

1.1 Công dụng 4

1.2 Phân loại 4

1.3 Yêu cầu kết cấu 5

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống phanh 5

1.5 Cơ cấu phanh 6

1.5.1 Cơ cấu phanh tang trống 6

1.5.2 Cơ cấu phanh đĩa 16

1.6 Phanh tay 20

1.6.1 Phanh trên trục truyền 21

1.6.2 Phanh tay có cơ cấu phanh ở các bánh xe sau 22

1.7 Dẫn động điều khiển phanh chân bằng thủy lực 22

1.8 Dẫn động điều khiển phanh chân bằng khí nén 24

1.9 Dẫn động điều khiển phanh bằng khí nén kết hợp thủy lực 25

1.10 Hệ thống phanh có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh 26

1.10.1 Bộ điều chỉnh lực phanh 27

1.10.2 Bộ chống hãm cứng bánh xe ABS 28

1.11 Lựa chọn phương án thiết kế 30

1.11.1 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh 30

1.11.2 Lựa chọn phương án dẫn động phanh 31

CHƯƠNG II : TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH 32

2.1 Tính toán cơ cấu phanh 32

2.1.1 Xác định mô men phanh theo điều kiện bám 33

2.1.2 Tính toán cơ cấu phanh sau 35

2.1.3 Tính toán cơ cấu phanh trước 41

2.1.4 Xác định kích thước má phanh 43

2.1.5 Công ma sát riêng 43

2.1.6 Áp suất lên bề mặt má phanh 44

2.1.7 Tính toán nhiệt ra trong quá trình phanh 45

2.2 Tính toán dẫn động phanh 46

2.2.1 Tính toán đường kính các xy lanh 46

2.2.2 Tính bền đường ống dẫn động phanh 48

2.3 Tính toán thiết kế cường hóa chân không 48

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN BỘ ĐIỀU HÕA LỰC PHANH 55

3.1 Yêu cầu phân bố lực phanh tối ưu ở các bánh xe 55

3.2 Cơ sở điều chỉnh áp lực phanh 58

3.2.1 Vấn đề sử dụng trọng lượng bám 58

3.2.2 Đồ thị quan hệ áp suất P1, P2 59

3.3 Bộ điều hòa lực phanh theo tải kiểu pit tông – vi sai 61

3.4 Tính toán thiết kế bộ điều hòa lực phanh 62

3.4.1 Các thông số cần xác định 62

3.4.2 Chọn đường đặc tính điều chỉnh 64

3.4.3 Xác định hệ số bám φ đạt hiệu quả phanh cao nhất (φTN) 65

3.4.4 Xác định hệ số Kđ 66

3.4.5 Phương trình quan hệ áp suất p1 , p2 của đặc tính điều chỉnh 66

3.4.6 Chọn và xác định thông số kết cấu 66

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH LẮP RÁP VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG PHANH 68

4.1 Quy trình lắp ráp hệ thống phanh chính 68

4.2 Quy trình lắp ráp hệ thống phanh tay 76

4.3: Quy trình điều chỉnh hệ thống phanh 76

4.4: Quy trình bảo dưỡng hệ thống phanh 77

KẾT LUẬN 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ôtô - máy kéo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ về tốc độ phát triển của nền kinh tế của một quốc gia Ngày nay các phương tiện vận tải ngày càng phát triển hoàn thiện và hiện đại, đặc biệt là ngành ôtô đã có những vượt bậc đáng kể Các thành tựu kỹ thuật mới như điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện đại đều được áp dụng trong ngành ôtô

Ở nước ta hiện nay, các xe ô tô đang lưu hành chủ yếu là của nước ngoài, được lắp ráp tại các nhà máy liên doanh và cũng có một phần là xe nhập cũ, các loại xe trên rất đa dạng về chủng loại mẫu mã cũng như chất lượng Trong các loại

xe trên thì xe tải đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế đất nước Song song với việc phát triển nghành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và

xe càng trở nên cần thiết Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: 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 được năng suất vận chuyển người và hàng hoá là điều rất cần thiết

Trên cơ sở đó em được giao đề tài: “Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho xe con 7 chỗ”

Đề tài được tiến hành tại bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Sau hơn 15 tuần thực hiện, với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân

em đã hoàn thành công việc yêu cầu của đồ án tốt nghiệp

Em xin chân thành cảm ơn TS Dương Ngọc Khánh và các thầy trong bộ môn

đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ

án tốt nghiệp của mình

Hà Nội, Ngày 5 tháng 6 năm 2013

Sinh viên thực hiện

CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH

1.1 Công dụng

- Hệ thống phanh ô tô có công dụng giảm vận tốc của xe tới một tốc độ nào

đó hoặc dừng hẳn

- Giữ xe lâu dài trên đường, đặc biệt là trên đường dốc

- Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn được

kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe

1.2 Phân loại

* Theo đặc điểm điều khiển

- Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động, hoặc dừng hẳn xe

- 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 từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ôtô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài, …)

* Theo kết cấu của cơ cấu phanh

- Cơ cấu phanh tang trống

- Cơ cấu phanh đĩa

- Cơ cấu phanh dải

* Theo mức độ hoàn thiện của hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ôtô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:

- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh)

- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS)

Trên hệ thống phanh có ABS còn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh: hạn chế trượt quay, ổn định động học ô tô… nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổn định của ô tô khi không điều khiển phanh

1.3 Yêu cầu kết cấu

Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:

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

- Đảm bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với 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 trong 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 lực bàn đạp 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 của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng

1.4 Cấu tạo chung của hệ thống phanh

Hình 1.1 Cấu tạo chung hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên ô tô gồm có các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh Ngày nay trên cơ sở các bộ phận kể trên, hệ thống phanh còn được bố trí thêm các thiết bị nâng cao hiệu quả phanh

- Cơ cấu phanh: được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra mômen hãm trên các bánh xe của ô tô 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 động của cơ cấu phanh Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh

1.5 Cơ cấu phanh

1.5.1 Cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu được dùng khá phổ biến trên ô tô Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ của tang trống quay cùng bánh xe Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát bề mặt tang trống và các má phanh

Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều khiển các guốc phanh thành các dạng với các tên gọi:

- Guốc phanh đặt đối xứng qua đường tâm trục (a)

- Guốc phanh đặt đối xứng với tâm quay (b)

- Guốc phanh đặt bơi (c)

- Guốc phanh tự cường hóa một chiều quay (d)

- Guốc phanh tự cường hóa hai chiều quay (e)

Các dạng này còn có thể phân biệt được thành các cơ cấu sử dụng với các lực điều khiển guốc phanh từ hệ thống dẫn động khí nén (a), thủy lực (a, b, c, d, e) hoặc cơ khí (a, d)

Hình 1.2 Cơ cấu phanh tang trống a) Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục

Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục gồm hai guốc phanh bố trí đối xứng qua đường trục, được sử dụng trên dẫn động phanh thủy lực và khí nén

* Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh thủy lực

Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với xilanh dẫn động phanh thủy lực trình bày trên hình 1.3 Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ, có xilanh thủy lực 11 điều khiển ép guốc phanh vào trống phanh

Hình 1.3 Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh thủy lực

Cấu tạo cơ bản bao gồm:

Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moay ơ bánh xe.Phần

cố định là mâm phanh được bắt trên dầm cầu Các tấm ma sát được tán hoặc dán với guốc phanh Trên mâm phanh bố trí 2 chốt cố định để lắp ráp với lỗ tựa quay của guốc phanh Chốt có bạc lệch tâm để thay đổi vị trí điểm tựa guốc phanh và là

cơ cấu điều chỉnh khe hở phía dưới giữa má phanh và trống phanh Đầu trên của hai guốc phanh được kéo bởi lò xo hồi vị guốc phanh, tách má phanh khỏi tang trống và ép pit tông trong xilanh bánh xe về vị trí không phanh

Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng 2 cam lệch tâm Hai guốc phanh được đặt đối xứng qua đường trục đi qua tâm bánh xe

Xilanh bánh xe là xilanh kép có thân chung và hai pit tông bố trí đối xứng Xilanh được bắt chặt với mâm phanh, pit tông bên trong tựa vào đầu guốc phanh nhờ chốt tựa Pit tông nằm trong xilanh được bao kín bởi vành cao su 10 và tạo nên không gian chứa dầu phanh Dầu phanh có áp suất được cấp vào thông qua đai ốc dẫn dầu Trên xilanh bố trí ốc xả khí nhằm xả không khí lọt vào hệ thống thủy lực khi cần

Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục được

mô tả qua 3 trạng thái: không phanh, phanh, nhả phanh

Ở trạng thái không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, má phanh và tang trống tồn tại khe hở nhỏ 0,3 ÷ 0,4 mm, đảm bảo tách hai phần quay và cố định của cơ cấu phanh, các bánh xe được quay trơn

Khi phanh, dầu có áp suất sẽ được đưa đến xilanh bánh xe (xilanh thủy lực) Khi áp lực dầu trong xilanh lớn hơn lực kéo của lò xo hồi vị, đẩy đầu trên của các guốc phanh về hai phía Các guốc phanh chuyển động quay quanh điểm tựa dưới (chốt phanh), ép má phanh sát vào trống phanh, phát sinh ma sát giữa hai phần: quay (tang trống) và cố định (guốc phanh), tốc độ tang trống giảm dần, hình thành sự phanh ô tô trên đường

Khi xe tiến, chiều quay của tang trống ngược chiều kim đồng hồ, guốc phanh bên trái đặt các lực đẩy của xilanh bánh xe cùng chiều quay được gọi là

“guốc siết”, ngược lại, guốc phanh bên phải là “guốc nhả” Má phanh bên guốc siết chịu áp lực lớn hơn bên guốc nhả, do vậy được chế tạo dài hơn, nhằm mục đích tạo nên sự hao mòn hai má phanh như nhau trong quá trình sử dụng

Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xilanh giảm, lò xo hồi vị kéo các guốc phanh ép vào pit tông, guốc phanh và má phanh tách khỏi trống phanh Lực ma sát không tồn tại, bánh xe lại được lăn trơn

Trong quá trình phanh, tang trống và má phanh bị nóng lên bởi lực ma sát, gây hao mòn các tấm ma sát và bề mặt trụ của tang trống Sự nóng lên quá mức có thể dẫn tới suy giảm hệ số ma sát và làm giảm hiệu quả phanh lâu dài, biến dạng các chi tiết bao kín bằng cao su, do vậy cơ cấu phanh cần thiết được thoát nhiệt tốt

Sự mòn tấm ma sát và tang trống dẫn tới tăng khe hở má phanh, tang trống, khi phanh có thể làm tăng độ trễ tác dụng Do vậy, các cơ cấu phanh đều bố trí các kết cấu điều chỉnh khe hở trên guốc phanh Công việc điều chỉnh lại khe hở trong cơ cấu phanh cần tiến hành theo định kỳ

Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu trước ô tô tải vừa và nặng, với dẫn động phanh bằng khí nén, có xilanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc phanh vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống Phần cố định bao gồm mâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu

* Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh khí nén:

Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát (má phanh) Để tăng khả năng

tiếp xúc mỗi bên guốc phanh bố trí hai tấm ma sát với kích thước dày bằng nhau 6

÷ 10 mm Trên mâm phanh có hai chốt để lắp đầu dưới của hai guốc phanh Hai chốt cố định này có bố trí trục lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới giữa má

phanh và trống phanh Đầu trên của hai guốc phanh được lò xo hồi vị kéo áp sát vào cam, thông qua con lăn Cam quay và trục được chế tạo liền, với các biên dạng Cycloit hoặc Acsimet Khi cam quay dịch chuyển quanh tâm trục, các đầu guốc phanh bị đẩy, ép má phanh sát vào tang trống Khe hở ban đầu phía trên của má phanh và trống phanh được thiết lập bằng vị trí của cam Cấu trúc hai guốc phanh được bố trí đối xứng qua trục đối xứng của cơ cấu phanh

Hình 1.4 Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với dẫn động phanh khí nén

Khi phanh, xilanh khí nén đẩy đòn quay, dẫn động quay trục và cam quay ngược chiều kim đồng hồ Con lăn tựa lên biên dạng cam đẩy guốc phanh về hai phía, ép má phanh sát vào trống phanh để thực hiện quá trình phanh

Khi nhả phanh, đòn trục cam sẽ xoay cam trở về vị trí ban đầu, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, kéo các guốc phanh ép chặt vào cam, tách má phanh ra khỏi trống phanh Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị như nhau,

má phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả hai guốc phanh của cơ cấu có kích thước bằng nhau

Cơ cấu phanh bố trí đối xứng qua trục được bố trí phổ biến trên cơ cấu phanh của cầu trước và cầu sau cho ô tô con, ô tô tải với hệ thống phanh thủy lực

và khí nén

b) Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm

Trên một số ô tô con, ô tô tải và ô tô buýt nhỏ bố trí cơ cấu phanh đối xứng qua tâm trục quay bánh xe Sự đối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh

bố trí hai chốt guốc phanh, hai xilanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và đối xứng với nhau qua tâm

Hình 1.5 Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua tâm

Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh với trống phanh Đầu còn lại của guốc phanh luôn tỳ vào pit tông của xilanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bởi cam

Khi phanh, dầu có áp suất sẽ được đưa đến các xilanh bánh xe qua ốc 4, áp lực dầu tác động lên các pit tông thắng lực kéo của lò xo hồi vị sẽ đẩy pit tông cùng với đầu trên của guốc phanh, ép các má phanh vào trống phanh thực hiện quá trình phanh Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xilanh giảm, lò xo hồi vị guốc phanh kéo các guốc ép chặt vào pit tông, tách má phanh ra khỏi trống phanh

Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm chỉ dùng với xilanh thủy lực và được

bố trí ở cầu trước của ô tô con hoặc tải nhỏ Kết cấu bố trí sao cho với chuyển động tiến, cả hai guốc phanh đều là guốc siết, khi lùi trở thành hai guốc nhả Như vậy hiệu quả phanh khi tiến lớn, còn khi lùi nhỏ Tuy nhiên thời gian lùi ô tô rất ít và tốc độ rất chậm nên không cần hiệu quả phanh cao

c) Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi

Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi có cả hai đầu các guốc phanh đều chịu tác động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt Cơ cấu phanh bố trí phía cầu sau ô tô tải có trọng lượng đặt lên một cầu lớn, các xilanh bánh xe bố trí 2 pit tông, đồng thời tác động vào cả đầu trên, dưới của các guốc phanh Guốc phanh chuyển

động tịnh tiến và dịch chuyển ép sát vào tang trống phanh Pit tông liên kết ren với chốt đẩy, phục vụ mục đích điều chỉnh khe hở ban đầu của má phanh với trống phanh Trên pit tông có vành răng điều chỉnh Vị trí của pit tông được thiết lập tương đối đối với xilanh khi xoay vành răng điều chỉnh Vành răng được cố định nhờ thanh lò xo lá, đảm bảo không bị xoay khi hoạt động Hai lò xo hồi vị guốc

phanh bố trí kéo hồi vị cả hai đầu guốc phanh

Hình 1.6 Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi

Khi làm việc guốc phanh được đẩy ra ép sát vào trống phanh ở cả hai đầu guốc phanh nên thời gian khắc phục khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (giảm độ chậm tác dụng), hiệu quả phanh cao hơn loại guốc phanh cố định một đầu Sự liên kết lực điều khiển P thông qua các xilanh thủy lực, cho phép các pit tông trong xilanh và điểm tỳ của guốc phanh có khả năng dịch chuyển nhỏ (kết cấu bơi), đảm bảo đồng đều lực điều khiển kể cả khi tiến và lùi Đặc điểm khác biệt của guốc phanh kết cấu bơi ở biên dạng điểm tỳ guốc phanh dạng tự lựa, khi làm việc giúp các má phanh mài mòn đều theo chiều dài guốc phanh

Lò xo hồi vị có độ cứng lớn, đảm bảo khả năng cố định guốc phanh khi không phanh Việc kiểm tra khe hở giữa má phanh và tang trống, được thực hiện bằng thước lá Khe hở ban đầu giữa má phanh và trống phanh thường khoảng 0,12

mm

d) Cơ cấu phanh dạng tự cường hóa

Trên một số cơ cấu phanh tang trống sử dụng kết cấu với tác dụng tự cường hóa 1 chiều quay hay tác dụng tự cường hóa hai chiều quay Các dạng tự cường

hóa được hiểu theo khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên mômen phanh dưới tác dụng của lực điều khiển P

Ở dạng tự cường hóa (a), khi lực điều khiển P cùng chiều với chiều quay ω của tang trống, xuất hiện lực đẩy guốc phanh Q ở điểm nối liên kết hai guốc phanh Lực Q hình thành bởi cộng tác dụng của P và mômen ma sát giữa tang trống và má phanh

Trên guốc phanh có điểm tựa cố định, lực tác dụng được cường hóa và thực hiện dịch chuyển ép má phanh với tang trống Hiệu quả như vậy xảy ra theo một chiều quay nhất định, nếu theo chiều ngược lại hiệu quả phanh sẽ thấp hơn

Ở dạng tự cường hóa (b) có bố trí thêm gối tựa cố định với tác dụng lực điều khiển cả hai phía Khi tang trống quay theo chiều ω, một guốc phanh được tỳ lên điểm tựa, hiệu quả phanh giống như trường hợp tự cường hóa (a) khi tang trống quay theo chiều ngược lại, tác dụng đảo chiều Như vậy ở dạng tự cường hóa này, hiệu quả phanh hai chiều đều được cường hóa và hiệu quả như nhau

Hiện tượng tự cường hóa trên kèm theo sự biến đổi nhanh mômen phanh khi gia tăng lực điều khiển, do vậy tính chất ổn định mômen kém Các kết cấu ngày nay chỉ sử dụng kết cấu tự cường hóa khi cần thiết Trên ô tô sử dụng phổ biến hơn cả với các dạng không cường hóa để đảm bảo khả năng ổn định điều khiển mômen phanh

e) Các chi tiết cơ bản của cơ cấu phanh tang trống

Cơ cấu phanh tang trống có số lượng chi tiết nhiều trọng lượng lớn và thường được bố trí trong lòng bánh xe ô tô Một số chi tiết quan trọng trong cơ cấu phanh tang trống gồm: tang trống, guốc phanh và má phanh, xilanh bánh xe, cùng với các cụm điều chỉnh khe hở má phanh tang trống

tiết diện chữ П

Guốc phanh dạng hàn, chế tạo từ các lá thép dày từ 3 ÷ 5 mm, có cấu trúc

gồm: bề mặt cong tròn và xương tăng cứng Guốc phanh dạng hàn được dùng cho

ô tô con Trên ô tô tải, guốc phanh liên kết với má phanh bằng đinh tán hợp kim nhôm mềm Đinh tán cần nằm sâu cách xa bề mặt ma sát của má phanh Khi má phanh bị mòn, đinh tán không được cọ sát vào bề mặt trụ của tang trống Trên ô tô

con, má phanh dán với guốc phanh bằng chất keo dính đặc biệt, có khả năng bám chắc trên bề mặt guốc phanh khi chịu lực

* Xylanh bánh xe:

Hình 1.9 Xylanh bánh xe

Xylanh bánh xe nằm trong cơ cấu phanh tang trống với dẫn động phanh thủy lực Xylanh bánh xe là cơ cấu thừa hành của hệ thống dẫn động điều khiển Khi phanh áp lực chất lỏng (dầu phanh) tại xylanh tác dụng lên pit tông, đẩy pit tông và guốc phanh dịch chuyển, thực hiện quá trình phanh tang trống

Xylanh có các dạng chính: đơn và kép Dạng xylanh đơn sử dụng với cơ cấu phanh đối xứng qua tâm trục với một pit tông: lực điều khiển từ hệ thống dẫn động tác dụng riêng biệt lên một guốc phanh Như vậy mỗi cơ cấu phanh bố trí hai xylanh cho hai guốc phanh

Xylanh kép có thể là dạng trụ đối xứng hoặc dạng trụ có bậc Xylanh kép

có hai pit tông làm việc đối xứng với đường dầu dẫn vào giữa hai đỉnh pit tông và một đường xả không khí khi cần thiết Hai pit tông luôn được cách nhau để tạo không gian dẫn dầu vào khi phanh Không gian này có thể hình thành bởi kết cấu đỉnh pit tông hoặc lò xo ngăn cách Trong xylanh bố trí các pit tông Bao kín giữa pit tông với xylanh nhờ phớt tròn kín hay phớt vành khăn, nằm trong rãnh pit tông

Để tạo nên lực điều khiển lên các guốc phanh khác nhau trên một số cơ cấu phanh sử dụng xylanh kép dạng trụ có bậc Với guốc siết sử dụng đường kính trụ nhỏ, nhằm san đều lực điều khiển và giảm sự sai lệch độ mòn của các má phanh cùng kích thước Cặp xilanh pit tông cần làm việc với độ kín khít cao, do vậy bề mặt của xilanh và pis ton được gia công trơn bóng và được làm sạch cẩn thận trước khi lắp Trên xylanh bố trí ốc xả không khí Ốc xả không khí chỉ mở, khi cần xả không khí có lẫn trong hệ thống thủy lực điều khiển, còn lại ốc thường xuyên được siết chặt tránh rò rỉ dầu phanh Xylanh thường được chế tạo từ gang, pit tông được chế tạo từ hợp kim nhôm Lực điều khiển tác dụng lên đầu guốc phanh được thực

hiện thông qua chốt trụ

* 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 Ở trạng thái lắp ráp, cam và guốc phanh ép sát nhau, khe hở má phanh và tang trống lớn hơn quy định

Khi chưa phanh, vị trí ban đầu của cam được điều chỉnh cho bánh xe lăn trơn, guốc phanh tựa lên bề mặt cam có khoảng cách nhỏ nhất định giữa má phanh

và tang trống Ở trạng thái phanh, cam được điều khiển quay tiếp với khoảng dịch chuyển Δ của đầu guốc phanh, và khắc phục hết khe hở má phanh và tang trống Cam tựa lên guốc với các lực tác dụng P Hai lực P đặt cách nhau một khoảng 2d, bằng đường kính vòng tròn cơ sở của biên dạng cam

Biên dạng cam Acsimet chế tạo đơn giản, nhưng khoảng cách 2d lớn và ảnh hưởng tới hiệu quả phanh, nhờ vít điều chỉnh thông qua cơ cấu điều chỉnh

f) Điều chỉnh khe hở má phanh và trống phanh

Khe hở ban đầu Δ giữa má phanh và trống phanh giúp cho bánh xe có thể lăn trơn, khi khe hở quá lớn sẽ ảnh hưởng đến độ chậm tác dụng, gia tăng quãng đường phanh Khe hở Δ trong sử dụng luôn tăng do mòn, do vậy cần tiến hành điều chỉnh lại Kết cấu điều chỉnh khá đa dạng và phụ thuộc vào cấu trúc từng hệ thống phanh Để điều chỉnh khe hở Δ, kết cấu có thể cho phép thực hiện định kỳ bằng tay hoặc tự động Nguyên tắc của việc điều chỉnh của các kết cấu được thực hiện tại hai vị trí của guốc phanh: vùng phía trên và vùng phía dưới của guốc

* Điều chỉnh bằng tay với hệ thống phanh thủy lực

+ Điều chỉnh thông qua cơ cấu cam

Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bởi cam lệch tâm, biên dạng cam luôn tỳ vào mặt cong của guốc phanh Khi quay ốc xoay cam, guốc phanh dịch chuyển theo, thay đổi khe hở trên Khe hở phía dưới được điều chỉnh nhờ bạc lệch tâm bố trí trên chốt Bạc lệch tâm được ăn khớp trong bằng mặt vát với chốt và quay cùng chốt khi điều chỉnh Khi quay chốt, bạc lệch tâm quay theo và mang phần dưới guốc phanh dịch chuyển làm thay đổi khe hở dưới giữa má phanh và trống phanh Một cơ cấu phanh khí nén cũng sử dụng cam lệch tâm điều chỉnh khe hở phía dưới guốc phanh

+ Điều chỉnh vị trí chốt đẩy giữa xilanh và guốc phanh

Kết cấu này thường được sử dụng cho cơ cấu phanh dạng bơi, tự cường hóa Chốt đẩy có tác dụng liên kết giữa một đầu guốc phanh và pit tông trong xilanh bánh xe Liên kết giữa pit tông và chốt đẩy bằng ren Trên pit tông bố trí một vành răng, khi xoay vành răng, pit tông quay theo, liên kết ren giúp cho chốt

bị dịch chuyển, thay đổi vị trí giữa chốt và pit tông Rãnh ăn khớp của đầu chốt với guốc phanh giữ chốt không xoay Trên mâm phanh có cửa sổ nhỏ, đủ tỳ tuốc nơ vít bẩy vành răng xoay trong quá trình điều chỉnh Lò xo lá, kẹp chặt trên xilanh và tỳ đàn hồi với vành răng, có tác dụng giữ nguyên trạng thái đã điều chỉnh đúng

* Tự động điều chỉnh khe hở trong hệ thống phanh thủy lực

Để điều chỉnh kịp thời khe hở của má phanh với tang trống khi má phanh quá mòn, trên nhiều ô tô sử dụng cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở Các dạng cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở thường gặp như sau:

+ Sử dụng lẫy gạt tự động điều chỉnh khi phanh bằng phanh chân

+ Sử dụng đòn chốn hai guốc phanh

+ Sử dụng kẹp ma sát

1.5.2 Cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa (phanh đĩa) được dùng phổ biến trên ô tô con, có thể ở cả cầu trước và cầu sau, do có những ưu điểm chính:

+ Cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao

+ Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn

+ Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát

+ Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh

Nhược điểm của phanh đĩa:

+ Bụi bẩn dễ bám vào má phanh và đĩa phanh, nhất là khi xe đi vào chỗ bùn lầy và làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh và dẫn đến là làm giảm hiệu quả phanh

+ Mòn nhanh

+ Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn

Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa được chia thành hai loại: có giá đỡ xilanh cố định và có giá đỡ xilanh di động Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa gồm:

+ Đĩa phanh được lắp và quay cùng với moay ơ của bánh xe

+ Giá đỡ xilanh, đồng thời là xilanh điều khiển, trên đó bố trí các đường dẫn dầu áp suất cao và ốc xả khí, bên trong xilanh có các pit tông

+ Hai má phanh phẳng, đặt ở hai bên đĩa phanh và được tiếp nhận lực điều khiển bởi các pit tông trong xilanh bánh xe

Cơ cấu phanh đĩa có giá di động có kết cấu gọn, thuận lợi cho việc bố trí hệ thống treo hiện đại nên được sử dụng nhiều ở ô tô con ngày nay Ngoài ra trên một

số xe chuyên dụng, sử dụng phanh chính nhiều đĩa làm việc trong dầu

a) Phanh đĩa có giá đỡ cố định

Hình 1.10 Phanh đĩa có giá đỡ cố định

Giá đỡ được bắt cố định với giá đỡ đứng yên của trục bánh xe Trên giá đỡ

bố trí hai xilanh bánh xe ở hai phía của đĩa phanh Trong xilanh có pit tông, một phía của pit tông tỳ sát vào các má phanh, một phía chịu áp lực dầu khi phanh

Dầu từ hệ thống dẫn động điều khiển được cấp đến cả hai xilanh bánh xe nhờ các đường dẫn.Các pit tông sử dụng phớt bao kín dạng vành khăn dày để bao kín khoang chịu áp suất cao, và phớt chắn bụi che bụi từ ngoài vào bề mặt làm việc

Khi đạp phanh, dầu áp suất cao (60 ÷ 120 bar) qua ống dẫn đồng thời đến các xilanh bánh xe, đẩy các pit tông ép các má phanh theo hai chiều ngược nhau vào đĩa phanh, thực hiện phanh Khi thôi phanh dầu từ xilanh bánh xe hồi trở về,

áp suất dầu điều khiển không tồn tại, kết thúc quá trình phanh

b) Phanh đĩa có giá đỡ di động

Giá đỡ xilanh có thể di trượt ngang được theo chốt trượt bắt cố định Trong

giá di động khoét lỗ tạo thành xilanh và bố trí pit tông Pit tông tỳ trực tiếp vào một

má phanh Má phanh ở phía đối diện được lắp trực tiếp trên giá đỡ di động Các má phanh được định vị nhờ các rãnh định vị trên giá di động, hoặc nhờ chốt trượt và các lò xo giữ Giá cố định được bắt với giá đỡ trục quay bánh xe, và là nơi tiếp nhận các phản lực sinh ra khi phanh

Hình 1.11 Phanh đĩa có giá đỡ di động

Khi chưa phanh, do giá đỡ có thể di động tự lựa dọc trục quay trên chốt trượt, nên khe hở giữa má phanh với đĩa phanh hai bên là như nhau Khi phanh, dầu theo ống dẫn vào xilanh Ban đầu pit tông sẽ dịch chuyển để đẩy má phanh bên phải ép vào đĩa phanh, đồng thời đẩy giá di động về phía phải, ép má phanh bên trái vào đĩa Khi tiếp tục tăng áp suất dầu, các má phanh được ép sát, thực hiện quá trình phanh Các lực ép từ hai phía có tác dụng tương tự với loại có hai pit tông (giá cố định) Giá di động được dịch chuyển và dẫn hướng trên chốt trượt do tác dụng của dầu có áp suất trong khoang kín Như vậy đĩa được ép bởi cả hai má phanh, thực hiện quá trình phanh bánh xe

Khi nhả phanh, áp suất dầu điều khiển giảm nhỏ, các phớt bao kín có khả năng đàn hồi kéo pit tông trở về vị trí ban đầu, đồng thời các đĩa phanh quay trơn với độ đảo rất nhỏ, tách má phanh với đĩa Do bề mặt ma sát phẳng nên khe hở ban đầu của một cặp má phanh và đĩa phanh rất nhỏ (0,03 ÷ 0,1mm), điều này giúp cho

cơ cấu phanh đĩa có khe hở ban đầu rất nhỏ, tăng độ nhạy của cơ cấu khi phanh Giá trị mômen phanh sinh ra trên cơ cấu phanh phụ thuộc vào giá trị lực điều khiển

P Trên các cơ cấu phanh cần mômen phanh lớn có thể dùng 2, 3 pit tông, được

điều khiển đồng thời

c) Các chi tiết cơ bản của cơ cấu phanh đĩa

* Đĩa phanh:

Hình 1.12 Đĩa phanh

Đĩa phanh được bắt chặt với moay ơ bánh xe, đĩa phanh có hai bề mặt làm việc được mài phẳng với độ bóng cao Tiết diện của đĩa có dạng gấp nhằm tạo nên đường truyền nhiệt gẫy khúc, tránh làm hỏng mỡ bôi trơn ổ bi moay ơ do nhiệt độ Phần lớn các đĩa phanh được chế tạo có rãnh rỗng giữa giúp nâng cao khả năng dẫn nhiệt ra ngoài môi trường không khí xung quanh

* Má phanh

Hình 1.13 Má phanh

Má phanh của phanh đĩa có dạng tấm phẳng, được cấu tạo bởi một xương phanh 1 bằng thép (3 ÷ 5 mm) và má mềm 2 bằng vật liệu ma sát (8 ÷ 10 mm) Má phanh và xương phanh được dán với nhau bằng một loại keo đặc biệt Một số má

phanh được xẻ rãnh thoát nhiệt, hạt mài và bố trí thêm tấm lót 3 tăng cứng, hoặc hàn sẵn sợi thép báo mòn hết chiều dày làm việc của má phanh

* Tự động điều chỉnh khe hở má phanh, đĩa phanh

Hình 1.14 Tự động điều chỉnh khe hở

Cơ cấu phanh đĩa phổ biến dùng các cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh và đĩa phanh Kết cấu thường sử dụng là lợi dụng biến dạng của phớt bao kín (vành khăn) để hồi vị pit tông lực trong xilanh Phớt bao kín nằm trong rãnh của xilanh làm nhiệm vụ bao kín khoang dầu có áp suất khi phanh Phớt được lắp trên pit tông Dưới tác dụng của áp suất dầu pit tông bị đẩy dịch chuyển Lực ma sát của pit tông kéo phớt biến dạng theo chiều mũi tên Khi nhả phanh, áp lực dầu giảm, phớt hồi vị kéo pit tông trở lại vị trí ban đầu Khi phanh nếu khe hở má phanh và đĩa phanh lớn, lực đẩy của dầu tác dụng lên pit tông lớn hơn lực ma sát, đẩy pit tông trượt trên phớt Khi nhả phanh, pit tông chỉ hồi vị bằng đúng biến dạng của phớt và tạo nên vị trí mới của má phanh với đĩa phanh

Phớt với kích thước tiết diện vuôn hay chữ nhật đủ khả năng biến dạng với khe hở 0,6 mm, tương ứng với tổng khe hở hai bên của má phanh với đĩa trong cơ cấu phanh Để tăng biến dạng của phớt, một số tiết diện chứa vành khăn có dạng hình thang vuông có góc vát nhỏ (5 ÷ 100) cho phép vành khăn biến dạng tới 1,2mm

1.6 Phanh tay

Phanh trên ô tô được dùng để:

+ Đỗ xe trên đường, kể cả đường bằng hay trên dốc

+ Thực hiện chức năng phanh dự phòng, khi phần dẫn động phanh chính bị

sự cố

Hệ thống phanh trên ô tô tối thiểu phải có: phanh chính và phanh dự phòng, hai hệ thống này cần được điều khiển riêng biệt Yêu cầu này đảm bảo ô tô có thể dừng xe kể cả khi phanh chính bị sự cố Với nhiệm vụ dừng xe trên dốc, phanh tay được chế tạo với khả năng đỗ xe tối đa trên dốc 18% (180

÷ 200) Phanh tay được tập hợp bởi hai bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh có cơ cấu điều khiển

từ khu vực thuận lợi xung quanh người lái

Cơ cấu phanh có thể được bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sau hoặc bố trí riêng đặt trên trục ra của hộp số Dẫn động phanh của phanh tay hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và được điều khiển bằng tay, phổ biến là dẫn động cơ khí với độ tin cậy cao Một số ô tô tải dùng cơ cấu phanh bố trí chung với phanh chính có dạng điều khiển phanh tay bằng lò xo tích năng, bố trí trong bầu phanh

1.6.1 Phanh trên trục truyền

Phanh tay lắp trên trục thứ cấp hộp số:

1 Nút ấn; 2 Tay điều khiển; 3 Đĩa tĩnh; 4 Cốt; 5 Lò xo; 6 Tang trống; 7 Vít điều khiển; 8 Guốc phanh

Hình 1.15 Phanh trên trục truyền

Đĩa tĩnh (3) của phanh được bắt chặt vào cacte hộp số Trên đĩa tĩnh lắp hai guốc phanh (8) đối xứng nhau sao cho má phanh gần sát mặt tang trống phanh (6), lắp trên trục thứ cấp của hộp số Đầu dưới của má phanh tỳ lên đầu hình côn của chốt điều chỉnh (7), đầu trên tỳ vào mặt một cụm đẩy guốc phanh gồm một chốt (4)

và hai viên bi cầu Chốt đẩy guốc phanh thông qua hệ thống tay đòn được nối với

tay điều khiển (2)

Nguyên lý hoạt động

Muốn hãm xe chỉ cần kéo tay điều khiển (2) về phía sau qua hệ thống tay đòn kéo chốt (4) ra phía sau đẩy đầu trên của guốc phanh hãm cứng trục truyền động Vị trí hãm của tay điều khiển được khóa chặt nhờ cơ cấu con cóc chèn vào vành răng của bộ khóa Muốn nhả phanh tay chỉ cần ấn ngón tay vào nút (1) để nhả

cơ cấu con cóc rồi đẩy tay điều khiển (2) về phía trước Lò xo (5) sẽ kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu Vít điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống

1.6.2 Phanh tay có cơ cấu phanh ở các bánh xe sau

6.guốc phanh; 7.vành răng; 8.đòn quay; 9.thanh chống Hình 1.16 Phanh tay tại cơ cấu phanh bánh sau

Cơ cấu phanh được bố trí thêm các đòn quay 8 và thanh chống 9 nối giữa cáp kéo và guốc phanh 6 Khi kéo phanh tay, cáp dẫn chuyển động theo chiều mũi tên Lúc đầu đòn quay 8 quay quanh điểm D, dịch chuyển thanh chống 9, ép guốc phanh trái vào tang trống, tạo thành điểm tựa cố định Đầu nối B tiếp tục di chuyển, điểm D quay và ép guốc phanh phải vào tang trống Do đó, hai guốc phanh ép sát vào tang trống thực hiện phanh bánh xe Trên các cơ cấu phanh đĩa bố trí ở cầu sau, sử dụng các kết cấu đẩy khóa pit tông trong xilanh bánh xe Các dạng kết cấu liên hợp giữa phanh tay và phanh chân hiện nay rất đa dạng

1.7 Dẫn động điều khiển phanh chân bằng thủy lực

Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất lớn nhất trong khoảng 60 ÷ 120 bar Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh, thực hiện tạo áp suất trong xilanh chính Chất lỏng (dầu phanh)

được dẫn theo các đường ống tới các xilanh bánh xe nằm trong cơ cấu phanh Với

áp suất dầu, các pit tông trong xilanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào tang trống hoặc đĩa phanh, thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh bánh xe

Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao

do dầu không bị nén Nhược điểm của nó là: tỉ số truyền của dẫn động không lớn, nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh Vì vậy hệ thống dẫn động phanh thủy lực thường được sử dung trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ

1.7.1 Dẫn động một dòng

Dẫn động một dòng sử dụng xilanh chính một buồng dẫn dầu đến tất cả các xilanh bánh xe Vì một lý do bất kỳ nào đó, nếu một đường ống dẫn dầu bị hở, dầu trong

hệ thống bị mất áp suất, tất cả các bánh xe đều bị mất phanh Dẫn động một dòng

có kết cấu đơn giản, nhưng độ an toàn không cao, vì vậy ngày nay, hệ thống phanh trên ô tô bố trí với tối thiểu hai dòng phanh dẫn động độc lập

Hình 1.17 Dẫn động một dòng

Ưu, nhược điểm của dẫn động phanh thuỷ lực một dòng

Ngoài có ưu điểm và nhược điểm chung của hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực

nói chung thì hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực một dòng còn có ưu nhược điểm sau:

+Kết cấu đơn giản

+ Khi có sự rò rỉ hoặc bị thủng trên đường ống thì hệ thống phanh không làm việc

Ưu, nhược điểm dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng

Ngoài các ưu điểm như dẫn động phanh một dòng Trong quá trình sử dụng

hệ thống phanh, nếu như có một đường ống nào đó bị rò rỉ hoặc bị hư hỏng thì đường ống kia vẫn hoạt động bình thường để điều khiển xe dừng Nhưng kết cấu phức tạp hơn so với dẫn động phanh thuỷ lực một dòng

Hình 1.18 Dẫn động hai dòng

1.8 Dẫn động điều khiển phanh chân bằng khí nén

Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản bao gồm các phần chính: nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống dẫn khí Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén

Do vậy khí nén phải đảm bảo sạch khô, có áp suất ở mức an toàn khi làm việc Lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu là điều khiển van phân phối, lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh Cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng nhưng độ an toàn thấp, độ tin cậy không cao Độ nhạy của hệ thống không cao, do vậy thời gian chậm tác dụng lớn Các cụm chi tiết khá nhiều, kích thước và trọng lượng lớn nên thường dùng trên xe tải

Khi người điều khiển tác dụng vào bàn đạp phanh một lực thì tổng van 6

sẽ được mở, khí có áp suất cao từ bình khí nén đi vào các đường ống dẫn đến các bầu phanh 5 Áp suất khí nén tác động lên màng bầu phanh 5, đẩy cần đẩy làm xoay cam của cơ cấu phanh Do đó ép má phanh vào trống phanh Bộ điều chỉnh

áp suất 2 hạn chế áp suất của hệ thống trong giới hạn xác định

Khi nhả bàn đạp phanh, tổng van phanh ngắt mối quan hệ giữa bình chứa

khí với đường ống dẫn để ống dẫn mở thông với khí quyển Khí nén từ các bầu phanh được thoát ra và guốc phanh tách khỏi trống phanh, kết thúc phanh

1 Máy nén khí; 2 Bộ điều chỉnh áp suất; 3 Bình khí nén

; 4 Lò xo hồi vị; 5 Bầu phanh; 6 Tổng van phanh

Hình 1.19 Dẫn động khí nén

1.9 Dẫn động điều khiển phanh bằng khí nén kết hợp thủy lực

Dẫn động bằng thủy lực có ưu điểm độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạp cần lớn Ngược lại đối với dẫn động bằng khí nén có ưu điểm là lực điều khiển trên bàn đạp nhỏ nhưng độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn do khí bị nén do chịu áp suất) Do đó để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động trên người ta sử dụng hệ thống dẫn động phối hợp giữa thủy lực và khí nén trên các ô tô tải, ô tô buýt trung bình và lớn

Dẫn động khí nén đảm bảo tính năng điều khiển của hệ thống dẫn động, còn dẫn động thuỷ lực đảm nhận chức năng bộ phận chấp hành Phần khí nén gồm có: tổng van phanh 1 kết hợp với những cơ cấu tuỳ động kiểu pittông và xilanh 4 và 6, nối với nhau bằng đường ống 3 và với ngăn dưới của tổng van 1 Ngăn trên của tổng van thông qua đường ống dẫn 2 phanh khí nén của rơmooc áp suất khí nén tác động lên các pittông ở trong hai xilanh tạo lực đẩy các pittông các xi lanh thuỷ lực khí 4 và 6 Phần thuỷ lực dẫn động gồm 2 đường dẫn dầu độc lập, xi lanh chính

4 nối với bốn xi lanh công tác 8 bằng các đường ống dẫn Xi lanh công tác này tác động lên guốc phanh 8 và 10 ở cầu giữa và trước, xilanh chính 6 tác động lên hai guốc phanh 12 nhờ xi lanh công tác 11

*Ưu điểm:

Đảm bảo độ nhạy cao, phanh đồng thời được tất cả các bánh xe, điều khiển

nhẹ nhàng Đồng thời đảm bảo được khả năng tuỳ động và khả năng điều khiển phanh rơmooc

*Nhựơc điểm:

- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp rất cồng kềnh và phức tạp, rất khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa

- Khi phần khí dẫn động khí nén bị hỏng thì dẫn đến cả hệ thống ngừng làm việc Cho nên trong hệ thống phanh liên hợp ta cần chú ý đặc biệt tới phần dẫn động khí nén

- Khi sử dụng hệ thống phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có nhiều cụm chi tiết đắt tiền

1- Tổng phanh liên hợp; 2- Đường ống dẫn tới phanh rơmooc; 3- Đường ống dẫn tới phanh ô tô kéo; 4,6 – Xy lanh; 5,7 – Bình chứa dầu; 8 – Xy lanh của cầu trước và cầu giữa; 9 – Guốc phanh của cầu trước; 10 – Guốc phanh cầu giữa; 11 – Xy lanh phanh cầu sau

Hình 1.20 Dẫn động liên hợp

1.10 Hệ thống phanh có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh

Quá trình phanh tiến hành tốt nhất khi lực phanh gần xấp xỉ bằng với lực bám,

2

3 1

8

9 8 9

8

8 10

10

11

11 12

12 4

tức là mômen phanh sinh ra trong cơ cấu phanh cần tương ứng với mômen bám của bánh xe Quy luật đã chỉ ra: khi càng tăng cường độ phanh, tải trọng thẳng đứng đặt trên cầu trước càng tăng cao, còn tải trọng thẳng đứng trên cầu sau càng giảm Do vậy, cầu sau có nhiều khả năng dẫn đến bị trượt lết bánh xe

1.10.1 Bộ điều chỉnh lực phanh

Trong hệ thống phanh thủy lực cũng như hệ thống phanh khí nén, áp suất thủy lực hoặc khí nén dẫn ra các bánh xe của cầu trước và cầu sau có thể bằng nhau hoặc khác nhau

Một số hệ thống sử dụng van phân phối (phanh khí nén) hoặc xilanh chính hai dòng có áp suất khí nén, thủy lực ra các dòng khác nhau Mức độ thay đổi áp suất giữa các dòng phanh phụ thuộc vào lực bàn đạp, không phụ thuộc vào lực thẳng đứng trên cầu xe Mặc dù chất lượng phanh trong trường hợp này có cải thiện hơn, nhưng chỉ thích hợp trong một số ít các tình trạng thực tế khi phanh trên đường

Ngày nay hệ thống phanh trên ô tô dùng van phân phối hoặc xilanh chính hai dòng có áp suất ra các dòng như nhau với bộ điều hòa lực phanh (bộ tự động điều chỉnh áp suất ra cầu sau) Bộ điều hòa lực phanh có nhiều dạng cấu trúc, điển hình là:

+ Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở của

sự thay đổi áp suất sau xilanh chính (còn gọi là bộ điều hòa tĩnh)

+ Loại điều hòa lực phanh bằng van hạn chế áp suất, làm việc trên cơ sở của

sự thay đổi áp suất sau xilanh chính và tải trọng tác dụng trên các bánh xe của các cầu (bộ điều hòa hai thông số)

Bộ điều hòa tĩnh chỉ có khả năng điều chỉnh áp lực dầu theo áp suất sau xilanh chính, bởi vậy khi tải trọng trên các bánh xe sau thay đổi lớn, áp suất dầu không thay đổi theo Ngày nay, thường dùng bộ điều hòa hai thông số do khả năng làm việc thích hợp hơn bộ điều hòa tĩnh

Hình 1.21 dưới đây thể hiện đặc tính của bộ điều hòa lực phanh Đường nét đứt thể hiện mối quan hệ giữa áp suất p trong xilanh bánh xe trước và sau khi không có bộ điều hòa Đường cong liền thể hiện mối quan hệ giữa áp suất trong xilanh bánh xe trước và sau ở điều kiện lý tưởng Đường liền gãy khúc thể hiện mối quan hệ giữa áp suất trong xilanh bánh xe trước và sau khi có bộ điều hòa lực phanh Đường này đã bám sát đường lý tưởng nên đã cải thiện được chất lượng phanh

Hình 1.21 Đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh hai thông số

1.10.2 Bộ chống hãm cứng bánh xe ABS

Trong quá trình phanh, mômen phanh trong cơ cấu phanh ngăn cản chuyển động quay của các bánh xe, nhưng mômen phanh lại phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe và nền đường, tức là phụ thuộc vào độ trượt của bánh xe trên nền

Hình 1.22 Bộ chống hãm cứng bánh xe

Khi phanh xe đang chuyển động, nếu bánh xe bị bó cứng hoàn toàn, độ trượt giữa bánh xe với mặt đường là 100%, lực dọc F giới hạn, lực ngang Y giới hạn

giữa bánh xe với mặt đường giảm xuống rất thấp Điều đó dẫn đến giảm hiệu quả phanh và giảm khả năng ổn định của ô tô Như vậy sự lăn của bánh xe khi phanh cần thiết được xem xét với mối quan hệ tối ưu giữa lực phanh, lực dọc với độ trượt bánh xe Qua đồ thị nhận rõ: khi độ trượt nằm trong khoảng từ 15 ÷ 30%, lực dọc F

và lực ngang Y đều có thể đạt lớn Khi độ trượt lớn hơn 50%, lực dọc và lực ngang bắt đầu suy giảm và có thể giảm mạnh

Để hoàn thiện chất lượng phanh, trên ô tô bố trí các hệ thống điện tử điều khiển sự quay của các bánh xe độc lập hoặc chung một số bánh xe sao cho trong quá trình phanh, mômen phanh được điều khiển đảm bảo độ trượt nằm trong giới hạn 15 ÷ 30% Quá trình điều khiển mômen phanh được thực hiện theo :

Vận tốc chuyển động của ô tô

Gia tốc góc quay bánh xe

Độ trượt giới hạn yêu cầu:

Hình 1.23 Thành phần cơ bản của bộ ABS

ABS trong hệ thống phanh thủy lực là một bộ tự động điều chỉnh áp suất dầu phanh đưa vào các xilanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn của bánh xe, nhằm nâng cao hiệu quả điều khiển phanh Mô tả cấu trúc các cụm bố trí trên xe và

sơ đồ hệ thống phanh ABS thủy lực cơ bản được trình bày ở hình dưới đây

Ngoài các cụm của hệ thống phanh thủy lực thông thường, hệ thống phanh

có ABS còn thêm: các cảm biến tốc độ bánh xe, bộ điều khiển trung tâm ABS, các van điều chỉnh áp suất bố trí trước xilanh bánh xe

ECU-Chức năng của các bộ phận chính như sau:

+ Cảm biến tốc độ bánh xe nhằm xác định tốc độ góc của bánh xe và chuyển thành tín hiệu điện gửi đến bộ ECU-ABS

+ Bộ điều khiển trung tâm ECU-ABS theo dõi sự thay đổi tốc độ góc quay bánh xe khi phanh, xác định tốc độ góc ô tô, gia tốc góc của bánh xe, cấp tín hiệu điều khiển tới các van điều chỉnh áp suất trong block thủy lực

+ Cụm van điều chỉnh (block thủy lực) hoạt động theo tín hiệu điều khiển từ ECU, điều chỉnh áp suất dầu để đảm bảo độ trượt tối ưu 15 ÷ 30%

1.11 Lựa chọn phương án thiết kế

1.11.1 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh

Cơ cấu phanh trên ôtô chủ yếu có hai dạng: phanh guốc và phanh đĩa Phanh guốc chủ yếu sử dụng trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở khách và một số loại ôtô con Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên xe con và trong đó chủ yếu là ở cơ cấu phanh trước, và ngày nay phần lớn các xe con là sử dụng cho cả 2 cầu

Ta chọn loại cơ cấu phanh đĩa cho cầu trước và phanh tang trống cho cầu sau của xe để tận dụng tối đa các ưu điểm của 2 loại phanh này:

Cầu trước:

+ Khi phanh trọng lượng xe phân bố lên cầu trước tăng, do đó tăng lực bám cho cầu trước, cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, tận dụng được tối

đa khả năng bám của xe

+Luồng khí lưu thông ở cầu trước nhiều hơn, do đó giúp làm mát cơ cấu tốt hơn, còn với phanh tang trống thì có kết cấu kín lên không tân dụng được luồng khí làm mát này nên có thể đặt ở cầu sau

Cầu sau:

+Trọng lượng xe phân bố xuống cầu sau giảm, do đó để tương ứng với lực bám sao cho xe không bị trượt lết thì lực phanh phải giảm Vì vậy lực phanh cầu sau không cần lớn lắm, ta có thể sử dụng kết cấu phanh tang trống để một phần tiết kiệm chi phí

+ Vì bánh xe cầu sau luôn bị các chất bẩn từ cầu trước hất vào khi xe chuyển động trên nhưng địa hình xấu, cơ cấu phanh tang trống với kết cấu phanh kín có thể hạn chế tốt các chất bẩn có thể bắn vào kết cấu gây ảnh hưởng đến chất

lượng phanh

1.11.2 Lựa chọn phương án dẫn động phanh

Hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực có những ưu nhược điểm sau:

Ưu điểm:

+ Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe

hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu

+ Phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao

+ Hiệu suất cao, kết cấu đơn giản

Nhược điểm của hệ thống này là tỉ số truyền của dẫn động không lớn, nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh Vì vậy hệ thống dẫn động phanh thủy lực thường dùng trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ Trong hệ thống dẫn động phanh thủy lực mạch dẫn động chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng

Từ các ưu nhược điểm trên ta chọn loại dẫn động thủy lực hai dòng có trợ lực trên xe thiết kế

CHƯƠNG II

TÍNH TOÁN – THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

2.1 Tính toán cơ cấu phanh

THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE THAM KHẢO

ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT

Kích thước tổng thể

(dài x rộng x cao) mm

4580x2200x2030

Chiều dài cơ sở mm 2750

Chiều rộng cơ sở (trươc/sau) mm 1510/1510

Cỡ lốp

205/65R15 mâm đúc Chiều cao trọng tâm hg mm 800

Phanh

Phanh chính, loại Phanh trước: đĩa

Phanh sau: tang trống

Động cơ

nhiên liệu EFI,, 16 van, cam kép với VVT-i

Số xi lanh 4, đặt thẳng hàng

Công suất lớn nhất 134/5600 (hp/rpm)

Mômen xoắn lớn nhất 18,6/4000 (kg.m/rpm)

2.1.1 Xác định mô men phanh theo điều kiện bám

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép

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 cầu trước là:

bx

g

b g

h j L

b G

12

h j L

a G

12

 G – trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải, G = 21300 (N)

 a, b, hg – toạ độ trọng tâm của ôtô (mm);

 L – chiều dài cơ sở của ôtô, L = 2750 (mm) = 2,75 (m);

 jmax - gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh:

Để tận dụng hết lực phanh thì lực phanh sinh ra phải bằng với lực bám của

xe với đường

=> PPmax = Pφmax

=>m.jmax = G.φ = m.g.φ

ta có thể tính toán ngay mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe trước là:

' 1 1

bx p

m G

2 φ.r Với:

 m1- hệ số phân bố lại tải trọng cầu trước, được xác định:

max g max g 1

1

j h j h

m =1+ =1+

L.Gg.b g.

G

 m2- hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau, được xác định:

max g max g 2

1

j h j h

m =1-

=1-L.Gg.a g.

GVới hg = 0,8(m)- chiều cao trọng tâm xe, ta chọn với xe tải Do đó:

7,85.0,8

2,75.99009,81

β2 = β1 + β0 = 140 + 1200 = 1340

2 1

0

2 1

2sin2

sin2

2cos2

costg

180

=>δ = 9,210

Bán kính ρ xác định theo công thức sau:

Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (β1, β2, β0, r1) chúng ta tính được góc δ

và bán kính ρ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướng vào tâm 0) Lực R1 là lực tổng hợp của N1, T1 Lực R1 tạo với lực N1 góc φ1

Góc φ1 được xác định như sau:

Ttg

Trong đó:

μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3

Vậy chúng ta đã xác định được góc φ1 ≈ 16,690, nghĩa là xác định được hướng của R1 Góc φ1 má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì cùng có hệ số

 Các bước xây dựng họa đồ lực phanh

Hai guốc phanh như nhau chịu tác dụng của các lực:

- Lực tác dụng từ dẫn động phanh thông qua xilanh công tác P’, P’’ Do dẫn động thủy lực với 1 xilanh công tác chung cho cả 2 piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau P’= P’’=P Lực P’, P’’

có phương ngang như hình 2.2

- Lực tác dụng từ trống phanh vào má phanh (toàn bộ áp lực từ trống phanh vào má phanh được quy về lực giả định tương đương) R’, R’’

- Phản lực tâm quay của guốc phanh U’, U’’

- Xác định các thong số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỷ

lệ, vẽ các lực P

- Tính góc δ và bán kính ρ, từ đó xác định được điểm đặt của lực R

- Tính góc φ và phương của lực R Kéo dài phương của lực R’ và P cắt nhau tại O’, kéo dài phương của P và R’’ cắt nhau tại O’’ Ta có ở trạng thai cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0:

P  R U 0

Do vậy 3 lực trên sẽ tạo thành một tam giác lực khép kín, nghĩa là nếu kéo dài phương của 3 lực này thì chúng sẽ đồng quy đó chính là điểm O’ và O’’ Như vậy để xác định phương của lực U chỉ cần nối O với O’ và O với O’’

Do vậy 3 lực trên sẽ tạo thành một tam giác lực khép kín, nghĩa là nếu kéo Trên hình vẽ lấy 2 đoạn P1 và P2 bằng nhau nhưng ngược chiều Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R và U đã có trên họa đồ

- Đo trực tiếp các đoạn R’ và R’’ trên hình và tính tỷ lệ:

' ''

R k=

c Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh Nếu hiện tượng này xảy ra thì khi người lái thôi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện tượng cần

tránh đối với hệ thống phanh Trên hình 2.2 ta thấy hiện tương tự xiết sẽ không

xảy ra khi phương của lực R đi qua phía trên tâm quay của guốc phanh Khi thôi phanh (tức là khi đó thôi tác động của lực P), phản lực R từ trống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vị trí không phanh) Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay của guốc phanh (mà điều này chỉ xảy ra đối với guốc phanh bên trái) thì bản thân lực R cũng làm cho guốc phanh quay sang trái Khi đó momen phanh sẽ tăng lên vô hạn và nếu người lái nhả phanh thì xe vẫn bị phanh Guốc phanh bên phải (tức guốc phanh phía sau theo chiều tiến của xe) không bao giờ có hiện tượng tự xiết

- Ta có công thức tính momen phanh đối với guốc sau

c(cosδ -μsinδ )+μρ c.cosδ +μ(ρ -sinδ )

Từ họa đồ ta có thể thấy ρ” – c.sinδ” >0 trong mọi trường hợp vì vậy:

c.cosδ” + μ(ρ” – sinδ”) >0 Vậy với guốc phanh sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết

- Đối với guốc trước

' ' '

μρ P (c.cosα+a)

M =

c(cosδ +μsinδ )-μρ

Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì M’P → ∞ Điều này

có nghĩa là mômen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là:

cos C

Trong đó:

C: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt Chọn c= 100 mm

Theo tính toán ở trên ta có:

' '

9, 210,1626( )