Hệ Thống Phanh Trên Ôtô Hiện Đại

Hệ Thống Phanh Trên Ôtô Hiện Đại tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn về tất cả các lĩnh...

LỜI NÓI ĐẦU

Ở nước ta hiện nay ôtô là phương tiện giao thông được rất nhiều người lựa chọn

để phục vụ cho việc đi lại và vận chuyển hàng hóa Mật độ ôtô tham gia lưu thông trên đường ngày một tăng Để đáp ứng nhu cầu của người sử dụng xe về tốc độ của ôtô phải lớn nhưng vẫn phải đảm bảo tính an toàn Các nhà sản xuất ôtô đã không ngừng áp dụng các biện pháp cải tiến hệ thống phanh nhằm nâng cao chất lượng của

hệ thống phanh để đáp ứng được yêu cầu nói trên Các biện pháp nhằm nâng cao tính năng phanh đã được các nhà sản xuất ôtô áp dụng đó là: Bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe, điều hòa lực phanh, trang bị hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) Trong đó việc trang bị bộ điều hòa lực phanh cho hệ thống phanh đã được các nhà sản xuất chú ý và áp dụng từ rất lâu Với hệ thống phanh được trang bị bộ điều hòa lực phanh vừa đáp ứng được yêu cầu nâng cao tính năng phanh mà giá thành lại không cao rất phù hợp với thu nhập của người dân ở một nước đang phát triển như nước ta hiện nay

Với mục đích củng cố những kiến thức đã học và mở rộng kiến thức chuyên môn và cũng là dịp giúp em được làm quen với công tác nghiên cứu khoa học Nay

em được giao thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài:

“Phân tích cơ sở lý thuyết, đặc điểm cấu tạo và mô phỏng hoạt động của

hệ thống phanh có điều hòa lực phanh của ôtô” Với sự hướng dẫn của thầy

PGS.TS Nguyễn Văn Nhận

Đề tài được trình bày với những nội dung chính sau:

Chương 1Tổng quan về hệ thống phanh ôtô

Chương 2 Cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh có điều hòa lực phanh Chương 3 Đặc điểm cấu tạo và mô phỏng hoạt động của hệ thống phanh

có điều hòa lực phanh

Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã được thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận tận tình chỉ dẫn và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài này Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhưng đây là lần đầu được làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, hơn nữa kiến thức của bản thân còn nhiều hạn chế nên báo

cáo này chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự thông cảm

và góp ý của quý thầy cô và các bạn để đề tài của em được hoàn chỉnh hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận cùng toàn thể các thầy trong bộ môn Kỹ Thuật Ôtô đã tạo mọi điệu kiện giúp

đỡ để em hoàn thành đề tài này

Nha Trang, tháng 8/2007 Sinh viên

Nguyễn Văn Chung

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 1.1 CHỨC NĂNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ 1.1.1 CHỨC NĂNG

Hệ thống phanh có những chức năng sau:

 Giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đấy hoặc dừng hẳn ôtô lại

 Duy trì vận tốc của ôtô ở một giá trị nhất định khi xe chuyển động xuống

dốc

 Đảm bảo cho ôtô có thể đứng yên trên đường kể cả trên đường dốc cũng như

khi không có mặt của người lái

 Đối với xe bánh xích hệ thống phanh còn giúp cho xe thực hiện việc quay vòng gấp, khi quay vòng người ta thường phanh một bên bánh xe để giảm bán kính

quay vòng của xe

Khi ôtô đang chuyển động, nếu người lái cắt nguồn động lực đến các bánh xe chủ động, vận tốc của ôtô sẽ giảm dần và dừng hẳn sau một thời gian nhất định do

động năng của ôtô tiêu hao dần cho các loại lực cản chuyển động như lực cản của đường (F), lực cản của không khí (FW), lực ma sát (Fms) trong các bộ phận chuyển động của ôtô (mục 2.1) Tuy nhiên, các loại lực cản tự nhiên nói trên sẽ không đủ lớn khi muốn giảm nhanh vận tốc của ôtô hoặc duy trì vận tốc của ôtô khi đang chạy xuống dốc Bởi vậy ôtô phải trang bị hệ thống phanh để tạo ra một lực cản

nhân tạo- lực phanh (Fp) – trong những trường hợp cần thiết Quá trình tạo ra và

duy trì lực phanh được gọi là quá trình phanh

Căn cứ vào mục đích phanh, có thể phân biệt các quá trình phanh:

 Phanh chậm dần – còn gọi là hãm ôtô – được sử dụng để dừng xe ở một vị

trí đã định hoặc giảm từ từ vận tốc của xe Trong quá trình phanh chậm dần, động năng của xe được tiêu hao bởi cả hai loại lực cản: lực cản tự nhiên (F, FW, Fms) và lực cản nhân tạo ( Fp)

Quá trình phanh chậm dần có thể thực hiện nhờ hệ thống phanh chính hoặc hệ thống phanh hãm chuyên dụng Hệ thống phanh hãm chuyên dụng thường được

đường dốc dài nhằm tránh phải sử dụng hệ thống phanh chính và đảm bảo hệ thống phanh chính luôn trong tình trạng kỹ thuật tốt, để sử dụng trong những trường hợp phanh khẩn cấp Trên các loại ôtô tải trọng nhỏ và trung bình, thông thường hệ thống phanh chính đảm nhiệm luôn chức năng của hệ thống phanh hãm Ngoài ra, người điều khiển còn có thể sử dụng động cơ và hộp số như một hệ thống phanh phụ Phương pháp phanh ôtô bằng động cơ được thực hiện khi không cắt ly hợp, lực phanh được hình thành trên các bánh xe là do momen phanh của động cơ, momen

ma sát trong hệ thống truyền lực và ở các bánh xe sinh ra Phương pháp này thường được sử dụng khi cần giảm từ từ vận tốc của ôtô hoặc sử dụng khi ôtô di chuyển xuống dốc dài với vận tốc vừa phải

 Phanh khẩn cấp – là quá trình phanh khi lái xe phát hiện tình huống phải

phanh để dừng xe trong thời gian ngắn nhất có thể Khi phanh khẩn cấp, động năng của xe bị tiêu hao chủ yếu bởi lực cản nhân tạo (khoảng 90 %), còn phần động năng

bị tiêu hao bởi lực cản của đường và của không khí là rất nhỏ

 Phanh tại chỗ - được sử dụng để ngăn ngừa sự chuyển động của xe khi xe

đang đứng tại chỗ

Hệ thống phanh không chỉ đảm bảo tính an toàn khi vận hành mà còn cho phép nâng cao vận tốc trung bình của ôtô, qua đó nâng cao hiệu quả khai thác Xu hướng chung là vận tốc của ôtô ngày càng được nâng cao, bởi vậy nghiên cứu hoàn thiện

hệ thống phanh ôtô luôn là một yêu cầu cần thiết

 Dẫn động phanh có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều giữa các lần phanh

 Đảm bảo việc phân bố momen phanh trên các bánh xe theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh ở những cường độ phanh khác nhau

 Đảm bảo tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường Vì trượt lết trên mặt đường sẽ gây ra mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng chuyển động của xe

 Phanh chân và phanh tay phải làm việc độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố (đảm bảo chức năng

dự phòng)

 Cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ…) phải dể dàng điều chỉnh thay thế các chi tiết hư hỏng

 Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng

 Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực phanh trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe

 Hệ thống phanh tay có khả năng giữ cho ôtô đứng yên trong thời gian dài kể

cả trên những đoạn đường dốc

Ngoài các yêu cầu kể trên hệ thống phanh còn phải đảm bảo yêu cầu như chiếm

ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ biền cao

1.1.3 PHÂN LOẠI

Bảng 1-1.Phân loại tổng quát của hệ thống phanh ôtô

Theo công dụng

+ Hệ thống phanh chính (phanh chân) + Hệ thống phanh dừng (phanh tay) + Hệ thống phanh hãm (phanh bằng động cơ hoặc phanh điện từ)

Theo kết cấu của

cơ cấu phanh

+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh puly (phanh băng) + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống

+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh thủy lực + Hệ thống phanh với cơ cấu phanh điện

Theo dẫn động

phanh

+ Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí + Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực + Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén + Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén-thủy lực

dụng khi phanh

+ Hệ thống phanh không có trợ lực + Hệ thống phanh trợ lực

+ Hệ thống phanh quán tính + Hệ thống phanh trọng lực

hoàn thiện của hệ

thống phanh

+ Hệ thống phanh thường + Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh + Hệ thống phanh chống hãm cứng

1) Hệ thống phanh chính : hay còn gọi là phanh chân đây là hệ thống phanh

được người lái thường hay sử dụng nhất trong quá trình phanh ôtô Trên các xe con

và xe tải nhẹ hệ thống phanh chính thường là hệ thống phanh thủy lực, đối với xe tải

nặng thường là hệ thống phanh khí nén

2) Hệ thống phanh dừng : còn được gọi là phanh tay hoặc phanh phụ là hệ

thống phanh có chức năng chính là đảm bảo cho xe không dịch chuyển khi đang đứng yên tại chỗ kể cả trên những đoạn đường dốc Ngoài ra hệ thống phanh dừng còn được xem như là một hệ thống phanh dự phòng, có nghĩa là hệ thống phanh dừng được dùng để phanh xe khi hệ thống phanh chính gặp sự cố trong quá trình phanh

b)

H 1-1 Hệ thống phanh tay dẫn động bằng cơ khí trên một số ôtô

a) Phanh tay với cơ cấu phanh đặt ở trục truyền động

Thanh kéo phanh

Dây cáp

Dây cáp

Cần điều khiển

Trục Cần hãm

Tay Phanh Bánh răng rẽ quạt

Cam xoay

Trống phanh

Lò xo

Má phanh Thanh kéo

a)

Hệ thống phanh tay trên ôtô gồm hai bộ phân chính:

 Dẫn động phanh: trên các ôtô hiện nay, hệ thống phanh tay thường sử dụng dẫn động phanh bằng cơ khí, trên một số ôtô tải nặng có thể sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén

 Cơ cấu phanh: đối với hệ thống phanh tay cơ cấu phanh thường được đặt trên

hệ thống truyền lực ở đầu sau của vỏ hộp số, trống phanh được lắp với đầu của trục cardan bằng các bulong đai ốc liên kết Kiểu kết cấu này thường được dùng đối với các ôtô hiện nay Đối với các xe du lịch, cơ cấu phanh tay có thể đặt ở các bánh xe phía sau Cơ cấu phanh được sử dụng trong hệ thống phanh tay thường là cơ cấu phanh tang trống hay cơ cấu phanh đĩa

Kết cấu của hệ thống phanh tay xem (H 1-1)

Hình a) cơ cấu phanh được đặt phía sau hộp số, trống phanh được lắp cố định trên trục thứ cấp của hộp số

Hình b) cơ cấu phanh được đặt ở các bánh xe phía sau

Nguyên lý hoạt động: hai guốc phanh được lắp trên đĩa tỳ cố định và lắp trên vỏ hộp số ở phía đầu ra của trục thứ cấp Khi người điều khiển kéo tay phanh, tay phanh liên kết với các thanh kéo làm quay cam xoay để cho các má phanh cùng guốc phanh ép sát vào trống phanh, làm giảm hay ngừng hẳn tốc độ quay của trống phanh Khi người điều khiển buông tay khỏi tay phanh thì cơ cấu cóc hãm sẽ ăn khớp với bánh răng rẽ quạt Như vậy, má phanh luôn ép sát vào trống phanh làm cho ôtô không di chuyển được Để ôtô có thể di chuyển được, người điều khiển phải tách cơ cấu cóc hãm và đưa tay phanh về vị trí ban đầu Lúc đó phanh hết tác dụng

3) Hệ thống phanh hãm : là hệ thống phanh có chức năng làm giảm hoặc duy

trì tốc độ của xe ở một giá trị nhất định mà không cần dừng xe lại Trên các xe tải lớn ngoài hệ thống phanh chính và hệ thống phanh tay người ta còn trang bị thêm hệ thống phanh hãm Hệ thống phanh hãm được sử dụng khi xe chạy xuống dốc trong thời gian dài thay cho hệ thống phanh chính nhằm đảm bảo cho hệ thống phanh chính luôn ở trong tình trạng kỹ thuật tốt để sử dụng trong các tình huống phanh khẩn cấp Hệ thống phanh hãm thường sử dụng cơ cấu phanh điện hoặc cơ cấu

phanh thủy lực

4) Hệ thống phanh tự động : hệ thống phanh tự động thường được trang bị cho

các xe kéo remorque có chức năng tự động phanh remorque khi nó tách ra khỏi xe kéo vì một nguyên nhân nào đó Phanh tự động thường là loại phanh hoạt động dưới

tác động của lực quán tính hoặc trọng lượng của remorque

5) Hệ thống phanh ở bánh xe : là hệ thống phanh có cơ cấu phanh đặt tại các

bánh xe của ôtô Cơ cấu phanh của hệ thống phanh bánh xe thường là cơ cấu phanh

tang trống hoặc cơ cấu phanh đĩa

6) Hệ thống phanh ở trục truyền động : trong hệ thống phanh ở trục truyền

động, cơ cấu phanh được lắp trên vỏ hộp số phía đầu ra của trục thứ cấp Hệ thống

phanh trục truyền động thường gặp ở hệ thống phanh dừng

7) Hệ thống phanh puly (phanh băng) [7] : bề mặt ma sát là mặt trụ bên ngoài

của trống quay Phanh băng có cấu tạo đơn giản và lắp ghép thuận tiện với những

cơ cấu khác của cầu chủ động, phanh băng được dùng trên tất cả các loại máy kéo xích cũng như trên một số máy kéo bánh Tuy nhiên do phanh băng làm việc không

êm dịu lắm và thường xuyên phải điều chỉnh nên chỉ sử dụng ở máy kéo xích, có tốc độ thấp Còn trên các máy kéo bánh và ôtô hầu hết dùng phanh tang trống hoặc

phanh đĩa

8) Hệ thống phanh tang trống : là hệ thống phanh được trang bị cơ cấu phanh

tang trống Trong cơ cấu phanh tang trống, momen phanh được tạo ra bằng cách ép

các má phanh vào trống phanh quay cùng với bánh xe

9) Hệ thống phanh đĩa : là hệ thống phanh được trang bị cơ cấu phanh đĩa

Trong cơ cấu phanh đĩa, momen phanh được tạo ra bằng cách ép má phanh vào đĩa

phanh gắn trên bánh xe

10) Hệ thống phanh điện : là hệ thống phanh được trang bị cơ cấu phanh điện

Hệ thống phanh điện làm việc dựa trên nguyên lý sử dụng lực điện từ để cản lại chuyển động của bánh xe khi người lái xe đóng dòng điện phanh Trên hình (H 1-2) trình bày cơ cấu phanh điện

11) Hệ thống phanh cơ khí : là hệ thống phanh mà lực điều khiển quá trình

phanh từ người lái được truyền đến các cơ cấu phanh để tạo ra momen phanh nhờ các đòn bẩy, thanh kéo hoặc dây kéo Hệ thống phanh cơ khí thường được sử dụng làm hệ thống phanh dừng vì lực điều khiển lớn, độ nhạy không cao do độ rơ của các

cơ cấu cơ khí Hệ thống phanh cơ khí còn được dùng để dừng xe khi hệ thống phanh chân gặp sự cố trong khi đang chuyển động

12) Hệ thống phanh thủy lực : là hệ thống phanh sử dụng chất lỏng (dầu

phanh) để truyền lực điều khiển quá trình phanh từ người lái đến cơ cấu phanh nhằm tạo ra momen phanh

Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực hình (H 1-3) của ôtô gồm hai phần chính:

 Truyền động phanh: được bố trí trên khung xe gồm có: Bàn đạp phanh (1), xylanh chính (2) để tạo ra áp suất cao, xylanh con (4), các ống dẫn thủy lực (3) dẫn dầu phanh đến các cơ cấu phanh

H 1-2 Cơ cấu phanh điện

H 1- 3 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực của ôtô

 Cơ cấu phanh: đặt ở các bánh xe gồm má phanh (5), lò xo kéo (6), trống phanh (7)

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh thủy lực như sau: Khi người lái tác dụng một lực lên bàn đạp (1) qua hệ thống đòn sẽ làm cho piston nằm trong xylanh chính (2) di chuyển, đồng thời chất lỏng trong lòng xylanh chính bị ép và tạo ra áp suất cao trong hệ thống, chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng lên các bề mặt của các piston trong xylanh con (4) Các piston này thắng lực lò xo kéo (6), nó sẽ đẩy hai guốc phanh cùng má phanh (5) rời xa nhau và ép sát vào trống (7) để tiến hành phanh ôtô, vì trống phanh được gắn liền với moayơ bánh xe

Khi ngừng phanh người lái nhấc chân khỏi bàn đạp phanh (1), lò xo kéo (6) sẽ kéo hai guốc phanh cùng má phanh (5) về vị trí ban đầu Nhờ lực đàn hồi của lò xo (6) nên các piston trong xylanh con (4) sẽ ép chất lỏng trong lòng xylanh con, theo các đường ống dẫn (3) về xylanh chính (2) Hình (H 1-4) giới thiệu sơ đồ hệ thống

phanh thủy lực trên xe MERCEDER-SL-CLASS

Sự làm việc của phanh thủy lực dựa trên nguyên lý thủy lực tĩnh học: nếu tác dụng một lực lên bàn đạp phanh thì áp suất truyền đến các xylanh con sẽ như nhau Tại mọi vị trí trên đường ống đều có áp suất là P (H 1-5) Lực trên từng má phanh phụ thuộc vào đường kính piston ở các xylanh con Muốn có momen phanh ở bánh

xe phía trước khác momen phanh ở bánh xe phía sau thì phải làm đường kính piston của các xylanh con khác nhau

H 1-4 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực trên xe MERCEDER-SL-CLASS

Lực tác dụng trên các má phanh phụ thuộc vào tỷ số truyền động Đối với phanh thủy lực tỷ số truyền động bằng tỷ số truyền của phần truyền động cơ khí nhân với

tỷ số truyền của phần truyền động thủy lực Nếu piston ở xylanh con có diện tích lớn gấp đôi diện tích piston ở xylanh chính thì lực tác dụng ở piston xylanh con lớn gấp hai lần lực tác dụng lên piston ở xylanh chính Như vậy, tỷ số truyền sẽ tăng lên hai lần Nhưng khi đó, hành trình của piston ở xylanh con sẽ giảm đi hai lần, vì vậy

mà chúng có quan hệ tỷ lệ nghịch với nhau, cho nên gây khó khăn trong khi thiết kế truyền động phanh [5]

Đặc điểm quan trọng của hệ thống phanh thủy lực là các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp suất dầu trong đường ống chỉ bắt đầu tăng lên khi mà tất cả các

má phanh ép sát vào trống phanh không phụ thuộc vào đường kính xylanh và khe

hở giữa má phanh và trống phanh

Ưu, nhược điểm của hệ thống phanh thủy lực:

 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, độ nhạy tốt, kết cấu và thiết kế đơn giản Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau, chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

Vì vậy, nó được dùng nhiều trên các loại ôtô hiện nay

 Nhược điểm: Không thể làm tỷ số truyền lớn được, do đó trong hệ thống

phanh thủy lực nếu không có bộ trợ lực thì chỉ nên dùng cho các xe có tải trọng nhỏ

H 1-5 Sơ đồ nguyên lý thủy tĩnh học

của phanh Giá phanh

Xylanh chính

ống dẫn thủy lực

Piston xylanh con

P

P

P

P

Nếu có sự dò rỉ trên đường ống dẫn dầu thì cả hệ thống phanh không hoạt động được nữa

13) Hệ thống phanh khí nén: Hệ thống phanh khí nén sử dụng năng lượng của

khí nén để tiến hành phanh, người điều khiển không cần tốn nhiều sức để tác động lên bàn đạp phanh, lực tác dụng lên bàn đạp phanh chỉ dùng để thắng lực lò xo trong van phân phối để cung cấp khí nén cho hệ thống hoặc thoát khí nén trong hệ thống ra ngoài không khí khi nhấc chân ra khỏi bàn đạp phanh Nhờ vậy mà phanh khí nén điều khiển nhẹ nhàng hơn Hệ thống phanh khí nén thường được trang bị

trên các xe tải trọng lớn

Hình (H 1-6) trình bày sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh khí nén:

H 1-6 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh khí nén trên ôtô

1 Không khí vào máy nén; 2.Máy nén khí; 3 Bình chứa khí nén; 4 Bàn đạp phanh và van phân phối khí nén; 5 Van xả nhanh khí nén tại van phân phối khí nén; 6-20.Van xả nhanh đặt tại đường ống dẫn khí; 7-19 Ngõ xả của van; 8-

18 Bầu phanh; 9 Bàn tay; 10-14 Guốc phanh khí nén; 11-13 Trống phanh; 12-15 Lò xo hồi vị guốc phanh; 16 Cam xoay; 21 Đường ống dẫn khí nén

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí nén: Máy nén khí được dẫn động

từ động cơ ôtô nhờ các dây đai sẽ cung cấp khí nén vào bình chứa khí nén, áp suất của khí nén được xác định bởi áp kế đặt trong buồng lái

Khi cần phanh người điều khiển tác dụng lên bàn đạp phanh, thông qua thanh đẩy bàn đạp sẽ tác động lên van phân phối khí nén, lúc đó khí nén từ bình chứa khí nén theo các đường ống dẫn qua van phân phối khí nén đi đến các bầu phanh làm cho màng cao su của bầu phanh hoạt động sẽ dẫn động các cam xoay và làm chúng xoay Do đó, các má phanh cùng guốc phanh được ép vào trống phanh Quá trình phanh được thực hiện

Khi người điều khiển nhấc chân ra khỏi bàn đạp phanh, khí nén với áp suất cao phía sau van phân phối sẽ nhanh chóng thoát ra ngoài không khí qua các cửa ra của van xả nhanh và tại ngõ thoát khí nén của van phân phối khí nén, đồng thời nhờ vào lực của lò xo hồi vị trong cơ cấu phanh làm tách má phanh ra khỏi trống phanh để kết thúc quá trình phanh

Để tránh trường hợp áp suất trong hệ thống phanh có thể tăng quá trị số quy định, trong hệ thống cần được trang bị thêm van an toàn

H 1-7 Hệ thống phanh khí nén trên ôtô tải

1 Máy nén; 2 Bình chứa khí nén; 3 Đồng hồ áp suất; 4 Ống dẫn khí đến cơ cấu lau kính; 5 Van phân phối khí; 6 Ống dẫn khí; 7 Bàn đạp phanh; 8,15 Ống nối mền; 9,18 Má phanh và guốc phanh; 10 Bầu phanh; 11 Thanh dẫn;

12 Đòn quay; 13 Bánh cam hay quả đào; 14,17 Lò xo; 16 Màng cao su

Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén là có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ôtô và có thể sử dụng khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treo loại khí

14) Hệ thống phanh thủy – khí : hệ thống phanh thủy-khí là hệ thống phanh kết

hợp giữa hai kiểu dẫn động phanh thủy lực và khí nén Hình (H 1-8) trình bày sơ

đồ nguyên lý của hệ thống phanh thủy- khí

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh thủy-khí theo sơ đồ trên như sau: Máy nén khí (2) được dẫn động bởi động cơ của ôtô thông qua các dây đai, và nạp khí nén vào bình chứa khí nén (3)

Khi người điều khiển tác dụng lên bàn đạp phanh (4), van phân phối khí nén (5)

sẽ mở, khí nén từ bình chứa sẽ đi qua van phân phối đến các xylanh lực đẩy piston của xylanh lực ép các piston của xylanh chính (10-12), áp suất dầu trong xylanh chính và trong hệ thống tăng lên, sinh ra lực tác động lên các piston của các xylanh con (6-13), do đó sẽ làm cho các guốc phanh cùng má phanh (8-15) ép sát vào trống phanh (7-14) để thực hiện quá trình phanh

Hệ thống phanh thủy-khí được trang bị cho các xe tải trọng cỡ trung và lớn, nó phối hợp cả hai ưu điểm của hệ thống dẫn động phanh: bằng thủy lực và bằng khí nén Nhờ vậy mà hệ thống phanh thủy-khí có lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ, độ nhạy cao và có thể sử dụng cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

H 1-8 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh thủy-khí

15) Hệ thống phanh không có trợ lực: là hệ thống phanh mà toàn bộ năng

lượng cần thiết để tạo ra momen phanh ở cơ cấu phanh chỉ bắt nguồn từ người lái

khi đạp phanh

16) Hệ thống phanh trợ lực: là hệ thống phanh được trang bị cơ cấu khuyếch

đại lực đạp phanh của người lái để thực hiện quá trình phanh Hệ thống phanh trợ lực được trang bị cho xe tải lớn để giảm sức lao động cho người lái và đảm bảo tính

an toàn cho xe

17) Hệ thống phanh không có điều hòa lực phanh: là hệ thống phanh có áp

suất trong dẫn động phanh ở cầu trước và áp suất trong dẫn động phanh ở cầu sau

bằng nhau

18) Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh: là hệ thống phanh mà áp suất

trong dẫn động phanh ra cầu trước và cầu sau được điều chỉnh tự động, theo một tỷ

lệ nhất định nhờ bộ điều hòa lực phanh nhằm sử dụng hết trọng lượng bám khi tải

trọng trên bánh trước và bánh sau thay đổi để nâng cao hiệu quả phanh

19) Hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS): hệ thống phanh chống hãm cứng

là hệ thống phanh được trang bị hệ thống tự động điều chỉnh áp lực phanh ở các bánh xe để tránh hiện tượng trượt lết ở các bánh xe Trên các ôtô hiện đại có vận tốc cao đều được trang bị hệ thống phanh ABS Tuy giá thành của hệ thống phanh chống hãm cứng còn cao, nhưng hiệu quả của nó mang lại là rất lớn Ngày nay ở

một số nước phát triển hệ thống phanh ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc

1.2 CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ

Hệ thống phanh ôtô bao gồm những bộ phận cơ bản sau:

 Bộ phận điều khiển

 Bộ phận cung cấp năng lượng

 Dẫn động phanh

 Cơ cấu phanh

Ngoài ra, trên một số xe kéo remorque, hệ thống phanh còn được trang bị các bộ phận phụ trợ để điều khiển phanh trên xe remorque Sơ đồ cấu tạo của một số hệ thống phanh thông dụng được trình bày trên hình (H 1-9)

1.2.1 BỘ PHÂN ĐIỀU KHIỂN PHANH

Bộ phận điều khiển phanh có nhiệm vụ nhận lực tác dụng của người lái để truyền đến dẫn động phanh Nó bao gồm các chi tiết: bàn đạp phanh, các khớp làm

mở van khí trong hệ thống phanh khí nén hay hệ thống phanh thủy lực có bộ trợ lực khí nén Bộ phận điều khiển phanh được lắp đặt trong khoang điều khiển, nơi mà người lái có thể tác động được một cách dễ dàng Ngày nay, bộ phận điều khiển phanh còn có sự trợ giúp của các thiết bị điện tử nhằm nâng cao hiệu quả phanh và giảm sự mệt nhọc cho người điều khiển

1.2.2 BỘ PHẬN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG

Bộ phận cung cấp năng lượng được bố trí trước dẫn động phanh Bộ phận cung cấp năng lượng có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cần thiết để tạo ra momen phanh

ở cơ cấu phanh Đối với hệ thống phanh khí nén thì nguồn cung cấp năng lượng là máy nén khí; Đối với hệ thống phanh không có bộ trợ lực thì nguồn năng lượng chính là lái xe

1.2.3 DẪN ĐỘNG PHANH

1.2.3.1 DẪN ĐỘNG PHANH BẰNG THỦY LỰC

Dẫn động phanh thủy lực có chức năng truyền và khuyếch đại lực từ người điều khiển đến cơ cấu phanh để thực hiện quá trình phanh Dẫn động phanh thủy lực gồm: xylanh chính, xylanh con, các ống dẫn thủy lực, trên các hệ thống phanh có trợ lực thì dẫn động phanh được trang bị thêm các bộ trợ lực

H 1-9 Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh

1) Xylanh chính

Xylanh chính được nối với bàn đạp phanh sao cho chuyển động của bàn đạp phanh được truyền đến piston xylanh chính thông qua một thanh đẩy Có hai loại xylanh chính: xylanh chính đơn và xylanh chính kép

 Xylanh chính đơn

Những xylanh chính đầu tiên được sử dụng là loại xylanh chính đơn, kết cấu loại này được giới thiệu trên hình (H 1-10) [4] Nòng xylanh có một cổng ra (12) ở đầu cuối Từ cổng ra này, sẽ chia ra các nhánh theo ống dẫn đến từng xylanh con Thân xylanh được chia làm hai phần chính: piston (5) cùng với nòng xylanh và bình

chứa Hai phần này được nối thông với nhau bằng hai đường dẫn, một cổng bù (2) nhỏ và một cổng nạp (4) lớn hơn Nòng xylanh được gia công chính xác, nhẵn bóng

bên trong Piston sử dụng hai đệm kín gọi là đệm chén (cuppen) Đệm sơ cấp (9) được định vị ở đầu trong của piston, dùng để bơm dầu phanh đi Đệm thứ cấp (7) ở đầu ngoài piston giữ cho dầu phanh không bị rò rỉ ra ngoài Khi phanh chưa được tác động, cổng bù nằm ngay phía trước của đệm sơ cấp, cổng nạp nằm ở phía sau của đệm

Khi người điều khiển tác dụng lên bàn đạp phanh, lực tác dụng lên piston (5) thông qua thanh đẩy (6) lớn hơn lực của lò xo trả về (10) tác dụng lên piston, piston

H 1-10 Xylanh chính đơn

1 Lỗ xả gió; 2 Lỗ bù; 3 Lỗ thông với bình dầu; 4 Lỗ nạp; 5 Piston; 6

Thanh đẩy; 7 Đệm thứ cấp; 8 Lỗ trên piston; 9 Đệm sơ cấp; 10 Lò xo hồi

vị; 11 Van hồi dầu; 12 Lỗ thông với xylanh bánh xe; 13 Nắp chắn bụi

chuyển động sang trái Dầu phanh từ nòng xylanh sẽ di chuyển vào bình chứa cho đến khi đệm sơ cấp dịch chuyển qua và đóng kín cổng bù lại, thì dầu phanh sẽ được đẩy vào hệ thống làm các guốc phanh dịch chuyển và ép sát vào trống phanh Khi các guốc phanh đã ép sát vào trống phanh, áp suất dầu trong hệ thống tăng lên Lúc này lực tác dụng lên bàn đạp phanh tăng lên sẽ làm tăng lực phanh ở cơ cấu phanh một cách tương ứng

Khi bàn đạp phanh được nhả ra, lò xo trả về đẩy piston chuyển động ngược lại rất nhanh, đến vị trí dừng của nó tại vòng chặn Dầu phanh từ xylanh con sẽ trở

về xylanh chính qua van hồi dầu (11) Nhưng dầu từ xylanh con hồi về xylanh chính không kịp so với sự dịch chuyển của piston xylanh chính, nên có thể suất hiện áp suất chân không phía trước piston, do đó đệm sơ cấp trên piston được thiết kế sao cho khi piston trả về thì mép của đệm sơ cấp cụp xuống, để dầu từ bình chứa qua lỗ nạp và chảy từ phía sau ra phía trước piston nhờ các lỗ (8) trên piston ở bề mặt tiếp xúc với đệm sơ cấp Điều này vừa tránh được áp suất chân không phía trước piston vừa đảm bảo cung cấp đủ dung dịch khi đạp phanh nhiều lần liên tục

 Xylanh chính kép

Trên hình (H 1-11) giới thiệu kết cấu của loại xylanh chính kép

Hoạt động của xylanh chính kép như sau: Khi đạp phanh piston sơ cấp (5) sẽ dịch

chuyển về phía trước nhờ thanh đẩy nối giữa bàn đạp và piston Dầu phanh từ nòng

xylanh sẽ dịch chuyển vào bình chứa (18) cho đến khi mép đệm sơ cấp (12) của nó bịt kín cửa bù (15) Piston sơ cấp tiếp tục dịch chuyển về phía trước thì áp suất tăng lên ở vùng sơ cấp (11) sẽ đẩy piston thứ cấp (3) dịch chuyển theo Sự dịch chuyển của piston thứ cấp (3) sẽ làm dầu từ nòng xylanh ở vùng thứ cấp (8) dịch chuyển vào bình chứa cho đến khi mép đệm sơ cấp (9) của piston thứ cấp đóng cửa bù (17) lại Piston thứ cấp tiếp tục dịch chuyển về phía trước thì áp suất ở vùng thứ cấp (8) tăng lên một cách tương tự Piston thứ cấp tùy động theo áp suất dầu ở vùng sơ cấp

và vùng thứ cấp Dầu có áp suất cao trong vùng sơ cấp và vùng thứ cấp sẽ qua van

liên hợp (22) và (20) theo các đường ống dẫn (21), (19) đến các xylanh con ở các cơ

cấu phanh để thực hiện quá trình phanh

Khi nhả bàn đạp phanh, piston sơ cấp trở về đến vòng chặn tại đầu ngoài của nòng xylanh Piston được đẩy đến đó nhờ cả hai lò xo trả về của piston sơ cấp và piston thứ cấp Vị trí trở về của piston thứ cấp được xác định bằng chiều dài và độ mạnh của các lò xo trả về sơ cấp và thứ cấp Các trị số của hai lò xo này phải được điều chỉnh trong quá trình chế tạo để đảm bảo vị trí chính xác của piston thứ cấp

sơ cấp; 14,16 Cửa nạp; 15,17 Cửa bù; 18 Bình chứa dầu; 19,21 Ống dẫn dầu đến các xylanh con; 20,22 Các van liên hợp

Đệm sơ cấp phải được trả về đến vị trí vừa qua khỏi cổng bù của nó Nếu cổng bù không được mở ra khi nhả phanh, sẽ xảy ra hiện tượng kẹt phanh vì dầu phanh ở các xylanh con không chảy ngược trở về được Nếu piston trở về quá xa qua khỏi cổng bù, sẽ làm bàn đạp phanh thấp do bị mất hành trình bơm Ở một số kết cấu xylanh chính khác, người ta dùng một vít chặn vặn ren vào nòng xylanh để đảm bảo

vị trí chính xác của piston thứ cấp Piston thứ cấp đứng lại và tựa vào vít này khi nó trở về

Piston sơ cấp (5) có một thanh nối (6) phía trước Trường hợp hệ thống thủy lực bị sự cố, các đường ống bị vỡ (hở) Nếu áp lực bị mất ở vùng sơ cấp (11), thanh nối sẽ được đẩy vào và tác dụng lên piston thứ cấp bằng cơ khí Sẽ bị mất một ít hành trình di chuyển cho đến khi thanh nối chạm vào piston thứ cấp, phía thứ cấp vẫn hoạt động bình thường Hình (H 1-12) trình bày sự hoạt động của xylanh chính trong trường hợp này Cũng có một thanh nối (7) phía trước piston thứ cấp (3) Khi

áp lực bị mất ở vùng thứ cấp, piston thứ cấp sẽ di chuyển cho đến khi thanh nối chạm vào nòng xylanh Từ lúc này , vùng sơ cấp bắt đầu làm việc bình thường

1 Ngăn chứa dầu thứ nhất; 2 Ngăn chứa dầu thứ hai; 3

Ống dẫn dầu đến các cơ cấu phanh

lên tang trống hoặc đĩa phanh Hình (H 1-13) trình bày kết cấu của xylanh con kép điển hình

Thân xylanh (7) được chế tạo bằng gang hoặc nhôm Nòng xylanh phải thẳng

nhẵn bóng, và có kích thước chính xác Trên thân xylanh con có bệ gá để gắn lên tấm giữ Hầu hết các xylanh con được gắn chặt vào tấm giữ bằng một cặp bulong hoặc vít Thân xylanh có lỗ ren để lắp vít xả gió

Piston của xylanh con (3) được chế tạo từ nhôm đúc, gang, hoặc bằng nhựa

dẻo và được tạo dáng để gắn thanh đẩy (1) hoặc vấu tựa guốc phanh Phía trong piston phẳng và nhẵn bóng để đệm kín (4) tựa vào

Lò xo (5) có nhiệm vụ đẩy đệm kín đi ra để các chi tiết liên quan giữa chúng

luôn tiếp xúc với guốc phanh Nắp che bụi (2) ngăn cản chất bẩn đi vào nòng xylanh, có thể làm kẹt hoặc ăn mòn piston Vít xả gió để xả hết không khí trong xylanh ra ngoài

Khi dầu phanh có áp suất cao đi vào đường ống dẫn, làm tăng thể tích giữa hai đệm kín (4), đẩy hai piston (3) dịch chuyển về hai phía để ép guốc phanh và má phanh vào trống phanh thông qua thanh đẩy (1) Quá trình phanh được tiến hành

Khi thôi tác dụng lên bàn đạp phanh, áp suất thủy lực trong đường ống dẫn không còn nữa, piston xylanh con được đẩy vào nhờ lò xo hồi vị của cơ cấu phanh, thể tích giữa hai đệm làm kín giảm kết thúc quá trình phanh Hình (H 1-14) trình bày các loại xylanh con thường gặp

H 1-13 Xylanh con tháo rời gồm có:

1 Thanh đẩy; 2 Nắm che bụi; 3 Piston; 4 Đệm kín (cuppen); 5 Nòng đệm kín; 6 Lò xo; 7 Thân xylanh con; 8 Bulong cố định xylanh con với tấm giữ

Một số ít cơ cấu phanh sử dụng xylanh con kép loại có đường kính các piston không bằng nhau (xylanh con có đường kính bậc) Nòng xylanh có hai đường kính với hai piston và đệm kín có kích thước khác nhau Piston và đệm kín nhỏ gắn ở đường kính nhỏ sẽ tác dụng áp lực nhỏ hơn lên guốc phanh, còn piston lớn hơn sẽ tác dụng lực lớn hơn lên guốc phanh còn lại

c) Xylanh con kép có đường kính piston không bằng nhau

a) Xylanh con đơn

b) Xylanh con kép có đường kính piston bằng nhau

H.1-14 Một số loại xylanh con

1 Lò xo; 2 Lỗ dầu vào; 3 Vít xả gió; 4 Thanh đẩy; 5 Piston; 6 Đệm kín; 7 Nắp chắn bụi

1

7

3

3) Bộ trợ lực chân không

Hầu hết các ôtô hiện nay đều dùng phanh trợ lực để giảm sự mệt nhọc cho người điều khiển Trên các xe tải trọng nhỏ và vừa, dùng dẫn động phanh bằng thủy lực thường được trang bị bộ trợ lực chân không Hình (H 1-15) trình bày kết cấu của bộ trợ lực chân không

Khi chưa tác dụng lên bàn đạp phanh (6), ở trạng thái này lò xo (11) đẩy tấm

đỡ cùng màng ngăn (9) về phía bên phải của bộ trợ lực Lúc này, piston bộ trợ lực (3) được định vị sao cho cửa chân không (4) mở và cửa khí quyển (8) đóng Khi đó chân không từ đường ống nạp sẽ đi vào cả hai phía: phía trước và phía sau của màng ngăn

Khi tác dụng lên bàn đạp phanh, lực từ bàn đạp phanh thông qua thanh đẩy (5) làm piston (3) di chuyển về phía trái Khí đó cửa chân không đóng lại ngăn cách giữa hai buồng trước và sau của màng ngăn, đồng thời cửa khí quyển được mở ra Lúc này, áp suất khí quyển sẽ đi vào buồng phía sau của màng, còn buồng phía trước của màng ngăn vẫn là áp suất chân không vì nó được thông với đường ống nạp của động cơ Sự chênh lệch áp suất giữa hai buồng ngăn và lực từ bàn đạp làm

1 Cửa nối thông với đường ống nạp; 2 Vỏ sau; 3 Piston bộ trợ lực;

4 Cửa chân không; 5 Thanh đẩy của bàn đạp phanh; 6 Bàn đạp

phanh; 7 Áp suất khí quyển; 8 Cửa khí quyển; 9 Màng ngăn; 10

Áp suất chân không; 11 Lò xo; 12 Thanh đẩy piston; 13 Vỏ trước

cho màng ngăn cùng thanh đẩy xylanh chính di chuyển về phía trước bộ trợ lực để thực hiện quá trình phanh Hình (H 1-16) trình bày trạng thái khi chưa đạp phanh

và khi đạp phanh của bộ trợ lực

1.2.3.2 DẪN ĐỘNG PHANH BẰNG KHÍ NÉN

1) Tổng van khí nén

Hình (H.1-17) trình bày kết cấu

của một loại tổng van khí nén Khi ấn vào

bàn đạp, piston (1) đi xuống bít lỗ giữa

của van chặn hơi (2) Ấn thêm bàn đạp

phanh, van (2) sẽ mở cho khí nén từ bình

chứa đi vào ống dẫn đến bầu phanh trước

và bầu phanh sau Khi thôi tác dụng lên

bàn đạp phanh, lò xo (3) của tổng van sẽ

đẩy piston (1) lên, van (2) đóng bệ của nó

ngắt liên hệ giữa bình chứa khí nén với

đường ống Khí nén dùng xong từ các bầu

phanh trở về tổng van theo lỗ giữa của

van (2) thoát ra ngoài không khí

Áp suất

chân

không

Áp suất chân không

Áp suất

khí quyển

H 1-16 Hoạt động của bộ trợ lực a) Khi chưa đạp phanh b) Khi đạp phanh

Khi không cung cấp khí nén vào lỗ (2), khí nén bên trong buồng có ở chu kỳ trước sẽ thoát ra ngoài theo lỗ (2), thể tích tạo bởi chi tiết (1) và (3) giảm xuống, cây

dù (4) và chữ U (7) trở về vị trí ban đầu nhờ lực tác dụng của lò xo (5), quá trình phanh kết thúc

 Loại hai tầng

Với kết cấu loại này khi hệ thống phanh gặp sự cố (các đường ống dẫn khí bị hở) thì ôtô sẽ dừng hẳn lại Loại này thường sử dụng trên các xe có tải trọng lớn Kết cấu của bầu phanh hai tầng được trình bày trên hình (H 1-19)

Khi hệ thống cung cấp khí nén hoạt động tốt, đường ống không bị rò rỉ khí quá mức quy định Lúc này khí nén luôn luôn có trong đường ống A, làm cho thể tích của buồng được tạo bởi bát cao su (5) với thân bầu phanh (13) là lớn nhất làm

H.1-18 Bầu phanh khí nén loại một tầng

1 Nắp trên của bầu phanh; 2 Lỗ lắp ống dẫn khí nén đến buồng phía

dưới được tạo bởi chi tiết 1 và 3; 3 Bát cao su; 4 Cây dù; 5 Lò xo; 6 Nắp dưới của bầu phanh; 7 Chi tiết chữ U

7

4

nén lò xo (4) lại và đẩy cây dù trên (6) lên phía trên Lúc này, cây dù giữa (7) và cây

dù dưới (8) được nâng lên nhờ vào lực của các lò xo (12) và (14) làm cho thể tích của buồng chứa khí nén được tạo bởi bát cao su (11) với thân bầu phanh (13) là nhỏ nhất Hệ thống phanh không bị bó cứng, ôtô hoạt động bình thường

Khi người điều khiển tác động lên bàn đạp phanh, khí nén cung cấp vào ngõ

B làm tăng thể tích giữa bát cao su (11) và thân bầu phanh (13), đẩy cây dù dưới (8)

và chi tiết chữ U (9) di chuyển xuống phía dưới để thực hiện quá trình phanh

Khi bàn đạp phanh được nhả ra, thể tích buồng được tạo bởi thân bầu phanh (13) và bát cao su (11) giảm xuống nhờ lực đẩy của lò xo (12), quá trình phanh kết thúc

Trong trường hợp hệ thống cung cấp khí nén không làm việc (hư hỏng), đường ống dẫn khí bị rò rỉ quá mức quy định Lúc này người điều khiển không còn

H 1-19 Bầu phanh khí nén hai tầng

A Ngõ khí nén vào thường trực; B Ngõ khí nén vào khí có sự cung

cấp của người điều khiển; 1 Nắp trên; 2 Vách ngăn cách giữa hai

tầng; 3 Bulong; 4 Lò xo; 5 Bát cao su; 6 Cây dù trên; 7 Cây dù

giữa; 8 Cây dù dưới; 9 Chi tiết chữ U; 10 Nắp dưới; 11 Bát cao

su; 12 Lò xo; 13 Thân bầu phanh; 14 Lò xo

điều khiển được nữa, lực của lò xo (4) đẩy các cụm chi tiết di chuyển xuống phía dưới Như vậy, ôtô tự hãm cứng nhờ vào lực rất lớn của lò xo

1.2.4 CƠ CẤU PHANH

Cơ cấu phanh là bộ phân trực tiếp tạo ra lực phanh làm giảm tốc độ của xe Nguyên lý hoạt động của các cơ cấu phanh là tạo ra lực cản trở lại chuyển động của

xe khi phanh dựa trên cơ sở các nguyên lý ma sát, điện từ, thủy lực, v.v… Trên các ôtô hiện nay các cơ cấu phanh được sử dụng chủ yếu là cơ cấu phanh kiểu ma sát Căn cứ nguyên lý tạo momen phanh có thể phân biệt:

 Cơ cấu phanh ma sát

 Cơ cấu phanh thủy lực

 Cơ cấu phanh điện

Căn cứ đặc điểm kết cấu cặp ma sát của cơ cấu phanh ta có:

 Cơ cấu phanh tang trống

 Cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh có thể đặt ở bánh xe hoặc đặt trên hệ thống truyền lực thường đặt sau hộp số Cơ cấu phanh đặt ở bánh xe có ưu điểm là phanh trực tiếp các bánh xe, không ảnh hưởng đến khoảng sáng của gầm xe, dễ dàng cho việc kiểm tra, sữa chữa, thay thế và phù hợp với các dạng cầu chủ động và bị động Cơ cấu phanh đặt trên hệ thống truyền lực chỉ phù hợp với cầu chủ động, ưu điểm của cách bố trí này

là làm giảm một phần tải trọng đặt trên các đòn khớp của hệ thống treo [4]

Các cơ cấu phanh thường gặp chủ yếu là cơ cấu phanh tang trống và cơ cấu phanh đĩa

1.2.4.1 CƠ CẤU PHANH TANG TRỐNG

Phanh tang trống là loại phanh truyền thống trên ôtô, nó được trang bị trên cả bốn bánh của các ôtô đời cũ Hiện nay, phanh tang trống được sử dụng trên hai bánh sau của nhiều loại ôtô Trên hình (H 1-20) trình bày kết cấu của phanh tang trống đặt ở bánh xe Thiết kế cơ bản của cơ cấu phanh loại này gồm: Tấm giữ (2) liên kết

cố định với dầm cầu (1) Tấm giữ là bộ phận để bố trí các chi tiết khác của cơ cấu phanh đồng thời dùng để chịu momen khi phanh Trống phanh (6) được gắn với mặt bích của trục và quay cùng với bánh xe Khi phanh guốc phanh (5) cùng má phanh

(4) ép sát vào trống phanh nhờ lực đẩy từ xylanh con (3) tạo ra lực phanh để cản trở chuyển động quay của bánh xe nghĩa là thực hiện quá trình phanh ôtô

1) Một số kết cấu của phanh tang trống

Tùy vào hình thức dẫn động phanh và cách định vị của guốc phanh lên tấm giữ mà ta có các kết cấu của phanh tang trống khác nhau

- Đối với truyền động phanh bằng cơ khí hoặc khí nén, nếu guốc phanh nhận lực trực tiếp từ cam quay thì một đầu của guốc phanh có con lăn liên kết với guốc phanh bằng chốt

- Đối với truyền động thủy lực guốc phanh nhận lực từ xylanh con thì ở đầu cuối guốc phanh dài ra để tì vào đáy piston của xylanh con, có khi giữa piston và guốc phanh có thêm thanh đẩy Dưới đây trình bày một số kết cấu của phanh tang trống thường gặp

H 1-20 Cơ cấu phanh tang trống bố trí ở bánh xe

1 Dầm cầu; 2 Tấm giữ; 3 Xylanh con; 4 Má phanh;

; 5 Guốc phanh; 6 Trống phanh

6

 Cơ cấu phanh tang trống sử dụng một xylanh con có hai piston

Hình (H 1-21) trình bày kết cấu của phanh tang trống truyền động bằng thủy lực sử dụng một xylanh con có hai piston Kết cấu loại này gồm có: Trống phanh (1) được gắn với mặt bích của trục và quay cùng với bánh xe.Lò xo hồi vị (3) có tác dụng làm cho một đầu của guốc phanh (6) tỳ vào chốt định vị (5), đầu còn lại tỳ vào thanh đẩy của piston xylanh con (4)

Khi người điều khiển tác dụng lên bàn đạp phanh, áp suất chất lỏng trong xylanh chính tăng lên và được truyền đến các xylanh con (4) làm các piston trong xylanh con dịch chuyển dọc theo xylanh con và đẩy các guốc phanh (6) hướng ra ngoài các má phanh (2) ép chặt vào trống phanh (1) để ngăn cản sự quay tròn của trống phanh, làm giảm hay dừng hẳn lại, quá trình phanh được thực hiện Khi các

má phanh chạm vào trống phanh đang quay theo chiều mũi tên (chiều tiến của xe), nhờ tác động quay của trống phanh, guốc phanh bên trái có xu hướng được ép thêm

vào trống phanh Guốc này được gọi là guốc dẫn động Guốc phanh bên phải có xu

hướng bị trống phanh đẩy ra làm giảm lực ép giữa má phanh và trống phanh Guốc

này gọi là guốc bị dẫn

H 1-21 Cơ cấu phanh tang trống loại sử dụng một xylanh

con có hai piston

1 Trống phanh; 2 Má phanh; 3 Lò xo hồi vị; 4 Xylanh con;

Khi người điều khiển nhả bàn đạp phanh, áp suất trong xylanh con giảm, lò

xo hồi vị (3) kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu để tạo khe hở giữa má phanh

và trống phanh, quá trình phanh kết thúc

Ở loại phanh này các guốc phanh được gắn riêng biệt, không có tác động qua

lại với nhau nên được gọi là cơ cấu phanh không trợ động

Ưu điểm của cơ cấu phanh loại hiệu quả phanh khi ôtô tiến và lùi là bằng nhau Kết cấu phanh có độ cứng vững cao và đơn gian, có thể tạo được lực phanh độc lập lên các guốc phanh

Nhược điểm: guốc phanh bị dẫn làm việc không thuận lợi do tác động đẩy của trống phanh nên cơ cấu phanh này có hiệu quả phanh kém hơn so với các cơ cấu phanh khác có cùng đường kính xylanh con và diện tích tiếp xúc của má phanh với trống phanh

Trường hợp cơ cấu phanh với xylanh con có đường kính của các piston bên trong nó khác nhau, lực tác dụng lên hai guốc phanh trong trường hợp này sẽ khác nhau Trên hình (H 1-21) với chiều quay của trống phanh theo chiều mũi tên thì má phanh bên trái làm việc thuận lợi hơn vì có hiện tượng tự siết, vì vậy má phanh bên trái cần ít lực ép hơn nghĩa là đường kính piston ở bên má phanh trái nhỏ hơn đường kính piston ở má phanh bên phải

 Cơ cấu phanh tang trống sử dụng hai xylanh con có một piston

Hình (H 1-22) trình bày kết cấu của cơ cấu

phanh sử dụng hai xylanh con có một piston Cơ

cấu phanh loại này là sự kết hợp của hai guốc

phanh dẫn động làm việc với hai xylanh con Trong

mỗi xylanh chỉ có một piston, các guốc phanh dẫn

trong cơ cấu phanh này được bố trí đối xứng qua

đường trục của cơ cấu phanh, chúng cung cấp lực

phanh gần như bằng nhau

Cơ cấu phanh loại này cho hiệu quả phanh cao với kích thước cơ cấu phanh nhỏ gọn Cơ cấu phành này thường được sử dụng trên bánh trước của ôtô chở khách; bánh trước và bánh sau của ôtô du lịch và tải nhẹ

H 1-22 Cơ cấu phanh

sử dụng hai xylanh

Ưu điểm của cơ cấu phanh này là do hai guốc dẫn có cùng thông số kỹ thuật

và nhờ bố trí hai xylanh con và chốt lệch tâm đối xứng Cho nên, hiệu quả khi phanh của hai má phanh dẫn sẽ bằng nhau, khi trống phanh quay theo bất kỳ chiều nào Nhưng hiệu quả phanh lớn nhất là khi ôtô chuyển động theo chiều tiến

So với cơ cấu phanh loại một xylanh có hai piston bằng nhau thì momen phanh (hiệu quả phanh) của cơ cấu phanh này cao hơn từ 1.6 đến 1.8 lần trong trường hợp ôtô chuyển động theo chiều tiến [5]

Nhược điểm của cơ cấu phanh này là khi ôtô lùi cả hai guốc phanh lúc này trở thanh guốc phanh bị dẫn do đó hiệu quả phanh sẽ giảm xuống khoảng hai lần so với khi ôtô chuyển động theo chiều tiến do đó cơ cấu phanh này thường sử dụng trên xe du lịch và xe tải nhẹ trọng lượng nhỏ hơn nữa khi lùi thường vận tốc của ôtô nhỏ nên nhược điểm này không quan trọng lắm

 Loại sử dụng hai xylanh con mỗi xylanh có hai piston

Ở cơ cấu phanh loại này cả đầu trên và đầu dưới của guốc phanh đều chịu tác động bởi các piston của xylanh con hình (H 1-23) Khi cơ cấu phanh làm việc, cả hai guốc phanh đều là guốc phanh dẫn trong khi ôtô chuyển động theo chiều tiến hoặc chiều lùi

Trong quá trình phanh, các guốc phanh sẽ

chuyển dịch theo chiều ngang làm cho má phanh áp

sát vào trống phanh Nhờ ma sát giữa má phanh và

trống phanh, cho nên khi má phanh ép vào trống

phanh thì má phanh sẽ bị cuốn theo chiều quay của

trống phanh, mỗi má phanh lúc đó sẽ tác dụng vào

piston và đẩy ống xylanh con tỳ vào điểm tựa cố

định, lúc này cơ cấu phanh mới thực sự làm việc [5]

Ưu điểm của cơ cấu phanh này là hiệu quả

phanh của hai guốc phanh bằng nhau khi ôtô tiến và

lùi Cơ cấu phanh này được cải tiến về thiết kế để cung cấp lực phanh cao hơn khi ôtô lùi với ưu điểm của loại cơ cấu phanh hai guốc dẫn động được giữ không đổi

So với cơ cấu phanh dùng một xylanh con có hai piston bằng nhau thì quảng đường

H 1-23 Cơ cấu phanh tang trống sử dụng hai xylanh con mỗi xylanh có hai piston

phanh của cơ cấu phanh này giảm từ 22-35%, lực tác dụng lên bàn đạp phanh của

cơ cấu phanh này cũng nhỏ hơn [5]

Nhược điểm của cơ cấu phanh loại này là giá thành sản phẩm tăng do sử dụng hai xylanh con cho một bánh xe Khi một xylanh con bị dò rỉ dầu thì xylanh kia cũng không làm việc được

 Cơ cấu phanh tang trống có tác dụng trợ động

Hình (H 1-24) trình bày kết cấu của cơ cấu phanh tang trống có tác dụng trợ động Các guốc phanh được bố trí sao cho cái này có thể tác dụng lực ép lên cái kia Theo cách bố trí này, guốc dẫn động sẽ tác dụng lực ép lên guốc bị dẫn thông qua thanh nối trung gian (4), và đây được gọi là tác động trợ động Ở loại phanh trợ

động, guốc dẫn được gọi là guốc sơ cấp và guốc bị dẫn gọi là guốc thứ cấp Guốc

sơ cấp được định vị về phía trước ôtô, còn guốc thứ cấp được bố trí phía sau Khi phanh được tác động, sự quay của trống phanh kích hoạt guốc sơ cấp và nó quay

H 1-24 Cơ cấu phanh có tác dụng trợ động kép

1 Xylanh con; 2 Guốc phanh; 3 Má phanh; 4 Thanh nối trung gian; 5 Trống phanh

cùng với trống phanh Sự dịch chuyển của guốc sơ cấp sẽ tác động vào guốc thứ cấp thông qua thanh trung gian làm cho guốc thứ cấp ép vào trống phanh Với cơ cấu phanh này khoảng 1/3 lực phanh là do guốc sơ cấp tạo ra, 2/3 lực phanh là do guốc thứ cấp tạo ra [5] Do làm việc nhiều nên guốc thứ cấp mòn nhanh hơn guốc sơ cấp

Tác động trợ động làm cho cơ cấu phanh này có công suất rất lớn mà chỉ yêu cầu lực đạp lên bàn đạp phanh nhỏ Khi cơ cấu phanh này sử dụng xylanh con có hai piston, hoạt động trợ động có thể xảy ra ở cả chiều tiến và chiều lùi của ôtô, và

nó được gọi là phanh trợ động kép Đôi khi cơ cấu phanh này sử dụng xylanh con chỉ có một piston, và chỉ tác dụng vào guốc sơ cấp Nó được gọi là phanh trợ động đơn bởi vì tác dụng trợ động chỉ xảy ra khi xe chuyển động theo chiều tiến hình

(H 1-25)

 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động bằng khí nén

Về cơ bản thì cơ cấu phanh loại này gần giống với cơ cấu phanh dẫn động bằng thủy lực Hình (H 1-26) trình bày về kết cấu của cơ cấu phanh tang trống dẫn động bằng khí nén

Tấm giữ (4) được lắp trên mặt bích của dầm cầu bằng các bulong-đai ốc, tấm giữ là nơi chứa đựng các chi tiết của cơ cấu phanh và cũng là chi tiết chịu momen phanh Các guốc phanh được xoay trên các chốt, chốt này được bắt cố định trên tấm giữ bằng các đai ốc Chốt này thường là chốt lếch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh khi má phanh bị mòn sau một quá trình sử dụng Điểm khác

H 1-26 Cơ cấu phanh tang trống dẫn động bằng khí nén

1 Con lăn; 2 Cam xoay; 3 Chốt con lăn; 4 Tấm Giữ; 5 Trống phanh

biệt trong cơ cấu phanh này so với cơ cấu phanh được dẫn động bằng thủy lực là guốc phanh được dẫn động bằng cam lệch tâm (2) thông qua các con lăn (1) gắn ở đầu các guốc phanh Dưới tác dụng của lò xo hồi vị các con lăn ở đầu các guốc phanh luôn ép sát cam xoay

Khi người điều khiển tác dụng vào bàn đạp phanh, khí nén từ bình chứa khí nén qua tổng van khí nén với áp suất cao theo các đường ống dẫn khí nén đến tác dụng lên mang cao su của bầu phanh tác động làm cho cam xoay đẩy hai má phanh cùng guốc phanh ép chặt vào trống phanh để thực hiện quá trình phanh

Khi người điều khiển nhấc chân khỏi bàn đạp phanh, khí nén ở bầu phanh và trên các đường ống dẫn sẽ xả nhanh ra ngoài không khí bằng các ngõ xả của các van, lúc này lò xo hồi vị sẽ kéo hai guốc phanh trở lại vị trí ban đầu để tạo khe hở giữa má phanh và trống phanh, quá trình phanh kết thúc

2) Các chi tiết chính của cơ cấu phanh tang trống

 Trống phanh

Trống được gắn với moayơ của bánh xe Là chi tiết quay cùng với bánh xe, chịu lực ép của guốc phanh cùng

má phanh từ trong ra, nên trống

phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Trống phanh phải có kết cấu sao

cho đảm bảo sự thoát nhiệt tốt, vì

vậy trống phanh cần có diện tích đủ

lớn để đảm bảo thoát nhiệt nhanh

Trống phanh phải có độ cứng vững tốt, bề mặt tiếp xúc giữa trống phanh và má phanh không được cong vênh Trọng lượng của trống phanh nhỏ để giảm momen quán tính quay Hệ số ma sát lớn, chống mài mòn tốt để đảm bảo hiệu quả phanh cao và độ bền cho cơ cấu phanh Bề mặt lắp ghép với moay ơ có độ chính xác cao, đảm bảo độ đồng tâm Hình (H 1-27) trình bày kết cấu của trống phanh

Hầu hết các trống phanh được chế tạo bằng gang xám, vì có độ cứng vững cao, chống mài mòn tốt Tuy nhiên, gang có một số nhược điểm: nó khá nặng và có thể nứt hay vỡ một cách dễ dàng Vì vậy, nhiều trống phanh được chế tạo từ những

H 1-27 Kết cấu của trống phanh

hợp phần Hình (H 1-28) trình bày kết cấu của trống phanh được chế tạo từ những hợp phần Có thể trống phanh được chế tạo từ nhôm đúc, phía bên trong trống phanh được ép một vành gang để tạo bề mặt tiếp xúc giữa má phanh và trống phanh Cũng có thể trống phanh được chế tạo với phần ở giữa bằng thép dập, phần vành và bề mặt ma sát bằng gang

 Guốc phanh và má phanh

Guốc phanh được chế tạo từ hai miếng

thép dập, có mặt cắt hình chữ T Vành guốc

được làm cong hình bán nguyệt để phù hợp với

độ cong của trống phanh và hẹp hơn chiều rộng

bề mặt của trống phanh một chút Vành guốc

tạo bề mặt để gắn má phanh (bố thắng) Gân

của guốc được hàn với vành guốc để tăng độ

cứng vững cho vành guốc và là nơi đặt chốt

định vị, cơ cấu tác động phanh, lò xo trả về và

lò xo giữ guốc, cơ cấu phanh dừng xe và cơ cấu

điều chỉnh hình (H.1-29) Ngoài ra guốc phanh

còn được chế tạo từ gang hay hợp kim nhẹ

3

1

2

1

H 1-28 Kết cấu của trống phanh chế tạo từ những hợp phần

1 Vật liệu gang; 2 Hợp kim nhôm; 3 Thép tấm

H 1-29 Các bộ phận khác nhau của guốc phanh bằng thép

Má phanh (tấm ma sát) được gắn vào guốc phanh bằng một trong hai cách, dán hoặc tán rivê hình (H.1-30) Đôi khi má phanh gắn vào guốc phanh bằng bulong

ở các xe tải nặng

Má phanh gián được gắn vào guốc phanh bằng keo bền nhiệt Má phanh được gắn chặt vào vành guốc phanh bằng lớp keo Sau đó guốc được đặt vào lò nhiệt độ cao để tác động nhiệt vào lớp keo gián

Má phanh loại tán rivê được gắn chặt nhờ các rivê làm bằng đồng thau hoặc nhôm Các rivê được chôn hoặc được tán phẳng ở bên trong vành guốc phanh để giữ chặt má phanh và guốc phanh

Guốc phanh được phân loại theo nhiều cách khác nhau:

 Theo dẫn động phanh ta có guốc phanh dẫn động bằng thuỷ lực và guốc phanh dẫn động bằng khí nén hình (H 1-31)

a) Má phanh gắn lên guốc phanh bằng keo dán

1

2

3

H 1-30 Kết cấu và mặt cắt ngang của guốc phanh và má phanh

1 Mối hàn; 2 Thân bằng thép; 3 Má phanh; 4 Thân bằng gang; 5 Tán rivê

b) Má phanh gắn lên guốc phanh bằng rivê

3

4

5

 Theo kết cấu ta có loại guốc phanh xoay quanh trục và loại guốc phanh di động Với loại guốc phanh xoay quanh trục: một đầu của guốc phanh được

cố định tại trục xoay (trục xoay gắn cố định trên tấm giữ để chịu momen phanh) Guốc phanh có thể xoay quanh trục xoay ấy một góc giới hạn, đầu còn lại của guốc phanh tỳ vào piston xylanh bánh xe (truyền động thủy lực) hoặc tỳ vào cam xoay (truyền động khí nén); Với loại guốc phanh di động, một đầu của guốc phanh được tựa vào cơ cấu điều chỉnh Vì thế, cho phép các guốc phanh chuyển động trượt tiếp xúc theo dạng đường cong của bề mặt trống phanh

 Theo hướng tác động ta có guốc phanh dẫn và guốc phanh bị dẫn

- Guốc phanh dẫn: khi chiều của các lực tác dụng lên một đầu của guốc phanh cùng chiều quay của trống phanh, đầu guốc phanh còn lại xoay quanh cơ cấu điều chỉnh

- Guốc phanh bị dẫn: khi chiều của lực tác dụng lên đầu guốc phanh ngược chiều quay của trống phanh, đầu guốc phanh còn lại xoay quanh cơ cấu điều chỉnh So với loại guốc phanh dẫn thì guốc phanh bị dẫn tạo ra lực phanh yếu hơn

H 1-31 Guốc phanh phân loại theo dẫn động phanh

a Guốc phanh dẫn động bằng thủy lực; b Guốc phanh dẫn động bằng khí nén

1 Má phanh; 2 Đinh tán; 3 Lỗ liên kết với chốt định vị; 4.Guốc phanh; 5 Lỗ móc lò xo hồi vị; 6 Chốt con lăn; 7 Con lăn; 8 Thanh nối trung gian

1.2.4.2 CƠ CẤU PHANH ĐĨA

Hình (H.1-32) trình bày kết cấu của cơ cấu

phanh đĩa Cơ cấu phanh này gồm đĩa phanh

(1) gắn chặt với moayơ của bánh xe Má

phanh (3) và guốc phanh (4) được định vị ở

hai mặt bên của đĩa phanh và gắn trên giá đỡ

(2) Trên giá đỡ có các xylanh bánh xe (5) bên

trong có các piston thủy lực

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh,

áp suất dầu trong hệ thống phanh tăng lên Áp

suất này được truyền đến các xylanh bánh xe

làm piston thủy lực di chuyển đẩy guốc phanh và má phanh ép chặt vào đĩa phanh làm giảm hoặc ngừng hẳn đĩa phanh đang quay cùng với bánh xe để thực hiện quá trình phanh

Khi người điều khiển nhấc chân khỏi bàn đạp phanh, áp suất dầu trong xylanh bánh xe giảm, lực ép của piston thủy lực lên má phanh không còn nữa Lúc này giữa

má phanh và đĩa phanh có khe hở, đĩa phanh quay tự do cùng với bánh xe, quá trình phanh kết thúc

Cơ cấu phanh đĩa hiện tại đang dần thay thế cơ cấu phanh tang trống nhờ những

ưu điểm vượt trội của nó:

Đầu tiên, phanh đĩa có khả năng làm mát tốt hơn bởi dòng không khí đi qua bề mặt vật liệu ma sát dễ hơn Trên mặt đĩa, người ta chia thành những lỗ có tác dụng làm cho không khí ở hai bề mặt má phanh thoát nhiệt nhanh hơn Hầu hết các đĩa phanh bánh trước đều có chức năng thông gió vì nó đóng vai trò chính (đa số các xe hiện nay đều sử dụng cầu trước chủ động) còn đĩa phanh sau không có hệ thống làm mát (đĩa không có lỗ) do chúng ít sinh nhiệt hơn

Ưu điểm khác của phanh đĩa là các chất gây hại bị loại bỏ khỏi bề mặt đĩa một cách dễ dàng Nước, dầu hay khí từ vật liệu ma sát dễ dàng thoát ra ngoài, giúp phanh hoạt động tốt hơn Những chất bẩn như bụi, bùn đất khi bám vào bề mặt đĩa

bị má phanh gạt vào lỗ thông gió Sau một thời gian chúng nặng dần và rơi ra ngoài

3

4

H 1-32 Cơ cấu phanh đĩa

1 Đĩa phanh; 2 Giá đỡ; 3 Má phanh; 4 Guốc phanh 5 Xylanh bánh xe; 6 Ống dẫn dầu

1

2

5

6

Một ưu điểm nữa có lẽ là quan trọng nhất của phanh đĩa là: kết cấu chắc chắn, momen phanh không phụ thuộc vào chiều quay Do không có tác dụng trợ động nên luôn tạo ra lực phanh bằng nhau ở hai cơ cấu phanh trên cùng một trục đảm bảo tính dẫn hướng trong quá trình phanh

Nhược điểm lớn nhất của phanh đĩa là các chất bẩn,có thể bám vào, gây ăn mòn hóa học nhanh nên phải thường xuyên bảo dưỡng Đĩa phanh trước được làm mát tốt trong khi phanh sau hứng chịu toàn bộ chất bẩn và mảnh vở văng ra từ lốp trước nên nhanh mòn hơn

1) Các loại phanh đĩa

Có nhiều tiêu chí để phân loại cơ cấu phanh đĩa Theo kết cấu của giá đỡ người ta phân thành hai loại: cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ cố định và cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ di động

 Cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ cố định

Các cơ cấu phanh đĩa đầu tiên sử dụng trên các xe khách là cơ cấu phanh đĩa

có giá đỡ cố định [5] Giá đỡ của cơ cấu phanh này được định vị chắc chắn trên trục của bánh xe và giữa chúng không có sự chuyển động tương đối với nhau Trên các

xe lớn, giá đỡ có bốn piston (hai cặp) nhằm tạo ra lực ép trên đĩa phanh đủ lớn Mỗi bên đĩa phanh có hai piston Hai piston phía trong tác dụng lên má phanh phía trong

và hai piston phía ngoài tác dụng lên má phanh phía ngoài hình (H 1-33)

5

3

4

1

H 1-33 Kết cấu của phanh đĩa có giá đỡ cố định

1 Giá đỡ; 2 Đĩa phanh; 3 Piston; 4 Má phanh;

5 Vùng tiếp xúc giữa piston và má phanh

2

3