Tính toán hệ thống phanh

xác định mô men sinh ra ở các cơ cấu phanh

Ch¬ng III TÝnh to¸n hÖ thèng phanh

1 Giới thiệu về xe Hyundai tham khảo

Các đặc điểm cơ bản:

 Tải trọng tối đa đạt 15,3 tấn

 Động cơ: Xe sử dụng loại động cơ diesel D6BR, 6 máy thẳng hàng,

đợc bố trí dới buồng lái Công suất cực đại đạt 188 mã lực (ở sốvòng quay 2900 v/ph) Mô men xoắn cực đại đạt 525 N.m (ở sốvòng quay 1400 v/ph) Dung tích xi lanh 7.545 cc

 Ly hợp: là loại C8W38 ly hợp ma sát khô, một đĩa, điều khiển thủylực trợ lực khí nén

 Hộp số chính: 5 số tiến, 1 số lùi, có đồng tốc từ số 2 đến số 5

 Bánh xe: phía trớc đơn, phía sau kép

 Hệ thống lái: Với cơ cấu lái trục vít – êcu có trợ lực

 Hệ thống phanh: Hệ thống phanh thuỷ lực – khí nén loại có 2 dòng

Tỉ số truyền 22,4

Phanh

Phanh chính, loại Thủy khí kết hợp, dẫn động 2 dòng

Phanh trớc: tang trống Phanh sau: tang trốngPhanh tay(loại) Tang trống(tác dụng phía sau hộp

2.1.tính toán cơ cấu phanh

2.1.1 Xác định mô men sinh ra ở các cơ cấu phanh

Hình 3.1.Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Lực phanh tại bánh xe đạt đợc giá trị lớn nhất khi bánh xe bắt đầu trợtlết, trong qúa trình trợt mô men phanh không tăng đợc nữa mà thậm chícòn có xu hớng giảm do hệ số bám giảm đi đáng kể khi hiện tợng nàyxảy ra Vì vậy, ngời ta thờng tính toán mô men phanh cần thiết tại cácbánh xe sao cho tận dụng đợc tối đa khả năng bám của bánh xe với mặt

h j L

b G

.

1 2

h j L

a G

.

1 2

''

G L

b

G = - trọng lợng tĩnh trên cầu trớc;

G’= 30%G = 0,3 15305 = 4591,5(KG) ''

G L

a

G = - trọng lợng tĩnh lên cầu sau;

G’’= 70%G = 0,7 15305 = 10713,5 (KG)

L – chiều dài cơ sở của ôtô, L = 5700 (mm) = 5,7 (m);

jmax - gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh, khi thiết kế lấy

jmax= 5,5 (m/s2);

g – gia tốc trọng trờng, g = 9,81 (m/s2);

φ – hệ số bám của bánh xe với mặt đờng khi thiết kế lấy φ = 0,6;

rbx- bán kính làm việc trung bình của bánh xe

m1 _ là hệ số phân bố lại tải trọng cầu trớc khi phanh:

G

G L g

h j b

g

h j

1

max max

ì

ì +

=

ì

ì +

=

Với: hg – chiều cao trọng tâm của ôtô, lấy hg= 1,1(m) đối với ôtô tải

=> 1,36

15305

5 , 4591 7

, 5 81 , 9

1 , 1 5 , 5 1

, 1

m2 _là hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau khi phanh:

845 , 0 15305

5 , 10713 7

, 5 81 , 9

1 , 1 5 , 5 1

1 1

2

max max

h j a

g

h j

Mômen phanh ở bánh xe sau:

).

( 12819 )

( 9 , 1281 472

, 0 6 , 0 2

5 , 10713 845

, 0

Lu ý:

Các công thức và tính toán trên đợc thực hiện khi ta đã chấp nhận một

số giả thiết sau: Bỏ qua các lực cản không khí và cản lăn, coi hệ số bámcủa tất cả các bánh xe nh nhau

0

2 1

2 sin 2

sin 2

2 cos 2

cos

β β

β

β β

Bán kính ρ của lực tổng hợp R (phản lực của trống phanh tác dụng lênmá phanh) hay khoảng cách từ tâm O đến điểm đặt lực R đợc xác địnhtheo công thức:

( 1 2) 0 0

0 2 2 0

2 1

sin cos

2 sin

cos cos

2

β β β β β β

β β

ρ

+

− +

' 0

' 1

' 2

' 0

' 1

β β β β

°

−

°

= 6

105 , 0 139 2 sin 21 2 sin 058 , 2 2

139 2 cos 21 2 cos

' '

t

t

tg

δ δ

cos 058 , 2 2 118 sin 058 , 2

139 cos 21 cos 200 2 2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

= ρ

' 0

' 1

β

β

rad

−

°

= 11

194 , 0 115 2 sin 39 2 sin 326 , 1 2

115 2 cos 39 2 cos

' '

s

s

tg

δ δ

cos 326 , 1 2 76 sin 326 , 1

115 cos 39 cos 200 2 2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

= ρ

2 §èi víi c¬ cÊu phanh cÇu sau

' 0

' 1

β

β

rad

' 50 5

102 , 0 140 2 sin 20 2 sin 093 , 2 2

140 2 cos 20 2 cos

cos 093 , 2 2 120 sin 093 , 2

140 cos 20 cos 200 2 2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

= ρ

' 0

' 1

'' 2

'' 0

'' 1

β β β

β

β

rad

' 45 10

19 , 0 125 2 sin 25 2 sin 744 , 1 2

125 2 cos 25 2 cos

'' ''

cos 744 , 1 2 100 sin 744 , 1

125 cos 25 cos 200 2 2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

= ρ

2.1.3 Xác định các lực tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp họa đồ

Guốc phanh phải chịu 3 lực:

 Lực P do dẫn động sinh ra, cụ thể là do pittông của xi lanh công tác

đặt trong cơ cấu phanh tạo ra Phơng, chiều và điểm đặt của lực này đợc xác

định theo kết cấu của cơ cấu phanh

 Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh,điểm đặt của lựcnày đợc coi là đặt tại tâm quay của guốc phanh O1, tuy nhiên phơng chiều và độlớn thì cha biết

 Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh Lực này chabiết cả về điểm đặt, phơng, chiều và độ lớn

Nh vậy cả 3 lực trên đều có những yếu tố cha biết để xác định đợc các lực nàyngời ta sử dụng phơng pháp dựng hình hay còn gọi là phơng pháp hoạ đồ lựcphanh

1.Xác định góc φ ở các cơ cấu phanh

Khi đã chọn trớc thông các số kết cấu (β1, β2, β0, r1) chúng ta tính đợcgóc δ và bán kính ρ nghĩa là xác định đợc hớng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hớngvào tâm 0)

Với R đã biết, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽlà:

0 2 0 1 2

3 , 0 44 , 232

3 , 0 29 , 214

3 , 0 37 , 233

3 , 0 82 , 223

Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả haipíttông dẫn động các guốc phanh trớc và sau thì các lực tác động bằng nhau:

Pt = Ps = PHọa đồ đợc xây dựng cho từng guốc phanh.Các bớc gồm có:

a Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo

0

= + +R U P

Vì vậy 3 lực này phải tạo thành 1 tam giác khép kín Tức là, nếu kéodài 3 lực này thì chúng phải cắt nhau tại 1 điểm, đó chính là các điểm

Ot và Os Nh vậy, để xác định phơng của các lực U chỉ cần nối Ot với

O1 và Os với O2

e Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngợc chiều

Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằngcách vẽ các đờng song song với các lực R và U đã có trên họa đồ

Thông số

Cơ cấu phanh trớc Cơ cấu phanh sau

 Cơ cấu phanh cầu trớc

Đo trực tiếp các hình trên đoạn Rt’ và Rs’ và tính tỷ lệ:



 Rt' r0't + Rs' r0's = M'p

37 , 2 22 , 158

24 , 375

X' X'

X' X'

Y' Y'

R'

P' P'

U'

U'

P P O' t O'

t

t t

s

s

s

s s

s

s

Hình 3.2 Họa đồ lực phanh cơ cấu phanh cầu trước

) ( 95308

'

'

N R

N R

s t

Trên họa đồ ta đo đợc giá trị của Rt’ = 375,24 vậy ta có tỷ lệ xích:

(N / mm)

254 24 , 375

8842 06158

,0 06679 ,0

' '

' '

s t

s t

R R

R R

t

t t t

t

t t

t t

s

s

s

s s

§o trùc tiÕp c¸c h×nh trªn ®o¹n Rt” vµ Rs” vµ tÝnh tû lÖ:

'' ''

'' '' 0

'' '' 0 ''

s t

p s s t t

kR R

M r R r R

) ( 136576

''

''

N R

N R

s t

4 , 2 7 , 156

88 , 376

12819 06432

,0 06706 ,0

'' ''

'' ''

s t

s t

R R

R R

(N / mm)

4 , 362 88 , 376

2.1.4 Kiểm tra hiện tợng tự xiết

1 Đối với guốc trớc của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P t và

M p có dạng

t p

c

a c

P M

àρ δ à δ

α

àρ

− +

+

=

sin cos

cos

Biểu thức trên cho thấy, nếu: c(cos δt + à sin δt)− àρt = 0 thì M p → ∞

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trớc sẽ trở nênvô cùng lớn, đây chính là hiện tợng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tợng tựxiết là:

Với: c – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, c = 151 (mm);

δt, ρt – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh

• Với cơ cấu phanh cầu trớc

[ ]à δ ρ

t c

c

sin cos

'

0 '

mm

t

t

ρ δ

693 , 0 ' 41 16 sin 151 44 , 232

6 cos 151

69 , 0 6 sin 151 37 , 233

6 cos 151

s s

s s p

c

a c

P c

a c

P M

δ ρ

µ δ

α

µρ µρ

δ µ δ

α

µρ

sin cos

cos sin

cos

cos

− +

+

= +

2.1.5 Xác định các kích thớc má phanh

Đối với phanh guốc, kích thớc má phanh đợc xác định dựa trên các điềukiện: Công ma sát riêng; áp suất lên bề mặt má phanh; Tỷ số p; Chế độ làm việccủa cơ cấu phanh

1 Công ma sát riêng

Khi phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc V0 cho tới khi dừnghẳn (V=0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thể đợc coi là đã chuyểnthanh công ma sát L tại các cơ cấu phanh:

g

V G L

2

2 0

=

Với: G = 15305 (kg) là trọng lợng ôtô khi đầy tải;

V0= 50 (km/h) = 13,89(m/s) là tốc độ của ôtô khi bắt đầuphanh

Gọi tổng diện tích các má phanh là A∑ ta có:

ir b

A

1 0

14,3

) / ( 5 , 358 ) / ( 85 , 35 83 , 4197 81

, 9 2

89 , 13 15305

2

A g

V G

.

.

2 0

2 0 '

0 2

'

m MN q

r b

r R r

b

M q

t t

t t

β µ

m N

06679 , 0

Hình 3.4 Sơ đồ tính toán hệ thống thủy lực

Nhiệm vụ của quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực bao gồm việcxác định các thông số cơ bản của nó: đờng kính xi lanh công tác, đờng kính xilanh chính, tỉ số truyền dẫn động

1 Đờng kính xi lanh công tác

Đờng kính xi lanh công tác của bánh sau d đợc tính trên cơ sở lực P đã

đ-ợc xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

i

p

P d

.

4

π

=Với: P – lực ép của xi lanh phanh lên guốc phanh, P = 36240 (N)

pi - áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn pi= 10 (MPa);

).

( 70 ) ( 07 , 0 10 14 , 3

36240 4

i

p

Xét điều kiện cân bằng tại xi lanh chính ta có:

2 2

d i k

Với: Dd – đờng kính xi lanh dẫn động thủy lực;

Dk – đờng kính xi lanh dẫn động khí nén;

pi – áp suất dầu tác dụng lên pittông, pi = 100 (KG);

pki - áp suất khí thể đặt lên pittông khí nén, trên các ôtô tải thông ờng pki=6(KG/cm2)

th-Nh vậy nếu ta chọn trớc đờng kính xi lanh dầu là Dd = 3,5 (cm) ta sẽ tính

đợc đờng kính xi lanh khí:

).

( 3 , 14 6

100 5

,

p

p D D

ki

i d

Vậy lực khí thể cần thiết phải có để cung cấp cho hệ thống phanh là:

).

( 964 4

3 , 14 14 , 3 6 4

KG

D p

ki

3 Hành trình làm việc của pittông trong các xi lanh

Hành trình làm việc của pittông trong các xi lanh ở các cơ cấu phanh trớc(x1) và sau (x2) đợc xác định nh sau:

ở đây: δ0- khe hở trung bình giữa má và tang trống ≈ 0,25(mm);

τ - độ mòn đờng kính cho phép của má phanh,

x= 2 + δ + 0 τ

c- Khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định củamá phanh, c = 151 (mm).

151

5 , 0 25 , 0 151 161 2

2 4

0

Suy ra:

b d D

x d

2 ì ì

=

ở đây: S0 - khoảng dịch chuyển của pittông trong xi lanh;

x – khoảng dịch chuyển của pittông trong các xi lanh công

tác ở bánh xe, x = 3,1 (mm);

d – đờng kính của các xi lanh công tác ở bánh xe,

d = 70 (mm);

Dd - đờng kính của xi lanh lực, Dd = 35 (mm);

ηb - hệ số bổ xung khi phanh ngặt, ηb = 1,05

).

( 26 05 , 1 35

1 , 3 70 2 2

.

phut lit

n S d i

ở đây: i - số lợng xi lanh của máy nén khí, i = 2;

d - đờng kính của xi lanh, d = 6 (cm);

S - hành trình pittông, s = 3,8 (cm);

n - số vòng quay của trục máy nén, n = 1250 (vòng/phút);

ηV - hiệu suất truyền khí của máy nén, đối với máy nén khí dùng

trên ôtô ηV = 0,5 ữ 0,75, lấy ηV = 0,6

).

/ ( 161 4000

6 , 0 1250 8 , 3 6 14 , 3

phut lit

⇒

2.3.2 Bình chứa khí nén

Bình chứa khí nén chế tạo bằng cách hàn thép lá, bên ngoài và bên trong

có sơn để chống rỉ Các bình chứa đợc đặt ở vị trí thấp nhất của hệ thống phanh

để cho nớc có thể ngng tụ lại, nhờ có van đặt ở dới đáy bình mà nớc có thể ngng

tụ và thoát ra ngoài Trên xe, hệ thống phanh chính có 2 bình chứa khí nén, mỗibình chứa có thể tích là 35 lít Dự trữ khí nén trong các bình đảm bảo phanh đợc

8 lần sau khi máy nén khí ngừng làm việc

động tỉ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp và quá trình phanh đợc tốt

ở đây ta dùng loại van phân phối loại pittông sử dụng trong dẫn động khínén hai dòng, một dòng ra xi lanh chính cơ cấu phanh cầu trớc và một dòng ra

xi lanh chính cơ cấu phanh cầu sau

2) Nguyên lý làm việc

1 đòn mở; 2 vít chỉnh; 3 chụp cao su; 4 chốt; 5.con lăn; 6 cốc ép; 7 nắp;

8 đai ốc; 9 bích chặn; 10, 16, 19, 27 phớt làm kín; 11 bu lông điều chỉnh;

12 lò xo pittông tùy động; 13, 24 lò xo van; 14, 20 tấm bạc lót; 15 pittông nhỏ;

17 van duới; 18 ty đẩy pittông nhỏ; 21 của xả; 22 vòng hãm; 23 vỏ van xả;

25 vỏ ngăn dưới; 26 lò xo pittông nhỏ; 28 pittông lớn; 29 ống van;

30 pittông tùy động; 31 phần tử đàn hồi; 32 vỏ ngăn trên; 33 mặt bích;

I, II cửa vào (từ bình chứa khí tới); III, IV cửa ra (tới các bầu khí).

Hình 3.6 Van phân phối dẫn động hai dòng

22 23 24 25 26 27 31

32

30

II

I IV

III

21

20 19 17

16 15 14 13

12 11 10 9 8 6

7

4 5 3 1

2

− Khi cha phanh lò xo 13 và 24 giữ cho van của ngăn trên và ngăn

d-ới đóng cửa nạp nên khí nén từ bình chứa td-ới các cửa I, II bị chặn lại vàthờng trực ở đó

− Khi phanh đòn mở 1 quay quanh chốt cố định ép con lăn 5 tỳ lêncốc ép 6 làm cốc ép 6 đi xuống Khi đã khắc phục xong khe hở tự dogiữa cốc ép và bích chặn 9 thì bích chặn ép phần tử đàn hồi 31 tỳ vàopittông tùy động 30 làm pittông này đi xuống Khi đế van xả (nằm trênpittông tùy động) đi hết khe hở giữa nó với nắp van thì van xả đóng lại vàvan nạp trên bắt đầu mở Khi này ở ngăn trên khí nén đi từ cửa II qua vannạp ngăn trên thông sang cửa III để dẫn đến các cụm xi lanh khí Đồngthời với quá trình này do ở cửa III có một lỗ A thông với khoang B (phíatrên pittông lớn 28) nên một dòng khí có áp suất sẽ tác dụng lên mặt trêncủa pittông lớn 28 làm nó đẩy pittông nhỏ đi xuống Khi khe hở giữa đếvan xả và nắp van đợc khắc phục thì van nạp dới bắt đầu đợc mở ra Khínén từ cửa I thông qua van nạp ngăn dới thông sang cửa IV để dẫn tới cáccụm xi lanh khí Nh vậy cơ cấu cơ khí trực tiếp điều khiển van nạp củangăn trên còn van nạp ngăn dới là do khí nén điều khiển sau khi van nạpngăn trên đã mở Nh vậy có nghĩa là dòng khí nén nối với ngăn trên sẽ cótác dụng trớc so với dòng khí nén nối với ngăn dới Vì vậy dòng nối vớingăn trên đợc dẫn tới dòng truyền động cơ cấu phanh cầu sau nhằm mục

đích giữ ổn định cho ôtô khi phanh

− Khi thôi phanh dới tác dụng của lò xo hồi vị cốc ép 6, bích chặn 9,pittông tùy động 30 sẽ đi lên Van nạp trên đợc đóng lại và van xả trên

mở ra Khí nén từ bình chứa ngừng cung cấp còn khí nén từ các xi lanhkhí sẽ từ cửa III qua cửa xả theo đờng thoát xả ra ngoài Còn khoang dới

do khoang B mất áp suất nên pittông lớn 28 và pittông nhỏ 15 bị lò xo

ngăn dới đợc mở ra, ngắt khí nén từ bình chứa và thoát khí nén từ xi lanhkhí theo đờng thoát ra ngoài.

3) Tính toán van phân phối

Tính toán van phân phối khí phải bảo đảm nguyên tắc áp suất trongdẫn động tỷ lệ thuận với lực bàn đạp của ngời lái

Điều kiện cân bằng của cơ cấu tùy động

Van và lò xo số 1 (không kể ma sát và các lò xo phụ) thể hiện nh sau:

Q = C1.S Lực của bàn đạp tỷ lệ thuận với dịch chuyển của bàn đạp, nghĩa làhiện tợng tùy động tiến hành theo chuyển dịch

S

S

i Q

80

mm

S = =

) / ( 5 , 7 16

5 24

4 4

2 2

2 2

2 2

cm mm

d D

Dv- đờng kính ngoài van tùy động, Dv= 52 (mm),

dv- đờng kính trong van tùy động, dv= 19,5 (mm);

Chv- độ cứng lò xo hồi vị pittông số 1;

ph= p2 - p1 áp suất trong hệ thống,

b v

bd bd

F

i Q

6 , 63 ( / )

1 , 18

cm mm

d D

Dpt - đờng kính ngoài pittông số 2, Dpt= 77 (mm)

dpt- đờng kính trong pittông số 2, dpt= 16,5 (mm);

).

/ ( 49 ) / ( 490 6

, 0

43 , 44 63 , 6

S

F p C