thiết kế hệ thống phanh ô tô dẫn động phanh bằng khí nén ,cơ cấu phanh tang trống cả ở cầu trước và sau

Trong giai đoạn hiện nay nghành công nghiệp ô tô ngày một hoàn thiện nó cải tạo hệ thống truyền thống, tìm nguồn năng lượng mới,tăng cường cải tiến kết cấu ,khả năng tự động hoá nhờ sử d

LỜI MỞ ĐẦU

Sự phát triển của nghành ô tô thế giới có những chuyển mình mạnh mẽvào những thập kỷ cuối của thế kỷ XX

Trong giai đoạn hiện nay nghành công nghiệp ô tô ngày một hoàn thiện

nó cải tạo hệ thống truyền thống, tìm nguồn năng lượng mới,tăng cường cải tiến kết cấu ,khả năng tự động hoá nhờ sử dụng các phần mềm vi sử lý và hệ thống chẩn đoán kỹ thuật giúp con người sử dụng khai thác ô tô giảm sức lao động tiện lợi trong sử dụng và đạt hiệu quả kinh tế cao

Hoà chung với sự phát triển của nghành ô tô thế giới , ở nước ta nghành ô

tô cũng có những chuyển biến vượt bậc.Từ chỗ chúng ta chỉ tập chung bảo dưỡng sửa chữa ô tô đến nay chúng ta đã chế tạo vầ lắp ráp đóng mới thành công nhiều loại ô tô để phục vụ thị trường trong nước.Trong đó chúng ta đã đi sâu nghiên cứu cải tiến các kết cấu ô tôcho phù hợp với điều kiện sự dụng và nhu cầu của thị trường trong nước

Việc sản xuất và lắp ráp ô tô ở trong nước đã đem lại những lợi ích rất lớn

- Hạ giá thành sản phẩm

- Tận dụng nguồn năng lực trong nước

- Tận dụng được các tổng thành của các xe ô tô đời cũ hiện đang tồn đọng rất nhiều trên thị trường

Vì trình độ và thời gian có hạn nên bài thiết kế này không tránh khỏi những sai sót

Em xin chân thành cảm ơn thầy ThS.Trương Mạnh Hùng đã giúp em hoàn thành bài thiết kế môn học: Kết cấu và tính toán ô tô này!

Hà Nội,ngày tháng 6 Năm 2011 SVTH: Nguyễn Đình Hoạt

CHƯƠNG I: KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH

I.Công dụng của hệ thống phanh:

Hệ thống phanh trên ô tô dùng để giảm tốc độ hoặc dừng xe tức thì khi gặp sự cố hoặc khi cần thiết.Ngoài ra hệ thống phanh ô tô còn giúp xe đứng yên trên dốc

Hệ thống phanh ô tô là một trong những cụm cơ cấu quan trọng trong an toàn chuyển động.Nó giúp cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao và nâng cao được năng suất vận chuyển,nâng cao được vận tốc trung bình

II Yêu cầu của hệ thống phanh:

Hệ thống phanh dùng để nâng cao khả năng chuyển động an toàn cho ôtô

Để thực hiện chức năng này, hệ thống phanh phải thoả mãn những yêu cầu sau đây:

+Đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất ở bất kỳ chế độ chuyển động nào, ngay cả khi dừng xe tại chỗ

+Có độ tin cậy làm việc cao để đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn

+Phanh êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp để đảm bảo tính ổn định của ôtô +Gia tốc phanh phải lớn

+Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp phải nhỏ

+Quãng đường phanh nhỏ nhất

+Thời gian phanh nhỏ nhất

+Độ lệch tâm dọc phải nhỏ hơn 80 sau khi phanh

+Không bị mất tính dẫn hướng khi phanh

+Mômen phanh trên các bánh xe phải tuân theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ cường độ nào

+Tuổi thọ làm việc cao.

Tiêu chuẩn về hiệu quả của hệ thống phanh là chỉ số gia tốc phanh và quãng đường phanh Hiệu quả phanh được đảm bảo bằng cách lựa chọn hợp lý kết cấu, cơ cấu phanh, tăng độ cứng của dẫn động phanh, áp dụng trợ lực chân không hoặc hệ thống phanh khí nén

Độ tin cậy của hệ thống phanh được đảm bảo nhờ sự có mặt của một số hệ thống phanh độc lập, và nhờ độ tin cậy của từng hệ thống độc lập đó

Vì vậy trên ôtô hiện nay, nhất thiết phải có 4 hệ thống phanh sau:

1 Hệ thống phanh công tác

2 Hệ thống phanh dự trữ

3 Hệ thống phanh dừng

4 Hệ thống phanh bổ trợ

Thực tế các yêu cầu đối với hệ thống phanh ôtô hiện nay phải được xác định theo tiêu chuẩn ngành (tiêu chuẩn quốc gia) Đồng thời cần kể đến các tiêu chuẩn của các nước, khi mà có ý định suất xe sang các nước đó

III.Lựa chọn cơ cấu phanh:

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế môn học được giao.Ta thiết kế hệ thống phanh

ô tô dẫn động phanh bằng khí nén ,cơ cấu phanh tang trống cả ở cầu trước và sau

a) Nguyên lý hoạt động.

Máy nén khí cung cấp khí nén được dẫn động từ động cơ sẽ bơm khí nén qua bình lắng (2) đến bình chứa khí nén (3) Áp suất được khống chế qua đồng

hồ (8) Khi phanh, người lái đạp bàn đạp phanh đồng thời mở đường khí nén từ van phanh (4), khí nén từ bình chứa (3) qua van phân phối (4) đến các bầu phanh (5,6) Màng bầu phanh bị ép qua cơ cấu dẫn động phanh làm cam phanh (9)

quay Vấu cam tỳ vào đầu guốc phanh, ép guốc phanh sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh

b) Ưu, nhược điểm.

Lực tác dụng lên bàn đạp rất nhỏ

Có ưu điểm đặc biệt khi bố trí trên đoàn xe

Dễ dàng cơ khí hóa trong điều khiển và dễ dàng cung cấp cho các bộ phận khác có sử dụng khí nén

Độ nhạy thấp

Khối lượng chi tiết nhiều, kích thước lớn, giá thành cao

c) Phạm vi ứng dụng.

Hệ thống phanh khí nén đa số được bố trí trên xe tải, xe buýt có tải trọng từ trung bình đến lớn Cơ cấu phanh thường sử dụng là loại tang trống

IV.Sơ đồ của hệ thồng phanh:

Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén

1 Máy nén khí; 2 Bình nắng nước và dầu; 3 Bình nén khí;

4 Van phanh;5,6 Bầu phanh trước, sau;7 Bàn đạp;

8 Đồng hồ đo áp suất; 9 Cam quay; 10 Guốc phanh; 11 Tang trống

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH

I.THÔNG SỐ XE TÍNH TOÁN

Phương

án

Loại

ô tô

Ga1 (KG)

Ga2 (KG)

L mm

hg mm

Bánh xe

Loại cơ cấu phanh

Loại dẫn động phanh

kéo

2465 5960 3300 1200 260-20 Trước

tang trống ,sau tang trống

Khí nén

II.XÁC DỊNH MÔ MEN PHANH CẦN THIẾT

1.Bán kính bánh xe 260-20.

+ Bán kích thiết kế : r0

r0 = B +

2

d

* 25.4 = 260 + 202 * 25.4 = 514(mm)

+ Bán kính làm việc trung bình của bánh xe:

rbx =  * r0

Trong đó  = 0.94 là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp

 rbx = 0.94 * 514 = 483.16 (mm )

2.Khoảng cách từ tâm cầu trước và sau đến trọng tâm của ô tô:

G

Z 2

O

a = G L a2

G ; b = G L a1

G

+Trong đó:

L:chiều dài cơ sở của ô tô, L = 3300 (mm)

G1:trọng lượng phân bố lên cầu trước của ô tô G1 = 2465 (kG)

G2: trọng lượng phân bố lên cầu sau của ô tô G 2 = 5960 (kG)

G :là trọng lượng bản thân của ô tô

G = G1 + G 2= 2465 + 5690 = 8155 (kG)

+Vậy:

a = 2302 5

8155

3300

* 5690

 (mm) ; b = 993 8

8155

3300

* 2456

 (mm)

3.Mô men phanh cần thiết ở cầu trước và cầu sau:

M pct1 và M pct2 được xác định từ hệ phương trình sau:

1 2

.

pct pct bx



















+Trong đó:

: Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường đá dăm.chọn  = 0.55

+Vậy:

h a

h b M

M

M M

g g pct

pct

pct pct





















2 1

* 55 0 3025 2

2 1

* 55 0 9938 0

09 2167 48316

0

* 8155

* 55 0

2 1

2 1





Mpct1=1087.29 KG.m

Mpct2=1079.8 KG.m

+Ta có tỉ số A = 1.007

 Như vậy đạt yêu cầu thiết kế : A = 0 5  1 với ô tô đầu kéo

-Vậy mô men phanh cần thiết của từng cơ cấu phanh ở cầu trước và cầu sau :

543 645

2

29 1087 2

1

1 M pct  

539 88

2

8 1079 2

2

2 M pct  

III.XÁC ĐỊNH BÁN KÍNH TANG TRỐNG VÀ CÁC KÍCH THƯỚC CƠ

BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH

1.Bán kính của tang trống:

* 0 0254 2 5 * 10 0 2515

2

20 10

* 5 2 2

3 3









2.Các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh:

-Khoảng cách từ tâm trống đến tâm cốt guốc phanh:

a = b = 0.8.*Rt = 0.8*0.2515 = 0.2012(m).

-Khoảng cách từ mặt má phanh đến tâm chốt guốc phanh:

e = 0.85* Rt = 0.85*0.2515 = 0.2138 (m)

-Hệ số ma sát :  chọn = 0.3

3.Xác định chiều rộng tấm ma sát C của cơ cấu phanh:

1  

2

.t

M C

R q



-Trong đó:  -là góc ôm  0 0

90 100

   chọn  = 0

100 = 1,744 (rad)

 q -áp suất trên bề mặt má phanh  q = 1,5 2 10   6N m/ 2

Chọn  q = 2.10 6N m/ 2

-Vậy:

0 3 * 0 2515 2 * 1 744 * 2 * 10 6

7 5327



-Chọn C = 0,08(m) = 80 mm

IV.TÍNH LỰC TÁC DỤNG LÊN GUỐC PHANH P :

-Để xác định lực tác dụng lên guốc phanh,ta đi giải các phương trình sau:

2

b







2

b







-Vậy

 

 

0 2012 0 2012* 0 3 * 0 2515 * 2 * 0 2012

2138 0

* 3 0 2012 0

* 64 543

* 2

*

*

*

.

*

2 2

2 2

1

1













b R

b a

e b

M

P

t





=1618.2 kG

 

 

0 2012 0 2012* 0 3 * 0 2515 * 2 * 0 2012

2138 0

* 3 0 2012 0

* 88 539

* 2

*

*

*

.

*

2 2

2 2

2

2













b R b

a

e b

M

P

t





=1607.07 kG

V.KIỂM TRA CƠ CẤU PHANH

1.Kiểm tra công trượt riêng l:

-Công trượt riêng:

l =

2 0

.2.

G V

g F (N/m)

+Trong đó: V0= 16,6 (m/s)

F -tổng diện tích tấm ma sát

F =

1

2.

360

m

i t i i

R C







 Với: m – số lượng má phanh ở tất cả cơ cấu phanh.m = 8

i

 - góc ôm của tấm ma sát má phanh thứ i i = 1000

Rt - bán kính trống phanh, Rt = 0,2515 (m)

i

C - chiều rộng tấm ma sát của cơ cấu phanh thứ i

i

C = 0.08(m) với tất cả tấm ma sát

 F = * 100 * 0 2515 * 0 08

360

* 2

m -Vậy :

l =

28 0

* 2

* 8 9

6 16

*

8155 2

= 4.09*10 6(N/m)

-Ta thấy : l l 4 10 10   6(N/m)  Thỏa mãn

2.Kiểm tra khối lượng riêng:

-Ta có khối lượng riêng:

28 0

* 8 9

8155



z

G m

-Ta thấy : m r  m r  ( 2 5  3 5 ) * 10 4kG/m2(với xe tải)

3.Kiểm tra sự tăng nhiệt của tang trống:

Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài không khí Sự tăng nhiệt ở trống phanh là:

V

G*

-Trong đó:

  t 15 0K

C = 482 (J/kg.K)

m t-khối lượng của tang trống.chọn m t = 10 kg

V0 = 8.3 (m/s)

G -Trọng lượng toàn bộ của ô tô, G=8155(kG)

-Vậy:

482

* 10

* 8 9

* 2

3 8

*

8155 2



t =5.95   t

Như vậy sự tăng nhiệt độ của trống phanh trong quá trình làm việc đạt yêu cầu kỹ thuật

VI.TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH

1 Xác định lực dẫn động phanh cần thiết trên mỗi cầu

Số liệu cho trước :

+Moomen phanh cần thiết cho một cơ cấu phanh

+Thông số hình học của cơ cấu phanh

  15433.2( )

2 1

* 3 0

* 2515 0

* 2

2515 0

* 3 0 2 1

* 5 0 7 5327

*

*

*

2

)

*

* 5 0

(

1

h f R

R f h M

P

t

t p











2 1

* 3 0

* 2515 0

* 2

) 2515 0

* 3 0 2 1

* 5 0 (

* 8 5290

*

*

*

2

*

* 5 0

2

h f R

R f h M

P

t

t p











2 Tính bầu phanh bánh xe

Dựa vào điều kiện cân bằng của màng phanh trong bầu phanh bánh xe

  2 1 2

4 

d p

P 

Trong đó : + P : Lực tác dụng nên guốc phanh

Ở cầu trước P1=15433.2(N)

Ở cầu sau P2=19735.3(N) +[p] :Áp suất cho phép trong đường ống và bầu phanh bằng thép (0.7-0.8)*106 N/m2

+d : Đường kính của màng bầu phanh

+ 1 :Tính đến hệ số nạp khí nén vào bầu phanh  1=1 +  2 :Hiếu suất cơ học của bầu phanh  2=0.95

Vậy đường kính màng bầu phanh:

+Ở cầu trước

2 15433 2

*

*

*

2 1

1







 p

P

95 0

*

* 10

* 8 0

*

3 19735 2

*

*

*

2 1

2







 p

P

3 Máy nén khí.

Năng suất của máy nén khí xác định theo công thức

) / ( 4000

*

*

*

*

phút lit n

s d i

 Trong đó : + i Số lượng xy lanh của máy nén khí : 2

+ d Đường kính của xylanh (cm) : 52 cm + S Hành trình pitston (cm) : 38 cm + n Số vòng quay của trục máy nén (v/ph) :1250 v/p + v Hiệu suất truyền khí của máy nén (0.5 - 0.75) :0.6

4000

6 0

* 1250

* 38

* 52

*

*

phút lit

4 Van phân phối khí.

Van phân phối khí đảm bảo cho áp suất không khí trong dẫn động tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp

Sơ đồ tính van phân phối đơn :

Dưới tác dụng của lực Q được tạo ra từ người lái tác dụng lên lò xo tới cơ cấu tuỳ động làm ngăn cách sự lưu thông giữa buồng I và buồng II sau đó nhờ cơ cấu cần đẩy

sẽ mở van làm cho buồng III thông với buồng II nhờ sự chênh lệch áp suất

P3>P2

Khí từ buồng III tới buồng II đi tới bầu trợ lực phanh

Để van mở nhiều hay ít tuỳ thuộc vào lực bàn đạp

Thôi phanh : Từ thế van như khi không phanh , khi thôi phanh (Q = 0) dưới tác dụng của áp suất P3 làm cho đế van đóng lại ngăn buồng II với buồng III lúc này

P2 > P1

 áp suất khí trong buồng II sễ đẩy màng về phía trái làm thông buồng II và buồng I

 Khí từ trong bầu trợ lực và hệ thống dẫn động đi ra ngoài

 Ph =P2 =P1

§Õn xi lanh

B×nh chøa khÝ nÐn

§¹p phanh

KhÝ trêi

Điều kiện cân bằng của màng 3 (cơ cấu tuỳ động ) như sau :( bỏ qua ma sát giữa màng vào thành xi lanh của thân van )

Q= Qbđ * Lbđ =S* C = Fm (P2 – P1) + Fv (P3 – P2 )

Trong đó

Q: Lực tác dụng vào cần đẩy van

S: Dịch chuyển của lò xo 2

C: Độ cứng của lò xo 2

Qbđ : Lực tác dụng của người lái vào bàn đạp

Qbđ *a =Q*b  Q=Qbđ *a/b =Qbđ *ibđ

Ibđ : tỷ số truyền từ bàn đạp tới thanh đẩy van

S= Sbđ/ibđ  Qbđ =S*C/ibđ =Sbđ*C/ i2

bđ

P1 : áp suất ở trong khoang I

P2 : áp suất ở trong khoang II

P3 : áp suất ở trong khoang III

 Qbđ.ibđ =Fm *Ph + Fv (P3 –P3 )

Ph =P2 –P1 : áp suất tới hệ thống

P3 –P1 =Pb : là áp suất trong bình chứa

Fm: Diện tích màng van điều khiển

Fv : Diện tích đế van điều khiển

Vì Fv nhỏ nên có thể coi gần đúng :

Ph =Qbđ*ibđ/ Fm

Đặt Kt = ibđ/Fm  Ph =Kt *Qbđ

Vậy

Ph =Qbđ * Kt gọi là hệ số tuỳ động

Phmax =Kt* Qbđmax xảy ra khi bàn đạp kịch van

Chọn

Chọn cánh tay đòn của bàn đạp phanh a và b lần lượt là 380mm ; 65 mm

 ibđ = a/b = 380/65 =5.846

Chọn

Fm = 21 cm2

 Kt = ibđ / Fm =5.846/21 =0.2783

 Phmax =Kt *Qbđmax =0.2783* 24 =6.7 kG/cm2

Ta có áp suất cực đại trong bình chứa Phmax = 7 (kG/ cm2 )

Chọn hành trình bàn đạp bao gồm cả hành trình tự do là : 180 m m =18 cm

 Độ cứng của lò xo :

C =Qbđmax *ibđ/S = 24* 5.846/18 =7.794(kg/cm)

5 Bầu phanh

Lực tác dụng lên thanh đẩy của bầu phanh tính theo công thức sau:

2 1 2

1

2

*

*

*

*

* 4

*

*   i m  

i

Ở đây :

+ p i : áp suất trong bầu phanh ( 2

max 7kG/cm

+ D : đường kính làm việc của màng

+ F m : diện tích của màng +  1 : hệ số tính đến độ nạp không khí vào bầu phanh  1=1 +  2 :hiệu suất cơ học của bầu phanh  2=0.95

) ( 2 1692 95

0

* 1

* 4

18

*

* 7

2

kG

Vỏ của bầu phanh chế tạo bằng cách dập thép lá có thành phần cacbon thấp hoặc đúc bằng xilumin

Bầu phanh được thử độ bền và độ kín với áp suất 7:8 kG/cm2 khi thanh đẩy nằm ở vị trí tận cùng

Lò xo của bầu phanh thường có độ cứng khoảng 1.5 : 3.5 KN/m

Lực ép của lò xo thường vào khoảng 80 : 150 N

Lực P thđ tác dụng lên thanh đẩy phải đủ để tạo lên cam quay của cơ cấu phanh các lực P1 và P2 theo yêu cầu để có thể ép guốc phanh vào trống và sinh

ra moomen phanh cần thiết

6 Tính bền cho đường ống dẫn động phanh.

Khi đó, có thể coi đường ống là loại vỏ bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn ứng suất tiếp tuyến tính theo công thức sau:

S

R P



Trong đó:

P - áp suất bên trong đường ống, P = 70KG/cm2

S - Bề dầy của đường ống, S = 0.5mm = 0.05cm

R - Bán kính bên trong của đường ống dẫn, R = 5mm = 0.5cm

05 , 0

5 , 0 70

cm KG



+ ứng suất pháp tuyến:

2

/ 350 05 , 0 2

5 , 0 70 2

.

cm KG S

R P



+ ứng suất tổng hợp:

2 2

2 2



Chọn vật liệu làm đường ống dẫn bằng hợp kim đồng có

[] = 2600KG/cm2

 Đảm bảo đủ độ bền cho đường ống