TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ, HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

I: CÔNG DỤNG:

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đố theo yêu cầu của người lái Giữ chô ô tô máy kéo dừng ở ngang dốc trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe trong thời gian dừng xe Đối với ô tô máy kéo hệ thống phanh rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc

độ cao hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực

II: PHÂN LOẠI:

- Tùy theo cách bố trí có thể chia hệ thống phanh thành : phanh ở bánh xe, phanhtruyền lực

- Theo kết cấu của cơ cấu phanh : phanh guốc, phanh đĩa, phanh đai

- Theo phương thức dẫn động : dẫn động cơ khí, dẫn động thủy lực, dẫn động không khí nén, dẫn động điện, dẫn động hỗn hợp…

Trong hệ thống phanh người ta thường chia ra làm hai phần :

- Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp làm giảm tốc độ góc của bánh xe hoặc trục các đăng truyền lực

- Dẫn động phanh có tác dụng truyền lực từ bàn đạp phanh (bộ phận sinh lực phanh) đến cơ cấu phanh và tăng lực phanh cho người lái Ta sẽ nghiên cứu kĩ từng phần trong hệ thống phanh

III: YÊU CẦU:

Hệ thống phanh là một bộ phận quan trọng của xe đảm nhận chức năng

an toàn chủ động nên nó phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

- Có hệ quả phanh cao nhất trong mọi trường hợp mà bánh xe không bị trượt

- Hoạt động êm dịu , không giật để đảm bảo êm dịu khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng để giảm nhẹ cường độ lao động của người lái xe

- Có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm

- Đảm bảo phân bố mô men phanh trên các bánh xe phải theo nguyên tắc sử dụnghoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với mọi cường độ.

- Không có hiện tượng tự xiết , thoát nhiệt tốt, có hệ số ma sát cao và ổn định Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực đạp phanh và lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh

- Có độ tin cậy, độ bền, tuổi thọ cao, giá thành hạ

IV:CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HTP TRÊN Ô TÔ

1: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cơ cấu phanh

a Cơ cấu phanh guốc:

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía các lực dẫn động bằng nhau

Hình : Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về một

phía các lực dẫn động bằng nhau

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch chuyển như nhau :

Hình : Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về một phía

và các guốc phanh có dịch chuyển như nhau

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía và lực dẫn động bằng nhau :

Hình : Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía

- Cơ cấu phanh tự cường hóa :

Hình: Cơ cấu phanh tự cường hóa

b Cơ cấu phanh đĩa

H.a H.b

Hình : Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa Hình a Phanh đĩa có giá đặt xilanh cố đinhjHình b Phanh đĩa có giá đăt xilanh di động 1.Đĩa phanh; 2 Giá đặ phanh; 3.Ống trượt

2: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của dẫn động phanh.

a Dẫn động phanh cơ khí :

Dẫn động phanh cơ khí là loại cần, kéo, đòn, cáp và các cơ cấu điều khiển trong

cơ cấu phanh Sử dụng đòn cơ khí hoặc dùng dây cáp để dẫn động

Hình: Cơ cấu dẫn động cơ khí bằng dây cáp

1: Tay phanh 2: Thanh dẫn 3: Con lăn dây cáp

7: Thanh cân bằng 8,9: Dây cáp dẫn động phanh10: Giá 11,13: Mâm phanh 12: Xylanh phanh bánh xe

b Dẫn động phanh thủy lực( hệ thống phanh dầu ) :

Hình: Hệ thống phanh dầu1.Bàn đạp phanh; 2.Trợ lực phanh; 3.Xilanh phanh chính; 4.Càng phanh đĩa;

5.Má phanh đĩa; 6.Đĩa phanh; 7.Phanh trống; 8.Má phanh guốcNguyên lý làm việc: khi phanh người ta đạp phanh lên bàn đạp phanh 1 qua hệ thống đòn bẩy đẩy piston của xilanh phanh chính dịch chuyển đẩy dầu trong buồng xilanh, dầu bị ép có áp suất cao trong xilanh và được dẫn động qua đường ống Dầu

áp suất cao được đưa tới buồng xilanh của cơ cấu phanh, dầu đẩy piston chuyển động đẩy 2 guốc phanh có má phanh áp sát vào tang trống( ép má phanh vào đĩa phanh) thực hiện quá trình phanh bánh xe do trống phanh ( đĩa phanh) gắn liền với moayơ bánh xe Khi thôi phanh lò xo kéo hai má phanh về vị trí ban đầu, dưới tác dụng của

lò xo các piston sẽ về vị trí ban đầu ép dầu trở lại buồng dầu của xilanh phanh chính

c Dẫn động phanh khí nén :

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng nhiều trên ô tô vận tải cỡ lớn và trungbình, đặc biệt lớn Để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng củakhí nén, lực của người lái tác dụng lên bàn đạp chỉ để mở tổng van phanh do đó màgiảm được sức lao động của người lái, tuỳ theo liên kết của xe rơ moóc mà dẫn độngphanh khí nén có thể là một dòng hoặc 2 dòng

- Dẫn động phanh khí nén 1 dòng:

Hình: Sơ đồ cấu tạo của phanh hơi 1: Máy nén khí 4: Bầu phanh

2: Bình chứa 5: ống dẫn hơi

3: Van phân phối 6: Bàn đạp phanh

7: Đồng hồ kiểm tra áp suất

d Dẫn động phanh khí nén – thủy lực

Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén trong đó phần thuỷlực có kết cấu nhỏ gọn và trọng lượng nhỏ đồng thời bảo đảm cho độ nhậy của hệthống cao, phanh cùng 1 lúc được tất cả các bánh xe phần khí nén cho phép điềukhiển nhẹ nhàng và khả năng huy động, điều khiển phanh rơmoóc

Hình: Phanh khí nén thuỷ lực ôtô.

1: Máy nén khí 2: Bộ điều chỉnh áp suất 3: Van bảo vệ 2 ngả 4: Van bảo vệ 1 ngả

5: Bình chứa khí nén 6: Phanh tay

7: Khoá điều khiển phanh rơ moóc 8: Van tách

9: Đầu nối 10: Đồng hồ áp suất

11: Tổng van phanh 12: Xy lanh khí nén

13: Cơ cấu xy lanh piston bánh xe 14: Đầu nối phân nhánh

15: Xy lanh cung cấp nhiên liệu 16: Bàn đạp phanh

Nguyên lý làm việc:

Khi phanh người lái điều khiển tác động một lực vào bàn đạp phanh 16 để mởvan phanh lúc này khí nén từ bình chứa 5 đi vào hệ thống qua tổng van phanh vào cơcấu

Piston xi lanh khí, lực tác động của dòng khí có áp suất cao (8 dến 10kg/cm2) đẩypiston thuỷ lực tạo cho dầu phanh trong xi lanh thuỷ lực có áp suất cao như các đườngống đi vào xi lanh bánh xe thực hiện quá trình phanh van bảo vệ 2 ngả có tác dụng táchdòng khí thành hai dòng riêng biệt và tự động ngắt 1 dòng khí nào đó bị hỏng để duy trì

sự làm việc của dòng không hỏng

Trong hệ thống phanh dẫn động khí nén - thuỷ lực thì cơ cấu dẫn động là phần khí nén và cơ cấu chấp hành là phần thuỷ lực, trong cơ cấu thuỷ lực thì được chia làm hai dòng riêng biệt để điều khiển các bánh xe trước và sau

3: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của trợ lực phanh

a Xi lanh phanh chính :

Hình: Cấu tạo xi lanh phanh chính1.Bàn đạp phanh; 2.Cần piston; 3.Piston 1; 4,6 Lò xo nén; 5.Piston số 2; 7.Bình chứa

dầu phanhNguyên lý làm việc:

Khi đạp phanh piston 3 sẽ dịch chuyển sang trái tạo nên áp suất cao ở khoang I, qua piston 5 tạo nên áp suất cao ở khoang II đưa dầu đến các ống dẫn, đến các cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh

b Bộ chia

Hình : Bộ chia1.Piston ; 2 Vỏ bộ chiaNguyên lý làm việc : Khi phanh dầu từ xy lanh phanh chính bị dồn đến khoang A có

áp lưc lớn gây lên lực tác dụng lên các piston đẩy về 2 phía làm dầu ở dòng I, II đẩy lên các xilanh phanh bánh xe thực hiện quá trình phanh Áp suất của dòng I, II tăng lên đến khi cân bằng với khoang A Khi xảy ra hư hỏng ở 1 dòng nào đó thì dòng kia vẫn làm việc bình thường hiệu quả phanh bị giảm đi, người lái nhận biết hư hỏng thong qua hành trình của bàn đạp tăng lên

c Bầu trợ lực chân không

Hình: Cấu tạo bầu trợ lực chân khôngNguyên lý làm việc:

- Khi không tác động vào phanh : Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị lò xo của van không khí kéo về bên phải, van điều chỉnh bị đẩy về bên trái Điều này làm van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh

-Đạp phanh :Khi đạp phanh cần điều khiển can đẩy van không khí làm nó dịch chuyển sang trái Lò xo van điều chỉnh dũng dịch chuyển sang trái cho đến khi nó tiếpxúc với van chân không Chuyển động này bịt kín nối ngoài đi qua lưới lọc bị chặn lạikhông vào buồng áp suất biến đổi Trong điều kiện này van chân không của thân van

bị tách khỏi van không khí tạo ra 1 lỗ thong giữa lố A và B Vì luôn có chân không trong buồn áp suất không đổi cũng có chân không trong buồng áp suất biến đổi Vì vậy lò xo màng ngăn đẩy piston sang phải thong giữa lỗ A và B Khi van không khí tiếp tục dịch chuyển sang trái nó càng dời xa van điều chỉnh làm cho không khí bên ngoài lọt vào buồng áp suất biến đổi qua lỗ B ( sau khi qua lưới lọc ) độ chênh áp suấtgiữa buồn áp suất không đổi làm cho piston dịch chuyển về bên trái làm cho đĩa phản đẩy cần đẩy bộ trợ lực về bên trái và tăng lực phanh

d Bộ trợ lực khí nén

Hình : Sơ đồ bộ trợ lực khí nén1.Bàn đạp; 2.Lò xo hồi vị; 3,4.Đòn; 5.piston; 6.Lò xo hồi vị; 7.Piston

8.Bình chứa khí nén; 9.Van; 10 Piston; 11.Thanh dạng ốngNguyên lý làm việc: Tác dụng lực lên bàn đạp, qua các đòn dẫn động ống đẩy 11 đẩyvan 9 mở ra, khí nén từ bình 8 qua van 9 vào khoang A và van B tạo lực đẩy piston 5 của xilanh lực, đồng thời đẩy piston 7 của xi lanh chính về phía phải, áp suất dầu tăng lên và dẫn đến các xilanh làm việc ở bánh xe Trong khi đó ở khoang A áp suất cũng tăng lên, tác dụng lên piston 10 đến 1 giá trị nào đó sẽ dịch chuyển sang trái làm cho van 9 đóng lại ( khi người lái đạp phanh giữ ở 1 vị trí nào đó thì van 9 được đóng lại, khi đạp tiếp thì ống 11 đẩy về phía phải, áp suất dầu lại tăng lên và dẫn đến các xi lanh bánh xe Khi nhả bàn đạp phanh, piston 10 và ống 11 được lò xo kéo sang trái trở

về vị trí ban đầu, van 9 được đóng lại khi đó áp suất cao đi qua ống xả ra ngoài không khí.Toàn bộ hệ thống phanh ở trạng thái làm việc

V: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

- Loại cơ cấu phanh: trước tang trống, sau tang trống

- Loại dẫn động phanh: khí nén

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH

I: THÔNG SỐ BAN ĐẦU

3: Xác định moment phanh cần thiết sinh ra ở cơ cấu phanh.

Mô men sinh ra ở các cơ cấu phanh của ô tô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc dừng ô tô hoàn toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép

Hình: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Ta có hệ số phân bố tải trọng lên cầu trước và cầu sau tương ứng là:

b g

h J

Jpmax: gia tốc phanh cực đại, chọn Jpmax=6m/s2

Thay số vào ta được:

60 , 1 327 , 1 81 , 9

3 , 1 6 1

m

75 , 0 173 , 3 81 , 9

3 , 1 6 1

1 1

2 2





Trong đó: Ga1, Ga2 là tải trọng tương ứng tác dụng lên các bánh xe ở

cầu trước và sau ở trạng thái tĩnh trên mặt đường nằm ngang

: hệ số bám của bánh xe với mặt đường, chọn φ = 0,6

Chọn λ = 0,945 Hệ số biến dạng của lốp

m mm

B d r

2

508 945 , 0 2

, 0 2

6 , 0 6 , 1 10 2890

) ( 1 , 7556 486

, 0 2

6 , 0 75 , 0 10 6910

II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

Như đã trình bày ở chương trước , cơ cấu phanh lựa chọn là cơ cấu phanh guốc Tính toán cơ cấu phanh guốc nhằm mục đích :

+ Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh : a,c,e,h

+ Xác định góc   và bán kính () của phản lực pháp tuyến tác dụng lên má phanh + Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ

+ Xác định bề rộng má phanh

+ Tính toán kiểm tra cơ cấu phanh

- Kiểm tra hiện tượng tự xiết

- Công ma sát riêng

- Nhiệt trong quá trình phanh1:Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh

Hình: Các thông số hình học của cơ cấu phanh.

- Bán kính tang trống phanh tính theo công thức

Trong đó: δv - Độ dày vành bánh xe, lấy δv =10 mm

Kh Khoảng cách giữa vành bánh xe và tang phanh;

Ta có:

2 1

0

2 1

2 sin 2

sin 2

2 cos 2

0

2 1

sin cos

2 sin

cos cos

Trong đó: ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh.: bán kính điểm đặt của tổng phản lực tác dụng lên

guốc phanh khi phanh

rt : bán kính của tang trống, xe tham khảo có rt=214 mm

* Đối với guốc phanh trước:

Chọn: 1 = 140, 0 = 1200=2,09 (rad), 2 = 1340

268 sin 28 sin 09 , 2 2

268 cos 28 cos

134 14 cos(

09 , 2 2 120 sin 09 , 2

) 134 cos 14 (cos 214 2 2

228 cos 28 cos

114 14 cos(

74 , 1 2 100 sin 74 , 1

) 114 cos 14 (cos 214 2 2

3: Xác định các lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ

Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc phanh trước và sau để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trước và

mô men sinh ra guốc sau bằng mô men tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe

Khi đã chọn các thông số kết cấu ở trên ta đã tính được góc δ và bán kính ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N ( lực hướng vào tâm 0)

Lực R là lực tổng hợp của N và T, lực R tạo với N một góc φ

Góc φ được xác định như sau: T

Mô men sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là:

3 , 0 229 , 0

M R

ta dùng phương pháp họa đồ bằng cách vẽ đa giác lực của

guốc phanh trước và sau

Góc  là góc tạo bởi (X, N) muốn xác định được X ta chọn góc 

Từ vị trí đặt lực P nối với tâm quay cố định của 2 guốc ta có trục Y từ đó ta có trục X, theo tính toán ta có 1, 2 và có  vậy từ đây ta xác định được vị trí đặt lực N

có phương hướng vào tâm 0

Từ điểm đặt lực P ta kéo dài lực P, quay hai vòng tròn có bán kính ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

t

và ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

s

kết hợp với các góc δ

nhau để thể hiện lực R, nối tiếp R là U

Hình: Họa đồ lực tác dụng lên cơ cấu phanh sau.

Từ đồ họa ta dùng thước kẻ ly đo được:

, 0 2

8 , 6741 2

8 , 6741 0 2

r R R

, 0 2

1 , 7556 2

1 , 7556 0 2

r R R

4: Kiểm tra hiện tượng tự siết:

Hiện tượng tự xiết trong quá trình phanh là hiện tượng khi má phanh ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của truyền động lênguốc phanh Trong trường hợp như vậy mô men phanh đứng về phương diện mà nói

sẽ tiến tới vô hạn

Hiện tượng tự xiết sẽ gây ra bó cứng bánh xe, làm mất ổn định khi phanh, nhất là trong trường hợp xe tiến Do đó trong tính toán thiết kế cần kiểm tra hiện tượng tự xiết khi xe tiến

Để kiểm tra hiện tượng tự xiết, ta thiết lập môi quan hệ giữa mô men phanh M

cos

Trong đó: C- là khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt quay của

má phanh(mm), C=164 mm

+) Trường hợp xe tiến: khi xe tiến về phía trước, hiện tượng tự xiết chỉ có thể xảy ra ởguốc phanh trước

Với μ=0,3; ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

, 0 3 , 11 sin 164 56 , 238

3 , 11 cos 164

, 0 3 , 22 sin 164 5 , 228

3 , 22 cos 164

Vậy không xảy ra hiện tượng tự xiết ở bánh xe khi lùi

5: Xác định kích thước của má phanh

Kích thước má phanh chọn trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng áp suất trên

má phanh, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ô tô trên diện tích toàn của các má phanh và hạn chế độ làm việc của phanh

a) Kiểm tra công ma sát riêng

Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô

tô chạy với vận tốc V0 trước khi phanh

  400 1000 ( / )(*) 2

V0 là tốc độ của ô tô khi bắt đầu phanh, chọn V0=60Km/h=16,66m/s

g: Gia tốc trọng trường, lấy g=10m/s2

F: diện tích toàn bộ của các má phanh ở tất cả các bánh xe

Ta có công thức tính diện tích là:

m 0i t i

m: số lượng của má phanh, m = 8

Ta chọn cơ cấu phanh ở 4 bánh là như nhau, nên ta có:

)(

4 F t F s

F   trong đó: Ft là diện tích của má phanh trước

Fs là diện tích của má phanh sau

) ( 4397 ) ( 439684 )

140 205 74 ,1 140

10 2

66 , 16

Vậy má phanh chọn thỏa mãn toàn bộ năng lượng khi phanh bánh xe

b) Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát

Khi muốn biết thời gian phục vụ của má phanh hay tuổi thọ của nó thì ta xét đến

áp suất trên bề mặt ma sát dựa vào thông số q

 

2 2

Theo công thức (**) ta thấy khi muốn xét đến thông số q thì phụ thuộc vào góc

ôm má phanh và mô men phanh sinh ra tại cơ cấu phanh vậy ta chỉ xét đến má phanh

có gốc ôm lớn và chịu mô men phanh lớn

Xét cầu trước vì cầu trước chịu mô men phanh lớn hơn cầu sau và ta xét đối với

má trước vai má trước chịu mô men phanh lớn hơn má sau

8 ,