Thiết kế hệ thống phanh guốc cầu sau,với loại dẫn động phanh thuỷ lực có trợ lực chân không

Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn thiết kế hệ thống phanh xe ôtô huydai 2.5t Yêu cầu:Thiết kế hệ thống phanh guốc cầu sau,với loại dẫn động phanh thuỷ lực có trợ lực chân không Loại ôtô xe tải Ga (KG) Các kích thíc(mm) Ga Ga L hg 1280 3620 2750 1000 7-16 2.5 T Giới thiệu ã Trong năm gần với phát triển kinh tế nớc ta nghành công nghiệp ôtô có bớc phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu lại vận chuyển hàng hoá ngày tăng nhân dân Tuy nhiên thực tế nớc ta phần lớn phơng tiện vận tải ôtô đà cũ đà hết thời gian phục vụ thêm vào hệ thống giao thông đờng cha phát kịp phát triển phơng tiện lại Chính thực tế mà vấn đề đặt cho nhà khoa học nói chung nh kỹ s nghành ôtô nói riêng phải nghiên cứu thiết kế chế tạo ôtô đảm bảo yêu cầu kỹ thuật,tính an toàn cao mà phải đạt hiệu kinh tế cao đáp ứng đợc nhu cầu ngơì sử dụng ã Song song với việc nghiên cứu ,thiết kế chế tạo hệ thống, cụm tổng thành , chi tiết ôtô việc nghiên cứu, thiết kế chế tạo hệ thống phanh ôtô vấn đề quan trọng Bởi nhiệm vụ giảm tốc độ,giữ đợc trạng thái cân xe trìng phanh nh đứng yên hệ thống phanh ảnh hởng đến tốc độ chuyển động an Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn toàn hành khách,láiphụ xe hàng hoá Muốn hệ thống phanh phải đảm bảo có hiệu phanh cao nhất,khi phanh phải êm dịu,thời gian tác dụng phanh ngăn Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn chơng 1:Công dụng, phân loạI, yêu cầu lựa chọn phơng án thiết kế 1.1 Công dụng: Hệ thống phanh dùng để giảm dần tốc độ ôtô đến dừng hẳn đến tốc độ cần thiếtvà để giữ ôtô đứng dốc Đảm bảo cho xe chạy an toàn tốc độ cao, tăng suấtvận chuyển 1.2 Phân loại: Theo cách bố trí chia hệ thống phanh thành loại: phanh bánh xe phanh hệ thèng trun lùc Theo kÕt cÊu cđa c¬ cÊu phanh có :phanh guốc, phanh đai, phanh đĩa Theo phơng thức dẫn động phanh có: dẫn động khí, chất lỏng, khí điện tổng hợp Theo phơng thức điều khiển có:điều khiển chân, điều khiển tay 1.3 Yêu cầu: Các yêu cầu đặt hệ thống phanh là: -Đảm bảo hiệu phanh(quÃng đờng phanh nhá nhÊt, thêi gian phanh ng¾n nhÊt, gia tèc phanh lớn nhất) -Đảm bảo ổn định ôtô phanh(đợc đánh giá thông số:hành lang phanh S góc lệch ) Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn S hớng ôtô 1.4 Lựa chọn phơng án: Theo phơng án đà lựa chọn ta có sơ đồ hệ thống phanh nh sau: pbđ Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Chơng : Thiết kế cấu phanh đà cho 2.1 Xác định mômen sinh cấu phanh: Mô men phanh sinh cấu phải đảm bảo giảm đợc tốc độ dừng hẳn ô tô với gia tốc chậm dần j nằm giới hạn cho phép Đạt hiệu phanh cao đảm bảo ổn định xe phanh Theo lý thuyết ôtô tải trọng thẳng đứng tác dụng lên phía bánh xe cầu trớc cầu sau đợc tính theo c«ng thøc sau: Z1 = G (b cos α + hg sin α + K hg ) 2L Trong ®ã: Z2 = G ( a.cosα − hg sin α − K hg ) 2L G:Trọng lợng ôtô đầy tải G=Ga1+ Ga2= 1480 + 3620=5100(KG) L:chiều dài sở ôtô jmax:gia tốc chậm dần cực đại ôtô phanh a, b, hg: toạ độ trọng tâm ôtô đầy tải hg= 1000(mm) K= j/g: hệ số cờng hoá Ta chọn giá trị jmax=6(m/s2) K= 6/9,81=0,61 Jmax: gia tốc chậm dần lớn ôtô Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 a= GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Ga 3620 L = 2750 = 1951.96( mm ) G 5100 b= Ga 1480 L = 2750 = 798.039(mm) G 5100 Gi¶ sư xÐt ô tô phanh đờng =0 Ta có: Z1 = Z2 = G 5100 ( ( 798.039 + 0,61*1000) = 2611,273( KG ) b + K hg ) = 2L * 2750 G ( a − k.hg ) = 5100 (1951.96 − 0,61.1000) = 2488,727( KG ) 2L * 2750 Theo điều kiện bám để đảm bảo cho bánh xe không bị trợt lê phanh mô men phanh sinh cần thiết cấu phanh cầu trớc cầu sau lµ: G ( M p1 = z1.ϕ.rbx = b + K hg ).ϕ.rbx 2L M p = z2 ϕ.rbx = G ( a − K hg ).ϕ.rbx 2L Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn : Hệ số bám lốp xe với mặt đờng, chọn = 0,8 rbx: Bán kính làm việc trung bình bánh xe ; rbx = r0. r0: B¸n kÝnh thiÕt kÕ; r0 = (B + d/2).25,4 (mm) Theo kÝ hiƯu cđa lèp lµ 7-16 vËy B = inch vµ d = 16 inch Suy ra: r0=(7+16/2).25,4 = 381(mm) Chän hÖ sè λ = 0,935 kí hiệu lốp lốp áp suất thấp ⇒ rbx = 0,935 r0= 358.14 (mm) Thay vµo công thức tính mô men phanh ta có: Mp1 = 2611.273*0,8*358.14=744181.4( KG.mm) Mp2 = 2488.727 0,8 340,8 = 709257.4( KG.mm) 2 Thiết kế thông số hình häc cđa c¬ cÊu phanh a) C¬ cÊu phanh tang trống cầu sau: *Bán kính tang trống phanh(Rt) tính theo công thức: Rt = Trong đó: d (v + K h + ) v: độ dày vành bánh xe Đối với xe khách nhỏ lấy v= 3mm Kh: khoảng cách khe hở vành bánh xe tang phanh LấyKh =55(mm) : độ dày tang phanh lấy 9(mm) Thay vào công thức : Rt = 16/2.25,4 - (3 + 55 + 9) = 136.2(mm) *C¸c kích thớc khác cấu phanh: a, c, e góc o đợc chọn theo công thức kinh nghiệm nh sau: a= c = 0,8Rt = 108.96(mm) e = 0,85Rt= 115.77(mm) h = a + c = 217.92(mm) Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn §øc Toµn β = 1000 = 1,74 rad LÊy β1 = 150 β2 = β0 + β1 = 100+150 =1150 *Bề rộng má phanh đợc tính theo ®iỊu kiƯn bỊn cđa nã Chóng ta thõa nhËn quy luật phân bố áp lực má phanh b = M p µ R β [q ] t à: Hệ số ma sát Chọn à= 0,35 = 1,74 rad [q] : ¸p suÊt cho phÐp [q] = 1,5 MN/m2=1,5.106N/m2 Rt =136.2(mm) Mp mô men phanh mét gc phanh sinh Cơ thĨ Mp= MG1(mô men phanh guốc sinh ra) Ta đI tính mô men phanh MG1: Lấy 0,5.h + Rt + 05.h − µ Rt  Rt µ h P2  = M p = Rt µ h.P 2 2 2 , 25 h − µ R 25 − µ R t  t   0,5.h + µ Rt + 05.h − µ Rt  Rt µ h P1  = M p1 = Rt µ h.P 2 2 2 , 25 h − µ R 25 − µ R t  t Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Mà Mp2= 709257.4 (N.m) Mp1= 744181.4 (N.m) → P2 = 994.289(N) P1= 1045.77(N) VËy lùc dÉn ®éng guèc phanh: P = 2040.6 (N) Thay P vµo công thức tính MG1: M G1 = P.à.h.Rt 0,5.h à.Rt Ta cã M G1 = 2040,6 * 0,35 * 0,2179 * 0,1362 = 345.89( N m) 0,5.0,2179 − 0,35.0,1362 Suy ra: b= 345.89 = 0,20418(m) 0,35.0,1362 1,74.1,5.10 Kiểm tra công ma sát riêng Chúng ta thừa nhận toàn động xe ô tô chạy với tốc độ V0 bắt đầu phanh đợc má phanh hấp thụ, tất cấu phanh ôtô phải có đủ diện tích má phanh thoả mÃn điều kiện sau đây: G.V0 L= [ L ] 2.g 3,6 2.F Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Trong G: Trọng lợng toàn ô tô đầy tải G = 5100 (KG) = 50031(N) V0: Tốc độ ô tô bắt đầu phanh: Chọn V0 = 60(km/h) g Gia tèc träng trêng: 9,81 (m/s2) FΣ: Coi diện tích toàn má phanh tất cấu phanh ô tô nh DiƯn tÝch cđa mét m¸ phanh : Fi = l bmp.(m2) bmp : ChiỊu réng m¸ phanh bmp = 0,20418(m) l: Độ dài cung ma sát l = 10/36.( π.Rt) = 10/ 36.2π.0,1362 = 0,237(m) vËy Fi = 0,04839(m2) Trên xe thờng bố trí cấu phanh nên số má phanh là:4.2=8 Do đó: F =8.Fi = 8.0,04839 = 0,387 ( m2) Thay sè vµo ta cã: 50031,3 * 60 1000 N L= * = 141228 ,   2 2.9,81 * 3,6 * 0,387 3600 m Mà trị số công ma sát riêng cho phép [L] = (4ữ10).104(J/m2)= (4ữ10).106(N/m).Vậy tính toán thoả mÃn Chứng tỏ công thức tính bề rộng má phanh hợp lý Vởy chọn góc ôm 0=1000 4.Thời gian làm việc má phanh đợc đánh giá b»ng tû sè γ = M (kg / m ) F 10 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn M: Trọng lợng ôtô đầy tải M = 5100(KG) F = 0.387( m2) = 1317,83(kg/m2) Vậy: Với xe ôtô du lịch,khách nhỏ [] = (1ữ2).104(kg/m2) thoả mÃn đIều kiện Đối với ô tô du lịch, vân tải nhỏ trung bình má phanh đợc gắn vào guốc phanh đinh tán ô tô vận tảI tảI trọng lớn dùng bu lông để bắt Dùng phơng pháp cho phép má phanh mòn 1/2 chiều dày phảI thay Hiện thờng dùng nhựa dán để gắn má phanh vào guốc phanh + Ưu điểm: Có thể sử dụng má phanh đến mòn gàn hết phảI thay Kiểm tra tăng nhiệt độ trống phanh Trong trình phanh động ô tô trở thành nhiệt trống phanh phần thoát môI trờng không khí Khi phanh gấp thời gian ngắn lợng truyền ngoàI không khí coi nh không đáng kế Trên sở xác định tăng nhiệt độ trống phanh phanh ( ) G v12 −v22 t= [t ] 2.g m p c Trong đó: 11 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn V1: Vận tốc bắt đầu phanh; v1 = 40km/h = 11,11m/s V2: Vận tốc cuối trình phanh: V2 = C: NhiƯt dung riªng cđa chi tiÕt bị nung nóng Đối với thép , gang: C = 500 J/ kg độ [t] : Nhiệt độ tăng cho phép [t] G: Trọng lợng toàn xe ô tô g: Gia tèc träng trêng g=9,81 ( m/s2) mp: Khèi lợng trống phanh chi tiết quan bị nung nãng, Thay sè ta cã: 5100 *11,112 t= = 5,347 [t ] 2.9,81.12.500 Để đảm bảo đIều kiện làm viƯc tèt nhÊt lµ thêi gian phanh dµI( xe xuống dốc) cần phảI đảm bảo tốt thoát nhiƯt cho trèng phanh Bëi vËy ta gi¶I qut b»ng cách tăng diện tích làm mát trống phanh cách làm gân tảI nhiệt đảm bảo thông gió tốt cho trống phanh Khi xe xuống dốc dàI nên sử dụng phơng pháp phanh động 12 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Chơng3: Thiết kế dẫn động phanh Trên sở số liệu mô men phanh cần thiết sinh cấu phanh Mpl, Mp2 thông số hình học cấu phanh ta xác định đợc dẫn động phanh cần thiết Thiết kế xi lanh bánh xe Xi lanh làm việc có nhiệm vụ tạo thành lực ép cần thiết để ép lên guốc phanh LoạI xi lanh thờng dùng Khi tính dẫn động phanh dầu cần xác đinh kích thớc ống xilanh làm việc, xác định lực ép lên guốc phanh Chọn áp suất làm việc cực đạI dầu thớngử dụng [p]= 5ữ8 (MN/m2) Đờng kính xilanh làm việc: Từ công thức : π d p p = [ p] ⇒d =2 [ p] P: Lực dẫn động phanh cần thiết.[N] .[P]: áp suất dầu cho pháp đờng ống Thêng tõ 5÷ ( MN/ m2) Chän [p]= MN/ m2 Xác định lực P Lấy mô men đối víi ®iĨm O1 Ta cã ∑ M01= P.h + T1.e - Z1c = C=a=1/2 h =108.96(mm) P.h= Z1(0,5- f.e) T1= f Z1 ⇒ T1 P*h* f 0,5h −f e 13 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn M p1 = T1 * e = P*h* f *e 0,5 * h − f * e M p = T2 * e = P*h* f *e 0,5 * h + f * e Ta thấy Mp1> Mp2 phảI làm má phanh bên tráI dàI bên phảI để hai má phanh mòn M p = M p1 + M p = P * h * f * e P * h _* f * e + 0,5h − f * e 0,5h + f * e Mặt khác ta cã Mp P * h2 * f * e = (1) 2 (0,5h) −( f * e) M 1p = G * ϕ* rbx (a −k * hg )(2) 2L Tõ (1) vµ (2) ⇒ Suy M p = M 1p P * h2 * f * e G = *ϕ * rbx * (a − k * hg ) = 110,112.( KG.m) 2 (0,5h) ( f * e) L 14 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toµn [ ] 709,26 * ( 0,5 * 0,10896) − ( 0,35.0,116) p= = 194,2( KG ) 0,10896 0,35.0,116 2 h= 0,10896(m) p 194,2 * 9,81 ⇒ d = = 2* = 15(mm) π [ p] 3,14 * e= 0,116(m) f: HƯ sè ma s¸t; chän f= 0,35 2.ThiÕt kÕ xi lanh phanh chÝnh Cã nhịệm vụ sinh áp suất cần thiết để đảm bảo lợng dầu cung cấp cho toàn hệ thống 15 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Lực dẫn động cần thiết P = 194,2*9,81 = 1905,102(N) Đờng kính xi lanh làm việc d =15(mm) Lực tác dụng lớn lên bàn đạp Chọn Qbdmax = 750(N) I bđ Tỷ số truyền bàn đạp Chän Ibd = P = QbdmaxIbd.d2/D2 ⇒D = d Qbd max ibd P δ ⇒ D = 15 750.6 = 23,05( mm) 1905,102 3.KiĨm tra lùc t¸c dơng lên bàn đạp 16 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn Trong trờng hợp cho tríc ®êng kÝnh xi lanh chÝnh ph kiĨm tra lùc tác dụng lên bàn đạp có thoả mÃn cờng độ làm việc ngời láI hay không Qbd max Qbd max [ P ]π.D = 4.ibd ≤ [Qbd max ] 6.10 * 3,14 * ( 23,05 *10 −3 ) = = 417,07( N ) 4*6 VËy tùc tác dụng lên bàn đạp thoả mÃn điều kiện cho phép Xác định hành trình làm việc bàn đạp: Hành trình làm việc bàn đạp Sbđ dẫn động phanh dầu đợc tính dựa sở bỏ qua biến dạng đàn hồi chất lỏng tinhs thể tích chất công tác cần ép khỏi xi lanh phanh Sbđ đợc tính theo công thức sau: Sbd  * d12 * S1 + * d 22 * S  = * η + δ * ibd 0   D  Trong đó: d1: đờng kính xi lanh bánh xe cấu phanh trớc d2: đờng kính xi lanh bánh xe cấu phanh sau d1=d2=d= 15(mm) S1:Hành trình piston xilanh phanh trớc S2:Hành trình pistoncủa xi lanh phanh sau 0:Khe hở piston lanh phanh đẩy bàn đạp =1,52 (mm) Chän δ =2(mm) D: §êng kÝnh xi lanh phanh chÝnh D=23,05 η: HỊ sè bỉ xung tính đến thờng hợp ngặt thể tích dẫn động dầu tăng lên =1,2 17 Đỗ Đức Thắng Lớp Ôtô - K39 GVHD :TS Nguyễn Đức Toàn [Sbd] ôtô khách nhỏ không vợt 200(mm) Xác định hành trình piston xi lanh bánh xe Ta có nhận xét : -Hành trình làm việc piston tơng đơng với độ dịch chuyển đầu guốc phanh Gọi độ dịch chuyển x ta cã x= * (δ + λ) * ( a + c ) c :Là khe hơ đờng kính trung bình má phanh tang trống nhả bàn đạp phanh vị trí tự do, = 1(mm) :Độ mòn đờng kính cho phép má phanh , =2(mm) x= * (1 + ) * ( *108,96 ) =12( mm) 108,96 Từ kêt vừa tính đợc ta có:S1=S2=S=x/2=6(mm) Ta thay kết vào công thức S bd * * * (15)   = *1,2 +   * = 73,08( mm) 23 , 05 Sbd