Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy Đây là loại cơ cấu phanh tang trống đơn giản nhất , có tính đối xứng qua mặtphẳng đối xứng về phương diện kết cấu..
Trang 1LỜI NÓI ĐẦU
Sự phát triển to lớn của tất cả các ngành kinh tế quốc dân cần chuyên chở khốilượng lớn về hàng hóa và hành khách Nên ô tô trở thành một trong những phươngtiện chủ yếu, phổ biến để chuyên chở hàng hóa và hành khách, được sử dụng rộngrãi trên mọi lĩnh vực đời sống kinh tế, xã hội con người
Để trở thành một người Kỹ sư nghành Cơ khí động lực thì mỗi sinh viên phảihoàn thành các đồ án môn học Trong quá trình học tập, sinh viên tích lũy kiến thức
và đến khi làm đồ án thì chúng ta vận dụng lý thuyết cơ bản vào thực tế sao cho hợp
lý, nghĩa là lúc này sinh viên đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật
Phanh ô tô là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy antoàn ở tốc độ cao Nên hệ thống phanh ô tô cần thiết bảo đảm: bền vững, tin cậy,phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính ổn định của xe, điều chỉnh lực phanhđược để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành
Trong đồ án thiết kế ô tô này em được giao nhiệm vụ: “TÍNH TOÁN THIẾT
KẾ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ’’.
Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế cóhạn nên trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh những thiếu sót Em rất mong cácthầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em hoàn thiện hơn Em xin chân thành
cảm ơn Th.s Nguyễn Việt Hải, và các Thầy trong bộ môn đã hết sức tận tình giúp
đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đồ án của mình
Đà Nẵng, ngày tháng năm 2016
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Văn Tuấn
Trang 2Chương I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
I/ Công dụng của hệ thống phanh :
II/ Yêu cầu :
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :
- Làm việc bền vững , tin cậy
- Có hiệu quả cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguyhiểm
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, đảm bảo tiện nghi và an toàn
- Giữ cho ô tô đứng yên khi cần thiết , trong thời gian không hạn chế
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của xe khi phanh
- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng vàkhi quay vòng
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện
- Có khả năng thoát nhiệt tốt
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện , lực điều khiển cần tác dụng nhỏ
III/ Phân loại :
1/ Phân loại theo dạng bộ phận tiến hành phanh:
1.1/ Phanh loại trống guốc :
-Thành phần cấu tạo:
Trang 3-Thành phần cấu tạo:
Đây là loại phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:
+Trống phanh: là 1 trống quay hình trụ gắn với may ơ bánh xe
+Các guốc phanh: trên bề mặt gắn các tấm ma sát
+Mâm phanh: là 1 đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vịhầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh
+Cơ cấu ép: khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động sẽ
ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạolực ma sát phanh bánh xe lại
+Bộ phận điều chỉnh khe hở và xả khí (chỉ có ở dẫn động thủy lực)
1.1.1/ Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 :
Là loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xylanh kép và có 2 điểm tựa cố định củaguốc được bố trí cùng phía
Hình 1.1 : Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 ( Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy )Đây là loại cơ cấu phanh tang trống đơn giản nhất , có tính đối xứng qua mặtphẳng đối xứng về phương diện kết cấu
Cơ cấu phanh loại 1 có các đặc điểm về kết cấu :
Trang 4- Hai guốc của cơ cấu phanh có điểm tựa tâm quay cố định của guốc bố được
bố trí về cùng một phía với cơ cấu phanh
- Hai guốc sử dụng chung một cơ cấu ép là xylanh kép nên momen ma sát dohai guốc tạo ra cho tang trống là khác nhau do tính chất tách/siết mặc dầu lực
ép do xylanh kép tạo ra là giống nhau hoàn toàn
1.1.2/ Cơ cấu phanh trống guốc loại 2 :
Là loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xylanh đơn và có 2 điểm tựa cố định củatâm quay guốc được bố trí khác phía
Hình 1.2 : Cơ cấu phanh trống guốc loại 2 ( Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy )
Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống có tính chất đối xứng hoàn toàn về mặtphương diện kết cấu qua tâm quay bánh xe
Cơ cấu phanh loại 2 có đặc điểm về kết cấu :
- Hai guốc sử dụng hai cơ cấu ép riêng biệt với hai xylanh đơn bố trí về haiphía khác nhau
- Hai guốc của cơ cấu phanh có tâm quay của điểm tựa cố định được bố trí vềhai phía khác nhau
1.1.3/ Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 – cường hóa :
Là loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xylanh kép và thanh cường hóa
Trang 5Hình 1.3 : Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 ( Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy ) Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặc biệt , có tính đối xứng về phươngdiện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng
Cơ cấu phanh loại 3 có đặc điểm kết cấu :
- Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xylanh kép để tạo ra lực ép cho haiguốc
- Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy động
- Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động cùng được
bố trí cùng phía với xylanh kép
1.1.4/ Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 :
Là loại trống guốc với cam ép, đây là một loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặcbiệt , có tính đối xứng về phương diện kết cấu đối với hai guốc qua mặt phẳng đốixứng
Trang 6Hình 1.4 : Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 ( Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy )
Cơ câu phanh loại 4 có các đặc trưng sau :
- Hai guốc sử dụng chung một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo lực
ép cho hai guốc
- Hai guốc có tâm quay của điểm tỳ cùng bố trí về một phía
1.2/ Cơ cấu phanh đĩa :
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ô tô du lịch (chủ yếu ởbánh trước) và máy kéo Gần đây loại phanh này bắt đầu sử dụng trên một số ô tôvận tải và chở khách
Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay,vòng ma sát quay Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ rãnh thông gió, đĩa một lớp kimloại hay ghép 2 kim loại với nhau Trên ô tô thường sử dụng chủ yếu loại 1 đĩa quaydạng hở, trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay
1.2.1/ Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:
-Đĩa phanh: thường chế tạo bằng gang, đĩa đặc có chiều dày 8-13mm, đĩa xẽrãnh thông gió có chiều dày 16-25mm, đĩa ghép có thể có lõi bằng nhôm hay đồngcòn lớp mặt ma sát bằng gang xám
Trang 71.2.2/ Ưu nhược điểm của phanh đĩa :
Phanh đĩa có ưu điểm với phanh trống guốc là:
- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,050,15 mm nên rất nhạy , giảm đượcthời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động
- Áp suất phân bố đều trên mặt má phanh , do đó má phanh mòn đều
- Bảo dưỡng đơn giản do không phải đều chỉnh khe hở
- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị củachúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không giới hạn bởi điều kiện biếndạng của kết cấu Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trongbánh xe
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn
- Điều kiện làm mát tốt hơn
Nhược điểm của phanh đĩa :
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa , bụi bẩn làm các má phanh mòn nhanh
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt , xước
- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động , nênkhi động cơ không làm việc , hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụngchúng kết hợp làm phanh dừng
Trang 81.2.3/ Sơ đồ kết cấu các loại phanh đĩa thường gặp:
-Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định:
tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )
-Sơ đồ kết câu phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh cố đinh:
Trang 9Hình 1.6 : Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động – xylanh cố định 1: Đĩa phanh ; 2: Má kẹp ; 3: Đường dầu ; 4: Piston ; 5: Thân xylanh ; 6: Má phanh ( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )
1.3/ Phanh loại dải :
Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích Vì nó dùng phối hợpvới ly hợp chuyển hướng tạo được một kết cấu rất đơn giản và gọn
Phanh dải có một số loại như :
- Phanh dải đơn giản không tự siết
- Phanh dải đơn giản tự siết một chiều
- Phanh dải loại kép
- Phanh dải loại bơi
Tất cả các loại phanh dải đều có chung nhược điểm là áp suất trên bề mặt ma sátphân bố không đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tácdụng lên trục lớn
2/ Phân loại theo dẫn động phanh:
Trang 10- Độ nhạy lớn , thời gian chậm tác dụng nhỏ ( dưới 0,2.
- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất dầu trong dẫnđộng chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát trống phanh
- Hiệu suất cao ( η = 0,8
- Kết cấu đơn giản , kích thước , khối lượng , giá thành nhỏ
- Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấuphanh
Trang 11Hình 1.9: Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực chân không
1,3: ống dẫn dòng; 2:xylanh chính; 4:đường nạp động cơ; 5:van chân không;6:phần tử lọc; 7:cần bàn đạp; 8:cần; 9:van không khí; 10:vòng cao su; 11:piston
2.3/ Dẫn động khí nén :
+Ưu điểm :
- Điều khiển nhẹ nhàng , lực điều khiển nhỏ
- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực ( khi có dò rỉ nhỏ , hệ thống vẫn cóthể tiếp tục làm việc được , tuy hiệu quả phanh giảm )
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như :phanh rơmooc , đóng mở cửa xe , hệ thống treo khí nén
- Dễ cơ khí hóa , tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động
+Nhược điểm :
- Độ nhạy thấp , thời gian chậm tác dụng lớn
- Do bị hạn chế bởi điều kiên dò rỉ , áp suất làm việc của khí nén thấp hơn thấphơn của chất lỏng trong thủy lực tới 1015 lần Nên kích thước và khối lượngcủa dẫn động lớn
- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều
- Kết cấu phức tạp và giá thành cao
Dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các ô tô tải cỡ trung bình
và lớn , cũng như trên các đoàn xe kéo mooc
+ Các sơ đồ dẫn động khí nén:
Trang 12Hình 1.10 : Các sơ đồ dẫn động phanh khí nén a: Ô tô đơn , b: Phanh rơ mooc một đường , c: Phanh rơ mooc hai đường 1: Máy nén khí ; 2: Van an toàn ; 3: Bộ điều chỉnh áp suất ; 4: Bộ lắng lọc và tách
ẩm ; 5: Van bảo vệ kép ; 6,10,11,16: Các bình chứa khí nén ; 7,9: Các bầu phanh xekéo ; 8: Tổng van phân phối ; 12: Các van cắt nối đường ống ; 13: Các đầu nối ốnggiữa xe kéo và rơ mooc ; 14: Đường nối giữa xe kéo và rơ mooc trong dẫn độngmột đường ; 15: Van phân phối phanh rơ mooc ; 17: Các bầu phanh rơ mooc ;18,21: Van điều khiển phanh rơ mooc ; 19,20: Đường nối giữa xe kéo và rơ mooc
trong dẫn động hai đường ( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )
2.4/ Dẫn động liên hợp:
2.4.1/ Dẫn động liên hợp thủy khí :
Dẫn động liên hợp thủy khí được sử dụng rộng rãi trên các ô tô và đoàn xe kéomooc tải trọng lớn và đặc biệt lớn
Trang 13Hình 1.10 : Sơ đồ nguyên lý của mạch dẫn động thủy khí điều khiển phanh của
một cầu xe 1: Van an toàn ; 2: Bình chứa ; 3: Van phân phối ; 4: Xylanh thủy khí ;
5: Xylanh bánh xe ; 6: Tổ hợp máy nén khí ( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )Dẫn động này có tất cả các ưu và nhược điểm của dẫn động khí nén và của dẫnđộng thủy lực như :
- Điều khiển nhẹ nhàng , dễ cơ khí hóa hay tự động hóa
- Độ nhạy cao , kích thước và khối lượng nhỏ
- Nếu một phần nào đó của dẫn động bị dò rỉ thì toàn bộ dẫn động sẽ khônglàm việc được
- Số lượng các chi tiết nhiều , kết cấu , bảo dưỡng phức tạp …
2.4.2/ Dẫn động liên hợp điện khí nén :
Dẫn động liên hợp điện khí nén là loại dẫn động triển vọng nhất sử dụng chocác đoàn xe kéo mooc
Trang 14Hình 1.11 : Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh điện khí nén hai đường của
đoàn xe kéo mooc 1: Van phân phối ; 2: Van điều khiển phanh rơ mooc ; 3: Bầu phanh trước của xekéo ; 4: Bộ điều chỉnh lực phanh xe kéo ; 5: Van tăng tốc ; 6: Bầu phanh sau của xekéo ; 7,8: Các đầu nối ống ; 9,19: Cảm biến áp suất ; 10: Bình chứa nửa mooc ; 11:Đường điều khiển ; 12: Đường cung cấp ; 13: Van phanh ; 14: Van ngắt ; 15: Bộđiều chỉnh lực phanh nửa mooc ; 16: Van xả ; 17: Van giữ ; 18: Bầu phanh nữamooc ; 20: cụm phân phối nửa mooc ; 21: Khối phân phối điện tử ( Bộ vi xử lý ) ( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )Trong dẫn động này , chức năng điều khiển thực hiện bởi phần điện có độnhạy cao , còn chức năng sinh lực do phần khí nén đảm nhiệm
Trong những năm gần đây trên các ô tô và đoàn xe kéo mooc sử dụng rộngrãi các bộ vi sử lý để thực hiện các thao tác tính toán và xử lý khác nhau cho phéptạo được các dẫn động có độ nhạy , tính đồng bộ và chính xác rất cao
Trang 15Chương II: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
I/ Tính momen phanh yêu cầu :
Để đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc chậm dần lớn nhất mà cácbánh xe không bị trượt thì trước hết cơ cấu phanh ở các bánh xe phải có khả năngtạo ra momen phanh lớn nhất được xác định bằng :
Mbx=Gbx.bx.Rbx (1)Trong đó :
Gbx : Trọng lượng bám của bánh xe khi phanh , [ N ]
bx : Hệ số bám giữa lốp với mặt đường của bánh xe khi phanh
Hình 2.1: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ôtô khi phanh.
Để xác định trọng lượng bám ở mỗi bánh xe Gbx ta dựa vào phương trình cânbằng momen khi xe đứng yên:
(2)Với = 2450(kg) : trọng lượng toàn bộ xe
=1225(kg) : phản lực tiếp tuyến của cầu trước khi xe đứng yên
= 2750(mm) : chiều dài cơ sở xe
(2) == 1375 (mm)
a = - b= 2750-1375=1375(mm)
Ta có trọng lượng bám của bánh xe trước/sau là:
(3)
Trang 16(4) = 650 (mm) là chiều cao trọng tâm xe.
bx là hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi ô tô phanh gấp Với ô tô du lịch bx =0,70,75, chọn bx = 0,7
Thế số vào (3) và (4) ta có :
Ta có Rbx = λ.(265 + ) (mm)
Với λ là hệ số kể đến độ biến dạng của lốp, chọn λ= 0,93
Suy ra Rbx = 0,93.(265 + ) = 447,2 (mm) = 0,4472 (m)
Khi đó momen phanh yêu cầu của mỗi cơ cấu phanh ở các bánh xe trước/sau là :
II/ Phân tích chọn kiểu loại và sơ đồ hệ thống phanh :
I/ Chọn kiểu loại phanh :
Thực tế momen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở cácbánh xe sinh ra Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu và vì vậy nói chung trênmột chiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với trục trước và trục saubánh xe Ngay cả khi điều kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kíchthước cụ thể có thể khác nhau tùy theo momen phanh yêu cầu phân bố trên trục
Vì vậy , để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý , trước hết cần tính toán đánhgiá tỷ số phân bố momen phanh ( hay lực phanh ) lên trục trước và trục sau theo hệ
số phân bố lực phanh K12 như sau :
Với =1,99 và là hệ thống phanh lắp trên xe du lịch nên chọn cơ cấu phanhtrước và sau đề là phanh đĩa xẻ rãnh bên trong để làm mát cho đĩa khi phanh, có cơcấu ép bởi 2xylanh đơn bố trí ở 2 phía khác nhau
Trang 17II/ Sơ đồ dẫn động phanh :
Đề cho xe tải trọng lượng toàn bộ nhỏ , Ga =2450 [ KG ] nên ta chọ hệ thốngdẫn động phanh là loại dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp
Hình 2.3 : Sơ đồ dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp 1,8: Các xylanh bánh xe ; 2,7: Ống dẫn ; 3,4 Piston ; 5: Bàn đạp phanh ;
6: Xylanh chính
13- Đĩa ma sát; 14- Giá kẹp xy-lanh; 15 – rảnh làm mát.
( Hướng dẫn tính toán thiết kế môn học hệ thống phanh ô tô – Lê Văn Tụy)
Hình 2.2: Cơ cấu phanh kiẻu đĩa có rảnh làm mát.
Trang 18( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )Dẫn động hệ thống phanh làm việc , với mục đích tăng độ tin cậy cần phải có
ít nhất là hai dòng dẫn động độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì cácdòng còn lại vẫn được ô tô với một hiệu quả xác định nào đó Hiện nay phổ biếnnhất là các dẫn động hai dòng
Hình 2.4 : Các sơ đồ phân dòng ( Kết cấu , tính toán và thiết kế ô tô – Hệ thống phanh – Nguyễn Hoàng Việt )
Sơ đồ a là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏngphanh cầu trước
Các sơ đồ b , c và d hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảokhông thấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vây , khi dùng sơ đồ b và d ,lực phanh sẽ không đối xứng , làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một dòng bịhỏng Điều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái
Sơ đồ e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất