TÍNH TOÁN THIẾT kế hệ THỐNG PHANH TRÊN XE FORD FOCUS

Hiện nay, hệ thống phanh trang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặtchẽ.Vì vậy viêc tính toán thiết

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG I: 4

TỔNG QUAN 4

1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh 4

1.1.1 Công dụng 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 6

1.2 Các cơ cấu phanh 7

1.2.1 Loại phanh trống – guốc 7

1.2.2 Loại phanh đĩa 10

1.3 Dẫn động phanh 13

1.3.1 Dẫn động thủy lực 13

1.3.2 Dẫn động khí nén 20

1.4 Phanh dừng và phanh phụ 21

CHƯƠNG II: 23

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE FORD FOCUS 23

2.1 Chọn phương án thiết kế 23

2.1.1 Chọn loại dẫn động thủy lực 23

2.1.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh 23

2.1.3 Chọn cơ cấu phanh 25

a Cơ cấu phanh trước 27

b Cơ cấu phanh đĩa sau 28

2.2 Tính toán cơ cấu phanh 30

2.2.1 Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh 30

a Ðối với cơ cấu phanh trước 33

b Ðối với cơ cấu phanh sau 34

2.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục của bánh xe 34

2.2.3 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu 34

2.2.4 Tính toán xác định bề rộng má phanh 36

2.2.5 Tính toán kiểm tra công trược riêng và nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 38

a Tính toán kiểm tra công trược riêng 38

b Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 39

2.3 Tính toán dẫn động cơ cấu phanh 40

2.3.1 Hành trình dịch chuyển đầu pittong xy-lanh công tác của cơ cấu ép 40

2.3.2 Đường kính xy-lanh chính và xy-lanh công tác 41

a Đường kính xy-lanh công tác 41

b Đường kính xy-lanh chính 41

2.3.3 Hành trình dịch chuyển của piston xy lanh 42

2.3.4 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh 43

2.3.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa có trợ lực 43

2.3.6 Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp khi có trợ lực 44

2.3.7 Đường kính xy- lanh của bầu trợ lực 45

2.4 Tính toán các chỉ tiêu phanh 45

2.4.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 46

2.4.2 Thời gian phanh 47

2.4.3 Quãng đường phanh 48

2.5 Hệ thống ABS sử dụng trên xe Ford Focus 49

2.5.1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống ABS 49

2.5.2 Nguyên lý làm việc 51

2.5.3 Hệ thống ABS được sữ dụng trên xe thuyết kế 55

2.5.4 Các cảm biến 55

2.5.5 Khối điều khiển điện tử ECU 57

2.5.6 Khối thuỷ lực- điện tử 58

2.5.7 Bộ phân phối lực phanh điện tử 59

2.5.8 Nguyên lí làm việc của hệ thống ABS sữ dụng trên xe 59

CHƯƠNG III: 63

QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA 63

HỆ THỐNG PHANH XE FORD FOCUS 63

3.1 Những hư hỏng thường gặp của hệ thống phanh 63

3.2 Quy trình chẩn đoán hệ thống phanh xe Ford Focus 64

3.2 Quy trình bảo dưỡng hệ thống phanh xe Ford Focus 66

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng cho hành khách

và hàng hoá đối với các ngành kinh tế nước nhà, đồng thời đã trở thành phương tiệngiao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển.Ở nước ta, số lượng ô tô tưnhân, đặc biệt ô tô du lịch đang gia tăng về số lượng cùng với sự tăng trưởng kinh tếcủa đất nước, mật độ ô tô lưu thông ngày càng nhiều Song song với sự gia tăng sốlượng ô tô thì số vụ tai nạn giao thông đường bộ do ô tô gây ra cũng tăng với nhữngcon số báo động

Trong các nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máymóc, trục trặc kỹ thuật thì nguyên nhân do mất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệlớn Hiện nay, hệ thống phanh trang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn

về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặtchẽ.Vì vậy viêc tính toán thiết kế hệ thống phanh mang ý nghĩa quan trọng khôngthể thiếu nhằm cải tiến hệ thống phanh, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế đểtăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định và tăng dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậylàm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyểncủa ô tô.Với mục đích đó, em chọn đề tài "TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNGPHANH TRÊN XE FORD FOCUS" Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tínhtoán thiết kế hệ thống phanh, kiểm nghiệm hệ thống phanh, ngoài ra em còn tìmhiểu về các nguyên nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục các hư hỏng

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức có hạn và thời gian ngắn, thiếu kinhnghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót

Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiệnhơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, cácthầy giáo bộ môn đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tàicủa mình

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Duy

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh

1.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳnhoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tômáy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đườngngang

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nóđảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới

có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng vậnchuyển của ô tô

1.1.2 Yêu cầu

* Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trườnghợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và antoàn cho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô và máy kéo khi phanh

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng vàkhi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hayđòn điều khiển phải nhỏ

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp,

hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là :

- Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, sử dụng thường xuyên ở tất cảmọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi làphanh chân

- Phanh dự trữ: Dùng để phanh trong trường hợp phanh chính bị hỏng

- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ xe đứng yên tại chỗ khidừng xe hoặc khi không làm việc và thường được điều khiển bằng tay nên gọi là

phanh tay.

- Phanh chậm dần : Trên các ô tô - máy kéo tải trọng lớn như xe tải có trọnglượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn lớn hơn 5 tấn hoặc xelàm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, cònphải có phanh thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liêntục, giữ cho tốc độ ô tô và máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuốngdốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô và máy kéo trước khi dừng hẳn

Các loại phanh dừng trên có thể có bộ phận chung và kiêm nghiệm chứcnăng của nhau Nhưng phải có ít nhất là hai bộ điều khiển và dẫn động độc lập

* Ðể có hiệu quả phanh cao thì phải yêu cầu:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng đượctoàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh

- Trong trường hợp cần thiết, có thể dùng bộ phận trợ lực hay dùng dẫn độngkhí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượngtoàn bộ lớn

* Ðể quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển đượcđúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lựctác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thờikhông có hiện tượng tự siết khi phanh

* Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh, sựphân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiệnsau :

- Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến củamặt đường tác dụng lên chúng

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằngnhau Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất

- Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh Vì khiphanh: Các bánh xe trước trượt trước thì xe sẽ bị trượt ngang, mất tính điều khiển.Các bánh xe sau trượt trước xe sẽ bị quay đầu, mất tính ổn định Ngoài ra các bánh

xe bị trượt sẽ gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

Ðể đảm bảo các yêu cầu này, trên các xe hiện đại, người ta dùng các bộ điềuchỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System -ABS )

Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớnnhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng củachúng.

1.1.3 Phân loại

Hệ thống phanh gồm các cơ cấu để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xehoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động cơcấu phanh

- Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra : Phanh chân và phanh tay

- Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thốngtruyền lực mà chia ra : Phanh bánh xe và phanh truyền lực

- Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra :

Phanh đĩa: theo số lượng đĩa còn chia ra loại 1 đĩa và loại nhiều đĩa

Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra : Loại phanh cân bằng,phanh không cân bằng và phanh dải

- Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh có: phanh cơ khí;phanh thủy lực (phanh dầu); phanh khí nén (phanh hơi); phanh điện từ hoặc p hanhliên hợp

a) b)

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính

a- Phanh trống guốc; b- Phanh đĩa

Phanh truyền động bằng cơ khí thì được dùng làm phanh tay và phanh chân ở một

số ô tô trước đây Nhược điểm của loại phanh này là đối với phanh chân, lực tácđộng lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng, hiện nay ít sửdụng Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hỗ trợ chophanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng phổbiến trên ô tô

Phanh truyền động bằng thủy lực thì được dùng phổ biến trên ô tô du lịch và

xe ô tô tải trọng nhỏ

Phanh truyền động khí nén thì dùng trên ô tô tải trọng lớn và xe hành khách.Ngoài ra còn dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình động cơ diesel, các ô tô kéo

đoàn xe.

Phanh truyền động liên hợp thủy khí thì được dùng trên các ô tô và đoàn ô tô

có tải trọng lớn và rất lớn

1.2 Các cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý

ma sát Trong quá trình phanh động năng của ôtô- máy kéo được biến thành nhiệtnăng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử masát và cơ cấu ép

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnhkhe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực, Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- guốc, đĩa hay dải Mỗidạng có một đặc điểm riêng biệt

1.2.1 Loại phanh trống – guốc

Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe

- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định

vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh

- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫnđộng, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trốngphanh, tạo ra lực ma sát để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanhcần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,20,4)mm để cho phanh nhảđược hoàn toàn Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hànhtrình của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụkhông khí nén, tăng thời gian chậm tác dụng, Để tránh những hậu quả xấu đó,phải có cơ cấu để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh

Có hai phương pháp để điều chỉnh: Bình thường bằng tay và tự động

Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá :

Hình 1.2 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng.

a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xy lanh thủy lực; c- Hai xi lanh ép, guốc phanh một bậc

tự do; d- Hai xy lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e- Cơ cấu phanh tự cường hóa.Trong đó : P, P1, P2 : Lực xy lanh dẫn động guốc phanh

N1, N2 : Áp lực pháp tuyến tác dụng lên guốc phanh

fN1, fN2 : Lực ma sát

rt : Bán kính tang trống

Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép

- Số bậc tự do của các guốc phanh

- Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép

và do vậy khác nhau ở :

- Hiệu quả làm việc

- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc

- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

- Mức độ phức tạp của kết cấu

Hiện nay, sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 1.2 a và 1.2b Tức là

sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía vàmột cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 1.2c và 1.2d

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta

sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuậnnghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả

Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh

do nó tạo ra không phụ thuộc chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động củaôtô- máy kéo

Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từguốc phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụnglên cụm ổ trục của bánh xe

Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tíchcủa lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh (mômen của lực dẫn động)

Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1.2 là sơ đồ biểu diễn đã đượcđơn giản hóa nhờ các giả thiết sau:

- Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu

- Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữavòng cung của má phanh trên bán kính rt

Từ sơ đồ ta thấy rằng:

- Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều chuyển động của xe) có

xu hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốcnày gọi là guốc tự siết

Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốcnày được gọi là guốc tự tách Hiện tượng tự siết, tự tách này là một đặc điểm đặctrưng của cơ cấu phanh trống guốc

Sơ đồ hình 1.2a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thế độ dịchchuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc

và mômen phanh do chúng tạo ra có giá trị như nhau:

N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 = Mp

Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2 Đây là cơ cấu vừa thuậnnghịch vừa cân bằng Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợpcho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn

Sơ đồ trên hình 1.2 dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốcbằng nhau P1 = P2 = P Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 >

Mp2 Cũng do N1 > N2 nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn

guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều Để khắc phục hiện tượng đó, ở một sốkết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xy lanh

ép có đường kính làm việc khác nhau: Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn

Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng

Nó thường sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa hoặc các bánh sau của ôtô du lịch

Về mặt hiệu quả phanh, nếu thừa nhận hệ số hiệu quả của sơ đồ hình 1.2a là100% thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực hình 1.2b sẽ là116% 122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số ma sát giữa má phanh vàtrống phanh: µ = 0,30  0,33

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh vớihai xy lanh làm việc riêng rẽ Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố tríkhác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 1.2c) Hiệu quảphanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bìnhthường Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanhkhông có tính thuận nghịch Cơ cấu phanh loại này kết hợp với kiểu bình thường đặt

ở các bánh sau, cho phép dễ dàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết

Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước Vìthế nó thường được sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ

Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người tadùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 1.2d Các guốcphanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu épgồm hai xylanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốcphanh Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quaytheo chiều nào Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp

Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa, người ta dùng các cơ cấu phanh tựcường hóa Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó cho phép lợi dụng lực ma sátgiữa một má phanh và trống phanh để cường hóa- tăng lực ép, tăng hiệu quả phanhcho má kia

Cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số có thể đạtđến 360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép Nhưng mômen phanhkém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được

sử dụng

1.2.2 Loại phanh đĩa

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch

Phanh đĩa nhiều loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay vàvòng ma sát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hayghép hai kim loại khác nhau.

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau:

Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điềuchỉnh

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làmviệc với khe hở nhỏ (0,050,15) mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tácdụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị củachúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biếndạng của kết cấu Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay

Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:

- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị 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, nên khiđộng cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng đểkết hợp làm phanh dừng

Trên hình 1.3 là sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phanh dạng đĩa quay hở Cấu tạocủa cơ cấu phanh gồm: đĩa phanh 4 gắn với moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặtcác xi lanh thủy lực 2 Các má phanh gắn tấm ma sát 3 đặt hai bên đĩa phanh Khiđạp phanh, các piston của xi lanh thủy lực 2 đặt trên má kẹp 1 sẽ ép các má phanh 3

tỳ sát vào đĩa phanh 4, phanh bánh xe lại

Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi.Phương án lắp cố định (Hình 1.4 ) có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫnđộng lớn Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh caohơn

Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động Má kẹp có thể làm tách rời(Hình 1.5) hay liền với xy lanh bánh xe (Hình 1.6 ) và trượt trên các chốt dẫnhướng cố định (chốt 3 Hình 1.6 ) Kết cấu như vậy có độ cứng vững thấp Khi cácchốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệuqủa phanh giảm và gây rung động Tuy vậy nó chỉ có một xy lanh thủy lực vớichiều dài lớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốt hơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt

độ làm việc có thể giảm được 30  50oC Ngoài ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấuphanh vào bánh xe Nhờ đó giảm được cánh tay đòn tác dụng của lực cản lăn đốivới trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng.

Vị trí bố trí má kẹp đối với đường kính thẳng đứng của bánh xe ảnh hưởngnhiều đến giá trị tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các ổ trục của nó Rõ ràng:

RG1 = Z + 2fNcos ; RG2 = Z - 2fNcos Tức là RG2 < RG1 hay: bố trí mákẹp ở phía sau tâm bánh xe (tính theo chiều chuyển động) sẽ giảm được tải trọngthẳng đứng tác dụng lên ổ trục

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lí phanh đĩa.

Hình 1.4 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má

Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy

động-xy lanh bố trí trên má kẹp.

1- Má kẹp; 2- Pít tông; 3- Chốt dẫn hướng; 4- Đĩa phanh; 5- Má phanh

1.3 Dẫn động phanh

Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh

Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính : cơ khí, chất lỏngthủy lực và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vìhiệu suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thốngphanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là : thủy lực và khínén

Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hànhtrình bàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và cácthông số dẫn động phanh

1.3.1 Dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vậntải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xy lanh phanh chính, bộtrợ lực phanh, xy lanh làm việc ở các bánh xe

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫnđộng chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống phanh

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp, hiệu suất cao

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơcấu phanh

Nhược điểm của dẫn động thủy lực :

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn độngkhông làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợlực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rungđộng và mômen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động :

Theo hình thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm hai loại :

Truyền động phanh một dòng: Truyền động phanh một dòng được sử dụngrộng rãi trên một số ô tô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản

Truyền động phanh nhiều dòng : Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm mục đíchtăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điều khiểnchung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lạivẫn phanh được ô tô - máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó

Hiện nay phỗ biến nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng trên hình

Hình 1.7 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực

1,2- Các xy lanh bánh xe trước, sau;

3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xy lanh bánh xe);

4,5- Bộ phận phân dòng (Xy lanh chính)

Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính :

- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

- Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

- Mức độ phức tạp của dòng dẫn động.

Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (1.7a ) sơ đồ phân dòng theo yêu cầu.Ðây là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòngphanh cầu trước

Khi dùng các sơ đồ hình (1.7b, c và d ) sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2dòng cho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2dòng cho cầu trước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo khôngthấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (1.7b và d)lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong haidòng bị hỏng Ðiều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tayđòn âm)

Sơ đồ hình 1.7e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

Các loại và sơ đồ dẫn động:

Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại:

- Dẫn động tác động trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉbằng lực tác dụng người lái

- Dẫn động tác động gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờlực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp

- Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: lực tác dụng lên cơ cấu phanh là

áp lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực

Hình 1.8 Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp.

1,8- Xy lanh bánh xe; 3,4- Pít tông trong xy lanh chính;

2,7- Ðường ống dẫn dầu đến xy lanh bánh xe; 5- Bàn đạp phanh;

6- Xy lanh chính

Nguyên lý làm việc :

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, pít tông 4 trong xy lanh chính 6

sẽ dịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy pít tông 3 dịch chuyển sangtrái Do đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên theo Chất lỏng bị ép đồng thờitheo các ống 2 và 7 đi đến các xy lanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì, tác dụng của các lò xo hồi vị, các píttông trong xy lanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xy lanh chính 6, kết thúc mộtlần phanh

Dẫn động tác động gián tiếp có nhược điểm lực điều khiển của lái xe lớn, vìvậy ngày nay không sử dụng mà phải dùng loại gián tiếp có trợ lực bằng chânkhông hoặc khí nén để giảm nhẹ lực điều khiển cho lái xe

b Dẫn động thủy lực trợ lực chân không

Trên hình 1.9 là sơ đồ dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không

Bầu trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đườngnạp của động cơ để tạo lực phụ cho người lái Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả trợ lực,kích thước của các bộ trợ lực chân không thường phải lớn hơn và chỉ thích hợp vớicác xe có động cơ xăng cao tốc

Hình 1.9 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực chân không

1- Ðường ống dẫn dầu phanh đến xy lanh bánh xe; 2- Pít tông xy lanh chính;

3- Xi lanh chính; 4- Ðường nạp động cơ; 5- Van chân không;

6- Lọc không khí; 7- Bàn đạp; 8- Cần đẩy; 9 Van không khí;

10- Vòng cao su của cơ cấu tỷ lệ; 11- Màng ( hoặc pít tông ) trợ lực;

12- Bầu trợ lực chân không; 13- Bình chứa dầu phanh; 14- Xi lanh bánh xe và xy

lanh bánh xe sau; 15- Van một chiều; 16- Đường nạp động cơ

Nguyên lý làm việc :

Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi pít tông

11 (hoặc màng) Van chân không , làm nhiệm vụ : Nối thông hai khoang A và B khinhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làmnhiệm vụ : cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mởđường thông của khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ : Làmnhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 quavan một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không

Khi nhả phanh : van chân không 5 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang Bqua van này và có cùng áp suất chân không

Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làmvan chân không 5 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9

mở ra cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữahai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên pít tông (màng) của bầu trợ lực

và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các pít tông trong

xy lanh chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xy lanh bánh xe đểthực hiện quá trình phanh Khi lực tác dụng lên pít tông 11 tăng thì biến dạng củavòng cao su 10 cũng tăng theo làm cho pít tông hơi dịch về phía trước so với cần 8,làm cho van không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lựckhông đổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịchchuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A

Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm pít tông hơi dịch vềphía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áphay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì vankhông khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

Bộ trợ lực chân không có hiệu quả trợ lực thấp, nên thường được sử dụng trêncác ô tô du lịch và tải nhỏ Với các xe có tải trọng trung bình và lớn phải dùng trợlực khí nén (hình 1.10)

c Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

Sơ đồ dẫn động trợ lực khí nén biểu diễn trên hình 1.7 Bộ trợ lực khí nén là

bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường được lắp song song với

xy lanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái Bộ trợ lực phanh loại khí

có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên được dùng nhiều ở

ô tô tải

Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nối với bình chứa khí nén 4 và xy lanh lực

5 Trong cụm van 3 có các bộ phận: cơ cấu tỷ lệ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp vàlực phanh, cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

Hình 1.10 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén

1- Bàn đạp; 2- Ðòn đẩy; 3- Cụm van khí nén; 4- Bình chứa khí nén;

5- Xy lanh lực; 6- Xy lanh chính; 7- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe; 8- Xy lanh bánh xe; 9- Ðường ống dẫn dầu đến xy lanh bánh xe;

10- Xy lanh bánh xe

Nguyên lý làm việc :

Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời lên các cầncủa xy lanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển : Mở đường nối khoang

A của xy lanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào khoang

A tác dụng lên pít tông của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các pít tôngtrong xy lanh chính 6 dịch chuyển đưa dầu đến các xy lanh bánh xe Khi đi vàokhoang A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau pít tông của van 3, ép lò xo lại,làm van dịch chuyển về sang trái Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì vandừng lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đếnkhoang A duy trí một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng

và dịch chuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp đểđẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van 3 đảmbảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

d Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm

Sơ đồ hệ thống dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm được biểu diễn trên hình1.11

Bơm thủy lực: Là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động Trong dẫnđộng phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như: bánh răng, cánh gạt, pít tông hướngtrục Bơm thủy lực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kíchthước và khối lượng của hệ thống Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chấtlượng đường ống cũng cao hơn.

Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thốngtrong trường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy lựccần phải có các bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống khônglàm việc và giải phóng nó cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần thiết

Hình 1.11 Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng.

1- Bàn đạp; 2- Xy lanh chính; 3- Van phanh; 4- Van phanh;

5- Xy lanh bánh xe; 6- Xy lanh bánh xe; 7,9- Bộ tích năng;

8- Bộ điều chỉnh tự động kiểu áp suất rơle; 10- Van an toàn; 11- Bơm

Nguyên lý làm việc :

Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy lực với bơm vàcác bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ dẫnđộng thủy lực hai dòng với xy lanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tácdụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đếncác xy lanh bánh xe 5 và 6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xy lanh 5 và 6 càngcao Bộ điều chỉnh tự động áp suất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm 11 khi ápsuất trong các bình tích năng 7 và 9 đã đạt giá trị giới hạn trên, van an toàn 10 có tácdụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải

1.3.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén (Hình 1.12) được dùng nhiều ở ô tô vận tải cótải trọng cỡ trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như : máy nén khí, van điềuchỉnh áp suất, bình chứa, van phân phối, bầu phanh

Ưu điểm :

- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn cóthể làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như :phanh rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

Nhược điểm :

- Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơnchất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Nguyên lý làm việc

Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắnglọc và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10 Van an toàn 2 cónhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phậnnói trên hợp thành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động

Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8.Ở trạngthái nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và

mở thông các bầu phanh với khí quyển

Khi phanh người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc Cắt đườngthông các bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh

7 và 9 tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh cácbánh lái xe lại

Hình 1.12 Sơ đồ dẫn động khí nén ôtô đơn không kéo moóc

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- Các bình chứa khí nén;

7,9- Các bầu phanh xe kéo; 8- Tổng van phân phối

Cơ cấu phanh dừng có thể dùng theo kiểu tang trống, đĩa hoặc dãi

Hệ thống phanh dừng có thể làm riêng rẽ, cơ cấu phanh lúc đó được đặt trêntrục ra của hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầuchủ động và dẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh dừng này còn là phanhtruyền lực vì cơ cấu phanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực cóthể là loại phanh đĩa hoặc phanh dãi

Trên một số ô tô du lịch và vận tải có khi cơ cấu phanh của hệ thống phanhdừng làm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanhđược đặt ở bánh xe, còn truyền động của phanh dừng được làm riêng rẽ và thường

là loại cơ khí, trên một số xe thì có thêm trợ lực

không lớn lắm trong thời gian dài.

Hệ thống phanh này rất thích hợp khi ô tô chạy ở vùng đồi núi, vì trong điềukiện như thế hệ thống phanh chính bị nóng quá mức và hư hỏng

Nhờ có hệ thống phanh phụ mà ô tô làm việc an toàn hơn, tăng được tốc độtrung bình khi ô tô chạy ở đường dốc, giảm hao mòn cho hệ thống phanh chính, lốp

và có khi là động cơ nữa Ngoài ra hệ thống phanh phụ đảm bảo cho hệ thống phanhchính luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng làm việc

Về mặt kết cấu hệ thống phanh phụ có thể có loại cơ khí, khí (không khí),thủy lực và điện động

Hệ thống phanh phụ được sử dụng ngày càng rộng rãi, chủ yếu trên ô tô hànhkhách và ô tô tải có tải trọng trung bình và lớn

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE FORD FOCUS 2.1 Chọn phương án thiết kế

2.1.1 Chọn loại dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vậntải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xy lanh phanh chính, bộtrợ lực phanh, xy lanh làm việc ở các bánh xe

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0.4s)

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫnđộng chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào đĩa phanh

- Hiệu suất cao

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơcấu phanh

Nhược điểm của dẫn động thủy lực :

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn độngkhông làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợlực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rungđộng và mômen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

2.1.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh

Dẫn động hệ thống phanh làm việc với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có

ít nhất là hai dòng dẫn độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòngcòn lại vẫn làm việc được với hiệu suất nào đó Mỗi sơ đồ có các ưu khuyết điểmriêng Vì vậy khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào các yếu tố chínhlà:

- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

- Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

- Mức độ phức tạp của dẫn động

Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (H 2.1a) đây là sơ đồphân dòng đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanhcầu trước.

Khi dùng các sơ đồ b, c và d hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanhđảm bảo không thấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ b

và d lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một tronghai dòng bị hỏng Điều này cần tính toán khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tayđòn âm)

Sơ đồ e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

Để đảm bảo những yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thông phanh, dẫn độngphanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bànđạp và hành trình của nó

- Thời gian chậm tác dụng khi phanh không được vượt quá 0,6 s, khi nhảphanh không được lớn hơn 1,2 s

Hình 2.1 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực.

1,2- Các xy lanh bánh xe trước, sau;

3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xy lanh bánh xe);

4,5- Bộ phận phân dòng (Xy lanh chính)

Dựa trên các ưu điểm của các sơ đồ dẫn động, và để đảm bảo các yêu cầuchung đặt ra đối với hệ thống phanh trên xe ô tô thiết kế ta chọn sơ đồ dẫn động là

sơ đồ hình 4.1e

Hình 2.2 Sơ đồ dẫn động phanh.

1- Đĩa phanh; 2- Vành răng cảm biến; 3- Xy lanh chính;

4- Bầu trợ lực chân không; 5 - Bàn đạp phanh;

6,8- Đường dẫn dầu phanh trước và phanh sau; 7- Bộ thuỷ lực

2.1.3 Chọn cơ cấu phanh

Trên xe ô tô cần loại phanh an toàn, quảng đường phanh ngắn, kết cấu nhỏgọn dể bố trí trên bánh xe, làm việc ổn định Trên ôtô cơ cấu phanh loại đĩa thườngđược sử dụng , vì nó có những ưu điểm:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0.05÷0.15) mm nên rất nhạy, giảmđược thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều

- Bảo dưỡng đơn giản do không điều chỉnh khe hở

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trịcủa chúng đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biếndạng của kết cấu.Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn

Để đảm bảo các yêu cầu của hệ thống phanh trên xe ô tô ta chọn cơ cấuphanh cho xe thiết kế là cơ cấu phanh đĩa cho cả bánh trước và bánh sau của xe

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 các rãnh thông gió, đĩa một lớp kimloại hay ghép hai kim loại khác nhau.

Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏquay Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay

Trên hình 2.3 là sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phanh dạng đĩa quay hở Cấu tạocủa cơ cấu phanh gồm: đĩa phanh 4 gắn với moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặtcác xi lanh thủy lực 2 Các má phanh gắn tấm ma sát 3 đặt hai bên đĩa phanh Khiđạp phanh, các pít tông của xy lanh thủy lực 2 đặt trên má kẹp 1 sẽ ép các má phanh

3 tỳ sát vào đĩa phanh 4, phanh bánh xe lại

Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi.Phương án lắp cố định có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn.Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh cao hơn

Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động Má kẹp có thể làm tách rờihay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định Kết cấu nhưvậy có độ cứng vững thấp Khi các chốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm chocác má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gây rung động Tuy vậy nóchỉ có một xy lanh thủy lực với chiều dài lớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốthơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm việc có thể giảm được 30  50 oC Ngoài

ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe Nhờ đó giảm được cánh tayđòn tác dụng của lực cản lăn đối với trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng

Trên hình 1.16 là sơ đồ nguyên lý và kết cấu của cơ cấu phanh đĩa loại vỏquay Cơ cấu phanh gồm 2 phần 8 và 9 nối cứng và quay cùng moay ơ bánh xe Cácđĩa phanh 11 và 12 lắp cố định, trên gắn các tấm ma sát, có rãnh nghiêng chứa cácviên bi 10 và được dẫn động quay nhờ xy lanh thủy lực 2 Khi tác dụng lên bàn đạp,các đĩa phanh bị pít tông đẩy xoay ngược chiều nhau làm các viên bi trượt trên rãnhnghiêng, tách các đĩa ra ép chặt các vòng ma sát vào mặt trong của phần vỏ 8 và 9,phanh trục bánh xe lại

Trong một số kết cấu khác: vỏ 8 và 9 có thể lắp cố định Khi đó các vòng masát sẽ được nối then hoa và quay cùng trục của bánh xe

Các cơ cấu phanh loại này kín hơn nhưng kết cấu phức tạp nên ít dùng trên ôtô

Vậy dựa trên các phân tích và tài liệu tham khảo ta chọn cơ cấu phanh cho xethiết kế là loại phanh dạng đĩa quay hở (thường được sữ dụng trên xe du lịch) chobánh trước và bánh sau

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa.

Hình 2.4 Phanh đĩa loại vỏ quay, kín.

a Cơ cấu phanh trước

Trên hình 2.5 là cơ cấu phanh trước Đĩa phanh trước có rảnh làm mát, đĩasau không có rãnh làm mát Đĩa phanh của cơ cấu phanh trước dày và to hơn đĩaphanh sau, vì trong quá trình phanh toàn bộ trọng lượng của xe sẽ dồn về phía trướcnên đĩa phanh trước sẽ nhanh mòn, và độ dày của đĩa tăng ổn định lái khi phanh

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió chiều dày từ 16 ÷

25 mm

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn

Xy lanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm

Hình 2.5 Cơ cấu phanh trước

1- Xy lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín; 7- Rãnh làm mát

b Cơ cấu phanh đĩa sau

Trên hình 2.6 là cơ cấu phanh sau

Hình 2.6 Cơ cấu phanh sau

1- Xy lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín.

Với kết cấu như vậy thì điều kiện làm mát tốt hơn, nhiệt độ làm việc của cơ cấuphanh thấp Tuy nhiên kết cấu như vậy có độ cứng vững không cao Khi các chốtdẫn hướng bị mòn biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệuquả phanh giảm và gây rung động

Đĩa phanh lá loại đĩa đặc được chế tạo bằng gang có chiều dày từ 8 ÷ 13

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn

Xy lanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm Để tăng tính chống mòn

và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xy lanh được mạ một lớp crôm Khi xilanhđược chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh.Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữapiston với má phanh hoặc sử dụng các pít tông bằng vật liệu phi kim

Các thân má phanh : Chỗ mà pít tông ép lên được chế tạo bằng thép lá

Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích ma sátkhoảng 12-16 % diện tích bề mặt đĩa nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi

Cơ cấu ép bằng xy lanh thủy lực còn gọi là xy lanh con hay xy lanh bánh xe,

có kết cấu đơn giản, dễ bố trí Thân của xy lanh được chế tạo bằng gang xám, bềmặt làm việc được mài bóng Pít tông được chế tạo bằng hợp kim nhôm

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ bộ đàn hồi của vòng làmkín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cáchmặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở

Nguyên lý làm việc:

Khi phanh : Người lái đạp bàn đạp, dầu được đẩy từ xy lanh chính đến bộ trợlực, một phần trực tiếp đi đến các xy lanh bánh xe để tạo lực phanh, một phần theoống dẫn đến mở van không khí của bộ trợ lực tạo độ chênh áp giữa hai khoang trong

bộ trợ lực Chính sự chênh áp đó nó sẽ đẩy màng của bộ trợ lực tác dụng lên pistontrong xy lanh thủy lực tạo nên lực trợ lực hỗ trợ cho lực đạp của người lái Khi đólực bàn đạp của người lái cộng với lực trợ lực sẽ tác dụng lên pít tông thủy lực épdầu theo đường ống đến xy lanh an toàn, rồi theo các đường ống dẫn độc lập đếncác xylanh bánh xe trước và sau Dầu có áp lực cao sẽ tác dụng lên pít tông trong xylanh bánh xe ép má phanh vào má phanh vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ bộ đàn hồi của vòng làmkín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cáchmặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở.

2.2 Tính toán cơ cấu phanh

2.2.1 Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

Thông số kỹ thuật tính toán thiết kế tham khảo các thông số kỹ thuật chính.

12 Đường kính ngoài của đĩa phanh trước và sau D 1 /D 2 300/280 mm

Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanhlớn nhất tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh Muốn đảm bảo điều kiện đólực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh

xe Trên hình 2.7 là sơ đồ lực tác dụng lên xe

2 O 1

O

O

2 Z 2 P 1

Z 1 P

Ga Pj

v w P

b a

Lo

Hình 2.7 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm

của xe, phương chiều như hình vẽ

G1 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước.;

G2 - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau;

Z1 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh trước của xe;

Z2 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau của xe;

Lo - Chiều dài cơ sở của xe;

hg - Chiều cao trọng tâm của xe;

a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe;

b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe;

Gọi Z1,Z2 lần lựơc la phản lực pháp tuyến tại mặt đường tác dụng lên bánh xe cầutrước và cầu sau

- Tải trọng không tải: G0 = 1447 (kg) = 14470 (N)

Xác định tọa độ trong tâm: a, b, hg

Lấy mô men tại điểm O1 ta có:

Từ hình 2.7 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau:

+ Đối với cầu trước: Z2.L0 – Ga.a + Pj.hg = 0 (2.3)

+ Đối với cầu sau: Z1.L0 – Ga.b - Pj.hg = 0 (2.4)

Mặt khác ta có: Pj = Jp.ma = Jp.G g a (2.5)

(2.7)+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước:

2 0 

Pp1 = 0,7 1642 0 , 7 767 , 5

2640 2

8 , 9 1930

2 0   (2.11)

Pp2 = 0,7 998 0 7 767 5

2640 2

8 , 9 1930

, ,

L

G r

z

2

.

M p2 P2.r bx (2.14)

a bx

L

G r

z

2

.

2

Trong đó:

Mp1 - Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước

Pp1 - Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước

Mp2 - Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau

Pp2 - Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau

Z1 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu trước

Z2 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu sau

rbx - Bán kính làm việc của bánh xe, rbx = λ.r0 (mm)

r0 - Bán kính thiết kế của bánh xe, r0 = B + d2 25,4 (mm)

d - Đường kính của vành bánh xe được tính theo đơn vị Anh (inch)

B - Bề rộng của lốp được tính theo đơn vị (mm)

Theo tài liệu tham khảo ta có kí hiệu lốp: 205/55R16

a Ðối với cơ cấu phanh trước

Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu trước Mp1:

Thay giá trị vào các công thức (2.12) ta được:

MP1 = 5464,55 0,379626 = 2074,48 (N)

b Ðối với cơ cấu phanh sau

Mô men phanh của mỗi bánh xe cầu sau Mp2:

Thay các giá trị trên vào công thức (2.14) ta được

MP1 = 1155,34 0,379626 = 438,6 (N)

Vậy mômen phanh sinh ra ơ cầu trước là: MP1 = 2074,48 (N.m)

và mômen phanh sinh ra ơ cầu sau là: MP2 = 438,6 (N.m)

2.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục của bánh xe

Thực tế mômen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh đựoc lắp đặt

ở các bánh xe của ôtô Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu, loại và vì vậy nóichung trên một chiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh

xe trước và sau Ngay cả khi cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kích thước

cụ thể vẫn có thể khác nhau tùy theo mômen phanh yêu cầu phân bố trên các trục

Vì vậy, để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, trước hết cần tính toán đánhgiá tỷ số phân bố mômen phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lựcphanh:

(( .. ))

2

1 2

1 12

bx g

bx g

bx

bx bx

bx

h a

h b P

P M

M K

Thay giá trị vào ta được:

73 , 4 ) 70 , 0 5 , 767 998 (

) 70 , 0 5 , 767 1642 ( ) (

) ( 2

1 2

bx g

bx

bx bx

bx

h a

h b P

P M

M K





2.2.3 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu

Với cơ cấu phanh đĩa thì việc hình thành mô men ma sát hoàn toàn tương

tự li hợp ma sát cơ khí (hình 2.8) Mô man ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai guốcphanh có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mg1=Mg2 nhờ ép bởi hai piston bắng nhau bốtrí đối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu

Phanh đĩa thường có cơ cấu ép có tính đối xứng hoàn toàn về phương diệnkết cấu qua mặt phẳng chứa đĩa phanh.Vì vậy mômen ma sát của đĩa được tạo ra bởhai má phanh có giá trị hoàn toàn giống nhau vì đĩa ép bởi 2 piston bằng nhau đốixứng qua đĩa có cùng áp lực dầu

Hình 2.8 Cơ cấu phanh kiểu đĩa

)(

3

2

1

2 2

3 1

3 2 1

1

R R

R R P

3

2

1

2 2

3 1

3 2 2

2

R R

R R P

3

2

1

2 2

3 1

3 2

R R

R R P

R2 là bán kính ngoài của đĩa (lấy theo xe tham khảo)

R1 là bán kính trong của đĩa,chúng có thể được chọn theo kinhnghiệm bằng R1=0,52÷0,73R2

 là hệ số ma sát trượt giữa má phanh và đĩa phanh.Theo số liệu kinhnghiệm  =0,3÷0,33.Chọn  =0,33

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P đối với cơ cấu phanh đĩa đượcxác định như sau :

Thay số liệu vào ta có lực ép đối với cơ cấu phanh trước/sau

+ Cơ cấu phanh trước:

Số liệu: R2 = D2/2 = 300/2 = 150 (mm) = 0,15 (m)

R1 = 0,55.R2 = 0,55 0.15 = 0,0825 (m)

Mp1=2074,75 (N.m)

Thay số vào (2.20)

9 , 26298 0825

, 0 15 , 0

0825 , 0 15 , 0 33 , 0 4

3 75 ,

2 2

, 0 14 , 0

077 , 0 14 , 0 33 , 0 4

3 6 ,

bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm tính đồng đềucủa áp lực phân bố theo chiều rộng má phanh, dẫn đến mòn má phanh không đều vàgiảm hiệu quả phanh

Khi các thông số khác đã được chọn và xác định theo mô men yêu cầu nêutrên thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đốivới má phanh trong quá trình phanh

Với kiểu phanh đĩa, bề rộng má phanh có thể xác định theo lực ép P tạo racho đĩa phanh:

1 2 2



q A

P ms [Theo 2] (2.21)

Trong đó: R1, R2 là bán kính trong và ngoài của đĩa

 là góc ôm của tấm ma sát theo chu vi hình vành khăn của đĩa

q là áp suất làm việc trung bình hình thành giữa má phanh và đĩaphanh trong quá trình phanh

Góc ôm của tấm ma sát:

1

2 2

2

R R q

P





 (2.22)