Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe tải 3 tấn

Hệ thống phanh này có thể là phanh thủy lực, bố trí ở trục thứ cấp của hộp số hoặcphanh bằng động cơ với một van điều khiển đặt trên đường xả khí của động cơ.. Đối với dẫn động phanh thủ

GVHD : Đỗ Thành Phương SVTH: Nguyễn Anh Tiến

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU .trang 4

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 5

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh 5

1.1.1 Công dụng: 5 1.1.2 Phân loại: 5 1.1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh: 6 1.2 Kết cấu hệ thống phanh: 6 1.2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô: 6 1.2.2 Cơ cấu phanh: 7 1.2.3 Dẫn động phanh: 16 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh: 26 1.3.1 Chọn phương án thiết kế cơ cấu phanh : 26 1.3.2Chọn phương án thiết kế dẫn động phanh : 26 1.4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu :……… 27

Chương II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH……….28

2.1 Xác định mômen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh:………28

2.1.1 Đối với cơ cấu phanh trước:……….31

2.1.2 Đối với cơ cấu phanh sau:………31

2.2 Xác định mômen phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra:……….32

2.2.1 Các lực và mômen tác dụng lên cơ cấu phanh guốc:……… 32

2.2.2 Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc:……… 32

2.2.3 Xác định góc ( ), bán kính () và điểm đặt lực (ro) của lực R:……… 33

1

GVHD : Đỗ Thành Phương SVTH: Nguyễn Anh Tiến

2.2.4 Xác định các lực tác dụng dựa trên họa đồ lực phanh:……… 36

2.3 Hiện tượng tự siết:……….40

2.3.1 Quan hệ giữa lực P và momen phanh Mp:……… 40

2.3.2 Kiểm tra hiện tượng tự siết:……… 41

2.3.2.1 Đối với guốc trước: ……… 41

2.3.2.2 Đối với guốc sau:……… 41

2.4 Xác định các kích thước má phanh:……… 42

2.4.1 Tỷ số p:………42

2.4.2 Công ma sát riêng:……… 42

2.4.3 Áp suất lên bề mặt má phanh:……… 43

2.4.4 Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh:……… 43

2.5 Tính bền một số chi tiết trong hệ thống:……… 45

2.5.1 Tính bền trống phanh:……… 45

2.5.2 Tính bền chốt phanh:……… 46

2.5.3 Tính bền lò xo hồi vị:……… 47

2.6 Thiết kế tính toán dẫn động:………48

2.6.1 Thiết kế tính toán máy nén khí:……… 48

2.6.2 Thiết kế tính toán van phân phối:……… 49

Chương III: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM 3D SOLIDWORKS ĐỂ THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH……… 52

3.1 Tổng quan về phần mềm Solid works:……….52

2

GVHD : Đỗ Thành Phương SVTH: Nguyễn Anh Tiến

3.2 Mô hình hóa kết cấu phanh:……….53

3.3 Mô phỏng lắp ghép kết cấu phanh:………57

KẾT LUẬN 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

3

GVHD : Đỗ Thành Phương SVTH: Nguyễn Anh Tiến

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ôtô Việt Nam hiện nay đang trên đà phát triển mạnh mẽ, nhà nước cũngchú trọng đầu tư và phát triển để đưa trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta tiến lênphát triển cùng thế giới, các trường đại học cũng chú trọng đầu tư nâng cấp tạo điềukiện tốt nhất cho sinh viên học tập và nghiên cứu

Là một kỹ sư tương lai ngành ôtô, phải nắm bắt được chắc chắn quy trình làmviệc, thiết kế tính toán ra sản phẩm của ôtô

Trong ôtô hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất đòi hỏiphải tính toán thiết kế thật cẩn thận, tỉ mỉ vì liên quan trực tiếp đến an toàn của ngườiđiều khiển, đòi hỏi yêu cầu về quãng đường phanh, gia tốc phanh, độ êm dịu, thời gianphanh hợp lý và ngày càng phải hoàn thiện hơn để phù hợp với yêu cầu giảm tốc độ,dừng xe với những loại xe ngày càng đạt ưu thế về vận tốc

Xe tải ngày nay có rất nhiều loại, rất tiện dụng, khả năng chuyên chở cũng tănglên rất nhiều cùng với thẩm mỹ cũng được chú trọng, trong đó hệ thống phanh là mộttrong những hệ thống quan trọng nhất, phải đảm bảo độ ổn định để tránh những tai nạnthảm khốc nhất, nên em đã chọn làm đề tài nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh làm đềtài cho đồ án tốt nghiệp Đề tài có tên là :

“ Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe tải 3 tấn”

Được sự giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Thành Phương, em đã hoàn thành đồ án của mình Mặc dù vậy trong khuôn khổ thời gian hạn chế, kinh nghiệm thực tế và kiến thức còn hạn hẹp, em kính mong các thầy góp ý, chỉ bảo thêm

Em xin chân thành cảm ơn

Hà Nội ngày …/…/2016

Sinh viên

Nguyễn Anh Tiến

4

Chương I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu:

1.1.1 Công dụng:

- Hệ thống phanh có nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ôtô hoặc giữ ôtô đứngyên trên một độ dốc nhất định Thông thường, quá trình phanh xe được tiến hành bằngcách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên trên xe, như vậy động năng chuyểnđộng của xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát và được truyền ra môi trườngxung quanh

Hệ thống phanh trên ôtô gồm có các bộ phận chính:

Cơ cấu phanh: Được bố trí gần bánh xe, thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sátnhằm tạo ra momen hãm trên các bánh xe của ôtô khi phanh

Dẫn động phanh: Bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển (bàn đạp phanh,cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh Dẫn độngphanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến cácchi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh

1.1.2.2 Theo các bộ phận cơ bản của hệ thống:

- Theo cơ cấu phanh:

Phanh guốc

Phanh đĩa

Phanh đai

1.1.3 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo quãng đường phanhngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: Lực tác dụng lên bàn đạp hay cần kéo điều khiểnphù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người

- Phanh êm dịu và đảm bảo ổn định của ôtô khi phanh

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực bàn đạp với sựphanh của ôtô trong quá trình thực hiện phanh

- Phân bố momen phanh hợp lý để tận dụng tối đa trọng lượng bám tại các bánh xe vàkhông xảy ra hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ lực bàn đạpkhác nhau

- Không có hiện tượng tự siết

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong mọiđiều kiện sử dụng

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

- Lực bám trên các bánh xe tỷ lệ thuận với lực điều khiển bàn đạp

- Có khả năng giữ ô tô trên dốc trong một thời gian dài

- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi trường hợp sửdụng kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng

1.2 Kết cấu hệ thống phanh:

1.2.1 Các hệ thống phanh trên ôtô:

- Trên ôtô thường có các hệ thống phanh: Phanh chính, phanh dừng và phanh dự phòng

- Phanh chính: Là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống phanh khác Cónhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ô tô đang chuyển động khi cần thiết Được điềukhiển bằng chân và thường được dẫn động bằng khí nén hoặc thủy lực.

- Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ô tô ở trạng thái dừng trong thời gian dài, có khả nănggiữ ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định Được dẫn động bằng cơ khí, điều khiển bằngtay

- Phanh dự phòng: Nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh khi hệ thống này bị sự cố trênđường Có thể dùng chung hệ thống với phanh dừng

- Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, có tác dụng giảmtốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc các phanh khác

Hệ thống phanh này có thể là phanh thủy lực, bố trí ở trục thứ cấp của hộp số hoặcphanh bằng động cơ với một van điều khiển đặt trên đường xả khí của động cơ

1.2.2 Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh ôtô chủ yếu có hai dạng: Phanh tang trống và phanh đĩa

- Phanh tang trống: Chủ yếu trên xe ôtô có tải trọng lớn (xe tải, xe khách và một số loạiôtô con)

- Phanh đĩa dùng nhiều trên ôtô con, trong đó chủ yếu là cơ cấu phanh trước

1.2.2.1 Cơ cấu phanh tang trống:

a Đối với dẫn động phanh thủy lực:

- Hình 1.1 là cơ cấu phanh tang trống dẫn động thủy lực, đạp bàn đạp phanh sẽ đẩy dầu từxilanh phanh chính qua các đường ống tuyô dầu tới xi lanh phanh bánh xe, dầu sẽ tácdụng và hai đầu piston của xilanh phanh chính đẩy đầu guốc phanh vào tỳ vào trốngphanh thực hiện sự phanh

- Sau khi nhả bàn đạp phanh, dưới tác dụng của các lò xo hồi vị kéo guốc phanh về vị tríban đầu khi chưa phanh, đưa hệ trở về vị trí cân bằng

5 Guốc nhả

6 Má của guốc nhả

8 Má của guốc siết

- Phụ thuộc chiều quay của bánh xe mà phân loại guốc siết và guốc nhả trong cùng 1 bánh

xe, guốc siết có bề mặt tiếp xúc lớn hơn do chịu tác dụng của momen lớn nên thườnglàm dài hơn guốc nhả, khi bảo dưỡng cần chú ý lắp vào đúng chỗ tránh nhầm lẫn

- Sau một thời gian làm việc, má phanh bị mòn dẫn đến tăng khe hở giữa tang trống và máphanh, tăng hành trình bàn đạp phanh, giảm hiệu quả phanh hay phanh không “ăn”, tacần tiến hành giảm khe hở giữa má phanh và tang trống Có thể xoay cam lệch tâm(mặt cắt A-A) hoặc xoay phớt lệch tâm (mặt cắt C-C) để đẩy guốc phanh gần vào trốngphanh hơn

b Đối với dẫn động phanh khí nén:

Hình 1.2: Cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí nén.

- Khi má phanh bị mòn điều chỉnh bulông điều chỉnh vị trí tương đối của màng so vớixilanh khí

- Khe hở giữa các guốc phanh và trống phanh phải được điều chỉnh thường xuyên trongquá trình sử dụng Các cơ cấu điều chỉnh sử dụng hiện nay rất phong phú, trong đó cócác phương pháp điều chỉnh tự động

Hình 1.3: Cơ cấu phanh xe Toyota innova.

1 Cơ cấu tự điều chỉnh khe hở

2,3 Lẫy gạt

4 Vành răng

- Trên hình 1.3 là phanh sau của xe Toyota Innova cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở máphanh và tang trống thực hiện nhờ đòn chống hai guốc phanh đòn chống 1 gồm 3 phần:Hai đầu đòn chống và thân đòn có ren, vành răng số 4, lẫy gạt 2, 3 Mỗi lần kéo phanhtay hoặc phanh chân, lẫy gạt sẽ bị xoay đi một góc, đầu 2 của lẫy gạt nhấc khỏi vị trítiếp xúc với vành răng 4 và trở về vị trí ban đầu nếu khe hở vẫn nằm trong giới hạn,

nếu khe hở giữa má phanh và guốc phanh lớn quá thì hành trình di chuyển của đầu lẫygạt sẽ lớn lên và di chuyển lên tỳ vào răng bên cạnh của vành răng làm xoay vành răng

đi đẩy 2 guốc phanh tiến gần tang trống hơn

c Các chi tiết cơ bản của cơ cấu phanh tang trống:

- Tang trống phanh:

Tang trống là chi tiết luôn quay cùng

phải có bề mặt ma sát với má phanh, độ bền cao, ít biến dạng, cân bằng tốt, dễ truyềnnhiệt

Vật liệu chế tạo tang trống thường là gang, trên ôtô con có thể được chế tạo từ hai loạivật liệu cơ bản: Hợp kim nhôm với ống lót gang (hình 1.4 c)

Hình 1.4: Tang trống trên ôtô con

Tang trống có chiều dày khá lớn, bề mặt bêntrong hình trụ tròn xoay có độ bóng đảm bảokhả năng tạo ma sát cao Liên kết với moay ơ nhờ các bulông ghép chắc hoặc vít định

vị đồng tâm với trục quay bánh xe Trên hình 1.5 là tang trống của cơ cấu phanh trước

xe tải 3 tấn

Guốc phanh và má phanh:

Má phanh được chế tạo từ vật liệu chịu mài mòn, có hệ số ma sát ổn định trước sựbiến động nhiệt độ má phanh, hệ số ma sát giữa má phanh với gang có thể đạt 0,4 Trên ôtô tải guốc phanh liên kết với má phanh bằng đinh tán hợp kim nhôm mềm (hình1.6 a,b) Đinh tán cần nằm sâu cách xa bề mặt ma sát của má phanh Khi má phanh bịmòn, đinh tán không được cọ sát vào bề mặt trụ của tang trống

Trên ôtô con má phanh được dán với guốc phanh bằng keo dính đặc biệt, có khả năngbám chắc trên bề mặt guốc phanh khi chịu lực (hình 1.6 c)

Hình 1.5: Tang trống trên

ô tô tải 3 tấn

Guốc phanh đúc được chế tạo cho cơ cấu phanh ôtô tải vừa và lớn Cấu trúc tiết diệnthường gặp là dạng chữ T.Các guốc phanh yêu cầu độ cứng vững cao có tiết diện chữ π.Guốc phanh hàn chế tạo từ thép lá dài từ 3 – 5 mm, có cấu trúc gồm: Bề mặt cong tròn

và xương tăng cứng Thường dùng trên ôtô con

- Cam quay:

Cam quay nằm trong cơ cấu phanh tang trống

với dẫn động phanh khí nén Khi phanh, áp lực

khí nén nhờ bầu phanh đẩy cam quay, guốc phanh

dịch chuyển, thực hiện quá trình phanh tang

trống

Hình 1.7 và 1.8, trình bày về các loại cam quay

acsimet và cycloit là các loại cam thông dụng

dùng cho cơ cấu phanh tang trống dẫn động khí

Khi cam tựa lên guốc, với hai lực tác dụng P, cách nhau một khoảng 2d bằng đườngkính vòng tròn cơ sở của biên dạng cam, ta đi so sánh hai loại cam này.

- Biên dạng cam acsimet chế tạo đơn giản hơn, nhưng khoảng cách 2d lớn và ảnh hưởngtới hiệu quả sinh ra momen phanh của cơ cấu phanh khác nhau nhiều

- Cam cycloit cho phép khoảng 2d nhỏ hơn nên được dùng phổ biến, nhưng việc chế tạobiên dạng cam phức tạp hơn

1.2.2.2 Cơ cấu phanh đĩa:

- Các loại xe tải ít dùng phanh đĩa nhất là loại xe tải

3 tấn vì tuy độ an toàn tin cậy cao hơn, giảm được mômen phanh nhưng do là loại xetải chuyên hoạt động trong những vùng địa hình bụi bặm mà loại phanh đĩa thì khảnăng bao kín che bụi là rất kém, khi hoạt động bùn đất bám vào làm bó kẹt làm mấthiệu quả phanh và một lý do nữa là giá thành sản phẩm sẽ rất đắt đỏ

- Ban đầu trong xilanh 3 luôn chứa dầu, piston ép tỳ vào má phanh, bộ phận đảm nhậnnhiệm vụ tạo khe hở giữa má và đĩa phanh là phớt hồi vị (hình 1.10), cơ cấu định vịgiúp má phanh chỉ có thể chuyển động dọc trục

Hình 1.8: Cam cycloit

Hình 1.9: Hình dạng phanh đĩa và cơ cấu hồi vị piston

Hình 1.10: Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa

phanh, khi nhả bàn đạp phanh thì dưới tác dụng của phớt hồi vị kéo piston trở về vị tríban đầu, ban đầu ta cắt vát phớt đi, khi phanh piston di chuyển làm biến dạng phớt, nênphớt có xu hướng trở lại vị trí ban đầu, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh đúng bằng

12 Xilanh phanh bánh xe

13 Mâm phanh

- Cơ cấu dẫn động phanh bằng cơ khí có ưu điểm là kết cấu đơn giản, dễ bố trí nhưngkhông tạo được momen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển của người lái, cần phải sửdụng lực lớn để tạo ra momen phanh lớn gây mệt mỏi và mất quá nhiều sức lực củangười sử dụng, nên hệ thống này thường chỉ được sử dụng ở hệ thống phanh dừng(phanh tay)

1.2.3.2 Dẫn động thủy lực:

a Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

Luôn đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe vì áp suất trong hệ thống chỉ tăngkhi tất cả các má phanh đã được ép vào tang trống

Hiệu suất cao

Kích thước đơn giản, nhỏ và giá thành thấp

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

Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

b Các loại phân phối dòng dẫn động:

- Truyền động một dòng: Sử dụng rộng rãi trên ôtô trước đây vì kết cấu đơn giản

- Truyền động nhiều dòng: Mục đích để tăng hiệu quả phanh, độ tin cậy, phân phối nhiềudòng độc lập với chung một bộ phận điều khiển là bàn đạp phanh, trong trường hợpmột dòng nào đó bị hỏng thì các dòng khác vẫn làm việc đảm bảo phanh được

Hình 1.12: Sơ đồ các loại phân phối dòng dẫn động

- Ở hình 1.12, mỗi sơ đồ có ưu nhược điểm riêng cho nên chọn sơ đồ phân dòng phải dựavào các yếu tố:

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

- Sơ đồ a phổ biến và đơn giản nhất, đảm bảo khi phanh xe không bị xoay xe

- Sơ đồ b bố trí kiểu X, khi bị hỏng một nhánh thì lực phanh bố trí tại các bánh xe khôngđều và dễ gây xoay xe

- Sơ đồ c và d hoàn thiện nhất nhưng phức tạp hơn, dùng hai dòng độc lập, một trong haidòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo được hiệu quả phanh nhất định

- Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực hai dòng độc lập (hình 1.13):

Sơ đồ hình 1.13 sử dụng xilanh chính có hai khoang công tác riêng biệt thể hiện trênhình vẽ, dòng thứ nhất bắt đầu từ khoang sau của xilanh chính 3 theo đường ống 4 tớicác xilanh công tác 5 để điều khiển các cơ cấu phanh đĩa của các bánh xe cầu trước 6,dòng thứ hai đi từ khoang trước của xilanh chính theo đường ống 7 qua bộ điều hòa lựcphanh 8 tới các xilanh công tác 9 điều khiển các cơ cấu phanh guốc của bánh xe cầusau

Hình 1.13: Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực hai dòng độc lập.

1 Bàn đạp phanh

2 Trợ lực chân không

3 Xilanh phanh chính

4 Đường ống thủy lực

5 Cơ cấu phanh đĩa

8 Điều hòa lực phanh 9 Xilanh thủy lực 10 Guốc phanh

Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thủy tĩnh: Xilanh chính tiếp nhận và biếnđổi lực điều khiển của người lái thành áp suất chất lỏng truyền tới các xilanh công táctại bánh xe, toàn bộ lực điều khiển của người lái biến đổi thành năng lượng để phanhôtô, như vậy nếu yêu cầu về lực phanh lớn thì người lái sẽ không đáp ứng được hoặcchóng mệt mỏi Vì vậy dẫn động thủy lực chỉ sử dụng trên các ôtô con hoặc ôtô tảinhỏ, nên nếu muốn giảm nhẹ lực điều khiển của người lái thì thường bố trí bộ phận trợlực bằng chân không 2

- Sơ đồ xilanh chính hai buồng (hình 1.14)

Khi đạp phanh, bàn đạp phanh tác dụng vào piston sơ cấp 4 di chuyển sang trái chođến khi che lỗ bù dầu 3, khoang I kín, áp suất tại khoang I tăng, dầu được đẩy đến cácxilanh phanh bánh xe, piston 4 tiếp tục di chuyển cho đến khi thắng được lực cản của

7

8

lò xo 8 đẩy piston giữa dịch chuyển sang trái đóng van bù dầu 14 làm piston thứ cấp 11dịch chuyển sang trái làm áp suất của khoang II tăng lên, dầu được cấp đến các xilanhphanh bánh xe.

Trường hợp mất áp suất ở buồng I thì piston 4 cứ dịch chuyển mà không có áp suấtdầu tới các xilanh bánh xe, đến khi lò xo bị nén hết cỡ, piston 9 di chuyển theo piston 4đẩy piston 11 di chuyển tăng áp suất khoang II cấp dầu đi phanh

Hình 1.14: Sơ đồ xilanh chính 2 buồng.

1 Công tắc điện 2 Phao mức dầu

3 Lỗ bù dầu 4 Piston sơ cấp

5 Phớt chắn bụi 6,10,17 Phớt làm kín

7 Phớt hồi dầu 8,16 Lò xo

9 Piston giữa 11 Piston thứ cấp

12 Chốt chặn 13 Chốt

14 Van bù dầu 15.Thân xilanh

Nếu áp suất ở khoang II mất cũng tương tự piston 11 cứ di chuyển nén lò xo 16 hết cỡrồi mới tăng áp khoang I thực hiện sự phanh Piston xilanh chính được làm bởi hợpkim nhôm, bề mặt xilanh và piston được mài bóng

- Sơ đồ bộ trợ lực chân không (hình 1.115):

Bộ trợ lực chân không có tác dụng giảm lực điều khiển của người lái nhưng hiệu quảphanh vẫn cao

Khoang A nối với họng hút của động cơ bởi van 1 chiều, luôn giữ áp suất chân không,còn khoang B ban đầu khi chưa phanh thì nối thông với khoang A bởi van không khínên cũng có áp suất chân không nên màng cao su cân bằng với lực đẩy của các lò xo

Hình 1.15: Sơ đồ bộ trợ lực chân không.

Khi đạp phanh cần điều khiển van sẽ mở van mở thông khoang B với không khí vàđóng đường nối thông khoang A với khoang B, nên tạo chênh áp suất giữa 2 khoang,khoang B có áp suất khí quyển, khoang A có áp suất chân không nên tạo lực hỗ trợcùng với lực của người lái đẩy lò xo màng, đẩy ti đẩy về bên trái thực hiện phanh.Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đưa cơ cấu trở về vị trí cân bằng, vankhông khí đóng đường nối khoang B với không khí, mở thông khoang A với khoang B,màng trở về vị trí cân bằng với lực đẩy của các lò xo

Khi đạp phanh mà giữ bàn đạp phanh cố định ở một vị trí nào đó thì dưới phản lực của

lò xo màng đẩy màng về phía bên phải đóng khoang B với khí quyển, nhưng không mởthông khoang A với khoang B nên cơ cấu giữ ở vị trí cân bằng ở vị trí ấy, cơ cấu mangtính chép hình

- Bơm chân không:

Các thông số kỹ thuật:

- Thể tích công tác: 110 (cm3/vg)

- Số vòng quay lớn nhất cho phép: 7200 (vg/ph)

Bơm chân không tạo được thể tích bình chứa chân không: 22 lít.

A Lỗ dầu vào bôi trơn B Cừa hút khí từ bầu chân không C Cửa xả khí và dầu.

Bơm gồm phần quay roto và phần đứng yên stato, khi bơm quay các cánh quạt thựchiện vừa chuyển động tịnh tiến ở rãnh vừa chuyển động quay, các cánh bơm đi qua cửahút thì thể tích khí giảm dần, áp suất tăng dần, khí được hút vào từ cửa B qua các

khoang của bơm và được đẩy ra ngoài ở cửa C, bơm chân không thực hiện 2 chu trìnhhút và đẩy khí ra ngoài.

1.2.3.3 Dẫn động khí nén:

a Ưu nhược điểm:

- Ưu điểm:

Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

Khi có rò rỉ, hệ thống vẫn làm việc được (tuy hiệu quả giảm) độ an toàn cao hơn dẫnđộng thủy lực

Dễ phối hợp dẫn động với các loại phanh khí nén khác nhau như phanh rơ mooc,đóng cửa xe, hệ thống treo khí nén

Dễ cơ khí hóa, tự động hóa trong quá trình điều khiển

- Nhược điểm:

Độ nhạy thấp, độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn)

Do có rò rỉ trong hệ thống nên áp suất của khí nén thấp hơn của chất lỏng trong dẫnđộng thủy lực 10 - 15 lần, do đó kích thước cồng kềnh, các chi tiết rất to, khối lượngdẫn động lớn

- Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 1.17) bao gồm các phầnchính: Nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống dẫn khí Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí quyển, nénkhông khí tới áp suất cần thiết (0,7 – 0,9MPa), đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệthống phanh khí nén làm việc Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụthuộc vào chất lượng khí nén, do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ởmức an toàn khi làm việc

Hình 1.17: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén cơ bản.

a) Nguồn cung cấp: 1 Máy nén khí ; 2 Bộ điều chỉnh áp suất ; 3: Bộ lọc nước, làm khô khí ; 4 Cụm van chia và bảo vệ ; 5 Bình chứa khí nén mạch I ; 6 Bình chứa khí nén mạch II

b) Cụm điều khiển: 7 Van phân phối hai dòng

c) Cơ cấu chấp hành: 8 Bầu phanh và cơ cấu phanh trước ; 9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

Van phân phối: Là cơ cấu gắn liền với bàn đạp để điều khiển (cụm điều khiển) đóng

mở các dòng khí nén từ các bình chứa đến bầu phanh bánh xe khi phanh và thải khítrong các bầu phanh khi nhả phanh Ngoài ra van phân phối cũng là cơ cấu tạo cảmgiác, giúp người lái nhận biết mức độ làm việc của cơ cấu phanh

Bầu phanh: Thực chất là một bộ xilanh piston khí nén, đóng vai trò cơ cấu chấp hànhcủa hệ thống điều khiển Bầu phanh có nhiệm vụ chuyển áp suất khí nén thành lực cơhọc qua cần đẩy có tác dụng làm xoay cam ép tang trống vào guốc phanh để thực hiện

quá trình phanh bánh xe (trên hình1.17 bầu phanh gồm bầu phanh bánh trước 8 và bầuphanh bánh sau 9).

Các đầu nối và đường ống: Có nhiệm vụ dẫn khí nén tới các cụm công tác liên quantheo sơ đồ bố trí dẫn động

Hiện nay các hệ thống dẫn động khí nén ngày càng hoàn thiện để nâng cao hiệu quảphanh, khắc phục nhược điểm giảm độ chậm tác dụng ở mức tối đa, hoàn thiện chấtlượng động lực học của ôtô khi phanh

1.2.3.4 Dẫn động phanh bằng thủy khí kết hợp:

- Dẫn động bằng thủy lực có ưu điểm là độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạpcần lớn, ngược lại đối với dẫn động bằng khí nén có ưu điểm là lực điều khiển bàn đạpnhỏ nhưng độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn do khí bị nén khi chịu áp suất)

Do đó để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động trên người ta sử dụng hệ thống dẫnđộng phối hợp giữa thủy lực và khí nén gọi là hệ thống phanh thủy lực điều khiển bằngkhí nén thường sử dụng trên các loại ô tô tải lớn, bus trung bình và lớn

Hình 1.18: Dẫn động phanh thủy khí kết hợp.

- Dẫn động thủy lực đảm nhận chức năng tạo lực điều khiển ở các guốc phanh hay

má phanh đĩa bao gồm: Bình chứa dầu cho xilanh thủy lực, các xilanh thủy lực bánh xe

ở cơ cấu phanh trước và sau, các đường dầu

- Dẫn động khí nén đảm nhận chức năng tạo lực đẩy ở xilanh thủy lực gồm:

Phần cung cấp khí nén: Đã trình bày ở trên mục 2.3.3

Phần điều khiển bằng khí nén: Gồm các đường ống dẫn khí từ bình chứa khí nén quavan phân phối khí và đến xilanh khí nén

Bộ xilanh khí nén thủy lực có tác dụng chuyển áp suất khí nén thành áp suất dầu đưađến các xilanh phanh bánh xe qua các đường ống dẫn khí thủy lực

1.3 Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh:

1.3.1 Chọn phương án thiết kế cơ cấu phanh:

- Trên ôtô chủ yếu dùng hai loại cơ cấu phanh là phanh tang trống và phanh đĩa, phanhtang trống dùng chủ yếu cho các xe tải lớn, tải nhỏ, bus Còn phanh đĩa dùng cho cácloại xe con và dùng chủ yếu ở bánh trước

- Loại xe yêu cầu tính toán là loại xe tải 3 tấn nên ta sử dụng loại cơ cấu phanh tang trống

vì là loại xe tải nên áp suất yêu cầu lên hệ thống phải lớn để sinh ra momen lớn, vì vậyyêu cầu đường kính xilanh phải lớn, hoặc bố trí thêm hệ thống trợ lực, thêm nữa nếu ápsuất tác dụng lên má phanh lớn sẽ gây mài mòn và nhanh phải thay và xe hoạt độngthường xuyên trong môi trường khắc nghiệt, bụi bẩn sẽ bám vào má phanh gây màimòn nghiêm trọng vì thông thường phanh đĩa không có bộ phận chắn bụi bẩn, và mộtđiều quan trọng nữa là giá thành của phanh đĩa cao hơn rất nhiều so với phanh tangtrống

1.3.2 Chọn phương án thiết kế dẫn động phanh :

- Hệ thống dẫn động thủy lực có ưu điểm là độ nhạy cao nhưng thích hợp với cácloại xe tải cỡ nhỏ, lực điểu khiển nhỏ

- Với loại xe tải 3 tấn em lựa chọn phương án thiết kế hệ thống dẫn động phanh khínén hai dòng độc lập để đảm bảo lực điều khiển nhỏ và không phải sử dụng thêm

bộ trợ lực nữa

12

Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí kết hợp.

- Nguyên lý hoạt động (đã trình bày ở trên)

1.4 Phương pháp nghiên cứu :

Xuất phát từ nhu cầu thực tế hiện nay ở nước ta đang sử dụng rất nhiều loại xe tải có tải trọng từ 2 tấn đến 3 tấn để vận chuyển các loại hàng hóa nhẹ hoặc vật liệu xây dựng như cát , sỏi , đá …và thường khai thác tại các công trường xây dựng công trình giao thông hoặc xây dựng dân dụng ,tại các đô thị thành phố do kích thước nhỏ gọn và khả năng cơ động cao hoặc vùng nông thôn có cơ sở hạ tầng chưa phát triển Do điều kiện làm việc

và điều kiện môi trường chưa thuận lợi nên việc nghiên cứu tín toán và thiết kế hệ thống phanh của xe là rất quan trọng để đảm bảo xe có tình trạng kỹ thuật tốt , đảm bảo an toànchuyển động và nâng cao hiệu quả khai thác Trong đồ án em đã thực hiện nghiên cứu phân tích tổng quan về hệ thống phanh ; lựa chọn phương án và thực hiện tính toán thiết

kế , kiểm nghiệm và tính bền một số chi tiết của hệ thống phanh trên xe tải 3 tấn , đồng thời ứng dụng phần mềm Solid Works để thiết kế và lắp ghép cơ cấu phanh

Phương pháp nghiên cứu của đồ án là tiến hành các tính toán theo các tài liệu hướng dẫn thiết kế ô tô kết hợp với sử dụng các số liệu thực tế của các loại xe tải 3 tấn tham khảo trong các tài liệu xuất bản trong , ngoài nước và ứng dụng phần mềm thiết kế chuyên dụng để xây dựng các bản vẽ kỹ thuật

Chương II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

2.1 Xác định mômen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh:

max .

P  P  

- Trong đó:

: Hệ số bám của bánh xe với mặt đường

G: Trọng lượng toàn bộ của ô tô

G G : Trọng lượng tĩnh trên cầu trước và cầu sau ô tô

- Trong quá trình phanh xuất hiện lực quán tính hướng về phía trước nên trọnglượng tác dụng lên cầu trước tăng lên so với trọng lượng tĩnh, còn cầu sau thìngược lại

1p 1; 2p 2

G G G G  

Trong đó:

- Z1, Z2: Phản lực mặt đường tác dụng lên cầu trước và sau

- G: Trọng lượng toàn bộ xe: G  5500( ) 53900( ) kg  N

- hg: Chiều cao trọng tâm ôtô

- a,b: Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước và cầu sau

- Pj: Lực quán tính xuất hiện khi phanh

j

G j g

P  ( j: Gia tốc phanh, j = 5,5  6,5=> Chọn j = 6 (m/s2))

- Chiều dài cơ sở: L  3350( mm )

- Phương trình cân bằng mômen quanh điểm O2:

∑MO2 = L.Z1 - G.b - Pj.hg = 0

- Phản lực của đường tác dụng lên bánh xe cầu trước

Hình 2.1: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh.

j

a g

h

m   : Hệ số phân bố lại tải trọng cầu sau khi phanh

- Ta có mômen phanh cần thiết trên các cầu được tính

(1 g) .

j gb

h G

h G

h G

h G