trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về Ô tô là một nhiệm vụ quan trọng. Trong trường Kỹ thuật, các Đồ án giúp các sinh viên tổng hợp lại các kiến thức đã học, đi sâu hơn vào việc thiết kế, tính toán... và với sinh viên ngành Cơ khí Động Lực thì Đồ án Ô tô là một trong những Đồ án quan
Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải MỤC LỤC Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải LỜI NÓI ĐẦU Trong năm trở lại ngành công nghiệp Ô tô nước ta có nhiều phát triển vượt bậc, Ô tô không xa lạ với Để đáp ứng nhu cầu xã hội thời kì hội nhập, việc đào tạo bậc kỹ sư, thợ máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững Ô tô nhiệm vụ quan trọng Trong trường Kỹ thuật, Đồ án giúp sinh viên tổng hợp lại kiến thức học, sâu vào việc thiết kế, tính toán với sinh viên ngành Cơ khí Động Lực Đồ án Ô tô Đồ án quan trọng Là sinh viên ngành khí động lực, sau học học phần Hệ thống truyền lực ôtô, Hệ thống phanh… việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán thiết kế phận, cụm máy, chi tiết xe thiết thực bổ ích Để giúp sinh viên rèn luyện kỹ tìm hiểu thông tin, củng cố, ứng dụng lý thuyết vào thực tế bước đầu làm quen với việc nghiên cứu, thiết kế chi tiết cụm chi tiết ôtô, sinh viên nhận Đồ án Ôtô Trong khuôn khổ nhiệm vụ giao, em xin trình bày nhiệm vụ Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe tải Em xin cảm ơn hướng dẫn nhiệt tình thầy Th.S Nguyễn Việt Hải Dưới giúp đỡ, bảo thầy cố gắng, nổ lực thân, em hoàn thành nhiệm vụ khoảng thời gian quy định Tuy nhiên, kiến thức hiểu biết có hạn, điều kiện tham khảo thực tế chưa có nhiều nên đồ án sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em mong thầy thông cảm bảo thêm để em hoàn thiện trình học tập công tác sau Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày…tháng…năm 2015 Sinh viên Huỳnh Vĩnh Quốc Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu hệ thống phanh ô tô 1.1.1 Công dụng - Hệ thống phanh dùng để: + Giảm tốc độ ô tô dừng hẳn đến tốc độ + Ngoài ra, hệ thống phanh ô tô có nhiệm vụ giữ cho ô tô, máy kéo đứng yên chỗ mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang - Với công dụng vậy, hệ thống phanh hệ thống đặc biệt quan trọng ô tô, đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn chế độ làm việc nhờ phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ suất vận chuyển xe 1.1.2 Yêu cầu - Hệ thống phanh cần đảm bảo yêu cầu sau: + Làm việc bền vững, tin cậy + Có hiệu phanh cao phanh đột ngột với cường độ lớn trường hợp nguy hiểm + Phanh êm dịu trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi an toàn cho hành khách hàng hóa + Giữ cho ô tô đứng yên cần thiết thời gian không hạn chế + Đảm bảo tính ổn định điều khiển ô tô phanh + Không có tượng tự phanh bánh xe dịch chuyển thẳng đứng quay vòng + Hệ số ma sát má phanh với trống phanh cao ổn định điều kiện sử dụng + Có khả thoát nhiệt tốt + Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ - Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trường hợp, hệ thống phanh ô tô có tối thiểu ba loại phanh là: Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Phanh làm việc: phanh chính, sử dụng thường xuyên tất chế độ chuyển động, thường điều khiển bàn đạp nên gọi phanh chân + Phanh dự trữ: dùng để phanh ô tô, máy kéo trường hợp phanh hỏng + Phanh dừng: gọi phanh phụ, dùng để giữ cho ô tô đứng yên chỗ dừng xe không làm việc Phanh thường điều khiển tay đòn nên gọi phanh tay + Phanh chậm dần: Trên ô tô tải trọng lớn làm việc vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống dốc dài Loại phanh giữ cho tốc độ ô tô không tăng giới hạn cho phép xuống dốc giảm dần tốc độ ô tô trước dừng hẳn - Các loại phanh có phận chung kiêm nhiệm chức Nhưng chúng phải có hai phận điều khiển dẫn động độc lập - Ngoài để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh phân thành dòng độc lập để dòng bị hỏng dòng lại hoạt động bình thường - Để có hiệu phanh cao: + Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn + Phân phối momen bánh xe phải đảm bảo tận dụng toàn trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh bánh xe phải tỉ lệ thuận với phản lực pháp tuyến đường tác dụng lên chúng + Trong trường hợp cần thiết, sử dụng trợ lực hay dùng dẫn động khí nén dùng bơm thủy lực để tăng hiệu phanh xe có trọng lượng toàn lớn - Để trình phanh êm dịu để người lái cảm giác, điều khiển cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cấu đảm bảo quan hệ tỉ lệ thuận lực tác dụng lên bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh tạo bánh xe Đồng thời tượng tự siết phanh Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải - Để đảm bảo tính ổn định điều khiển ô tô phanh, phân bố lực phanh bánh xe phải hợp lí, cụ thể phải thõa mãn điều kiện sau: + Lực phanh bánh xe trái phải cầu phải nhau, sai lệch cho phép không vượt 15% giá trị lực phanh lớn + Không xảy tượng khóa cứng, trượt bánh xe phanh, bánh xe cầu trước trượt làm ô tô bị trượt ngang, bánh xe cầu sau trượt làm ôtô tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài bánh xe bị trượt gây mòn lốp, giảm hiệu phanh giảm hệ số bám - Để đảm bảo yêu cầu này, ô tô đại người ta sử dụng điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS - Yêu cầu điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện đánh giá lực lớn cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển hành trình tương ứng chúng 1.2 Phân loại hệ thống phanh ô tô - Theo vị trí bố trí cấu phanh, phanh chia loại: phanh bánh xe phanh truyền lực - Theo dạng phận tiến hành, phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa phanh dải - Theo loại dẫn động, phanh chia ra: phanh khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ phanh liên hợp (kết hợp loại khác nhau) a) b) c) Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lí loại phanh a- Phanh Trống; b- Phanh dĩa; c- Phanh dải 1.3 Kết cấu hệ thống phanh - Để thực nhiệm vụ hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu sau: + Cơ cấu phanh: phận trực tiếp tạo lực cản Trong trình phanh, động ô tô biến thành nhiệt cấu phanh tiêu tán môi trường Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Dẫn động phanh: để diều khiển cấu phanh 1.3.1 Cơ cấu phanh - Là phận trực tiếp tạo lực cản làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu gồm hai phần là: phần tử ma sát cấu ép - Ngoài cấu phanh có phận khác như: phận điều chỉnh khe hở bề mặt ma sát, phận để xả khí dối với dẫn động thủy lực - Phần tử ma sát cấu phanh có dạng: Trống- Guốc, đĩa hay dải Mỗi loại có đặc điểm riêng biệt 1.3.1.1 Loại trống- guốc Hình 1.2: Các cấu phanh loại trống- guốc thông dụng a- Ép cam; b- Ép xi lanh thủy lực; c- Ép hai xi lanh ép; d- Ép hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự - Đây cấu phanh sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm: + Trống phanh: trống quay hình trụ gắn với may bánh xe + Các guốc phanh: bề mặt gắn ma sát (còn gọi má phanh) Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Mâm phanh: đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu, nơi lắp đặt định vị hầu hết phận khác cấu phanh + Cơ cấu ép: phanh, cấu ép người lái điều khiển thông qua dẫn động, ép bề mặt ma sát guốc phanh tỳ vào mặt trống phanh, tạo nên lực ma sát phanh bánh xe lại + Bộ phận điều chỉnh khe hở xả khí (chỉ có dẫn động thủy lực) - Để đánh giá, so sánh sơ đồ khác nhau, tiêu chung người ta sử dụng ba tiêu riêng, đặc trưng cho chất lượng cấu phanh là: + Tính thuận nghịch (đảo chiều) + Tính cân + Hệ số hiệu 1.3.1.2 Loại dĩa Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kép cố định 1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston; 4- Vòng làm kín; 6- Đĩa phanh - Cơ cấu phanh loại dĩa thường sử dụng ô tô du lịch Gần loại phanh bắt đầu sử dụng số loại xe vận tải chở khách - Phanh đĩa có loại: kín, hở, đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay, vòng ma sát quay - Đĩa đĩa đặc, đĩa có xẻ rãnh thông gió, đĩa có lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác - Trên ô tô sử dụng chủ yếu loại đĩa quay dạng hở, dùng loại vỏ quay - Đặc điểm kết cấu chi tiết cà phận chính: + Đĩa phanh: thường chế tạo gang Đĩa đặc có chiều dày 8÷13 mm, đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16÷25 mm Đĩa ghép có lớp lõi nhôm hay đồng lớp mặt ma sát gang xám + Má kẹp: đúc gang rèn + Các xi lanh thủy lực: đúc hợp kim nhôm để tăng tính chống mòn giảm ma sát, bề mặt làm việc xinh lanh mạ lớp cờ rôm Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên chế tạo thép + Tấm ma sát: loại phanh đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt khoảng 12÷16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa thuận lợi 1.3.2 Dẫn động phanh 1.3.2.1 Các loại dẫn động phanh - Đối với hệ thống phanh làm việc ô tô người ta chủ yếu sử dụng hai loại dẫn động thủy lực khí nén - Dẫn động khí thường dùng cho phanh dừng (hiệu suất từ 0,4÷0,6%) - Dẫn động điện dùng cho xe kéo móc - Dẫn động thủy lực thường dùng để dẫn động phanh rơ-moóc kéo theo sau 1.3.2.2 Các sơ đồ phân dòng Hình 1.4: Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh 1- Bộ phận phân dòng (xi lanh tổng van khí nén); 2,3- Các bánh xe trước sau; 4,5- Các dòng dẫn động - Khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa ba yếu tố là: + Mức độ giảm hiệu phanh dòng bị hỏng + Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép + Mức độ phức tạp dẫn động Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải - Để đảm bảo yêu cầu cunh đặt hệ thống phanh, dẫn động phanh phải đảm bảo yêu cầu cụ thể sau: + Đảm bảo tỉ lệ mômen phanh sinh với lực tác dụng lên bàn đạp hành trình + Thời gian chậm tác dụng cấu phanh không vượt 0,6s, nhả phanh không vượt 1,2s + Phải có hai dòng độc lập, dòng bị hỏng hiệu phanh phải đạt tối thiểu 50% + Khi kéo moóc, moóc tuột phải tự động phanh lại - Thường sử dụng sơ đồ phân dòng theo cầu (hình 1.5a, sơ đồ đơn giản hiệu phanh giảm nhiều hỏng dòng phanh cầu trước) - Khi dùng sơ đồ b, c, d hiệu phanh giảm Hiệu phanh đảm bảo không thấp 50% bị hỏng dòng Tuy vậy, dùng sơ đồ b d lực phanh không đối xứng, làm giảm tính ổn định phanh hai dòng bị hỏng Điều cần phải tính đến thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay đòn âm) - Sơ đồ e hoàn thiện phức tạp 1.3.2.3 Dẫn động thủy lực a Ưu nhược điểm: - Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm quan trọng là: + Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,4s) + Luôn đảm bảo phanh đồng thời bánh xe áp suất dẫn động bắt đầu tác dụng lên tất má phanh ép sát vào trống phanh + Hiệu suất cao từ 0,8÷0,9% + Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ + Có khả sử dụng nhiều loại xe khác - Nhược điểm: + Yêu cầu độ kín khít cao, có chỗ bị rò rỉ dòng không hoạt động Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng trợ lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp + Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc làm cho đường ống bị rung động mô men phanh không ổn định + Hiệu suất giảm nhiều nhiệt độ thấp Hình 1.5 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp 1,8- Xi lanh bánh xe; 2,7- Ống dẫn; 3,4- Piston; 5- Xi lanh chính; 6- Bầu phanh b Phạm vi sử dụng - Với đặc điểm đó, dẫn động thủy lực sử dụng rộng rãi ô tô du lịch, ô tô tải cỡ nhỏ cỡ đặc biệt lớn 1.3.2.4 Dẫn động khí nén a Ưu nhược điểm: - Dẫn động khí nén có ưu điểm quan trọng là: + Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ + Làm việc tin cậy dẫn động thủy lực + Dễ phối hợp với dẫn động cấu sử dụng khí nén khác như: phanh rơmoóc, đóng mở xe, hệ thống treo khí nén - Tuy vậy, dẫn động khí nén có nhược điểm lớn là: + Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn + Do bị hạn chế điều kiên rò rỉ, áp suất làm việc khí nén thấp chất lỏng dẫn động thủy lực tới 10÷15 lần + Số lượng cụm chi tiết nhiều + Kết cấu phức tạp giá thành cao 10 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Ga Pj = g jp • • (2.2) g: gia tốc trọng trường (g=9,81 m/s2) Jp: Gia tốc chậm dần phanh - Khi phanh lực cản không khí P ω lực cản lăn Pf1, Pf2 không đáng kể, bỏ qua Sự bỏ qua gây sai số 1,5÷2% Khi phương trình cân lực xe phanh theo phương song song với mặt đường là: Pj = Pp1 + Pp2 (2.3) - Để sử dụng hết trọng lượng bám ô tô cấu phanh bố trí bánh sau trước, lực phanh lớn toàn xe là: Ppmax = Ga.φ (2.4) - Với hệ thống phanh trang bị hệ thống kiểm soát điều chỉnh độ trượt bánh xe (ABS) hệ số bám phanh khẩn cấp đạt φ= 0,56÷0,68 Để đám bảo hiệu phanh cao với giá trị gia tốc chậm dần lớn mà bánh xe không bị trượt ta chọn φ= 0,68 - Xét ô tô phanh khẩn cấp với tốc độ dừng hẳn (v=0) gia tốc phanh đạt cực đại, jpmax xác định từ phương trình cân lực quán tính phanh: Ga Ga Pj = g j pmax => Ga.φ= g j pmax => j pmax = φ.g (2.5) - Phương trình cân momen O1 phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất: Zp2.L + Pjmax.hg – Ga.a = Zp2.L + Ga φ.hg – Ga.a = Ga (a − ϕ hg ) Zp2 = L (2.6) - Phương trình cân momen O2 phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất: -Zp1.L + Pjmax.hg + Ga.b = -Zp1.L + Ga φ.hg + Ga.b = 15 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Ga (b + ϕ hg ) Zp1 = L (2.7) - Trọng lượng tác dụng lên bánh xe trước (G bx1) bánh xe sau (Gbx2) phanh là: Ga (b + ϕ hg ) Gbx1 = 2L (2.8) Ga (a − ϕ hg ) Gbx2 = 2L (2.9) Thay giá trị vào (2.8) (2.9) ta được: 68670.(0,9 + 0, 68.1) 2.3 Gbx1 = = 18083,1 [N] 68670.(2,1 − 0, 68.1) 2.3 Gbx1 = = 16251,9 [N] - Lực phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe trước xác định bằng: Pbx1 = Gbx1.φ = 18083,1.0,68 = 12296,4 [N] - Lực phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe sau: Pbx2 = Gbx2.φ = 16251,9.0,68 = 11051,3 [N] - Momen phanh yêu cầu bánh xe trước là: Mbx1 = Pbx1.Rbx1 = 12296,4.0,4 = 4918,6 [N.m] (2.10) - Momen phanh yêu cầu bánh xe sau là: Mbx2 = Pbx2.Rbx2 = 11051,3.0,4 = 4420,5 [N.m] (2.11) 2.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên trục bánh xe - Thực tế momen phanh sinh bánh xe cấu phanh lắp đặt bánh xe sinh Cơ cấu phanh bánh xe có nhiều kiểu, nói chung xe có cấu khác trục bánh xe trước sau Ngay kiểu cấu phanh giống kết cấu kích thước khác tùy theo momen phanh yêu cầu phân bố trục tính - Vì để có sở chọn cấu phanh hợp lí, trước hết cần đánh giá tỷ số phân bố momen phanh lên trục trước trục sau theo hệ số phân bố lực phanh K12 sau: 16 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải M bx1 4918, K12 = M bx = 4420,5 = 1,1 2.3 Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh ô tô thiết kế 2.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng - Từ phân tích ưu nhược điểm sơ đồ phân dòng (được trình bày mục 1.3.2.2 thuộc chương 1) ta chọn sơ đồ phân xe tải sau: Hình 3.1 Sơ đồ phân dòng ô tô tải - Bộ phận phân dòng (Xilanh ) 2,3 – Các bánh xe trước, sau; 4,5 – Các dòng dẫn động - Với sơ đồ phân dòng trên, hiệu giảm nhiều hỏng dòng phanh cầu trước Nhưng sơ đồ dẫn động phanh đơn giản nhất, đồng thời mức độ bất đối xứng lực phanh nằm giới hạn cho phép hai dòng dẫn động bị hỏng 2.3.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh - Từ phân tích ưu nhược điểm phạm vi sử dụng sơ đồ dẫn động phanh sử dụng ô tô (ở mục 1.3.4.2 thuộc chương 1) em chọn dẫn động phanh khí nén - Sở dĩ chọn sơ đồ dẫn động loại ô tô thiết kế ô tô tải có tải trọng lớn có trọng lượng toàn 7000 [KG] 17 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Hình 2.3: Sơ đồ dẫn động phanh khí nén cho ô tô đơn 1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- điều chỉnh áp suất; 4- lắng lọc tách ẩm; 5- Van bảo vệ kép; 6;10- bình chứa khí nén; 7;9- bầu phanh; 8- Van phân phối 2.3.3 Chọn kiểu, loại cấu phanh - Với xe vận tải phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước 30% trục sau 70%, trọng tâm cao nên hệ số phân bố lực phanh K 12=1,1 (Đã tính mục 2.2.2 trên) hợp lý Vì ta chọn cấu phanh sử dụng cầu trước cầu sau giống cấu phanh trống- guốc, sử dụng cấu ép cam kép Hình 2.4: Cơ cấu phanh trống- guốc sử dụng cấu ép cam ép 18 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải 2.4 Tính toán thiết kế cấu phanh 2.4.1 Momen phanh cấu phanh cầu trước sinh lực ép yêu cầu - Kiểu cấu phanh cầu trước kiểu trống- guốc có cấu ép kiểu cam kép - Đây loại cấu phanh kiểu tang trống có tính đối xứng hoàn toàn phương diện kết cấu mặt phẳng thẳng đứng ép cưỡng cam kép có hành trình nâng cam giống nhau, momen ma sát tang trống tạo hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau, tức là: Mg1 = Mg2 = Mp/2 - Tuy hai guốc ép cam kép nên guốc có tính tự siết guốc có tính tự tách, nên ta có: P1 h1 µ Mg1 = A1 − µ B1 (2.12a) P2 h2 µ Mg2 = A2 − µ B2 (2.12b) - Với giả thiết kích thước hai guốc hai má phanh giống (A = A2 = A; B1 = B2 = B h1 = h2) lực ép cam tạo cho hai guốc xác định sau: M p ( A − µ B ) P1 = 2.h.µ M p ( A + µ B ) (2.13a); P2 = 2.h.µ (2.13b) Hình 2.5: Sơ đồ tính toán cấu phanh trống- guốc 19 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải - Trong đó: μ hệ số ma sát trượt má phanh tang trống, theo kinh nghiệm chọn μ= 0,3; h khoảng cách từ tâm quay điểm tỳ cố định đến phương lực ép P xác định theo kinh nghiệm sau: + Với Rbx = 400 [mm]; Dt = 0,8.Rbx = 320 [mm]; a = 0,8.rt = 0,8.(320/2) = 0,128 [m]; L = a + b = 0,128+0,128 = 0,256 [m] + Với α = 10o góc đặt tâm quay điểm tựa cố định guốc phanh ta có khoảng cách từ tâm quay điểm tựa cố định guốc phanh đến tâm quay bánh xe bằng: S = b/cos10o = 0,130 [m] + Các thông số kích thước A B xác định theo giả thuyết áp suất má phanh phân bố (q = const) S (c os δ + µ sin δ ) rt A= α − α1 ) α − α1 sin( (2.14) - Trong đó: α1, α2 thông số kết cấu góc đặt đầu, cuối ma sát tính [rad] Trong tính toán thiết kế, chọn góc α α2 theo kinh nghiệm cho hiệu số (α1- α2) = 90o ÷ 110o Chọn α1 = 25o α2 = 130o + Góc đặt phương hợp lực tổng hợp π − (α1 + α ) π − (25 + 130)π /180 = = 0,305 2 δ= [rad] (2.15) + Thay số liệu có vào (2.14) ta được: 130 − 25 π sin ÷ 0,130 180 (c os 0,305 + 0,3sin 0,305) 0,16 130 − 25 π ÷ 180 = 0,79 A= Và B + Thay tất thông số vào (2.13a) ta có: M p1.( A − µ B) P1 = 2.h.µ 4918, ( 0, 79 − 0, 3.1) = 15690,8 2.0 , 25 6.0, = [N] 20 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải M p1.( A + µ B ) P2 = 2.h.µ 4918, ( 0, 79 + 0, 3.1) = 34904,1 2.0 , 25 6.0, = [N] Suy momen phanh guốc tạo cho tang trống cầu trước: Mp Mg1 = Mg2 = = 4918, = 2459,3 [N.m] 2.4.2 Momen phanh cấu phanh cầu sau sinh - Cơ cấu phanh cầu sau tương tự, có khác momen phanh yêu cầu nhỏ Mp = 4420,5 [N.m] - Thay tất thông số vào công thức (2.13) ta có lực ép cấu phanh trước kiểu trống- guốc cầu sau: M p ( A − µ B) P1 = 2.h.µ M p ( A + µ B ) P2 = 2.h.µ 4420,5 ( 0, 79 − 0,3.1) = 14101,8 2.0, 256.0,3 = [N] 4420,5 ( 0, 79 − 0,3.1) = 31369, 2.0 , 25 6.0, = [N] Suy momen phanh guốc tạo cho tang trống cầu sau: Mp Mg1 = Mg2 = = 4420,5 = 2210, 25 [N.m] 2.4.3 Tính toán bề rộng má phanh - Bề rộng má phanh xác định diện tích làm việc má phanh ép lên tang trống Bề rộng má phanh tăng làm cho diện tích làm việc tăng, điều nói chung có lợi cho mài mòn ma sát diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực tác dụng lên đơn vị diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm lần phanh Tuy vậy, bề rộng má phanh không nên tăng lớn làm giảm tính đồng áp lực phân bố theo chiều rộng má phanh, dẫn đến mòn má phanh không giảm hiệu phanh - Khi thông số khác chọn xác định theo momen yêu cầu nêu bề rộng má phanh xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành má phanh Mg guốc tạo cho tang trống sau: 21 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Mg b = q.µ.rt (α − α1 ) = Mg q.µ.rt 2α - Trong đó: rt bán kính tang trống, α = α − α1 góc ôm má phanh, q áp suất tác dụng lên má phanh trình phanh - Áp suất làm việc bề mặt ma sát chọn đủ nhỏ với giá trị giới hạn q = 1,0.106 [N/m2] Thế tất thông số biết ta bề rộng má phanh: + Với guốc cấu phanh cầu trước (Mg1 = 2459,3 [N.m]) 2459,3.180 = 0, 096 1, 0.10 0,3.0,16 (130 − 25) π b= [m] + Với guốc cấu phanh cầu sau (Mg2 = 2210,25 [N.m]) 2210, 25.180 = 0, 086 b = 1, 0.10 0,3.0,16 (130 − 25)π [m] - Thống chọn bề rộng má phanh trước/sau cấu phanh cầu trước sau 0,096 [m] 2.5 Tính toán kiểm tra thông số liên quan khác cấu phanh 2.5.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng - Kích thước má phanh không xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ áp suất cho phép [q] nêu nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má phanh; mà xác định theo tiêu chí công ma sát trượt riêng nhằm đảm bảo cho má phanh làm việc thời gian lâu dài Bởi với áp suất làm việc má phanh trình phanh tốc độ xe tải bắt đầu phanh lớn má phanh mau mòn - Theo định nghĩa công ma sát trượt riêng công ma sát trượt má phanh trình phanh tính đơn vị diện tích làm việc má phanh Giả sử công ma sát trượt L trình phanh thu toàn động ô tô bắt đầu phanh với vận tốc v1 ô tô dừng hẳn (v2=0), tức là: ma (v12 − v22 ) Ga v12 = 2g L= (2.15) 22 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải - Trong đó: ma khối lượng toàn ô tô đầy tải phanh; G a trọng lượng toàn ô tô [N]; v1 tốc độ ô tô bắt đầu phanh [m/s]; g gia tốc trọng trường (g = 9,81 [m/s2]) - Tổng diện tích làm việc tất má phanh xác định: A∑ = 2.b.rt ( α − α1 ) = 2.0, 096.0,16 ( 120 − 25 ) π 180 = 0,204 [m2] - Suy công trượt riêng: Lr = Ga v12 L = A∑ 2.g A∑ - Trị số công ma sát riêng tính theo công thức bắt đầu phanh với tốc độ trung bình nửa tốc độ cực đại (v 1=0,5vmax) xe dừng hẳn (v2=0) phải nằm giới hạn cho phép [Lr] = 3÷7 [MJ/m2] ô tô vận tải - Với v1 = 100 [Km/h] = 27,78 [m/s] ta có: (7000.9,81).(27, 78 / 2) = 3, 31 2.9,81.0, 204 Lr = [MJ/m2] - So với giá trị cho phép thõa mãn 2.5.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành cấu phanh - Trong trình ô tô bị phanh, động ô tô bị tiêu tán công ma sát trượt biến thành nhiệt năng, làm nung nóng má phanh, trống phanh phần truyền môi trường không khí Tuy nhiên phanh ngặt thời gian ngắn, lượng nhiệt không kịp truyền cho môi trường không khí truyền không đáng kể nên tính toán thiết kế, để an toàn nhiệt coi tang trống nhận hết nhiệt trình phanh Vì ta có phương trình cân nhiệt sau: ma (v12 − v22 ) = m p c.∆T Lr = (2.16) - Trong đó: mp tổng khối lượng tang trống; C nhiệt dung riêng vật liệu làm tang trống (đối với thép gang C ≈ 500 [J/Kg]); ∆T độ tăng nhiệt độ tang trống 23 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải + Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ phanh với vận tốc v = 0,5v max = 13,889 [m/s], từ công thức (2.16) suy khối lượng tổng cộng trống phanh phải đủ lớn để độ tăng nhiệt độ không 100o ma v12 7000.13,8892 = = 13, o C ∆ T 2.500.[100 ] mp = [Kg] - Vậy để đảm bảo điều kiện bền nhiệt, khối lượng trống phanh ô tô du lịch phải bằng: mt = 48,57/4 = 12 [Kg] - Cùng với toán kiểm tra nhiệt, toán tính toán thiết kế bề dày δ tang trống suy từ công thức khối lượng trống phanh sau: π ( rt + δ ) − rt ( b + δ ) ρ = mt - Trong rt = 0,16 [m] bán kính tang trống, b bề rộng má phanh b = 0,096 [m] ρ khối lượng riêng vật liệu làm tang trống Với gang thép ρ = 7800 [Kg/m3] - Với số liệu có ta tính được: δ = 0,013 [m] = 13 [mm] Chương 3: TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH 3.1 Hành trình dịch chuyển cần đẩy bầu phanh - Giá trị dịch chuyển đầu guốc di động thực nhờ hành trình nâng cam ép Hiện góc quay cam tương ứng với hành trình dịch chuyển x (hành trình nâng cam) nằm khoảng 5÷10o Chọn φq = 5o - Tương ứng với góc quay hành trình dịch chuyển cần đẩy bầu phanh h b [mm] xác định: hb = lq φq (3.1) - Trong đó: lq chiều dài cánh tay đòn dẫn động cam ép Trong thiết kế l q lấy vào khoảng 110÷150 [mm] Chọn lq = 130 [mm] π 130 ÷ = 11,345 180 - Ta được: hb = [mm] 24 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải 3.2 Lực đẩy yêu cầu bầu phanh - Lực đẩy yêu cầu bầu phanh P b cấu phanh khí nén xác định từ lực ép yêu cầu tương ứng cam ép P1 P2 sau: Pb = (P + P2 ) ro lq (3.2) - Trong đó: P1 P2 lực ép yêu cầu cam ép hai guốc phanh xác định từ chương (mục 2.4.2 2.4.3); l q chiều dài cánh tay đòn dẫn động cam ép; ro bán kính vòng tròn sở cam ép (r o = 20÷40 mm) Chọn ro = 25 [mm] - Với bầu phanh trước: P1 = 15690,8 [N]; P2 = 34904,1 [N] => Pb = (15690,1 + 34904,1).25 = 9729,8 130 [N] - Với bầu phanh sau: P1 = 14101,8 [N]; P2 = 31369,4 [N] => Pb = (14101,8 + 31369, 4).25 = 8744,5 130 [N] 3.3 Đường kính bầu phanh - Đường kính bầu phanh Db xác định theo công thức: Db = 4.Pb π Pkn (3.3) - Trong đó: Pkn áp suất khí nén cung cấp vào bầu phanh phanh khẩn cấp: P kn ≈ 0,55÷0,8 [MN/m2] Chọn Pkn = 0,8 [MN/m2] - Khi đó: + Đường kính bầu phanh trước: (Pb1 = 9729,8 [N]) Db1 = 4.9729,8 = 0,124 π 0,8.106 [m] + Đường kính bầu phanh sau: (Pb2 = 8744,5 [N]) Db = 4.8744,5 = 0,118 π 0,8.106 [m] 25 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải 3.4 Thể tích bình chứa khí nén số lượng bình chứa khí nén - Bình chứa khí nén phải có dung tích đủ lớn để thực trình phanh gấp liên lục 10 lần mà áp suất phanh bình chứa không giảm 50% so với áp suất yêu cầu ban đầu po mà máy nén không khí không hoạt động - Quan hệ dung tích bình chứa vc với áp suất bình chứa trạng thái đầu chưa phanh po áp suất cuối pn sau n lần phanh xác định sau: n Vc pn = po ÷ Vc + ∆V (3.4) - Trong đó: ∆V tổng dung tích mà bình chứa phải cung cấp khí nén cho lần phanh; bao gồm dung tích bầu phanh V b đường ống dẫn Vod từ bình chứa qua van điều khiển đến bầu phanh - Thay điều kiện pn = 0,5po với n = 10 lần phanh công thức (3.4) viết lại: Vc = ∆V = 1/10 po ÷ p10 −1 ∆V ≈ 13,93.∆V −1 1/10 (3.4b) - Ở dung tích ∆V xác định gần sau: π Db21 π Db22 π dod2 ∆V = hb1.n1 + hb n2 ÷+ L∑ 4 (3.5) 3.4.1 Thể tích bầu chứa khí bầu phanh cầu trước - Cầu trước sử dụng cầu đơn, thể tích bầu chứa khí bầu trước cho lần phanh đạt xác định theo công thức (3.5), cụ thể bằng: Vb1 = 2.π Db21 hb1.n1 - Trong đó: đường kính bầu phanh D b1 cấu phanh khí nén cầu trước; kết tính có Db1= 0,124 [m] Số hai bầu phanh cho hai cấu phanh trục bánh xe Hành trình dịch chuyển cần đẩy piston bầu phanh h b1 xác 26 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải định hb1 = 11,345 [m]; thông số n1 cầu trước có trục bánh xe - Thay số vào ta được: Vb1 = 2.π 0,124 11,345.10−3.1 = 0, 274.10 −3 [m3] 3.4.2 Thể tích bầu chứa khí bầu phanh cầu sau - Cầu sau sử dụng cầu đơn, thể tích bầu chứa khí bầu phanh cho lần phanh xác định theo công thức (3.5), cụ thể bằng: Vb = 2.π 0,1182 11,345.10−3.1 = 0, 248.10−3 [m3] 3.4.3 Tổng thể tích đường ống dẫn - Thể tích đường ống dẫn khí nén phụ thuộc vào bố trí đường ống từ bình chứa qua tổng van phân phối đến bầu phanh phải có chiều dài, đường kính bố trí hoàn phải giống để tránh sai lệch lớn tổn thất dòng chảy khí nén đến hai bầu phanh nhằm đảm bảo phanh lúc tất bầu phanh - Chiều dài tổng cộng tất đoạn đường ống dẫn khí nén tính từ bình chứa đến bầu phanh xác định gần bằng: L∑ = k L Lo + ( n1 + n2 ) Bo (3.6) - Ở Lo chiều dài sở ô tô; B o chiều rộng sở; kL hệ số tính đến phần chiều dài hiệu chỉnh tăng thêm phải nối từ bình chứa đến tổng van phân phối nối từ đầu cuối ống vị trí bánh xe xuống bầu phanh bánh xe; hiệu chỉnh khác Tùy theo việc bố trí bình chứa mà hệ số tăng thêm kL nằm khoảng 2,0÷4,0, chọn kL = - Thay Lo = 300 [mm]; n1 = n2 = 1; dod = 10 [mm] (chọn); Bo = 1,8 [m] L∑ = 3.(3 + 2.1,8) = 19,8 [m] π d od2 π 0, 012 Vod = L∑ = 19,8 = 1,56.10−3 4 - Với [m3] - Suy tổng thể tích cần cung cấp khí nén cho lần phanh: 27 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải ∆V = Vb1 + Vb + Vod = 0, 274.10 −3 + 0, 248.10−3 + 1,56.10−3 = 2, 082.10−3 [m3] 3.4.4 Số bình chứa cho hệ thống phanh khí nén - Sau tính tổng dung tích cần cung cấp cho lần phanh theo (3.7) ta suy tổng dung tích bình chứa thứ cấp xác định theo (3.4b) Vc = 14 ∆V = 14.2,082.10-3 = 0,029 [m3] - Suy số lượng bình chứa tối thiểu cho hệ thống phanh với kiểu bình chứa chuẩn Vch = 20 lít xác định bằng: nc = Vc 0, 029.10−3 = = 1, 45 Vch 20 làm tròn nc = bình - Số lượng bình chứa tối thiểu cho hệ thống phanh với kiểu bình chứa thực tế phải dùng thêm bình chứa chung trước van bảo vệ Vậy số lượng bình chứa bình KẾT LUẬN Đối với hệ thống phanh xe tải nhẹ tính toán thông số cấu phanh dẫn động phanh hợp lý Cơ cấu phanh trước sau giống cấu phanh trống- guốc với guốc tự tách, guốc tự siết đảm bảo độ an toàn tính đơn giản gọn nhẹ thuận lợi trình bảo dưỡng sửa chửa Qua đồ án ta hình dung cách tính toán thiết kế lựa chọn thông số lựa chọn sơ đồ cấu phanh, dẫn động phanh phù hợp với mục đích công dụng đặc biệt tính an toàn hệ thống Ta phân tích ưu nhược điểm phương án để có hướng trình thiết kế Tuy đồ án chưa hoàn chỉnh góp phần cho em hiểu toàn thiết kế hệ thống ô tô, rèn luyện khả tư duy, phân tích logic để đưa định phù hợp với yêu cầu thiết kế Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy ThS Nguyễn Việt Hải hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án Em xin cám ơn! 28 Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] KẾT CẤU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ ÔTÔ – TS Nguyễn Hoàng Việt Giáo trình mạng nội Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [2] HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ – TS Lê Văn Tụy Giáo trình mạng nội Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng [3] THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ÔTÔ MÁY KÉO (TẬP III) – Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp [4] LÝ THUYẾT ÔTÔ MÁY KÉO – Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội -2005 29 ... Huỳnh Vĩnh Quốc Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ 1.1 Công dụng, yêu cầu hệ thống phanh ô tô 1.1.1 Công dụng - Hệ thống phanh dùng để: + Giảm tốc... Sơ đồ nguyên lí loại phanh a- Phanh Trống; b- Phanh dĩa; c- Phanh dải 1.3 Kết cấu hệ thống phanh - Để thực nhiệm vụ hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu sau: + Cơ cấu phanh: phận trực tiếp... hiệu phanh dòng bị hỏng + Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép + Mức độ phức tạp dẫn động Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải - Để đảm bảo yêu cầu cunh đặt hệ thống phanh, dẫn động phanh