Đồ án môn học kết cấu và tính toán ô tô hệ thống phah hồ anh sơn

CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANHHệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô ,máy kéo cho đến nay khi dừng hẵn hoặc đến mộttốc đô cần thiết nào đó.Ngoài ra hệ thống phanh còncó nhiệm vụ g

1 CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô ,máy kéo cho đến nay khi dừng hẵn hoặc đến mộttốc đô cần thiết nào đó.Ngoài ra hệ thống phanh còncó nhiệm vụ giữ cho ôtô đứng yên tại chỗ trên cácmặt dốc nghiêng hay trên mặt nằm ngang Đối hệthống phanh là một hệ thống đặc biệt quantrọng,Nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọichế độ làm việc.Nhờ đó mới có thể phát huy hết khảnăng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vậnchuyển của xe máy.Kết cấu hệ thống phanh gồm cóhai phần chính là dẫn động phanh và cơ cấu phanh:Dẫn động phanh là bộ phận dùng để điều khiển cơcấu phanh

Cơ câïu phanh là bộ phận trực tiếp tạo lực cản1.1 CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH

Hiên nay ôtô thường dùng hai loại đẫn động phanh chính là thủy lực và khí nén còn dẫn động cơ khí chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và không đản bảo phanh đồng thời các bánh xe Dẫn động điện chỉ dùng cho các đoàn xe

Dẫn động phanh khí neún chỉ dùng cho các xe cởvừa và lớn hoạc những đoàn xe kéo moóc,vớinhững ưu điểm sau:

- Điều khiển nhẹ nhàng,lực điều khiển nhỏ

- Độ tin cậy cao hơn dẫn động thủy lực Nếutrong hệ thống có một chỗ bị rò rỉ thì hệthống vẫn làm việc được

-Dễ phối hợp với các dẫn động và các cơ cấusử dụng khí nén khảc trên ôtô

-Dễ tự động hóa và cơ khí hóa quá trình điều

khiểnTuy vậy nó có một số nhược điểm sau:

-Độ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

-Kích thước cồng kềnh

-Nhiều chi tiết , kết cấu phức tạp

-Gá thanh cao

Đẫn động thủy lực thường được sử dụng rộngrãi trên các xe du lịch, ôtô tải và khách cở nhỏ hoạc làtrên ôtô tải trọng đặc biệt lớn dẫn động loại này luônđảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suât trongdẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các máphanh đồng thời epï sát vào trống phanh ,ngoài ra nócòn có nhưng ưu điểm sau :

-Độ nhạy lớn , thời gian chậm tác dụng nhỏ

-Hiệu suất cao  =(0,8 0,9)

-Kết cấu đơn giản, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

-Yêu cầu về độ kín khít cao vì nếu có một chỗ

bị rò rỉ thì cả hệ thôïng không làm việc được

-Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nênthường dùng cơ cấu trợ lực dẫn đến kết cấuphức tạp.

-Hiệu suất giảm ở nhiệt độ thấp

-Sự giao động áp suất chất lỏng có thể làm chocác đường ống bị rung và mômen phanh khôngổn định

Vậy đối với xe đang thiết kế ta chọn loại dẫn đôngthủy lực vì loại này có những ưu điểm phù hợploại xe mà ta đang thiết kế như đã phân tích ở trên.1.2 CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH

Đối với cơ cấu phanh, thì dẫn động thủy lựcthường dùng các loại như trên hình:

Hình 1.1 Các dạng cơ cấu phanh dẫn động thủy lực

thông dụng:

- Trên hình 1.1a là cơ cấu phanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực Là cơ cấu thuận nghịch, không cân bằng vì guốc trước (theo chiều tiến), có hiện tượng tự siết, guốc sau thì tự tách Do có hiện

tượng tự siết nên hệ số hiệu quả Khq = (116122)00

- Trên hình 1.1b là cơ cấu phanh guốc ép bằng haixilanh thủy lực, guốc hai bậc tự do Đây là loại cơcấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng, hiệu quả phanhcao: Khq = (1,61,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả haichiều, tuy vậy sơ đồ này rất phức tạp

- Trên hình 1.1c là cơ cấu ép bằng hai xilanh thủylực, guốc một bậc tự do Đây là cơ cấu không thuậnnghịch, vì momen sinh ra theo chiều tiến lớn hơn theochiều lùi, cơ cấu này lợi dụng ma sát để tăng hiệuquả phanh theo chiều tiến và giảm một chút theochiều lùi, loại này thường sử dụng ở cầu trước xe dulịch hệ số hiệu quả loại này Khq = (1,61,8) lần so với

sơ đồ 1.1a theo chiều tiến

Ngoài ra còn có một số cơ cấu khác là cơ cấuphanh guốc tự cường hóa, phanh đĩa

Qua việc phân tích các loại cơ cấu trên, để phù hợpvới loại xe ta thiết kế thì tốt nhất ta chọn cơ cấuphanh bánh xe trước như trên hình 1.1c.Tức là cơ cấuphanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực.Còn đối vớibánh sau chon cơ cấu phanh hình 1.1a

1.3.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

1.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng.

Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thống phanhthì xe phải có hai dòng (hai đường dẫn), có cùng cơ

cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh

Hiện nay, đối với hệ thống phanh thì dẫn độngphanh cũng có các loại sơ đố dẫn động khác nhau:

- Trên hình 1.2a phân dòng theo hai cầu,mỗi dòngmột cầu, đơn giản khi một dòng hỏng không gây ramất đối xứng lực phanh Nhưng hiệu quả phanh giảm

đi nhiều có thể nhỏ hơn 50 Nhưng nó có ưu điểm00

kết cấu đơn giản nhất dễ chế tạo nên giá thành rẻ

vì vậy nó được dùng khá phổ biến

- Trên hình 1.2b phân dòng chéo nó có ưu điểmkết cấu tương đối đơn giản Khi một dòng hỏng thìhiệu quả phanh luôn luôn còn 50 , nhưng có hiện00

tượng mất đối xứng lực phanh khi một dòng bịhỏng.Vì vậy loại này ít dùng

- Trên hình 1.2c hai dòng cầu trước, một dòng cầusau Nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quảphanh luôn luôn giữ 5000, không mất đối xứng lựcphanh, nhưng kết cấu phức tạp

- Trên hình 1.2d phân dòng theo hai dòng mỗi dòngcầu trước và nửa cầu sau loại này có ưu điểm khimột trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh còn lớnhơn 50% kết cấu phức tạp, có khả năng mất đốixứng lực phanh

- Trên hình 1.2e phân dòng có hai dòng mỗi dòngcho cầu trước và cho cầu sau phân dòng kiểu này độ

an toàn cao nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệuquả phanh vẫn còn 100%.Dây là loại sơ đồ hoàn thiệnnhất về hiệu quả phanh cũng như sự mất đối xứngvề lực phanh Tuy vậy kết cấu phức tạp nhất

Qua phân tích các sơ đồ trên, để phù hợp với loại

xe ta thiết kế thì tốt nhất chọn sơ đồ 1.2a.Vì có kếtcấu đơn giản, dễ bố trí, giá thành rẻ

e

Hình 1.2 Các sơ đồ dẫn động phanh 1.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh đã chọn.

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực.

1-Bàn đạp phanh, 2-Piston,3- Lò xo; 4- Cơ cấu phanh

trước;

5- Đường dầu trước; 6- Đường dầu sau;

7- Xilanh chính; 8 - Cơ cấu phanh sau;

Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy lực của

dụng lên bề mặt các piston của các cơ cấu phanh 1và

9 Các piston này thắng lực lò xo, đẩy hai má phanh épsát vào trống phanh và tiến hành phanh ôtô, vì trốngphanh gắn chặt với mazơ bánh xe Khi nhả phanh bànđạp, nghĩa là lúc ngắt phanh lò xo kéo phanh về vị tríban đầu Dưới tác dụng của lực lò xo các piston trongxilanh làm việc, sẻ ép dầu trở lại xilanh chính 7

2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.

2.1 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO

CHIỀU DỌC Ở TRẠNG THÁI TĨNH

Gat - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu trước.;

Gas - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu sau;

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

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

L - Chiều dài cơ sở của xe;

Hg - Chiều cao trọng tâm của xe;

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

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

Theo sơ đồ phân tích lực như (Hình 2.1) ta có:

as

G G

L G



.

( 2.1) = 870950.2800950

Vậy tọa độ trọng tâm của ôtô:

Pf2 - Lực cản lăn ở bánh xe sau;

Ppt ,Pps - Lực phanh ở mổi bánh xe trước và sau;

P - Lực cản không khí;

Pj - Lực quán tính sinh ra khi phanh;

L - Chiều dài cơ sở;

Hg, a, b - Tọa độ trọng tâm của ôtô;

Khi phanh bỏ qua lực cản không khí P và lực cảnlăn Pf1và Pf2 Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh chođến vận tốc bằng không, nên Pf1+Pf2 nhỏ hơn rấtnhiều so với Ppt và Pps

Lập phương trình cân bằng momen đối với O1 tacó:

Z2.L+ P jHg - a.G a= 0

 Z2=

L

Hg Pj G

 ( 2.2 )

Lập phương trình cân bằng momen đối với O2tađược:

-Z1.L+P j.Hg+b G a= 0



L

Hg P G b

Z1  . a  j. = ( Hg)

g

J b g

Jp- Gia tốc chậm dần khi phanh, Jp   g ;

- Hệ số bám của bánh xe đối với đường.Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ramột momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu

bằng momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giáthị tối đa Đối với ôtô du lịch   0 , 75  0 , 85 theo tài liệu [1](nếu dẫn động không có trợ lực), ta chọn   0 , 75;

Thay J p   gvào các công thức ( 2.2 ) và ( 2.3 ) tađược công thức tương đương:

Vậy mômen phanh sinh ra ơ cầu trước là: MPt =2786,9[N.m]

và mômen phanh sinh ra ơ cầu sau là: MPs = 1359,93 [N.m]2.3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤUPHANH

2.3.1.Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh.

Theo tài liệu tham khảo [ 3 ] Biết được ki hiệulốp của xe GAZ 24 là (7,35 - 14)ì ( 185 - 335) Nghĩa làbề rộng lốp B=185[mm] và đường kính vành bánh xelà dv = 335[mm]

Vậy bán kính vành bánh xe là: rbv=

Theo số liệu của xe tham khảo ta chọn:

Bề dày trống phanh trườc và trồng phanh saubằng nhau và bằng 7,5[mm]

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh  

20[mm]

Suy ra bán kính trống phanh trước và sau:

rtt = rts = 167,5 - 20 - 7,5

= 140[mm]

2.3.2.Chọn các kích thước s, h t ,  1 ,  2

Chọn các thông số 1, 2, , h, s :

Ta chọn tương tự kết cấu của xe tham khảo

óc đầu của má phanh trước và sau bánh xe trước:=18 0

Góc cuối của má phanh trước và sau bánh xetrước: 2t   2s

Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm

tì cố định của guốc phanh:

Hình 2.3 Sơ

đồ tínhtoánlựccầnthiếttácdụng lên guốc phanh

2.4 TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH

Chiều rộng của má phanh được xác định trên cơ sở đảm bảo áp suất trên bề mặt ma sát và tải trọng riêng quy ước

Aïp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt ma sát phải thỏa mãn điều kiện:

] [

r b

M q

Theo tài liệu tham khảo [ 2 ], khi tính toán có thểthừa nhận hệ số ma sát  0 , 32  0 , 38, chọn= 0,32;

Từ biếu thức ( 2.6 ) suy ra bề rộng má phanh:

b

] [

2

q r

2

180

2

0

q r

b

0

10 2 14 , 3 120 14 , 0 32 , 0 2

180 9 , 2786



= 0,056

t

ps

2

180

2 0

180 93 , 1359

ma, g - Khối lượng toàn bộ của ô tô và giatốc trọng trường;



F - Tổng diện tích của tất cả các máphanh trên ô tô;

Suy ra: p   .3,14

180

120 04 , 0 06 , 0 2 14 , 0 4

10 1280

2,0.104 [Kg/m2 ]

Vậy p = [ Kg/m2 ] < [ p ], thỏa mãn điều kiện

2.5 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN TỰ SIẾT

Hiện tượng tự siết là hiện tượng má phanhtự siết vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát màkhông cần tác dụng của lực dẫn động

Từ công thức: M p A P h B

.

.

2 , 1

2 1

s A

t

= 00,,1411

14 , 3

180 20 138

138

0 0

0 0



 Cos Cos

1 2

= 1 - 0 0

0 0

18 138

18 138

14 , 0

11 , 0



 Sin Sin

.1803,140 = 0,8647

Thay A, B vào (2.10) ta được:

 < 0 , 7355

8647 , 0

636 , 0



Rỏ ràng: = 0,3 < 0,7355 thỏa mãn điều kiện

+ Đối với cơ cấu phanh sau:

2

.

t

= . 138138 18 18 1803,14

14 , 0

11 ,

0 0

0 0



 Cos Cos

1

1

180 18 138

138 18

14 , 0

11 , 0

7355 , 0 8647 , 0

636 , 0







Rõ ràng:   0 , 3  0 , 7355 thỏa mãn điều kiện

2.6 TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ MÀI MÒN

2.6.1.Tính toán mài mòn

Tính mài mòn được tiến hành theo các chỉ tiêu giántiếp là áp suất trung bình trên tấm ma sát của guốctự siết và công ma sát riêng

Xác định nhiệt độ đốt nóng và cường độ mài mònnhư sau:

Aïp suất trung bình trên má phanh được tính theocông thức:

M

[ qtb ] (2.11)Trong đó:

+ Đối với phanh trước, momen cần sinh ra ở mỗi

2

9 , 2786

2 / 45 , 1393

0

0 2



= 891713,85[N.m = 0,892 [MPa]

Vậy qtb  0 , 892MP a 2MP a thỏa mãn điều kiện

+ Đối với bánh xe sau, momen cần sinh ra ở mỗi cơcấu phanh:

93 , 1359 2

p

M M

2 / 965 , 679

0

0 2



= 690527,3 [N.m]

= 0,69 [MPa]

Vậy qtb  0 , 69MP a  2MP a thỏa mãn điều kiện

Công ma sát riêng l ms bằng tỉ số giữa công ma sátsinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ cực đại đến dừng vàtổng diện tích F của tất cả các má phanh

 ms

a a

F

V m



2

ma- Khối lượng toàn bộ của xe;

V0- Vận tốc khi bắt đầu phanh;

Để kiểm tra công ma sát ta xét xe chạy với tốcđộ cực đại V0145Km h, tương ứng với V040.27m s

117 , 0 2

27 , 40

2.6.2 Tính toán nhiệt.

Tính toán nhiệt nhằm hạn chế không cho nhiệtđộ trống phanh tăng quá giới hạn cho phépvà tiếnhành như sau Trong quá trình phanh động năng của xechuyển thành nhiệt năng đốt nóng trống phanh vàmột phần tỏa ra ngoài không khí Do đó theo định luậtbảo toàn năng lượng có thể viết:

      

t t t

c t

2

.

2   (2.13) Trong đó:

Gc, g - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu được tính khi phanh và gia tốc trọng trường;

+ Đối với cầu trước của xe hai cầu:

Gc= Z1= 11986,7[N].

+ Đối với cầu sau của xe hai cầu:

Gc= Z2 = 5849,2[N]

V1- Tốc độ đầu quá trình phanh ôtô;

V2 - Tốc độ cuối quá trình phanh ôtô;

Ft - Diện tích tản nhiệt của trống phanh;

K - Hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh vàkhông khí;

t - Thời gian phanh;

m t- Khối lượng các trống phanh và các chi tiết liên quan bị nung nóng;

Hình 2.4 Sơ đồ

tính toán trôngphanh:

Theo mục (2.3.1) ta có :

Bề dày trống phanh   7 , 5mm.Bán kính trống phanh r t  140mm Bề rộng trống phanh bt ta chọn dựa trên cơ sởbề rộng má phanh đã tính, chọn b t bằng bề rộngmá phanh cộng với độ dôi ra hai bên má phanh mỗi bênkhoảng 10[mm]

0

  là phần năng lượng tỏa ra khiphanh ngặt trong thời gian ngắn nên nhiệt lượngtruyền ra môi trường không đáng kể, nên ta có thể bỏqua Trên cơ sở đó có thể xác định lượng tăng nhiệtđộ của trống phanh trong một lần phanh như sau:

C m g

V V G

t

c c

2

2 2

2



 (2.15)

Theo tài liệu tham khảo [ 2 ], sự tăng nhiệt độcủa trống phanh khi phanh từ tốc độ ban đầu V1 =8,333m/s cho đến khi dừng hẳn V2 = 0 không vượt quá

150C

Thay giá trị vào công thức (2.15 ) ta được:

+ Đối với cầu trước:

ct



 = .8 , 33 2

482 2 4 8 , 9 2

8 , 9 / 7 , 19186

=2,1390C+ Đối với cầu sau:

33 , 8 482 2 , 4 8 , 9 2

8 , 9 / 5849



 cs

= 1,04370CKiểm tra điều kiện thấy  ct và  cs đều thỏa mãnđiều kiện

2.7 XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN THIẾT

Sau khi đã tính được momen phanh cần sinh ra vàcác kích thước của cơ cấu phanh ta dễ dàng xác địnhlực ép cần thiết tác dụng lên guốc phanh

Hình 2.5 Sơ đồ tính lực ép lên các guốc phanh

Theo tài liệu tham khảo [ 2 ], đối với dẫn độngphanh thủy lực có các guốc phanh đối xứng thì lựcép được tính:





2

2 2 2

h A

B A

Đã tính được ở mục (2.5)

+ Từ đó ta xác định được lực ép tác dụng lên guốcphanh trước và sau là :





2

2 2 2

h A

B A

M

P t  pt 

2 2

2 0 , 3 0 , 8647 636

, 0 3 , 0 21 , 0 636 , 0 2

2 / 9 , 2786

2 2 2

h A

B A

M

P ps s





= 0 , 636 2 0 , 3 2 0 , 8647 2

3 , 0 21 , 0 636 , 0 2

2 / 93 , 1359



=2825,5[N]

3.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH.

3.1 TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XI LANH BÁNH XE VÀ XI LANHCHÍNH

a Xác định đượng kính xi lanh banh xe

Theo tài liệu tham khảo [ 2 ], đường kính xilanhbánh xe được tính theo công thức sau:

P - Aïp suất cực đại cho phép của chấtlỏng trong dòng dẫn động; Aïp suất này càng cao thìkết cấu dẫn động càng gọn, nhưng yêu cầu đối vớicác ống dẫn và vấn đề làm kín lại khắt khe hơn,nhất là các đoạn ống mềm bằng cao su và các chỗnối ghép

Hình 3.1 Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực

1 Bàn đạp phanh; 2 Xilanh chính; 3 Xilanh bánh xe; 4 Đường ống dẫn;

-+ Đối với bánh xe trước lực ép tác dụng lênguốc phanh đã tính được là: P = 5790[N]

Thay giá trị vào (3.1) ta được: