Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho ô tô tải 7 tấn

Theo kết cấu của cơ cấu phanh - Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc - Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa - Hệ thống phanh dẫn động có cướng hóa 1.1.3.5.. Cơ cấu phanh đĩa Các bộ phận c

Ngày nộp Nhận xét của giáo viên Kiểm duyệt

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 4

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh 4

1.1.1 Công dụng 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 4

1.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống phanh 4

1.2.1 Cơ cấu phanh 5

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh 7

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH 15

2.1 Xác định lực momen xoắn tác dụng lên chi tiết 15

2.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm của xe theo chiều dọc 15

2.1.2 Xác định momen phanh 17

2.1.3 Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh 19

2.1.4 Tính toàn bề rộng má phanh 22

2.1.5 Tính toán nhiệt và mài mòn 24

2.2 Tính toán thiết kế các chi tiết, cụm, hệ thống 28

2.2.1 Tính đường kính xi lanh bánh xe và xi lanh chính 28

2.2.2 tính hành trình và tỷ số truyền bàn đạp 30

2.2.3 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực 31

2.2.4 Phân tích, chọn và tính toán trợ lực yêu cầu của xe thiết kế 33

2.3 Tính kiểm nghiệm bền của tang trống 34

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 37

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô - máy kéo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ về tốc độ phát triển của nền kinh tế của một quốc gia Ngày nay, các phương tiện vận tải ngày càng pháttriển và hiện đại, đặc biệt là ngành ô tô đã có những vượt bậc đáng kể Các thành tựu kỹ thuật mới như điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật bán dẫn cũng như các

phương pháp tính toán hiện đại đều được áp dụng trong ngành ô tô

Ở nước ta hiện nay, các xe ô tô đang lưu hành chủ yếu là của nước ngoài, được lắpráp tại các nhà máy liên doanh và cũng có một phần là xe nhập cũ, các loại xe trên rất đa dạng về chủng loại và mẫu mã cũng như chất lượng Trong các loại xe trên thì xe tải đóngmột vài trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế đất nước Xe tải phục vụ chủ yếu trong các ngành khai khoáng, xây dựng, vận tải hàng hóa Với đặc thù của địa hình Việt Nam với 70% diện tích là đồi núi Đường xá thường là khó khăn có nhiều dốc cao và dài, trong khi đó xe lại thường xuyên chở quá tải Do đó yêu cầu phải có một hệ thống phanh tốt đảm bảo an toàn quá trình vận tải, đồng thời cũng nâng cao được hiệu quả phanh và

ổn định phanh

Trên cơ sở đó em được giao đề tài: " Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho ô tô tải

7 tấn"

Nội dung đề tài bao gồm:

- Tìm hiểu kết cấu hệ thống phanh trên ô tô

- Tính toán, thiết kế hệ thống phanh

- Tính toán khảo sát quá trình phanh ô tôVới sự cố gắng nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành công việc của đồ án môn

học Em xin chân thành cảm ơn thầy GVCN/CVHT Vũ Thế Truyền đã giúp đỡ hướng

dẫn tận tình cũng như tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án

Thái Nguyên, Ngày 9 tháng 12 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Quốc Hưng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh

- Cơ cấu thoát nhiệt tốt

- Có khả năng phanh ô tô khi đứng trong thời gian dài

1.1.3 Phân loại

1.1.3.1 Theo công dụng

- Hệ thống phanh chính ( phanh chân)

- Hệ thống phanh dừng ( phanh tay)

- Hệ thống phanh dự phòng

- Hệ thống phanh chậm dần( phanh bừng động cơ, thủy lực, hoặc điện tử)

1.1.3.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

- Hệ thống phanh dẫn động có cướng hóa

1.1.3.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS)

1.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống phanh

Hệ thống phanh ô tô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanh chính thướng là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân, còn phanh dừng thường là phanh tay Phanh tay thường được bố trí ở ngay sau trục thứ cấp của hộp số hoặc bố trí ở các bánh xe

Việc dung cả hai phanh đảm bảo độ an toàn của ô tô khi chuyển động và dừng hẳn hệ thống phanh có hai phần cơ bản đó là cơ cấu phanh và dẫn động phanh

1.2.1 Cơ cấu phanh

1.2.1.1 Cơ cấu phanh đĩa

Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm

- Một đĩa phanh được lắp với mayo của bánh xe và quay cùng bánh xe

- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xi lanh bánh xe

- Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi các piston của xi lanh bánh xe

Có 2 loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loiaj giá đỡ di động

 Loại giá đỡ cố định

Loại này được đặt cố định trên dầm cầu Trên giá đỡ bố trí hai xi lanh bánh xe ở hai phía của phanh đĩa Trong xi lanh có piston, mà một đầu của nó luôn tì vào các

má phanh Một đường dầu từ xi lanh chính

Khi đạp phanh, dầu từ xi lanh chính qua ống dẫn đến cá xi lanh bánh xe đẩy pistonmang các má phanh ép vào 2 phía của đĩa phanh thực hiện phanh bánh xe

Khi thôi phanh dưới tác dụng của lò xo hồi vị bàn đạp phanh được trả về vị trí ban đầu, dầu từ xilanh bánh xe sẽ trở về xi lanh chính, tách má phanh khỏi đĩa phanh kết thúc quá trình phanh

 Loại giá đỡ di dộng

Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di chuyển ngang được trên 1 số chốt cốđịnh với dầm cầu Trong giá đỡ di dộng người ta chỉ bố trí 1 xi lanh bánh xe với 1 piston tì vào 1 má phanh Má phanh ở phía đối diện được gá trực tiếp trên giá đỡBình thường khi chưa có phanh do giá đỡ có thể di chuyển ngang trên chốt nên nó tự lựa chọn 1 vị trí sao cho khe hở giữa cá má phanh với đĩa phanh 2 bên là như nhau Khi đạp phanh dầu từ xi lanh chính theo ống dẫn vào xi lanh bánh xe Piston sẽ dịch chuyển để đấy má phanh ép vào đĩa phanh Do tính chất của lực và phản lực kết hợp với kết cấu tự lựa của giá đỡ nên giá đõ mang má phanh còn lại cũng tác dụng 1 lực lên đĩa phanh theo hướng ngược lại với lực của má phanh do piston tác dụng kết quả

là đãi phanh được ép bởi cả 2 má phanh và quá trình phanh bánh xe đc thực hiện

1.2.1.2 Cơ cấu phanh guốc

 Cấu tạo

a Cơ cấu phanh đối xứng qua trục mở guốc phanh bằng cam

1, Guốc phanh; 2- lò xo phanh; 3- bầu phanh; 4- giá đỡ đầu phanh; 5- đòn trục cam; 6- cam ép; 7- lò xo lá; 8- má phanh; 9- trống phanh; 10- chốt guốc phanh

b Cơ cấu phanh đối xứng qua trục mở guốc phanh bằng xi lanh thủy lực

1, Chụp cao su chắn bụi; 2- xi lanh; 3- mâm phanh; 4- lò xo; 5- tấm ép; 6- guốc phanh; 7- má phanh

 Nguyên lý hoạt động

Khi đạp phanh lên bàn đạp phanh, qua hệ thống đòn bẩy dẫn động sẽ làm quay cam phanh đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh, do đó giữa trống phanh và má phanh sẽ xuất hiện lự ma sát, tạo ram omen phanh cản trở sự quay của bánh xe Vì vậy giữa bánh xe và amwtj đường xuất hiện lực phanh Khi thôi tác dụng bàn đạp phanh, cam phanh xoay về vị trí ban đầu, lò xo sẽ kéo guốc phanh tách khỏi trông phanh Quá trình phanh kêt thúc

+ khó dảm bảo sự phân bố phanh cần thiết giữa các cơ cấu

Vì vậy nên dẫn động cơ khí không sử dụng hệ thống phanh chính mà sử sụng ở hệ thống phanh dừng

Đòn quay một đầu được liên kết bản lề với phía trên của một guốc phanh, đầu dưới liên kết với cáp dẫn động Thanh nối liên kết một đầu với đòn quay một đầu với guốc phanh còn lại

Khi điều khiển phanh tay thong qua hệ thống dẫn động, cáp kéo một đầu của đòn quay quay quanh liên kết bản lề với phái trên của guốc phanh bên trái Thông qua thanh nối mà lực kéo ở đầu dây cáp sẽ chuyển thành lực đẩy từ chốt bản lề của đòn quay vào guốc phanh bên trái và lực đẩy từ thanh kéo vào điểm tựa của nó trên guốc phanh bên phải, do đó 2 guốc phanh được bung ra om sát trống phanh thực hiện phanh bánh xe

 Ưu điểm: + độ tin cậy làm việc cao

+ đọ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài

 Nhược điểm: + hiệu suất truyền lực không cao

+ thời gian phanh lớn

+ Kết cấu đơn giản

+ Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

Khi đạp phanh, một lực sẽ đẩy piston của xi lanh chính, do đó áp suất dầu sẽ tang lên

và thắng lực lò xo đồng thời tiến hành ép guốc phanh vào với trống phanh

Khi buông phanh, các lò xo hồi vị của piston làm piston trở về vị trí cũ, đồng thời nó kéo theo guốc phanh về vị trí ban đầu

+ Không tạo được lực đẩy guốc phanh lớn

1, Máy nén khí, 2- bầu lọc khí, 3- bộ điều chỉnh áp suất, 4- đồng hồ áp suất, 5- bànđạp phanh, 6- van an toàn, 7- bình chứa khí, 8- van phân phối, 9- bầu phanh, 10- cam phanh, 11- lò xo cơ cấu phanh, 12- guốc phanh

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng nhiều trên ô tô vận tải trung bình, lớn và dặc biệt lớn Để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng khí nén, lực tác dụng của người lên bàn đạp chỉ để mở tổng van phanh do đó giảm được sức lao động Tùy theoliên kết của xe romooc mà dẫn động phanh khi nén có thể 1 dòng hoặc 2 dòng

Khi đạp phanh khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến các bầu phanh, qua màng phanh tác động lên ty đẩy, ty đẩy tác động lên đòn quay làm xoay cam phanh của cơ cấu phanh, ép sát guốc phanh vào trống phanh thực hiện quá trình phanh xe

Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn dạp phanh, khôngphải sử dụng dầu phanh nhưng độ nhạy kém( thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí

bị nén khi chịu lực

a Dẫn động phanh khí nén 1 dòng

1, máy khí nén, 2- van điều chỉnh áp suất, 3- bình chứa khí nén, 4- van điều khiển, 5- đường ống dẫn khí, 6- các bầu phanh

Khí trời được hút vào máy nén khí, qua van điểu chỉnh áp suất và tới bình chứa khí nén, sau đó khí nén được dẫn tới trực ở van điều khiển

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp sẽ điều khiển mở van, dòng khí nén từ van đi vào đường ống dẫn tới các bầu phanh để thực hiện quá trình phanh

Khi nhả bàn đạp, van đóng, ngắt liên hệ giữa bình chứa khí với các bầu phanh, đồng thời

mở đường ống ở van thông với không khí bên ngoài ngoài, khí nén từ bầu phanh thoát ra

và lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu kết thúc quá trình phanh

 Ưu điểm

+ Điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

+ Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô

+ Có thể sử dụng không khí nén cho bộ phaanh làm việc như hệ thống treo loại khí

 Nhược điểm

+ Độ chậm tác dụng lớn so với dẫn động thủy lực

+ Số lượng các cụm khá nhiều, kích thước, trọng lượng khá lớn, giá cao

+ Không đảm bảo độ an toàn và tin cậy

b Dẫn động phanh khí nén 2 dòng

1, máy nén khí, 2- bộ chia dòng; 3,4- các bình chứa, 5- van điều khiển; 6,7 đường ống dẫn khí nén; 8,9- các cầu phanh trước sau

Khí nén từ máy nén khí đi tới bộ chia dòng và được đưa tới bình chứa sau đó tục trực nằm ở van điều khiển.khi tác dụng lực vào bàn đạp thì khí nén từ van điều khiển được chia ra 2 dòng Dòng khí nén theo đường ống dẫn để tới các bầu phanh( để phanh các bánh xe trước và sau)

Với kết cấu như vậy, nó đảm bảo an toàn và tin cậy cao, song Kết cấu phức tạp, trang thiết bị cồng kềnh

c Dẫn động phanh liên hợp

Dẫn động phanh liên hợp là liên kết giữa thủy lực và khí nén trong đó phần thủy lực

có kết cấu gọn nhẹ dảm bảo độ nhậy, phanh cùng 1 lúc được tất cả cá bánh xe

Khi tác động lực vào bàn đạp phanh để mở van phanh, lức này khí nén từ bình chứa đi vào hệ thống qua van phân phối đến các xilanh chính

Từ xilanh chính, lực tác động của dòng khí có áp suất cao đẩy piston thủy lực tạocho dầu có áp suất cao đi vào xilanh bánh xe thực hiện quá trình phanh, van bảo vệhai ngả có tác dụng tác dòng khí thành hai dòng riêng biệt và tự động ngắt 1 dòng

khí nào đó bị hỏng để duy trì sự làm việc của dòng không hỏng

+ Khi sử dụng hệ thống thì giá thành rất cao

 Chọn phanh guốc cho cả cầu trước và cầu sau

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

2.1 Xác định lực momen xoắn tác dụng lên chi tiết

Số liệu cho trước

Loại ô tô: Xe tải

Loại động cơ: Diesel

Trọng lượng xe: G o= 3500 KG

Trọng lượng xe phân bố cầu trước: G ot= 1800 KG

Trọng lượng xe phân bố cầu sau: G os= 1700 KG

Trọng lượng xe đầy tải: G a= 7000 KG

Trọng lượng phân bố cầu trước: G at= 2100 KG

Trọng lượng phân bố cầu sau: G as= 4900 KG

Công suất có ích cực đại: Ne max = 100kW

Số vòng quay: n N= 2800 V/ph

Momen xoắn cực đại: Me max= 370N.m

Số vòng quay tại vị trí monem: n M= 1800 V/ph

2 2

Trong đó:

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều như hình vẽ

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

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

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

Z2- Phản lực từ mặt đường lên bánh 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 độ trọng tâm của xe;

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

Theo sơ đồ phân tích lực hình 2.1 ta có:

P j- 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 w và lực cản lăn Pf1và Pf2 Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh cho đến vận tốc bằng không, nên Pf1+Pf2 nhỏ hơn rất nhiều

so với Ppt và Pps

Lập phương trình cân bằng momen đối với O1 ta có:

Z2 .L + P j Hg - a. G a = 0

⇒ Z2 =

a G a−Pj Hg L

Jp - Gia tốc chậm dần khi phanh, Jp = φ.g ;

φ - Hệ số bám của bánh xe đối với đường Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tối đa Đối với ôtô tải và khách do khó bố trí cơ cấuphanh trong bánh xe, nên thường lấy: φ = (0.62 ÷0.65), du lịch và xe conφ = (0.6 ÷0.65)

Vậy momen cần sinh ra ở cầu trước và cầu sau là:

Bề dày trống phanh trước và trống phanh sau bằng nhau và bằng 10[mm]

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh bằng 20[mm]

2.1.3.3 Momen phanh do cơ cấu cầu sau sinh ra

Kiểu cơ cấu phanh ở cầu sau là kiểu trống guốc với hai guốc có cùng chung cơ cấu ép là xilanh kép

Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đơn giản nhất, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng thẳng đứng Tuy nhiên momne ma sát được tạo ra bởi các guốc sẽ cóc giá trị khác nhau do tính chất tách/ siết của các guốc đối với tang trống phụ thuộc vào chiều quay bánh xe

Công thức xác định momen ma sát của hai guốc phanh tác dụng lên tang trống

+ Với guốc tự siết ( lực ép P1 từ piston quay cùng chiều với chiều tang trống)

Sơ đồ tính toán lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh.

2.1.4 Tính toàn bề rộng má phanh

Bề rộng của má phanh được xác định trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, tỷ số trọng lượng toàn bộ của ô tô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh

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

q= M p

μ b r

t2 β≤[q ]

(2.6)Trong đó:

Mp- Momen phanh;

rt - Bán kính trống phanh;

b – Bề rộng má phanh;

μ - Hệ số ma sát

[q] - Áp suất cho phép của bề mặt ma sát má phanh

Khi tính toán có thể thừa nhận hệ số ma sát µ =0,32÷0,38 với xe tải và xe khách, xe du lịch và xe con µ= 0,3÷0,38 → Chọn μ = 0,32

Áp suất cho phép trên bề mặt má phanh phụ thuộc bởi nguyên liệu má phanh và trống phanh.Áp suất này thay đổi trong giới hạn rộng Đối với các má phanh hiện nay dùng choôtô áp suất trung bình cho phép khi phanh với cường độ cực đại nằm trong giới hạn từ 1,5

÷2 MN/m2 Chọn [q] = 2.10^6 (N/m2)

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

G a, g - Khối lượng toàn bộ của ô tô và gia tốc trọng trường;

F ∑ = Ft+Fs - Tổng diện tích của tất cả các má phanh trên ô tô;

Mà theo trên ta có: Ft = Fs = 4..(/1800.)b.r →F ∑ = 2 Ft = 2.[4.90.0,03 0,16 π/180] = 0,06m2



→ p = 7000.100,06 = 116666,667 (KG/ m2) (tmđk)