thuyết minh đồ án thiết kế hệ thống phanh

Đồ án môn học : Thiết kế ô tô CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 1.1 Công dụng : Hệ thống phanh dùng để: -Giảm tốc độ ô tô máy kéo dừng hẳn đến tốc độ cần thiết -Ngồi ra, hệ thống phanh có nhiệm vụ giữ cho tô máy kéo đứng yên chỗ mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang thời gian không hạn chế - Hệ thống phanh ô tô đảm bảo cho chuyển động an tồn tơ chế độ làm việc, nhờ phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ khả vận chuyển ô tơ, máy kéo 1.2 u cầu : Để thực tốt công dụng nêu hệ thống phanh hệ thống phanh cần phải 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 tồn cho hành khách, hàng hóa - Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên cần thiết thời gian khơng hạn chế - Đảm bảo tính ổn định điều khiển ô tô máy kéo phanh - Khơng 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 - Cơ cấu phanh phải có khả nhiệt tốt - Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 1.3 Phân loại : - Phân loại theo dạng phần tử ma sát chia ra: Phanh guốc ; Phanh đĩa ; Phanh dải a) c) b) Hình 1.3 sơ đồ nghuyên lý loại phanh a- Pha A a - Phân loại theo vị trí bố trí cấu phanh mà chia ra: Phanh bánh xe ; Phanh truyền lực - Phân loại theo phương thức dẫn động: Phanh khí ; Phanh thủy lực ; Phanh khí nén ; Phanh liên hợp phanh điện từ ( kết hợp loại phanh) 1.4 Kết cấu hệ thống phanh: Hệ thống phanh có hai phần kết cấu SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô - - Cơ cấu phanh: Là phận trực tiếp tạo lực cản Trong trình phanh động ôtô biến thành nhiệt cấu phanh tiêu tán môi trường Dẩn động phanh: Để điều khiển cấu phanh 1.4.1 Cơ cấu phanh Là phận trực tiếp tạo lực cản làm việc the nguyên lý ma sát, kết cấu cấu phanh củng có hai phần là: Các phần tử ma sát cấu ép Ngoài ra,cơ cấu phanh có số phận phụ như: Bộ phận điều chỉnh khe hở bề mặt ma sát, phận để xã khí dẩn động bắng thủy lực 1.4.1.1 Cơ cấu phanh trống-guốc : Thành phần cấu tạo: Đây cấu phanh sử dụng phổ biến Cấu tạo gồm: Trống phanh; guốc phanh; mâm phanh; cấu ép; phận điều chỉnh khe hở xả khí(chỉ có dẩn động thủy lực) Các sơ đồ cấu phanh trống-guốc thơng dụng : Hình 1.4 cấu phanh thông dụng sơ đồ lực tác dụng: a- Ép cam; b- Ép thủy lực; c- Hai xi lanh, guốc phanh bậc tư do; d- Hai xi lanh ép, guốc phanh SVTH: Lê Hồng Phi a) b) c) Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý loại phanh a- Phanh trống-Guốc; b- Phanh đĩa; c- Phanh d¶i Đồ án mơn học : Thiết kế ô tô Để đánh giá chất lượng cấu phanh cho sơ đồ người ta sử tiêu: Tính thuận nghịch, tính cân bằng, hệ số hiệu dụng - - Sơ đồ hình 1.4 a: có tính thuận nghịch tụ cân Sơ đồ hình 1.4 b: có tính thuận nghịch khơng cân Sơ đồ hình 1.4 c: khơng thuận nghịch tụ cân bằng, với sơ đồ dạng kết cấu cho phép tăng hiệu phanh xe chạy tiến lên 1,6-1,8 lần so với hai loại chạy lùy hiệu phanh sẻ thấp Sơ đồ hình 1.4 d: vừa có tính thuận nghịch , vừa cân , hiệu phanh cao xe chuyển động tiến chuyển động lùi kết cấu phức tạp Để nâng cao hiệu phanh người ta sử dụng cấu phanh tự cường hóa, tức cấu mà cho phép lợi dụng lực ma sát má phanh trống phanh để tăng lục ép , tăng hiệu phanh cho má Sơ đồ hình Hình 1.4.1 Cơ cấu Kết cấu phận chính: -Trống phanh: chi tiết có độ cứng vững cao, chịu mà mòn nhiệt dung lớn, nên ôtô tải khách tải trọng trung bình lớn , trống thường đúc gang xám hay gang hợp kim, : Niken, Mơlípđen, Đồng Titan Xe tải nhỏ thường sử dụng trống phanh kết cấu ghép SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô a- Đúc liền; a) b) Hình 1.4.2 Các loại trồng phanh b,c- Ghép; 1- Đĩa thép; 2- Vành gang c) c) SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô -Guốc phanh: Có thể chế tạo phương pháp đúc hàn dập, guốc phanh gắn má phanh ( gắn phương pháp đinh tán dán) Trên hình 1.4.3 kết cấu guốc phanh: Hình 1.4.3.: 1- Đinh tán; 2- Má phanh; 3- Xương guốc; 4- Gân tăng cường; 5- Đầu tỳ - - Mâm phanh: Là chi tiết có dạng đĩa, dập từ thép đúc gàng bắt chặt vào dầm nhờ bu lông Là nơi lắp đặt định chi tiết khác cấu phanh Cơ cấu ép : có ba loại tùy thuộc kiểu dẩn động : xi lanh thủy lục , cam , chêm (hình 1.4.4) Hình 1.4.4 Các loại cấu ép a- Cam ép; b- Xi lanh thủy lục; c- Chêm ép; SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô -Bộ điều chỉnh khe hở: má phanh trống phanh làm việc cần có khe hở tối thiểu , khoảng 0,2-4 mm phanh nhả hồn tồn Khe hở q trình làm việc sẻ tăng lên má phanh bị mòn, làm hành tăng hành trình cấu ép, cần phải điều chỉnh khe hở để tránh tượng Để điều chỉnh khe hở ta điều chỉnh tay điều chỉnh tự động 1.4.1.2 Cơ cấu phanh đĩa : Cấu tạo phanh đĩa gồm: ma phanh; piston; má kẹp; đĩa phanh a) b) Hình 1.4.5 Sơ đồ nguyên lý làm cấu phanh đĩa Vị trí bố trí má kẹp đường kính thẳng đứng bánh xe ảnh hưởng nhiều đến giá trị tải trọng tác dụng lên ổ trục hình 1.4.5b hai phương án bố trí má kẹp Rỏ ràng : RG’ =Z + 2fNcos ; R G’’ =Z - 2fNcos Tức R G’ > RG’’ Hay bố trí má kẹp phía sau tâm bánh xe( tính theo chiều chuyển động ô tô) sẻ giảm tải trọng thẳng đứng lên ổ trục 1.4.2 Dẩn động phanh Đối với hệ thống phanh làm việc ô tô, người ta chủ yếu sử dụng hai loại dẩn động là: Dẩn động thủy lực , dẩn động khí nén Ngồi có loại dẩn động khác dẩn động khí , dẩn động điện sử dụng cho xe kéo móoc, củng SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô Ở ta xét dẩn động thủy lực dẩn đơng khí nén Vì hai đẩn động đảm bảo cho việc phanh bánh xe đồng thời 1.4.2.1 Dẩn động thủy lực a) Ưu nhược điểm Dẩn động thủy lực có ưu điểm : - Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ( 0,2-0,4s ) Luôn phanh đồng thời bánh xe Hiệu suất cao ( 0,8-0,9) Kết cấu đơn giản, khối lượng, kích thước, giá thành thấp Có dùng nhiều xe mà thay đổi cấu phanh Dẩn động thủy lực có nhược điểm: - Yêu cầu độ kính khích cao Khi có chổ dòng dẩn động bị rồ rỉ dòng hiệu phanh Lực tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường dử dụng trợ lực để giảm lực đạp Làm cho kết cấu phức tạp Sự dao động áp suất dầu làm việc làm cho đường ống bị rung động mô men phanh không ổn đinh Hiệu suất giảm nhiều nhiệt độ thấp b) Các sơ đồ dẩn động Theo loại lượng sử dụng người ta chia thành : - Dẩn động tác dụng trục tiếp: cấu phanh điề khiển trực tiếp lực tác dụng người lái Hình 1.4.6 Dẩn động thủy lực tác dụng trực tiếp 1,8-Xi lanh bánh xe; 2,7- Dòng dẩn động; 3,4- piston xi lanh chính; 5- bàn đạp; 6- Xi lanh - Dẩn động tác dụng gián tiếp: Cơ cấu phanh dẩn động phanh phần nhờ lực người lái phần nhờ trợ lực SVTH: Lê Hồng Phi Hình 1.4.8 Dẩn động dùng bơm tích Đồ án mơn học : Thiết kế tơ Hình 1.4.7 Dẩn động thủy lực trợ lực khí nén Bàn đạp; 2- Đòn; 3- Cụm van phân phối; 4- Bình chứa khí nén; 5- Xi lanh trợ lực; 6- Xi lanh chính; 7,9- Đường dầu dẩn động ; 8,10- Xi lanh bánh xe - Dẩn động dùng bơm tích năng: Lực tác dụng lên toàn cấu phanh hoàn toàn nhờ áp lực chất lỏng cung cấp từ bơm tích thủy lực 1-Bàn đạp; 2- Xi lanh chính; 3,4- van phân phối; 5,6- xi lanh bánh xe; 7,9- Bình tích thủy lực; 8- Bộ điều chỉnh áp suất tự động; 10- Van an toàn; 11- Bơm dầu SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế tơ 1.4.2.2 Dẩn động khí nén a) ưu nhược điểm : Ưu điểm: - 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 rơ móoc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén… -Dễ khí hóa, tự động hóa q trình điều khiển dẫn động Nhược điểm: - Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn - Do bị hạn chế điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc khí nén thấp ÷ chất lỏng dẫn động thủy lực tới 10 15 lần nên kích thước khối lượng dẫn động lớn - Số lượng cụm, chi tiết nhiều - Kết cấu phức tạp giá thành cao b) sơ đồ dẩn động khí nén: Đối với xe khơng kéo móoc sẻ có sơ đồ dẩn động khí nén sơ đồ sau Hình 1.4.9 Sơ đồ dẩn động phanh khí nén 1-Máy nén khí; 2- Van an tồn; 3- Bộ điều chỉnh áp suất; 4- Bộ lăng lọc tách ẩm; 5- Van bảo vệ kép; 6,10- Bình chứa khí nén; 7,9- Bầu phanh xe; 8- Tổng van phân phối SVTH: Lê Hồng Phi 10 Đồ án môn học : Thiết kế ô tô x1 , x2 - hành trình dịch chuyển piston cơng tác cấu phanh x1 x2 x cầu trước/sau Mục 4.1 có = = = 0,4[mm]; số theo thông số x để xác định số lượng hai piston công tác cấu phanh n1 , n2 - tương ứng số lượng trục bánh xe cầu trước/sau Với xe du lịch n = n = d1 , d -lần lượt đường kính xy-lanh cơng tác cấu phanh cầu d1 d2 trước, cầu sau; ta có: = 36[mm]; = 24[mm] Chỉ số bên ngoặc đơn xác định có hai cấu phanh trục bánh xe trước/sau δ1 , δ - khe hở thơng dầu xy-lanh trạng thái δ1 = δ = 1,5 [mm] không phanh ứng với dòng trước/sau Có thể chọn : K - hệ số tính đến độ đàn hồi hệ thống Thường K Chọn K = 1,05 ≈ ÷ 1,05 1,07 d dk - đường kính xy lanh dầu điều khiển đóng mở van trợ lực phanh chân khơng Dc - đường kính xy lanh Với kiểu trực tiếp d dk =1 Dc δ dk - khoảng dịch chuyển piston trợ lực để điều khiển đóng mở δ dk = [mm] van trợ lực chọn Thế tất thơng số vào (4.4), ta có: 32 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô   2.0, 4.10 −3.2.0, 036 2.0, 4.10 −3.2.0, 024   −3 −3 −3 h =   + + 1,5.10 + 1,5.10 + 1.10 ÷ ÷ 2 ÷.1, 05 0, 032 0, 032    = 8, 45.10−3 [m] 4.3.2 Hành trình tỷ số truyền bàn đạp phanh Đòn bàn đạp phanh có nhiệm vụ truyền lực đạp lái xe lên piston xylanh Vì dịch chuyển đầu bàn đạp phanh xác định: Hình 4.2 : sơ đồ tính hành trình bàn đạp Sbd = ( h + δ K ).ibd (4.5) Trong đó: h - hành trình dịch chuyển piston xy-lanh chính; δ - khe hở cần thiết cần đẩy piston xy-lanh ; ibd - tỷ số khuếch đại lực từ bàn đạp đến piston xy-lanh chính, thường gọi tỷ số truyền bàn đạp 33 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô Thay công thức tính hành trình dịch chuyển piston xy-lanh h (4.4) vào công thức (4.5) với điều kiện giá trị hành trình bàn đạp lớn cấu Sbd ÷ phanh đĩa khơng vượt q giá trị cho phép [ ] = 60 100[mm] ( h + δ K ).ibd ∈ [Sbd ] (4.6) Chọn [ Sbd ] = 90[mm] với khe hở ibd = δ = 0,5[mm] tỷ số truyền bàn đạp: 90 = 11,3 (7, 45 + 0,5.1, 05) Hành trình làm việc thực tế bàn đạp xác định cho khe hở δ1 = δ = δ dk = δ = tương ứng hành trình khơng tải không; tức [mm] Slv = ibd hlv (4.7)   2.0, 4.10 −3.2.0, 036 2.0, 4.10−3.2.0, 024 hlv =   + 0, 032 0, 032  Nên:   −3 1, 05 = 2,95.10 [m] ÷.2 ÷ ÷   Slv = ibd hlv = 11,3.2,95 = 33,34 [mm] 4.4 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh 4.4.1 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh chưa tính trợ lực Lực cần thiết phải tác dụng lên bàn đạp phanh để thực trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn yêu cầu sau: 34 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô Pbd ≥ π Dxl2 pd 4.ibd ηbd η xl (4.8) Dxl Trong đó: - đường kính xy-lanh cung cấp dầu cho xy-lanh cơng Dxl = Dc = 0.032 [m] tác ( dẩn động trục tiếp ) pd - áp suất làm việc dầu hệ thống ( chọn pd = 10[MN/m2]) ηbd - hiệu suất bàn đạp, kể đến tổn thất truyền lực tính từ ηbd = 0,85 ÷ 0,9 ηbd bàn đạp đến piston xy-lanh ( ) Chọn =0,9 ηd - hiệu suất thủy lực xét đến tổn thất truyền lực ma sát ηd = η xl = 0,92 ÷ 0,95 ηd piston với xy-lanh ( ) Chọn =0,95 Thế số vào cơng thức (4.8) ta có lực đạp cần phải tác dụng chưa tính đến trợ lực: π 0,0322.10.106 Pbd ≥ = 832 [N ] 4.11,3.0,9.0,95 Để đảm bảo tính an tồn lực bàn đạp lớn lực bàn đạp cho phép: Pbd ≤ [ Pbd ] (4.9) [ Pbd ] = 200 ÷ 300 [N ] Lực bàn đạp cho phép với loại xe du lịch Vậy lực bàn đạp nằm giới hạn lực bàn đạp cho phép nên không cần dùng trợ lực Đối với xe du lịch sử dụng động xăng nên ta dùng trợ lực chân không 4.4.2 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh tính trợ lực 35 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô Giá trị lực tác dụng lên bàn đạp phanh có trợ lực ơtơ nằm giới hạn nhỏ để bảo đảm điều khiển nhẹ nhàng cho lái xe Hiện hệ thống phanh có trợ lực, nên giá trị tác dụng lên bàn đạp chọn Pbd ≈ 200 ÷ 300 [N] khoảng + Lực trợ lực cần thiết trợ lực Khi có phận trợ lực (trực tiếp hay gián tiếp) cơng thức tổng qt tính lực cần thiết phải có để thực trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn yêu cầu sau: Pbd ibd ηbd + Ptl itl ηtl ≥ π Dxl pd 4.η xl (4.10) itl Trong đó: - tỷ số truyền khuếch đại lực, tính từ xy-lanh trợ lực (trợ lực chân không) đến piston xy-lanh cung cấp dầu cho xy-lanh công tác; ηtl - hiệu suất phận trợ lực, kể đến tổn thất truyền lực tính từ xy-lanh trợ lực đến piston xy-lanh cung cấp dầu cho xy-lanh công tác 36 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tơ Hình 4.1: sơ đồ tính truyền động phanh dầu có trợ lực trực tiếp 1-Xi lanh chính; 2-Piston xi lanh chính; 3-Bình chứa dầu; 4- Bầu trợ lực chân không; 5- Piston trợ lực; 6- Cao su tỉ lệ; 7- Van khơng khí; 8-Lọc khơng khí; 9-Bàn đạp; 10- Lò xo; 11- Van chân khơng; 12-Họng hút động cơ; 13- Van chiều; 14,15- Dòng dầu; itl ηtl Trong trường hợp trợ lực trực tiếp = 1; hiệu suất chọn 0,95 Lực bàn đạp cần phải tác dụng lên bàn đạp trường hợp có trợ lực Pbd ≤ [Pbd ] = 260 [N ] chọn theo giới hạn Khi lực yêu cầu trợ lực Ptl xác định bằng:  π Dxl pd  − [ P ] i η  bd bd bd ÷ 4.η xl   Ptl ≥ itl ηtl (4.11) Thế số ta có :  π 0, 032 2.10  − 260.11,3.0,9 ÷  4.0,95  = 6127,9 [N ] Ptl ≥  1.0,95 4.4.3 Xác định đường kính bầu trợ lực Để giảm nhẹ lực điều khiển phanh cho hệ thống phanh xe du lịch, chúng ∆p ta thường dùng trợ lực kiểu chân không với độ chênh lệch chân không = 0,065[MN/m2] Lực trợ lực tạo nhờ nguyên lý chênh lệch áp suất hai ngăn bầu trợ lực xác định sau: π Db2 ∆p Ptl = (4.12) 37 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế tơ Trong : Db - đường kính bầu trợ lực Suy đường kính bầu trợ lực Db = Db : 4.Ptl π ∆p Thế số vào ta được: 38 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô Db = 4.6127,9 = 0,346 [ m ] π 0, 065.106 Kích thước bầu trợ lực loại xe dùng cấu phanh thường nằm khoảng giá trị từ 200[mm] đến 400[mm] Vậy Db = Db = 346 [mm] hợp lý 39 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 40 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 41 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 42 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 43 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 44 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 45 SVTH: Lê Hồng Phi Đồ án môn học : Thiết kế ô tô 46 SVTH: Lê Hồng Phi