thuyết minh đồ án thiết kế hệ thống phanh

Cơ cấu phanh Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản và làm việc the nguyên lý ma sát, kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ củng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép.. Ngoài ra,cơ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

- Hệ thống phanh ô tô sẽ đảm bảo cho sự chuyển động an toàn của ô tô ở mọichế độ làm việc, nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc

độ và khả năng vận chuyển của ô tô, máy kéo

1.2 Yêu cầu :

Để có thể thực hiện tốt các công dụng đã nêu trên của hệ thống phanh thì một

hệ thống phanh cần phải đảm bảo các yêu cầu chính như sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trườnghợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo sự tiện nghi và antoàn cho hành khách, hàng hóa

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạnchế

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh

- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng vàkhi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện sử dụng

- Cơ cấu phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt

- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hayđòn điều khiển nhỏ

- Phân loại theo phương thức dẫn động: Phanh cơ khí ; Phanh thủy lực ;

Phanh khí nén ; Phanh liên hợp và phanh điện từ ( kết hợp các loại phanh)

1.4 Kết cấu hệ thống phanh:

a) b) c)

Hình 1.4 các cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng:

a- Ép bằng cam; b- Ép bằng thủy lực; c- Hai xi lanh, guốc phanh một bậc tư do; d- Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do

- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản Trong quá trình phanhđộng năng của ôtô được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán

ra môi trường

- Dẩn động phanh: Để điều khiển cơ cấu phanh

1.4.1 Cơ cấu phanh

Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản và làm việc the nguyên lý ma sát, kết

cấu của cơ cấu phanh bao giờ củng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ

cấu ép

Ngoài ra,cơ cấu phanh còn có một số bộ phận phụ như: Bộ phận điều

chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xã khí đối với dẩn động bắng thủy

lực

1.4.1.1 Cơ cấu phanh trống-guốc :

Thành phần cấu tạo:

Đây là cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất Cấu tạo gồm: Trống

phanh; các guốc phanh; mâm phanh; cơ cấu ép; bộ phận điều chỉnh khe hở và xả

khí(chỉ có đối với dẩn động bằng thủy lực)

Các sơ đồ cơ cấu phanh trống-guốc thông dụng :

3

SVTH: Lê Hồng Phi

Để đánh giá chất lượng của cơ cấu phanh cho các sơ đồ trên người ta sửdụng chỉ tiêu: Tính thuận nghịch, tính cân bằng, hệ số hiệu quả.

- Sơ đồ hình 1.4 a: có tính thuận nghịch và tụ cân bằng

- Sơ đồ hình 1.4 b: có tính thuận nghịch nhưng không cân bằng

- Sơ đồ hình 1.4 c: không thuận nghịch nhưng tụ cân bằng, với sơ đồ dạngkết cấu này cho phép tăng hiệu quả phanh khi xe chạy tiến lên 1,6-1,8 lần

so với hai loại trên nhưng khi chạy lùy hiệu quả phanh sẻ thấp

- Sơ đồ hình 1.4 d: vừa có tính thuận nghịch , vừa cân bằng , hiệu quảphanh cao khi xe chuyển động tiến và chuyển động lùi nhưng kết cấuphức tạp

Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa người ta sử dụng cơ cấu phanh tự cườnghóa, tức cơ cấu mà nó cho phép lợi dụng lực ma sát giữa má phanh và trống phanh

để tăng lục ép , tăng hiệu quả phanh cho má kia Sơ đồ như hình dưới

Kết cấu các bộ phận chính:

-Trống phanh: là chi tiết có độ cứng vững cao, chịu mà mòn và nhiệt dunglớn, nên đối với các ôtô tải và khách tải trọng trung bình và lớn , trống thườngđược đúc bằng gang xám hay gang hợp kim, như : Niken, Môlípđen, Đồng vàTitan Xe tải nhỏ thường sử dụng trống phanh kết cấu ghép

Hình 1.4.1 Cơ cấu

Hình 1.4.2 Các loại trồng phanh.

a- Đúc liền; b,c- Ghép; 1- Đĩa thép; 2- Vành gang

c)

Hình 1.4.3.: 1- Đinh tán; 2- Má phanh; 3- Xương guốc; 4- Gân tăng cường; 5- Đầu tỳ.

Hình 1.4.4 Các loại cơ cấu ép

a- Cam ép; b- Xi lanh thủy lục;

c- Chêm ép;

-Guốc phanh: Có thể chế tạo bằng phương pháp đúc hoặc hàn dập, trên guốc

phanh gắn má phanh ( có thể gắn bằng phương pháp đinh tán hoặc dán)

Trên hình 1.4.3 là kết cấu của một guốc phanh:

- Mâm phanh: Là chi tiết có dạng đĩa, được dập từ thép lá hoặc đúc bằng

gàng và bắt chặt vào dầm nhờ bu lông Là nơi lắp đặt và định vị tất cả

các chi tiết khác của cơ cấu phanh

- Cơ cấu ép : có ba loại tùy thuộc kiểu dẩn động là : xi lanh thủy lục ,

cam , chêm (hình 1.4.4)

Hình 1.4.5 Sơ đồ nguyên lý làm cơ cấu phanh đĩa

-Bộ điều chỉnh khe hở: khi má phanh và trống phanh làm việc cần có khe hởtối thiểu nào đó , khoảng 0,2-4 mm để cho phanh nhả hoàn toàn Khe hở này trongquá trình làm việc sẻ tăng lên khi các má phanh bị mòn, làm hành tăng hành trìnhcủa cơ cấu ép, vì vậy cần phải điều chỉnh khe hở để tránh hiện tượng trên Để điềuchỉnh khe hở này ta có thể điều chỉnh bằng tay hoặc điều chỉnh tự động

1.4.1.2 Cơ cấu phanh đĩa :

Cấu tạo phanh đĩa gồm: ma phanh; piston; má kẹp; đĩa phanh

Vị trí bố trí má kẹp đối với đường kính thẳng đứng của bánh xe ảnh hưởngnhiều đến giá trị tải trọng tác dụng lên ổ trục của nó trên hình 1.4.5b là hai phương

án bố trí má kẹp Rỏ ràng :

RG’ =Z + 2fNcos ; RG’’ =Z - 2fNcos Tức RG’ > RG’’ Hay bố trí má kẹp phíasau tâm bánh xe( tính theo chiều chuyển động ô tô) sẻ giảm được tải trọng thẳngđứng lên ổ trục

1.4.2 Dẩn động phanh

Đối với hệ thống phanh làm việc trên ô tô, người ta chủ yếu sử dụng hai loạidẩn động là: Dẩn động thủy lực , dẩn động khí nén Ngoài ra còn có các loại dẩnđộng khác như dẩn động cơ khí , dẩn động điện chỉ sử dụng cho xe kéo móoc,nhưng củng rất hiếm

a) Ưu nhược điểm

Dẩn động thủy lực có ưu điểm :

- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ( dưới 0,2-0,4s )

- Luôn luôn phanh đồng thời các bánh xe

- Hiệu suất cao ( 0,8-0,9)

- Kết cấu đơn giản, khối lượng, kích thước, giá thành thấp

- Có khá năng dùng trên nhiều xe mà chỉ thay đổi cơ cấu phanh

Dẩn động thủy lực có nhược điểm:

- Yêu cầu độ kính khích cao Khi có chổ nào của dòng dẩn động bị rồ rỉ thì

cả dòng đó mất hiệu quả phanh

- Lực tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường dử dụng bộ trợ lực để giảm lựcđạp Làm cho kết cấu phức tạp

- Sự dao động áp suất dầu làm việc có thể làm cho đường ống bị rungđộng và mô men phanh không ổn đinh

- Hiệu suất giảm nhiều khi ở nhiệt độ thấp

b) Các sơ đồ dẩn động

Theo loại năng lượng sử dụng người ta chia thành :

- Dẩn động tác dụng trục tiếp: cơ cấu phanh được điề khiển trực tiếp chỉbằng lực tác dụng của người lái

- Dẩn động tác dụng gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẩn động phanh mộtphần nhờ lực của người lái một phần nhờ trợ lực

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 và các bộ tích năng: Lực tác dụng lên toàn cơ cấuphanh hoàn toàn nhờ áp lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và bộ tíchnăng thủy lực

1-Bàn đạp; 2- Xi lanh chính; 3,4- van phân phối; 5,6- xi lanh bánh xe;7,9- Bình tích năng thủy lực; 8- Bộ điều chỉnh áp suất tự động; 10- Van

an toàn; 11- Bơm dầu

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 hơn dẫn động thủy lực

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như: phanh

rơ móoc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén…

-Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

Nhược điểm:

- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn củachất lỏng trong dẫn động thủy lực tới 10÷15 lần nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

- Số lượng các cụm, chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

b) sơ đồ dẩn động khí nén:

Đối với các xe không kéo móoc sẻ có sơ đồ dẩn động khí nén như sơ đồ sau

Hình 1.4.9 Sơ đồ dẩn động phanh khí nén.

Nguyên lý làm việc:

- Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộlắng lọc và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào bình chứa 6 và 10 Van antoàn 2 có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều chỉnh áp suất 3 có sự cố.Các bộ phận nói trên hợp thành phần cùng cấp (phần nguồn ) của dẩnđộng

- Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của vang phân phối 8

Ở trạng thái nhã phanh van 8 đóng đường thông khí nén từ bình chứa đếncác bầu trợ phanh và mở đường thông bầu phanh với khí quyển

- Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp, van phân phối 8 làm việccắt đường thông bầu phanh với khí quyển, mở cho khí nén đi từ bìnhchứa tới các bầu phanh 7 và 9 Tác dụng lên cơ cấu phanh để tiến hànhphanh

- Khi nhã phanh: các chi tiết trở về vị trí ban đầu dướ tác dụng các lò xohồi vị

CHƯƠNG 2: TÍNH MÔMEN PHANH YÊU CẦU,

CHỌN LOẠI/ KIỂU VÀ SƠ ĐỒ DẨN ĐỘNG PHANH

2.1 Số liệu ban đầu:

Cho số liệu ban đầu đối với loại xe du lịch, sử dụng động cơ xăng

ST

T

2 Phân bố trên trục Trước/Sau G1/G2 805/805

5 Chiều cao trọng tâm khi đầy

tải

2.2 Mô-men phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh :

Viết phương trình cân bằng mô men khi xe đứng yên ta có :

=

Trong đó: G a

:trọng lượng toàn bộ của xe [N]

Z1

: trọng lượng tác dụng lên cầu trước lúc không xe đứng yên [N]

L :là chiều dài cơ sở của xe [m]

Vậy:

2400.9,81.805

12001610

: trọng lượng toàn bộ của xe khi thiết kế [N].

- a : khoảng cách từ tâm đến cầu trước xe [m].

- b : khoảng cách từ tâm đến cầu sau xe [m].

- hg : chiều cao trọng tâm của xe [m]

- L : chiều dài cơ sở của xe [m].

Viết phương trình cân bằng mômen lần lượt tại tâm quay O1

và O2

khi xe chuyểnđộng ta được

+Tại tâm quayO1

= >

p max 2

L

+

=

(2.2) Tại thời điểm ôtô thực hiện phanh vừa dừng hẳn (v = 0) Lực cản gió rất bỏqua, lực cản lăn rất nhỏ so với lực phanh nên có thể bỏ qua, ta có phương trình cânbằng lực :

ϕ <=>

Mô men phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanhlớn nhất tức là sử dụng lực bám để tạo lực phanh Muốn đảm bảo điều kiện đó, lựcphanh sinh ra cần phải tỉ lệ thuận với lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe Ápdụng tính toán đối với xe hai cầu ta có:

=0,75-0,85 giá trị này phù hợp với chỉ tiêuyêu cầu về hiệu quả phanh

Để đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc chậm dần lớn nhất mà bánh

2.3 Hệ số Phân bố lực phanh lên các trục bánh xe :

Thực tế mô-men phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở bánh

xe sinh ra Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu và vì vậy nói chung trên mộtchiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh xe trước vàtrục bánh xe sau Ngay cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kíchthước cụ thể vẫn có thể khác nhau tùy theo mô-men phanh yêu cầu phân bố trêncác trục như đã được tính ở trên

Vì vậy, để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, trước hết cần tính toán đánh giá

tỷ số phân bố mô-men phanh (hay lực phanh) lên trục trước và trục sau theo hệ sốphân bố lực phanh K12 như sau:

1 12 2

M K M

=

(2.7) Thế các số liệu đã tính ở (2.6a) và (2.6b) ta có

1 12 2

1469,59 

678, 4  2,16

M K M

(2.8)

2.4 Chọn loại và sơ đồ hệ thống phanh :

Chọn xe Toyota yaris để tham khảo cơ cấu phanh và dẩn động phanh Ta thấy

trên xe sử dụng cơ cấu phanh đĩa ở trước và sau , dẩn động phanh bằng thủy lực a) Chọn cơ cấu phanh:

Từ xe tham khảo em thấy đối với xe du lich nên chọn cơ cấu phanh đĩa , vìphanh đĩa có ưu điểm kết cấu đơn giản , khối lượng nhẹ, dể dàng bố trí trên xe,thờigian chậm tác dụng nhỏ hơn so với phanh trống guốc, vì vậy ở đay em chọn cơ cấuphanh đĩa cho cả trước và sau Ở cầu sau trên phanh đĩa có bố trí thêm phanh dừng

b) Chọn dẩn động phạnh:

Đối với xe du lịch tải trọng nhỏ nên lực điều khiển không lớn Hệ thống dẩnđộng thủy lực có kết cấu đơn giản, số lượng chi tiết it vì vậy ta chọn dẩn động hệthống phanh là dẩn động thủy lực.

2.5 Bảng thông số của hệ thống phanh cần thiết kế:

Sau quá trình tính toán ta có bảng thông số sau:

4 Chiều dài cơ sở L 2400 [mm]

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KÊ CƠ CẤU PHANH

3.1.Mômen phanh của cơ cấu sinh ra.

Với cơ cấu phanh kiểu đĩa thì việc hình thành mô-men ma sát hoàn toàn tương

tự như ly hợp ma sát cơ khí (xem hình 3.1) Do bố trí cơ cấu ép có tính chất đốixứng, cả phương diện kết cấu lẫn tính chất tạo lực bởi hai cơ cấu ép nên biểu thứcxác định mô-men ma sát của hai má phanh tác dụng lên đĩa hoàn toàn bằng nhau

Hình 3.1 Sơ đồ xác định mômen phanh

Xét phân tố nằm trong vành ma sát nằm cách tâm R , chiều dày dR, giới hạngóc d

dS = R.dα.dR –Diện tích của phân tố

Mômen ma sát tác dụng lên cung ma sát đó là:

( )/180 2

2 q.R .d

R

Trong đó R2 là đường kính ngoài của đĩa R2 có thể được chọn tương tự bán

kính tang trống hoặc có thể chọn lớn hơn đôi chút, tức là R2 = (0,4-0,5)R b . CònR1 là bán kính trong của đĩa phanh, chúng có thể được chọn theo kinh nghiệmbằng: R1 = (0,52- 0,73)R2

R b =0.32

[m] Chọn: R2 năm trong khoảng 0,128[m] đến 0,16[m]

- Cơ cấu phanh trước chọn :R2 =0,15 [m];R1 =0,52R2 =0,52.0,144=0.078 [m]

- Cơ cấu phanh sau chọn :R2 =0,15 [m];R1 =0,6R2 =0,6.0,144=0.09 [m]

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P đối với cơ cấu phanh kiểu đĩa đượcxác định như sau:

Thế số ta có lực ép của cơ cấu phanh đĩa ở phía cầu trước

+ Cơ cấu phanh trước :

R R P

R R P

ra mảnh liệt, vừa làm mài mòn má phanh vừa sinh nhiệt lớn làm nung nóng đĩacũng như má phanh và các chi tiết liên quan đến truyền nhiệt với chúng) Tuy vậy

bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm tính đồng đềucủa áp lực phân bố trên toàn bộ diện tích má phanh, dẫn đến mòn má phanh khôngđều và giảm hiệu quả phanh

Khi các thông số khác đã được chọn và xác định theo mô-men yêu cầu nêutrên thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thànhđối với má phanh trong quá trình phanh

Với kiểu cơ cấu phanh đĩa, bề rộng má phanh có thể được xác định theo lực ép

P tạo ra cho đĩa phanh như sau:

- góc ôm của tấm ma sát [rad]

q – áp suất làm việc trung bình hình thành giữa má phanh và đĩa phanh trong quá trình phanh

Từ (3.4) suy ra góc ôm đặc trưng cho bề rộng má phanh kiểu đĩa:

+ Cơ cấu phanh sau:

Thay các số liệu: P2

= 9229,93 [N] ; R2 =0,15 [m] ; R1 0,09 [m] ; chọn: q = 2 [MN/

2

m

]

Ta có góc ôm : 2 ( 2 2) 6

2.9229,93

0,560,15 0, 09 2.10

số cho cơ cấu phanh trước như sau:

3.3 Tính toán kiểm tra công trượt riêng:

Kích thước má phanh không chỉ xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phảinhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép [q] đã nêu ở trên nhằm bảo đảm tuổi thọ cho

má phanh; mà còn được xác định theo tiêu chí công ma sát trượt riêng nhằm bảođảm cho má phanh làm việc trong thời gian lâu dài Bởi vì với cùng áp suất làmviệc của má phanh trong quá trình phanh như nhau nhưng tốc độ xe khi bắt đầuphanh càng lớn thì má phanh sẽ càng mau mòn

Công ma sát trượt riêng ( l ms

) bằng tỷ số giữa công ma sát sinh ra khi phanhôtô từ tốc độ v1

F∑ F∑

−

(3.5) Trong đó: m a

- là khối lượng toàn bộ của ôtô đầy tải khi phanh [kg]; v1

Diện tích làm việc của hai cơ cấu phanh trước :