6. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE TẢI

Nhiệm vụ đặt ra làphải tính toán để xác định được giá trị mô men phanh yêu cầu, giá trị mô menphanh do các guốc phanh sinh ra trong quá trình phanh ô tô; Sau đó chứng minh sự cần thiết p

6 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE TẢI:

Hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng trên ô tô, do vậy việctính toán thiết kế hệ thống phanh là một công việc cần thiết Nhiệm vụ đặt ra làphải tính toán để xác định được giá trị mô men phanh yêu cầu, giá trị mô menphanh do các guốc phanh sinh ra trong quá trình phanh ô tô; Sau đó chứng minh

sự cần thiết phải lắp bộ điều chỉnh lực phanh, tính toán sự thay đổi áp suất khí néntrong các dòng phanh cầu trước và cầu sau, xây dựng các đường đặc tính

6.1 CÁC SỐ LIỆU ĐÃ BIẾT:

- Trọng lượng bản thân G0 = 7380 [ KG]

+Tải trọng phân bố lên cầu trước: G01 = 3455 [ KG]

+ Tải trọng phân bố lên cầu sau: G02 = 3925 [ KG]

- Tải trọng toàn bộ: Ga = 26500 [ KG]

+Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga1 = 6500 [ KG]

+ Tải trọng phân bố lên cầu sau: Ga2 = 20000 [ KG]

-Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: Hg = 1100 [ mm ] khi đầy tải

6.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm a, b:

Trường hợp ô tô đầy tải:

Tọa độ trọng tâm của xe a, b,

Z1 Z2/2

Hình 6.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô (trường hợp ô tô đầy tải)

Trong đó:

Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe

Ga1, Ga2: Trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau của xe.Gọi thứ tự các cầu tính từ phía đầu xe trở lùi là: cầu 1, cầu 2, cầu 3.Gọi cầu 1 là cầu trước và cầu 2, cầu 3 là cầu sau

Như vậy ta có:

LO = 3380 [mm] là khoảng cách giữa cầu 1 và cầu 2

L = 1300 [mm] là khoảng cách giữa cầu 2 và cầu 3

L = L0+2L = 338013002 4030[mm]

L = 4030 [mm] là chiều dài cơ sở của xe

Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc: a, b

Theo sơ đồ trên (hình 6.1) ta qui ước chiều dương ngược chiều kim đồng hồ Lấy mô men tại O1 ta có :

0 2

0 2

Vậy ta đã tính được tọa độ trọng tâm với trường hợp xe đầy tải là:+ a = 3041,5 [mm] = 3,0415 [m]

+ b = 988,5 [mm] = 0,9885 [m]

+ hg = 1100 [mm] = 1,100 [m]

6.1.2 Xác định mô men phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh:

Trường hợp ô tô đầy tải:

Khi phanh, bỏ qua lực cản gió Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 vì khi phanh vận tốcgiảm dần rất nhanh, nếu như phanh đến vận tốc V = 0 thì lực Pf1+ Pf2 rất nhỏ so với

PP1+PP2

Lo L

a b

hg

O Ga

Z2

O1 O2

 L

Pp2/2

Hình 6.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh (trường hợp ô tô đầy tải).

Từ hình 6.2 Ta viết phương trình cân bằng mômen:

g - gia tốc trọng trường, g = 9,81[m/s2]

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 ra một mômen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng mômen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trịtối đa.Đối ô tô tải do khó bố trí cơ cấu phanh trong bánh xe và xe thường cháy ở trên đường xấu, nên thường lấy:  = 0,6  0,8 ta chọn  = 0,7

Để sử dụng hết trọng lượng bám của ôtô thì cơ cấu phanh được bố trí ở cácbánh xe trước và sau Lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe tức là phanh có hiệuquả lớn nhất khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụnglên chúng

Từ đó ta có lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và sau là :

- Lực phanh sinh ra ở cầu trước:

259965

p P

259985

p P

= 49053,6. - 17740,9. 2 [N]

Vậy mômen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh.

+ Mô men phanh cần sinh ra ở 1 cơ cấu phanh trước:

Trong đó : rbx : bán kính làm việc của bánh xe

Đối với xe TẢI cả cầu trước và càu sau điều sử dụng một loại lốp có ký hiệu nhusau: 10.00-20R-14PR ta có đường kính ngoài của lốp D = 34in = 863,6 [mm]Vậy ta có bán kính làm việc của lốp theo thiết kế là

ro = D/2= 863,6/2 = 431,8 [mm]

Ta có rbx được xác định theo công thức sau: rbx= b ro [mm]

Với : b là hệ số biến dạng của lốp,chọn b = 0,95

 rbx = 0,95.431,8 = 410,21 [mm] = 0,4102 [m]

 Mp1 = (31882,8. + 35479,1. 2 ).0,4102 = (31882,8.0,7 + 35479,1.0,7 2 ).0,4102

Từ mômen sinh ra ở trên ta chọn cơ cấu phanh trước và cơ caaus phanh sau

có cùng cơ cấu ép bằng cam, có cùng kính thước và cung kiểu bố trí

6.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH

dN dFT

P Y

dk: Đường kính vòng tròn cơ sở của cam; dk = 38 (mm)

lk: Chiều dài đòn dẫn động cam trước; lk = 150 (mm)

Các kích thước : h’ = 158(mm); h” = 162 (mm),

h = h’ + h” = 158+162 = 320 (mm)

D1 = 185 (mm):Đường kính của màng bầu phanh trước

+ Cơ cấu phanh sau:

dt : Đường kính trống phanh; dt= 410 (mm)

b : Bề rộng má phanh; b = 170 (mm)

 : Góc ôm má phanh;  = 1160

0, 1 : Góc đặt tấm ma sát; 0 = 290 ; 1 = 1450

dk : Đường kính vòng tròn cơ sở của cam; dk = 38 (mm)

lk: Chiều dài đòn dẫn động cam phanh sau; lk = 145 (mm)

D2 = 170 (mm) đường kính của màng bầu phanh sau;

Các kích thước : h’= 158 (mm); h” = 162 (mm)

h = h’ + h” = 158+162 = 320 (mm)

6.2.2 Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh trước sinh ra.

Hiện nay để xác định mô men phanh Mp ta có ba phương pháp là: Đồ thị, giải tích

và đồ - giải Phương pháp giải tích phổ biến và ưu việt hơn cả vì nó đơn giản, có

độ chính xác cao và thuận tiện khi cần phân tích ảnh hưởng của các thông số.Bởi vậy ở đây em sử dụng phương pháp giải tích để tính, và ta có sơ đồ tínhnhư sau:

Hình 6.4 Sơ đồ tính.

Xét cân bằng guốc phanh với các giả thuyết sau:

- Áp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh

- Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vàogiá trị lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổng quát:

Khi phân bố theo đường sin, các phần tử lực pháp tuyến dN và lực ma sát

dFT từ phía trống phanh tác dụng lên phần tử vô cùng bé d (hình 6.3) của má phanh là:

 

1

0

.sin

max 2

2 , 1

sin[

sin.sin

cos(cos

4

)(

2)2sin(

)2sin(

1 0

0 1 1

2 2 1 1

1 1

B A

h P B A

h P



O X

P Pmax

Vì cơ cấu phanh yêu cầu có độ cứng vững cao, là loại phanh guốc một bậc tự

do nên: = sin và áp suất qmax tác dụng ở điểm có  =900 (hình 6.4).

Hình 6.5 Biểu đồ phân bố áp suất trên má phanh theo qui luật hình sin.

162 )

145 cos 29

(cos 4

) 180

1416 , 3 (

29 145 2 145 2 sin 29

2 sin

0 0

0 0 0

AP B

A

B A P

P B A

B A

2).(

).(1)

.(

)

1 2

Thay biểu thức trên vào (6.22), ta tìm được:

Lực do guốc tự siết sinh ra:

A

B d

l P

l P

k

k

với: lk - Chiều dài đòn dẫn động cam trước; lk = 150 (mm)

dk - Đường kính vòng tròn cơ sở của cam quay; dk = 38 (mm)  - Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh

 = 0,32 ÷ 0,38, chọn  = 0,35

A, B: Hệ số kết cấuLực tác dụng lên đòn của cam ép cơ cấu phanh trước được xác định theo côngthức:

S1 =

4

2 1

D

 [mm2]: Diện tích làm việc của màng bầu phanh trước

D1 = 185 (mm): Đường kính của màng bầu phanh trước

Thay các giá trị trên vào (6.25) ta có:

4

10 185 14 , 3

6 2 1

l P

k

k

 P2 = 0,027p.15038 (1+ 0,35.00,785,34 ) = 0,13p [N]

Với cơ cấu ép bằng cam ta có mô men do 2 guốc sinh ra bằng nhau;

A1= A2 = A và B1=B2 = B, ta có mô men mà cơ cấu phanh sinh ra:

MP =

B A

h P B A

h P

1

(6.26) + Mô men phanh do một cơ cấu phanh ở cầu trước sinh ra là:

Mp1t = MP =

B A

h P B A

h P

35 , 0 10 320 13

, 0 34 , 0 35 , 0 785 , 0

35 , 0 10 320 09

,

0,032p [N.m]

6.2.3 Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh sau sinh ra:

- Theo (6.24 ) lực tác dụng lên đòn của cam ép cơ cấu phanh sau được xácđịnh như sau:

0,023p [N]

- Theo (6.22) lực ép tác dụng lên guốc tự siết:

P1 = 2 (1 )

A

B d

l P

34 , 0 35 , 0 1 ( 38

145 023 , 0

l P

34 , 0 35 , 0 1 ( 38

35 , 0 10 320 101

, 0 34

, 0 35 , 0 785 , 0

35 , 0 10 320 075

,

0,025p [N.m]6.3 XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT PHANH:

+ Xác định áp suất của cơ cấu phanh trước:

Từ công thức (6.26), ta có:

MP =

B A

h P B A

h P

1

Mà: P1 = 1 (1 )

A

B d

l P

l P

D p

P d   và

4

2 2 2 2

D p

h B

A d

l D B

A

h A

B d

l D

k

k k

2 1 1

2

).1(.4

).1(

1

h B

A d

l D B

A

h A

B d

l D

k

k k

2 1 1

2

).1(.4

).1(

1 1

35 , 0 32 , 0 ) 685 0 33 , 0 35 , 0 1 ( 038 , 0 14 , 0 4

18 , 0 1416 ,

35 , 0 32 , 0 ) 685 0 33 , 0 35 , 0 1 ( 038 , 0 14 , 0 4

18 , 0 1416 ,

Tương tự ta thay các giá trị ứng với cơ cấu phanh sau vào công thức (6.26) thì ta nhận được áp suất của cơ cấu phanh sau là:

35 , 0 32 , 0 ) 685 0 33 , 0 35 , 0 1 ( 038 , 0 145 , 0 4

17 , 0 1416 ,

35 , 0 32 , 0 ) 685 0 33 , 0 35 , 0 1 ( 038 , 0 145 , 0 4

17 , 0 1416 ,

k 2 = 0.03759

Ứng với các giá trị hệ số bám khác nhau, mô men phanh khác nhau ta có bảng sau:

Bảng 6.2: Giá tri áp suất phanh cầu trước theo φ, Mp1 với trường hợp đầy xe t i: ải:

3

Hình 6.7 Đồ thị biểu diển quan hệ áp suất phanh dòng trước và sautheo lý thuyết.

+ Đường 1 biểu diển quan hệ giữa áp suất dòng sau và hệ số bám đối vớitrường hợp xe đầy tải tải:

+ Đường 2 biểu diển đặc tính lý tưởng

+ Đường 3 biểu diển quan hệ giữa áp suất dòng sau theo hệ số bám trườnghợp xe không tải

6.4 TÍNH KIỂM TRA HIỆU QUẢ PHANH THỰC TẾ:

Khi người lái tác động lên bàn đạp phanh thì ở các cơ cấu sẽ hình thành các

mô men ma sát, còn gọi là mô men phanh Mp

Nếu lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe sẽ đồng thời bị hãm cứng và lực phanhđạt giá trị cực đại bằng lực bám, tức là:

J m Z Z

P P Z

P Z

a

p a p p p p

2 1

2 1 2

2 1 1

hay:

g

g p

p

h a

h b Z

Z P

p = //24 (( )/)2

2

1 2

1

g

g p

p

h a

h b Z

Z P

1

g

g p

p

h a

h b Z

Z P

(6.31)

(do tất cả các bánh xe đều có cùng bán kính rbx)

Trong đó: PP1, PP2 - Tương ứng là lực phanh do một cơ cấu phanh cầu trước

và cầu sau tạo ra

cầu sau tạo ra

Z1, Z2 - Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên lốp xe khi phanhtương ứng ở cầu trước và cầu sau

Để xác định quan hệ lý tưởng giữa Pp1 và Pp2 phụ thuộc vào hệ số bám và

mức độ chất tải của xe ta sử dụng hệ số p = ( .. )

2

1 2

1

g

g p

p

h a

h b Z

Z P

Từ các kết quả tính toán ở trên ta tiến hành lập bảng và xây dựng các đườngđặc tính lý thuyết

Bảng 6.4 Các thông s c b n c a xe ng v i khi ố cơ bản của xe ứng với khi đầy tải ơ bản của xe ứng với khi đầy tải ải: ủa xe ứng với khi đầy tải ứng với khi đầy tải ới khi đầy tải đầy tải ải: y t i

Thông số G[KG] a[mm] b[mm] hg1[mm] rbx[mm] L [mm]Đầy tải 26060 2987,5 952,5 1458,7 505 3940

16279.3 7

22985.1 4

28734.9 5

33528.8 2

37366.7 4 40248.7

1 42174.73

 p =M P1 /M p2 0.38 0.46 0.54 0.63 0.74 0.86 1.01 1.17

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

+ Đường số 2 là đường biểu diễn hệ số p Const  tt

Trong khi mô men phanh thực tế do cơ cấu phanh tạo ra là quan hệ tuyến tính

p1, p2 - Tương ứng là áp suất phanh trong bầu phanh trước, sau;

K1, K2 : Tương ứng là các hằng số đặt trưng cho kết cấu của cơ cấuphanh trước và cơ cấu phanh sau

12

1

Khi không có bộ điều chỉnh lực phanh thì, áp suất phanh của bầu phanh trước

và bầu phanh sau khi phanh khẩn cấp là như nhau, tức là: p1 = p2

Với kết quả phần tính mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh, ta có

- Tỷ số mô men phanh :

Từ đồ thi trên hình 6.7 ta có Khi φ = 0,565 thì p1 = 952196,3 [ N/m2 ]

35 , 0 10 320 29 , 116868 34

, 0 35 , 0 785 , 0

35 , 0 10 320 87 ,

28958,52[N.m]

+ Mô men phanh cầu sau

35 , 0 10 320 5 , 90026 34

, 0 35 , 0 785 , 0

35 , 0 10 320 87 ,

52 , 28958 2 2

p

h a

h b M

M





(6.36) Thay số liệu vào biểu thức (6.34) và giải được:  = 0,48

Áp suất phanh thực tế sẽ là

5 1

+ Đường số 4 biểu diễn đặc tính lý tưởng

+ Đường số 5 biểu diễn quan hệ áp suất dòng trước và dòng sau trường hợp

P1 = 808261,3 [N/m2], P2 = 808262 [N/m2] Với giá trị áp suất này máy nén khíđáp ứng được

Khi đó gia tốc phanh là:

Jmax = φ.g = 0,48.9,81= 4,7 [m/s2] (6.39)

Jmax = 4,7 [ m/s2 ]

Theo tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ô tô lưu hành trên đường bộ (BộGTVT Việt nam quy định, 1995) (Sách LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO Nhà xuấtbản khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1998 phát hành), thì gia tốc chậm dần phanhcực đại Jmax ≥ 4,2 [ m/s2 ] Vậy khi φ = 0,48 thì Jmax = 4,7 [ m/s2 ] phanh đạt yêucầu

6.5: TÍNH KIỂM TRA CÁC CHI TIẾT CỦA CƠ CẤU PHANH.

6.5.1 Kiểm tra bề rộng má phanh:

Kiểm tra bề rộng má phanh thông qua kiểm tra áp suất bề mặt ma sát thôngqua tải trọng riêng quy ước (thông số đánh giá gián tiếp)

Chiều rộng má phanh b được tính sao cho khi phanh với lực phanh cực đại,

áp suất trên bề mặt ma sát q không lớn hơn 2,0 MPa [MN/m2] và tải trọng riêngquy ước:

 p F

g m

F: tổng diện tích tất cả các má phanh trên ô tô

4  b

F t = 

180

14 , 3 116

8,09 [m2]

Fs - Diện tích của các má phanh sau

Giả thiết bề rộng trên các má phanh của cơ cấu trước và sau bằng nhau, ta có:

18 , 16

81 , 9 26060

16 , 18 0 , 25 10 6

81 , 9 26060

Như vậy bề rộng các má phanh trên các cơ cấu phanh trước bằng 160 (mm)

và cơ cấu phanh sau bằng 170 (mm) là bảo đảm

Kiểm tra bề rộng má phanh thông qua áp suất trên bề mặt má phanh qt theocông thức:

 q

r b

M q

M b

t

p

2 





Trong đó:

MP : mô men do guốc phanh của má phanh đó tạo ra

Với cơ cấu phanh của cầu trước: Mp1t = 28958,52 [N.m]

Với cơ cấu phanh của cầu sau: Mp1s = 24307,45 [N.m]

: hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh; = 0,35

rt: Bán kính tang trống; rt = 205 [mm]

= 1160 [q]: Áp suất trung bình cho phép của bề mặt ma sát của trống phanh; Ápsuất cho phép trên bề mặt má phanh phụ thuộc bởi nguyên liệu má phanh và trốngphanh Ap suất này thay đổi trong giới hạn rộng Đối với các má phanh hiện naydùng cho ô tô áp suất trung bình cho phép khi phanh với cường độ cực đại nằm

trong giới hạn từ 1,52 MN/m2.Ta chọn [ qtb] = 2 [MN/m2]

Ở đây mô men phanh của cơ cấu phanh cầu trước lớn hơn mô men phanhcủa cơ cấu phanh cầu sau nên ta chỉ kiểm tra bề rộng má phanh với trường hợp cơcấu phanh cầu trước:



q r

M b

t

t P

2

1



 0 , 35 2052 116 3 , 14 2 106 

180 52 , 28958

0,1544 [m]

Hay b ≥ 154,4 [mm]

So điều kiện ta thấy bề rộng các má phanh trên các cơ cấu phanh trướcbằng 160 (mm) và các cơ cấu phanh sau bằng 170 (mm) là thỏa mản

6.5.2 Kiểm tra điều kiện tự siết:

Hiện tượng tự siết là hiện tượng má phanh tự siết vào trống phanh chỉ bằnglực ma sát mà không cần tác dụng của lực dẫn động

Từ (6.20) ta có công thức Mp1,2 = Ph/(AB)

Đối với phanh guốc, hiện tượng tự siết vào trống phanh sẽ xảy ra khi mẫu

số bằng không Để tránh hiện tượng này phải đảm bảo điều kiện:

0 

A = 0,785; B = 0,34 là các hệ số kết cấu của cơ cấu phanh

Thay các số liệu trên vào (6.39) ta được:

Ga - tải trọng toàn bộ của xe

F

V G

7 CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HYUNDAI-HD270

7.1 KHÍ NÉN KHÔNG VÀO HOẶC VÀO CHẬM CÁC BÌNH CHỨA KHÍ.

Nguyên nhân và phương pháp khắc phục:

Trường hợp này là do bị rò khí, cụ thể là các trường hợp sau:

- Hỏng ống mềm hoặc ống dẫn trường hợp này ta khắc phục bằng cách thaythế các ống bị hỏng

- Lỏng mối bắt chặt chổ nối các ống dẫn, ống mềm và các đầu nối ống, thaythế các chi tiết hỏng ở mối nối và bịt kín

- Bình chứa khí nén bị hở Ta phải tiến hành thay bình chứa để đảm bảo antoàn

- Bộ điều chỉnh áp suất điều chỉnh sai Sử dụng vít điều chỉnh để điều chỉnh

bộ điều chỉnh áp suất, nếu cần thiết thì thay thế bộ điều chỉnh áp suất

- Tắc ống dẫn ở đoạn từ bộ điều chỉnh áp suất đến khối các van bảo vệ Xemxét các ông dẫn, bằng cách tháo ống dẫn, và thổi khí nén áp suất cao, nếu ống cóchổ bị công, gãy thì thay ống

7.2 CÁC VAN CỦA MÁY NÉN KHÍ BỊ HỞ.

Các van bị hở sẽ làm giảm áp suất trong hệ thống dẫn động phanh Nguyênnhân cơ bản của việc mất độ kín là sự mòn tự nhiên của các van Vì vậy, qua mỗiquảng đường chạy từ 40.000 - 50.000 (km) phải tháo nắp đậy máy nén ra để kiểmtra độ kín của các van, củng như độ làm sạch piston, lò xo và đế van Những vankhông đảm bảo độ kín thì phải rà lại đế, đế nào bị mài mòn nhiều thì phải thaymới Những van mới phải rà cho tới khi tạo được vành tiếp xúc liên tục

7.3 BẦU PHANH KHÔNG KÍN.

Bầu phanh bị hở thường là do màng chắn bị rách Thời gian sử dụng củamàng chắn là hai năm Sau thời gian này, dù màng chắn còn nguyên củng nênthay mới Cần phải kiểm tra độ kín khít của bầu phanh vào mỗi kỳ bảo dưỡngbằng nước xa phòng Việc kiểm tra được tiến hành như sau:

Nạp đầy không khí vào bầu phanh bằng cách đạp lên bàn đạp phanh Bôinước xà phòng lên mép của bầu phanh, các chổ bắt bu long, cán của bầu phanh vàcác chổ nối của ống dẫn Nếu chổ nào bị hỡ thì sẽ xuất hiện bọt xà phòng Để khắcphục, phải siết chặt lại tất cả các bu long bắt nắp của màng chắn Nếu vẫn rò, thìthay màng chắn mới