Thiết kế, tính toán hệ thống phanh cho xe có tự trọng 820kg và trọng lượng toàn bộ 1250kg

Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Lời nói đầu Cùng với sự phát triển của nhiều ngành khoa học kỹ thuật, ngành sản xuất chế tạo ôtô trên thế giới cũng có những bớc phát triển vợt bậc và ngày càng hoàn thiện hơn, hiện đại hơn. Cùng với sự phát triển của hệ thống đờng giao thông thì tốc độ xe ngày càng đợc nâng cao do vậy đòi hỏi hệ thống phanh phải đợc hoàn thiện và phát triển theo để đảm bảo an toàn chuyển động cao nhất. Hệ thống phanh phát triển từ phanh cơ khí đơn thuần tới phanh cơ khí có trợ lực. Ngày nay hầu hết các xe đều sử dung hệ thống phanh ABS và ABS kết hợp nh ABS +TR, ABS + EBD, ABS+BAS. Và đang phát triển hệ thống phanh điện điều khiển bằng điện tử. Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam mới bắt đầu, việc lắp ráp chế tạo còn hạn chế. Chúng ta chủ yếu lắp ráp các linh kiện đã đợc chế tạo từ nớc ngoài. Hầu hết các chi tiết, linh kiện chúng ta cha thể chế tạo đợc. Nhận thức đợc điều này. Trong thời gian học tập và nghiên cứu tại trờng Đại Học S Phạm Kỹ Thuật Hng Yên Bộ Môn Công Nghệ Ô Tô Khoa Cơ Khí Động Lực. Với sự hớng dẫn của Thầy Lê Anh Vũ. Em đã đợc nhận đề tài Thiết kế, tính toán hệ thống phanhcho xe có tự trọng 820kg và trọng lợng toàn bộ 1250kg. Nội dung gồm những phần sau : Chơng I : Tổng quan về hệ thống phanh. Chơng II : Thiết kế tính toán cơ cấu phanh chính. Chơng III : Tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh chính Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 1 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Phần I.tổng quan về hệ thống phanh 1.1. Công dng - Phân loi - Yêu cu. 1.1.1. Công dng: i vi ụtụ, h thng phanh l mt trong nhng b phn quan trng. H thng phanh gm cỏc cụng dng sau: - H thng phanh cú chc nng gim tc chuyn ng ca xe ti mt tc no ú, dng hn hoc gi cho xe mt v trớ nht nh. - m bo ụtụ chy an ton mi tc , c bit l tc cao. Do ú cú th nõng cao c nng sut vn chuyn. 1.1.2. Phân loi: Cú rt nhiu cỏch phõn loi h thng phanh: a/ Phõn loi theo c cu iu khin trờn xe - Phanh chõn iu khin bng bn p. - Phanh tay iu khin bng cỏp. b/ Phõn loi theo c cu phanh - Phanh a. - Phanh trng. - Phanh ai. c/ Phõn loi theo v trớ b trớ c cu phanh - B trớ bỏnh xe. - B trớ trờn h thng truyn lc. d/ Phõn loi theo dn ng phanh - Phanh c khớ. - Phanh thy lc. - Phanh thy khớ. - Phanh khớ nộn. 1.1.3. Yờu cu: H thng phanh l mt h thng m bo an ton chuyn ng ca xe. Do vy, nú phi m bo cỏc yờu cu khc khe, nht l i vi xe cú tc cao. Nhng yờu cu ca h thng phanh. - Quóng ng phanh ngn nht khi phanh t ngt trong trng hp nguy him. Mun cú quóng ng phanh ngn nht thỡ phi m bo gia tc chm dn cc i. - Phanh phi ờm du trong bt k mi trng hp, m bo tớnh n nh chuyn ng ca ụtụ. - iu khin phi nh nhng, ngha l lc tỏc dng lờn bn p phanh hay cn iu khin khụng ln. - H thng phanh cn cú nhy cao, hiu qu phanh khụng thay i nhiu gia cỏc ln phanh. - Khụng xy ra hin tng t sit phanh khi xe chuyn ng tnh tin hay quay vũng. 1.2. giấy thiệu các hệ thống phanh và dẫn động phanh. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 2 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học 1.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc chung của hệ thống phanh thủy lực. a. Sơ đồ cấu tạo Cấu tạo của hệ thống phanh dầu gồm hai bộ phận chính: Dẫn động phanh và cơ cấu hãm. Truyền động phanh gồm có bàn đạp phanh , xilanh chính, tay đẩy, ống dẫn dầu và xilanh làm việc ở bánh xe. Cơ cấu phanh gồm : Hai má phanh, lò xo hồi vị và tang trống phanh. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống phanh dầu. 1. Bàn đạp phanh. 4. Bình chứa dầu. 2. Bộ trợ lực phanh. 5. Cơ cấu phanh trớc. 3. xylanh chính. 6. Bộ điều chỉnh. 7. Cơ cấu phanh sau. b. Nguyên lý làm việc ở hệ thống phanh dầu, lực tác dụng từ bàn đạp phanh đợc truyền đến cơ cấu hãm phanh thông qua chất lỏng (dầu phanh) ở các đờng ống. Khi ngời lái tác dụng vào bàn đạp phanh, piston trong xylanh chính dịch chuyển nên dầu bị ép và sinh ra áp suất cao thông qua đờng ống dẫn đến xilanh bánh xe sẽ tác dụng lên hai bề mặt của các piston ở xylanh con, các piston dịch chuyển xa nhau đẩy má phanh áp sát vào tang trống. Quá trình phanh bắt đầu. Khi nhả bàn đạp phanh, piston trong xylanh chính không còn lực tác dụng nên áp suất dầu trong đờng ống giảm xuống. Lò xo trong cơ cấu hãm kéo hai má phanh tách khỏi tang trống để kết thúc quá trình phanh. Hai đầu trên của guốc phanh ép các piston trong xylanh con lại dịch chuyển vào trong, đẩy dầu từ trong xylanh con và đờng ống để trở lại xylanh chính. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 3 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học 1.2.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh ABS Hình 1.2. hệ thống phanh ABS Nguyên tắc điều khiển cơ bản của cơ cấu ABS nh sau: - Các cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi tín hiệu về ECU dới dạng các xung điện áp xoay chiều. - ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bánh xe, xác định mức trợt dựa trên tốc độ các bánh xe. - Khi phanh gấp hay phanh trên những đờng ớt, trơn trợt có hệ số bám thấp, ECU điều khiển bộ chấp hành thuỷ lực cung cấp áp suất dầu tối u cho mỗi xy lanh phanh bánh xe theo các chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp để duy trì độ trợt nằm trong giới hạn tốt nhất, tránh bị hãm cứng bánh xe khi phanh. + Vì tốc độ tối đa nhỏ lên ta chọn hệ thống phanh đơn giản. 1.2.3. Ưu nhợc điểm của hệ thống phanh thủy lực. + Ưu điểm : - Kết cấu đơn giản, độ nhạy tốt và hiệu suất cao. - Phanh đồng thới các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu. -Có khả năng sử dụng trên nhiều loại ôtô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu hãm. - Thời gian chận tác dụng nhỏ + Nh ợc điểm : - Lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 4 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học - Hiệu suất truyền động giảm ở nhiệt độ thấp. - Khi có vị trí nào đó h hỏng, chảy dầu thì cả hệ thống phanh đều không làm việc. Hệ thống phanh dầu sử dụng trên ôtô ngày nay rất hoàn thiện khắc phục đợc những nhợc điểm cơ bản của hệ thống phanh dầu. Bộ trợ lực phanh làm giảm lực điều khiển của ngời lái. Trong hệ thống phanh dầu có bộ phận điều chỉnh lực phanh hay bộ chống hãm cứng bánh xe ABS. Tất cả hệ thống phanh dầu trên ôtô du lịch đều là loại dẫn động hai dòng với xylanh chính kép trên hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, độ an toàn cho chuyển động. 1.2.4. Các loại dẫn động phanh a. dẫn động phanh 1 dòng Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống phanh một dòng - Ưu điểm . kết cấu đơn giản do sử dung xi lanh chính loại đơn - Nhợc điểm . khi một đờng dầu bị hở thì hệ thống phanh sẽ mất tác dụng b. Dẫn động phanh 2 dòng - Ưu điểm. khi một đờng dầu bị hở thì hệ thống phanh vẫn làm việc - Nhợc điểm. Kết cấu phức tạp do sử dụng xi lanh chính loại kép + Các dạng dẫn động 2 dòng Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 5 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống hai dòng, một dòng cầu trớc một dòng cầu sau Hình 1.5. một dòng trớc phải sau trái, một dòng trớc trái sau phải. Hình 1.6. Sơ đồ phanh Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 6 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Hình 1.7 : Dẫn động hỗn hợp bao gồm một dòng cho tất cả các bánh xe còn một dòng chỉ dẫn động cho bánh trớc. Hình 1.8 : Dẫn động hỗn hợp hai dòng song song cho cả bốn bánh xe. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 7 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học 1.3. Các bộ phận chính của hệ thống phanh dầu 1.3.1. Xylanh chính (Tổng phanh) xylanh chính là một bộ phận dẫn động phanh dầu đảm nhận chức năng tạo nên áp suất chất lỏng để truyền năng lợng điều khiển từ bàn đạp đến xylanh con ở cơ cấu hãm phanh. Xi lanh chính có hai loại: Loại đơn có một buồng và loại kép có hai buồng. Loại một buồng đặt trên hệ thống hai dòng phải đặt thêm bộ chia dòng, số lợng chi tiết tăng lên, loại hai buồng sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch. 1.3.1.1Xilanh phanh chính loại đơn Cấu tạo - Xilanh chính đợc chế tạo thành hai ngăn, ngăn trên chứa dầu ngăn dới là phần xilanh tạo áp suất cao gia hai ngăn đợc thông với nhau bằng các lỗ điều hoà. Phần trên của xilanh các nút đổ dầu ở nút này có lỗ thônng hơi. Mục đích của lỗ này là để đảm bảo cho áp suất dầu ở bên trong bằng bên ngoài xilanh. - Phần xilanh tạo áp suất cao gồm van 6, đế van 7 lò xo 8, 11 đặt giữa đế van7 và đĩa bơn năm đợc chế stạo bằng cao su chịu dầu , Pittông 12 lồng vào Cuppen 1. Hình 1.9. Xylanh phanh chính đơn. 1. Vòng hãm. 7. Van nạp. 13. áo bảo vệ. 2. Vòng chặn. 8. Lò xo van xả. 14. Thanh dẫn. 3. Vòng đệm chắn dầu. 9. Thân bơm phanh. 15. Con đội. 4. Van kiểu tấm. 10. Đầu nối. 16. Lò xo kéo. 5. Vòng đệm chắn dầu. 11. Lò xo trở về. 17. Bàn đạp. 6. Van xả. 12. Piston. 18. Lỗ chuyển. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 8 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Nguyên lý làm việc Khi đạp bàn đạp phanh, dới tác động của cần đẩy piston dịch chuyển sang phải. Khi bát cao su đi qua lỗ thông điều hòa làm dầu trong xylanh bị nén sinh ra áp suất cao mở van dầu ra, dầu đi theo các ống dẫn dầu tới các xylanh con để thực hiện quá trình phanh. Khi nhả bàn đạp phanh, áp suất trong xylanh giảm, dầu trong xylanh con và đ- ờng ống sẽ trở về xylanh chính qua van dầu hồi. Khi đó áp suất trong đờng ống phải thắng sức căng của lò xo trong xylanh. Dầu trong đờng ống sẽ giữ lại một áp suất d, áp suất này giúp không khí không lọt vào hệ thống và sẵn sàng cho lần phanh sau. Trong trờng hợp nhả bàn đạp phanh đột ngột, lò xo đẩy piston dịch chuyển rất nhanh sang trái. Dầu từ trong ống cha kịp hồi về nên trong xylanh có thể tạo độ chân không lớn. Khi đó dầu từ trong khoang lõm của piston qua lỗ ở đầu piston ấn cong vành mép của bát cao su để điền đầy cho xylanh, tránh đợc độ chân không trong xylanh để ngăn chặn không khí chui vào, đồng thời có thể phanh tiếp lần sau với lực phanh lớn hơn. Dầu từ thùng chứa qua lỗ thông dầu để bổ sung cho khoang lõm của piston. Quá trình này diễn ra cho đến khi piston dịch chuyển tận cùng sang trái tỳ vào vòng hãm, bát cao su ở đầu piston đi qua lỗ điều hòa. Lợng dầu từ đờng ống tiếp tục hồi về xylanh qua lỗ điều hòa về buồng chứa. - Ưu điểm. đơn giản dễ chế tạo - Nhợc điểm. khi một đờng dầu bị dò dỉ thì hệ thống phanh không làm việc 1.3.1.2. Xylanh phanh chính loại kép Hệ thống phanh dầu dùng xylanh chính đơn có thể gây ra nguy hiểm cho hệ thống khi hệ thống bị hở, hệ thống phanh dầu mất áp suất và mất tác dụng phanh. Sử dụng xylanh kép để tránh đợc các trờng hợp trên, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống phanh. Cấu tạo Trong xilanh chính có hai Pistton đặt nối tiếp nhau, mỗi Piston có một bình dầu riêng rẽ một lò xo xoắn luôn ấn các piston về vị trí buông phanh hoàn toàn. Bộ piston Cuppen bộ còn lại phụ trách hai bánh xe sau. Cả hai lỗ thông dầu đều có bố trí van liên hợp. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 9 Trờng Đhspkt hngyên khoa ckđl ----------***---------- đồ án môn học Hình 1.10. Xylanh phanh chính kép. 1. Cần đẩy piston 6. Lò xo hồi vị piston 2. 2. Piston số 1. 8,9. Đờng dầu vào. 3. Lò xo hồi vị piston 1. 10. Bình chứa dầu. 4,7. Buồng tạo áp suất . 21. Van dầu ra sau piston 2. 5. Piston số 2. 22. Van dầu ra sau piston 1. Nguyên lý làm việc Khi không tác động vào đạp bàn đạp phanh, cúppen của piston số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xylanh và bình dầu thông nhau. Piston số 2 bị lực của lò xo hồi vị số 2 đẩy sang phải, nhng không thể chuyển động hơn nữa do các bulông hãm. Khi tác động vào bàn đạp phanh, piston số 1 dịch chuyển sang phải, cúppen của nó bịt kín cửa hồi, nh vậy bịt đờng dẫn thông giữa xylanh và bình chứa. Nếu piston bị đẩy tiếp nó làm tăng áp suất dầu bên trong xylanh, áp suất này tác dụng lên các xylanh bánh sau. Do cũng có một áp suất dầu nh thế tác dụng lên xylanh số 2, piston số 2 hoạt động giống hệt nh piston số 1 và tác dụng lên các xylanh bánh trớc. Giáo Viên Hớng Dẫn: Lê Anh Vũ Sinh Viên Thực Hiện: Phạm Văn Tiến Lớp: ĐLK8LC1 10