1. Chụp che bụi; 2. Piston; 3. Xylanh con; 4. Lò xo hồi vị; 5. Guốc phanh; 6. Má phanh; 7. Mâm phanh; 8. Tấm dẫn hướng; 9. Tang trống;
10. Chốt điều chỉnh; 11. Cam điều chỉnh.
Trong q trình phanh, tang trống và má phanh bị nóng lên bởi lực ma sát, gây mòn các tấm ma sát và bề mặt trụ của tang trống. Sự nóng lên quá mức có thể dẫn tới suy giảm hệ số ma sát và giảm hiệu quả phanh lâu dài, biến dạng các chi tiết bao kín bằng cao su, do vậy cơ cấu phanh cần thiết được thốt nhiệt tốt. Sự mịn tấm ma sát và tang trống phanh dẫn tới tăng khe hở má
phanh 9, hai xi lanh bánh xe 3, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua tâm. Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh 10 và cũng có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh 4 với trống phanh. Một đầu của guốc phanh ln tì vào piston 6 của xi lanh bánh xe 3 nhờ lị xo guốc phanh 7. Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bởi cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở lắp trong piston của xi lanh bánh xe.
Hình 2.2: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
1. Ống nối; 2. Vít xả khí; 3. Xi lanh bánh xe; 4. Má phanh; 5. Phớt làm kín; 6. Piston; 7. Lị xo guốc phanh;
8. Tấm chặn; 9. Chốt guốc phanh; 10. Mâm phanh.
Khi phanh, dầu có áp suất sẽ được đưa tới các xylanh bánh xe, áp lực dầu tác động lên các piston thắng được lực kéo của lò xo hồi vị sẽ đẩy piston cùng
với đầu trên của guốc phanh ép các má phanh vào trống phanh thực hiện quá trình phanh. Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xi lanh giảm, lò xo hồi vị kéo các guốc phanh ép chặt vào piston, tách má phanh ra khỏi trống phanh.
Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thủy lực và được bố trí ở cầu trước của ơ tơ du lịch hoặc xe tải nhỏ. Người ta bố trí sao cho khi ơ tơ chuyển động tiến thì cả hai guốc phanh đều là guốc xiết cịn khi lùi thì lại trở thành hai guốc nhả.
Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Cơ cấu phanh guốc loại bơi có cả hai đầu các guốc phanh đều chịu tác động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt. Có hai loại cơ cấu phanh bơi là loại hai mặt tựa tác dụng đơn, loại hai mặt tựa tác dụng kép.
- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình 2.3a):
Loại này có một đầu của guốc phanh được tựa trên mặt tựa di trượt trên phần vỏ xylanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của piston. Ở trạng thái bình thường dưới tác dụng của hai lị xo guốc phanh các guốc phanh ép sát vào các mặt tựa tạo khe hở giữa má phanh và trống phanh. Khi làm việc, trước hết một đầu của guốc phanh được piston đẩy ép sát vào trống phanh và cuốn theo chiều quay của trống phanh làm đầu còn lại của guốc phanh trượt trên mặt tựa để khắc phục hết khe hở giữa má phanh và trống phanh và trở thành điểm tựa cố định. Nếu trống phanh quay theo chiều quay mũi tên thì hai guốc đều là guốc xiết (ứng với chiều tiến của ô tô). Khi trống phanh quay theo chiều ngược lại thì hai guốc trở thành guốc nhả. Loại này thường bố trí ở bánh xe trước của ô tô du lịch hoặc xe tải nhỏ.
- Loại hai mặt tựa tác dụng kép (hình 2.3b):
Ở loại này trong mỗi xylanh bánh xe có hai piston và cả hai đầu của mỗi guốc phanh đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai piston. Khi làm việc guốc phanh được đẩy ép sát vào trống phanh ở cả hai đầu guốc phanh nên thời gian khắc phục khe hở giữa má phanh và trống phanh ngắn hơn nghĩa là thời gian chậm tác dụng giảm. Ở loại này hiệu quả phanh khi tiến và khi lùi là như nhau vì trong cả hai trường hợp hai guốc đều là guốc xiết. Cơ cấu phanh loại này
Hình 2.3: Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa
Cơ cấu phanh guốc loại tự cương hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai. Cấu tạo và nguyên lý của cơ cấu phanh tự cường hóa được mơ tả trên hình 2.4. Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa: cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn (hình 2.4 a) và cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép (hình 2.4 b).
- Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn (hình 2.4a):
Cấu tạo cơ cấu phanh loại này khác biệt với các cơ cấu phanh kể trên ở chỗ hai đầu của hai guốc phanh được liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ cấu điều chỉnh di động. Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một được tựa vào mặt tựa di trượt trên vỏ xi lanh bánh xe cịn một thì tựa vào mặt tựa di trượt của piston xylanh bánh xe. Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốc phanh.
Ở trạng thái chưa làm việc cả hai guốc phanh được các lò xo guốc phanh kéo áp sát vào các mặt tựa tạo khe hở giữa má phanh và trống phanh. Khi làm việc một đầu của guốc phanh được piston đẩy ép sát vào trống phanh và cuốn theo chiều quay của trống phanh, thông qua cơ cấu điều chỉnh tác dụng lên guốc phanh còn lại và khi đã khắc phục hết khe hở cả hai guốc phanh cùng có điểm tựa cố định là mặt tựa trên vỏ xylanh. Như vậy không những cả hai guốc đều là guốc xiết mà guốc thứ hai cịn được guốc thứ nhất cường hóa một lực thơng qua cơ cấu điều chỉnh. Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn có hiệu quả phanh theo chiều quay của trống phanh ngược chiều kim đồng hồ (ứng với chiều tiến ô tơ) là lớn, cịn chiều quay ngược lại là nhỏ. Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe phía trước của ơ tơ du lịch và ơ tơ tải nhỏ đến trung bình.
- Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép (hình 2.4b):
Khác với loại trên, loại cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanh tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai piston trong một xylanh bánh xe. Vì vậy hiện tượng tự cường hóa và hiệu quả phanh ở cả hai chiều quay của trống phanh đều như nhau. Cơ cấu phanh loại này được sử dụng ở các bánh xe sau của ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ đến trung bình.
2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh đĩa được dùng phổ biến trên ô tơ con, có thể ở cả cầu trước và cầu sau do đó có những ưu điểm chính sau:
- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, điều này giúp cho bánh xe khi phanh ổn định nhất là ở nhiệt độ cao.
bánh xe tang trống, hơn nữa do phanh đĩa hở nên dễ bị bám bẩn bề mặt ma sát.
Cấu tạo phanh đĩa có hai loại: loại có giá đỡ xylanh cố định (hình2.5) và loại có giá đỡ xylanh di động (hình 2.6).
a) Phanh đĩa có giá đỡ cố định
Cấu tạo loại phanh đĩa có giá đỡ xylanh cố định được trình bày trên hình 2.5
Hình 2.5: Phanh đĩa có giá đỡ cố định
Giá đỡ phanh được bắt cố định với giá cố định của trục bánh xe. Hai bên đĩa phanh là hai xylanh bánh xe chứa hai piston bên trong. Một phía piston tì sát vào các má phanh, phía cịn lại chịu áp lực dầu khi phanh. Các piston có phớt làm kín dạng vành khăn dày để bao kín khoang chịu áp suất cao, đồng thời chắn bụi từ bên ngoài vào bề mặt làm việc.
bánh xe, đẩy piston ép sát các má phanh theo hai chiều ngược nhau vào các 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 xylanh bánh xe hồi về xylanh chính, áp suất điều khiển khơng tồn tại, tách má phanh khỏi đĩa phanh kết thúc quá trình phanh.
b) Phanh đĩa có giá đỡ di động
Cấu tạo phanh đĩa có giá đỡ di động trình bày trên hình 2.6
Ở loại này giá đỡ khơng bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trên chốt bắt cố định với dầm cầu. Trong giá đỡ di động chỉ bố trí một xylanh bánh xe với một piston tì vào một má phanh, má phanh ở phía đối diện được lắp trực tiếp lên giá đỡ di động. Các má phanh được định vị trên các rãnh định vị của giá di động hoặc nhờ chốt trượt. Giá cố định bắt trực tiếp với giá đỡ trục quay bánh xe, và là nơi tiếp nhận các phản lực sinh ra khi phanh.
Hình 2.6: Phanh đĩa có giá đỡ di động
1. Hướng di chuyển; 2. Đường dầu vào; 3. Giá dẫn hướng; 4. Piston; 5. Má phanh; 6. Đĩa phanh.
Khi đạp phanh, dầu từ xylanh chính theo ống dẫn vào xylanh bánh xe. Ban đầu piston sẽ dịch chuyển để đẩy má phanh bên phải ép vào đĩa phanh, đồng thời đẩy giá đỡ di động về bên phải, ép má phanh bên trái vào đĩa. Khi tiếp tục tăng áp suất dầu, các má phanh được ép sát thực hiện quá trình phanh. Khi nhả phanh, áp suất dầu điều khiển giảm nhỏ, các phớt bao kín có khả năng đàn hồi kéo piston trở về vị trí ban đầu, đồng thời các đĩa phanh quay trơn với độ đảo rất nhỏ, tách má phanh với đĩa phanh. Do bề mặt ma sát
phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với áp suất lớn nhất trong khoảng (60 ÷ 120 bar). Áp suất được hình thành khi người lái đạp bàn đạp phanh, thực hiện tạo áp suất trong xylanh chính.
Hình 2.7: Dẫn động phanh chính bằng thủy lực
Chất lỏng (dầu phanh) được dẫn theo các đường ống tới các xylanh bánh xe (nằm trong cơ cấu phanh). Khi có áp suất dầu, các piston trong xylanh thực hiện tạo lực ép má phanh vào trống phanh (hoặc đĩa phanh), thực hiện sự phanh tại cơ cấu phanh bánh xe. Lực trên má phanh phụ thuộc đường kính piston ở các xylanh con. Muốn có mơ men phanh ở các bánh xe trước khác mô men phanh ở các bánh xe sau chỉ cần làm đường kính piston ở các xylanh con khác nhau. Lực tác dụng trên các má phanh cũng phụ thuộc vào tỷ số truyền của truyền động. Đối với phanh dầu bằng tỷ số truyền của phần truyền động cơ khí nhân với tỷ số truyền của phần truyền động thuỷ lực. Nếu piston ở xylanh con với diện tích lớn gấp đơi diện tích của piston ở xi lanh chính thì
lực tác dụng lên piston ở xylanh con sẽ lớn gấp đôi. Như thế tỷ số truyền sẽ tăng lên hai lần, nhưng trong lúc đó hành trình của piston ở xylanh con sẽ giảm đi hai lần, vì vậy mà chúng có quan hệ theo tỷ lệ nghịch với nhau cho nên làm khó khăn trong khi thiết kế truyền động phanh.
Đặc điểm quan trọng của hệ thống phanh thủy lực là các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp suất trong đường ống chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào các trống phanh không phụ thuộc vào đường kính xylanh làm việc và khe hở giữa trống phanh và má phanh.
Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm là phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao do dầu khơng bị nén, có khả năng dùng trên nhiều loại ơtơ khác nhau, chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh. Tuy nhiên nhược điểm là tỉ số truyền của dẫn động dầu không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh, khi có chỗ nào bị hư hỏng, cả hệ thống phanh đều không làm việc được (ví dụ khi hư hỏng một đường ống nào đấy sẽ ảnh hưởng đến cả hệ thống), hơn nữa hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp. Vì vậy dẫn động thủy lực thường sử dụng trên ô tô con hoặc ô tô tải nhỏ.
Trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực tùy theo sơ đồ của mạch dẫn động người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dịng.
- Dẫn động một dịng (hình 2.7) có nghĩa là từ đầu ra của xylanh chính có một đường dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xylanh công tác của bánh xe. Dẫn động một dịng có kết cấu đơn giản nhưng độ an tồn khơng cao. Vì một lý do nào đó, bất kì đường dầu nào đến các xylanh bánh xe bị rị rỉ thì trong hệ thống bị mất áp suất và tất vả các bánh xe đều bị mất phanh. Vì vậy trong thực tế thường sử dụng dẫn động thủy lực hai dòng.
- Dẫn động hai dòng: sơ đồ được mơ tả trên hình 2.8
Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng. Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dịng phải tính tốn kỹ dựa vào ba yếu tố chính :
+ Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng. + Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép.
Hình 2.8: Các sơ đồ phân dịng dẫn động phanh thuỷ lực
Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (2.8a) sơ đồ phân dịng theo yêu cầu. Ðây là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước.
Khi dùng các sơ đồ hình (2.8b,c và d) sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2 dòng cho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2 dịng cho cầu trước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn. Hiệu quả phanh đảm bảo khơng thấp hơn 50% khi hỏng một dịng nào đó. Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (2.8b và d) lực phanh sẽ khơng đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng.
Sơ đồ hình 2.8e là sơ đồ hồn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất.
2.2.2. Dẫn động phanh chính bằng khí nén
Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện.
Hệ thống phanh khí nén sử dụng năng lượng của khí nén để tiến hành phanh, người điều khiển không cần mất nhiều lực tác động lên phanh mà chỉ cần đủ lực thắng lị xo ở tổng van khí nén để cung cấp khí nén hoặc làm thốt khí nén ở các bộ phận làm việc. Nhờ thế mà phanh điều khiển nhẹ nhàng hơn.
a) b)
c)
Phanh khí nén thường sử dụng trên xe có tải trọng trung bình và lớn.
Hình 2.9: Sơ đồ dẫn động phanh khí nén
1. Máy nén khí; 2. Bộ điều chỉnh áp suất; 3. Đồng hồ đo áp; 4,5. Bình khí nén; 6. Bầu phanh; 7. Cam banh; 8. Van điều khiển; 9. Bàn đạp phanh;
10. Ống mềm; 11. Guốc phanh.
Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén là lực tác động lên bàn đạp nhỏ có khả năng cơ khí hóa q trình điều khển ơ tơ và có thể sử dụng khơng khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treo loại khí v.v…
Nhược điểm là số lượng các cụm chi tiết khá nhiều, kích thước chung lớn, giá thành cao, độ nhạy nhỏ. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén cơ bản (hình 2.9) gồm các phần chính: nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống dẫn khí.
- Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút khơng khí từ bên ngồi khí quyển, nén khơng khí tới áp suất cần thiết (0,7 ÷ 0,9 Mpa), đảm bảo cung cấp đủ lượng khí cho hệ thống làm việc. Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén, do vậy khí nén cần đảm bảo khơ, sạch, có áp suất ở mức an tồn khi làm việc.
- Van phân phối: cơ cấu gắn liền với bàn đạp để điều khiển (cụm điều khiển) đóng mở các dịng khí nén từ các bình chứa đến các bầu phanh bánh xe