Thiết kế tính tốn cơ cấu phanh sau 29

1.3.2 .Phân loại theo kết cấu

2.2. Tính tốn thiết kế hệ thống phanh trên cơ sở xe Toyota Innova 2009 23

2.2.3 Thiết kế tính tốn cơ cấu phanh sau 29

2.2.3 Thiết kế tính tốn cơ cấu phanh sau 2.2.3.1. Xác định góc δ, bán kính ρ

2.2.3.1. Xác định góc δ, bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên mácủa lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

phanh

tg

tg δ δ ==cocoss 22 β β11−−cos2cos2 β β22

2

Y' Y' Y Y o o11 o o X' X' X X ß        ß        P P ß         ß         1         1         ß         ß         2         2          a        a      

Hình 2.4: Các thơng số hình học của cơ cấu phanh Hình 2.4: Các thơng số hình học của cơ cấu phanh Trong đó:

Trong đó:

ββ11: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát ββ11 = 14 = 1400

ββ00: Góc ơm của tấm ma sát, β: Góc ơm của tấm ma sát, β00 = 120 = 12000 ββ22 = β = β11 + β + β00 = 14 = 1400 + 120 + 12000 = 134 = 13400

=> =>

=> δ = 9,21 => δ = 9,2100  

Bán kính ρ xác định theo cơng thức sau: Bán kính ρ xác định theo cơng thức sau:

 ρ

 ρ==    22rrt t ((coscos β β11−−coscos β β22))

√ 

√  β β0022++sinsin22 β β00−−22 β β00coscos(( β β11++ β β22)).. sisinn β β00    (2.12)(2.12) Với:

Với: r 

r tt: Bán kính của tang trống, với lốp chọn thiết kế có kí hiệu 205/65 R15. Tương ứng: Bán kính của tang trống, với lốp chọn thiết kế có kí hiệu 205/65 R15. Tương ứng với đường kính D = 610,5 mm ta chọn theo xe tham khảo bán kính trống phanh r 

với đường kính D = 610,5 mm ta chọn theo xe tham khảo bán kính trống phanh r tt = 140 = 140 mm.

Vậy ta có: Vậy ta có:

ββ11 = 14 = 1400 ββ22 = 134 = 13400 ββ00 = 120 = 12000 δ = 9,21

δ = 9,2100 ρ ρ = = 116622,,6 6 mmmm r  r  tt  = = 140 140 mmmm

2.3.3.2. Xác định các lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh

2.3.3.2. Xác định các lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh bằngbằng phương pháp họa đồ

phương pháp họa đồ

Khi tính tốn cơ cấu phanh chúng ta cần xác

Khi tính tốn cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên định lực P tác dụng lên guốc phanh đểguốc phanh để đảm bảo cho tổng momen phanh sinh ra ở guốc phanh trước (M’

đảm bảo cho tổng momen phanh sinh ra ở guốc phanh trước (M’P1P1 hoặc M” hoặc M”P1P1) và guốc) và guốc sau (M’

sau (M’P2P2 hoặc M” hoặc M”P2P2) bằng mơmen phanh tính tốn của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe.) bằng mơmen phanh tính tốn của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe. Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (β

Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (β11, , ββ22, , ββ00, , r r 11) chúng ta tính được góc δ và) chúng ta tính được góc δ và  bán kính

 bán kính ρ nghĩa ρ nghĩa là xác là xác định được định được hướng và hướng và điểm đặt điểm đặt lực Nlực N11 (lực N (lực N11 hướng vào tâm 0). hướng vào tâm 0). Lực R 

Lực R 11 là lực tổng hợp của N là lực tổng hợp của N11, T, T11. Lực R . Lực R 11 tạo với lực N tạo với lực N11 góc φ góc φ11.. Góc φ

Góc φ11 được xác định như sau: được xác định như sau:

tg tg ϕϕ11== T  T 11  N   N 11== μ μ   (2.13)   (2.13) Trong đó: Trong đó:

μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3. μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3. Vậy chúng ta đã xác định được góc φ

Vậy chúng ta đã xác định được góc φ11 ≈ 16,69 ≈ 16,6900, nghĩa là xác định được hướng của R , nghĩa là xác định được hướng của R 11.. Góc φ

Góc φ11 má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì cùng có hệ số ma sát như má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì cùng có hệ số ma sát như nhau.

nhau.  Như vậy,

 Như vậy, mômen phanmômen phanh sinh ra h sinh ra ở cơ cấu pở cơ cấu phanh của mộhanh của một bánh xe t bánh xe là:là: M’

M’PP = M’ = M’P1P1 + M’ + M’P2P2 = R  = R 11.r .r 00 + R  + R 22.r .r 00   Trong đó:

Trong đó:

Các bước xây dựng họa đồ lực phanh Các bước xây dựng họa đồ lực phanh

Hai guốc phanh như nhau chịu tác dụng của các lực: Hai guốc phanh như nhau chịu tác dụng của các lực:

-- Lực tác dụng từ dẫn động phanh thông qua xilanh công tác PLực tác dụng từ dẫn động phanh thông qua xilanh công tác P’’, P, P’’’’. Do dẫn động thủy. Do dẫn động thủy lực với 1 xilanh công tác chung cho cả 2 piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì lực với 1 xilanh cơng tác chung cho cả 2 piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau P

các lực tác động bằng nhau P’’= P= P’’’’=P. Lực P=P. Lực P’’, P, P’’’’ có phương ngang như hình 3.2. có phương ngang như hình 3.2.

-- Phản lực tâm quay của guốc phanh UPhản lực tâm quay của guốc phanh U , U, U ..

-- Xác định các thong số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỷ lệ, vẽXác định các thong số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỷ lệ, vẽ các lực P.

các lực P.

-- Tính góc δ và bán kính ρ, từ đó xác định được điểm đặt của lực R.Tính góc δ và bán kính ρ, từ đó xác định được điểm đặt của lực R.

-- Tính góc φ và phương của lực R. Kéo dài phương của lực R Tính góc φ và phương của lực R. Kéo dài phương của lực R ’’ và P cắt nhau tại O và P cắt nhau tại O’’,, kéo

kéo

dài phương của P và R 

dài phương của P và R ’’’’cắt nhau tại Ocắt nhau tại O’’’’. Ta có ở trạng thái cân bằng tổng các . Ta có ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụnglực tác dụng lên guốc phanh bằng 0:

lên guốc phanh bằng 0:

Do vậy 3 lực trên sẽ tạo thành một tam giác lực khép kín, nghĩa là nếu kéo dài Do vậy 3 lực trên sẽ tạo thành một tam giác lực khép kín, nghĩa là nếu kéo dài  phương của 3 lực này thì chúng sẽ đồn

 phương của 3 lực này thì chúng sẽ đồng quy đó chính là điểm Og quy đó chính là điểm O’’ và  và OO’’’’. Như vậy để xác. Như vậy để xác định phương của lực U chỉ cần nối O với O

định phương của lực U chỉ cần nối O với O’’ và O với O và O với O’’’’..

-- Trên hình vẽ lấy 2 đoạn PTrên hình vẽ lấy 2 đoạn P11 và P và P22 bằng nhau nhưng ngược chiều. Từ các lực P này bằng nhau nhưng ngược chiều. Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc

dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lựcphanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R và U đã có trên họa đồ.

R và U đã có trên họa đồ.

Đo trực tiếp các đoạn R 

Đo trực tiếp các đoạn R ’’ và R  và R ’’’’  trên trên hình hình và và tính tính tỷ tỷ lệ lệ (Hình (Hình 2.5)2.5) Ta có hệ phương trình: (đo trên hình ta có):

Ta có hệ phương trình: (đo trên hình ta có):

Giải hệ phương trình ta có Giải hệ phương trình ta có Ta có bảng thơng số:

Ta có bảng thơng số:

Phanh cầu sau: Phanh cầu sau: G Guuốốc c ttrrưướớcc:: R  R  ’’ = 8854 N = 8854 N UU ’’= = 66660022  N  N PP11= 2089 N= 2089 N G

Guuốốc c ssaauu:: R  R  ’’’’ = 3673 N = 3673 N U”U”  = 1290= 1290  N

   H    H    ì    ì  n  n    h    h    2    2 . .    5    5  :  :    H    H  ọ  ọ   a   a    đ    đ     ồ     ồ    l    l  ự  ự   c   c   p   p    h    h  a  a   n   n    h    h

2.3.3.3. Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết 2.3.3.3. Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết

Khi thiết kế và tính tốn cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết. Hiện tượng Khi thiết kế và tính tốn cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết. Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của

tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh. Nếu hiện tượng này xảy ra thì khi người láidẫn động lên guốc phanh. Nếu hiện tượng này xảy ra thì khi người lái thơi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện tượng cần tránh đối với hệ thống thôi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện tượng cần tránh đối với hệ thống  phanh. Trên hình 2.5

 phanh. Trên hình 2.5  ta thấy hiện tương tự xiết sẽ không xảy ra khi phương của lực R đita thấy hiện tương tự xiết sẽ không xảy ra khi phương của lực R đi qua phía trên tâm quay của guốc phanh. Khi thơi phanh (tức là khi đó thơi tác động của qua phía trên tâm quay của guốc phanh. Khi thơi phanh (tức là khi đó thơi tác động của lực P), phản lực R từ

lực P), phản lực R từ trống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vịtrống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vị trí khơng phanh). Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay của trí khơng phanh). Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay của guốc phanh (mà điều này chỉ xảy

guốc phanh (mà điều này chỉ xảy ra đối với guốc phanh bên ra đối với guốc phanh bên trái) thì bản thân lực R trái) thì bản thân lực R cũngcũng làm cho guốc phanh quay sang trái. Khi đó momen phanh sẽ tăng lên vơ hạn và nếu làm cho guốc phanh quay sang trái. Khi đó momen phanh sẽ tăng lên vô hạn và nếu người lái nhả phanh thì xe vẫn bị phanh. Guốc phanh bên phải (tức guốc phanh phía sau người lái nhả phanh thì xe vẫn bị phanh. Guốc phanh bên phải (tức guốc phanh phía sau theo chiều tiến của xe) khơng bao giờ có hiện tượng tự xiết.

theo chiều tiến của xe) không bao giờ có hiện tượng tự xiết. Ta có cơng thức tính momen phanh đối với guốc sau:

Ta có cơng thức tính momen phanh đối với guốc sau:

 M   M  P P'''' ==    μρμρ ''  ''   P  P''''((cc .cos .cosα α ++aa))

cc((coscos δ δ ''''−− μ μsinsinδ δ '''')+)+ μρ μρ'' '' ==    μρμρ

''  '' 

 P

 P''''((cc.cos.cosα α ++aa))

cc .cos .cosδ δ ''''++ μ μ(( ρ ρ''''−−sinsinδ δ ''''))   (2.14)  (2.14)

Từ họa đồ ta có thể thấy ρ” – c.sinδ” >0 trong mọi trường hợp vì vậy: Từ họa đồ ta có thể thấy ρ” – c.sinδ” >0 trong mọi trường hợp vì vậy:

c.cosδ” + μ(ρ” – sinδ”) >0 c.cosδ” + μ(ρ” – sinδ”) >0

Vậy với guốc phanh sau khơng bao giờ có hiện tượng tự xiết. Vậy với guốc phanh sau khơng bao giờ có hiện tượng tự xiết. Đối với guốc trước:

Đối với guốc trước:

 M   M  P P' ' ==    μρμρ ' '   P  P' ' ((cc.. cocossα α ++aa)) c c (( cos cosδ δ ' '  + + μ μ sin sinδ δ ' '  )− )− μρ μρ ' ' 

Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì M Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì M’’

 p

 p → ∞. Điều này có → ∞. Điều này có nghĩa là mơmen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vơ cùng lớn, đây chính là nghĩa là mơmen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vơ cùng lớn, đây chính là

hiện tượng tự xiết. Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là:

hiện tượng tự xiết. Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là: μμ== C  C .cos.cosδ δ   ρ  ρ−−C C  .sin .sin δ  δ  Trong đó: Trong đó:

C: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt. Chọn c= 100 mm C: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt. Chọn c= 100 mm

Theo tính tốn ở trên ta có: Theo tính tốn ở trên ta có:

Trên họa đồ lực phanh ta thấy rằng nếu đường kéo dài phương của R’ đi qua hoặc Trên họa đồ lực phanh ta thấy rằng nếu đường kéo dài phương của R’ đi qua hoặc nằm dưới tâm quay của guốc phanh O

nằm dưới tâm quay của guốc phanh O11 thì sẽ xảy ra hiện tượng tự xiết. thì sẽ xảy ra hiện tượng tự xiết.

   guốc trước của cơ cấu phanh sau không xảy ra hiện tượng tự xiết khi guốc trước của cơ cấu phanh sau không xảy ra hiện tượng tự xiết khi  phanh

 phanh Kết luận:

Kết luận: Với cơ cấu phanh thiết kế, không xảy ra hiện tượng tự xiết. Với cơ cấu phanh thiết kế, không xảy ra hiện tượng tự xiết. 2.3.3.4. Đường kính xy lanh phanh sau

2.3.3.4. Đường kính xy lanh phanh sau

Đường kính xi lanh cơng tác của bánh sau được tính trên cơ sở lực P đã được xác Đường kính xi lanh cơng tác của bánh sau được tính trên cơ sở lực P đã được xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

  (2.15)   (2.15) Với:

Với:

P - lực ép của xi lanh phanh lên guốc phanh, P =2089 (N). P - lực ép của xi lanh phanh lên guốc phanh, P =2089 (N).  p

 pii - áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn p - áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn pii= 7 (MPa);= 7 (MPa);

(m) (m) Chọn d =30 mm.

Chọn d =30 mm.

2.3.3.5. Tính bền các chi tiết cơ cấu phanh sau 2.3.3.5. Tính bền các chi tiết cơ cấu phanh sau

-- Tính bền guốc phanh.Tính bền guốc phanh.

Tính kích thước đến trọng tâm G: Tính kích thước đến trọng tâm G:

Guốc phanh thường được làm theo hình chữ T. Ta tính bền cho guốc phanh chịu Guốc phanh thường được làm theo hình chữ T. Ta tính bền cho guốc phanh chịu momen lớn nhất theo tính tốn ở trên ta có

momen lớn nhất theo tính tốn ở trên ta có guốc trước cơ cấu phanh sau chịu momen lớnguốc trước cơ cấu phanh sau chịu momen lớn hơn.

 b  b 11 33 22 R1 R1 ’’ R3 R3 G G cc aa X X 11 XX11 Y2 Y2 dd R1 R1 R2 R2 ’’ R2 R2   Y Y  c   c  1   1   R  R  G G X X XX Y Y  c   c 2  2  

Hình 2.6: Sơ đồ tính bền guốc phanh Hình 2.6: Sơ đồ tính bền guốc phanh a = 50 mm; b= 6 mm; c= 10 mm; d= 40 mm.

a = 50 mm; b= 6 mm; c= 10 mm; d= 40 mm.

  (2.16)   (2.16)

Trong

Trong đó: đó: YY22: kích thước chế tạo guốc phanh Y: kích thước chế tạo guốc phanh Y22= = = = 23 23 mm.mm. F

F11: diện tích phần trên chữ T: F: diện tích phần trên chữ T: F11= a.b= 50.6= 300 mm= a.b= 50.6= 300 mm22 F

F22: diện tích phần dưới chữ T: F: diện tích phần dưới chữ T: F11= c.d= 10.40= 400 mm= c.d= 10.40= 400 mm22

Y

Yc2c2=Y=Y22- Y- Yc1c1= 23 – 10 = 13 mm.= 23 – 10 = 13 mm.

Tính bán kính đường trung hịa: Tính bán kính đường trung hịa: Trong đó:

Trong đó: R’

R’11: bán kính trọng tâm của phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống: R’: bán kính trọng tâm của phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống: R’11= 127,5 mm= 127,5 mm R’