Hỡnh 2.1: Bố trớ hệ thống phanh trờn xe.
2.1. CƠ CẤU PHANH
Trờn xe TOYOTA COROLLA cơ cấu phanh được sử dụng cho cầu trước và cầu sau thỡ đều là cơ cấu phanh đĩa.
- Sử dụng cơ cấu phanh đĩa loại giỏ đỡ di động.
- Đĩa phanh được chế tạo bằng gang cầu, bề mặt làm việc được mài phẳng, khụng được cú vết xước.
Dạng đĩa là khụng phẳng vỡ bề mặt ma sỏt được bố trớ xa ổ lăn của moay ơ bỏnh xe, hạn chế nung núng ổ này và dễ dàng bố trớ xi lanh cụng tỏc. Dạng đĩa khụng phẳng cú tạo cỏc lỗ hướng kớnh vỡ ngoài cỏc ưu điểm của đĩa khụng phẳng ra thỡ đĩa phanh được làm mỏt tốt hơn.
- Mỏ phanh của cơ cấu phanh đĩa cú dạng tấm phẳng. Nú được cấu tạo bởi một xương phanh bằng một tấm thộp dày khoảng 2 đến 3 mm và một tấm mỏ phanh bằng vật liệu ma sỏt. Mỏ phanh và xương đĩa được liờn kết với nhau bằng một lớp keo đặc biệt. Loại mỏ phanh sử dụng trờn xe là loại mỏ liền. Pớt tụng làm việc khụng tỏc dụng trực tiếp lờn xương đĩa mà nú tỏc dụng thụng qua một tấm lút.
Hỡnh 2.2: Cơ cấu phanh.
• Ưu điểm của việc sử dụng cơ cấu phanh đĩa:
- Cấu tạo đơn giản nờn việc kiểm tra và thay thế mỏ phanh đặc biệt dễ dàng. - Cụng nghệ chế tạo ớt gặp khú khăn, cú nhiều khả năng giảm giỏ thành trong sản xuất.
- Cơ cấu phanh đĩa cho phộp mụmen phanh ổn định hơn so với cơ cấu phanh kiểu tang trống khi hệ số ma sỏt thay đổi. Điều đú giỳp cho cỏc bỏnh xe bị phanh làm việc ổn định , nhất là ở tốc độ cao .
- Khối lượng cỏc chi tiết nhỏ, kết cấu gọn nờn tổng cỏc khối lượng cỏc chi tiết khụng treo nhỏ, nõng cao tớnh ờm dịu và sự bỏm đường của xe.
- Khả năng thoỏt nhiệt ra mụi trường bờn ngoài là dễ dàng.
- Thoỏt nước tốt: Do nước bỏm vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực ly tõm nờn tớnh năng phanh được phục hồi trong một thời gian ngắn.
- Khụng cần điều chỉnh phanh.
• Nhược điểm của việc sử dụng cơ cấu phanh đĩa:
- Nhược điểm của phanh đĩa là khú cú thể trỏnh bụi bẩn và đất cỏt vỡ đĩa phanh khụng được che đậy kớn, bụi bẩn sẽ lọt vào khe hở giữa mỏ phanh và đĩa phanh khi ụtụ đi vào chỗ lầy lội làm giảm ma sỏt giữa đĩa phanh và mỏ phanh khi phanh, phanh sẽ kộm hiệu quả.
- Mỏ phanh phải chịu được ma sỏt và nhiệt độ lớn hơn. Phanh đĩa cú tiếng kờu rớt do sự tiếp xỳc giữa đĩa phanh và mỏ phanh.
- Lực phanh nhỏ hơn .
2.2. DẪN ĐỘNG PHANH
Trờn xe TOYOTA COROLLA thỡ người ta sử dụng hệ thống dẫn động phanh là dẫn động thủy lực.
• Ưu điểm của việc sử dụng dẫn động thủy lực:
- Phanh đồng thời cỏc bỏnh xe với sự phõn bố lực phanh giữa cỏc bỏnh xe hoặc giữa cỏc mỏ phanh theo yờu cầu;
- Hiệu suất cao;
- Cú khả năng ứng dụng đa dạng trờn nhiều loại ụtụ khỏc nhau khi chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
• Nhược điểm của việc sử dụng dẫn động phanh thủy lực:
- Tỷ số truyền của dẫn động khụng lớn nờn khụng thể tăng lực điều khiển lờn cơ cấu phanh;
- Hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp.
Nguyờn lý hoạt động của dẫn động thuỷ lực:
Khi khụng phanh: Lũ xo hồi vị kộo về vị trớ nhả phanh, dầu ỏp suất thấp nằm chờ trờn đường ống.
Khi người lỏi tỏc dụng vào bàn đạp 1, qua thanh đẩy sẽ tỏc động vào pittụng nằm trong xylanh 3, ộp dầu trong xylanh chớnh 3 đi đến cỏc đường ống dẫn. Chất lỏng với ỏp suất cao (khoảng 5 ữ 8 MPa) sẽ tỏc dụng vào cỏc
Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống phanh dầu
1.Bàn đạp phanh; 2. Bầu trợ lực; 3. Xi lanh chính; 4. Bình dầu; 5. Phanh đĩa; 6. Bộ điều hoà lực phanh; 7. Phanh đĩa
pitụng ở xylanh bỏnh xe ở cầu trước và cả cầu sau. Cỏc pitụng này ộp sỏt mỏ phanh vào đĩa phanh thực hiện quỏ trỡnh phanh.
Khi thụi phanh người lỏi thụi tỏc dụng lờn bàn đạp phanh, dầu bị mất ỏp suất và được hồi về bỡnh chứa. Dưới tỏc dụng đàn hồi của cuppen nú sẽ làm cho piston bỏnh xe bị kộo ra và làm mỏ phanh tỏch ra khỏi đĩa phanh.
Sự làm việc của dẫn động phanh thuỷ lực dựa trờn quy luật thuỷ tĩnh. Áp suất trong sơ đồ dẫn động được truyền đến cỏc xi lanh phanh bỏnh xe là như nhau, khi đú lực đẩy lờn pớt tụng sẽ phụ thuộc vào pớt tụng xi lanh cụng tỏc. Khi tăng lực tỏc dụng lờn bàn đạp phanh, và tất nhiờn là lực tỏc dụng lờn pớt tụng xi lanh phanh chớnh, ỏp suất trong dẫn động và lực đẩy lờn mỏ phanh sẽ tăng lờn. Do vậy dẫn động phanh thuỷ lực bảo đảm được sự làm việc đồng thời của cơ cấu phanh đĩa, bảo đảm sự tỷ lệ giữa lực tỏc dụng lờn bàn đạp và lực đẩy lờn mỏ phanh ở cơ cấu phanh đĩa.
2.3. BỘ TRỢ LỰC PHANH
1 . Thõn xi lanh , 2 .Lũ xo Piston thứ cấp , 3 Vành tựa Lũ xo , 4 .phớt , 5 .Chốt hạn chế, 6 .Piston thứ cấp , 7 .Phớt thõn van , 8 . Lũ xo , 9 .Vành tựa Lũ xo , 10 .Phớt , 11.Piston sơ cấp, 12 .Phanh hỏm , 13 .Vành tựa Lũ xo , 14 .Lũ xo màng trợ lực , 15 .Thõn trước trợ lực, 16 . Màng trợ lực , 17.Địa đỡ màng , 18. Thõn sau trợ lực .19.Tấm thộp van hóm, 20. Bulụng M12, 21.Phớt thõn trợ lực, 22.Vành đỡ Lũ xo, 23. Loxo hồi van khớ, 24.Vừ bọc, 25.Lọc khớ, 26.Cần đẩy, 27.Van điều khiển, 28, Lũ xo van điều khiển, 29, Van khớ, 30, Đĩa phản lực, 31.Van chõn khụng, 32.Thanh đẩy trợ lực, 33.ống dẫn khớ, 34.ống nối, 35.Phớt thõn, 36.ống dẫn dầu, 37.Cửa bự, 38.Cửa hồi dầu.
2.4. BỘ ĐIỀU HềA LỰC PHANH
Bộ điều hoà lực phanh lắp trờn xe ụtụ dựng để tự động điều chỉnh ỏp lực phanh ở cỏc bỏnh xe theo sự thay đổi tải trọng tỏc dụng lờn cầu sau. Nhờ vậy sẽ tăng được hiệu quả phanh và đảm bảo được sự chuyển động của ụtụ khi phanh.
2.4.1. ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH Lí TƯỞNG CỦA BỘ ĐIỀU HềA LỰC PHANH
Trong quỏ trỡnh phanh, tải trọng tỏc dụng lờn cỏc cầu xe cú sự thay đổi. Do lực quỏn tớnh khi phanh trọng lượng dồn về cầu trước, gia tốc chậm dần của xe càng lớn thỡ tải trọng tỏc dụng lờn cầu trước càng lớn và hệ số bỏm của bỏnh xe với mặt đường cũng lớn, thỡ lực phanh và mụmen phanh thay đổi cũng lớn. Để phanh cú hiệu quả cao cần thiết phải cú bộ phận phõn bố ỏp suất dầu vào cỏc xi lanh làm việc ở cỏc bỏnh xe sao cho phự hợp với trọng lượng bỏm của cỏc bỏnh xe trong qỳa trỡnh phanh.
Bộ điều chỉnh lực phanh cú nhiệm vụ tự điều chỉnh ỏp lực phanh ở cỏc bỏnh xe cho thớch hợp để nõng cao hiệu quả phanh. Nú phụ thuộc vào hai thụng số:
+ Cường độ phanh của ụtụ
+ Sự thay đổi tải trọng tỏc dụng lờn cầu sau làm thay đổi độ vừng của hệ thống treo sau.
Bộ điều hoà lực phanh sẽ tiếp nhận cỏc tớn hiệu trờn để điều khiển ỏp suất đến cỏc bỏnh xe ở cầu sau sao cho phự hợp với trọng lượng bỏm ở cỏc bỏnh xe, và như vậy thỡ hiệu quả phanh sẽ cao hơn nhiều so với khi khụng bố trớ bộ phận này.
Để cú hiệu quả phanh cao nhất thỡ lực phanh sinh ra ở cỏc bỏnh xe trước Pp1 và bỏnh xe sau Pp2 phải tuõn theo:
Pp1 b + jhg =
Pp2 a - jhg (1)
Nếu coi bỏn kớnh bỏnh xe trước rb1 và bỏnh xe sau rb2 bằng nhau trong quỏ trỡnh phanh. Ta cú thể viết quan hệ giữa mụmen phanh ở bỏnh xe sau Mp2 và bỏnh xe trước Mp1 như sau:
Mp2 P .rp2 b2 Pp2 = = Mp1 P .rp1 b1 Pp1 (2) Từ (1) và (2) ta cú: Mp2 a - jhg = Mp1 b + jhg (3) Trong đú:
Mp1 mụmen phanh cần sinh ra ở bỏnh xe trước Mp2 mụmen phanh cần sinh ra ở bỏnh xe sau
Như vậy muốn đảm bảo được hiệu quả phanh tốt nhất thỡ mụmen phanh sinh ra ở cỏc bỏnh xe trước Mp1 và mụmen phanh sinh ra ở bỏnh xe sau Mp2
phải tuõn theo:
Mp2 a - jhg =
Mp1 b + jhg (4)
Mụmen sinh ra ở cỏc bỏnh xe trước Mp1 và ở cỏc bỏnh xe sau Mp2 cú thể xỏc định từ điều kiện bỏm theo biểu thức sau:
Grφb
Mp1=φZ r =1 b L (b + jh )g Grφb
Mp2 =φZ r =2 b L (a - jh )g
(5)
Đối với xe đó chất tải nhất định, ta cú a, b, hg cố định cho cỏc giỏ trị ϕ khỏc nhau vào biểu thức (4) và (5) ta sẽ được cỏc giỏ trị Mp1 và Mp2. Từ đú cú thể vẽ được đồ thị Mp1 = f1(ϕ) và Mp2 = f2(ϕ).
Mp
ϕ Mp1
Mp2
1
2 Mp2
Mp1 0
Hỡnh 2.6: Đường dặc tớnh phanh lý tưởng của ụtụ. 1- đầy tải; 2- khụng tải
Mụmen phanh ở cỏc bỏnh xe tỷ lệ thuận với ỏp suất sinh ra trong dẫn động phanh
Mp1 = k1.P1dđ
Mp2 = k2.P2dđ
Trong đú: P1dđ, P2dđ là ỏp suất dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau
k1, k2 hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau.
Như vậy để đảm bảo phanh lý tưởng thỡ ỏp suất dẫn động ra cơ cấu phanh trước P1dđ và ỏp suất dẫn động ra cơ cấu phanh sau P2dđ phải thoả món điều
kiện :
k M
P 1 p2
2dd =
1
2
0 P2
P1
Hỡnh 2.7: Đường đặc tớnh lý tưởng của bộ điều hoà lực phanh. 1-Đầy tải; 2 khụng tải.
P2 P1 B A 1 1` D C 0 2 2` P`đ/c Pđ/c Hỡnh 2.8: Đường đặc tớnh cú dạng gấp khỳc. OAB: đầy tải; OCD: khụng tải
Muốn bảo đảm đường đặc tớnh lý tưởng núi trờn thỡ bộ điều hoà lực phanh phải cú kết cấu rất phức tạp. Cỏc bộ điều hoà lực phanh trong thực tế chỉ bảo đảm được đường đặc tớnh gần đỳng với đặc tớnh lý tưởng.
Túm lại, bộ điều hoà lực phanh đảm bảo cho ỏp suất dẫn động ra phanh sau và phanh trước theo quan hệ gần sỏt với đường đặc tớnh lý tưởng, làm cho cơ cấu phanh khụng bị bú cứng, do đú tăng được hiệu quả phanh.
2.4.2. CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU HềA LỰC PHANH
(chọn phương ỏn: Điều hũa lực phanh bằng van hạn chế ỏp suất)
a, Phương ỏn 1: Điều hoà lực phanh bằng van hạn chế ỏp suất
4 3 2 1 A p1 p2 F
Hỡnh 2.9: Sơ đồ nguyờn lý điều hoà lực phanh bằng van hạn chế ỏp suất. 1-ụ hạn chế ; 2- piston ; 3- Phớt; 4-Bệ tỡ
Nguyờn lý hoạt động:
Trạng thỏi khụng điều chỉnh, nhờ lực F (tuỳ thuộc vào trọng lượng tỏc dụng, thụng qua hệ đàn hồi) piston luụn được đẩy mở ra. Lực đàn hồi này phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa cầu xe và sàn xe (cú nghĩa là phụ thuộc vào trọng lượng tỏc dụng). Khi ỏp suất tăng đến một giỏ trị nhất định làm cho piston dịch chuyển sang trỏi (do diện tớch hai mặt của piston khỏc nhau) tỡ lờn phớt, đúng kớn đường dầu dẫn đến bỏnh sau. Do vậy p2 khụng tăng trong khi p1 vẫn tiếp tục tăng nờn bỏnh xe sau khụng bị bú cứng.
Khi ỏp suất ở xi lanh phanh chớnh (p1) càng tăng thỡ van càng đúng chặt, vỡ vậy họ đường đặc tớnh làm việc của van giảm ỏp là những đường nằm ngang song song với trục p1.
Hỡnh 2.10: Đồ thị đặc tớnh điều chỉnh của van hạn chế ỏp suất. Oab : Đường điều chỉnh khi xe đầy tải
Ưu - nhược điểm:
- Nõng cao được hiệu quả phanh so với khi khụng lắp bộ điều hoà lực phanh - Kết cấu đơn giản.
- Hiệu quả điều chỉnh khụng cao, chỉ thớch hợp cho xe cú đường đặc tớnh lớ tưởng cong nhiều. Hiệu quả của phanh sẽ kộm khi đi trờn đường cú độ lồi lừm và nhiều ổ gà.
- Áp suất trong xi lanh làm việc của cỏc cơ cấu phanh ở cầu sau được hạn chế tuỳ theo tải trọng tỏc dụng lờn cầu sau, tải trọng này thể hiện qua lực đàn hồi của lũ xo tỏc dụng lờn cỏc van, do đú ứng với mỗi tải trọng khỏc nhau sẽ cho lực lũ xo khỏc nhau.
Do vậy ta khụng chọn loại này làm phương ỏn thiết kế.
b, Phương ỏn 2: Dựng bộ điều hoà theo tải kiểu piston- vi sai
Nguyờn lý hoạt động:
Khi lũ xo cảm biến tải tỡ vào một đầu của piston. Tuỳ theo mức độ chở tải mà lực tỏc dụng lờn piston nhiều hay ớt.
Khi chưa hoạt động, lũ xo đẩy piston 1 lờn trờn làm 1 khụng tiếp xỳc với phớt nờn đường dầu thụng từ xilanh chớnh ra xilanh bỏnh sau, lỳc này p2 = pr.
Khi ỏp suất dầu tăng cao, lực do ỏp suất dầu tỏc dụng lờn đầu trờn của piston sẽ cõn bằng với lực đẩy lờn ( lực đẩy của lũ xo cảm biến tải, của lũ xo , của ỏp suất dầu tỏc dụng lờn đầu dưới của piston) nờn piston tiếp xỳc với phớt ngăn khụng cho dầu ra bỏnh sau do đú p2 được hạn chế. Sau đú, nếu tiếp tục đạp phanh, ỏp suất dầu vào p1 tăng làm cõn bằng trờn bị phỏ vỡ khi đú piston mở ra và p2 lại tăng lờn cho đến khi đạt được sự cõn bằng mới.
Quỏ trỡnh van đúng mở được lặp đi lặp lại như vậy, ứng với cỏc ỏp suất dầu thay đổi.
*Khi đường dầu phanh trước bị hỏng:
- Khi đường dầu phanh trước hoạt động bỡnh thường pf = pr và piston 2 bị đẩy suống phớa dưới.
- Khi đường dầu phanh trước bị hỏng sự chờnh lệch ỏp suất đẩy lờn và xuống trờn piston 2 sẽ tăng tại phần A2 của nú.Vỡ piston 2 bị đẩy lờn trờn,đẩy piston 1 lờn trờn và mở cửa dầu nờn ỏp suất dầu đến cầu sau khụng bị giảm nữa. đ G 0 G 0 d b a c P (KG/cm )2 2 P (KG/cm )1 2 đuờng đặc tính điều chỉnh đuờng đặc tính lý tuởng
c, Phương ỏn 3: Dựng bộ điều hoà ỏp suất dạng tia
Cấu tạo bộ điều hoà lực phanh.
ra các bánh xe sau Tù xi lanh chính tới ra các bánh xe truớc p 1 p p2 2 4 3 1 5 6
Hỡnh 2.13: Sơ đồ bộ điều hoà ỏp suất bằng thuỷ lực.
1 – Van cắt; 2,3 - Piston; 4 - Xi lanh; 5 - Đũn nối ; 6 - Con trượt
Nguyờn lớ làm việc:
Cỏc piston điều chỉnh 2,3 được nối với nhau bởi đũn trung gian 5, đũn này tựa lờn con trượt 6. Vị trớ của con trượt xờ dịch tuỳ thuộc vào mức độ tải trọng của xe.
Khi xe ở trạng thỏi tĩnh con trượt luụn ở trạng thỏi xỏc định. Khi tải trọng tăng lờn độ vừng f sẽ giảm đi con trượt sẽ dịch chuyển sang phải, Lx tăng lờn và khi giảm tải trọng thỡ ngược lại. ở phần trờn của piston 3 cú lắp van cắt 1, van này sẽ đúng kớn đường dầu đến cỏc xi lanh làm việc ở cỏc bỏnh xe sau. Khi khụng phanh van 1 luụn ở trạng thỏi mở.
Khi người lỏi đạp phanh tại xi lanh chớnh sẽ cú ỏp suất p, ỏp suất này sẽ tỏc động lờn hai piston 2, 3. Hai piston này cú đường kớnh phải chọn thớch
hợp, ứng với một tải trọng nhất định piston 3 phải xuống trước để đúng van 1 lại, làm giới hạn sự tăng ỏp suất vào cỏc xi lanh ở cỏc bỏnh xe sau. Sự phối hợp của hai lũ xo Lx1, Lx2 và hai piston 2, 3 phải đỳng ở một thời điểm nhất định với tải trọng nhất định.
Khi đạp vào bàn đạp phanh ỏp suất trong xi lanh chớnh tăng lờn đến một