Tính bền cơ cấu phanh

:

5.3 Tính bền cơ cấu phanh

5.3.1Xác định các thành phần lực tác dụng lên guốc phanh Guốc phanh phải chịu 3 lực:

 Lực P do cam ép có phƣơng, chiều và điểm đặt lực đã biết theo cơ cấu phanh.

 Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt lực đƣợc coi là tại tâm quay của guốc phanh O1, tuy nhiên phƣơng, chiều và độ lớn thì chƣa biết.

 Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh. Lực này chƣa biết cả về điểm đặt, phƣơng, chiều và độ lớn.

R N T      Xác định góc δ và bán kính ρ của lựcR  tổng hợp tác dụng lên má phanh

Góc δ (góc tạo bởi trục Ox với đƣờng đi qua tâm O và điểm đặt lực) :

1 2

0 1 2

cos cos 2 cos cos 2 2 sin sin 2 sin sin 2

y x N tg N            Trong đó: βo – góc ôm của tấm ma sát;

β1 – góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát; β2 = βo + β1

Hình 4.10: Các thông số hình học cơ cấu phanh Bán kính ρ của lực tổng hợp R: 1 2 2 2 2 1 2 2 (cos cos cos cos )

sin sin 2 cos cos( )sin sin

t o o o o r              

Với rt là bán kính của tang trống (tùy theo cỡ lốp xe, vành bánh xe). Theo thông số xe tham khảo:

rt = 200 (mm) βo = 110o = 1,92 (rad) β1 = 18o , β2 = 128o Do đó:

cos cos(2.18 ) cos cos(2.128 )

0,195 2.1,92 sin sin(2.18 ) sin sin(2.128 )

o o o o tg      2 2 2 2.0, 200(coscos18 coscos128 ) 0, 228( ) 1,92 sin sin 110 2.1,92.coscos(18 128 )sin sin110

o o

o o o o m

   

  

Xác định các thành phần lực tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp giải tích

Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực phanh P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trƣớc ( '

M ) và guốc sau ( "

M ) bằng mô men phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe.

Khi đã chọn trƣớc các thông số kết cấu (β1, β2, β0, rt) ta tính đƣợc góc δ và bán kính ρ, nghĩa là xác định đƣợc hƣớng và điểm đặt lực N (lực N hƣớng vào tâm O). Lực R là lực tổng hợp của N và T. Lực R tạo với lực N góc φ xác định nhƣ sau:

Với μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thƣờng lấy μ = 0,3.

Từ đó ta xác định đƣợc góc φ 16,7o, nghĩa là xác định đƣợc hƣớng của R. Góc φ má phanh trƣớc và sau đều bằng nhau vì có cùng hệ số ma sát.

Đối với trƣờng hợp dẫn động khí nén, cơ cấu tác động cuối cùng là cam ép. Thông thƣờng các cam có biên dạng đối xứng nên khi tác động, các má phanh của guốc trƣớc và guốc sau có các khoảng dịch chuyển bằng nhau. Trong điều kiện đó, nếu kích thƣớc của các má phanh nhƣ nhau thì biến dạng của chúng cũng bằng nhau và vì vậy áp suất trên các má phanh cũng bằng nhau. Điều này có nghĩa là các phản lực từ trống phanh tác dụng lên các guốc phanh trƣớc và sau cũng bằng nhau:

R’ = R’’ = R.

Vì hai má phanh có kích thƣớc giống nhau nên ta có: ρ’= ρ’’ = ρ

r0’ = r0’’ = r0

Nhƣ vậy mô men phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽ là: MP = MP’ + MP’’= 2.R.r0 √ 0 2 2 0,3 0, 228 1 1 0,3 r        

Nhƣ vậy khi guốc phanh bị ép bằng cam quay, ta có thể xác định đƣợc lực R’ và R’’.

' '' 0 2 P M R R r  

Với gia tốc chậm dần jmax = 0,6 (m/s2), mô men cần thiết tại mỗi cơ cấu phanh cầu trƣớc sẽ là:

1 1. 3418,4.0,562.9,81 18864( )

P bx

M T r   Nm

Mô men cần thiết tại mỗi cơ cấu phanh cầu sau sẽ là:

2 2. 2415,8.0,562.9,81 13318( )

P bx

M T r   Nm

(T lấy từ bảng 3 chƣơng 4) Đối với cầu trƣớc:

' " 1 1 1 0 144000( ) 2. 2.0,0655 P M R R N r    

Đối với cụm cầu sau:

' " 2 2 2 0 101664( ) 2. 2.0,0655 P M R R N r    

Xác định các lực P1’ và P1” tác dụng lên guốc phanh tại cơ cấu phanh ở cầu trước:

Bầu phanh trƣớc sử dụng bầu phanh đơn có kết cấu đơn giản

Hình 4.11: Sơ đồ lực tác dụng lên thanh đẩy

-Xét cân bằng tại cam ép: Phƣơng trình cân bằng lực:

Trong đó:

 Q1 – lực trên ty đẩy bầu phanh,

Q = 1 1,7

p M

=11096 (N)

 L – cánh tay đòn, chọn theo xe tham khảo: L = 180 (mm)  ηT – hiệu suất truyền động của cam: ηT = 0,85

 P1’, P1” – lực đẩy của cam lên guốc trƣớc và guốc sau  h – khoảng cách giữa hai lực P1’, P1”

Chọn theo xe tham khảo: h = 40 mm Phƣơng trình (*) tƣơng đƣơng với:

Mặt khác theo phƣơng pháp giải tích ta xác định đƣợc mối quan hệ giữa P1’, P1” theo phƣơng trình sau:

Trong đó c là khoảng cách từ tâm bánh xe tới tâm chốt c = 160 mm Kết hợp (*) và (**) ta đƣợc:

P1’ = 26464 (N) P1” = 58420 (N)

Xét phƣơng trình cân bằng mô men so với tâm O của trống phanh:

 Ux – thành phần lực U vuông góc với bán kính qua tâm chốt  a = 150 mm

Đối với guốc phanh trƣớc, cơ cấu phanh trƣớc:

Đối với guốc phanh sau, cơ cấu phanh trƣớc:

5.3.2Kiểm nghiệm cơ cấu phanh

a)Kiểm tra hiện tượng tự xiết

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tƣợng tự xiết. Hiện tƣợng 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 dẫn động lên guốc phanh. Đối với guốc trƣớc phanh của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P’ và MP’ có dạng:

Trong đó:

 c – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, c = 160 mm

 δ’, ρ’ – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh trƣớc Biểu thức trên cho thấy:

Nếu thì

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trƣớc sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tƣợng tự xiết.

Vậy điều kiện để xảy ra hiện tƣợng tự xiết là:

Với: δ = 11,02o; ρ = 0,228 m

Thay các thông số trên vào công thức ta có:

Vậy hiện tƣợng tự xiết không xảy ra với guốc trƣớc.

Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:

Ta có thể thấy trong mọi trƣờng hợp vì vậy:

Vậy với guốc sau không bao giờ xảy ra hiện tƣợng tự xiết.

*Kết luận: Hiện tƣợng tự xiết không xảy ra đối với các cơ cấu phanh đã thiết kế.

b)Kiểm tra công trượt riêng

Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ô tô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh nhƣ sau:

Khi phanh ô tô đang chuyển động với vận tốc V0 cho tới khi dừng hẳn (V = 0) thì toàn bộ động năng của ô tô có thể đƣợc coi là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu phanh:

[ ] Trong đó:

 G – trọng lƣợng ô tô khi đầy tải, G = 27500 (KG)  V0 = 60 (km/h) = 16,67 (m/s)

 F∑ - tổng diện tích các má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh  [L] – công ma sát riêng giới hạn, [L] = 4 10 MJ/m2

Theo xe tham khảo F∑ = 6300 (cm2) = 0,63 (m2) Vậy công ma sát riêng là:

[ ] [ ]

( ) Vậy thỏa mãn điều kiện L [L]

+ Áp suất giới hạn trên bề mặt

Áp suất giới hạn trên bề mặt phanh đƣợc giới hạn bởi sức bền của vật liệu:

 [q] – áp suất giới hạn, [q] = 2,5 3,5 (MN/m2 )

 μ – hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, μ =0,3  rt – bán kính trống phanh, rt = 200(mm) = 0,2 (m)  βo – góc ôm má phanh, β0 = 110o

= 1,92 (rad)

 b – bề rộng má phanh, theo xe tham khảo b = 140 (mm) = 0,14 (m) *Cầu trƣớc: 1 1. 3418,4.0,562.9,81 18864( ) P bx M T r   Nm ( ) ( ) [ ] *Cụm cầu sau: 2 2. 2415,8.0,562.9,81 13318( ) P bx M T r   Nm ( ) ( ) [ ]

* Kết luận: Vậy áp suất trên bề mặt má phanh nằm trong giới hạn cho phép.

c)Tính toán nhiệt thoát ra trong quá trình phanh

Trong quá trình phanh động năng của ô tô chuyển thành nhiệt năng tại cơ cấu phanh và một phần sẽ nung nóng các chi tiết của cơ cấu phanh, chủ yếu là trống phanh, phần còn lại tỏa ra ngoài không khí.

Phƣơng trình cân bằng nhiệt viết nhƣ sau:

∫ Trong đó:

 G – trọng lƣợng toàn bộ của ô tô khi đầy tải, G = 27500 (KG)  V1 – vận tốc xe lúc bắt đầu phanh, V1 = 30(km/h) = 8,33 (m/s)  V2 – vận tốc xe khi kết thúc phanh, V2 = 0

 mt – khối lƣợng trống phanh và các chi tiết bị nung nóng

 c – Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng. Đối với thép và gang c = 500J/kg.độ = 51 (KG/m.kg.độ)

 At – diện tích làm mát của trống phanh

 kτ – hệ số truyền nhiệt từ trống phanh ra môi trƣờng không khí  t – thời gian phanh.

Trong trƣờng hợp phanh ngặt, thời gian phanh rất ngắn nên lƣợng nhiệt tỏa ra ngoài không khí rất nhỏ, có thể bỏ qua đƣợc, khi đó:

Do đó:

Trên thực tế khối lƣợng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 127 (kg), do đó thỏa mãn.

CHƢƠNG 6: CHẨN ĐOÁN KỸ THUẬT HỆ THỐNG PHANH

6.1Một số tiêu chuẩn trong kiểm tra hiệu quả phanh 6.1.1Các yêu cầu cơ bản khi kiểm tra hệ thống phanh

Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho ô tô. Do đó phải chấp nhận những yêu cầu kiểm tra khắt khe, nhất là đối với ô tô thƣờng xuyên hoạt động ở tốc độ cao. Các yêu cầu nhƣ sau:

- Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe khẩn cấp trong bất kì tình huống nào. Khi phanh đột ngột xe phải đƣợc dừng sau quãng đƣờng phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại.

- Phải đảm bảo phanh giảm tốc độ ô tô trong mọi điều kiện sử dụng, lực phanh trên bàn đạp phải tỷ lệ với hành trình bàn đạp, có khả năng rà phanh khi cần thiết. Hiệu quả phanh cao phải kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định chuyển động của xe.

- Tối thiểu trên ô tô phải có hai hệ thống phanh là: phanh chính và phanh dự phòng (phanh chân và phanh tay). Hai hệ thống đều phải sẵn sàng làm việc khi cần thiết. Dẫn động phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hƣởng lẫn nhau. Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố. Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe trên đƣờng bằng cũng nhƣ trên dốc, nghiêng theo thiết kế ban đầu.

- Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiểu quả phanh không thay đổi nhiều giữa các lần phanh. Độ chậm trong tác động phải nhỏ, và phải có thể làm việc nhanh chóng tạo hiểu quả phanh ô tô ngay sau khi vừa mới thôi phanh.

- Lực điều khiển không quá lớn và điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng, kể cả điều khiển bằng chân hoặc bằng tay.

- Khi phanh, lực phanh sinh ra giữa các bánh xe trên một cầu phải bằng nhau, nếu có sai lệch thì phải nhỏ trong phạm vi cho phép, khi thử phanh trên đƣờng phải giữ đúng đƣợc quỹ đạo chuyển động mong muốn theo điều khiển.

- Hành trình bàn đạp phanh hoặc tay phanh phải thích hợp và nằm trong phạm vi điều khiển có thể của ngƣời sử dụng.

- Các hệ thống điều khiển có trợ lực phanh, khi bị hƣ hỏng trợ lực thì hệ thống phanh vẫn điều khiển đƣợc và có tác dụng lên ô tô.

- Đảm bảo độ tin cậy sử dụng của ô tô trong cả hệ thống và các chi tiết trong hệ thống, nhất là các chi tiết bao kín bằng vật liệu cao su, nhựa tổng hợp.

- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hƣởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moay ơ…), phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết hƣ hỏng.

6.1.2Một số tiêu chuẩn trong kiểm tra

Các quốc gia khác nhau đều có tiêu chuẩn riêng cho phù hợp với mức độ phát triển kinh tế nên các tiêu chuẩn sử dụng đều không giống nhau. Tiêu chuẩn cơ bản trong kiểm tra hiệu quả phanh cho trong bảng 1 của ECE R13 và của

TCVN 6919 – 2001 Việt Nam trong trƣờng hợp lắp ráp xuất xƣởng ô tô:

 Khi phanh xe trên đƣờng quỹ đạo chuyển động của ô tô không lệch quá 8o so với phƣơng chuyển động thẳng và không bị lệch bên 3,50 m.

 Tiêu chuẩn kiểm tra chất lƣợng phanh chân dùng trong kiểm định lƣu hành của Việt Nam do Bộ GTVT ban hành cho trong bảng 2 – tiêu chuẩn ngành 22-TCN 224-2000.

Cũng trong tiêu chuẩn này yêu cầu cho phanh tay: khi phanh tay (phanh dừng) xe đƣợc dừng trên dốc (độ dốc 20%), hay lực phanh trên bánh xe kiểm tra trên bệ thử không nhỏ hơn 16% trọng lƣợng ô tô.

Bảng 1: Tiêu chuẩn châu Âu ECE – R13

Phân nhóm Quãng đƣờng

phanh Sp ( m )

Gia tốcphanh Jpmax(m/s2 ) Nhóm 1: Ô tô con, kể cả ô tô con chuyên dùng đến 09

chỗ ( kể cả ngƣời lái )

Không lớn hơn 7,2

Không nhỏ hơn 5,8

Nhóm 2: Ô tô tải có trọng lƣợng toàn bộ không lớn

hơn 8.000 kG, ô tô khách trên 09 chỗ ( kể cả ngƣời lái) có tổng chiều dài không không lớn hơn 7,5 m

Không lớn hơn 9,5

Không nhỏ hơn 5,0

Nhóm 3: Ô tô hoặc đoàn ô tô có trọng lƣợng toàn bộ

lớn hơn 8.000 kG, Ô tô khách trên 09 chỗ ( kể cả ngƣời lái ) có tổng chiều dài lớn hơn 7,5 m

Không lớn hơn 11,0

Không nhỏ hơn 4,2

Nhóm 4 : Mô tô ba bánh, xe lam và xích lô máy Không lớn hơn 8,2

-

Bảng 2: Tiêu chuẩn ngành 22-TC 224-2000

Chú thích: (*) – Công thức tính toán gần đúng quãng đƣờng phanh lấy

6.2Hƣ hỏng trong hệ thống phanh 6.2.1Cơ cấu phanh

a. Mòn cơ cấu phanh

Quá trình phanh xảy ra tại các cơ cấu phanh đƣợc thực hiện nhờ ma sát giữa phần quay và phần không quay, vì vậy sự mài mòn các chi tiết của má phanh với tang trống hay đĩa phanh là không tránh khỏi. Sự mài mòn này làm tăng kích thƣớc bề mặt làm việc của tang trống, giảm chiều dày má phanh, tức là làm tăng khe hở má phanh với tang trống khi không phanh. Khi đó muốn phanh hành trình bàn đạp phanh phải lớn lên hoặc hệ thống phanh khí nén thời gian chậm tác dụng sẽ tăng. Hậu quả của nó sẽ làm tăng quãng đƣờng phanh, tăng thời gian phanh, giảm gia tốc chậm dần trung bình của ô tô. Nếu hiện tƣợng mòn xảy ra còn ít thì ảnh hƣởng của nó tới hiệu quả phanh là không đáng kể, nhƣng khi sự mài mòn tăng lên nhiều, sẽ dẫn tới giảm đáng kể hiệu quả phanh, đồng thời làm cho ngƣời lái phải tập trung cao độ xử lý các tình huống khi phanh và sẽ nhanh chóng mệt mỏi.

Sự mài mòn quá mức của má phanh có thể dẫn đến bong tróc liên kết (đinh tán hay keo dán) giữa má phanh và guốc phanh, má phanh có thể rơi vào không gian nằm giữa guốc và tang trống, gây kẹt cứng cơ cấu phanh.

Sự mài mòn tang trống có thể xảy ra theo các dạng: bị cào xƣớc lớn trên bề mặt ma sát của tang trống và làm biến động lớn mô men phanh, gây méo tang trống khi phanh và có thể nứt tang trống do chịu tải trọng quá lớn.

Sự mài mòn các cơ cấu phanh thƣờng xảy ra:

- Mòn đều giữa các cơ cấu phanh. Khi phanh, hiệu quả phanh sẽ giảm, hành trình bàn đạp tăng lên (nếu là hệ thống phanh thủy lực).

- Mòn không đều giữa các cơ cấu phanh, hiệu quả phanh giảm mạnh, ô tô bị lệch hƣớng chuyển động, nhiều khi sự giữ chặt vành lái không thể duy trì hƣớng chuyển động mong muốn. Điều này thƣờng dẫn tới các tai nạn giao thông khi phanh ngặt. Các trạng thái lệch hƣớng chuyển động thƣờng nguy hiểm kể cả

khi ô tô chuyển động thằng, và đặc biệt nghiêm trọng khi ô tô quay vòng và