Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe 7 chỗ

fafsfgsgfdsgsdgdsgdsgdsgdsgsdgdsgdsgsdggggggggggggggggggggggggggggggggggggggggsssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssssss

VIỆN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

1 Đề tài thiết kế: Thiết kế tính toán hệ thống phanh xe 7 chỗ

2 Nội dung phần thuyết minh và tính toán:

Bao gồm 5 chương:

• Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh

• Chương 2: Lựa chọn phương án thuyết kế

• Chương 3: Thiết kế tính toán hệ thống phanh

• Chương 4: Xây dựng mô hình 3D và mô phỏng nhiệt đĩa phanh

• Chương 5: Các hư hỏng thường gặp và phương pháp bảo dưỡng sửa chữa

3 Các bản vẽ:

Bao gồm 6 bản vẽ:

• Bản vẽ 1: Bố trí chung của hệ thống phanh trên xe

• Bản vẽ 2: Cơ cấu phanh đĩa phía trước

• Bản vẽ 3: Cơ cấu phanh đĩa phía sau

• Bản vẽ 4: Bộ điều hòa lực phanh

• Bản vẽ 5: Tổng phanh và trợ lực phanh

• Bản vẽ 6: Mô phỏng nhiệt đĩa phanh

4 Cán bộ hướng dẫn: TS Trần Thanh Tùng

5 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế: 15/3/2021

6 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 17/6/2021

Hà Nội, ngày 17 tháng 6 năm 2021

Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn

(ký, ghi rõ họ tên) (ký, ghi rõ họ tên)

Hiếu

Vũ Minh Hiếu

Lời cảm ơn

Thời gian trôi nhanh như gió thoảng qua Mới ngày nào còn là cậu sinh viên năm nhất

bỡ ngỡ, nay ngoảnh nhìn lại đã qua 4 mùa hoa dưới mái trường Bách Khoa 4 năm không phải là quãng thời gian quá dài, nhưng cũng đủ để những kỉ niệm về Bách Khoa hằn sâu trong tâm trí em Đó là những đêm gục đầu bên sách vở, những trưa hè nắng

oi ả đạp xe tới trường, cả những lúc mệt mỏi vì thành tích học tập không như ý ,… Không biết Bách Khoa đã cho mình những gì, lấy đi của mình bao nhiêu, nhưng chắc chắn nếu không có Bách Khoa sẽ không có con người trưởng thành như ngày hôm nay!

Trải qua quãng đường học tập vất vả là sự đồng hành của bạn bè, thầy cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng vì sự giúp đỡ nhiệt tình, tình yêu thương học trò, đặc biệt là thầy Trần Thanh Tùng – người

đã hướng dẫn em hoàn thiện đồ án tốt nghiệp Em chúc thầy sức khỏe luôn dồi dào, tràn đầy lửa nhiệt huyết với công việc để có thể ươm mầm thêm nhiều thế hệ sinh viên

ưu tú cho đất nước

Xin cảm ơn các bạn, các anh, các em đồng môn đã giúp đỡ, cùng sẻ chia kiến thức, kĩ năng sống, để em tự tin bước vào chặng đường mới của cuộc đời Hi vọng sau này khi chúng ta gặp lại nhau, chúng ta sẽ tự hào vì mình là “người con Bách Khoa”

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 8

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu 8

1.1 Công dụng 8

1.2 Cấu tạo hệ thống phanh 9

1.3 Cơ cấu phanh 9

1.4 Dẫn động phanh 13

1.4 Bộ cường hóa lực phanh 15

1.5 Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS 15

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

1 Giới thiệu về xe tham khảo 17

2 Lựa chọn cơ cấu phanh 18

2.1 Phanh đĩa có giá xy lanh cố định 18

2.2 Phanh đĩa có giá xy lanh di động 19

3 Lựa chọn phương án dẫn động 19

3.1 Cách 1: Dẫn động kiểu II 20

3.2 Cách 2: Dẫn động kiểu X 20

3.3 Cách 3: Dẫn động kiểu HI 21

3.4 Cách 4: Dẫn động kiểu HH 22

4 Bộ trợ lực phanh 24

5 Bộ điều hòa lực phanh 24

5.1 Đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh 25

5.2 Các phương án thiết kế bộ điều hòa lực phanh 27

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH 31

1 Tính toán cơ cấu phanh 31

1.1 Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe 31

1.2 Tính toán cơ cấu phanh 32

1.3 Xác định kích thước má phanh 35

2 Tính toán dẫn động phanh 37

2.1 Đường kính xi lanh công tác 37

2.3 Hành trình của pít tông xi lanh bánh xe 38

2.4 Hành trình của bàn đạp phanh 38

2.5 Xác định hành trình piston xi lanh lực 39

2.6 Tính bền đường ống dẫn động phanh 39

3 Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh 40

3.1 Các thông số của bầu trợ lực 40

3.2 Xây dựng đường đặc tính bộ cường hóa 41

3.3 Tính toán các lò xo 42

4 Tính toán bộ điều hòa lực phanh kiểu piston vi sai 45

4.1 Xây dựng đồ thị quan hệ áp suất 45

4.2 Chọn đường đặc tính điều chỉnh 47

4.3 Xác định hệ số  đạt hiệu quả phanh cao nhất 47

4.4 Xác định hệ số Kđ 48

4.5 Phương trình quan hệ áp suất p1 – p2 của đường đặc tính điều chỉnh 48

4.6 Chọn, xác định các thông số kết cấu của bộ điều hòa lực phanh 49

4.7 Kiểm tra lại đường kính D của pit tông vi sai 50

CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D VÀ MÔ PHỎNG NHIỆT ĐĨA PHANH 52

1 Xây dựng mô hình 3D 52

1.1 Giới thiệu phần mềm Siemens NX 52

1.2 Xây dựng mô hình đĩa phanh 54

2 Mô phỏng nhiệt 55

2.1 Giới thiệu phần mềm Altair SimSolid 55

2.2 Thiết lập bài toán mô phỏng nhiệt đĩa phanh 56

CHƯƠNG V: CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GĂP VÀ PHƯƠNG PHÁP BẢO DƯỠNG SỬA CHỮA 63

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo của hệ thống phanh 9

Hình 1.2 Cơ cấu phanh guốc 10

Hình 1.3 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm 10

Hình 1.4 Cơ cấu phanh guốc loại bơi 11

Hình 1.5 Kết cấu cơ cấu phanh đĩa 11

Hình 1.6 Kết cấu xi lanh công tác 12

Hình 1.7 Hoạt động của gioăng làm kín 13

Hình 1.8 Cấu tạo hệ thống dẫn động phanh khí nén 14

Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động thủy khí 14

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS 15

Hình 2.1 Xe Toyota Fortuner 17

Hình 2.2 Hệ thống phanh đĩa trên xe Fortuner 17

Hình 2.3 Sơ đồ dẫn động thủy lực hai dòng hai cầu riêng biệt 20

Hình 2.4 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng chéo 21

Hình 2.5 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng có một dòng hoàn chỉnh 22

Hình 2.6 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng hoàn chỉnh 23

Hình 2.7 Kết cấu bộ trợ lực chân không 24

Hình 2.8 Các lực tác dụng lên xe 25

Hình 2.9 Mô men phanh tại bánh trước và sau khi hệ số bám thay đổi 26

Hình 2.10 Mối quan hệ mô men phanh của bánh xe trước và sau 26

Hình 2.11 Van hạn chế áp suất 27

Hình 2.12 Đặc tính điều chỉnh của van hạn chế áp suất 28

Hình 2.13 Bộ điều hòa kiểu piston – vi sai 29

Hình 2.14 Đường đặc tính bộ điều hòa piston – vi sai 29

Hình 3.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi phanh 31

Hình 3.2 Lực tác dụng khi xe trên dốc 33

Hình 3.3 Má phanh 35

Hình 3.4 Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực 37

Hình 3.5 Cấu tạo bộ trợ lực phanh 40

Hình 3.6 Đường đặc tính bộ cường hóa trợ lực 42

Hình 3.7 Cấu tạo bộ điều hòa lực phanh kiểu piston – vi sai 45

Hình 3.8 Mối quan hệ áp suất phanh trước và sau 47

Hình 3.9 Đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều hòa lực phanh 49

Hình 3.10 Kích thước bộ điều hòa lực phanh 49

Hình 4.1 Giao diện thiết kế trên phần mềm NX 52

Hình 4.2 Phân tích nhiệt trên phần mềm NX 53

Hình 4.3 Lập trình gia công trên phần mềm NX 53

Hình 4.4 Xây dựng mô hình đĩa phanh 2D 54

Hình 4.5 Hình ảnh đĩa phanh thực tế 54

Hình 4.6 Xây dựng mô hình đĩa phanh 3D bằng NX 55

Hình 4.7 Kết quả mô phỏng trên SimSolid 55

Hình 4.8 Bảng chọn vật liệu của phần mềm SimSolid 56

Hình 4.9 Nhập điều kiện môi trường 57

Hình 4.10 Nhập điều kiện tiếp xúc nhiệt 59

Hình 4.11 Nhập điều kiện tiếp xúc nhiệt 60

Hình 4.12 Dải màu phân bố nhiệt độ trên đĩa phanh 60

Hình 4.13 Điểm có nhiệt độ cao nhất và thấp nhất 61

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật xe Toyota Fortuner 18

Bảng 3.1 Áp suất dầu trong dẫn động phanh khi xe không tải và đầy tải 46

Bảng 4.1 Hệ số truyền nhiệt đối lưu 58

Bảng 5.1 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 63

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất;

- Phanh êm dịu;

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao;

- Điều khiển nhẹ nhàng (lực tác động nhỏ);

- Phân bố mô men phanh hợp lý trên các cầu, không xảy ra trượt lết khi phanh;

- Không xảy ra tự xiết khi phanh;

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt;

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện

sử dụng;

- Lực phanh trên các bánh xe tỉ lệ thuận với lực điều khiển trên bàn đạp;

- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trên dốc trong thời gian dài

1.1.2 Phân loại

• Theo mục đích sử dụng, hệ thống phanh trên ô tô được phân thành: phanh chính, phanh đỗ, phanh dự phòng và phanh bổ trợ Phanh chính tác động lên tất cả các bánh xe, được sử dụng để giảm tốc và dừng xe khi cần thiết Để giảm bớt mức độ phức tạp của kết cấu, người ta thường gốp các chức năng phanh đỗ và phanh dự phòng trong cùng một hệ thống Phanh bổ trợ được trang bị cho các ô tô có tải và

ô tô khách cỡ lớn nhằm giảm tải cho hệ thống phanh chính khi xuống các dốc dài

• Theo kết cấu của cơ cấu phanh: phanh guốc, phanh đĩa, phanh dải;

• Theo dẫn động phanh: dẫn động khí nén, dẫn động thủy lực, dẫn dộng thủy-khí, dẫn động cơ khí, dẫn động điện

Ngoài ra, hệ thống phanh còn có thể phân biệt theo sự có mặt của các hệ thống hỗ trợ điện tử như: hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS), hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (BA, EBA), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD),

1.2 Cấu tạo hệ thống phanh

Hình 1.1 Cấu tạo của hệ thống phanh

Nhìn vào sơ đồ trên, ta thấy hệ thống phanh gồm hai phần chính:

- Cơ cấu phanh:

Cơ cấu phanh có chức năng sinh ra mô men cản lại sự quay của bánh xe Trên các

ô tô hiện đại sử dụng phổ biến hai loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa Phanh guốc được sử dụng chủ yếu trên các ô tô có tải trọng lớn, còn phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ô tô con, đặc biệt là ở cơ cấu phanh trước

- Dẫn động phanh:

Dẫn động phanh có nhiệm vụ truyền lực điều khiển từ người lái hoặc từ một nguồn năng lượng nào đó đến cơ cấu phanh để điều khiển cơ cấu phanh sinh ra

mô men phanh

1.3 Cơ cấu phanh

1.3.1 Cơ cấu phanh guốc

Cơ cấu phanh guốc bao gồm bộ phận cố định, bộ phận quay cùng bánh xe, bộ phận điều khiển và bộ phận điều chỉnh khe hở má phanh Cơ cấu phanh guốc có thể phân loại theo cách bố trí xi lanh công tác Khi đó người ta gọi hai má phanh là má xiết và má nhả Má xiết để chỉ guốc phanh nẳm ở phía lực tiếp tuyến tác dụng từ trống phanh vào má phanh tạo ra mô men cùng chiều với lực điều khiển Má còn lại gọi là

má nhả

Có nhiều cách bố trí xi lanh công tác trong phanh guốc dẫn động chất lỏng, dưới đây là 3 cách bố trí phổ biến

Hình 1.2 Cơ cấu phanh guốc

1 Guốc phanh; 2 Cam; 3 Má phanh; 4 Xy lanh; 5 Trống phanh

Cơ cấu phanh guốc như hình trên có 1 xi lanh công tác và 2 pít tông Mỗi guốc phanh có một đầu được lắp bản lề vào mâm phanh, một đầu tựa vào xi lanh công tác Khi guốc phanh quay theo chiều kim đồng hồ thì má bên phải là má xiết, má bên trái

là má nhả

Cơ cấu phanh loại này khi xe tiến hay lùi mô men phanh trên cơ cấu phanh cũng như nhau nhưng má xiết có mô men lớn hơn má nhả

Hình 1.3 Phanh guốc đối xứng qua tâm

1.Ống nối; 2 Vít xả khí; 3 Xy lanh bánh xe; 4 Má phanh; 5 Phớt làm kín; 6 Piston; 7 Lò xo guốc phanh; 8 Tấm chặn; 9 Chốt guốc phanh; 10 Mâm phanh

Cơ cấu phanh như hình 1.3 có 2 xi lanh công tác, mỗi xi lanh chỉ có 1 pít tông

và được bố trí đối xứng nhau Khi trống phanh quay thuận chiều kim đồng hộ thì cả 2

má đều là má xiết, trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ thì 2 má đều là má nhả Khi đó mô men phanh trong hai trường hợp xe tiến và lùi là khác nhau

Hình 1.4 Cơ cấu phanh guốc loại bơi

Cơ cấu phanh như hình trên gọi là cơ cấu phanh bơi Cơ cấu phanh này cũng có

1 xi lanh và 2 pít tông, điểm khác biệt là điểm tựa của guốc phanh Phía trên mỗi guốc phanh tựa vào 1 pít tông công tác, đồng thời có thêm một chốt tựa chung trên mâm phanh Phía dưới hai guốc phanh được nối với nhau bẳng 1 chốt tựa di động

Cơ cấu phanh này khi xe tiến hoặc lùi mô men phanh vẫn như nhau, nhưng lớn hơn so với mô men phanh tạo ra bởi cơ cấu bố trí đối xứng qua trục

1.3.2 Cơ cấu phanh đĩa

Cơ cấu phanh đĩa được thể hiện trong sơ đồ dưới đây:

Hình 1.5 Kết cấu cơ cấu phanh đĩa

1.Giá đỡ cố định; 2 Pít tông; 3 Má phanh; 4 Giá đỡ di động; 5 Đĩa phanh; 6 Pít tông

Trong cơ cấu phanh đĩa, mỗi đĩa phanh được lắp với moay ơ và quay cùng bánh

xe Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi các xy lanh phanh

Có hai loại phanh đĩa: khung cố định và khung di trượt

Cơ cấu phanh đĩa khung cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn và trên các ô tô thể thao vì nó có độ bền cao Nhược điểm của nó là nhạy cảm với nhiệt

độ khi phanh trong thời gian dài

Cơ cấu phanh đĩa khung di trượt được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn nhẹ, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp

• Một số chi tiết trong cơ cấu phanh đĩa

Hình 1.6 Kết cấu xi lanh công tác

Sơ đồ hình trên thể hiện kết cấu của cụm xi lanh công tác trong cơ cấu phanh đĩa, bao gồm xi lanh, pít tông, phớt làm kín và vành chắn bụi Khi phanh, dầu đẩy piston

ra phía ngoài, đẩy má phanh di chuyển chạm vào đĩa phanh giúp xe dừng lại

d Cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở má phanh

Việc tạo khe hở má phanh trên cơ cấu phanh đĩa được thực hiện nhờ vào sự đàn hồi của phớt làm kín (gioăng) Khi phanh, pít tông dịch chuyển sang trái và làm lệch phớt Khi nhả phanh, phớt trở về vị trí ban đầu làm pít tông dịch chuyển sang phải và tạo ra khe hở giữa má phanh và đĩa phanh

Hình 1.7 Hoạt động của gioăng làm kín

1.3.3 Cơ cấu phanh dừng

Cơ cấu phanh dừng hay còn gọi là phanh tay, có công dụng giữ cho xe đứng yên, khi xe dừng ở những nơi có độ dốc khác nhau Người ta thường dùng dẫn động cơ khí với phanh dừng Tuy nhiên cơ cấu dẫn động của phanh dừng phải không liên hệ với hoạt động của phanh chính

Cấu tạo của hệ thống phanh dẫn động thủy lực gồm: bàn đạp phanh, xi lanh chính, đường ống dẫn, xi lanh công tác

1.4.3 Dẫn động khí nén

Hình 1.8 Cấu tạo hệ thống dẫn động phanh khí nén

1.Máy nén khí; 2 Bầu lọc khí; 3 Bộ điều chỉnh áp suất; 4 Đồng hồ áp suất; 5 Bàn đạp phanh; 6 Van an toàn; 7 Bình chứa khí; 8 Van phân phối (tổng phanh); 9 Bầu phanh; 10 Cam phanh; 11 Lò xo cơ cấu phanh; 12 Guốc phanh

Ở hệ thống phanh dẫn động khí nén, lực sinh ra ở cơ cấu phanh là do khí nén, khí nén được cung cấp bởi máy nén khí, người lái chỉ có nhiệm vụ đóng mở các cơ cấu điều khiển Do đó có thể tạo ra mô men lớn Với đặc điểm này, dẫn động phanh khí nén thương được dùng trên xe buýt, các xe tải vừa và lớn

Tuy nhiên nhược điểm của dẫn động loại này là kết cấu phức tạp, có thêm nhiều cụm chi tiết trung gian, thời gian chậm tác dụng lớn do phải mất thêm thời gian nén khí, làm tăng đáng kể thời gian phanh và quãng đường phanh của xe

1.4.4 Dẫn động thủy khí (dẫn động liên hợp)

Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động thủy khí

Dẫn động liên hợp kết hợp dẫn động chất lỏng và dẫn động khí nén Dẫn động loại này được sử dụng trên các xe có kích thước lớn để tận dụng ưu điểm và đồng thời loại bỏ nhược điểm của từng loại dẫn động

Có hai loại sơ đồ dẫn động liên hợp:

- Loại khí nén đi trực tiếp từ van phân phối đến xi lanh nén

- Loại khí nén đi vào xi lanh khí nén qua van gia tốc

1.4 Bộ cường hóa lực phanh

Bộ cường hóa lực phanh được lắp ở vị trí giữa bàn đạp phanh và xy lanh tổng,

có nhiệm vụ giảm bớt lực tác động của người lái vào bàn đạp phanh, làm cho đạp phanh dễ dàng hơn Khi đó má phanh sẽ ép vào đĩa phanh với một lực tối đa mà người tài xế không cần tác dụng một lực quá lớn lên bàn đạp Nguyên lý của bộ trợ lực phanh

là sử dụng độ chênh lệch giữa chân không của động cơ và áp suất khí quyển để tạo ra lực tỉ lệ thuận với lực ấn của bàn đạp để điều khiển phanh

1.5 Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS

Khi phanh xe, nếu các bánh xe bị trượt lết thì khả năng bám đường của xe sẽ suy giảm, dẫn tới hiệu quả phanh giảm nhiều Bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS chống lại sự trượt lết của bánh xe khi phanh khá triệt để ABS giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có hệ số trượt p có giá trị khoảng 15÷25 % Trong vùng hệ số trượt này ta có hệ số lực phanh pp cao nhất còn hệ số bám ngang cũng rất cao Khi đó xe có hiệu quả phanh tốt nhất, đồng thời tính ổn định hướng khi phanh cũng cao

Hình 1.10 Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS

Nguyên tắc làm việc của bộ ABS là điều chỉnh mô men trên các bánh xe để độ trượt của bánh xe nằm trong phạm vi có lợi nhất

Bộ ABS có những bộ phận cơ bản sau:

- Cảm biến để thu nhận tín hiệu về tính trạng bánh xe khi phanh để chuyển về cho

bộ phận xử lý

- Bộ phận phân tích điều khiển (ECU) để xử lý các thông tin khi nhận được tín hiệu

từ các cảm biến sau đó phát các lệnh giảm hoặc tăng áp suất đi đến cơ cấu phanh

- Bộ phận phân phối áp suất ( cơ cấu chấp hành) là để thay đổi áp suất đi đến cơ cấu phanh sao cho lực phanh đủ để duy trì độ trượt trong phạm vi có lợi nhất Bộ phận này làm việc dưới sự điều khiển của ECU

CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1 Giới thiệu về xe tham khảo

Hình 2.1 Xe Toyota Fortuner

Hình 2.2 Hệ thống phanh đĩa trên xe Fortuner

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật xe Toyota Fortuner

Đường kính x hành trình piston (mm) 92 × 103.6

Dung tích bình nhiên liệu (lít) 70

Chiều rộng cơ sở trước/sau (mm) 1540 – 1540

Phân bố trọng lượng cầu trước/sau (N) 15070/12330

Bán kính quay vòng tối thiểu (m) 5,8

2 Lựa chọn cơ cấu phanh

Trên các ô tô hiện đại sử dụng phổ biến hai loại cơ cấu phanh: phanh tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ô tô có tải trọng lớn: Phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên ô tô con, đặc biệt là ở cơ cấu phanh trước Tuy nhiên các dòng xe ngày nay, phanh đĩa hầu như được sử dụng trên cả 4 bánh trên xe

ô tô con

2.1 Phanh đĩa có giá xy lanh cố định

Cơ cấu phanh đĩa xy lanh cố định thường được dùng trên các ô tô con loại lớn

và trên các ô tô thể thao vì nó có độ bền cao Nhược điểm của nó là dễ bị hiện tượng quá nhiệt

Khi có lực tác động, các piston hai bên ép 2 má phanh tỳ vào đĩa phanh, quá trình không di chuyển cả cùm phanh Trên các dòng xe hiệu năng cao thường được bố trí nhiều piston kẹp mỗi bên, thường là 2 hoặc 4 piston mỗi bên

2.2 Phanh đĩa có giá xy lanh di động

Cơ cấu phanh đĩa khung di trượt được sử dụng phổ biến hơn do kết cấu gọn nhẹ, thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp Cơ cấu này chỉ bố trí xy lanh thủy lực 1 bên Giá xy lanh di động Khi có lực tác động, piston ép má phanh tỳ lên mặt đĩa phanh phía bên này, phản lực từ đĩa sẽ đẩy cả cùm phanh di chuyển, nên kéo theo

má phanh bên mặt tựa ép vào mặt đĩa phanh còn lại

Cơ cấu phanh đĩa này chỉ có một bên xy lanh, nên làm mát tốt, không bị hiện tượng quá nhiệt

• Ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa so với phanh tang trống

a, Ưu điểm

- Kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ;

- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05-0,1mm), nhờ đó cho phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;

- Thoát nhiệt, thoát nước các bề mặt ma sát tốt;

- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng, không gây tải trọng lên moay ơ;

- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát

b, Nhược điểm

- Thiết kế hở nên bề mặt đĩa phanh dễ bị bám bụi bẩn làm ảnh hưởng tới hiệu quả phanh

- Áp suất lên các bề mặt ma sát lớn ( tới 5Mpa), nên tốc độ mài mòn lớn, đòi hỏi phải

sử dụng vật liệu tốt, dẫn tới giá thành cao

Kết luận: Ta chọn cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ di động làm cơ cấu phanh đĩa

3 Lựa chọn phương án dẫn động

Dẫn động cơ khí, dù có kết cấu đơn giản nhưng có nhược điểm lớn là khó điều khiển nhiều cơ cấu phanh cùng một lúc, đồng thời các cơ cấu phanh có mô men phanh không bằng nhau, vì thế chỉ thích hợp dùng làm dẫn động cho cơ cấu phanh tay Dẫn động khí nén có kết cấu cồng kềnh và phức tạp, không phù hợp với kết cấu của xe du lịch

Dẫn động thủy lực có độ nhạy cao do áp suất chất lỏng tăng đồng thời tại những nơi mà nó chiếm chỗ, lực phanh có thể tạo ra cũng vừa với yêu cầu của xe du lịch

Dẫn động 1 dòng là loại dẫn động mà chất lỏng từ xy lanh chính chia thành các ngả đi đến các cơ cấu phanh Chỉ cần một chỗ nào đó của hệ thống bị rò rỉ thì hệ thống phanh sẽ bị mất tác dụng Còn với dẫn động 2 dòng, chất lỏng có 2 dòng độc lập dẫn đến các cơ cấu phanh Nếu một chỗ nào đó của hệ thống bị rò rỉ thì dòng đó mất tác dụng và hệ thống phanh vẫn hoạt động bằng dòng còn lại

3.1 Cách 1: Dẫn động kiểu II

a Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.3 Sơ đồ dẫn động thủy lực kiểu II

1 Bánh xe 4 Xy lanh chính 7 Má phanh sau

để thực hiện quá trình phanh;

c Ưu, nhược điểm

- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, nếu một dòng bị hỏng hoặc rò rỉ thì phanh vẫn hoạt động bằng dòng còn lại

- Nhược điểm: Hiệu quả phanh có thể bị giảm mạnh khi một dòng gặp sự cố do phân bố tải lên các cầu không đều nhau

3.2 Cách 2: Dẫn động kiểu X

a Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.4 Dẫn động phanh kiểu X

1 Bánh xe 5 Xy lanh phanh chính 9 Xy lanh bánh sau

2 Đĩa phanh 6 Bầu trợ lực 10 Ống dẫn dầu

3 Xy lanh bánh trước 7 Bàn đạp 11 Điều hòa lực phanh

4 ống dẫn dầu 8 Đĩa phanh

b Nguyên lý hoạt động

Dẫn động thủy lực hai dòng chéo hoạt động tương tự với dẫn động thủy lực cho hai cầu riêng biệt Điểm khác là dẫn động hai dòng chéo có một đường dầu dẫn động cho bánh xe trước một phía ( trái, phải) và bánh sau ở phía còn lại Còn dòng dẫn động còn lại dẫn động cho các bánh xe chéo còn lại

c Ưu, nhược điểm

- Khi bị hỏng hoặc đường dầu bị rò rỉ thì ô tô vẫn được phanh bằng dòng còn lại

- Khi một dòng phanh bị hỏng, lực phanh phân bố không đều ở hai bên gây nên moomen quay thân xe

- Kết cấu phức tạp

3.3 Cách 3: Dẫn động kiểu HI

a Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.5 Dẫn động phanh kiểu HI

1 Bánh xe 5 Xy lanh phanh chính 9 Xy lanh bánh sau

2 Đĩa phanh 6 Bầu trợ lực 10 Ống dẫn dầu

3 Xy lanh bánh trước 7 Bàn đạp 11 Điều hòa lực phanh

4 ống dẫn dầu 8 Đĩa phanh

b Nguyên lý hoạt động

Đường dầu thứ nhất dẫn động cho tất cả bánh xe ở hai cầu, đường dầu còn lại dẫn động cho bánh xe cầu trước

c Ưu nhược điểm

- Chất lượng phanh và độ tin cậy cao

- Hiệu quả phanh không giảm nhiều khi gặp sự cố, không bị mất đối xứng lực phanh, đảm bảo an toàn chuyển động

- Kết cấu phức tạp, giá thành cao

3.4 Cách 4: Dẫn động kiểu HH

a Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.6 Dẫn động phanh kiểu HH

1.Bánh xe 5 Xy lanh phanh chính 9 Xy lanh bánh sau

2.Đĩa phanh 6 Bầu trợ lực 10 Ống dẫn dầu

3.Xy lanh bánh trước 7 Bàn đạp 11 Điều hòa lực phanh

4.ống dẫn dầu 8 Đĩa phanh

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động giống với cho hai cầu riêng biệt Điểm khác là mỗi dòng đều dẫn động cho cả bốn bánh xe

c Ưu nhược điểm

- Hiệu quả phanh, độ tin cậy rất cao Không ảnh hưởng nhiều tới hiệu quả phanh khi xảy ra hư hỏng

Kết luận:

Sau khi phân tích về cơ cấu phanh và các phương án dẫn động phanh, ta chọn phương án cho xe cần thiết kế như sau:

Về cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh đĩa có giá di trượt

Về dẫn động phanh: Dẫn động thủy lực kiểu HH Có bộ trợ lực chân không, bộ điều hòa lực phanh

4 Bộ trợ lực phanh

Hình 2.7 Kết cấu bộ trợ lực chân không

1 Thân xy lanh; 2 Lò xo piston thứ cấp; 3 Vành tựa lò xo; 4 Phớt; 5 Chốt hạn chế;

6 Piston thứ cấp; 7 Thân van; 8 Lò xo; 9.Vành tựa lò xo; 10 Phớt; 11.Piston sơ cấp;

12 Thanh hãm; 13 Vành tựa lò xo; 14 Lò xo màng trợ lực; 15 Thân trước trợ lực;

16 Màng trợ lực; 17 Địa đỡ màng; 18 Thân sau trợ lực; 19 Tấm thép van hãm; 20

Bu lông M12; 21 Phớt thân trợ lực ; 22 Vành đỡ lò xo; 23 Lò xo hồi van khí; 24 Vỏ bọc; 25 Lọc khí; 26 Cần đẩy; 27 Van điểu khiển; 28 Lò xo van điều khiển; 29 Van khí; 30 Đĩa phản lực; 31 Van chân không; 32 Thanh đẩy trợ lực; 33 Ống dẫn khí;

34 Ống nối; 35 Phớt thân; 36 Ống dẫn dầu; 37 Cửa bù; 38 Cửa hồi dầu;

5 Bộ điều hòa lực phanh

Bộ điều hòa lực phanh trên ô tô dùng đề điều chỉnh áp suất đi đến cơ cấu phanh sau theo sự thay đổi tải trọng tác dụng lên cầu sau

5.1 Đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh

p p

Đối với xe đã chất tải nhất định, ta có a, b,h cố định, khi cho các giá trị φ khác nhau vào biểu thức trên thì ta sẽ có các giá trị Mp1 và Mp2

Từ đó ta xây dựng được đồ thị biểu diễn mô men phanh hợp lý trên các bánh xe trước và sau trong trường hợp phanh cực đại khi hệ số bám φ thay đổi

Hình 2.9 Mô men phanh tại bánh trước và sau khi hệ số bám thay đổi

Theo đồ thị ta thấy khi hệ số bám φ thay đổi mô men phanh hợp lý trên các bánh

xe trước và sau thay đổi rất khác nhau: Mô men phanh cầu trước tăng nhanh còn mô men phanh cầu sau tăng chậm Trên các xe có hệ thống phanh cổ điển mô men phanh trên hai cầu tăng như nhau

Hình 2.10 Mối quan hệ mô men phanh của bánh xe trước và sau

Đồ thị trên biểu diễn mối quan hệ mô men phanh cực đại lý tưởng của các bánh trước sau khi hệ số bám φ thay đổi

Mô men phanh ở cầu tỉ lệ thuận với áp suất sinh ra trong dẫn dộng phanh

1 1 1dd

2 2 2dd

p p

=

=Trong đó, k1 và k2 là hệ số tỉ lệ trong trong trước và phanh sau

Để đảm bảo phanh là lý tưởng thì hai áp suất dẫn động cầu trước và cầu sau phải thỏa mãn điều kiện:

1 2 2

Hình 2.11 Quan hệ áp suất P1 và P2 trong điều kiện lý tưởng

Để đảm bảo bộ điều hòa hoạt động đúng theo đặc tính lý tưởng như trên thì kết cấu của nó rất phức tạp Trên thực tế chỉ đảm bảm được đường đặc tính gần đúng Đây là cơ sở để thiết kế bộ hạn chế mô men phanh bánh sau Để hạn chế mô men phanh các bánh xe sau ta cần hạn chế áp suất dẫn động phanh đi đến các cơ cấu phanh sau Giải pháp được đưa ra là lắp một van điều chỉnh áp suất vào đường dẫn đến cơ cấu phanh sau sao cho áp suất phanh sau gần với đường phân bố áp suất mong muốn

5.2 Các phương án thiết kế bộ điều hòa lực phanh

a Phương án 1: Sử dụng van hạn chế áp suất

P1

Trạng thái không điều chỉnh, nhờ lực F(tùy thuộc trọng lượng tác dụng thông qua hệ đàn hồi) piston luôn được đẩy mở ra Lực đàn hồi phụ thuộc vào khoảng cách giữa cầu xe và sàn xe Khi áp suất tăng đến một giá trị nhất định làm cho piston dịch chuyển sang trái (do diện tích hai mặt của piston khác nhau) tì lên phớt, đóng kín đường dầu dẫn đến bánh sau Do vậy áp suất tới bánh sau không tăng trong khi áp suất phanh bánh trước vẫn tiếp tục tăng lên Khi áp suất ở xi lanh chính càng tăng lên thì van càng đóng chặt, vì vậy họ đường đặc tính làm việc của van giảm áp là những đường nằm ngang song song với trục p1

Hình 2.12 Đặc tính điều chỉnh của van hạn chế áp suất

*Ưu, nhược điểm

* Ưu điểm:

- Nâng cao được hiệu quả phanh

- Kết cấu đơn giản

* Nhược điểm:

- Hiệu quả điều chỉnh không cao Hiệu quả phanh sẽ kém đi trên đường có nhiều ổ gà

b Phương án 2: Bộ điều hòa lực phanh kiểu piston- vi sai

Hình 2.13 Bộ điều hòa kiểu piston – vi sai

vi sai tăng lên nhưng lực tác dụng phía trên tăng nhanh hơn Đến khi lực ở phía trên lớn hơn phía dưới, pít tông bị đẩy xuống làm ngăn cách khoang trên và khoang dưới của bộ điều hòa, khi đó áp suất ra phanh sau không tăng nữa

Điểm khác biệt của bộ điều hòa này là đế của lò xo được nối với cầu sau thông qua một hệ thống đòn Khi tải trọng thay đổi, khoảng cách giữa cầu sau và thân xe thay đổi làm cho đế lò xo di chuyển dẫn đến thay đổi chiều dài của lò xo, do đó lực căng của lò xo thay đổi theo Khi đó, ứng với một tải trọng ta có một đường đặc tính khác nhau

Hình 2.14 Đường đặc tính bộ điều hòa piston – vi sai

Bộ điều hòa lực phanh trình bày phía trên có những hạn chế nhất định Các van này chỉ hạn chế áp suất ra phanh sau Mặt khác, yếu tố điều khiển van hoạt động là áp suất trong hệ thống, tức là cường độ phanh Độ trượt của bánh xe không phải là thông

số điều khiển nên trong một số trường hợp trượt vẫn có thể xảy ra ở bánh sau Còn ở bánh trước, áp suất phanh không được hạn chế nên sự trượt vẫn có thể xảy ra

Kết luận:

Ta chọn bộ điều hòa lực phanh theo kiểu piston- vi sai cho xe đang thiết kế

CHƯƠNG III: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN

HỆ THỐNG PHANH

1 Tính toán cơ cấu phanh

1.1 Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe

Hình 3.1 Sơ đồ các lực tác dụng lên xe khi phanh

Mô men phanh cực đại tại bánh xe chỉ bằng mô men bám, nếu vượt quá hiện tượng trượt lết sẽ xảy ra

Mô men phanh cần thiết sinh ra trên các bánh xe trước và sau như sau:

Mp1=𝐺

L(b+ φh) φrb; Mp2=𝐺

Trong đó,

G- trọng lượng của ô tô khi đầy tải : G= 27400(N)

G1- trọng lượng tính trên cầu trước: G1= 15070(N)

G2- trọng lượng tính trên cầu sau: G2= 12330(N)

L- chiều dài cơ sở của ô tô: L= 2745(mm)= 2,745(m)

a- Khoảng cách từ trọng tâm xe tới cầu trước,

(trên điều kiện đường nhựa khô sạch φ=0,7…0,8)

h- Chiều cao trọng tâm của ô tô, lấy h=0,594(m)

rb – bán kính lăn của bánh xe

Với kích cỡ lốp bánh trước và bánh sau là 265/60R18

rb= λ.r0= 0,93.(18.25,4+2.265.0,6) 1

2 = 360 (mm) = 0,36 (m) λ- Hệ số kể đến biến dạng của lốp: λ= 0,93

Thay các giá trị vào 2 biểu thức trên ta được:

Mô men phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là:

1.2 Tính toán cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh cầu trước Cơ cấu phanh cầu sau

Mô men phanh sinh ra trên một cơ cấu

phanh đĩa được xác định như sau:

Mp1 = 2.µ.P1.Rtb

Trong đó:

P1 là lực ép vào má phanh để tiếp xúc

với đĩa phanh

Mô men phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh đĩa được xác định như sau:

Với R và r là bán kính bên trong và bên

ngoài của má phanh Theo thông số xe

Cơ cấu phanh dừng

Xét sơ đồ một ô tô đang phanh tay trên đường dốc có góc nghiêng α Xe chịu tác dụng của các lực: trọng lực G; phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước

và sau Z1,Z2; lực phanh P2;

Hình 3.2 Lực tác dụng khi xe trên dốc