Bài tập lớn thiết kế tính toán phanh

LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC 1LỜI NÓI ĐẦU 2CHƯƠNG I TỔNG QUAN 21 Công dụng 22 Phân Loại 23 Yêu cầu của hệ thống phanh 44 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên ô tô Kia Morning 55 Dẫn động phanh chính 146 Kết cấu và.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2

1 Công dụng 2

2 Phân Loại 2

3 Yêu cầu của hệ thống phanh 2

4.Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên ô tô Kia Morning 4

5 Dẫn động phanh chính 5

6 Kết cấu và nguyên lí làm việc của phanh sau 14

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THÔNG SỐ PHANH SAU 20

A Chọn các thông số cơ bản 20

B Tính toán hệ thống phanh 21

1 Tính toán động lực học của ô tô khi phanh 21

2 Xác định mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh 24

C Thiết kế kết cấu phanh sau 26

1.Các thông số hình học của cơ cấu phanh guốc 26

2.Xác định các lực tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ. .28

3.Xác định đường kính xi lanh bánh xe 31

4.Kiểm tra hiện tượng tự xiết 31

5 Kiểm tra khả năng làm việc của cơ cấu phanh 33

5.1 Công ma sát riêng: 33

5.2 Kiểm tra áp suất bề mặt ma sát cơ cấu phanh sau 34

5.3 Kiểm tra nhiệt sinh ra trong quá trình phanh 34

Chương III: KIỂM TRA BỀN CÁC CHI TIẾT CƠ BẢN 35

1 Kiểm bền xi lanh bánh sau 35

2 Kiểm bền trống phanh 36

KẾT LUẬN 38

LỜI NÓI ĐẦU

Nghành công nghiệp ô tô – máy kéo chiếm một vị trí rất quan trọng trongnền kinh tế Quốc dân nói chung và giao thông vận tải nói riêng Nó quyết địnhmột phần không nhỏ về tốc độ phát triển kinh tế của một quốc gia Ngày nay,trên ô tô đã áp dụng những công nghệ tiên tiến như công nghệ điện tử, điềukhiển tự động, vật liệu mới… làm cho ô tô ngày càng trở lên đa dạng và cónhững tiến bộ vượt bậc về công nghệ

Tuy nhiên, dù ở giai đoạn nào của sự phát triển, khi kỹ thuật ngày cànghoàn thiện thì sự an toàn vẫn được đặt lên hàng đầu nhằm bảo vệ tính mạngcon người và giảm thiệt hại về vật chất Và đây cũng chính là nhiệm vụ và yêucầu mà hệ thống phanh trên ô tô cần thực hiện được

Ngày nay, hệ thống phanh trên ô tô cũng có những tiến bộ đáng kể, nhưphải kể đến là hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS), hệ thống cân bằng điệntử…giúp cho ô tô có được sự an toàn cao nhất có thể

Dựa trên yêu cầu trong sự phát triển chung hiện nay, em đã lựa chọn đềtài: “Thiết kế tính toán hệ thống phanh chính cho ô tô Kia morning 2008” đểlàm đề tài thiết kế cho đồ án tốt nghiệp của mình Đề tài được thực hiện dựatrên cơ sở số liệu của xe Kia Morning cùng với các tài liệu tham khảo vàhướng dẫn tính toán Mặc dù đã rất cố gắng và được sự hướng dẫn nhiệt tìnhcủa giáo viên hướng dẫn là thầy Lê Duy Long Nhưng trong quá trình thựchiện em vẫn còn nhiều thiếu sót nhất định Em mong rằng với sự chỉ bảo vàđóng góp ý kiến của các Thầy cô giáo bộ môn sẽ giúp em vững vàng hơn trêncon đường công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn

Sinh viên

a) Phân loại theo công dụng

- Hệ thống phanh chính (phanh công tác)

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ)

b) Phân loại theo kết cấu

- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đĩa

- Hệ thống phanh có cơ cấu phanh đai

c) Phân loại theo dẫn động phanh

- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí

- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực

- Hệ thống phanh dẫn động khí nén

- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp thủy lực và khí nén

d) Phân loại theo mức độ hoàn thiện chất lượng phanh

- Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh

- Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe ABS

3 Yêu cầu của hệ thống phanh

+ Hệ thống phanh là hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe do đócần phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo nhanh chóng dừng xe trong bất kỳ tình huống nào Khiphanh đột ngột, xe phải được dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là

có gia tốc phanh cực đại

- Cùng với hiệu quả phanh cao là phanh phải êm dịu để đảm bảo phanhchuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều giữ cho xe chuyển động ổnđịnh

- Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng tuy nhiên cũngkhông được quá nhỏ làm mất cảm giác phanh của người lái

- Hệ thống phanh phải có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổinhiều lần giữa những lần phanh

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh phải cao, ổn định trongmọi điều kiện sử dụng

- Đảm bảo tránh trượt lết bánh xe trên đường Vì khi trượt lết gây ra mònlốp và làm mất khả năng dẫn hướng của xe

- Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vựclàm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh, phải dễ điềuchỉnh và thay thế các chi tiết hư hỏng

- Ngoài ra hệ thống phanh cần chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độbền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí

- Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hưởng lẫn nhau.Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố

- Đảm bảo ổn định của ô tô khi phanh (Được đánh giá bằng hành langphanh S và góc lệch  )

4.Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên ô tô Kia Morning

Hình 1.3: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên xe Kia Morning 2008.

1 Bàn đạp phanh; 2 Bầu trợ lực chân không; 3 Xi lanh phanh chính;

4 Phanh tay;5 Cơ cấu phanh trước; 6- Cơ cấu phanh sau.

Yêu cầu của dẫn động phanh:

- Đảm bảo lực đẩy cần thiết tác dụng lên guốc phanh của tất cả các

cơ cấu phanh

- Đảm bảo có tác động tùy động Nghĩa là đảm bảo tỉ lệ giữa các lựctác dụng lên bàn đạp phanh và mômen phanh tác dụng lên bánh xe

- Thời gian chậm tác dụng phải nhỏ

- Đảm bảo độ tin cậy khi làm việc

- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện

I Các phương án dẫn động và lựa chọn

1.1 Dẫn động phanh cơ khí

Hệ thống phanh dẫn động cơ khí có ưu điểm kết cấu đơn giản nhưngkhông tạo được mômen phanh lớn do hạn chế lực điều khiển người lái Dẫnđộng phanh loại này chủ yếu dùng ở cơ cấu phanh dừng (Phanh tay)

Hình 2.1: Dẫn động phanh cơ khí.

1 Dây cáp; 2 Cơ cấu phanh; 3 Cần điều khiển

1.2 Dẫn động phanh khí nén

Bố trí dẫn động phanh khí nén trên ô tô:

Hình 2.2 : Dẫn động phanh khí nén.

1 Máy nén không khí; 2 Bình chứa không khí nén; 3 Bầu phanh;

4 Cơ cấu phanh sau; 5 Ống dẫn không khí; 6 Van phanh;

7 Bàn đạp phanh; 8 Cơ cấu phanh trước.

- Để giảm lực điều khiển bàn đạp đối với ô tô tải trung bình và lớnngười ta sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén Trong dẫn động phanhbằng khí nén lực điều khiển bàn đạp chủ yếu là dùng để điều khiển vanphân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh là do áp suất khí nén tác độnglên bầu phanh thực hiện

Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng:

1.3 Dẫn động phanh thủy lực

Hình 23; Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực.

1 Xi lanh chính; 2 Cơ cấu phanh tang trống; 3 Cơ cấu phanh đĩa;

4 Ống dẫn dầu; 5 Bàn đạp.

Cấu tạo chung: Dẫn động phanh bằng thủy lực bao gồm: Bàn đạpphanh, xi lanh chính các đường ống dẫn và các xi lanh công tác ( xi lanhbánh xe) , và chất lỏng làm môi chất ở đây là dầu thủy lực

Sơ đồ cấu tạo xi lanh chính:

Hình 2.4: Kết cấu xi lanh chính.

1 Phao; 2 Bình cân bằng; 3 Buồng trợ lực chân không; 4 Đũa ép piston;

5 Piston; 6 Lỗ dầu; 7 Bàn đạp.

Sơ đồ cấu tạo xi lanh bánh xe

1 2

3 4

Hình 2.5: Xi lanh công tác ( xi lanh bánh xe).

1 Xi lanh; 2 Piston; 3 Phớt chắn dầu; 4 Vòng chắn bụi

Trong hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực có hai loại là dẫn độngphanh một dòng và dẫn động phanh hai dòng

- Dẫn động phanh một dòng: Xi lanh chính có một đường dầu duy nhất dẫnđến tất cả các xi lanh công tác của bánh xe Dẫn động một dòng có kết cấu đơngiản nhưng độ an toàn không cao Vì khi đường ống dẫn đến xi lanh bị rò rỉ thìdầu trong hệ thống mất áp suất làm cho mất phanh tất cả các bánh xe

Hình 2.6: Dẫn động một dòng.

1 Bánh xe; 2 Đĩa phanh; 3 Xy lanh bánh xe;

- Dẫn động phanh hai dòng (phương án lựa chọn): Dầu từ xi lanh chính

đi ra theo hai đường độc lập đến các bánh xe Có nhiều cách bố trí dòngdầu đến xi lanh bánh xe, nhưng hiện nay chủ yếu bố trí so le nhau Khi mộtđường bị rò rỉ thì đường dầu còn lại vẫn có tác dụng phanh ở hai bánh xecòn lại

1.4 Lựa chọn : Dẫn động thủy lực cho phanh công tác

II Trợ lực phanh

Để người lái không phải tác dụng lực lớn vào bàn đạp phanh người ta bốtrí thêm bộ trợ lực phanh

Ngày nay các xe hiện đại có thiết kế nhiều hệ thống để giảm nhẹ cường

độ lao động cho người lái, đảm bảo cho sự an toàn khi chuyển động

Khi bộ trợ lực bị hỏng thì yêu cầu hệ thống phanh vẫn phải làm việcbình thường Với lực đạp phanh lớn Và phải đảm bảo nguyên tắc chép hình,đạp phanh ít thì hiệu quả phanh ít, đạp phanh nhiều thì hiệu quả phanh tăng lên

và dừng ở vị trí nào thì phanh ở vị trí đó

Với hệ thống phanh dẫn động thủy lực có nhiều phương án bố trí trợlực:

- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực trợ lực chân không

Với xe con hiện đại ngày nay thường dùng phanh dẫn động thủy lực trợlực chân không

Tuy nhiên chỉ phù hợp với xe bố trí động cơ chạy xăng để lợi dụng độchân không sau bướm ga Nếu xe chạy dầu thì sẽ phải thiết kế thêm bộ tạochân không

Hình 2.8 Kết cấu bộ trợ lực chân không

1 Lọc 2 Van thấp áp 3 Lò xo 4 Thanh đẩy 5 Ống áp thấp

6 Màng cao su 7 Piston van 8 Piston trợ lực

- Bộ cường hóa bằng chân không gồm ba cụm cơ bản sau: Nguồn chânkhông, cụm van điều khiển, Xi lanh cường hóa

- Nguồn chân không với động cơ xăng có chế hòa khí có thể tạo nên

độ chênh áp với khí quyển là 0,4 – 0,5 kG/cm2 Trên đường ống nối với xilanh cường hóa có một van một chiều không cho phép không khí từ động cơchạy vào xi lanh cường hóa Van một chiều có thể đặt trên đường ống nạphoặc ngay xi lanh lực Trên động cơ phun xăng hoặc động cơ diesel nguồnchân không là một bơm chân không

Nguyên lý hoạt động dẫn động thủy lực trợ lực chân không:

Khi không tác động phanh:

- Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị lò xo phản hồicủa van không khí kéo về phía phải Van điều chỉnh bị lò xo van điều chỉnhđẩy sang trái Điều này làm cho van không khí tiếp xúc van điều chỉnh Do đó,không khí bên ngoài đi qua lưới lọc bị chặn lại không vào được buồng áp suấtbiến đổi Trong điều kiện này van chân không của thân van bị tách khỏi van

điều chỉnh; tạo ra một lối thông giữa lỗ A và lỗ B (Hình 1.15) Vì luôn luôn cóchân không trong buồng áp suất biến đổi vào thời điểm này Vì vậy lò xomàng ngăn đẩy piston sang bên phải.

Hình 2.9: Trạng thái khi không tác động phanh.

1 Piston trợ lực; 2 Van điều khiển; 3 Cần điều khiển;

4 Buồng áp suất biến đổi; 5 Buồng áp suất không đổi; 6 Lò xo màng.

Khi đạp phanh :

- Khi đạp bàn đạp phanh, cần điều khiển van đẩy van không khí làm nódịch chuyển sang bên trái Lò xo điều chỉnh cũng đẩy van không khí dịchchuyển sang bên trái cho đến khi nó tiếp xúc với van chân không Chuyểnđộng này bịt kín lối thông giữa lỗ A và lỗ B Khi van không khí tiếp tục dịchchuyển sang bên trái, nó càng dời xa van điều chỉnh, làm cho không khí bênngoài lọt vào buồng áp suất biến đổi qua lỗ B ( sau khi qua lưới lọc khôngkhí) Độ chênh áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổilàm cho piston dịch chuyển về bên trái, làm cho đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộtrợ lực về bên trái và làm tăng lực phanh

Hình 2.10: Trạng thái khi đạp phanh.

Trạng thái giữ phanh :

- Nếu đạp bàn đạp phanh nửa chừng, cần điều khiển van và van khôngkhí ngừng dịch chuyển nhưng piston vẫn tiếp tục dịch chuyển sang bên trái dochênh lệch áp suất Lò xo van điều khiển làm cho van này tiếp xúc với vanchân không, nhưng nó dịch chuyển theo piston Vì van điều khiển dịch chuyểnsang bên trái và tiếp xúc với van không khí, không khí bên ngoài bị chặnkhông vào được buồng áp suất biến đổi, nên áp suất trong buồng áp suất biếnđổi vẫn ổn định Do đó, có một độ chênh áp suất không thay đổi giữa buồng ápsuất không đổi và buồng áp suất biến đổi Vì vậy, piston ngừng dịch chuyển vàduy trì lực phanh này

Trợ lực tối đa :

Nếu đạp bàn đạp phanh xuống hết mức, van không khí sẽ dịch chuyểnhoàn toàn ra khỏi van điều khiển, buồng áp suất thay đổi được nạp đầy khôngkhí từ bên ngoài, và độ chênh áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng

áp suất thay đổi là lớn nhất.Điều này tạo ra tác dụng lớn nhất lên piston Sau

đó dù có thêm lực tác động lên bàn đạp phanh, tác dụng cường hoá lên pistonvẫn giữ nguyên, và lực bổ xung chỉ tác dụng lên cần đẩy

6 Kết cấu và nguyên lí làm việc của phanh sau

I Cơ cấu phanh tang trống:

1.1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng trục: là cơ cấu phanh có hai guốc đối xứng qua trục thẳng đứng Có hai loại:

A Cơ cấu phanh có điểm đặt cố định riêng rẽ về một phía , các lực dẫn động bằng nhau.

a) Sơ đồ cấu tạo:

4

3 5

2 1

Hình 2.1: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục

có lực dẫn động bằng nhau

1 Guốc phanh; 2 Má phanh; 3 Tang trống; 4 Chốt phanh;

5 Xi lanh phanh sau;

- Cơ cấu phanh loại này có hai chốt định vị cố định, có bố trí bạc lệchtâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống, ở phía dưới khe hởđược điều chỉnh bằng cam ép hoặc bằng cam lệch tâm

- Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát các tấm ma sát có thể dàiliên tục hoặc phân chia thành một số đoạn

- Đặc điểm của cơ cấu phanh loại này là có guốc xiết (Guốc bên trái)dài hơn guốc nhả (Guốc bên phải) với mục đích là để hai má phanh mòn đồngđều nhau trong quá trình sử dụng Do áp lực guốc xiết lớn hơn guốc nhả.

b) Nguyên lý làm việc:

- Khi người lái đạp phanh, dầu áp suất cao từ xi lanh chính qua cácđường ống dẫn đến các xi lanh bánh xe, đẩy guốc phanh ép vào tang trốngthực hiện quá trình phanh bánh xe Do pittông ở xi lanh bánh xe có đườngkính như nhau lên lực tác dụng vào hai guốc trên một cơ cấu phanh là bằngnhau

- Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu phanh sẽ được hồi

về bình dầu của xi lanh chính, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, hai guốc phanh

sẽ trở về vị trí ban đầu

c) Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:

Ưu điểm: Hiệu quả phanh chiều tiến và chiều lùi là như nhau.

Nhược điểm: Cơ cấu phanh không được cân bằng , các ổ trục bánh xe sẽ

chịu các tải trọng phụ phát sinh khi phanh xe

Phạm vi sử dụng: Cơ cấu loại này được áp dụng với dẫn động phanh

thủy lực, trên xe tải nhỏ và xe con

B Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về một phía và guốc phanh có dịch chuyển góc như nhau:

a) Sơ đồ cấu tạo:

Hình 2.2: Cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục

có lực dẫn động không bằng nhau.

1 Guốc phanh; 2 Má phanh; 3 Tang trống; 4 Chốt phanh;

5 Cam; 6 Đòn dẫn động cam; 7.Bầu phanh

- Đặc điểm của cơ cấu phanh này là hai guốc có chiều dài bằng nhau

Do đó hiệu quả chiều tiến và chiều lùi là như nhau

b) Nguyên lý làm việc:

- Khi thực hiện quá trình phanh, lực tác dụng vào bàn đạp thông quadẫn động phanh làm quay cam phanh 5, ép guốc phanh 1 vào tang trống thựchiện quá trình phanh Do cam phanh được làm đối xứng nhau qua tâm lên độdich chuyển hai guốc phanh trên một cơ cấu phanh sẽ là như nhau

- Khi thôi tác dụng phanh, cam phanh trở về vị trí ban đầu nhờ lò xohồi vị trong bầu phanh 7 thông qua cam phanh 6 làm cho ma phanh tách khỏitrống phanh và kết thúc quá trình phanh

c) Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng:

Ưu điểm: - Hiệu quả phanh chiều tiến và lùi là như nhau.

- Sự cân bằng của cơ cấu phanh và mômen phanh do guốc trước và sautạo ra sự ổn định chất lượng phanh

Nhược điểm: Do cam phanh có biên dạng là đường thân khai hoặc

acximet nên điểm đặt lực đẩy không ổn định Do đó trong quá trình phanh cam

sẽ chóng mòn

Phạm vi sử dụng: Sử dụng rộng rãi trên xe tải cỡ lớn.

1.2Cơ cấu có guốc đối xứng qua tâm.

a) Sơ đồ cấu tạo:

5 1

2 3

4

Hình 2.3: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm.

1 Guốc phanh; 2 Má phanh; 3.Tang trống;

4 Chốt phanh; 5 Pittông phanh sau.

- Sự đối xứng qua tâm được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí haiguốc phanh, chốt phanh và xi lanh hoàn toàn giống nhau và đối xứng qua tâm

- Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh vàcũng có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới má phanh và trốngphanh Khe hở phía trên được điều chỉnh bằng cơ cấu tự điều chỉnh

b) Nguyên lý làm việc:

- Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh chính quacác đường ống dẫn đến tác động vào các pittông ở xi lanh bánh xe, làm choguốc phanh ép vào tang trống và thực hiện quá trình phanh

- Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh bánhsau được hồi về bình dầu của xi lanh chính, hai guốc phanh tách khỏi guốcphanh nhờ lò xo hồi vị và kết thúc quá trình phanh

- Cơ cấu phanh loại này có đặc điểm là cả hai guốc phanh đều là máxiết khi phanh xe luc tiến và là má nhả khi phanh xe lúc lùi

c) Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng:

Ưu điểm: - Cơ cấu phanh cân bằng, độ mài mòn các má là như nhau.

- Hiệu quả phanh theo chiều tiến lớn hơn cơ cấu phanh đối xứng trục

Nhược điểm: Hiệu quả phanh giảm khi lùi.

Phạm vi sử dụng: Dùng trên xe có tải trọng trung bình và cầu trước xe con.

1.3 Cơ câu phanh bơi (Cơ cấu phanh tự cường hóa).

a) Sơ đồ cấu tạo:

4

2 3

Hình 2.4: Cơ cấu phanh bơi.

1 Guốc phanh; 2 Má phanh; 3.Tang trống;

4 Pittông phanh sau.

c) Ưu khuyết điểm và phạm vi sử dụng:

Ưu điểm: Hiệu quả phanh chiều tiến và lùi là như nhau.

Nhược điểm: Lực phanh tăng mạnh khi bánh xe bị trượt lết Chất lượng

phanh giảm khi phanh liên tục do hệ số ma sát giảm khi bị đốt nóng Các tấm

ma sát mòn không đều

Phạm vi sử dụng: Dùng trên bánh sau xe du lịch và xe tải nhỏ.

II Lựa chọn phương án thiết kế

Dựa trên những phân tích kết cấu ở trên cũng như tài liệu tham khảotrên xe cơ sở Kia Morning 2008, lựa chọn cơ cấu phanh sau là cơ cấu phanhtang trống đối xứng trục có lực dẫn động bằng nhau