Thiết kế hệ thống phanh trên cơ sở xe Toyota Zace GL 1.8 (phần dẫn động phanh)

* Cơ cấu phanh tang trống có điểm đặt riêng rẽ về một phía lực dẫn động bằng nhau.. + Nhược điểm: Cơ cấu phanh không được cân bằng, các ổ trục bánh xe sẽ chịu các tải trọng phụphát sinh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 4

I Công dụng, phân loại, yêu cầu………… 4

1 Công dụng: 4

2 Yêu Cầu: 4

3 Phân loại: 5

3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng của hệ thống phanh trên ô tô 5

3.2 Phân loại theo các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh 5

a Theo cơ cấu phanh 5

b Theo dẫn động phanh 9

c Trợ lực phanh 11

d Bộ điều hòa lực phanh 13

II Giới thiệu về xe Toyota Zace GL 1.8 15

III Thông số kỹ thuật của xe Toyota Zace 16

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 17

I Lựa chọn phương án thiết kế……… 17

1 Lựa chọn cơ cấu phanh 17

2 Lựa chọn dẫn động phanh 17

II Kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên xe Toyota Zace GL……….17

1 Cơ cấu phanh 19

2 Dẫn động phanh……….22

3 Bộ trợ lực chân không 24

4 Bộ điều hòa lực phanh 26

Chương III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 28

3.1 Tính toán kiểm tra bền xi lanh phanh chính 28

3.1.1 Xác định đường kính xi lanh công tác 28

3.1.2 Xác định đường kính xi lanh phanh chính D 29

3.1.3 Tính hành trình làm việc của bàn đạp 30

3.1.4 tính bền đường ống dẫn động phanh 32

3.2 Tính toán thiết kế bộ trợ lực chân không 33

3.2.1 Hệ cường hóa 33

3.2.2 Xác định kích thước màng trợ lực 35

3.2.3 Tính lò xo bộ trợ lực (lò xo hồi vị màng cao xu) 36

3.3 Tính toán bộ điều hòa lực phanh: 38

3.3.1 Xác định các giá trị 38

3.3.2 Bảng trị số áp suất khi hệ số bám thay đổi 41

3.3.3 Chọn đường đặc tính điều chỉnh 42

3.3.4 Xác định điểm mà bộ điều hòa bắt đầu làm việc 42

3.3.5 Xác định hệ số Kđ 43

3.3.6 Phương trình quan hệ áp suất p1- p2 của đường đặc tính điều chỉnh 44

3.3.7 Xác định các thông số kết cấu của bộ điều hòa 45

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 47

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành giao thông vận tải là một trong số những ngành rất quan trọng của đất nước Trong thời chiếncũng như trong thời bình, giao thông vận tải luôn gắn với sự phát triển của đất nước Và đặc biệt trongvài năm gần đây khi chúng ta đã gia nhập WTO thì ngành giao thông vận tải càng đóng vai trò quan trọnghơn

Ở nước ta giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lượng hàng và người được vậnchuyển trong nội địa bằng ô tô Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp ô tô đã

có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người Những chiếc ô tô ngày càng đẹphơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơn, tiết kiệm hơn để theo kịp xu thế của thời đại

Với đề tài đồ án “ Thiết kế hệ thống phanh trên cơ sở xe Toyota Zace GL 1.8”, em được giao nhiệm vụ

thiết kế phần dẫn động phanh Em đã tập trung nghiên cứu, tính toán để đảm bảo khi phanh sao chohiệu quả nhất, khi phanh phải êm dịu an toàn cho người ngồi trên xe

Mặc dù đồ án của em đã hoàn thành nhưng em rất mong nhận được những góp ý của các Thầy, cácbạn sinh viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo Ths NGUYỄN ĐỨC TRUNG đã tận tìnhhướng dẫn em trong suốt thời gian làm đồ án, cùng các Thầy, các bạn sinh viên trong Bộ môn cơ khí ô tô,khoa cơ khí của trường ĐH Giao Thông Vận Tải đã góp ý để em hoàn thành đồ án này

Hà nội 11/2013

Sinh viên thực hiện:

Trần Sơn Hải

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

I Công dụng, phân loại, yêu cầu.

- Phanh êm dịu trong bất kỳ mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ô tô khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng , nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển là không lớn.

- Phân bố mômen trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kỳ cường độ nào.

- Không có hiện tượng tự xiết phanh ( bó cứng bánh xe ) khi ô tô chuyển động tịnh tiến hay quay vòng.

- Cơ cấu thoát nhiệt tốt.

- Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh xe.

- Có khả năng phanh khi đứng trong thời gian dài.

3 Phân loại.

3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng của hệ thống phanh trên ô tô.

- Phanh chính ( phanh chân ) cơ cấu phanh được đặt ở bánh xe.

- Phanh dừng ( phanh tay ) cơ cấu phanh được đặt ở trục thứ cấp hộp số hoặc hộp phân phối ( ô tô hai cầu chủ động ) hoặc đặt ở bánh sau.

- Phanh dự phòng.

3.2 Phân loại theo các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh.

a Theo cơ cấu phanh.

a.1 Cơ cấu phanh guốc (phanh trống).

- Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục:

Cơ cấu phanh đối xứng qua trục là cơ cấu phanh có hai guốc đối xứng qua trục thẳng đứng

* Cơ cấu phanh tang trống có điểm đặt riêng rẽ về một phía lực dẫn động bằng nhau.

Hình 1.1 Sơ đồ cơ cấu phanh có điểm đặt có định về 2 phíalực dẫn động bằng nhau

+ Ưu điểm: Kết cấu phanh đơn giản, lực phanh mở 2 guốc bằng nhau

+ Nhược điểm: Cơ cấu phanh không được cân bằng, các ổ trục bánh xe sẽ chịu các tải trọng phụphát sinh khi phanh xe, khi xe tiến hoặc lùi thì hiệu quả phanh chỉ đạt 50% lực tác dụng

* Cơ cấu phanh tang trống có điểm đặt cố định về một phía, dịch chuyển góc như nhau.

Hình 1.2 Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt cố định về 2 phía dịch chuyển góc như nhau

+ 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 sau

sau tạo ra sự ổn định chất lượng phanh

Hình 1.3 Cơ cấu phanh tang trống có điểm đặt cố định về hai phía, lực dẫn động như

nhau

+ 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

- Cơ cấu phanh guốc loại bơi:

4

2 3

Hình 1.4 Cơ cấu phanh guốc loại bơi

- Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa.

Hình 1.5 Cơ cấu guốc phanh tự

cường hóa + Ưu điểm: Lực ép guốcphanh vào trống phanh đều + Nhược điểm: Máphanh mòn không đều

a.2 Cơ cấu phanh đĩa.

Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động.

+ Ưu điểm: Hai má phanh mòn đều vì lực ép do dầu thủy lực tạo ra đề ở hai piston

+ Phải cần xi lanh bánh xe có thể tích bằng nhau, không gian bố trí trật, không khí vào làm mátđĩa kém, giá thành cao

- Loại giá đỡ di động.

+ Ưu điểm :

- Do cơ cấu bố trí một xylanh công tác nên chỉ có một dòng dầu thủy lực được đưa vào xylanh.Từ

đó tạo điều kiện thuận lợi cho dòng không khí luồn vào làm mát đĩa phanh và má phanh tránh hiệntượng sôi dầu khi phanh liên tục

- Kết cấu đơn giản, giảm giá thành các cụm chi tiết cơ cấu phanh

- Không gian rộng để bố trí cho các cơ cấu khác

+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản nhưng không tạo ra mômen phanh lớn do hạn chế lực điều khiểncủa người lái,vì vậy nó ít được sử dụng ở hệ thống phanh chính mà chỉ sử dụng ở hệ thống phanh dừng.

Độ tin cậy làm việc cao, độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc không lâu dài

+ Nhược điểm: Dẫn động phanh cơ khí có hiệu suất truyền lực không cao, thời gian phanh lớn

êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do dầu không bị nén)

+ Nhược điểm: Khi bị rò rỉ chảy mất dầu thì hệ thống phanh sẽ mất tác dụng Phải sử dụng lựclớn tác động lên bàn đạp của người lái để truyền cho cơ cấu phanh một lực, lực này thường khá lớn Đểgiảm nhẹ lực của người lái tác dụng nên bàn đạp phanh thì ta phải bố trí trợ lực phanh, mà các phương

án bố trí trợ lực đều có những hạn chế riêng

b.3 Dẫn động phanh chính bằng khí nén

Hình 1.9 Cấu tạo chung của 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

+ Ưu điểm: Giảm lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng dầu phanh

+ Nhược điểm : Độ nhạy kém ( thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực

c Trợ lựcphanh

c.1 Trợ lực khí nén.

Hình 1.10 Trợ lực khí nén

+ Ưu điểm: Lực cường

hóa lớn vì áp suất khí nén cóthể từ 5-7 KG/cm

+ Nhược điểm: Số lượngcác cụm trong hệ thống phanhnhiều, kết cấu phức tạp Đốivới các loại xe không lắp máykhí nén thì không sử dụng bộcường hóa kiểu này

c.2 Trợ lực chân không,

loại đồng trục.

Hình 1.11 Sơ đồ bộ trợ lực chân

không

+ Ưu điểm : Tận dụng được độ

chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc, mà không ảnh hưởng đến công suất củađộng cơ, vẫn đảm bảo được trọng tải chuyên chở và tốc độ khi ô tô chuyển động

+ Nhược điểm: Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm2, áp suất khí trời là 1 KG/cm2, do đó độchênh áp giữa buồng của bộ trợ lực không lớn Muốn có lực trợ lực lớn thì phải tăng tiết diện của màng,

do đó kích thước của bộ trợ lực tăng lên

c.3 Trợ lực chân không kết hợp với thủy lực.

2

áp giữa khí trời và đường ống nạp đảm bảo được quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh.

+ Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, phải cần thêm xi lanh thủy lực

d Bộ điều hòa lực phanh.

d.1 Theo thông số điều chỉnh

d.1.1 Bộ điều hoà lực phanh loại một thông số.

Hình 1.13 Bộ điều hoà

lực phanh loại một

thông số

+ Ưu điểm: Kết

cấu đơn giản, nâng cao

được hiệu quả phanh

so với khi không lắp bộ

điều hoà lực phanh

+ Nhược điểm: Hiệu quả điều chỉnh không cao, chỉ thích hợp cho xe có đường đặc tính lí tưởngcong nhiều Hiệu quả của phanh sẽ kém khi đi trên đường có độ lồi lõm và nhiều ổ gà

Áp suất trong xi lanh làm việc của các cơ cấu phanh ở cầu sau được hạn chế tuỳ theo tải trọngtác dụng lên cầu sau, tải trọng này thể hiện qua lực đàn hồi của lò xo tác dụng lên các van, do đó ứng vớimỗi tải trọng khác nhau sẽ cho lực lò xo khác nhau.

d.1.2 Bộ điều hoà lực phanh loại hai thông số.

Hình 1.14 Kết cấu bộ điều hòa lực phanh động+ Ưu điểm: Bộ điều hòa lực phanh hai thông số nó tự điều chỉnh được cả áp suất dầu tác dụnglên bánh sau theo sự thay đổi tải trọng

+ Nhược điểm: Kết cấu nó phức tạp.

d.2 Theo kết cấu.

d.2.1 Bộ điều hòa lực phanh đơn.

Hình 1.15.Kết cấu bộđiều hòalực phanhđơn + Ưuđiểm: Kết cấu đơn giản

+ Nhược điểm: Không dùng được cho loại phanh bố trí mạch chéo

d.2.2 Bộ điều hòa lực phanh kép.

Hình1.16.Kết cấubộđiềuhòa lựcphanhkép+

Ưu điểm:

Được dùng cho loại phanh có đường ống bố trí mạch chéo để làm tăng hiệu quả phanh khi có một mạchdầu bị hỏng.

+ Nhược điểm: Kết cấu phức tạp

II Giới thiệu về xe Toyota Zace GL 1.8.

Hãng sản xuất Toyota Chủng loại xe Toyota Zace Kích thước ( D x R x C ) ( mm ) 4520 x 1720 x

1850 Chiều dài cơ sở ( mm ) 2.650 Tự trọng/ Tổng trọng lượng ( Kg ) 1445/1430 Dung tích xi lanh/Kiểuđộng cơ ( Lít ) 1.8L – 7K-E, xăng không chì, 5 số tay

III Thông số kỹ thuật của xe Toyota Zace.

Trong đó: phân ra cầu trước 832 KG

I Lựa chọn phương án thiết kế.

1 Lựa chọn cơ cấu phanh.

Dựa trên những ưu nhược điểm của các cơ cấu phanh đã nêu trên và tham khảo xe Toyota Zace GL 1.8 em lựa chọn phương án bố trí ở từng cơ cấu phanh trước và sau:

- Ở cầu trước: Cơ cấu phanh trước là phanh đĩa loại có giá đỡ 2 xi lanh di động.

- Ở cầu sau: Cơ cấu phanh sau là phanh tang trống có điểm đặt cố định về một phía lực dẫn động bằng nhau.

2 Lựa chọn dẫn động phanh.

Từ các ưu nhược điểm của dẫn động thuỷ lực ta chọn dẫn động thuỷ lực hai dòng có trợ lực chân không đồng trục và điều hòa lực phanh 1 thông số loại đơn làm phương án dẫn động.

II Kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên xe Toyota Zace GL

Sơ đồ hệ thống phanh.

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí chung hệ thống phanh

Nguyên lý làm việc:

- Khi người lái tác động vào bàn đạp phanh, thông qua hệ thống đòn bẩy và bộ trợ lực phanhkhuếch đại lực đạp phanh, lực này tác dụng lên xi lanh phanh chính Xi lanh phanh chính biến đổi lực đạpphanh thành áp suất dầu trong xi lanh phanh chính, áp suất dầu thông qua các đường ống dẫn tới vannhánh và van điều hòa theo tải trọng, rồi thông qua các đường ống dẫn tới các xi lanh phanh bánh xe,

đẩy piston ép các má phanh vào đĩa phanh (hoặc tang trống) Ma sát sinh ra tại đó tạo nên mô menphanh làm giảm tốc độ quay của các bánh xe bắt chặt với đĩa phanh (hoặc tang trống).

- Khi nhả phanh: Áp suất dầu điều khiển giảm nhỏ, các phớt bao kín của xi lanh phanh trước cókhả năng đàn hồi, các lò xo hồi vị của cơ cấu phanh sau, kéo các piston trở về vị trí ban đầu làm tách máphanh ra khỏi đĩa phanh và trống phanh

- Khi xảy ra dò rỉ dầu ở một dòng nào đó thì dòng còn lại vẫn làm việc bình thường nên ta vẫn phanhđược xe dừng lại

1 Cơ cấu phanh.

1.1 Cơ cấu phanh trước.

4 5

3 6

I

dẫn độc lập đến các xylanh bánh xe trước và sau Dầu có áp lực cao sẽ tác dụng lên piston trong xilanh bánh xe thông qua chốt đẩy ép má phanh vào trống phanh.

Đối với phanh tang trống phía sau, và ép má phanh vào đĩa phanh với phanh đĩa phía trước thực hiện quá trình phanh.

Khi nhả phanh : Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ các lò xo hồi vị, má phanh tách ra khỏi trống phanh, và đĩa phanh.

Bộ phận điều chỉnh khe hở: Nhờ bộ đàn hồi của vòng làm kín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cách mặt đĩa một khe hở nhỏ Do đó tự động điều chỉnh khe hở

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang, đĩa đặc có chiều dày từ 10[mm] Đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16 – 25 [mm].

Má kẹp : Đựơc đúc bằng gang rèn.

Xylanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm Để tăng tính chống mòn

và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xylanh được mạ một lớp crôm Khi xilanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.

Các thân má phanh : Chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá.

Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích ma sát khoảng 12-16 % diện tích bề mặt đĩa nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi.

Cơ cấu ép : Ép bằng xylanh thủy lực (xylanh bánh xe)

Cơ cấu ép bằng xylanh thủy lực còn gọi là xylanh con hay xylanh bánh xe,

có kết cấu đơn giản, dễ bố trí Thân của xylanh được chế tạo bằng gang xám, bề mặt làm việc được mài bóng Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm.

1.2 Cơ cấu phanh sau.

tiết khác của cơ cấu

phanh Mâm phanh

được được gắn bằng

bu lông vào trục

bánh sau, trên mâm

phanh có lỗ và vấu lồi

để gắn xi lanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay

- Trống phanh: Được gắn với trục bánh xe, ở ngay bên trong và cùng quay với bánh xe Trốngphanh được chế tạo bằng gang xam chống mài mòn khá tốt

- Guốc phanh: Được cấu tạo bởi hai miếng ghép lại Độ cong của vành guốc phù hợp với mặttrong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh Guốc phanh được chế tạo bằngnhôm đúc có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt

- Má phanh: Má phanh được gắn vào guốc phanh nhờ keo dán Loại này tận dụng được tối đa bềdày của má, khi mòn không bị đinh tán cọ vào làm hỏng bề mặt của trống phanh

- Cơ cấu ép: Cơ cấu ép bằng xi lanh thủy lực còn được gọi là xi lanh bánh xe Thân của xi lanhđược chế tạo bằng gang xám, bề mặt làm việc được mài bóng Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm,phía ngoài có ép chốt thép làm chỗ tỳ cho guốc phanh Xi lanh được làm kín bằng các vòng cao su

- Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống trên xe sử dụng hai lò xo, một bộ dùng để kéo guốc phanh

về vị trí nhả phanh, một bộ để gữ guốc phanh tựa vào mâm phanh

- Bộ điều chỉnh guốc phanh: Các guốc phanh phải được điều chỉnh theo chu kỳ má phanh sát với

bề mặt trống phanh Bộ điều chỉnh trên xe này là một cụm bằng ren