Đồ án thiết kế hệ thống phanh xe con 7 chỗ (Link CAD: https://bit.ly/phanh7cho)

Thắng (phương ngữ miền Nam) hay phanh (phương ngữ miền Bắc, từ tiếng Pháp frein) là một thiết bị cơ học làm giảm chuyển động. Cách gọi khác là Hãm hay bộ giảm tốc. Bộ phận có tác dụng ngược với thắng là bộ ly hợp.1Hầu hết những loại thắng dùng ma sát để chuyển động năng thành nhiệt năng mặc dù có những phương pháp chuyển đổi năng lượng khác cũng được dùng. Chẳng hạn thắng hoàn nhiệt chuyển đổi năng lượng sang điện năng được tích trữ để dùng sau này. Những phương pháp khác chuyển đổi động năng thành thế năng dưới dạng khí ép hoặc dầu ép. Bộ hãm dùng dòng Foucault dùng từ trường để chuyển động năng thành dòng điện trong đĩa thắng rổi chuyển thành nhiệt. Cũng có những phương pháp thắng khác như chuyển động năng thành nhiều dạng năng lượng khác như dùng năng lượng này để làm quay bánh trớn.Bộ thắng hoạt động bằng cách tạo ma sát với trục quay hoặc bánh nhưng cũng có thể bằng cách khác như dùng tác dụng chuyển động của chất lỏng. Nhiều phương tiện sử dụng sự kết hợp giữa nhiều nguyên lý thắng chẳng hạn như giảm tốc xe đua hoặc máy bay bằng cả thắng bánh và dù cản gió để lợi dụng sức cản của không khí khi hạ cánh.

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 4

CHƯƠNG I: CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ……… 6

I Tổng quan về hệ thống phanh……….6

1 Công dụng, phân loại, yêu cầu………6

2 Kết cấu hệ thống phanh……… 7

3 Sơ đồ cấu tạo một số dạng hệ thống phanh……….8

4 Sơ đồ cấu tạo một số dạng cơ cấu dẫn động phanh……… 11

II Chọn phương án thiết kế……… 14

1 Phân tích chọn phương án thiết kế………14

2 Phân tích chọn phương án dẫn động……….17

3 Các yêu cầu đề tài……….22

4 Các tính toán bền……… 23

CHƯƠNG II: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN…….24

A/ CƠ CẤU PHANH……… 24

I Các thông số kỹ thuật xe tham khảo………24

II Cơ cấu phanh xe tham khảo……… 25

1 Sơ đồ cấu tạo……….25

III Tính toán cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ……… 28

1 Xác định momen phanh cần thiết tại các bánh xe……….28

2 Thiết kế tính toán cơ cấu phanh………30

3 Xác định kích thước má phanh……… 37

B/ DẪN ĐỘNG PHANH……… 40

I Tính toán đường kính xilanh các xilanh……… 40

1 Tính đường kính xilanh công tác……… 41

2 Tính đường kính xilanh chính……… 41

3 Hành trình làm việc của các piston trong xilanh……… 41

4 Tính toán xéc măng xilanh trong bánh xe……….42

5 Cấu tạo xilanh chính loại tăng đem hai buồng……… 43

II Thiết kế trợ lực phanh……… 46

1 Phân tích phương án trợ lực chân không……… 46

2 Thiết kế bộ trợ lực chân không……….48

III Điều hòa lực phanh………52

1 Cơ sở lý thuyết điều hòa lực phanh……… 52

2 Một số điều hòa lực phanh trên ôtô……… 54

3 Tính toán bộ điều hòa lực phanh……… 56

IV Tính bền một số chi tiết……….64

1 Tính bền guốc phanh……….64

2 Tính bền trống phanh………70

CHƯƠNG III: QUY TRÌNH GIA CÔNG CHI TIẾT……… 72

I Phân tích kết cấu chọn phương án sản xuất………72

1 Phân tích kết cấu……… 72

2 Chọn dạng sản xuất……… 72

II Lập quy trình công nghệ……… 72

1 Nguyên công 1……… 72

2 Nguyên công 2……… 73

3 Nguyên công 3……… 74

4 Nguyên công 4……… 76

5 Nguyên công 5……… 76

6 Nguyên công 6……… 77

CHƯƠNG IV: QUY TRÌNH LẮP RÁP ĐIỀU CHỈNH, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH……… 79

I Quy trình lắp ráp, điều chỉnh hệ thống phanh………79

1 Quy trình lắp ráp……… 79

2 Điều chỉnh bàn đạp phanh……….79

II Quy trình lắp ráp bình chứa dầu phanh……… 80

III Quy trình lắp, điều chỉnh xilanh chính………81

1 Quy trình lắp ráp……… 81

2 Điều chỉnh sau khi lắp xilanh………82

IV Quy trình lắp ráp bộ trợ lực phanh……… 82

1 Quy trình lắp ráp……… 82

V Quy trình lắp ráp điều chỉnh phanh tay……… 84

1 Quy trình lắp ráp……… 84

2 Điều chỉnh phanh tay………84

VI Quy trình lắp ráp phanh đĩa……….84

1 Lắp ráp các cụm chi tiết phanh đĩa………84

2 Quy trình lắp ráp má phanh……… 84

3 Quy trình lắp ráp cụm xilanh phanh đĩa………86

4 Quy trình lắp ráp đĩa phanh……… 87

VII Quy trình lắp ráp phanh tang trống……….88

Một số hư hỏng thường gặp của hệ thống phanh, cách khắc phục…… 89

Tài liệu tham khảo………92

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây nền công nghiệp ôtô đã có sự phat triển mạnh

mẽ, hòa nhịp với sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp ôtô thế giới.Việc Việt Nam ra nhập WTO, chính phủ cho phép nhập khẩu phụ tùng từ nướcngoài, cũng như mở cửa hợp tác mạnh mẽ với các quốc gia có nền công nghiệpôtô phát triển hàng đầu thế giới như Đức, Mỹ, Nhật Bản,…đã tạo điều kiện chonền công nghiệp ôtô Việt Nam phát triển với việc tiếp thu các dây truyền côngnghệ, ứng dụng các phát minh thiết kế vào sản xuất, lắp ráp cũng như giải quyếthầu hết các vấn đề về sửa chữa bảo dưỡng và nâng cấp… ôtô tại Việt Nam, đónggóp không nhỏ vào thu nhập quốc dân của đất nước

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là một trong những nơi nghiên cứu,giảng dạy hàng đầu về ôtô tại Việt Nam Sau một quá trình học tập 5 năm taitrường Đại học Bách Khoa Hà Nội chúng em đã được tìm hiểu về hầu hết các hệthống trên ôtô Trong các hệ thống trên ôtô thì hệ thống phanh là một hệ thốngrất quan trọng trên ôtô với vai trò đảm bảo tính an toàn chuyển động của ôtô,giúp giảm thiểu đáng kể các tai nạn trên các tuyến đường giao thông Với các lý

do như vậy em đã quyết định chọn hệ thống phanh để tìm hiểu và nghiên cứukhi làm đồ án tốt nghiệp, em đi sâu vào tìm hiểu hệ thống phanh xe con với đề

tài tốt nghiệp là: “ Thiết kế hệ thống phanh xe con 7 chỗ ngồi ’’ Trong quá

trình thực hiện đề tài em đã nhận được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo

PGS.TS Lưu Văn Tuấn đồng thời em cũng nhận được ý kiến đóng góp trong

Bộ Môn Ôtô và xe chuyên dụng Mặc dù đã cố gắng nhưng do kiến thức có hạn

và thời gian làm đồ án tốt nghiệp còn hạn chế cho nên không tránh khỏi nhữngsai xót kính mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy để em hoàn thiện

đề tài hơn trong tương lai

Qua đây, cho phép em gửi lời cảm ơn chân thành, sâu xắc đến thầy giao

PGS.TS Lưu Văn Tuấn Em xin gửi lời cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo trong

Bộ Môn Ôtô và xe chuyên dụng cùng toàn thể các bạn sinh viên Ôtô-K50 đãgiúp đỡ em hoàn thành đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2010

Sinh viên thực hiện:

Ninh Văn Cương

CHƯƠNG I CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

 Giữ xe lâu dài trên đường, đặc biệt là trên đường dốc

 Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn đượckết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe

Phân loại

Theo công dụng:

 Hệ thống phanh chính (phanh chân)

 Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

 Hệ thống phanh dự phòng

 Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ)

Theo kết cấu của cơ cấu phanh:

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải

 Có hiệu quả phanh cao nhất nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhấtkhi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.

 Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khiphanh

 Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiểnkhông lớn

 Dẫn động phanh có độ nhạy cao, sự chậm tác dụng nhỏ

 Phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàntrọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào

 Không có hiện tượng tự siết phanh khi ôtô chuyển động tịnh tiến hoặc quayvòng

 Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

 Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh (đĩa phanh) cao, ổn địnhtrong điều kiện sử dụng

 Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanhtrên bánh xe

 Có khả năng phanh ôtô khi dừng trong thời gian dài

 Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sữa chữa

2 Kết cấu hệ thống phanh.

Thực chất của quá trình làm giảm vận tốc của xe đó là hệ thống phanh phảitạo ra một lực cản lại sự chuyển động của xe ta gọi đó là lực phanh Trong quátrình chuyển đông xe chỉ tiếp xúc với không khí và mặt đường nên chỉ chịu cáclực tác dụng từ trong môi trường này Lực cản của không khí trong quá trìnhchuyển động của xe là không đủ để phanh xe có hiệu quả Do vậy lực cản lạichuyển động của xe (tức lực phanh) chỉ có thể là lực ma sát giữa bánh xe và mặtđường Khi bánh xe lăn không trượt trên mặt đường (lăn tinh) lực ma sát giữabánh xe và mặt đường chính là lực cản lăn, thực tế lực này rất nhỏ trên mặtđường tốt hệ số cản lăn f chỉ bằng 0,02 Để tạo ra một lực ma sát lớn giữa bánh

xe và mặt đường đủ để phanh bánh xe có hiệu quả phải chống lại sự lăn tinh của

bánh xe tức là phải cản lại chuyển động quay của bánh xe Khi bánh xe khôngquay được bánh xe sẽ trượt lết trên mặt đường, khi đó lực ma sát giữa bánh xe

và mặt đường đạt giá trị cực đại, hệ số ma sát giữa bánh xe và mặ đường lúc nàyđược gọi là hệ số bám (trên thực tế khi trượt lết hoàn toàn, hệ số bám (bị suygiảm chút ít do có sự nóng lên giữa các bề mặt tiếp xúc, vật liệu chế tạo lốp vàtình trạng mặt đường) ) Như vậy để cản lại chuyển động quay của bánh xe sẽphải tạo ra một momen cản Từ đó ta thấy thực chất của quá trình làm giảm vậntốc của xe đó là quá trình mà hệ thống phanh phải sinh ra một momen cản đểcản lại chuyển động quay của bánh xe Momen này được gọi là momen phanh.Trên hệ thống phanh bộ phận sinh ra momen cản lại chuyển động quay của bánh

xe được gọi là cơ cấu phanh Bộ phận mà truyền lực điều khiển từ người lái(hoặc một nguồn năng lượng nào đó) đến cơ cấu phanh để điều khiển cơ cấuphanh sinh ra momen phanh được gọi là dẫn động phanh Như vậy về cơ bản hệthống phanh gồm hai bộ phận là: cơ cấu phanh và dẫn động phanh

3 Sơ đồ cấu tạo một số dạng hệ thống phanh.

Nhận xét: Kết cấu chung của cơ cấu phanh dùng trên ôtô tùy thuộc vào vị trí

đặt nó (phanh ở bánh xe hoặc hệ thống truyền lực), loại chi tiết quay và chi tiếttiến hành phanh Có loại phanh guốc, phanh đĩa được sử dụng rộng rãi trên cácôtô hiện nay

3.1 Cơ cấu phanh guốc.

Cơ cấu phanh kiểu trống sơ đồ:

Hình 1.1: Cấu tạo cơ cấu phanh kiểu trống

Nguyên lý hoạt động.

Cơ cấu phanh đặt trên giá đỡ là mâm phanh Mâm phanh được bắt cố địnhtrên mặt bích của dầm cầu Các guốc phanh được đặt trên các trục lệch tâm,dưới tác dụng của lò xo hồi vị, các má phanh luôn ép chặt hai piston của xy lanhphanh làm việc gần nhau Các má phanh luôn tỳ sát vào cam lệch tâm Cam lệchtâm cùng với trục lệch tâm có tác dụng điều chỉnh khe hở giữa má phanh vàtrống phanh Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các tấm ma sát Giữa cácpiston của xy lanh có lò xo để ép các piston luôn tỳ sát vào các guốc phanh.Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh, để cho các má phanh mònđều nhau thì guốc phanh phía trước có má phanh dài hơn

Khi tác dụng vào bàn đạp chất lỏng với áp suất cao truyền đến xy lanh tạonên áp lực ép trên piston đẩy các guốc phanh, các má phanh được ép vào trốngphanh tạo nên sự phanh Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị trên cơ cấu phanh

và lò xo giữa các piston sẽ kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu Quá trìnhphanh kết thúc

Trong quá trình sử dụng phanh, các má phanh sẽ hao mòn, do đó khe hở giữa

má phanh và trống phanh sẽ tăng lên Muốn cơ cấu phanh hoạt động hiệu quả,

phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh bằng cách xoay cam lệchtâm và xoay chốt lệch tâm.

3.2 Cơ cấu phanh đĩa.

Sơ đồ cấu tạo.

Hình 1.2: Cơ cấu phanh đĩa

3.3 Phanh dải.

Sơ đồ cấu tạo:

Nguyên lý hoạt động.

Khi tác dụng lên bàn đạp, qua cơ cấu dẫn động làm cho đai phanh căng lên

và áp sát vào trống phanh, quá trình phanh được thực hiện Khi nhả bàn đạpphanh, không có lực P tác dụng vào đai phanh nữa, cơ cấu phanh trở về vị tríban đầu Kết thúc quá trình phanh

Ưu nhược điểm:

Lực hướng kính lớn nên phanh không êm dịu, khó điều chỉnh khe hở giữa đai

và trống phanh Phanh không bền vững Cơ cấu phanh bơi chủ yếu lắp trên hệthống phanh truyền lực

4 Sơ đồ cấu tạo một số dạng cơ cấu dẫn động phanh.

4.1 Dẫn động cơ khí.

Sơ đồ cấu tạo.

Hình 1.4: Sơ đồ dẫn động phanh bằng cơ khí

3,5 – Con lăn của dây cáp 9 – Thanh cân bằng

4 – Dây cáp phía trước 12 – Trục lệch tâm của thanh ép

6 – Thanh dẫn trung gian.

Đặc điểm: Chủ yếu dùng cho phanh tay.

Nguyên lý hoạt động:

Thanh dẫn cùng với tay phanh 1 ở dưới vùng bảng điều khiển Thanh dẫn 2nối liền với dây cáp Các con lăn 3,5 dẫn hướng cho dây cáp Dây cáp 4 bắt vàomút thanh dẫn trung gian 6, trục 7 lắp trên thanh dẫn và nối với thanh cân bằng

9 Thanh dẫn 6 lắp với bản lề trên giá đỡ, thanh cân bằng 9 phân bố đều lựcphanh truyền qua dây cáp 8 và 10 tới cơ cấu phanh bánh xe trái và phải phía sau.Đòn dây cáp nối với đòn bẩy ép, tác động lên guốc phanh thông qua tấm đỡ, đònbẩy ép lắc trên trục lệch tâm 12

Khi kéo phanh 1, dây cáp tác động lên đòn bẩy và hãm bánh xe lại, thực hiệnquá trình phanh

Khi nhả phanh, đòn bẩy ép trở về vị trí ban đầu dưới tác động của lò xo hồi

vị, kết thúc quá trình phanh

4.2 Dẫn động thủy lực.

Sơ đồ cấu tạo.

Hình 1.5: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực

ép sát vào trống phanh và tiến hành phanh Khi nhả bàn đạp, do có sự hồi dầu vàlực của lò xo hồi vị nên hai má phanh sẽ tách khỏi trống phanh, kết thúc quátrình phanh.

Đặc điểm:

Áp suất truyền đến các xy lanh làm việc là như nhau Lực phanh trên cácbánh xe phụ thuộc vào đường kính piston của xy lanh công tác Muốn cómômen ở cầu trước khác cầu sau chỉ cần làm đường kính các piston của xy lanhcông tác khác nhau Lực tác dụng lên cơ cấu phanh phụ thuộc vào tỷ số truyềnđộng

Các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp suất trong đường ống chỉ bắt đầutăng khi tất cả các má phanh áp sát trống phanh Không phụ thuộc vào đườngkính xy lanh và khe hở giữa trống phanh và má phanh

4.3 Dẫn động khí nén.

Sơ đồ cấu tạo:

Hình 1.6: Sơ đồ dẫn động khí nén

được mở, khí có áp suất cao từ bình khí nén đi vào các đường ống dẫn đến cácbầu phanh 5 Áp suất khí nén tác động lên màng bầu phanh 5, đẩy cần đẩy làmxoay cam của cơ cấu phanh Do đó ép má phanh vào trống phanh Bộ điều chỉnh

áp suất 2 hạn chế áp suất của hệ thống trong giới hạn xác định

Khi nhả bàn đạp phanh, tổng van phanh ngắt mối quan hệ giữa bình chứa khívới đường ống dẫn để ống dẫn mở thông với khí quyển Khí nén từ các bầuphanh được thoát ra và guốc phanh tách khỏi trống phanh, kết thúc phanh

Đặc điểm:

Cấu tạo đơn giản, lắp ráp dễ dàng nhưng độ an toàn thấp, độ tin cậy khôngcao Độ nhạy của hệ thống không cao, do vậy thời gian chậm tác dụng lớn Cáccụm chi tiết khá nhiều, kích thước và trọng lượng lớn nên thường dùng trên xetải

II Chọn phương án thiết kế.

1 Phân tích chọn phương án thiết kế.

Thiết kế hệ thống phanh xe con 7 chỗ ngồi, đây là loại xe du lịch có 2 cầutrên thực tế hầu hết cầu sau chủ động, cầu trước dẫn hướng

1.1 Lựu chọn phương án thiết kế cho cơ cấu phanh sau.

Hệ thống phanh chính (phanh chân) của loại xe này cơ cấu phanh phanh sau

là cơ cấu phanh guốc Trong cơ cấu phanh guốc có các loại khác nhau như: cơcấu phanh guốc đối xứng qua trục, cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm, cơ cấuphanh guốc loại bơi, cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa… Qua phân tích kếtcấu các cơ cấu phanh loại guốc chúng ta thấy rằng tùy theo sự bố trí các guốcphanh và điểm tựu mà sẽ đạt được hiệu quả phanh (momen phanh) là khác nhaumặc dù kích thước guốc phanh là như nhau

So với cơ cấu phanh guốc loại đối qua trục các cơ cấu phanh đối xứng quatâm, loại bơi hay loại tự cường hóa có ưu điểm hơn là hiệu quả phanh khi ô tôchuyển động tiến tăng hơn từ 1,6 đến 3,6 lần (khi chuyển động lùi có thể hiệuquả phanh giảm tùy theo kết cấu nhưng không làm ảnh hưởng nhiều vì khi ô tô

của chúng là kết cấu khá phức tạp nên thường chỉ được bố trí ở cầu trước của ô

tô du lịch, ô tô tải nhẹ, trung bình do yêu cầu cần đạt momen phanh lớn với kíchthước cơ cấu phanh nhỏ Nên trong trường hợp này khi thiết kế phanh xe con 7chỗ ngồi ta chọn cơ cấu phanh cầu sau là loại phanh guốc đối xứng qua trục

Hình 1.7: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

Phanh dừng (phanh tay) được dẫn động bằng cơ khí và điều khiển bằng tayđược bố trí kết hợp trên cơ cấu phanh của bánh xe phía sau

1.2 Lựu chọn phương án thiết kế cho cơ cấu phanh trước.

Phanh đĩa được dùng phổ biến cho các xe có vận tốc cao đặc biệt hay gặptrên xe con Cơ cấu phanh đĩa thường được bố trí ở cầu trước, ngày nay trên ô tôhiện đại phanh đĩa được bố trí trên cả 2 cầu: cầu trước và cầu sau Trên các loại

xe hiện nay thường có 2 loại cơ cấu phanh đĩa thường được sử dụng:

a) Cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh cố định.

Khi có lực phanh, dầu cao áp sẽ dồn tới xilanh đẩy piston ép các má phanhvào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

Số lượng xilanh công tác có thể là 2 hoặc 4 xilanh đặt đối xứng nhau, hoặc 3xilanh với 2 xilanh nhỏ được bố trí một bên còn 1 xilanh lớn bố trí một bên

b)

Hình 1.8:

a) Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh đặt cố định.

b) Sơ đồ cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh di động.

1 Đĩa phanh 3 Má phanh

2 Giá đặt xilanh 4 Piston

b) Cơ cấu phanh đĩa có giá xilanh cố định.

Phanh đĩa có giá xilanh di động chỉ bố trí xilanh thủy lực 1 bên Giáxilanh có thể di động được trên các trục nhỏ dẫn hướng bắt trên moay ơ Khiphanh, dầu cao áp đẩy piston ép một bên má phanh áp sát vào đĩa phanh, đồngthời đẩy giá đặt xilanh trượt trên trục dẫn hướng đến ép má phanh còn lại áp sátvào đĩa phanh Khi cả 2 má phanh ép sát vào đĩa phanh thì quá trình phanh mớiđược thực hiện

Phanh đĩa có giá di động được dùng trên đa số các ô tô du lịch ngày nay

Do chỉ bố trí một bên xilanh vì vậy mà tăng diện tích làm mát cho đĩa phanh cóthể tránh được hiện tượng sôi dầu khi phanh với cường độ cao

 Ưu điểm của phanh đĩa:

 Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đơn giản

 Công nghệ chế tạo ít gặp khó khăn có khả năng giảm giá thành trong sảnxuất.

 Cơ cấu phanh đĩa cho phép momen phanh ổn định hơn cơ cấu phanh kiểutang trống khi hệ số ma sát thay đổi Điều này giúp cho các bánh xe bịphanh làm việc ổn định hơn nhất là khi phanh với vận tốc cao

 Khối lượng các chi tiết nhỏ, số lượng ít, kết cấu gọn cho nên tổng khốilượng các chi tiết không được treo sẽ giảm nâng cao tính êm dịu và sựbám đường của xe

 Khả năng thoát nhiệt của cơ cấu phanh ra bên ngoài dễ dàng

 Thoát nước bám vào bề mặt đĩa phanh tốt: do nước bám vào bề mặt đĩaphanh sẽ bị lực li tâm loại bỏ rất nhanh nên khả năng phục hồi tính năngphanh nhanh chóng

 Không cần điều chỉnh phanh

 Nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa:

 Khó có thể tránh bụi bẩn và đất cát vì đĩa phanh không được che đậy kín,bụi bẩn sẽ loạt vào khe hở giữa má phanh và đĩa phanh khi ô tô đi vào chỗlầy lội làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh cho nên làm giảmhiệu quả khi phanh

 Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn Gây tiếng ồn khi phanh:

có tiếng rít khi phanh do sự tiếp xúc giữa má phanh và đĩa phanh khiphanh

 Lực phanh nhỏ hơn

 Kết luận: với ưu điểm lớn nhất đó là kết cấu đơn giản, hiệu quả phanh

cao và với phân tích so sánh ở trên ta chọn cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ diđộng làm cơ cấu phanh đĩa

2 Phân tích chọn phương án dẫn động.

Trên xe con hiện nay chủ yếu sử dụng phương án dẫn động bằng thủy lực:

 Sơ đồ dẫn động thủy lực:

Hình 1.9: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực

1 Bàn đạp phanh 5 Đường ống dẫn dầu

2 Xilanh phanh chính 6 Phanh đĩa

3 Xilanh phanh bánh xe 7 Cụm má phanh

4 ép sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh

Khi thôi phanh người lái thôi tác dụng lên bàn đạp phanh lò xo hồi vị sẽ épdầu từ xilanh bánh xe 3 và xilanh phanh đĩa về xilanh chính 2

Quá trình làm việc của dẫn động phanh thủy lực dựa trên quy luật áp suấtthủy tĩnh Áp suất trong sơ đồ dẫn động được truyền đến xilanh các bánh xe lànhư nhau, khi đó lực đẩy lên guốc phanh sẽ phụ thuộc vào piston xilanh công táctại mỗi bánh xe đó Khi tăng lực tác dụng lên bàn đạp phanh cũng chính là lựctác dụng lên xilanh phanh chính do vậy áp suất trong dẫn động và lực tác động

được sự làm việc đồng của các cơ cấu phanh, bảo đảm sự tỷ lệ giữa lực tác dụnglên bàn đạp và lực đẩy lên guốc phanh hay má phanh ở cơ cấu phanh đĩa.

 Ưu điểm dẫn động thủy lực:

 Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh trên bánh xe hoặcgiữa các má phanh theo yêu cầu

 Hiệu suất cao

 Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản

 Có khả năng ứng dụng trên nhiều loại ô tô khác nhau khi chỉ cần thay đổi

cơ cấu phanh

 Nhược điểm dẫn động thủy lực:

 Tỷ số của dẫn động không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơcấu phanh

 Hiệu suất truyền động sẽ giảm ở nhiệt độ thấp

 Một số phương án dẫn động:

2.1 Phương án 1: dẫn động thủy lực một dòng:

Hình 1.10: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực một dòng

1 Bánh xe 4 Xilanh chính 7 Má phanh sau

2 Đĩa phanh 5 Bàn đạp

3 Xilanh bánh trước 6 Xilanh bánh sau

Dẫn động một dòng có nghĩa là từ đầu ra của xilanh chính chỉ có một đườngduy nhất dẫn đến tất cả các xilanh công tác của các bánh xe Dẫn động một dòng

có kết cấu đơn giản nhưng độ an toàn không cao Vì một lý do nào đó bất kỳmột đường ống dẫn dầu tới các xilanh bánh xe bị rò rỉ thì dầu trong hệ thốngphanh cũng bị mất áp suất và tất cả các bánh xe đều bị mất phanh

2.2 Phương án 2: dẫn động thủy lực hai dòng:

 Dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu riêng biệt không có trợ lực:

Hình 1.11: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng

1 Bánh xe 4 Xilanh chính 7 Má phanh sau

2 Đĩa phanh 5 Bàn đạp

3 Xilanh bánh trước 6 Xilanh bánh sau

Dẫn động hai dòng có nghĩa là từ đầu ra của xilanh có hai đường dầu độclập dẫn tới các bánh xe ô tô Để có hai đầu ra độc lập người ta có thể sử dụngmột xilanh chính đơn kết hợp với một bộ chia dòng hoặc sử dụng xilanhchính kép (loại tăng đem)

 Dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu riêng biệt có trợ lực chân không:

Hình 1.12: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng có trợ lực

1 Bánh xe 4 Xilanh chính 7 Má phanh sau

2 Đĩa phanh 5 Bàn đạp 8 Trợ lực phanh

3 Xilanh bánh trước 6 Xilanh bánh sau

 Ưu điểm: nếu bị hỏng hay rò rỉ dầu ở một dòng nào đó vẫn phanh được ở

cầu xe của dòng còn lại

 Nhược điểm: nếu như hỏng đường dẫn động cầu trước thì có thể xảy ra hiện

tượng quay ngang xe khi phanh Nếu hỏng đường dầu dẫn động cầu sau thì

có thể mất tính ổn định khi phanh gấp

 Dẫn động thủy lực hai dòng chéo nhau có trợ lực chân không:

 Ưu điểm: khi bị hỏng hay rò rỉ dầu ở một dòng thì ô tô vẫn được phanh ở

một bánh trước và một bánh sau ở phía so le Chất lượng phanh vẫn đượcđảm bảo tốt cả khi trên đường có hệ số bám dọc ở hai vết bánh xe khác nhaunhiều

 Nhược điểm: khi một dòng bị hư hỏng thì có thể làm quay ngang xe hoặc

mất ổn định hướng khi phanh xe

Hình 1.12: Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng chéo nhau có trợ lực

1 Bánh xe 4 Xilanh chính 7 Má phanh sau

2 Đĩa phanh 5 Bàn đạp 8 Trợ lực phanh

3 Xilanh bánh trước 6 Xilanh bánh sau

Kết luận: sau khi phân tích các phương án dẫn động thủy lực trên thì có

thể thấy rằng phương án dẫn động thủy lực hai dòng cho hai cầu độc lập có trợlực chân không vừa đảm bảo an toàn vừa phanh nhẹ nhàng đồng thời hiệu quảphanh cao

3 Các yêu cầu đề tài.

Tính toán hệ thống phanh dựa trên các tính toán lý thuyết cơ bản của hệthống bao gồm việc tính toán các thông số cơ bản của các cụm, chi tiết liên quanđến hệ thống phanh:

- Xác định phương án thiết kế

- Thiết kế tính toán các bộ phận của hệ thống phanh

+ Mômen phanh cần sinh ra trên cơ cấu phanh

+ Tính toán cơ cấu phanh

+ Tính toán dẫn động phanh

+ Tính toán các bộ phận khác của hệ thống phanh

- Kết luận

4 Các tính toán bền.

Với các hệ thống thiết kế, tính toán, việc kiểm tra bền các chi tiết rất quantrọng trong quá trình đánh giá chất lượng các chi tiết cũng như tuổi thọ củachúng Hệ thống phanh được tạo ra từ các chi tiết nên ngoài tính toán, thiết kếcác thông số cơ bản chúng ta phải kiểm bền các chi tiết Thông thường chúng tachỉ kiểm bền một số chi tiết thuộc cơ cấu phanh:

- Guốc phanh

- Trống phanh

- Đường ống dẫn động phanh

KẾT LUẬN CHƯƠNG I

Trong CHƯƠNG I đã trình bày các tổng quan về hệ thống phanh, phân

tích kết cấu các hệ thống phanh, các phương án thiết kế tính toán Từ đó xácđịnh mục đích và phương pháp thực hiện đề tài Những nội dung tính toán thiết

kế sẽ được thực hiện cụ thể ở các chương tiếp theo

CHƯƠNG II THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN A/ CƠ CẤU PHANH

I Các thông số kỹ thuật xe tham khảo

+ Phân bố tải trọng ra cầu trước : 8700 N

+ Phân bố tải trọng ra cầu sau : 7050 N

- Trọng lượng xe khi đầy tải : 21750 N

+ Phân bố tải trọng ra cầu trước : 9900 N

+ Phân bố tải trọng ra cầu sau : 11850 N

- Vận tốc cực đại khi đầy tải :

II Cơ cấu phanh xe tham khảo.

1 Sơ đồ cấu tạo.

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí chung

 Xy lanh chính

Hình 2.2: Sơ đồ xy lanh chính

 Bộ trợ lực chân không

Hình 2.3: Sơ đồ bộ trợ lực chân không

 Ở cầu trước (cơ cấu phanh trước):

1- Má phanh2- Đĩa phanh3- Piston4- Giá di động5- Giá dẫn hướng

Hình 2.4: Cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xilanh di động bố trí một xilanh Giá xilanh được

bố trí di động trên các giá nhỏ dẫn hướng Khi phanh xilanh đẩy piston và má phanh vào đĩa phanh, sau đó đẩy giá đặt xilanh trượt trên trục dẫn hướng để ép nốt má bên kia vào đĩa phanh

Loại này có kết cấu các tấm má phanh tự lựa được điều khiển bằng một xilanh lực đặt trên giá quay

 Ở cầu sau (cơ cấu phanh sau):

Hình 2.5: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

Cơ cấu phanh sau là cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục nghĩa là gồm haiguốc phanh bố trí đối xứng qua đường trục thẳng đứng Cơ cấu phanh kiểu nàydùng xilanh thủy lực để ép guốc phanh vào tang trống, loại này thường đượcdùng trên xe tải nhỏ và các loại xe du lịch Cấu tạo chung của loại này gồm mộtmâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu, trên mâm phanh có hai chốt định vị

để lắp ráp đầu dưới của hai guốc phanh Hai chốt cố định này có thể bố trí bạclệch tâm để điều chỉnh khe hở má phanh và tang trống phía dưới Đầu trên củahai guốc phanh được lò xo guốc phanh kéo vào ép sát với piston xilanh Khe hởcủa hai má phanh và tang trống phía trên được điều chỉnh bằng hai cam lệchtâm Ở hình trên trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ thì guốc trái làguốc xiết còn guốc phải là guốc nhả, chính vì vậy mà má phanh bên guốc xiết

thường được làm dài hơn má phanh bên guốc nhả với mục đích để hai má phanh

có hao mòn như nhau trong quá trình sử dụng

 Cơ cấu phanh dừng

Phanh dừng dùng để dừng (đỗ xe) trên đường dốc hoặc đường bằng Nóichung hệ thống phanh này được dùng khi ô tô đứng yên, không di chuyển trêncác loại đường khác nhau

Cơ cấu phanh có thể bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía sauhoặc bố trí trên trục ra của hộp số

Dẫn động của hệ thống phanh dừng hầu hết là dẫn động cơ khí được bố trí

và hoạt động độc lập với dẫn động của hệ thống phanh chính và được điều khiểnbằng tay vì vậy được gọi là phanh tay

III Tính toán cơ cấu phanh bằng phương pháp họa đồ.

1 Xác định mômen phanh cần thiết tại các bánh xe.

Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độhoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp tại các bánh xe thì mômen phanh tính toán cầnsinh ra ở bánh xe mỗi cơ cấu phanh:

jmax : Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh.

Để tận dụng hết lực phanh thì lực phanh sinh ra phải bằng với lực bám của xevới đường

=> PPmax = Pφmaxmax

=>m.jmax = G.φmax = m.g.φmax

=> jmax = g.φmax = 9,81.0,6= 5,886≈ 5,9 m/s2

φmax : Hệ số bám của bánh xe với mặt đường Chọn φmax = 0,6

rbx: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

2 Thiết kế tính toán cơ cấu phanh.

2.1 Với phương án thiết kế phanh cầu sau sử dụng là phanh guốc.

a) Xác định góc δ, bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh.

hoặc M”P1) và guốc sau (M’P2 hoặc M”P2) bằng mômen phanh tính toán của mỗi

cơ cấu phanh đặt tại bánh xe

Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (β1, β2, β0, r1) chúng ta tính được góc

δ và bán kính ρ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướngvào tâm 0) Lực R1 là lực tổng hợp của N1, T1 Lực R1 tạo với lực N1 góc φmax1.Góc φmax1 được xác định như sau:

tg ϕ1=T1

N1=μ

Trong đó:

μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3

Vậy chúng ta đã xác định được góc φmax1 ≈ 16,690, nghĩa là xác định đượchướng của R1 Góc φmax1 má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì cùng

có hệ số ma sát như nhau

Như vậy, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là:

 Các bước xây dựng họa đồ lực phanh

Hai guốc phanh có 2 guốc phanh như nhau chịu tác dụng của các lực:

 Lực tác dụng từ dẫn động phanh thông qua xilanh công tác P’, P’’ Do dẫnđộng thủy lực với 1 xilanh công tác chung cho cả 2 piston dẫn động cácguốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau P’= P’’=P Lực P’,

P’’ có phương ngang như hình 2.7.

 Lực tác dụng từ trống phanh vào má phanh (toàn bộ áp lực từ trốngphanh vào má phanh được quy về lực giả định tương đương) R’, R’’

 Phản lực tâm quay của guốc phanh U’, U’’

 Xác định các thong số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng

tỷ lệ, vẽ các lực P

 Tính góc δ và bán kính ρ, từ đó xác định được điểm đặt của lực R

 Tính góc φmax và phương của lực R Kéo dài phương của lực R’ và P cắtnhau tại O’, kéo dài phương của P và R’’ cắt nhau tại O’’ Ta có ở trạng thaicân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0:

P R U  0

Do vậy 3 lực trên sẽ tạo thành một tam giác lực khép kín, nghĩa là nếu kéodài phương của 3 lực này thì chúng sẽ đồng quy đó chính là điểm O’ và O’’.Như vậy để xác định phương của lực U chỉ cần nối O với O’ và O với O’’

 Trên hình vẽ lấy 2 đoạn P1 và P2 bằng nhau nhưng ngược chiều Từ các lực Pnày dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường songsong với các lực R và U đã có trên họa đồ

 Đo trực tiếp các đoạn R’ và R’’ trên hình và tính tỷ lệk = R

'

R ''

Ta có hệ phương trình: (đo trên hình ta có)

c) Kiểm nghiệm hiện tượng tự xiết.

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết Hiệntượng 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 Nếu hiện tượng nàyxảy ra thì khi người lái thôi phanh nhưng xe vẫn bị phanh do vậy đây là hiện

tượng cần tránh đối với hệ thống phanh Trên hình 2.7 ta thấy hiện tương tự xiết

sẽ không xảy ra khi phương của lực R đi qua phía trên tâm quay của guốcphanh Khi thôi phanh (tức là khi đó thôi tác động của lực P), phản lực R từtrống phanh vào guốc phanh sẽ đưa má phanh vào vị trí ban đầu (vị trí khôngphanh) Ngược lại nếu phương của lực R đi qua tâm hoặc dưới tâm quay củaguốc phanh (mà điều này chỉ xảy ra đối với guốc phanh bên trái) thì bản thân lực

R cũng làm cho guốc phanh quay sang trái Khi đó momen phanh sẽ tăng lên vôhạn và nếu người lái nhả phanh thì xe vẫn bị phanh Guốc phanh bên phải (tứcguốc phanh phía sau theo chiều tiến của xe) không bao giờ có hiện tượng tự xiết

 Ta có công thức tính momen phanh đối với guốc sau

 Đối với guốc trước

M P ' = μρ ' P '(c cosα+a)

c (cos δ '+μ sin δ ')−μρ '

Biểu thức trên cho thấy, nếu c(cosδ’ + μsinδ’) – μρ’ = 0 thì M’P → ∞ Điềunày có nghĩa là mômen phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vô cùnglớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết

là: μ= C cosδ

ρ−C sin δ

Trong đó:

C: Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt Chọn c= 100 mm

Theo tính toán ở trên ta có:

' '

μ''>0,3  guốc trước của cơ cấu phanh sau không xảy ra hiện tượng tự

xiết khi phanh

 Kết luận: Với cơ cấu phanh thiết kế, không xảy ra hiện tượng tự xiết.

2.2 Với phương án thiết kế phanh cầu trước là phanh đĩa.

P 1

P 1

r tb

Hình 2.8: Sơ đồ tính toán phanh đĩa

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh dạng đĩa quay được xác định

như sau: M p m P r . tb

Trong đó: : hệ số ma sát = 0,3

m: số đôi bề mặt má phanh Chọn m= 2

80 130

d

Pp  n

n: số ống xilanh làm việc Chọn n= 2

p0 : áp suất chất lỏng trong hệ thống p0 = 500 ¿ 800 (N/cm2) Chọn p0 = 700 (N/cm2)

là khi v= 0) thì toàn bộ động năng của ô tô có thể được coi là đã chuyển thànhcông ma sát tại cơ cấu phanh:

2

2

m v l F



Trong đó:

m : Khối lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải có m = G/g

v : Tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh v = 60km/h = 16,67 m/s

g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2

 Với cơ cấu phanh cầu sau

FΣ1 : Tổng diện tích các má phanh cơ cấu phanh sau (4 má phanh)

FΣ1 = 4.F = 4.146,6= 586,4 cm2

 Với cơ cấu phanh cầu trước

FΣ2: Tổng diện tích các má phanh cơ cấu phanh cầu trước

Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu do mỗiloại vật liệu chỉ chịu được một áp lực nhất định Áp suất trên bề mặt má phanh được tính như sau:

μ : Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh, μ = 0,3

FΣ : Diện tích má phanh tại nơi có MP

9058.0,0467

0,3.0,140.0,01466

KL: Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh sau nằm trong giới hạn cho phép.

 Với cơ cấu phanh trước

Áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào đĩa phanhchia cho diện tích má phanh

KL: Vậy áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh trước nằm trong giới hạn cho phép.

 Thời hạn làm việc của má phanh còn được đánh giá bằng tỉ số

FΣ : Tổng diện tích của bề mặt ma sát của các má phanh ở tất cả các cơcấu phanh FΣ = 0,08062 m2

 KL: Vậy giá trị p nằm trong giới hạn cho phép.

 Kiểm tra nhiệt độ tang trống.

Trong quá trình phanh, động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trốngphanh và một phần thoát ra môi trường không khí, phương trình cân bằng nănglượng là:

Sự tăng nhiệt độ trống phanh khi phanh với V1 = 30 km/h,V2 = 0 không quá 150

t : Độ gia tăng nhiệt độ

G : Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải G = 21750 N

g : Gia tốc trọng trường g = 9,81 m/s2

C : Nhiệt rung riêng của trống phanh làm bằng gang C = 500 J/kg.độ

mt : Khối lượng trống phanh