Tính toán và thiết kế hệ thống phanh xe du lịch.DOC

CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô máykéo đến một giá trị cần thiết nào đó hoặc dừng hẳn.Hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéođứng

1 CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô máykéo đến một giá trị cần thiết nào đó hoặc dừng hẳn.Hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéođứng yên trên đường nằm ngang hoặc trên dốc nghiên trongthời gian không hạn chế Ngoài ra, hệ thống phanh cònphối hợp với ly hợp chuyển hướng làm nhiệm vụ quayvòng máy xích

Hệ thống phanh là một cụm có vai trò rất quantrọng vì nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở tốcđộ cao, nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng độnglực và năng suất vận chuyển của ôtô máy kéo

1.1 Chọn loại dẫn động:

Hiện nay trên ôtô máy kéo thường dùng hai loại dẫnđộng phanh chính là: dẫn động phanh thuỷ lực và dẫnđộng phanh khí nén còn dẫn động phanh cơ khí và dẫnđộng phanh điện từ ít dùng vì:

-Dẫn động phanh cơ khí chỉ dùng cho phanh dừng vìhiệu suất dẫn động của phanh cơ khí thấp, không đảmbảo phanh đồng thời các bánh xe

-Dẫn động phanh điện từ thường dùng cho xe dàikéo rơmóoc vì chiều dài của xe lớn, khó bố trí đường ốngcho dẫn động phanh khí nén và thuỷ lực

Đối với ôtô hiện nay làm việc với vận tốc lớn cầnphải tính ổn định khi phanh, vì vậy yêu cầu đối với hệthống phanh là:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột trong trườnghợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, đảm bảotiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hoá

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô khiphanh

-Có khả năng giữ cho xe dứng yên trên dốc, đườngnằm ngang trong thời gian không hạn chế

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

-Có khả năng thoát nhiệt tốt

-Điều khiển thuận tiện và nhẹ nhàng, lực cần thiếttác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ

- Kết cấu gọn nhẹ, lắp đặt sửa chữa, bảo dưỡngdễ dàng

- Giá thành hạ

- Không có hiện tượng tự phanh khi xe chuyển độngthẳng và khi xe quay vòng

Tuy nhiên với mỗi loại xe có một dẫn động phanhriêng, đối với dẫn động khí nén thường dùng trên xe cỡ lớnvà cỡ vừa hoặc đoàn xe kéo moóc

* Dẫn động phanh khí nén có những ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm:

+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thuỷ lực vì nếutrong hệ thống có một chổ rò rĩ nhỏ thì hệ thống vẫncó thể tiếp tục làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm

+ Dễ phối hợp với cơ cấu dẫn động khí nén kháctrên ôtô

+Dễ cơ khí hoá, tự động hoá trong quá trình điềukhiển.

- Nhược điểm:

+ Độ nhậy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn hơndẫn động phanh thuỷ lực vì khi đạp phanh khí nén đi từtổng van phân phối mới đến bầu phanh rồi mới tác độnglên cơ cấu phanh còn dẫn động phanh thuỷ lực thì khi đạpphanh áp suất dầu tác động trực tiếp lên xylanh bánh xe

+ Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rĩ áp suất làmviệc nên áp suất khí nén thấp hơn áp suất của chất lỏngtrong dẫn động thuỷ lực tới 1015 lần, nên kích thước vàkhối lượng của dẫn động phanh khí nén lớn

+ Số lượng các cụm chi tiết nhiều

+ Kết cấu phức tạp hơn, giá thành cao hơn

Do đó dẫn động phanh khí nén không phù hợp vớiloại xe du lịch nên ta không chọn

 Dẫn động thuỷ lực có ưu nhược điểm sau:

- Ưu điểm là:

+ Độ nhậy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ từ 0,2

0,4(s)

+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì ápsuất trong dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả cácmá phanh đã ép sát trống phanh

+ Hiệu suất cao ( = 0,8 0,9) )

+ Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giáthành nhỏ

+ Dễ lắp ghép và thay thế

+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau màchỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

- Nhược điểm là:

+ Yêu cầu độ kín khít cao vì khi có một chỗ nào đó

bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động phanh không làm việc được

+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nênthường sử dụng các bộ trợ lực để giảm lực đạp, làmcho kết cấu phức tạp hơn

+ Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc cóthể làm cho các đường ống bị rung động và mô men phanhkhông ổn định

+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

Qua việc phân tích trên ta thấy dẫn động phanh thuỷlực là phù hợp với xe thiết kế (xe du lịch) vì:

Momen phanh ở các bánh xe bé nên lực đạp bàn đạpbé

Xe du lịch cần phải có kích thước nhỏ gọn, vì vậykhó bố trí các bầu chứa khí và các van trong dẫn độngnhư tổng van phân phối, van hạn chế áp suất

Xe du lịch cần có tốc độ cao nên công suất động cơphải lớn mà ta dùng dẫn động phanh khí nén phải có máynén khí nên công suất giảm, không phù hợp Vì vậy tachọn dẫn động phanh thuỷ lực cho xe thiết kế

1.2.Chọn cơ cấu phanh

Đối với dẫn động phanh thuỷ lực thường sử dụng

cơ cấu phanh loại đĩa hoặc trống guốc, nhưng cơ cấuphanh loại đĩa có nhược điểm là bề mặt ma sát dể bịhỏng do bụi bẩn rơi vào khi chạy trên đường đất, cơ cấuphanh loại trống guốc sử dụng rộng rải trên các loại ôtô,hiện nay loại phanh này bắt buộc sử trên ôtô tải nhỏ và

ôtô du lịch, nên ta chọn cơ cấu phanh loại trống guốc cho

xe du lịch

1.2.1.Chọn cơ cấu phanh cho bánh trước

Cơ cấu phanh bánh trước của ôtô du lịch cần đạt hiệuquả phanh cao, với kích thước cơ cấu phanh nhỏ Khi ôtôchạy lùi với tốc độ thấp nên yêu cầu momen phanh cũngnhỏ, mặt khác ôtô du lịch chuyển động với tốc độ cao nêncần momen phanh ở bánh trước phải lớn hơn bánh sau, dođó ta chọn cơ cấu phanh có hai xylanh ép, guốc phanh mộtbậc tự do

1-Xylanh thuỷ lực 2-Xương guốc

1.2.2 Chọn cơ cấu phanh cho bánh sau

Cơ cấu phanh sau của ôtô du lịch cần phải có tínhthuận nghịch vì cơ cấu phanh bánh trước chỉ có tính thuậnnên khi xe chuyển động lùi cần phải có cơ cấu phanh sauphải thuận nghịch để đảm bảo yêu cầu khi phanh, mặtkhác đối với ôtô du lịch chuyển động với tốc độ lớnmomen phanh bánh sau nhỏ hơn momen bánh trước vì khi

2

N

123

4

Hình 1.1.Cơ cấu phanh trống guốc hai xylanh ép,

guốc phanh một bậc tự do

phanh lực quán của ôtô tính hướng theo chiều chuyểnđộng mà momen bánh sau lớn hơn momen phanh bánh trướcthì xe dễ bị trượt lê Do đó ta chọn cơ cấu phanh bánh sauloại trống guốc, guốc phanh một bậc tự do.

1.3.Sơ đồ hệ thống phanh

Có nhiều loại sơ đồ dẫn động thuỷ lực, nhưng chủyếu phân ra năm loại sơ đồ dẫn động cơ bản theo các sơđồ sau:

1

2

3

Hình 1.2.Cơ cấu phanh trống guốc một xylanh

ép,guốc phanh một bậc tự do

Hình 1.1 Các loại sơ đồ dẫn động phanh thuỷlực

1- Xi lanh công tác; 2 - Xi lanh chính kép

1.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng

-Phân tích các sơ đồ hình 1.1:

Ta đi phân tích ưu nhược điểm của từng loại sơ đồdẫn động trên:

+ Độ an toàn không cao, hiệu quả giảm nhiều khidòng trước hỏng.

* Sơ đồ hình1.1.b:phân dòng chéo

- Ưu điểm:

+ Kết cấu tương đối đơn giản, hiệu quả phanhluôn luôn còn 50% khi một dòng bị hỏng

- Nhược điểm:

+ Có sự mất đối xứng lực phanh khi một dòng

bị hỏng, nếu mặt đối xứng quá giới hạn cho phép sẽ gây

+ Có sự bất đối xứng về phanh nếu một tronghai dòng bị trục trặc.

-Nhược điểm:

+ kết cấu qua ï phức tạp, giá thành cao, khó chếtạo

Đối với loại xe du lịch đang thiết kế với tải trọng nhỏ

Ga = 1820 (kg), cần phải có các chi tiết càng nhỏ gọn càngtốt vì kích thước của xe nhỏ nên khó bố trí các chi tiếtphức tạp Do đó em chọn sơ đồ hình (a) cho xe thiết kế vìkết cấu rất đơn giản và lại rẻ tiền, mặt dù độ an toànkhông cao lắm như đã phân tích ưu nhược điểm ở trên,nhưng nó phù hợp với ôtô du lịch

1.3.2.Xây dựng sơ đồ hệ thống phanh đã chọn

Hình 1.2.Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực

1-Cơ cấu phanh trước

2-Cơ cấu phanh sau

3-Piston xi lanh chính

4-Bàn đạp

2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH :

2.1 Xác định mômen phanh yêu cầu của cơ cấu phanh :

2.1.1.Sơ đồ tính toán :

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng vào xe khi phanh

Ga : trọng lượng toàn bộ của xe

Pj : lực quán tính của xe khi phanh

Pw : lực cản khí động

Z1, Z2 : phản lực của đường lên bánh xe trước và sau

a,b : khoảng cách từ trọng tâm đến vết tiếp xúc bánh xevà mặt đường

L : chiều dài cơ sở của xe

- Phương trình momen cần khi phanh theo tài liệu [1]

V

Pw

Z1

Ga Pj

L

Mp = PpRbx= Z

Trong đó:

Pp : Lực phanh cần thiết khi phanh

Rbx: Bán kính bánh xe thiết kế

Z : Phản lực toàn bộ của đường lên các bánh xe

 :Hệ số bám của mặt đường lên các bánh xe

- Đối với xe du lịch có hai cầu:

Giả thuyết : Pw= 0 vì ôtô đứng rất nhanh khi phanh

Pf ≤Pp vì:

Pp =  Z với:  = 0.7 đến 0.8 theo tài liệu [2]

Pf = f.Z f = 0.015 đến 0.03 tài liệu [2]

+ Mômen phanh cầu trước:

M1 = Pp1.Rbx =Z1. (2.1)+ Mômen phanh cầu sau:

M2 = Pp2.Rbx =Z2. (2.2)Trong đó:

Pw : Lực cản khí động

Pp1,Pp2 : Lực phanh yêu cầu tương ứng cầu trướcvà cầu sau khi phanh

Z1,Z2 : Phản lựcü của đường tác dụng lên bánh xecầu trước và cầu sau

- Từ sơ đồ trên ta có biểu thức sau:

Pp1+ Pp2 =Pj (2.3)Với: Pj= ma.jp

- Trong đó :

ma : khối lượng toàn bộ của xe

jp : gia tốc chậm dần khi phanh Từ (2.3) ta suy ra:

Z1= )

g

h j b (

L

G L

) h j m b G

G L

h j m a

L : chiều dài cơ sở của ôtô

Thay (2.4) và (2.5) vào phương trình (2.1), (2.2) ta có :

bx g

a b h R L

G

M1 . .(  ) (2.6)

bx g

a a h R L

G

M2 . .(   ) (2.7)Theo TL[2]

t

G

G a

b Z

Suy ra 1461 , 54

1820

9) 50 2800 G

G L

9) 50 2800 G

G L

, 0 ).

725 , 0 6 , 0 33846 ,

1 (

8 , 2

1820 81 , 9) 6 , 0

.( 1 , 46154 0 , 6 0 , 725 ) 0 , 137 1311 , 763

8 , 2

1820 81 , 9) 6 , 0

2.1.2 Tính toán cơ cấu phanh :

2.1.2.1.Sơ đồ tính toán :

Hình 2 3 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh

2.1.2.2 Xác định góc  góc tạo bởi lực N và trục X-X :

Quy luật phân bố áp suất trên má phanh là hình sinlàm phức tạp cho việc tính toán cơ cấu phanh Vì góc ôm không lớn lắm và guốc phanh có thể bị biến dạng khiphanh, cho nên sự chênh lệch về phân bố áp suất trên má

h'





yC

phanh trong phạm vi góc ôm như thế không lớn lắm Đểdễø tính toán ta coi như áp suất phân bố đều trên máphanh.

δ = 900 – DOO1 = 90 - DOE – EOO1

 =(9) 00 1200) Chọn =1100 0=250 Góc tương ứng giữa bán kính tuỳ ýO1OE

18''

1 1

h

E O tg

 δ0 =10,20 góc tương ứng điểm cố định và trục yy’

* Xác định khoảng cách S ( từ tâm O đến điểm quay cốđịnh O1 )

2 , 10 cos

110

0 

2.1.2.3 Tính toán lực ép guốc phanh:

 Xét cân bằng guốc phanh với các giả thuyết sau:

-Aïp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh-Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài máphanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép và có dạngtổng quát sau:

q = qmax 

Với  : Hàm phân bố áp suất = 1

q : áp suất phân bố trên má phanh-Phân bố áp suất giữa trống phanh và má phanhkhông phụ thuộc vào dẫn động phanh (nặng hay nhẹ)

 Xét một phân tố vô cùng bé d khi phanh chịu tácdụng của lực pháp tuyến dN

Mặt khác : l = (r - S.cos)

      1

cossin

d r d

S

d br

Ph br

1

0

cos1

d S

d r

d S

d S

d S

Thay A và B vào (2.12) ta được phương trình mômenphanh như sau:

Mp1,2 = A.P.h.B (2.13)Dấu (-) ở mẫu số biểu thức (2.13) tương ứng vớiguốc tự siết, còn dấu (+) ứng với guốc tự tách Vậy

mô men phanh hai guốc là

Mp = Mp1 =Mp2=

2 2

2 2 1 1

1 1

B A

h P B A

h P

1

0 cos cos

r

0 1

α1 = 1350 góc ôm guốc phanh

0=250 Góc tương ứng giữa bán kính tuỳ ý O1OE

Ta được :

180 / 14 , 3 ).

25 135 (

) 135 cos 25

(cos 137

45 ,

25 135 (

) 25 sin 135 (sin 137

45 , 116

P = P1 = P2Từ phương trình (2.13)

.

2

B A

h A P







 Tính lực ép của cơ cấu phanh:

+ Đối với cầu trước các guốc đều tự siết

) 874 , 0 3 , 0 714 , 0 (





(N)+ Đối với phanh sau một guốc tự tách một guốctự siết

h

.

.

B A

B h A

B A

2

.

2 2

874 , 0 3 , 0 714 , 0 2 2 2 

2.2 Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh:

Các kích thước guốc phanh, má phanh được xác địnhtrên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, tỷ số trọng lượngtoàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanhvà chế độ làm việc của phanh

+ Aïp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt má phanhphải thoả mản điều kiện sau:

r B

M p





Theo tài liệu [1]

Aïp suất cho phép trên má phanh cực đại [q]max

Vì mô men phanh trước lớn hơn mômen phanh sau nên tachỉ cần chọn bề rộng má phanh theo má phanh trước làđược.

4 /

r q

M p

(mm)Các số liệu đã biết :

Mp1 = 2266,22 Nm

 =1100

q = 2.106 N/m2

µ = 0,3Thay số vào biểu thức trên ta có:

180 / 14 , 3 110 137 , 0 10 2 3 , 0

4

22 , 2266

763 , 1311

2.3 Kiểm tra điều kiện tự siết :

Để điện kiện tự siết không xảy ra khi

A - B  0

Với :

A = 0,714

B = 0,874

 = 0,3Thay số vào ta có:

0,714/(0,3.0,874) = 2,723> 0Vậy thoã điều kiện tự siết trên

2.4 Tính toán nhiệt và mài mòn trống phanh :

Tính toán nhiệt và mài mòn, được tiến hành theocác chỉ tiêu gián tiếp, là áp suất trung bình trên bề mặt

ma sát của guốc tự siết, và công ma sát riêng Xác địnhnhịêt độ đốt nóng trống phanh và cường độ mài mòn nhưsau:

Aïp suất trung bình trên má phanh:

qtb = [ ]

2

1

tb

r b

180 / 14 , 3 110 137 , 0 053 , 0 3 , 0

22 , 2266

 [MN/m2]qtb < [qtb] thoã mãn [2.16]

- Công ma sát riêng (lms) bằng tỷ số giữa công ma sátsinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ cực đại đến khi dừng vàtổng diện tích (F) của tất cả các má phanh:

lms =  ms

â a

l V

m





F 2

F = 8.r.b.

Trong đó :

R,b, : đã được giải thích trên

Thay số vào công thức trên ta có:

F = 8.0,137.0,053.110.3,14/180 = 0,111465 m2Để kiểm tra công ma sát ta xét xe chạy với tốc độcực đại V0 = 30 Km/h tương đương với V0= 8,33 m/s

Thay số vào công thức (2.17)

lms = 56649) 3 , 7767

111465 ,

0 2

33 , 8

1820 2

lms = 56649) 3,7767 [KNm/m2]lms < [lms] thoã mản công thức (2.17)

2.5 Tính toán nhiệt đốt nóng trống phanh:

Trong quá trình phanh, động năng của ôtô biến thànhnhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra không khí.

Theo tài liệu [1] ta có phương trình cân bằng nănglượng :

dt t K F t C m V

V g

t t

2 2

2 1

C : nhiệt dung riêng chi tiết bị nung nóng đối vớivật liệu làm tang trống bằng thép và gang Ck= 500 (j/kg)

∆t : sự tăng nhiệt độ của trống phanh so vớimôi trường không khí 0K

t : thời gian phanh (giây)

Ft : diện tích làm mát trống phanh (m2)

mt : khối lượng các trống phanh (kg)Lượng F tK t.dt là phần năng lượng truyền ra môitrường không khí Khi phanh ngặt thời gian phanh ngắn nănglượng truyền ra môi trường không đáng kể, có thể bỏ qua,trên cơ sở đó xác định sự tăng nhiệt độ trống phanh trongkhi phanh như sau:

C m g

V V G

t





 2

)

2

2 1

 mt =  t

C t g

V V G







 2

)

2 2

Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh, với tốcđộ V1 = 8,33 m/s cho đến khi dừng hoàn toàn V2 = 0 m/skhông được vượt qúa 150C:

33 , 8

2 2

b d

d b

716

3   [m]

3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH :

3.1 Sơ đồ tính toán:

76

Hình 3.1 Sơ đồ dẫn động phanh1-Xy lanh bánh trước

2,6-Đường ống dầu

3-Xy lanh chính

4-Bàn đạp

5- Xy lanh bánh sau

7-Piston xy lanh chính

D :đường kính xi lanh chính

d1 : đường kính xi lanh bánh trước

d2 : đường kính xi lanh bánh sau

4.2 Xác định đường kính xi lanh trong hệ thống phanh:

4.2.1 Đường kính xi lanh công tác:

Theo tài liệu [1]

D =

max

.

4

Chọn : pmax = 10 Mpa

P1 = 15587,045 (N): lực ép cần thiết của cơ cấuphanh bánh trước

P2 = 12332,763 (N): lực ép cần thiết của cơ cấuphanh bánh sau

Thay số vào phương trình trên ta có:

- Đường kính xi lanh cầu trước: