Thiết Kế và tính toán Hệ Thống Phanh Xe Tải

+ Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng bộ phận trợ lực haydùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe cótrọng lượng toàn bộ lớn.. - Ðể quá trình p

LỜI NÓI ĐẦU

Sau khi được học môn ” Thiết kế và tính toán Ôtô máykéo” cùng một số môn cơ sở khác (sức bền vật liệu, cơ lýthuyết, vật liệu học, ), sinh viên được giao làm đồ án mônhọc Đây là một phần quan trọng trong nội dung học tậpcủa sinh viên, nhằm tạo điều kiện cho sinh viên tổng hợp,vận dụng các kiến thức đã học để giải quyết một vấnđề cụ thể của ngành

Trong đồ án này, em được giao nhiệm vụ thiết kế vàtính toán hệ thống phanh xe tải Đây là một bộ phận chính,không thể thiếu trong ôtô Nó dùng để phanh xe dừng lạinhanh chóng và an toàn, ngoài ra còn giữ cho xe đứng cốđịnh trên đường ngang hoặc nghiêng trong thời gian không hạnchế

Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã cố gắng tìmtòi, nghiên cứu các tài liệu, làm việc một cách nghiêm túcvới mong muốn hoàn thành đồ án tốt nhất Tuy nhiên, vì bảnthân còn ít kinh nghiệm cho nên việc hoàn thành đồ án lầnnày không thể không có thiếu sót

Cuối cùng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cácthầy, cô đã tận tình truyền đạt lại những kiến thức quýbáu cho em Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến thầy NguyễnVăn Đông đã quan tâm cung cấp các tài liệu, nhiệt tình hướngdẫn trong quá trình làm đồ án Em vô cùng mong muốn nhậnđược sự xem xét và chỉ dẫn của các thầy

Đà nẵng, Ngày 21 tháng 9 năm2009

Sinh viênNguyễn Hồng

1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH LẮP TRÊN Ô TÔ

1.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI.

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biêt quan trọng:

+ Nó đảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.+ Nhờ đó mới có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ vàkhả năng vận chuyển của ô tô

1.1.2 Yêu cầu.

* Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợpnguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàncho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khiquay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đònđiều khiển phải nhỏ

xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạpnên còn gọi là phanh chân.

+ Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô - máy kéo trong trường hợpphanh chính bị hỏng

+ Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ Dùng để giữ ô tô - máy kéođứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điềukhiển bằng tay nên gọi là phanh tay

+ Phanh chậm dần : Trên các ô tô - máy kéo tải trọng lớn như xe tải

có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 5 tấnhoặc xe làm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài,còn phải có phanh thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanhliên tục, giữ cho tốc độ ô tô - máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuốngdốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô - máy kéo trước khi dừng hẳn

Các loại phanh dừng trên có thể có bộ phận chung và kiêm nghiệm chức năngcủa nhau Nhưng phải có ít nhất là hai bộ điều khiển và dẫn động độc lập

- Ðể có hiệu quả phanh cao thì phải yêu cầu:

+ Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

+ Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụngđược toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh

+ Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng bộ phận trợ lực haydùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe cótrọng lượng toàn bộ lớn

- Ðể quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển đượcđúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tácdụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời không

có hiện tượng tự siết khi phanh

- Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh, sựphân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiệnsau :

+ Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháptuyến của mặt đường tác dụng lên chúng

+ Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải

bằng nhau Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất.

+ Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khiphanh

1.1.3 Phân loại hệ thống phanh.

- Theo cách bố trí cơ cấu phanh, có 2 lọai:

+ Phanh bánh xe

+Phanh truyền lực

-Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra :

+Phanh đĩa : theo số lượng đĩa quay còn chia ra :

Một đĩa quay

Nhiều đĩa quay

+Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra :

+Phanh thủy lực ( phanh dầu )

+Phanh khí nén ( phanh hơi )

+Phanh điện từ

+Phanh liên hợp

1.2.LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

Hçnh 1.1 Sơ đồ nguyên lý các lọai phanh chính.

a- Phanh trống- guốc: b- Phanh đĩa: c - Phanh dải

Chọn loại vă sơ đồ hệ thống phanh.

Để đâp ứng được câc yíu cầu trín của hệ thống phanh thì hệ thống phanh phải cóhai phần chính:

-Dẫn động phanh: là bộ phận dùng để điều khiển cơcấu phanh

-Cơ câïu phanh: là bộ phận trực tiếp tạo lực cản

1.2.1.Chọn loại dẫn động phanh.

Hiên nay ôtô thường dùng hai loại đẫn động phanh chính làthủy lực và khí nén còn dẫn động cơ khí chỉ dùng chophanh dừng vì hiệu suất thấp và không đảm bảo phanhđồng thời các bánh xe Dẫn động điện chỉ dùng cho cácđoàn xe

*Dẫn động phanh khí neún chỉ dùng cho các xe tải cở vừavà lớn hoặûc những đoàn xe kéo moóc,với những ưu điểmsau:

- Điều khiển nhẹ nhàng,lực điều khiển nhỏ

- Độ tin cậy cao hơn dẫn động thủy lực Nếu trong hệthống có một chỗ bị rò rỉ thì hệ thống vẫn làmviệc được

-Dễ phối hợp với các dẫn động và các cơ cấu sửdụng khí nén khác trên ôtô

-Dễ tự động hóa và cơ khí hóa quá trình điều khiển

Tuy vậy nó có một số nhược điểm sau:

-Độ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

-Kích thước cồng kềnh

-Nhiều chi tiết , kết cấu phức tạp

-Giá thanh cao

*Dẫn động thủy lực thường được sử dụng rộng rãitrên các xe du lịch, ôtô tải và khách cở nhỏ hoặc là trên ôtô tảitrọng đặc biệt lớn dẫn động loại này luôn đảm bảo phanhđồng thời các bánh xe vì áp suât trong dẫn động chỉ bắt

đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đồng thời epï sát vàotrống phanh ,ngoài ra nó còn có những ưu điểm sau

-Độ nhạy lớn , thời gian chậm tác dụng nhỏ

-Hiệu suất cao  =(0,8 0,9)

-Kết cấu đơn giản, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

-Yêu cầu về độ kín khít cao vì nếu có một chỗ bị rò

rỉ thì cả hệ thôïng không làm việc được

-Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thườngdùng cơ cấu trợ lực dẫn đến kết cấu phức tạp.-Hiệu suất giảm ở nhiệt độ thấp

-Sự giao động áp suất chất lỏng có thể làm cho cácđường ống bị rung và mômen phanh không ổn định.Vậy qua việc phân tích trên với loại xe tải Hino có tải trọnglớn nên ta chọn loại dẫn động khí nén là hiệu quả nhất

1.2.2.Chọn loại cơ cấu phanh.

Với hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén ta chọn cơcấu phanh loại trống_guốc và cơ cấu ép bằng cam

Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng.

*Đánh giá

-Tính thuận nghịch

Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh màgiá trị mômen phanh do nó tạo ra không phụ thuộc vào chiềuquay của trống, tức là chiều chuyển động của ôtô- máykéo.Ta thấy lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theochiều chuyển động của xe) có xu hướng phụ thêm với lựcdẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốcnày gọi là guốc tự siết Với các guốc sau, lực ma sát có

xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc này được gọi làguốc tự tách, nên có tính thuận nghich

-Tính cân bằng

Cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thếđộ dịch chuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởivậy áp lực tác dụng lên các guốc và mômen phanh dochúng tạo ra có giá trị như nhau:

N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 = Mp

Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2 Đây là

cơ cấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng

-Hệ số hiệu quả

Hiệu quả phanh so với các loại cơ cấu phanh thủy lựclà nhỏ hơn nhưng vẫn đảm bảo phanh tốt

1.2.3.Sơ đồ hệ thống phanh.

1.2.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng

Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thống phanh thì

xe phải có hai dòng (hai đường dẫn), có cùng cơ cấu điềukhiển chung là bàn đạp phanh

Hiện nay, đối với hệ thống phanh thì dẫn động phanhcũng có các loại sơ đố dẫn động khác nhau:

- Trên hình 1.2a phân dòng theo hai cầu, đơn giản khi một dònghỏng không gây ra mất đối xứng lực phanh Nhưng hiệu quảphanh giảm đi nhiều có thể nhỏ hơn 5000 Nhưng kết cấu đơn

giản nhất, nó được dùng khá phổ biến

e

Hình 1.3

Các sơ đồ dẫn động phanh.

- Trên hình 1.2b phân dòng chéo Khi một dòng hỏng thìhiệu quả phanh luôn luôn còn 50 0, nhưng có hiện tượng

mất đối xứng lực phanh.Vì vậy loại này ít dùng

- Trên hình 1.2c hai dòng cầu trước, một dòng cầu sau Nếumột trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn giữ

0

50

 , không mất đối xứng lực phanh, nhưng kết cấu phứctạp

- Trên hình 1.2d kết cấu phức tạp, có khả năng mất đốixứng lực phanh.

- Trên hình 1.2e là loại sơ đồ hoàn thiện nhất Tuy vậy kếtcấu phức tạp nhất

Kết luận Qua phân tích các sơ đồ trên, để phù hợp với loại xe

ta thiết kế thì tốt nhất chọn sơ đồ 1.2a.Vì có kết cấu đơngiản, dễ bố trí, giá thành rẻ

1.2.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh đã chọn

Ghi chú

08C 4 LT

Cơ Khí GT

1 1 4 1

Vậ t liệu 1 Số lượ ng

ĐỒ Á N MÔN HỌC KẾ T CẤ U TÍNH TOÁ N Ô TÔ

1

Van an toà n Bình khí né n ướ t Van đa công năng

Đồ ng hồ đo á p suấ t Tổ ng van phanh Van tự động xả nướ c 5 7 9 10 12

Bầ u phanh trước Van xả nhanh

Ký Họ tên Nh.vụ

Vị trí 1 3 Má y né

Ngà y Tên gọ i

Bình khí né n cấp cho phanh dừ ng Bình khí né n cấ p cho bầ u phanh trướ c

Van điề u khiể n phanh dừ ng

Khoa Tờ số : 1 Lớ p

Ng Hồ ng Duyệ t Hg.dẫ n Thiế t kế SƠ ĐỒ HỆ

Hình a

13

Hình 1.4 :

Sơ đồ dẫn động phanh

1 Bầu phanh trước 2 Van điều khiển phanhdừng

3 Van xả nhanh 4 Máy nén khí

5 Đồng hồ đo áp suất 6 Tổng van phân phối

7 Van tự động xả nước 8 Bình khí nén cấpcho bầu phanh trước

9 Van an toàn 10 Bộ lắng lọc và táchẩm.

11 Bộ điều chỉnh áp suất 12 Bình khí néncấp cho phanh dừng

13 Van một chiều 14 Van báo áp suấtthấp

15 Bình khí nén cấp cho bầu phanh sau

16 Bầu phanh sau 17 Bộ điều chỉnh lực phanh

18 Van xả nhanh

*Nguyên lý làm việc :

Không khí nén được nén từ máy nén 4 (được dẫn độngtừ động cơ) qua bộ điều chỉnh áp suất 11 đến bộ lắng lọcvà tách ẩm 10 Từ 10 không khí nén được đưa vào bìnhchứa khí nén cho bầu phanh trước 8, bình chứa khí nén chobầu phanh sau 15 và bình chứa khí nén cho phanh dừng 12.Từ bình chứa 8 và 15, không khí nén đi đến các khoan củatổng van phân phối 6

-Ở trạng thái nhả phanh, tổng van phân phối đóng đừơngthông khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và mở đườngthông các bầu phanh với khí quyển

-Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp, van 6 làm việccắt đường thông các bầu phanh với khí quyển và mở đườngcho khí nén đi đến các bầu phanh 1 và 16 tác dụng lên cơ cấuép, ép các guốc phanh ra tỳ sát các trống phanh và phanh cácbánh xe lại Nhờ cơ cấu tỷ lệ có trong tổng van phân phốimà lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tỷ lệ với lực đạp lênbàn đạp của người lái

-Khi nhả phanh : các chi tiết trở về trạng thái ban đầudưới tác dụng của các lo xo hồi vị, van 6 cắt đường thôngcác bầu phanh với bình chứa khí nén và mở đường chokhí nén từ các bầu phanh ra khí quyển.

-Phanh dừng : Ở trạng thái nhả phanh, van điều khiểnphanh dừng 2 mở đường cho khí nén từ bình chứa 12 đếnvan xả nhanh 18, đến các bầu phanh 16 ép các lò xo tích nănglại, bầu phanh lúc này không làm việc Khi phanh, người láitác dụng lên đòn van điều khiển phanh dừng 2 Van 2 dịchchuyển, cắt đường thông từ bình chứa đến các bầu phanh

16 và mở đường cho khí nén từ bầu phanh thoát ra ngoài quavan xả nhanh 18 Các lo xo tích năng được giải phóng, ép cáccần của bầu phanh dịch chuyển tác dụng lên cơ cấu ép,phanh chặt các bánh xe lại

2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.

Hệ thống phanh lă một hệ thống đặc biệt quan trọng trín ô tô, do vậy việc tínhtoân thiết kế hệ thống phanh lă một công việc cần thiết Nhiệm vụ đặt ra lă phải tínhtoân để xâc định được giâ trị mô men phanh yíu cầu, giâ trị mô men phanh do câcguốc phanh sinh ra trong quâ trình phanh ô tô; Sau đó chứng minh sự cần thiết phảilắp bộ điều chỉnh lực phanh, tính toân sự thay đổi âp suất khí nĩn trong câc dòngphanh cầu trước vă cầu sau, xđy dựng câc đường đặc tính

2.1 CÂC SỐ LIỆU ĐÊ BIẾT:

- Trọng lượng bản thđn G0 = 7380 [ KG]

+Tải trọng phđn bố lín cầu trước: G01 = 3455 [ KG]

+ Tải trọng phđn bố lín cầu sau: G02 = 3925 [ KG]

- Tải trọng toăn bộ: Ga = 26500 [ KG]

+Tải trọng phđn bố lín cầu trước: Ga1 = 6500 [ KG]

+ Tải trọng phđn bố lín cầu sau: Ga2 = 20000 [ KG]

-Tọa độ trọng tđm theo chiều cao: Hg = 1100 [ mm ] khi đầy tải

2.1.1 Xâc định tọa độ trọng tđm a, b:

Trường hợp ô tô đầy tải:

Tọa độ trọng tâm của xe a, b,

L

Z1 Z2/2

Z2/2

Z2

Ga

O hg

Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe

Ga1, Ga2: Trọng lượng phân bố lên cầu trước và cầu sau của xe.Gọi thứ tự các cầu tính từ phía đầu xe trở lùi là: cầu 1, cầu 2, cầu 3

Gọi cầu 1 là cầu trước và cầu 2, cầu 3 là cầu sau

Như vậy ta có:

LO = 3380 [mm] là khoảng cách giữa cầu 1 và cầu 2

L = 1300 [mm] là khoảng cách giữa cầu 2 và cầu 3

L = L0+2L = 4030

2

1300

3380   [mm]

L = 4030 [mm]là chiều dài cơ sở của xe

Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc: a, b

Theo sơ đồ trên (hình 1.5) ta qui ước chiều dương ngược chiều kim đồng hồ Lấy mô men tại O1 ta có :

L L

Mà Z2 = Ga2  a =

a

a G

L L

= L G

G a

a2

(2.1)

2.1.2 Xác định mô men phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh:

Trường hợp ô tô đầy tải:

Khi phanh, bỏ qua lực cản gió Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 vì khi phanh vận tốc giảmdần rất nhanh, nếu như phanh đến vận tốc V = 0 thì lực Pf1+ Pf2 rất nhỏ so với PP1+PP2

Lo L

a b

 L

Pp2/2

Hình 1.6 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh (trường hợp ô tô đầy tải).

Từ hình 1.6 Ta viết phương trình cân bằng mômen:

Trong đó :

g - gia tốc trọng trường, g = 9,81[m/s2]

Jp- Gia tốc chậm dần khi phanh, Jp = .g

- Hệ số bám của bánh xe đối với đườngKhi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một mômen cực đại luôn luônlớn hơn hoặc tối thiểu bằng mômen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tốiđa.Đối ô tô tải do khó bố trí cơ cấu phanh trong bánh xe và xe thường cháy ở trênđường xấu, nên thường lấy:  = 0,6  0,65 ta chọn  = 0,6

Để sử dụng hết trọng lượng bám của ôtô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xetrước và sau Lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe tức là phanh có hiệu quả lớn nhấtkhi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng

Từ đó ta có lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và sau là :

- Lực phanh sinh ra ở cầu trước:

259965

259985

p

P

= 49053,6. - 17740,9. 2 [N]

Vậy mômen cần sinh ra ở các cơ cấu phanh

+ Mô men phanh cần sinh ra ở 1 cơ cấu phanh trước:

Mp1 = Pp1.rbx (2.10)

Trong đó : rbx : bân kính lăm việc của bânh xe

Đối với xe TẢI cả cầu trước vă cău sau điều sử dụng một loại lốp có ký hiệu nhu sau:10.00-20R-14PR ta có bân kính lăm việc của lốp theo thiết kế lă

ro (B + d/2).25,4 = (10 + 20/2).25,4 = 508 [mm]

Ta có rbx được xâc định theo công thức sau: rbx= b ro [mm]

Với : b lă hệ số biến dạng của lốp,chọn b = 0,95

 rbx = 0,95.508 = 482,6 [mm] = 0,4826 [m]

 Mp1 = (31882,8. + 35479,1. 2 ).0,4826 = (31882,8.0,6 + 35479,1.0,62 ).0,4826

2.2.1.Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh.

Theo tài liệu tham khảo [2],đường kính trống phanh nằmtrong khoảng: dt = (0,80,85).rbx , ta chọn : dt = 0,84 rbx=0,82.482,6 = 395,7 mm

Vậy bán kính trống phanh là: rt = rtt= rts= 197,8

2

7,395

t d

[mm]

Giữa vành bánh xe và trống phanh có một khe hở nhấtđịnh  không nhỏ hơn (2030) [mm] Khe hở này cần thiết đểcho không khí lưu thông làm mát trống phanh

Theo số liệu tham khảo ta chọn:

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh bằng 30 [mm]

-Bánh xe trước và sau như nhau:

dFT

P Y

2.2.3 Xâc định mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra.

Hiện nay để xâc định mô men phanh Mp ta có ba phương phâp lă: Đồ thị, giải tích vă

đồ - giải Phương phâp giải tích phổ biến vă ưu việt hơn cả vì nó đơn giản, có độ chínhxâc cao vă thuận tiện khi cần phđn tích ảnh hưởng của câc thông số

Bởi vậy ở đđy em sử dụng phương phâp giải tích để tính, vă ta có sơ đồ tính nhưsau:

Hình 1.7 Sơ đồ tính toán lực cần thiết tác dụng lên guốc

phanh.

Xĩt cđn bằng guốc phanh với câc giả thuyết sau:

- Âp suất phđn bố đều theo chiều rộng mâ phanh

- Quy luật phđn bố âp suất theo chiều dăi mâ phanh không phụ thuộc văo giâtrị lực ĩp tâc dụng lín guốc vă có dạng tổng quât: