Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch, PHANH ĐĨA

Chốt lệch tâmNguyên lý hoạt động: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực trợ lực khí nén dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng của dầu áp suất ca

Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

Mục Lục

-1-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông càng nhiều Cùng với đó là sự xuất hiện nhiều nhà máy lắp ráp ô tô như Trường Hải, Toyota, Ford…Điều này buộc những kỹ sư trong ngành ô tô phải nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi những công nghệ mới, cũng như thiết kế, cải tạo những ô tô cũ để phù hợp với nhu cầu hiện nay Do đó, đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô mang một ý nghĩa quan trọng đối với sinh viên ngành

cơ khí giao thông trước khi ra trường

Nay em nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống phanh của ô tô nhằm mục đích ôn lại kiến thức đã học và nâng cao kỹ năng cũng như sự linh hoạt trong tính toán và thiết kế các hệ thống,cơ cấu trong ô tô

Phanh ô tô là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn

ở tốc độ cao, do đó nâng cao được năng suất vận chuyển Nên hệ thống phanh ô tô cần thiết bảo đảm độ tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính ổn định của xe để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành

Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Lê Văn Tụy, nay em đã hoàn thành đồ án, trong quá trình tính toán, thiết kế không tránh khỏi sai sót, mong các thầy trong khoa chỉ dẫn Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng 25 tháng 08 năm 2013

-2-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống phanh

1.1.1 Công dụng

Trên ôtô phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọi chế độ nhờ đó mới phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ ôtô cũng như là năng suất vận chuyển của xe Hệ thống phanh được dùng để:

+ Giảm tốc độ của ôtô đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.+ Giữ ôtô đứng yên trên đường dốc với thời gian không hạn chế

Như vậy, nhờ có hệ thống phanh mà người lái có thể chạy xe an toàn ở tốc độ cao, do đó tăng năng suất vận chuyển và hiệu quả xe

1.1.2 Yêu cầu

Nói chung hệ thống phanh là một hệ thống an toàn của xe nên để đảm nhận được vai trò này khi thiết kế cũng như khi làm việc hệ thống phanh cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

+ Làm việc bền vững, tin cậy Để đạt được điều này hệ thống phanh của ôtô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh đó là: Phanh làm việc (phanh chính), phanh dự trữ và phanh dừng, ngoài ra đối với các ôtô có tải trọng lớn hoặc ôtô hay làm việc ở các vùng đồi núi thường xuyên phải xuống dốc dài còn có loại phanh chậm dần dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ôtô máy kéo không vượt quá tốc độ cho phép hoặc để giảm dần tốc độ của ôtô nhằm tránh cho hệ thống phanh chính làm việc quá nhiều gây mòn nhanh má phanh và sinh ra nhiệt độ cao

Các loại phanh trên có thể có cùng các bộ phận chung và kiêm nhiệm nhiệm vụ của nhau nhưng để đảm bảo an toàn chúng phải có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập, ngoài ra để tăng thêm độ tin cậy hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu có một dòng nào hỏng thì các dòng còn lại vẫn

có thể làm việc bình thường

+ Trong trường hợp nguy hiểm phanh đột ngột yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu quả cao, vì lúc này giảm tốc độ xe là yêu cầu quan trọng nhất Trong những trường hợp khác phanh phải êm dịu để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách cũng như hàng hoá, bởi vì khi phanh đột ngột rất nguy hiểm vì lúc đó quán

+ Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.+ Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh Muốn vậy cần phải phân bố lực phanh ra các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải đảm bảo một số yêu cầu chính như sau:

- Không có hiện tượng khoá cứng hay trượt các bánh xe khi phanh vì: Các bánh xe nếu các bánh trước bị trượt sẽ làm cho ôtô bị trượt ngang còn các bánh xe sau bị trượt có thể làm cho ôtô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra khi các bánh xe bị trượt còn gây ra mòn lốp, giảm hiệu quả phanh

- Lực phanh trên các bánh xe phải và trái trên cùng một cầu phải không được sai lệch quá phạm vi cho phép

+ Không có hiện tượng tự phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng

+ Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh phải cao để cơ cấu phanh được nhỏ gọn đồng thời phải ổn định trong mọi điều kiện sử dụng để hiệu quả phanh được đảm bảo

+ Toàn bộ động năng của ôtô khi phanh sẽ biến thành nhiệt năng do đó hệ thống phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt

+ Để giảm lao động cho người lái lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển phải nhỏ, đồng thời để điều khiển được thuận tiện hành trình tương ứng của bàn đạp phải nằm trong một phạm vi cho phép

-4-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

1.2 Phân loại hệ thống phanh

1.2.1 Phân loại theo công dụng

- Hệ thống phanh làm việc: hay còn gọi là hệ thống phanh chính, được sử dụng

thường xuyên ở tất cả chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân

- Hệ thống phanh dừng: còn gọi là phanh phụ Dùng để giữ cho ôtô máy kéo đứng

yên tại chỗ khi xe dừng hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điều khiển bằng tay nên còn gọi là phanh tay

- Hệ thống dự trữ: Dùng để phanh ô tô máy kéo trong trường hợp phanh chính

hỏng

- Hệ thống phanh chậm dần: Trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn hoặc làm việc ở

vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, cần có phanh chậm dần để: Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của xe không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc Để giảm dần tốc độ của xe trước khi dừng hẳn

1.2.2 Phân loại theo cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh có nhiệm vụ trực tiếp tạo ra momen phanh cần thiết để giảm tốc

độ của xe và nâng cao tính ổn định của xe khi xe chuyển động

Ngày nay, cơ cấu phanh loại trống guốc có các guốc phanh bố trí bên trong được sử dụng rộng rãi Ngoài những yêu cầu chung thì cơ cấu phanh còn phải đảm bảo yêu cầu như: momen phanh phải lớn, luôn luôn ổn định khi điều kiện bên ngoài

và chế độ phanh thay đổi (như tốc độ, số lần phanh và nhiệt độ môi trường…)

1.2.2.1 Cơ cấu phanh Trống-guốc

1) Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt cố định riêng rẻ về một phía, các lực dẫn động bằng nhau.

Cơ cấu phanh này được gọi là cơ cấu phanh không cân bằng với số lần phanh khi xe chuyển động tiến hay lùi, nên cường độ hao mòn của tấm ma sát trước lớn hơn tấm ma sát sau rất nhiều…Để cân bằng sự hao mòn giữa hai tấm ma sát người

ta thường làm tấm ma sát trước dày hơn tấm ma sát sau

-5-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

1

2 3

4Hình 1-1 Cơ cấu phanh Trống-guốc sử dụng xilanh thủy lực

1. Xylanh 2 Piston 3.guốc phanh 4 Chốt lệch tâmNguyên lý hoạt động: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng của dầu áp suất cao ép guốc phanh tỳ vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu Khi người lái ngừng tác dụng guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh kết thúc

2) Cơ cấu phanh trống-guốc có điểm cố định riêng rẽ về một phía và các guốc phanh có dịch chuyển gốc như nhau.

Cơ cấu phanh này có momen ma sát sinh ra ở các guốc phanh là bằng nhau Trị

số momen không thay đổi khi xe chuyển động lùi, cơ cấu phanh này có cường độ

ma sát ở các tấm ma sát là như nhau và được gọi là cơ cấu phanh cân bằng, kết cấu

cụ thể của loại cơ cấu này là do profin của cam ép đối xứng nên các guốc phanh có dịch chuyển như nhau

-6-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

2

4 5

3 1

Hình 1-2 Cơ cấu phanh Trống-guốc sử dụng cam ép

1 Cam ép; 2 Guốc phanh; 3 Lò xo hồi vị; 4 Cam lệch tâm; 5 Mâm phanh

* Nguyên lý hoạt động: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực (dẫn động khí nén) làm cho trục cam ở cơ cấu phanh quay Guốc phanh tỳ vào cam và khi cam quay biên dạng ở chỗ tiếp xúc giữa cam và guốc thay đổi, ép guốc phanh vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu Khi người lái ngừng tác dụng cam sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh kết thúc

3) Cơ cấu phanh Trống-guốc có điểm đặt cố định riêng rẽ về hai phía và lực dẫn động bằng nhau.

Cơ cấu phanh này thuộc loại cân bằng, cường độ hao mòn của các tấm ma sát giống nhau vì chể độ làm việc của hai guốc phanh như nhau Khi xe chuyển động lùi momen phanh giảm xuống khá nhiều do đó hiệu quả phanh khi xe tiến và lùi rất khác nhau

-7-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

1

5 6

7

4

2 3

Hình 1-3 Cơ cấu phanh Trống-guốc loại hai xilanh ép

1 Vành làm kín; 2 Piston phanh; 3 xylanh;

4 Mâm phanh; 5 Chốt lệch tâm 6 Guốc phanh

* Nguyên lý làm việc: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng của dầu áp suất cao ép guốc phanh tỳ vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu Khi người lái ngừng tác dụng guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh kết thúc

4) Cơ cấu phanh loại bơi

Cơ cấu phanh này dùng hai xilanh làm việc tác dụng lực lên đầu trên và đầu dưới của guốc phanh, khi phanh các guốc phanh dịch chuyển theo chiều ngang và ép má phanh vào trống phanh Nhờ sự ma sát nên các guốc phanh bị cuốn theo chiều của trống phanh, mỗi guốc phanh sẽ tác dụng lên piston một lực và đẩy ống xilanh làm việc tỳ sát vào điểm cố định, với phương án kết cấu này thì hiệu quả phanh khi tiến

và khi lùi đều bằng nhau

Hình 1-4 Cơ cấu phanh Trống-guốc loại bơi.

1 Xylanh; 2 Vành làm kín; 3 Piston; 4.guốc phanh

5 lò Xo hồi vị; 6 Mâm phanh

* Nguyên lý làm việc: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng của dầu áp suất cao ép các guốc phanh dịch chuyển theo chiều ngang và ép má phanh tỳ vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu Khi người lái ngừng tác dụng guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh kết thúc

1.2.2.2 Cơ cấu phanh đĩa

-9-Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

Hình 1-5 Phanh đĩa má kẹp cố định

1 Má phanh, 2 Má kẹp, 3 Piston, 4

Vòng làm kín, 5 Đĩa phanh.

Hình 1-6 Phanh đĩa má kẹp tùy động

1 Đĩa phanh, 2 Má kẹp, 3 Đường dầu, 4 Piston, 5 Thân xilanh, 6 Má phanh.

Phanh đĩa ngày càng được sử dụng rộng rãi trên ô tô, có hai loại phanh đĩa:

+ Loại đĩa quay

+ Loại vỏ quay

- Ưu điểm của phanh đĩa so với phanh guốc:

+ Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều

+ Má phanh ít mòn và mòn đều hơn nên ít điều chỉnh

+ Điều kiện làm mát tốt hơn

+ Momen phanh khi tiến và lùi đều bằng nhau

+ Lực chiều trục tác dụng lên đĩa là cân bằng

+ Có khả năng làm việc với khe hở bé nên giảm được thời gian tác dụng phanh

- Nhược điểm: Khó giữ sạch bề mặt ma sát

* Nguyên lý làm việc: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng của dầu áp suất cao ép các piston phanh dịch chuyển theo chiều ngang và ép má phanh tỳ vào đĩa phanh và quá trình phanh bắt đầu Khi người lái ngừng tác dụng

má phanh sẽ trở về vị trí ban đầu vì lực phanh ngừng tác dụng, má phanh tách khỏi đĩa phanh và quá trình phanh kết thúc

Dẫn động cơ khí gồm hệ thống các thanh, các đòn bẩy và dây cáp Dẫn động cơ khí

ít khi được sử dụng để điều khiển đồng thời các cơ cấu phanh, vì:

+ Khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau

+ Khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu

Do những đặc điểm trên nên dẫn động phanh bằng cơ khí không được sử dụng ở hệ thống phanh chính mà chỉ được sử dụng ở hệ thống phanh dừng

- Ưu điểm:

+ Độ tin cậy làm việc cao

+ Độ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài

- Nhược điểm:

+ Hiệu suất truyền lực không cao

+ Thời gian phanh lớn

+ Kết cấu đơn giản

+ Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

vẫn làm việc bình thường, tuy nhiên hiệu quả phanh có giảm nhưng đảm bảo an toàn khi chuyển động.

Hình 1-9 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp

* Nguyên lý làm việc: Khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xilanh 6 sẽ dịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái, do đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên Chất lỏng ép đồng thời theo các ống dẫn 2 và 7 đi đến các xilanh làm việc 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh

321

Hình 1.10 Dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không.

1,5.Xi lanh công tác bánh xe trước, sau; 2.Xi lanh chính; 3.Trợ lực chân không;

4.Bàn đạp phanh

+ Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, rẻ tiền, lắp thêm vào hệ thống bộ trợ lực phanh

để giảm nhẹ lực bàn đạp phanh khi điều khiển, tăng độ an toàn cho hệ thống phanh

+ Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, mỗi cầu của xe đều phải có bầu trợ lực và bình tích năng riêng biệt

* Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén :

Hình 1-11 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

Trong đó : 1- Bàn đạp, 2- Đòn, 3- Van (cụm) phân phối khí nén, 4- Bình chứa khí nén, 5- Xy lanh, 6- Xy lanh chính, 7- Đường dẫn dầu đến cầu sau, 8- Xy lanh bánh

xe sau, 9- Đường dẫn dầu đến cầu trước, 10- Xy lanh bánh xe trước.

Sơ đồ dẫn động thủy lực trợ lực khí nén biểu diễn trên hình 1.10 Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nỗi với bình chứa khí nén 4 và xi lanh lực 5 (trong đó có piston hoặc màng trợ lực) Trong cụm van 3 có các bộ phận sau:

- Cơ cấu tỷ lệ: Đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

- Van nạp: Cho khí nén từ bình chứa đi vào khi đạp phanh

- Van xả: Cho khí nén trong dẫn động thoát ra ngoài khí quyển khi nhả phanh

* Nguyên lý hoạt động: Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2 lực sẽ truyền động thời lên các cần của xy lanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển :

mở đường nối khoang A của xy lanh lực với bình chúa khí nén 4 Khí nén 4 sẽ đi vào khoang A tác dụng lên piston của xy lanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trong xy lanh chính 6 dịch chuyển - đưa dầu đến các xy lanh bánh xe Khi đi vào khoang A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò xo lại, làm van dịch chuyển lùi sang trái Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa tới khoang A - duy trì một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịch chuyển của bàn đạp.Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp đẻ đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van

12 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

* Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực :

Hình 1-12 Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực

Trong đó : 1 – Bơm, 2 - Van an toàn, 3 - Đường cao áp, 4 - Đường hồi dầu, 5 - Van phân phối, 6 - Xy lanh lực, 7 - Xy lanh chính, 8, 9 - Xy lanh bánh xe sau và trước.

* Nguyên lý hoạt động: Khi tác dụng lên bàn đạp : kênh nối đường cao áp 3 của bơm với đường hồi 4 trong van 5 đóng lại, còn kênh nối 5 với khoang làm việc của

xy lanh trợ lực 6 mở ra, cho chất lỏng đi vào ép piston của xy lanh lực đẩy piston của xy lanh chính dịch chuyển, ép dầu đến các xy lanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Lực tác dụng lên bàn đạp càng mạnh, áp suất làm việc càng cao, momen phanh sinh ra càng lớn.Ở trạng thái nhả phanh, van 5 nối các đường 3 và 4 với nhau nên bơm làm việc không tải

3) Dẫn động thủy lực dùng bơm và các bộ tích năng

Hình 1-13 Dẫn động thủy lực dùng bơm và các bộ tích năng.

Bơm có tác dụng cung cấp chất lỏng áp suất cao cho dẫn động Bộ tích năng có tác dụng tích trữ năng lượng khi hệ thống làm việc và giải phóng nó

1.2.3.3 Dẫn động phanh thủy khí.

Hình 1.14 Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí

1: Máy nén khí; 2: Bình lọc; 3: Bình chứa khí nén;

4: Van và xi lanh phanh chính;5: Ống dẫn dầu; 6: Trống phanh;

7:Má phanh; 8 Xi lanh làm việc; 9: Bàn đạp điều khiển

- Nguyên lý làm việc: Máy nén khí 1 qua bình lọc 2 sẽ cung cấp khí nén đến bình chứa 3 Khi tác dụng lên bàn đạp 9 van sẽ mở để khí nén từ bình 3 đến xilanh lực sinh lực ép trên pittông của xilanh chính 4, dầu dưới áp lực cao sẽ truyền qua ống dẫn 5 đến các xilanh 6 do đó sẽ dẫn động đến các má phanh 7 và tiến hành quá trình phanh

- Ưu điểm: Hệ thống phanh thủy khí này phối hợp cả ưu điểm của phanh khí và phanh dầu cụ thể là: Lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn và có thể sử dụng cơ cấu phanh nhiều loại khác nhau.

- Nhược điểm: Ở nhiệt độ thấp hiệu suất giảm, chăm sóc kỹ thuật phức tạp như kiểm tra mức dầu và thoát không khí khỏi truyền động…

* Ưu điểm: Lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn và có thể

sử dụng cơ cấu phanh nhiều loại khác nhau

* Nhược điểm: Ở nhiệt độ thấp hiệu suất giảm, chăm sóc kỹ thuật phức tạp như khi kiểm tra mức dầu và thoát khí khỏi truyền động

Chương 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU

2.1 Tính momen phanh yêu cầu

Hình 2-1 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Viết phương trình cân bằng momen khi xe đứng yên, ta có tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc a, b

b G h P L

Z1 0 = j g + a (I)

Vì xe đứng yên nên lực quán tính Pj =0

Suy ra (I)  Z1.L0 =G a.b => G a

L Z

b 1 0

=

Trong đó : Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe

Z1 : Phản lực pháp tuyến ở cầu trước khi xe đứng yên L0 : Chiều dài cơ sở của xe

=

=

a = L0 – b = 2100 - 1004= 1096 [mm]

Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe Gbx chính bằng phản lực pháp tuyến Z tại bánh xe khi phanh