ĐAMH - KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ - TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ CÓ TRỢ LỰC

LỜI NÓI ĐẦU Nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông hiện nay đang phát triển mạnh mẽ.Trong nghành động lực chuyên nghiên cứu và chế tạo động cơ nhằm tạo ra những động cơ có công suất có

LỜI NÓI ĐẦU

Nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông hiện nay

đang phát triển mạnh mẽ.Trong nghành động lực chuyên nghiên cứu và chế tạo động cơ nhằm tạo ra những động cơ có công suất có ích lớn nhất và giảm suất tiêu hao nhiên liệu.Nhưng muốn sử dụng hiệu quả công suất đó trên ô tô thì lại phụ thuộc vào cấu tạo của ô tô.Để ô tô hoạt động được thì phải đảm bảo được những thông số kỹ thuật cũng như tính ổnđịnh của ô tô trong quá trình làm việc.Đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô phải đảm nhận được

nhiệm vụ này

Nay em nhận 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

Được sự giảng dạy của thầy giáo bộ môn cũng như sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy hướng dẫn nay em đã hoàn thành đồ án,nhưng trong quá trình tínhtoán và thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót mong thầy cô chỉ dẫn để những đồ án sau này đượchoàn thiện và tốt hơn.Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng 13/11/2003

Nguyễn Hồng

MỤC LỤC

Tran g 1.CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG

dòng 7

1.3.2.Sơ đồ hệ thống phanh đã

2.3.XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU

2.6.2.Tính toán

nhiệt 22

2.7.XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN

3.2.2.Tính lực bàn

đạp 29

4.PHÂN TÍCH , CHỌN VÀ TÍNH TOÁN TRỢ LỰC YÊU CẦU CỦA XE THIẾT

KẾ 30

4.1.PHÂN TÍCH VÀ CHỌN TRỢ

4.2.3.Sơ đồ trợ lực chân

không 33

4.3.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRỢ

LỰC 33

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

1.CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH.

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ôtô máykéo cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độcần thiết Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ôtômáy kéo đứng yên trên đường nằm ngang hay đườngdốc.Đối với ôtô, hệ thống phanh là bộ phận quantrọng đảm bảo cho ôtô máy kéo chạy an toàn ở tốcđộ cao

Kết cấu hệ thống phanh có hai phần chính:

- Dẫn động phanh, là bộ phận điều khiển cơcấu phanh

- Cơ cấu phanh, là bộ phận trực tiếp tạo lựccản,thường làm việc theo nguyên lý ma sát,biến độngnăng của ôtô thành nhiệt năng tỏa ra môi trường bênngoài khi phanh

1.1.CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH

Hiện nay trên ôtô thường dùng hai loại dẫn độngphanh chính là thủy lực và khí nén còn bằng cơ khíchỉ dùng cho phanh dừng, vì hiệu suất thấp và khôngđảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.Dẫn động điệnthường chỉ dùng cho đoàn xe

Dẫn động phanh khí nén thường dùng trên các xecỡ vừa và lớn hoặc đoàn xe kéo moóc với những ưuđiểm sau:

- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Độ tin cậy cao hơn dẫn động phanh thủy lực,nếu hệ thống có một chổ rò rĩ thì hệ thống vẫnlàm việc được

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

- Dễ tự động và cơ khí hóa quá trình điềukhiển

Tuy vậy nó có một số nhược điểm sau:

- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

- Kích thước kồng kềnh

- Nhiều chi tiết, kết cấu phức tạp hơn

- Giá thành cao

Dẫn động phanh thủy lực thường sử dụng rộngrải rên các xe du lịch, ô tô tải và khách cỡ nhỏ hoặctrên ô tô tải trọng đặt biệt lớn Dẫn động thủy lựccó những ưu điểm sau:

- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ, luônluôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe

- Hiệu suất cao:   0  , 8 0 , 9

- Kết cấu đơn giản, kích thước khối lượng vàgiá thành nhỏ

- Dễ lắp đặt

Tuy vậy, dẫn động thủy lực có những nhượcđiểm:

- Yêu cầu về độ kín khít cao, nếu có một chỗrò rĩ thì cả hệ thống không làm việc được.

- Lực cầc thiết tác dụng lên bàn đạp lớn, nênthường dùng cơ cấu trợ lực, dẫn đến kết cấuphức tạp

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

- Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc cóthể làm đường ống rung động và momen phanh khôngổn định

Qua viêcû phân tích các loại dẫn động trên, để phùhợp với loại xe ta thiết kế thì tốt nhất chọn loạidẫn động thủy lực Vì kết cấu đơn giản, dễ bố trí,giá thành rẻ

1.2 CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH

Đối với cơ cấu phanh, thì dẫn động thủy lựcthường dùng các loại như trên hình:

P P P P

P P

P

Pc

Hình 1.1 Các dạng cơ cấu phanh dẫn động thủy lực

thông dụng:

- Trên hình 1.1a là cơ cấu phanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực Là cơ cấu thuận nghịch, không công bằng vì guốc trước (theo chiều tiến), có hiện tượng tự siết, guốc sau thì tự tách Do có hiện tượng tự siết nên hệ số hiệu quả Khq = (116122)

0

0

- Trên hình 1.1b là cơ cấu phanh guốc ép bằng haixilanh thủy lực, guốc hai bậc tự do Đây là loại cơcấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng, hiệu quảphanh cao: Khq = (1,61,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả) lần so với sơ đồ 1.1a trên cảhai chiều, tuy vậy sơ đồ này rất phức tạp.

- Trên hình 1.1c là cơ cấu ép bằng hai xilanh thủylực, guốc một bật tự do Đây là cơ cấu không thuậnnghịch, vì momen sinh ra theo chiều tiến lớn hơn theochiều lùi, cơ cấu này lợi dụng ma sát để tăng hiệuquả phanh theo chiều tiến và giảm một chút theochiều lùi, loại này thường sử dụng ở cầu trước xe

du lịch hệ số hiệu quả loại này Khq = (1,61,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả) lần sovới sơ đồ 1.1a theo chiều tiến

Ngoài ra còn có một số cơ cấu khác là cơ cấuphanh guốc tự cường hóa, phanh đĩa Qua việc phântích các loại cơ cấu trên, để phù hợp với loại xe tathiết kế thì tốt nhất ta chọn cơ cấu phanh bánh xetrước và bánh xe sau như trên hình 1.1a.Tức là cơ cấuphanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực

1.3.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

1.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng.

Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thốngphanh thì xe phải có hai dòng (hai đường dẫn), có cùng

cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh

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

- Trên hình 1.2a phân dòng theo hai cầu, đơn giảnkhi một dòng hỏng không gây ra mất đối xứng lựcphanh Nhưng hiệu quả phanh giảm đi nhiều có thể

nhỏ hơn 5000 Nhưng kết cấu đơn giản nhất, nó được

dùng khá phổ biến

e

Hình 1.2 Các sơ đồ dẫn động phanh.

- Trên hình 1.2b phân dòng chéo Khi một dònghỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn còn 5000, nhưng cóhiện tượng mất đối xứng lực phanh.Vì vậy loạinày ít dùng

- Trên hình 1.2c hai dòng cầu trước, một dòngcầu sau Nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả

phanh luôn luôn giữ  5000, không mất đối xứng lựcphanh, nhưng kết cấu phức tạp

- Trên hình 1.2d kết cấu phức tạp, có khả năngmất đối xứng lực phanh

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

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 kếtcấu đơn giản, dễ bố trí, giá thành rẻ

1.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh đã chọn.

1

2

3

4 5

8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả

9 6

7

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực.

1-Cơ cấu phanh trước; 2,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả- Đường ống trước sau; piston của xilanh chính; 5- Bình chứa dầu; 6- Bàn đạp;7- Xilanh chính; 9 - Cơ cấu phanh sau;

3,4-Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủylực: Khi người lái tác dụng lên bàn đạp 6 qua hệthống đòn sẽ đẩy piston nằm trong xilanh 7, do đó dầu

bị ép và tạo ra áp suất cao trong xilanh 7 và trong cácống dẫn 2,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả Dầu trong đường ống áp suất cao sẽtác dụng lên bề mặt các piston của các cơ cấu phanh1và 9 Các piston này thắng lực lò xo, đẩy hai má

phanh ép sát vào trống phanh và tiến hành phanh ôtô,

vì trống phanh gắn chặt với mayơ bánh xe Khi nhảphanh bàn đạp, nghĩa là lúc ngắt phanh lò xo kéoguốc phanh về vị trí ban đầu Dưới tác dụng củalực lò xo các piston trong xilanh làm việc, sẽ ép dầutrở lại xilanh chính 7

2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.

2.1 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO

của xe, phương chiều như hình vẽ

Gat - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu trước.;

Gas - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu sau;

Z1 - Phản lực từ mặt đường lên bánh trướccủa xe;

Z2 - Phản lực từ mặt đường lên bánh saucủa xe;

L - Chiều dài cơ sở của xe;

Hg - Chiều cao trọng tâm của xe;

a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độtrọng tâm của xe;

b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độtrọng tâm của xe;

Theo sơ đồ phân tích lực như (Hình 2.1) ta có:

as

G G

L G



.

( 2.1) = 18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả00.3000/(1050+18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả00)

=18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả94,7[mm]

 b = L - a =3000 - 18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả94,7 = 1105,3[ mm]Vậy tọa độ trọng tâm của ôtô:

a = 18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả94,7[mm]

b = 1105,3 [mm]

Hg = 700 [mm]

2.2 XÁC ĐỊNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ

Pf2 - Lực cản lăn ở bánh xe sau;

Ppt ,Pps - Lực phanh ở mổi bánh xe trước và sau;

Pw - Lực cản không khí;

Pj - Lực quán tính sinh ra khi phanh;

L - Chiều dài cơ sở;

Hg, a, b - Tọa độ trọng tâm của ôtô;

Khi phanh bỏ qua lực cản không khí P và lực cảnlăn Pf1và Pf2 Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh cho

đến vận tốc bằng không, nên Pf1+Pf2 nhỏ hơn rấtnhiều so với Ppt và Pps.

Lập phương trình cân bằng momen đối với O1 tacó:

Z2.L+ P j Hg - a.G a= 0

 Z2=

L

Hg Pj G

G a p

 ( 2.2 )

Lập phương trình cân bằng momen đối với O2tađược:

-Z1.L+P j.Hg+b G a= 0



L

Hg P G b

Z1  . a  j. = ( Hg)

g

J b L

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

- Hệ số bám của bánh xe đối với đường.Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ramột momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểubằng momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giátrị tối đa Đối với ôtô tải và khách do khó bố trí cơcấu phanh trong bánh xe,nên thường lấy:

65 , 0

2.3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤUPHANH.

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

Theo tài liệu tham khảo [2],đường kính trốngphanh nằm trong khoảng: dt = (0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5).rbx , ta chọn : dt

= 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả rbx= 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả.350 = 28) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả0 mm

Vậy bán kính trống phanh là: rt = rtt= rts=

Giữa vành bánh xe và trống phanh có một khe hởnhất định  không nhỏ hơn (2030) [mm] Khe hở nàycần thiết để cho không khí lưu thông làm mát trốngphanh.

Theo số liệu tham khảo ta chọn:

Bề dày trống phanh trườc và trống phanh saubằng nhau và bằng 10[mm]

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanhbằng 40[mm]

2.3.2.Chọn các kích thước s, h ,  1 ,  2

Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm

tì cố định của guốc phanh:

S = 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5.r t = 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5.0,14 = 0,119[mm]

Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:

h = 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5.d t= 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5.28) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả0 = 238) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả[mm]

Mà h’ = h” = h/2= 238) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả/2 = 119[mm]

2.4 TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH

Bề rộng của má phanh được xác định trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng,tỷ số trọng lượng toàn bộcủa ô tô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm việc của phanh

Aïp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt ma sát phải thỏa mãn điều kiện:

][ b r2 q

M q

[q]- Aïp suất cho phép của bề mặt ma sátmá phanh;

Aïp suất cho phép trên bề mặt má phanh phụthuộc bởi nguyên liệu má phanh và trống phanh Aïpsuất này thay đổi trong giới hạn rộng Đối với cácmá phanh hiện nay dùng cho ôtô áp suất trung bình chophép khi phanh với cường độ cực đại nằm trong giớihạn từ 1,52 MN/m2 Ta chọn [ qtb] = 2 MN/m2

Từ biếu thức ( 2.6 ) suy ra bề rộng má phanh:

b

] [

.r2 q

2

180

2 0

q r

b

0

10 2 14 , 3 105 14 , 0 32 , 0 2

180 8 , 3109

M

t

ps

2

180

2 0





Trong đó:

Mps- Momen phanh cầu sau; Mps = 2960,5[N.m];

180 5 , 2960



b  0 , 0642[m]  64,42[mm]

Theo tài liệu 2 thì bề rộng má phanh không lớnhơn 100mm.Để thuận tiện cho việc lắp ráp và sữachữa , ta chọn bề rộng má phanh trước và sau nhưnhau.Vậy ta chọn bề rộng của má phanh trước và saubằng nhau:

ma, g - Khối lượng toàn bộ của ô tô và giatốc trọng trường;

Ft -Diện tích của các má phanh trước;

Fs -Diện tích của các má phanh sau; Mà theo trên ta có: Ft = Fs = 4../18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả00.b.r

=4.1050.3,14/18) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả00.0,07.0,14

= 0,0718) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả m2

nên : F = Ft+Fs =2.Ft =2.0,0718) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả = 0,1436 m2

Suy ra: p 28500,1436.9,8

p = 194498) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả,6[N/m2]Theo tài liệu tham khảo [ 3 ], đối với ôtô tải [ p ]= 2,53,5.104 [Kg/m2]

Vậy p =194498) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả,6 [ Kg/m2 ] < [ p ], thỏa mãn điềukiện

2.5 KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN TỰ SIẾT

Hiện tượng tự siết là hiện tượng má phanhtự siết vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát màkhông cần tác dụng của lực dẫn động

Từ công thức: M p A P h B

.

.

2 , 1

2 1

s A

130

0 0

0 0



 Cos Cos

= 0,718) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả

t r

s

B 1 

1 2

1 2



0

180

= 1 - 00 0 0

25 130

25 130

14 , 0

119 , 0



 Sin Sin

.1803,140 = 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả46Thay A, B vào (2.10) ta được:

 < 0 , 848699

846 , 0

718 , 0



Rỏ ràng: = 0,32 < 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả48) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả699 thỏa mãn điềukiện

+ Đối với cơ cấu phanh sau:

Do ta chọn cơ cấu phanh trước và cơcấu phanh sau có cùng cơ cấu ép bằngxilanh thuỷ lực,có cùng kích thước và cùngkiểu bố trí,nên tương tự cơ cấu phanhtrước ta có:

A = 0,718) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả

B = 0,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả46Thay A, B vào ( 2.10) ta được:

848699 ,

0 846 , 0

718 , 0





Rỏ ràng:   0 , 32  0 , 865 thỏa mãn điều kiện.2.6 TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ MÀI MÒN

2.6.1.Tính toán mài mòn.

Tính mài mòn được tiến hành theo các chỉ tiêugián tiếp là áp suất trung bình trên tấm ma sát củaguốc tự siết và công ma sát riêng Xác định nhiệt độđốt nóng và cường độ mài mòn như sau:

Aïp suất trung bình trên má phanh được tính theocông thức:

M

(2.11)

+ Đối với phanh trước, momen cần sinh ra ở mỗi

2

8 , 3109

0 32 , 0

2 / 9 , 1554

0

0 2



= 1000054,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả[N.m]

= 1,0000548) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả[MPa]Vậy qtb  1 , 0000548MP a  2MP a thỏa mãn điều kiện

+ Đối với bánh xe sau, momen cần sinh ra ở mỗi

cơ cấu phanh:

2

5,29602

p

M

M = 148) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả0,25[N.m]

Thay vào (2.11) ta được:

180

105 14 , 0 06442 ,

0 32 , 0

2 / 25 , 1480

0

0 2



=

1000073,367[N.m]

=1,000073367[MPa]

Vậy qtb  1 , 000073367MP a  2MP a thỏa mãn điều kiện.

Công ma sát riêng l ms bằng tỉ số giữa công ma sátsinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ cực đại đến dừng vàtổng diện tích F của tất cả các má phanh

 ms a

a

F

V m



2

2

Theo tài liệu tham khảo 1 thì :trị số công ma sátriêng đối với cơ cấu phanh xe tải hiện nay nằm trongkhoảng 6008) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả00J/cm2

Trong đó:

ma- Khối lượng toàn bộ của xe;

Va - Vận tốc khi bắt đầu phanh;Va = 30Km/h = 8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả,33m/s

1436 , 0 2

33 , 8

2850 2



ms

l  688573 , 6943 [J /m2 ]=68) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5736943J/cm2

Vậy l ms= 68) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả5736943 [J/cm2]< [ l ms] thỏa mãnđiều kiện

2.6.2 Tính toán nhiệt.

Tính toán nhiệt nhằm hạn chế không cho nhiệtđộ trống phanh tăng quá giới hạn cho phép và tiếnhành như sau Trong quá trình phanh động năng của xechuyển thành nhiệt năng đốt nóng trống phanh vàmột phần tỏa ra ngoài không khí Do đó theo định luật