ĐAMH - KẾT CẤU TÍNH TOÁN Ô TÔ - THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ 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 nghiêngtrong thời gian không hạn chế Ngoài ra, hệ thống phanhcòn phối hợp với ly hợp chuyển hướng làm nhiệm vụquay vòng 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 đứng 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 chỗ rò rỉ 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 xi lanh bánh xe

+ Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rĩ áp suất làm rò

rỉ 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

Phanh đĩa có ưu điểm so với loại trống guốc là :

+Aïp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó máphanh mòn đều và ít phải điều chỉnh.

+ Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở+ Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,050,15 mmnên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và chophép tăng tỉ số truyền dẫn động

+ Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằngnên cho phép tăng giá trị của chúng để tăng hiệu quả phanhcần thiết mà không bị giới hạn bởiđiều kiện biến dạngcủa kết cấu Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễbố trí trong bánh xe

+ Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn địnhhơn

+ Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạngđĩa quay

Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chếsự sử dụng của nó là :

+ Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

+ Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hoá, bị bẩn làm cácmá phanh mòn nhanh

+ Aïp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứtxước

Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không đểtăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu

quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để kếthợp làm phanh dừng.

1.2.1.Chọn cơ cấu phanh cho bánh trước

Cơ cấu phanh bánh trước của ôtô du lịch cần đạt hiệuquả phanh cao, thời gian chậm tác dụng bé và cần có độnhạy lớn do đó để đảm bảo tính ổn định của xe khi phanhnhất là ôtô du lịch có tốc độ cao Để đảm bảo được yêucầu đó ta thấy cơ cấu phanh đĩa có những ưu điểm là phùhợp với yêu cầu nên ta chọn cơ cấu phanh loại đĩa chocầu trước

1.2.2 Chọn cơ cấu phanh cho bánh sau

Cơ cấu phanh sau của ôtô du lịch cần phải có tínhthuận nghịch khi xe chuyển động lùi, do đó có cơ cấuphanh sau phải thuận nghịch để đảm bảo yêu cầu khi phanh,mặt khác đối với ôtô du lịch chuyển động với tốc độ lớnmomen phanh bánh sau cần sinh ra phải nhỏ hơn momen bánhtrước vì khi phanh lực quán của ôtô tính hướng theo chiềuchuyển động mà momen bánh sau lớn hơn momen phanhbánh trước thì xe dễ bị trượt lê, gây mất ổn định cho xekhi phanh Do đó ta chọn cơ cấu phanh bánh sau loại trốngguốc, guốc phanh một bậc tự do

fN1

fN21

2 3 4

1-Xylanh thuỷ lực 2-Xương guốc.

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:

Hình 1.2 Cơ cấu phanh trống guốc một xylanh

ép,guốc phanh một bậc tự

Hình 1.3 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 1.3:

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

+ Có sự mất đối xứng lực phanh khi một dòng

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

+ Kết cấu khá phức tạp

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

* Sơ đồ hình 1.3.e:

Có hai dòng, mỗi dòng cho cầu dưới và cho cầusau

-Ưu điểm:

+Độ an toàn cao, nếu mất một trong hai dònghiệu quả phanh còn 100% Đây là sơ đồ hoàn hảo nhất vềhiệu quả cũng như sự mất đối xứng.

-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 = 1600 (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, mặc dù độ an toànkhông cao lắm như đã phân tích ưu nhược điểm ở trên,nhưng nó phù hợp với ôtô du lịch

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 :

SVTH: Huỳnh Văn Định-Lớp 99C4A Trang10

b L

Hình 2.1 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

2.1.2 Phương trình tính toán :

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

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 dừng 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:

g

h j b L

G L

h j m b

G L

h j m a

Trong đó : a,b,hg: toạ độ trọng tâm của ôtô

L : chiều dài cơ sở của ôtô

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

bx g

bx g

L

G

M2 . .(   ) (2.7)Theo TL[2]

(2’)

Lập tỉ số (1’)/(2’) :

s

t s

t

G

G a

b Z

s

t .



Mà : a+b =L

1600

850 2200

75 , 1168 1600

750 2200

, 0 ).

6 , 0 6 , 0 16875 , 1 (

2 , 2

1600 81 , 9 6 , 0

.( 1 , 031 , 25 0 , 6 0 , 6 ) 0 , 35 1005 , 7

2 , 2

1600 81 , 9 6 , 0

2.2 Tính toán cơ cấu phanh :

2.2.1.Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh sau:

Hình 2.2 Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh guốc

2.2.2 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 máphanh 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 –DOODOO1 = 90 - DOE –DOO EOO1

1 2

Theo tài liệu [1] ta có góc ôm má phanh:

0 119

112 S

"

h

= acos

2.2.3 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 tác dụng lênguốc và có dạng tổng quát sau:

q = qmax 

Với  : Hàm phân bố áp suất = 1;

qmax : áp suất max 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

dN = q.b.r d

- Lực ma sát :

d r d

S

d br

Ph br

0

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

Trong đó:

S =119 mm khoảng cách từ tâm đến điểm cố địnhguốc phanh

r = Rt = 140 (mm) bán kính trống phanh

α1 = 1250 góc ôm guốc phanh

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

Ta được :

180 / 14 , 3 ).

25 125 (

) 125 cos 25

(cos 140

25 125 (

) 25 sin 125 (sin 140

P = P1 = P2

Từ phương trình (2.13)

 Mp = 2 2 2

2

B A

h A P







 Tính lực ép của cơ cấu phanh:

SVTH: Huỳnh Văn Định-Lớp 99C4A Trang18

+ Đối với phanh sau một guốc tự tách một guốctự siết

A

h

.

.

B A

B h A

B A

2

.

2 2 2

807 , 0 3 , 0 721 , 0

2 2

Bán kính ma sát trung bình của đĩa

][117,091,014,0

91,014,0.3

2

3

2

2 2

3 3

2 1

2 2

3 1

3

R R

R R

Với :  : Hệ số ma sát, ta chọn 

Zms : Số lượng đôi bề mặt ma sát, vì mỗi cơ cấuphanh chỉ có một đĩa ma sát nên Zms = 2

Pct : Lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa ma sát

Rtb : Bán kính ma sát trung bình

Vậy lực ép cần thiết tác dụng lên đĩa phanh của một cơcấu phanh

98 , 16286 2

117 , 0 3 , 0 2

33 , 2638

2

p ct

Z R

M P

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

SVTH: Huỳnh Văn Định-Lớp 99C4A Trang20

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 mãn điều kiện sau:

q =  q

r b

M p





Theo tài liệu [1]

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

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

2

b1 = 52,44 (mm)

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

4

763 , 1311

2.3 Kiểm tra điều kiện tự siết :

Để điện kiện tự siết không xảy ra khi

0,714/0,874 = 0,8169 > 0,3Vậy thoả 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 địnhnhiệt độ đốt nóng trống phanh và cường độ mài mònnhư sau:

Aïp suất trung bình trên má phanh:

SVTH: Huỳnh Văn Định-Lớp 99C4A Trang22

qtb = [ ]

2

1

tb p

q r

22 , 2266

 [MN/m2]

qtb < [qtb] thoả 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:

 ms

â a

g

V G



F 2

R,b, : đã được giải thích trên

Thay số vào công thức trên ta có:

0 2

33 , 8

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 C = 500(j/kg.độ)

∆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

33 , 8

2 2

b d