THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH XE ĐIỆN MINIBUS

Nên hệ thống phanh trên xe đòi hỏi phải bảo đảm bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Lê Văn Tụy cùng các thầy giáo bộ

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo kỹ sư ngành động lực thì đồ án tốt nghiệp là phần không thể thiếu, là điều kiện tất yếu rất quan trọng mà đối với mỗi sinh viên cần phải hoàn thành và qua đó hiểu biết một cách chặt chẽ và nắm vững về ô tô Sau quá trình học tập, tích lũy kiến thức, việc bắt tay vào khảo sát tính toán kiểm nghiệm một bộ phận, một hệ thống trên xe hay tổng thể xe là công việc cần thiết Điều này củng cố kiến thức đã được học, thể hiện sự am hiểu các vấn đề cơ bản và cũng là sự vận dụng lý thuyết vào thực tế sao cho hợp lý, nghĩa là lúc này sinh viên

đã được làm việc của một cán bộ kỹ thuật

Hệ thống phanh là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn, do đó đảm bảo được năng suất vận chuyển Nên hệ thống phanh trên

xe đòi hỏi phải bảo đảm bền vững, tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính

Và em cũng xin chân thành cảm ơn thầy giáo T.S Lê Văn Tụy cùng các thầy giáo

bộ môn Ô tô và Máy công trình đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của mình

Đà Nẵng, ngày 15 tháng 06 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lành

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT……… 4

1 MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 7

2.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 7

2.1 Công dụng, phân loại và yêu cầu 8

2.1.1 Công dụng 8

2.1.2 Phân loại 8

2.1.3 Yêu cầu 9

2.2.Cấu tạo chung của hệ thống phanh 11

2.3.Sơ lược về hệ thống ABS……… … 14

2.3.1 Chức năng nhiệm vụ 16

2.3.2 Nguyên lý làm việc 18

3 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH 20

3.1.Lựa chọn cơ cấu phanh 21

3.1.1 Cơ cấu phanh trước 22

3.1.2 Cơ cấu phanh sau 25

3.2 Tính toán cơ cấu phanh 25

3.2.1 Xác định mômem cần thiết ở cơ cấu phanh 26

3.2.2 Hệ số lực phanh phân bố lên các truc bánh xe 26

3.3 Tính toán cơ cấu phanh trước 27

3.4 Tính toán cơ cấu phanh sau 29

3.5 Tính toán xác định bề rộng má phanh 35

3.6 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh 38

3.6.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng 41

3.6.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 45

4 THIẾT KẾ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH 41

4.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xilanh công tác của cơ cấu ép 41

4.2 Xác định đường kính xilanh chính và xilanh công tác 42

4.2.1 Đường kính xilanh công tác 43

4.2.2 Đường kính xilanh chính 43

4.2.2.1 Đặc điểm cấu tạo 43

4.2.2.2 Nguyên lý làm việc 44

4.2.2.3 Xác định đường kính Dc 46

4.2.2.4 Xác định hành trình dịch chuyển của piston xilanh chính 46

4.3 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh 48

4.4 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh 50

5 THIẾT KẾ TRỢ LỰC PHANH 50

5.1.Đặc điểm cấu tạo 50

5.2 Nguyên lý làm việc 51

5.3 Ưu, nhược điểm 52

5.4 Tính đường kính xilanh của bầu trợ lực 53

6 KHẢO SÁT BỘ ĐIỀU HÕA LỰC PHANH 54

6.1 Đặc điểm và nguyên lý làm việc 54

6.1.1 Đặc điểm bộ điều hòa lực phanh 55

6.1.2 Nguyên lý làm việc của bộ điều hòa lực phanh 56

7 BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH 58

8 KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

BẢNG CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

Ký hiệu

a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh trước

b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh sau

dk Đường kính cơ sở của profin cam ép

Dt,s Các đường kính màng phanh của bầu phanh trước và sau

f Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh

f.N Lực ma sát

Go Trọng lượng bản thân ô tô

Ga Trọng lượng toàn bộ ô tô khi đầy tải

Ga1 Trọng lượng phân bố lên cầu trước khi đầy tải

Ga2 Trọng lượng phân bố lên cầu sau khi đầy tải

Jp Mô men quán tính của bánh xe

Khq Hệ số hiệu quả phanh

Kc Hệ số tự cường hóa

L Chiều dài cơ sở của ô tô

lkt,lks Chiều dài cánh tay đòn dẫn động cam ép của cơ cấu phanh trước và sau

Mp Mômen phanh

Mpt,Mps Mômen phanh thực tế sinh ra ở guốc phanh trước và sau

Mp1, Mp2 Mômen phanh lý thuyết sinh ra ở cầu trước và sau

Mφ Mômen bám giữa bánh xe và mặt đường

Memax Mômen xoắn cực đại của động cơ

Pp1t, Pp1s Lực phanh cần sinh ra của mỗi cơ cấu phanh trước và sau

P1, P2 Lực dẫn động các guốc phanh trước và sau của 1 cơ cấu phanh

Ppt, Pps Áp suất khí nén của cơ cấu phanh trước và sau

Za1 Phản lực mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu trước ôtô khi đầy tải

Za2 Phản lực mặt đường tác dụng lên các bánh xe cầu sau ôtô khi đầy tải

βt,s Là góc ôm má phanh của cơ cấu phanh trước và sau

εb Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh

µ Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh

η Hiệu suất

η1 Hệ số tính đến độ nạp không khí nén vào bầu phanh

η2 Hiệu suất cơ khí của bầu phanh

1.MỤC ĐÍCH, Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ở nước ta, số ô tô tư nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao

Do mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm

Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra 10 † 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 † 30% là do đường sá quá xấu Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 † 75%) Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Ðối với sinh viên ngành cơ khí giao thông việc thiết kế, nghiên cứu về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô Ðó là lý do em chọn đề tài “THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE ĐIỆN MINIBUS”

Hệ thống phanh xe thiết kế là hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sử dụng ABS Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sử dụng

tự tìm hiểu kết cấu, thiết kế, cũng như tính toán các bộ phận trong hệ thống phanh một cách hợp lý để đảm bảo an toàn cho người và tài sản

Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì

nó bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển

Trên ôtô sự phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên của các cụm liên kết với bánh xe: giữa tang trống với má phanh hoặc đĩa phanh với má phanh Quá trình ma sát trong các cơ cấu phanh dẫn tới mài mòn

và nung nóng các chi tiết ma sát, nếu không xác định kịp thời và tiến hành hiệu chỉnh thì có thể dẫn tới làm giảm hiệu quả phanh

Hư hỏng trong hệ thống phanh thường kèm theo hậu quả nghiêm trọng, làm mất tính an toàn chuyển động của ôtô Các hư hỏng rất đa dạng và phụ thuộc vào kết cấu hệ thống phanh

2.1.2 Phân loại:

Có nhiều cách phân loại hệ thống phanh

a )Theo công dụng:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân)

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

- Hệ thống phanh dự phòng

- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ) b)Theo kết cấu của cơ cấu phanh:

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

- Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa

d)Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh:

Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hòa lực phanh

e)Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:

Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS)

2.1.3.Yêu cầu:

Hệ thống phanh cần bảo đảm các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo qu•ng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

- Phanh êm dịu trong bất kì mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao

- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ

sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với bất kì cường độ nào

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

- Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển - với lực phanh trên bánh xe

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng

- Có khả năng phanh ôtô khi đứng trong thời gian dài

2.2 Cấu tạo chung của hệ thống phanh:

Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô đƣợc mô tả trên( hình 2.1)

Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:

- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh đƣợc bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô

- Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Tùy theo dạng dẫn động: cơ khí, thủy lực, khí nén hay kết hợp thủy – khí mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau Ví dụ dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí Nếu là đẫn động thủy lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn 2.3 Sơ lƣợc về hệ thống ABS:

Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh)

Hoặc hãm cứng các bánh xe trước → trước (để đảm bảo điều kiện ổn định) Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất, vì:

Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Các bánh

xe trượt lết trên đường sẽ làm mòn lốp và giảm hệ số bám Nghiên cứu đã cho thấy

hệ số bám dọc có giá trị cao nhất (Hình 2-2) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục

bộ trong giới hạn hệ số trượt:

  100%(1530)%

a

b r a V

rb - Bán kính lăn của bánh xe

Còn ôtô, khi phanh với tốc độ 180 km/h trên đường khô, bề mặt lốp có thể bị mòn vẹt đị một lớp dày tới 6mm

Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đọan đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật (Hình 2-3) đặc biệt là các đoạn đường có độ bám thấp Do đó

dễ gây ra tai nạn nguy hiểm khi phanh

0 0.2 0.4 0.6 0.8

Hình 2-2 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt

tương đối λ của bánh xe

Vì thế, để đảm bảo đồng thời điệu quả phanh và tính ổn định cao Ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ở trong một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình phanh không bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ= (15-30)%

Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh khác nhau, như:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

- Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó

Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an toàn chủ động của một ôtô hiện đại Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Hình 2-3 Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đường cong

2.3.2 Nguyên lý làm việc:

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 1.3 gồm: Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay

cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4

Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá

độ trượt) và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp sất trong dẫn động phanh

Chất lỏng được được truyền từ xilanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xilanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các phần tử và thực hiện quá trình phanh

Hình 2-4 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe

1-Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xilanh chính hoặc tổng van khí nén 6- Xilanh bánh xe hoặc bầu phanh

Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên (hình 2-5)

Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thì phương trình cân bằng mômen tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng:

b p



Ở đây:

Mp – Mômen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh;

Mφ – Mômen bám của bánh xe với đường;

Jb – Mômen quán tính của bánh xe;

ωb - Tốc độ của bánh xe

Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh:

b

p b b

J

M M dt

Hình 2-5.Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên (hình 2-5)

Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của εbđược sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2

Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp-Mφ) Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – Mômen phanh có giá trị cực tiểu không đổi

Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mômen phanh nhỏ hơn mômen bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ cũng như Mφ tăng lên

Tiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5-6-1,

giữ cho độ trƣợt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 2-6) đảm bảo cho

hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất

Hình 2-7a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha): tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5) ABS làm việc với 3 giai đoạn nhƣ vậy gọi là ABS 3 pha Một số ABS có thể không

có pha duy trì áp suất- gọi là ABS 2 pha

Hình 2-6 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS Trên hình 2- 6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 2-7 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) ; và gia tốc chậm dần của bánh xe

(b) khi phanh có ABS

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1-λ2= (15-30) % Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng (3-8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên (hình 2-8; 2-9)

Bảng 1: Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS (mỗi bánh xe có

một cảm biến và điều khiển riêng)

Loại đường Tốc độ bắt đầu

phanh V(m/s)

Quãng đường phanh Sp (m)

Mức tăng hiệu quả phanh (%)

Có ABS

Không ABS Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

13,88 13,88

10,6 18,7

13,1 23,7

19,1 21,1 Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

27,77 27,77

41,1 62,5

50,0 100,0

17,8 37,5

Hình 2-8 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn của ô tô có trang bị ABS

Hình 2- 9 Quá trình phanh điển hình của ô tô có trang bị ABS

3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

Thiết kế hệ thống phanh xe điện trên cơ sở xe tham khảo „HIACE‟ của hãng

TOYOTA:

Bảng 3-1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của xe

Tọa độ trọng tâm Không tải a = 1.100; b = 1.350; hg= 700 Đầy tải a = 1.310; b = 1.140; hg= 800

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý

ma sát Trong quá trình phanh động năng của ôtô được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

Kết cấu cơ cấu phanh gồm hai phần chính: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép Trên xe tham khảo phần tử ma sát của cơ cấu phanh trước có dạng đĩa; phần tử ma sát của cơ cấu phanh sau dạng trống - guốc

3.1.1 Cơ cấu phanh trước :

Cơ cấu phanh trước trên xe tham khảo „TOOYOTA HIACE‟ là phanh đĩa có giá xilanh di động

Hình 3-2 Cơ cấu phanh trước- đĩa loại càng di động

1-Nắp chắn mỡ; 2-Trục trước; 3-Ổ bi ngoài; 4-Bu lông; 5-Bu lông tích kê; 6-Má phanh; 7-Càng phanh; 8-Lốp; 9-Xương lốp; 10-Vành xe; 11-Gía đỡ càng xy lanh phanh; 12-Ngõng lái; 13-Vành khăn; 14-Cao su chắn bụi; 15-Bu lông trượt; 16- Ống trượt; 17-Bạc trượt; 18-Ổ bi trong; 19-Đĩa phanh

Cơ cấu phanh trước trên xe Toyota Hiace là loại phanh đĩa có càng di động Gồm 1 piston đặt trong càng, càng chuyển động trên các ống lót bằng cao su, trên một hoặc hai chốt dẫn hướng bằng thép Các ống lót cho phép càng chuyển động nhẹ nhàng khi phanh tác động Khi phanh, dầu phanh sẽ chảy vào trong càng đẩy piston hướng ra ngoài, vì vậy má phanh trong bị ép vào đĩa Cùng lúc đó, áp suất thủy lực sẽ tác dụng lên càng một lực tương tự nhưng ngược chiều làm cho càng chuyển động nhẹ nhàng trên ống lót mang theo má phanh ngoài ép vào đĩa

phanh Hai má phanh kẹp lấy đĩa phanh, thực hiện quá trình phanh Phanh đĩa có cấu tạo rất đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng Ở cơ cấu phanh đĩa, các má phanh bị ép cả vào hai phía của đĩa phanh (đĩa quay cùng với bánh xe) để dừng xe Trong quá trình làm việc bị ma sát giữa má phanh và đĩa làm mòn má phanh, ảnh hưởng đến khả năng phanh bánh xe Trên cơ cấu phanh đĩa có

bộ phận tự động điều chỉnh khe hở má phanh khi bị mòn

Phanh đĩa có giá xylanh di động chỉ bố trí xylanh thuỷ lực một bên Giá xylanh có thể di động động được trên các trục nhỏ dẫn hướng bắt trên moay ơ Khi phanh, dầu cao áp đẩy pittông ép một bên má phanh áp sát vào đĩa phanh, đồng thời đẩy giá đặt xylanh trượt trên trục dẫn hướng đến ép má phanh còn lại áp sát vào trống phanh Khi cả hai má phanh đều ép sát vào đĩa phanh, phanh mới được thực hiện

Phanh đĩa có giá xylanh di động được dùng trên đa số các xe ôtô du lịch ngày nay do chỉ bố trí một bên xylanh nên tăng diện tích được làm cho đĩa phanh, tránh hiện tượng sôi dầu khi phanh liên tục

*Trong cơ cấu phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh được điều chỉnh tự động dùng phương pháp điều chỉnh bằng sự biến dạng của phớt (vành khăn) làm kín

3

1 2

Hình 3-3 Sự điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh

1: xilanh công tác; 2: vành khăn; 3: piston

khoảng giữa piston và xy lanh công tác Rãnh chứa vành khăn có tiết diện hình thang đáy lớn nằm trên phần tiếp xúc với piston Khi piston dịch chuyển do ma sát giữa piston và vành khăn lớn, nên vành khăn bị biến dạng trong rãnh Khi thôi phanh vành khăn kéo piston về vị trí ban đầu và hết biến dạng Nếu khe hở giữa má

phanh và đĩa phanh quá lớn, sự biến dạng của vành khăn không đủ đảm bảo sự dịch chuyển của piston, vành khăn sẽ bị trượt trên piston Khi thôi phanh piston chỉ trở

về biến dạng của vành khăn Do vậy piston nằm ở vị trí mới so với xylanh

3.1.2 Cơ cấu phanh sau :

a) Cấu tạo:

- Cơ cấu phanh bánh sau là cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục, một đầu nhận tải trọng động từ xy lanh lực, một đầu tựa trên rãnh định vị, lực đẩy lên guốc phanh bằng nhau ( Hình 3.4 )

- Má phanh của guốc sau có 8 lỗ để tán guốc phanh với má phanh, đinh tán thường làm bằng nhôm, hoặc đồng, yêu cầu khi tán đầu đinh phải thấp hơn bề mặt

má phanh từ 1,5÷2 mm

- Cơ cấu tự điều chỉnh khe hở má phanh, tang trống bố trí chung với cơ cấu phanh tay

- Lò xo phanh: Mỗi bánh sau có một lò xo hồi vị chung cho cả hai guốc

- Xi lanh công tác: Trong xi lanh có hai piston điều khiển hai guốc phanh trước và sau, hai piston được đẩy ra hai bên nhờ lò xo Ngoài ra còn có các lỗ ren để bắt thân xi lanh vào mâm phanh

b) Nguyên lý làm việc:

- Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất dầu từ xy lanh phanh chính qua đường ống dẫn dầu vào xi lanh bánh xe, tác dụng lên piston đẩy guốc phanh đi ra thực hiện quá trình phanh

- Khi nhả bàn đạp phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị ép guốc phanh đi vào đẩy píston về vị trí cũ

Hình 3-4 Cơ cấu phanh bánh sau

1- Vít xã khí; 2- Bu lông dầu; 3- Xy lanh bánh xe; 4- Lò xo; 5- Cuppen; 6- Piston; 7- Nắp chắn bụi; 8- Cơ cấu điều chỉnh; 9- GUốc phanh; 10- Má phanh; 11- Cơ cấu giữ guốc; 12- Cáp dẫn động phanh tay; 13- Giá đỡ guốc phanh; 14- Lò xo néo

Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh Để cho các má phanh hao mòn đều hơn nên ở guốc phanh đằng trước (bên phải) gắn má phanh dài hơn vì hiệu quả phanh của má phanh trước theo kiểu bố trí như hình vẽ sẽ lớn hơn nhiều so với

má sau Khi tác dụng vào bàn đạp phanh chất lỏng với áp suất cao từ xy lanh phanh chính truyền đến xy lanh bánh xe tạo nên lực ép trên các piston đẩy các guốc phanh

ép sát vào trống phanh thực hiện qúa trình phanh

Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị kéo các guốc phanh trở lại vị trí ban đầu + Trong quá trình sử dụng các má phanh bị mòn, do đó khe hở giữa má phanh và trống phanh tăng lên Đồng thời làm tăng độ cao tối thiểu của bàn đạp phanh Khe hở được điều chỉnh do cơ cấu tự động điều chỉnh bố trí trong cơ cấu phanh sau cùng phanh tay

3.2 Tính toán cơ cấu phanh

3.2.1 Xác định mômen cần có ở các cơ cấu phanh:

Hình 3-5 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trước là:

1. 1

2

b g

h J

h J

8,0.61

a g

h J



G1,G2- Trọng lượng phân bố ra cầu trước và cầu sau:

)(140045

,2

14,1.3000

L

b G

G1 = 13734[N]

)(160045

,2

31,1.3000

L

a G

G2 = 15696[N]

G- Trọng lượng ôtô khi đầy tải: G = 3000(KG)

Thay các giá trị vào (1), (2) ta được :

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là :

).(1915325

,0.6,0.2

13734.43,1

m N

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:

).(965325,0.6,0.2

15696.63,0

m N

3.2.2 Hệ số lực phanh phân bố lên các trục bánh xe:

Để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, trước hết cần tính toán đánh giá tỷ số

phân bố mô-men phanh (hay lực phanh) lên trục trước và trục sau theo hệ số phân

bố lực phanh K12 như sau:

K12 =

)h(a

)h(bP

PM

M

g g bx2

bx1 bx2

3.3.Tính toán cơ cấu phanh trước :

Phanh đĩa thường có cơ cấu ép có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện kết cấu qua mặt phẳng chứa đĩa phanh Vì vậy mô-men ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai má phanh có giá trị hoàn toàn giống nhau vì đĩa được ép bởi hai piston bằng nhau bố trí đối xứng qua đĩa có cùng áp lực dầu :

Mg1 =   2 

1 2 2

3 1 3 2 1

3

2μP

R R

R R

Mg2 =   2 

1 2 2

3 1 3 2 2

3

2μP

R R

R R

Nếu xem các lực ép P1 và P2 là như nhau và bằng lực ép P của piston thì men phanh tổng cộng do hai má phanh tạo ra cho đĩa phanh được xác định bằng:

mô-Mp =   2 

1 2 2

3 1 3 2

3

22Pμ

R R

R R

Trong đó R2 là đường kính ngoài của đĩa và có thể được xác định tương tự bán kính tang trống rt Ta có bán kính rt được xác định như sau :rt = 0,8.Rbx/2 =0,8 0,325/2

→ rt = 0.13(m) Vậy R2 = rt =0,13(m)

Còn R1 là bán kính trong của đĩa phanh, chúng có thể được chọn theo kinh nghiệm bằng: R1 = 0,55 0,73R2 Bằng cách tính lặp theo các điều kiện giới hạn trong quá trình thiết kế, có thể chọn R1 = 0,6R2 = 0,08[m]

Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P đối với cơ cấu phanh kiểu đĩa được xác định như sau:

P =

μ

M4

3 p

.  3 

1 3 2

2 1 2 2

R R

R R

Thế số ta có lực ép của cơ cấu phanh đĩa ở phía cầu trước :

Số liệu : Mp= 1915[N.m], R2= Rt= 0,13(m), R1= 0,08(m)

P1 =

0,3

1915.4

3

. 3 3 

2 2

08 , 0 13 , 0

08 , 0 13 , 0

= 29833[N]

3.4 Tính toán cơ cấu phanh sau:

Kiểu cơ cấu phanh ở cầu sau là loại phanh guốc đối xứng qua trục Vị vậy mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống được xác định khác nhau như sau:

- Với guốc tự siết (lực ép P1 từ piston tạo ra mô-men quay là cùng chiều với chiều quay của tang trống- hình 2.5)

Mg1 =

1 1

1 1

μBA

μhP

Hình 3-6.Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh

- Với guốc tự tách (lực ép P2 từ piston tạo ra mô-men quay là ngƣợc chiều với chiều quay của tang trống):

Mg2 =

2 2

2 2

μBA

μhP

2 2 1

1

1 1

μBA

μhPμB

A

μhP

Mp = P.h.μ.A1μB A1μB

hay Mp =  2  2 2 

BμA

Mp 2  2 2

(**)

Các thông số kích thước A và B có thể xác định theo giả thuyết áp suất má phanh

phân bố đều (q = const) như sau:

2

2

sin.sincos

1 2

1 2

180 / 120 25

Và khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến điểm tựa làm tâm quay cố định của guốc đƣợc tính bằng:

s = (0,8.rt)/cos(0) trong đó 0 là góc đặt tâm quay điểm tựa cố định của guốc phanh Với 0 = 25o Thì s = 0,104/cos(25o) = 0,115[m] và:

.3,0)305,0cos(

13,0

115,0

2Ahμ

BμA

Mp 2  2 2

.0,2082.0,87.0,3

)1.3,087,0(

Mg1 =

μBA

Phμ

 = 0,87 0,3.1

208.0,35927,26.0,

 = 648,87[N.m]

Mg2 =

μBA

Phμ

 = 0,87 0,3.1

208.0,35927,26.0,

 = 316,12[N.m]

3.5.Tính toán xác định bề rộng má phanh

Khi các thông số khác đã đƣợc chọn và xác định theo mô-men yêu cầu nêu trên thì bề rộng má phanh sẽ đƣợc xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đối với má phanh trong quá trình phanh

+ Với kiểu cơ cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b đƣợc xác định theo mô-men phanh Mg do mỗi guốc tạo ra cho tang trống nhƣ sau: