TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

Dẫn động phanh thủy lực hệ thống phanh dầu: Hệ thống phanh dầu 1.Bàn đạp phanh; 2.Trợ lực phanh; 3.Xilanh phanh chính; 4.Càng phanh đĩa; 5.Má phanh đĩa; 6.Đĩa phanh; 7.Phanh trống; 8.Má

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của nghành ô tô thế giới có những chuyển mình mạnh mẽ vàonhững thập kỷ cuối của thế kỷ XX

Trong giai đoạn hiện nay nghành công nghiệp ô tô ngày một hoàn thiện nócải tạo hệ thống truyền thống, tìm nguồn năng lượng mới,tăng cường cải tiến kếtcấu ,khả năng tự động hoá nhờ sử dụng các phần mềm vi sử lý và hệ thống chẩnđoán kỹ thuật giúp con người sử dụng khai thác ô tô giảm sức lao động tiện lợitrong sử dụng và đạt hiệu quả kinh tế cao

Hoà chung với sự phát triển của nghành ô tô thế giới , ở nước ta nghành ô tôcũng có những chuyển biến vượt bậc.Từ chỗ chúng ta chỉ tập chung bảo dưỡng sửachữa ô tô đến nay chúng ta đã chế tạo vầ lắp ráp đóng mới thành công nhiều loại ô

tô để phục vụ thị trường trong nước.Trong đó chúng ta đã đi sâu nghiên cứu cảitiến các kết cấu ô tôcho phù hợp với điều kiện sự dụng và nhu cầu của thị trườngtrong nước

Việc sản xuất và lắp ráp ô tô ở trong nước đã đem lại những lợi ích rất lớn

- Hạ giá thành sản phẩm

- Tận dụng nguồn năng lực trong nước

- Tận dụng được các tổng thành của các xe ô tô đời cũ hiện đang tồnđọng rất nhiều trên thị trường

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên trong bài thiết kếmôn học này sẽ không tránh những thiếu sót Em rất mong thầy góp ý, chỉ bảo tậntâm để kiến thức của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn thầygiáo Th.S Trương Mạnh Hùng đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoànthành tốt nội dung thiết kế môn học kết cấu và tính toán ô tô của mình!

Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2011

Sinh viên Giáp Văn Đợi

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH

I Công dụng của hệ thống phanh

- Hệ thống phanh dùng để làm giảm tốc độ chuyển động của Ô tô cho đến khidừng hẳn hoặc tới một tốc độ nào đó theo sự điều khiển của người lái xe

- Giữ cho xe có thể dừng, đỗ trên đường có độ dốc nhất định trong một khoảngthời gian dài mà không cần sự có mặt của người điều khiển

- Hệ thống phanh giúp xe chuyển động an toàn ở tốc độ cao làm giảm thiểunhững tai nạn nguy hiểm xảy ra trên đường, nâng cao năng suất vận chuyển và tínhđông lực

II Phân loại hệ thống phanh

- Theo công dụng của hệ thống phanh

Hệ thống phanh chính ( phanh chân)

Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

Hệ thống phanh phụ( trong tập lái và trong trường hợp khẩn cấp)

Hệ thống phanh dự phòng

- Theo kết cấu của hệ thống phanh

Cơ cấu phanh guốc

Cơ cấu phanh đĩa

- Theo mức độ tối ưu hóa

Hệ thống phanh có điều hòa

Hệ thống phanh điều khiển điện tử ( ABS; EBD; BA )

III Yêu cầu của hệ thống phanh

Nhằm nâng cao hiệu quả phanh trong quá trình làm việc của hệ thống phanh thì

nó phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, đảm bảo quãng đường

phanh ngắn nhất khiphanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự êm dịu, ổn định Ô tô khi

phanh Khi phanh hệ thống phanh không gây tiếng ồn, tiếng gõ và cácmomen phanh như nhau ở tất cả các bánh xe cùng trục của Ô tô để tránhhiện tượng lệch lực phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp phanh phải nhỏ,

làm giảm cường độ lao động cho người lái xe

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp

nguy hiểm

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh và nhả phanh tức thời khi người lái

nhả bàn đạp phanh

- Cơ cấu phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt

- Có hệ số ma sát giữa má phanh vàtrống phanh hoặc đĩa phanh cao, ổn định

trong mọi điều kiện sử dụng

- Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều

khiển với lực phanh trên bánh xe

- Với hệ thống phanh dừng phải đảm bảo khả năng giữ cho xe đứng yên trên

dốc trong thời gian dài

- Đảm bảo việc phân bố momen lên các bánh xe phải tuân theo nguyên tắc sử

dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh trong mọi trường hợp

- Dễ bố trí lắp đặt, thuận tiện trong bảo dưỡng sửa chữa.

- Đảm bảo an toàn, tin cậy và độ bền cao.

IV Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên ô tô

1 Cơ cấu phanh:

a Cơ cấu phanh guốc:

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía các lực dẫn động bằng nhau

Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía các lực dẫn động bằng nhau

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riên rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch chuyển như nhau :

Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch

chuyển như nhau

- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía và lực dẫn động bằng nhau :

Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía

- Cơ cấu phanh tự cường hóa :

Cơ cấu phanh tự cường hóa

b Cơ cấu phanh đĩa:

a b

a Phanh đĩa có giá đặt xilanh cố định

b Phanh đĩa có giá đăt xilanh di động 1.Đĩa phanh; 2 Giá đặ phanh; 3.Ống trượt

2 Dẫn động phanh:

a Dẫn động phanh cơ khí :

Dẫn động phanh cơ khí là loại cần, kéo, đòn, cáp và các cơ cấu điều khiển trong

cơ cấu phanh Sử dụng đòn cơ khí hoặc dùng dây cáp để dẫn động

Dẫn động cơ khí có ưu điểm là độ tin cậy cao, nhưng lực phanh tác dụng vàobàn đạp lớn Nên phanh cơ khí chỉ được dùng trong phanh tay

b Dẫn động phanh thủy lực (hệ thống phanh dầu):

Hệ thống phanh dầu 1.Bàn đạp phanh; 2.Trợ lực phanh; 3.Xilanh phanh chính; 4.Càng phanh đĩa;

5.Má phanh đĩa; 6.Đĩa phanh; 7.Phanh trống; 8.Má phanh guốc

Dẫn động thủy lực có ưu điểm là phanh êm dịu, dễ bố trí, có độ nhạy cao Tuynhiên nó cũng có nhược điểm là tỷ số truyền của dẫn động dầu không cao nênkhông thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh

Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực thường được sử dụng trên ôtô du lịchhoặc ôtô tải nhỏ

c Dẫn động phanh khí nén :

.Sơ đồ dẫn động phanh khí nén

Trên sơ đồ là một loại dẫn động phanh khí nén, cụm a) là cụm nguồn cung cấp khínén gồm máy nén khí (1), bộ điều chỉnh áp suất ( 2), bộ lọc và làm khô khí (3), vanchia và van bảo vệ (4), bình chứa khí nén (5), (6) Cụm b) van phân phối (7) Cácđường dẫn khí nén d) và cụm c) là cơ cấu chấp hành

d Dẫn động phanh khí nén – thủy lực:

Để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động thủy lực và khí nén người ta sử dụng hệthống dẫn động phối kết hợp giữa thủy lực và khí nén Loại này được sử dụng trêncác xe tải trung bình

V Lựa chọn phương án thiết kế

Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế môn học được giao.Ta thiết kế hệ thống phanh ô

tô dẫn động phanh bằng khí nén, cơ cấu phanh tang trống cả ở cầu trước và sau

Hệ thống phanh dẫn động khí nén sử dụng năng lượng của khí nén để tiến hànhphanh, người điều khiển không cần mất nhiều lực mà chỉ cần thắng lò xo đàn hồicủa van phanh khí nén để mở đường cấp khí nén từ bình chứa hoặc làm thoát khí ởcác cơ cấu chấp hành Nhờ vậy mà hệ thống phanh khí cho phép điều khiển nhẹnhàng, tuy nhiên trên kết cấu van phanh khí nén còn có các lò xo đàn hồi đóng vaitrò tạo cảm giác bàn đạp cho người điều khiển Hệ thống phanh khí nén còn có

nhược điểm như: hệ thống dẫn động phức tạp, nhiều van điều khiển, kích thướclớn, độ chạm tác dụng của khí nén lớn.

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén

1 Máy nén khí; 2 Bình nắng nước và dầu; 3 Bình nén khí;

4 Van phanh;5,6 Bầu phanh trước, sau;7 Bàn đạp;

8 Đồng hồ đo áp suất; 9 Cam quay; 10 Guốc phanh; 11 Tang trống

Nguyên lý hoạt động:

Máy nén khí cung cấp khí nén được dẫn động từ động cơ sẽ bơm khí nén quabình lắng (2) đến bình chứa khí nén (3) Áp suất được khống chế qua đồng hồ (8).Khi phanh, người lái đạp bàn đạp phanh đồng thời mở đường khí nén từ van phanh(4), khí nén từ bình chứa (3) qua van phân phối (4) đến các bầu phanh (5,6) Màngbầu phanh bị ép qua cơ cấu dẫn động phanh làm cam phanh (9) quay Vấu cam tỳvào đầu guốc phanh, ép guốc phanh sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH

I Xác đinh moment phanh cần thiết

 Bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rbx = .r0

Trong đó  = 0,94 là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp

 rbx = 0,94 514 = 483,16 (mm )

- Tải trọng toàn bộ: Ga = 9525 (kg)

 Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga1 = 2575 (kg)

 Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga2 = 6950 (kg)

- Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: hg = 1100 (mm)

- Chiều dài cơ sở: L = 3800 (mm)

2 Khoảng cách từ tâm cầu trước và sau đến trọng tâm của ô tô:

- Ta có: a =

2

a a

G L

G ; b =

1

a a

G L G

3 Mô men phanh cần thiết ở cầu trước và cầu sau:

- M pct1 và M pct2 được xác định từ hệ phương trình sau:

1207,3 0.55.1100 2772,7 0.55.1100

pct pct

M

A M

Ta có tỉ số A = 0,836 đạt yêu cầu thiết kế: A = 0,5 1 với ô tô tải

II TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH

1 Chọn các kích thước s, h, α 1, α 2

Ta chọn được 1, 2 dựa vào giới hạn của, ( =90o  120o )

cấu phanhBánh trước:

Với bánh sau ta cũng chọn tương tự như bánh trước:

Góc ôm của má phanh s = 110o

Góc đầu của má phanh 1s = 25o

Góc cuối của má phanh 2s = 135o

Đường kính của trống phanh được tính như sau:

dt =( 0 , 8  0 , 85 )r bx =(0,8  0,85).483,16 = 386,53  410,67 (mm)

Vậy chọn đường kính tang trống: dt= 410 (mm)

Suy ra bán kính tang trống:

410 205

t t

d

(mm)Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:

2 2

h

(mm)Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm tuỳ cố định của guốc phanh:

s =

" 170

174 cos12,5o cos12,5o

h

(mm)

dN

dFT

P Y



 C

Áp suất phân bố điều theo chiều rộng má phanh

Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổng quát: qqmax    

Trong đó: qmax là áp suất cực đại trên má phanh

Tích phân biểu thức trên từ 1 đến 2 ta được momen tổng do các guốc phanh

tương ứng tạo ra: Mp = .qmax.b.r2  

Sau khi tìm được qmax bằng cách viết phương trình cân bằng momen đối với điểm quay (C) ta tính được mômen tổng của hai guốc phanh:

Mp = (MP1+ MP2 ) = 1 1

1 1

μ

μ

B A

h P

2 2

μ

μ

B A

h P

Trong đó:

MP1 : mômmen phanh sinh ra ở má phanh trước

MP2 : mômmen phanh sinh ra ở má phanh sau

P1 : lực tác dụng lên guốc trước

P2 : lực tác dụng lên guốc sau

 : Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh, chọn  = 0,35

Xe thiết kế với dẫn động khí nén có các guốc bố trí đối xứng thì:

Cơ cấu phanh trước có P1t = P1s = P1

Cơ cấu phanh sau có P2t = P2s = P2

2 2 2

h A

B A

 2 1

2 1

sin sin 1

t

s B

(N) Lực tác dụng lên má phanh ở cơ cấu phanh sau:

2 2

(N)Vậy lực tác dụng lên guốc phanh ở cơ cấu trước và cơ cấu sau là:

P1 = 13832, 4 (N)

P2 = 16546 (N)

3 Kiểm tra hiện tượng tự siết

Hiện tượng tự siết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần lực dẫn động Lúc này trên phương diện lý thuyết mà nói thì Mp

sẽ tiến đến vô cùng

Ta có: MP1 = A B

h P

A

Thoả mãn với hệ số ma sát khi ta chọn  = 0,35

2

1

2 max 2



 M P   qmax r b t2 

Trong đó: Mp là moment phanh do một má phanh sinh ra

Vì momen phanh yêu cầu sinh ra ở cơ cấu phanh sau lớn hơn cơ cấu phanh trước và hiện tượng tự siết nên ta chỉ cần tính toán tìm b của má phanh trước ở cơ cấu phanh cầu sau Sau đó ta chọn bề rộng các má còn lại như nhau để tiêu chuẩn hoá sản phẩm

2

2

16546.0,34.0,35

4824,7 0,714 0,35.0,874

μ .β

P t

.180

P t

M b

(m)Vậy ta chọn bề rộng của má phanh trước và sau bằng nhau:

bt = bs = b = 120 (mm)

5 Kiểm tra chiều rộng má phanh theo tải trọng

[ ]

(N/m2)

So với điều kiện thỏa mãn Vậy chọn b = 120 (mm)

6 Tính công ma sát riêng

Công ma sát riêng Lms bằng tỉ số giữa công ma sát sinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ

trung bình đến khi dừng và tổng diện tích F của tất cả các má phanh Ta có công

thức tính công ma sát riêng :

2

2

a a ms

G V L

gF



(KG/m) Với Va là vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh, chọn Va = 60 (km/h) = 16,66 (m/s)

7 Kiểm tra sự tăng nhiệt của tang trống

Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh

và một phần thoát ra ngoài không khí Sự tăng nhiệt ở trống phanh là:

G V t

Máy nén khí được chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau:

- Nạp nhanh các bình chứa sau khi khởi động động cơ

- Giữ được áp suất trong hệ thống gần với áp suất tính toán khi phanh liên tục

Trên thực tế máy nén khí chỉ làm việc khoảng 10 ÷ 20% thời gian làm việc củaôtô, khi các bình chứa được nạp đầy thì máy nén khí chuyển sang chế độ chạykhông tải

Các thông số kỹ thuật của máy nén khí:

Chọn máy nén khí loại piston hai xy lanh có các thông số sau:

- Số lượng xilanh: i = 2 đặt thẳng hàng

- Đường kính xilanh: d = 52 mm

- Hành trình piston: S = 38 mm

- Số vòng quay của máy nén khí: n = 1700 v/p

- Tỷ số truyền của đai: itđ = 2

- Hiệu suất truyền khí của máy nén khí  = 0,6

Năng suất của máy nén khí (lưu lượng):

Xe thiết kế sử dụng 4 bình khí nén, dung tích mỗi bình 140 lít

Vậy tổng lượng khí nén trong các bình là: 4 x 140 = 560 (l)

Năng suất của máy nén khí được tính theo công thức kinh nghiệm sau:

(l/ph) Kết luận: Sau 4 phút máy nén nạp được: 4 x 164,5 = 658 (l), khí nén đảm bảo nạp đầy tất cả các bình chứa

2 Van phân phối dẫn động hai dòng

Van phân phối dùng để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp hoặc ngừng cung cấpkhí nén) theo yêu cầu của người lái Van phân phối là bộ phận rất quan trọng củatruyền động phanh bằng khí Nó đảm bảo độ nhạy của truyền động quá trình phanhđược tốt.

Sơ đồ nguyên lý làm việc của van phân phối

Van phân phối

1:đòn mở; 2:Vít chỉnh; 3:Chụp cao su; 4:Chốt; 5:Con lăn; 6:Cốc ép; 7:Nắp; 8:Đai ốc; 9:Bích chặn; 10,16,20,27:Phớt làm kín; 11:Bulông điều chỉnh; 12:Lò xo piston tuỳ động; 13,24:Lò xo van; 14,19:Tấm bạc lót; 15:Piston nhỏ; 17:Van dưới; 18:Ty đẩy piston nhỏ; 21:Cửa xả; 22:Vòng hãm; 23:Vỏ van xả; 25:Vỏ ngăn dưới;26:Lò xo piston nhỏ;28:Piston lớn; 29:ống van; 30:Piston tuỳ

21

1

2

3 4

5 6

8 7

9 10 11 12

14

16

17 18 19

33

31 30

29 28 27

26 25

24 23 22

I V

A

động; 31:Phần tử đàn hồi; 32:Vỏ ngăn trên ; 33:Mặt bích; I,II: Cửa vào từ bình

khí; III,IV: cửa ra các bầu phanh.

Nguyên lý hoạt động của van phân phối dẫn động hai dòng:

Để tăng tính an toàn cho hệ thống phanh thì đối với dẫn động khí nén ta sử dụng loại van phân phối dẫn động hai dòng Có nghĩa là có hai dòng khí dẫn động từ bình chứa khí qua van phân phối đến các bầu phanh bánh xe

Van có hai ngăn được gọi là ngăn trên và ngăn dưới trong mỗi ngăn đều có các vannạp và van xả và các piston điều khiển

Khi chưa phanh lò xo 13 và 24 giữ cho van của ngăn trên và ngăn dưới đóng cửa nạp nên khí nén từ bình khí tới các cửa I,II bị chặn lại và thường trực ở đó Khi phanh đòn mở 1 quay quanh chốt cố định ép con lăn 5 tì lên cốc ép 6 làm cốc ép 6

đi xuống Khi đã khắc phục xong khe hở tự do giữa cốc ép và bích chặn 9 thì bích chặn ép phần tử đàn hồi 31 tì vào piston tuỳ động 30 làm piston đi xuống Khi đế van xả ( nằm trên piston tuỳ động) đi hết khe hở giữa nó với nắp van thì van xả đóng lại và van nạp trên bắt đầu mở Khi đó ở ngăn trên khí nén từ cửa II qua van nạp ngăn trên thông sang của III để dẫn đến các bầu phanh bánh xe Đồng thời với quá trình này do ở cửa III có một lỗ A thông với khoang B ( Phía trên piston lớn 28) nên một dòng khí có áp suất sẽ tác dụng nên mặt trên của piston lớn 28 làm nó đẩy piston nhỏ đi xuống Khi khe hở giữa đế van xả và nắp van được khắc phục thìvan nạp dưới bắt đầu được mở ra Khi khe hở giữa đế van xả và nắp van được khắcphục thì van nạp dưới bắt đầu mở ra Khí nén từ của I qua van nạp ngăn dưới thôngsang cửa IV để dẫn đến các bầu phanh bánh xe Như vậy cơ cấu cơ khí trực tiếp điều khiển van nạp của ngăn trên còn van nạp ngăn dưới là do khí nén điều khiển sau khi van nạp ngăn trên đã mở Như vậy có nghĩa là dòng nối với ngăn trên sẽ cótác dụng trước so với dòng nối với ngăn dưới Vì vậy dòng nối với ngăn trên

thường được dẫn tới các bầu phanh của bánh xe phía sau nhằm mục đích giữ ổn định cho ôtô khi phanh

Khi thôi phanh dưới tác dụng của các lò xo hồi vị cốc ép 6, bích chặn 9 piston tuỳ động 30 sẽ đi lên Van nạp trên được đóng lại và van xả trên mở ra Khí nén từ bình chứa khí cung cấp còn khí nén từ các bầu phanh sẽ từ cửa III qua cửa xả theo đường thoát ra ngoài Còn ngăn dưới do khoang B mất áp suất nên piston lớn 28 vàpiston nhỏ 15 bị lò xo hồi vị 26 đẩy về vị trí phía trên Van nạp ngăn dưới được đóng lại và van xả ngăn dưới được mở ra, ngắt khí nén từ bình chứa khí và thoát khí nén từ bầu phanh theo đường thoát ra ngoài