Thiết kế hệ thống phanh xe minibus tham khảo xe Toyota Hiace 16 chỗ( kèm bản vẽ)

148 1.1.3.3 Xây dựng họa đồ lực phanh: Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trớc và sau thì các lực tác động bằng nhau: P

Ch¬ng III thiÕt kÕ tÝnh to¸n hÖ thèng phanh

31

-Phần i: Thiết kế hệ thống phanh

1 tính toán hệ thống phanh:

1.1 tính toán cơ cấu phanh sau:

1.1.1 Xác định mô men cần có ở các cơ cấu phanh:

8 , 0 6 1

.

a g

h J

a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trớc:

25 , 4 ) 0 , 93 325 ( )

2

16 75 , 0 195

14,1.3000

L

b G

1400( )

45,2

31,1.3000

L

a G

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

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

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

.0,6.0,325 195,2 ( )

2

1400.43,1

Góc δ (góc tạo bởi trục ox với đờng đi qua tâm O với điểm đặt lực):

33

2 1

0

2 1

2 sin 2

sin 2

2 cos 2

cos

ββ

β

ββ

0

2 1

sincos

2sin

coscos

2

ββ

ββ

ββ

ββ

ρ

+

−+

' 0

' 1

' 2 ' '

0 1

ββββ

.2sin2.2

130.2cos15

.2cos

°

−

°+

130 cos 15

cos 130 2

2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

=ρ

b M¸ sau:

'' 0

'' 1

'' 2

'' 0

'' 1

ββββ

β

rad

125.2sin15.2sin92,1.2

125.2cos15

.2cos

°

−

°+

125 cos 15

cos 130 2

2 2

°

° +

°

−

° +

°

−

°

=ρ

1.1.3 Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp họa đồ:

1.1.3.1 Xác định góc ϕở các cơ cấu phanh:

Khi đã chọn trớc thông các số kết cấu (β1, β2, β0, r1) chúng ta tính đợc góc

δ và bán kính ρ.Do đó ta xác định đợc hớng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hớng vào tâm 0)

Gọi R là lực tổng hợp của hai lực N và T

Góc ϕ đợc xác định nh sau: tg T

N

ϕ = =à.Với μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thờng μ = 0,3 Nh thế

, 0 1

3 , 0 150

, 0 1

3 , 0 148

1.1.3.3 Xây dựng họa đồ lực phanh:

Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trớc và sau thì các lực tác động bằng nhau:

Pt = Ps = PHọa đồ đợc xây dựng cho từng guốc phanh

 Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỉ lệ, vẽ các lực P

 Tính góc δ và bán kính ρ, từ đó xác định điểm đặt của lực R

 Tính gócϕvà vẽ phơng của lực R Kéo dài phơng của Rt và P cắt nhau tại O’, kéo dài phơng của P và Rs cắt nhau tại O’’

 Để xác định phơng của U cần lu ý rằng, ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0: P+R+U =0

 Vì vậy 3 lực này phải tạo thành 1 tam giác khép kín Tức là, nếu kéo dài 3 lực này thì chúng phải cắt nhau tại 1 điểm, đó chính là các điểm O’

và O’’ Để xác định phơng của các lực U chỉ cần nối O’ với O1 và O’’ với O2

 Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngợc chiều

Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các

đờng song song với các lực R và U đã có trên họa đồ

3,104''

'' '

' ''

0 '' ' 0 '

R k R

M r

R r

)(22,1722

''

'

KG R

KG R

Trên họa đồ ta đo đợc giá trị của R’ = 104,3 vậy ta có tỷ lệ xích:

16,5(KG / mm)

3,104

22,1722

1.1.4 Kiểm tra hiện tợng tự xiết:

1.1.4.1 Đối với guốc trớc của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P và

M p có dạng:

( t t) t

t p

c

a c

P M

àρδ

àδ

α

àρ

−+

+

=

sincos

cos

Biểu thức trên cho thấy, nếu: c(cosδt +àsinδt)−àρt =0 thì M p →∞

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trớc sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tợng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tợng

⇒

0

213 , 2

28 , 98

03894 ,

0 03947 ,

0

'' '

'' '

R R

R R

3 , 11

'

0 '

mm

ρδ

3,11sin.100150

3,11cos.100

1.1.4.2 Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:

Từ họa đồ ta có thể thấy ρs −csinδs >0 trong mọi trờng hợp vì vậy:

s

ccosδ +à ρ"−sinδ > 0Vậy là với guốc sau không bao giờ có hiện tợng tự xiết

1.2 Tính toán cơ cấu phanh trớc:

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay đợc xác định

t c

c

sincos

r tb

R1, R2 là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát Theo xe tham khao ta có:

R1 = 80(mm); R2 = 130(mm)

Do đó:

3098,4( )

105,0.3,0.2

2,195

m

M Q

Mặt khác: Q p d n

4

2 0

4 , 3098 4

.

4

0

mm cm

n p

Q

π

1.3 Xác định các kích thớc má phanh:

1.3.1 Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn

bộ động năng của ôtô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh nh sau:

Khi phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc V0 cho tới khi dừng hẳn (V=0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thể đợc coi là đã chuyển thanh công

ma sát L tại các cơ cấu phanh:

[ ]L

F g

V G

∑ 2

2 0

Với:

G = 3000 (KG) là trọng lợng ôtô khi đầy tải;

V0= 50 (km/h) = 13,89 (m/s) là tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh

Gäi tæng diÖn tÝch c¸c m¸ phanh lµ F∑ ta cã:

a Víi c¬ cÊu phanh sau:

1 0

1

m

i t i i

(2180

2

1

2 2 0

2 1

41

1 Với cơ cấu phanh trớc:

áp suất trên bề mặt má phanh đợc giới hạn bởi sức bền của vật liệu:

[ ] 1,5 2,0( / )

2 0

2

' ' 1 0

2

'

r b

r R r

b

M q

t s t

s

=

βà

βà

180

14 , 3 115 13

, 0 05 , 0 3 , 0

03947 , 0 22 ,

2

m MN m

Vậy áp suất trên bề mặt má phanh nằm trong giới hạn cho phép

2 Với cơ cấu phanh sau:

áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh

Lực ép má phanh là:

1549 , 2 ( )

2

4 , 3098

2 ,

m MN cm

KG F

P

1.4 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh:

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:

0

2 2

2 1

2

)(

≤

−

=

c m g

V V G t

m - Khối lợng trống phanh và các chi tiết bị nung nóng

c - Nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang

c = 500(J/kg.độ) = 50(KGm/kg.độ) Suy ra:

50.81,9.15.2

)033,8(300

.15.2

V V G

-Nhiệm vụ của quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực bao gồm việc xác định các thông số cơ bản của nó: đờng kính xi lanh công tác, đờng kính xi lanh chính, tỉ số truyền dẫn động.

2.1 Đờng kính xi lanh công tác:

Đờng kính xi lanh công tác của bánh sau d đợc tính trên cơ sở lực P đã

đợc xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

i p

P d

4

π

=

Với: P – lực ép của xi lanh phanh lên guốc phanh, P = 511,5 (KG)

pi - áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn pi = 7 (MPa);

).

( 30 ) ( 3 70 14 , 3

5 , 511 4

mm cm

π

η =Trong đó:

- Qbđ - Lực sinh ra tại bàn đạp.Chọn Qbđ = 70(KG)

- η - Hiệu suất truyền động thủy lực, η= 0,92.

- l,l’ - Cánh tay đòn của dẫn động bàn đạp Theo xe tham khảo

50

300

' =

l l

70.4

'

.4

mm cm

l

l p

Q D

i

π

2.3 Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh:

Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh ở các cơ cấu phanh sau (x2) đợc xác định nh sau:

ở đây: δ0- khe hở trung bình giữa má và tang trống ≈ 0,25(mm)

λ - độ mòn đờng kính cho phép của má phanh

x = + δ +0 λ

2

2

( )( ) 5,13( )

100

125,01001052

Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng

đ-ợc tính trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ

sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xilanh chính

Đối với ôtô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình bàn đạp

đợc tính theo công thức:

')

.2

2 2

2 1 0

2 1

l

l D

d x d x

S bd = δ + + ηbTrong đó:

30 13 , 5 53 1 2 5 ,

2 2

áp suất trung bình của xéc măng không đẳng áp:

Nếu bỏ qua lực tác dụng lên piston của áp suất dầu d trong xi lanh bánh xe

và lực đẩy của lò xo trong xi lanh ta có phơng trình cân bằng lực quanh điểm O:

02

lx ms

-Do đó diện tích bề mặt xec măng là:

2 5

5, 4

0,00038( ) 0, 2.0, 6.10

ms tb

3.1 Tính toán guốc phanh:

Guốc phanh thờng đợc làm theo hình chữ T.

a. Tính kích thớc đến trọng tâm G:

b

1

3 2

R1’ R3

2 1

1 2

1 F F

F Y

Tính bán kính đờng trung hòa:

'' 2

2 1

1

2 1

R

F R

F

F F

-Ta áp dụng phơng pháp tính gần đúng vì tính toán chính xác guốc phanh rất phức tạp Để xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh ta phải vẽ

đợc biểu đồ nội lực Đặt các giá trị lực P, U1, R1 vào guốc phanh Tại điểm đặt lực tổng hợp R1 ta phân tích thành hai thành phần lực N1 và T1 Coi lực phân

bố đều trên guốc phanh ta tính đợc các lực NX, TX đặt tại góc β/2 Tại chốt quay của chốt phanh ta cũng phân tích lực lực tổng hợp U1 ra hai thành phần lực UY1 và UX1 sau đó tại điểm đặt lực R1 ta cắt guốc phanh thành hai nửa thay vào mặt cắt đó lực hớng tâm NZ1 và QY1, MU1 ở nửa dới là các lực NZ2và QY2,

a – khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực P, a = 105 (mm)

φ’

ϕ

Trong đó:

U1Y = U’.sin120 = 17209,5 sin120 ≈ 3578 (N)

U1X = U’.cos120 = 17209,5 cos120 ≈ 16833,4 (N) Tại điểm B:

δ = 60 ; α0 + β0= 790

⇒ NZ2 = - 3578cos6 - 16833,4sin6 º º ≈ - 5318 (N)

⇒ QY2 = 3578sin6 - 16833,4 cos6 º º ≈ - 16367,2 (N)

⇒ MU2 = - 16833,4 ì0,1sin790 + 3578 ì0,1 (1 – cos790) ≈ -1362,9 (Nm)

Tại điểm C: β = 0 ; C = 0º

⇒ NZ2 = - 16833,4 sin6 - 3578cos6 º º ≈ - 5318 (N)

⇒ QY2 = - 16833,4 cos6 + 3578sin6 º º ≈ - 16367,2 (N) ⇒ MU2 = 0

Sau khi tính đợc các giá trị trên ta lập bảng sau:

(α0 + β0)

-NZ2 = - 5318 (N) ; QY2 = - 16367,2 (N) ; MU2 = -1362,9 (Nm).

3 Xét tại điểm (2): Điểm có khả năng gãy nhiều nhất:

R2 = 122 (mm) = 12,2 (cm)

ứng suất do QY2 và MU gây ra đợc tính toán nh sau:

Với: F - diện tích của tiết diện tính toán:

F = F1 + F2 = 300 + 240 = 540 (mm2) = 5,4 (cm2)

Rth- bán kính đờng trung hòa, Rth = 11,7 (cm)

Ri- bán kính tại điểm đang xét, Ri = R2 = 12,2 (cm)

Wu: Mômen chống uốn của vật liệu

max

x u

J W

S N

X

X X

SX - mômen tĩnh phần bị cắt đối với trục quán tính trung tâm,

jX - mômen quán tính của tiết diện, jX = 38,6 (cm4)

Xác định mômen tĩnh tại tiết diện cắt SX:

∫

=

Fc

X YdF S

M – m«men phanh do guèc phanh tríc sinh ra, M'p= 68 (KGm).

µ - hÖ sè ma s¸t gi÷a m¸ phanh vµ trèng phanh, µ = 0,3

= 2 2 2 1 '22

''

'

r

b a

b

qa n

σøng suÊt tiÕp tuyÕn tÝnh theo:

'

r

b a

b

qa t

σVíi:

a’ – b¸n kÝnh trong cña trèng, a’ = 130 (mm) = 13 (cm)

Đờng ống dẫn động phanh chịu áp suất khá lớn tới 100 (KG/cm2).

Khí tính có thể coi đờng ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn

p R

kG cm s

-Hiện nay trên các ôtô hiện đại ngời ta thiết kế cải tiến nhiều hệ thống điều khiển, để giảm nhẹ cờng độ lao động cho ngời lái, để ngời lái ít mắc những sai phạm kỹ thuật, đảm bảo đợc an toàn chuyển động, ít xẩy ra tai nạn giao thông

nh thiết kế cờng hoá lái cờng hoá phanh, bộ chống hãm cứng bánh xe Thiết

kế bộ cờng hoá phanh để ngời lái đỡ mệt là rất cần thiết

Bộ cờng hoá lực phanh có thể thực hiên theo các phơng án sau:

1.1 Phơng án 1:

Trợ lực chân không:

Đặc điểm: Sử dụng ngay độ chân không ở đờng ống nạp của động cơ, đa

độ chân không này vào khoang A của bộ trợ lực, còn khoang B khi phanh đợc thông với khí trời

Nguyên lý làm việc:

Khi không phanh cần đẩy 9 dịch chuyển sang phải kéo van khí 6 và van

điều khiển 7 sang phải, van khí tì sát van điều khiển đóng đờng thông với khí

Hình 4.1 Sơ đồ bộ trợ lực chân không.

1 Piston xilanh chính , 2 Vòi chân không, 4 Màng chân không, 5 Van chân không 6

Van khí, 7 Van điều khiển, 8 Lọc khí, 9 Thanh đẩy , 10 Bàn đạp, 11 Lò xo.

trời, lúc này buồng A thông với buồng B qua hai cửa E và F và thông với đờng ống nạp Không có sự chênh lệch áp suất ở 2 buồng A, B, bầu trợ lực không làm việc.

Khi phanh dới tác dụng của lực bàn đạp, cần đẩy 9 dịch chuyển sang trái

đẩy các van khí 6 và van điều khiển 7 sang trái Van điều khiển tì sát van chân không thì dừng lại còn van khí tiếp tục di chuyển tách rời van điều khiển Lúc

đó đờng thông giữa cửa E và F đợc đóng lại và mở đờng khí trời thông với lỗ

F, khi đó áp suất của buồng B bằng áp suất khí trời, còn áp suất buồng A bằng

áp suất đờng ống nạp (= 0,5 KG/cm2) Do đó giữa buồng A và buồng B có sự chênh áp suất (= 0,5 KG/cm2) Do sự chênh lệch áp suất này mà màng trợ lực dịch chuyển sang trái tác dụng lên pittông 1 một lực cùng chiều với lực bàn

đạp của ngời lái và ép dầu tới các xi lanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh

Nếu giữ chân phanh thì cần đẩy 9 và van khí 6 sẽ dừng lại còn piston 1 tiếp tục di chuyển sang trái do chênh áp Van điều khiển 7 vẫn tiếp xúc với van chân không 5 nhờ lò xo nhng di chuyển cùng piston 1, đờng thông giữa lỗ

E, F vẫn bị bịt kín Do van điều khiển 7 tiếp xúc với van khí 6 nên không khí

bị ngăn không cho vào buồng B Vì thế piston không dịch 1 chuyển nữa và giữ nguyên lực phanh hiện tại

Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo 11 kéo đòn bàn đạp phanh về vị trí ban đầu, lúc đó van 6 bên phải đợc mở ra thông giữa buồng A và buồng B qua cửa E và

F, khi đó hệ thống phanh ở trạng thái không làm việc

Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi

động cơ làm việc mà không ảnh hởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo đợc trọng tải chuyên chở và tốc độ khi ôtô chuyển động

Nhợc điểm:

Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm2, áp suất khí trời là 1KG/cm2,

do đó độ chênh áp giữa hai buồng của bộ trợ lực không lớn Muốn có lực trợ

61

-lực lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thớc của bộ trợ -lực tăng lên Phơng án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại loại xe du lịch, xe vận tải,

Khi cha phanh van không khí 7 đợc đóng lại, van điều khiển 8 mở ra nhờ

lò xo côn 8' đẩy màng 9 mang theo pittông phản hồi 10 đi xuống Buồng III thông với buồng II và buồng IIa qua ống 15 Nh vậy áp suất buồng IIa, IIb bằng nhau và bằng áp suất chân không ở họng hút của đờng ống nạp

Hình 4.2 Sơ đồ bộ trợ lực chân không kết hợp với thủy lực.

1 Xi lanh chính, 2 Cổ hút động cơ , 3 van một chiều , 4 Màng trợ lực , 5 Vỏ trợ lực , 6

lọc khí , 7 Van không khí , 8 Van điều khiển , 8' Lò xo côn , 9 Van màng , 10 Piston

phản hồi ,11 Piston xilanh trợ lực , 12 Van bi , 13 Vỏ xi lanh trợ lực , 14 Xi lanh bánh

xe , 15 Đờng ống nối

bđ

a

4 2 5

1 14 3

10 11

8 9 15

7 8' 6

13 12

Khi phanh ngời lái tác dụng lên bàn đạp phanh một lực cần thiết qua hệ thống đòn, đẩy pittông ở xi lanh chính đi, áp suất phía sau piston xilanh 1 tăng lên qua ống dẫn dầu lên xilanh của bộ trợ lực, qua van bi 12 mở dầu đi đến xilanh bánh xe khắc phục khe hở giữa trống phanh và má phanh Đồng thời áp suất này tác dụng piston 11 và tác dụng lên piston phản hồi 10 Khi áp suất dầu đạt khoảng 1,3 Mpa sẽ đẩy piston phản hồi 10 thắng đợc lực lò xo côn 8'

và đi lên, nó mở van không khí 7 ra và đóng van điều khiển 8 lại Lúc này áp suất khí trời là 1 KG/cm2 đi vào ống 15 để vào buồng IIa, còn buồng IIb vẫn là buồng chân không Do sự chênh áp ở buồng IIa và buồng IIb, piston màng 4 dịch chuyển sang phải qua thanh đẩy, đẩy piston 11 của bộ trợ lực đi sang phải, áp suất sau piston này đợc tăng lên và dẫn đến các xi lanh bánh xe để tiến hành đẩy các má phanh ra tiếp xúc với trống phanh để hãm bánh xe lại.Khi dừng chân phanh ở vị trí nào đó, piston 11 sẽ tiếp tục dịch chuyển một chút sang phải vì màng trợ lực 4 còn tiếp tục bị uốn Do vậy mà ở khoang dới piston phản hồi 10, áp suất sẽ giảm bớt và màng van 9 sẽ hạ xuống cùng pison phản hồi 10 cho đến khi van không khí đóng lại trong khi van điều khiển vẫn

đóng Độ chênh áp giữa 2 khoang IIa và IIb không đổi, màng 4 và piston 11 không dịch chuyển nữa, áp suất dầu trong đờng ống giữ giá trị không đổi, mômen phanh ở các bánh xe giữ nguyên giá trị

Khi nhả bàn đạp phanh lò xo ở bàn đạp kéo bàn đạp về vị trí ban đầu, lò

xo hồi vị màng trợ lực đẩy piston 11 của xi lanh chính về vị trí cũ, lò xo côn 8'

đẩy piston của bộ trợ lực về vị trí cũ, van 8 mở ra, van không khí 7 đóng lại,

áp suất buồng IIa, IIb lại bằng nhau và bằng áp suất chân không (0,5 kG/cm2)

ở các bánh xe thì các lò xo kéo má phanh về vị ban đầu để nhả má phanh tách

ra khỏi trống phanh

Ưu điểm: Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp

Bảo đảm đợc quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh

Nhợc điểm: Kết cấu phức tạp, phải cần thêm xilanh thuỷ lực.

63