Tính toán và thiết kế cơ cấu phanh trên xe THACO FOTON 1.5 TẤN

1.2 HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN1.2.1 Giới thiệu Phanh khí được sử dụng trên xe vận tải có tải trọng lớn nguyên lý làm việc của nó là sử dụng năng lượng của không khí nén để tiến hành

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước ta đang phát triển với tốc độ ngày càng mạnh mẽ và yêu cầu về cơ khí hoá ngày càng phát triển Trong đó, việc sử dụng các phương tiện vận tải là một nhu cầu không thể thiếu được, góp phần thúc đẩy sự phát triển chung của Đất nước

Trong hệ thống giao thong vận tải của chúng ta nghành giao thông đường bộ đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lượng hang và người được vận chuyển trong nội đại bằng ôtô

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành ôtô ngày càng phát triển hơn Khởi đầu từ những chiếc ôtô thô sơ hiện nay ngành công nghiệp ôtô đã có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người Những chiếc ôtô hiện nay càng trở lên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn để theo kịp xu thế của thời đại

Song song với việc phát triển ngành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe càng trở lên cần thiết Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như:

cơ cấu phanh ,dây đai an toàn , túi khí… trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất Cho lên khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao nhất, để giúp nâng cao năng suất vận chuyển người và hàng hóa

Đồ án này có nhiệm vụ “ Tính toán và thiết kế cơ cấu phanh trên xe THACO FOTON 1.5 TẤN” Sau quá trình làm việc, nghiên cứu cùng với sự hướng dẫn nhiệt tình

của Thầy giáo: Nguyễn Văn Tuân, đến nay đồ án của em đã được hoàn thành Tuy nhiên

do điều kiện thời gian và kiến thức lý thuyết cũng như thực tế còn hạn chế cho nên trong quá trình tính toán thiết kế không tránh khỏi những nhược điểm Em rất mong được sự chỉ bảo tận tình của các Thầy để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo trong bộ môn ô tô và Thầy giáo Nguyễn Văn Tuân đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành thiết kế môn học của mình.

NHẬN XÉT

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHANH 1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu.

1.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh dùng để làm dừng hẳn sự chuyển động của Ôtô hoặc làm giảm bớt tốc

độ của ôtô khi đang chuyển động, ngoài ra còn để giữ cho ôtô dừng được trên đường có độ dốc nhất định, chất lượng của hệ thống phanh có ảnh hưởng tất lớn tới tốc độ chuyển động trung bình của ôtô Hệ thống hãm ôtô sẽ đảm bảo cho sự chuyển động an toàn của ôtô tránh được những tai nạn xẩy ra trên đường

1.1.2 Phân loại

- Phân theo tính chất điều khiển chia ra: Phanh chân và phanh tay

- Phân theo vị trí đặt cơ cấu phanh mà chia ra: Phanh ở bánh xe và phanh ở trục truyền động (sau hộp số)

- Phân theo kết cấu của cơ cấu phanh có: Phanh guốc, phanh đai, phanh đĩa

- Phân theo phương thức dẫn động có: dẫn động phanh bằng cơ khí, chất lỏng, khí nén, hoặc liên hợp

1.1.3 Yêu cầu

Hệ thống phanh là một bộ phận quan trọng của ôtô đảm nhận chức năng "an toàn chủ động" vì vậy hệ thống phanh phải thoả mãn các yêu cầu sau đây:

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe trong mọi trường hợp là:

+Quãng đường phanh ngắn

+Thời gian phanh ít nhất

+Gia tốc chậm dần ổn định trong quá trình phanh

- Hoạt động êm dịu để đảm bảo sự ổn định của xe ôtô khi phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng để giảm cường độ lao động của người lái

- Có độ nhậy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm

- Đảm bảo việc phân bố Mômen phanh trên các bánh xe phải tuân theo nguyên tắc sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với mọi cường độ

- Cơ cấu phanh không có hiện tượng tự xiết

- Cơ cấu phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt

- Có hệ số ma sát cao và ổn định

- Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh và lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh

- Hệ thống phải có độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ cao

- Bố trí hợp lý để dễ dàng điều chỉnh chăm sóc và bảo dưỡng

Do yêu cầu của đồ án là tính toán thiết kế cơ cấu phanh trên xe THACO FOTON (1.5 Tấn) Mà hệ thống phanh trên xe là phanh khí nén lên Em xin giới thiệu qua về hệ thống phanh khí nén

1.2 HỆ THỐNG PHANH DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN

1.2.1 Giới thiệu

Phanh khí được sử dụng trên xe vận tải có tải trọng lớn nguyên lý làm việc của nó là

sử dụng năng lượng của không khí nén để tiến hành phanh Hệ thống phanh khí có ưu điểm

là tạo ra lực phanh lớn, điều khiển nhẹ nhàng, có thể dùng không khí nén vào các mục đích khác như bơm hơi bánh xe, truyền động cho bộ phận gạt nước trên kính Đối với phanh khí nén, điều tài tình nhất là nếu toàn bộ khí bị rò rỉ ra ngoài thì cơ cấu phanh dừng sẽ được kích hoạt tự động để hãm phanh lại Tuy nhiên hệ thống phanh khí tồn tại những nhược điểm như: khi có sự rò rỉ khí nén do các mối ghép không kín thì việc phục hồi khả năng phanh là khá lâu; kém an toàn, thời gian chậm tác động lớn do không khí chịu nén, kết cấu phức tạp thể hiện ở số lượng chi tiết nhiều, kích cỡ lớn Ngoài ra hệ thống phanh khí do có sử dụng máy nén khí dẫn đến tiêu hao một phần công suất của động cơ để dẫn động máy nén khí

Kết cấu của hệ thống phanh khí gồm có cơ cấu phanh và bộ phận dẫn động phanh Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra sức cản chuyển động của ô tô Còn bộ phận dẫn động phanh thì làm nhiệm vụ truyền năng lượng cho cơ cấu phanh và điều khiển cơ cấu phanh trong qúa trình phanh

1.2.2 Cấu tạo của hệ thống phanh khí nén

Máy nén khí (ari compressor): nén và bơm khí tới các bình chứa để sẵn sàng sử dụng.Van điều áp của máy nén khí (air compressor govenor): điều khiển thời điểm bơm khí của máy nén vào các bình chứa để đảm bảo thể tích khí đủ tiêu chuẩn

Van điều áp của máy nén khí (air compressor governor): điều khiển thời điểm bơm khí của máy nén vào các bình chứa để đảm bảo thể tích khí đủ tiêu chuẩn

Các bình chứa (air reservoir tanks): chứa khí nén cho toàn hệ thống

Các van xả hơi nước (drain valves): nằm phía dưới thân các bình chứa, dùng để xả hơi nước lẫn trong khí nén

Tổng van phanh (foot valve): khi nhận một bình hình trụ có nhiệm vụ tạo lực đẩy lên đòn điều chỉnh khe hở má phanh thông qua một cần đẩy để quay cơ cấu cam phanh xe

Cần đẩy (push rod): một thanh nối bằng thép hoạt động tương tự như một pit-tông nối giữa bầu phanh với đòn điều chỉnh khe hở má phanh

Đòn điều chỉnh khe hở má phanh (slack adjusters): một tay đòn nối cần đẩy với cơ cấu cam kiểu chữ S để điều chỉnh khe hở giữa guốc phanh và tang phanh.

Cam kiểu chữ S (brake-cam): cơ cấu cam kiểu chữ S ép các guốc phanh vào sát tang phanh để phanh xe

Guốc phanh (brake shoes): các kim loại được phủ một lớp vỏ đặc biệt nhằm tạo ra ma sát với tang phanh

Lò xo hồi vị (retum spring): một lò xo cứng được nối với các guốc phanh ở mỗi bánh

xe nhằm giữ các guốc ở vị trí không phanh khi không bị ép bởi cơ cấu cam

Hình 1.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh khí nén

1.2.3 Cơ cấu phanh tang trống

7

Cơ cấu phanh trống gồm có trống phanh quay cùng với các bánh xe, các guốc phanh lắp với phần không quay là mâm phanh, trên guốc có lắp các má phanh, một đầu của guốc phanh quay quanh chốt tựa, đầu còn lại tỳ vào piston của xilanh công tác nếu là dẫn động thuỷ lực, hoặc là cam ép nếu là dẫn động khí nén Trong trường hợp dẫn động thuỷ lực áp suất chất lỏng trong xilanh tác dụng lên các piston và đẩy các guốc phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh Đối với dẫn động khí nén, áp suất khí tạo nên lực trên ty đẩy và thông qua đòn dẫn động làm quay cam đẩy các guốc phanh ép vào tang trống Khe hở giữa các guốc phanh được điều chỉnh thường xuyên trong quá trình sử dụng Các cơ cấu điều chỉnh sử dụng hiện nay rất phong phú, trong đó có các phương pháp điều chỉnh tự động.Phanh trống có nhiều loại khác nhau tuỳ thuộc vào sự kết hợp của hai guốc phanh và mục đích sử dụng.

Cơ cấu phanh đối xứng qua trục: Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này bao gồm

một mâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu Trên mâm phanh có lắp hai chốt cố định để lắp ráp đầu dưới của hai guốc phanh Hai chốt cố định này có thể có bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh phía dưới Đầu trên của hai guốc phanh được lò xo guốc phanh kéo vào ép sát với cam ép hoặc với piston xilanh Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng trục cam ép hoặc bằng hai cam lệch tâm Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát Các tấm này có thể dài liên tục hoặc phân thành một số đoạn

Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm: Trên mâm phanh bố trí guốc phanh, hai xilanh

bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng nhau qua tâm Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và cũng có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh và trống phanh Một phía củaguốc phanh luôn tì vào piston của xilanh bánh xe nhờ lò xo guốc phanh Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bởi cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở lắp trong piston của xilanh bánh xe

Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thuỷ lực và được bố trí ở cầu trước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ Bố trí sao cho khi ôtô chuyển động tiến thì cả hai guốc phanh đều là guốc xiết còn khi lùi lại trở thành hai guốc nhả Như vậy hiệu quả phanh khi tiến thì lớn còn khi lùi thì nhỏ tuy nhiên thời gian lùi ôtô rất ít và tốc độ rất chậm nên không cần lực phanh hay mômen phanh lớn

Cơ cấu phanh tự cường hoá: Cơ cấu phanh tự cường hoá có hai guốc tựa trên hai

xilanh công tác, khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai làm tăng hiệu quả phanh vì lực ép từ dầu có áp suất đẩy cả hai đầu ép sát vào tang trống Tuy nhiên do sử dụng hai xilanh công tác và piston có khả năng tự dịch chuyển lên piston này có khả năng ảnh hưởng đến piston bên kia Kết cấu phanh dễ gây lên dao động mômen phanh ảnh hưởng xấu đến chất lượng ổn định chuyển động

4 Loại phanh tự cường hóa kép.

Xilanh phanh

Chốt cố định

Xilanh phanh

Xilanh phanh

Xilanh phanh

Xilanh phanh

Xilanh điều chỉnh

Xilanh điều chỉnh

1.2.3.2 Các chi tiết của cơ cấu

Trống phanh: là chi tiết quay và chịu lực ép của guốc phanh từ trong ra vì vậy trống

phanh cần có độ bền cao, ít bị biến dạng, cân bằng tốt và dễ truyền nhiệt Bề mặt làm việc có

trống phanh chế tạo bằng gang xám có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt Tuy nhiên gang có nhược điểm là khá nặng,

chế tạo từ các thành phần hỗn hợp với phần vành và bề mặt ma sát bằng gang, phần ở giữa bằng thép dập

Hình 1.4: Cấu tạo cơ cấu phanh tang

trống

1 Trống phanh hỗn hợp

2 Trống phanh gang

3 Trống phanh hợp kim

nhôm, guốc phanh có nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau theo độ cong và chiều rộng

Ngoài ra guốc phanh còn có hình dạng gân và cách bố trí các lỗ khác nhau Các kiểu đa dạng của guốc phanh được nhận dạng bằng các số hiệu theo một tiêu chuẩn chung

Má phanh: má phanh được gắn vào guốc phanh bằng cách dán hoặc tán rivê, đối với

các xe tải nặng thì má phanh và guốc phanh có thể liên kết bằng bulông

23

Má phanh dán được gắn chặt vào guốc phanh bằng keo bền nhiệt, trên các xe tải lớn

má phanh được khoan sẵn lỗ và gắn bulong điều này cho phép thay thế má phanh dễ dàng và thuận tiện

Má phanh tán rive được gắn chặt nhờ các rive làm bằng đồng thau hoặc bằng nhôm Chúng xuyên qua lỗ khoan và được làm loe trên má phanh Khi má phanh tán rive bị mòn rive có thể tiếp xúc với bề mặt tang trống gây trầy xước

1.2.4 Hệ thống phanh khí nén trên xe THACO FOTON (1.5 tấn)

+ Nguyên tắc hoạt động

- Trạng thái phanh xe

Khi người lái đạp bàn đạp phanh , thông qua ty đẩy làm cho pit tông điều khiển chuyển động nén lò xo và đẩy van khí nén mở cho khí nén từ bình chứa phân phối đến các bầu phanh bánh xe, nén lò xo đẩy cần đẩy và xoay cam tác động đẩy hai guốc phanh ép chặt má phanh vào tang trống tạo nên áp lực ma sát, làm cho tang trống và moayơ bánh xe giảm dần tốc độ quay hoặc đứng lại theo yêu cầu của người lái

- Trạng thái thôi phanh

Khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh, lò xo của pít tông điều khiển và van khí nén

sẽ hồi vị các van và pít tông điều khiển về vị trí ban đầu làm cho van khí nén đóng kín đường dẫn khí nén từ bình chứa và xả khí nén của bầu phanh bánh xe ra ngoài không khí Lò

xo của bầu phanh hồi vị, đẩy cần đẩy và trục cam tác động về vị trí không phanh và lò xo guốc phanh kéo hai guốc phanh rời khỏi tang trống

Khi cần điều chỉnh khe hở giữa má phanh và tang trống, tiến hành điều chỉnh xoay hai chốt lệch tâm ( hoặc chốt điều chỉnh ) của hai guốc phanh và hai cam lệch tâm trên mâm phanh.

6

3

47

1110

9

5

21

8

Hình 1.7 : Hệ thống phanh khí nén trên xe THACO FOTON 1,5 tấn

1: Máy nén khí 2:Bình lắng nước 3:Bình chứa khí nén 4:Van phân phối 5,6:Bầu phanh

7: Bàn đạp 8:Áp kế 9:Cam phanh 10: Má phanh 11: Trống phanh

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

2.1 Giới thiệu về xe tham khảo (THACO FOTON 1.5 Tấn)

Xe THACO FOTON 1.5 tấn là loại xe tải nhỏ được lắp giáp trong nước Xe có độ bền

và độ tin cậy cao, kiểu dáng đẹp, toàn bộ thân xe được sơn nhúng điện ly Nội thất với tông màu mới rất trang nhã, táp lô ốp gỗ hiện đại, cabin được trang bị quạt gió quạt hút và radio tạo cảm giác thỏa mái khi vận hành xe

Hệ thống tay lái trợ lực , điều khiển nhẹ nhàng

Khung gầm lớn, dầy, chắc, với hệ thống nhíp 2 tầng làm tăng khả năng chịu tải, phù hợp với điều kiện đường xá nước ta hiện nay

Động cơ sử dụng nhiên liệu dầu D.O mạnh mẽ, bền bỉ, kinh tế

Kích cỡ săm lốp xe trước sau như nhau, sử dụng lốp xe THACO ( do DRC cung cấp) đạt tiêu chuẩn chất lượng độ bền cao

BẢNG THÔNG SỐ KỸ THUẬT THACO – FOTON 1.5 TẤN

ĐỘNG CƠ

Xe THACO FOTON 1.5 tấn là một loại xe có tính cơ động cao, hiện nay nó là xe được

sử dụng khá phổ biến ở nước ta Xe thường được dùng ở những nới có địa hình khó khăn và những nới đông dân cư… chính vì vậy vấn đề an toàn của xe rất được chú trọng Vì vậy thiết

kế phanh tốt cũng góp phần nâng cao độ an toàn chuyển động, góp phần nâng cao tốc độ kỹ thuật và năng suất vận chuyển của xe tức là nâng cao hiệu quả kinh tế Vì vậy việc thiết kế phanh tốt là việc làm cần thiết

2.2 Xác định mômen phanh theo điều kiện bám

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:

bx

g

b g

h j L

b G

12

h j L

a G

12

G : trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải: G = 39200 (N)

a, b, hg : toạ độ trọng tâm của ôtô (mm)

jmax : gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh, lấy jmax= g φ =6 (m/s2);

rbx: bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Với cỡ lốp xe: 6.5-16(165-406)

rbx= λ (H+d⁄2), (λ = 0,93 là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp)

rbx = 0,93( 165 + 406/2 ) = 342 mm = 0,342 (m)

Nếu trường hợp đã biết trọng lượng của ôtô khi đầy tải phân ra trục truớc là G1 và trục

2.3 Xác định lực tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ

2.3.1 Xác định góc φ ở các cơ cấu phanh

Khi đã chọn trước các thông số kết cấu (β1, β2, β0, rt) chúng ta tính được góc ma sát và bán kính ρ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướng vào tâm 0).

Với µ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường µ = 0,3 [‘ Tập bài giảng

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN Ô TÔ ’ của PGS.TS.Nguyễn Trọng Hoan]

Như thế là chúng ta đá xác định được góc φ≈ 16º41’, nghĩa là xác định được hướng

nhau

2.3.2 Tính góc (δ) và bán kính (ρ) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

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

Hình2.1 Sơ đồ kích thước cơ bản của guốc phanh.

Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm tì cố định của guốc phanh:

S = 0,85 = 0,85 140= 119 (mm)

Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:

h = 0,8 = 0,8 280 = 224 (mm)

Mà h’ = h” = h/2= 224/2 = 112[mm]

2.3.3 Đối với cơ cấu phanh cầu trước

2.3.3.1 Tính toán cho má siết

⇒

' 1 ' 0

'

cos 2.15 cos 2.133

0,1672.2,058 sin 2.15 sin 2.133

10

t

t

tgδδ

⇒ ≈ °

cos 2.16 cos 2.126

0, 2172.1,92 sin 2.16 sin 2.126

12

s

s

tgδδ

2.3.4 Đối với cơ cấu phanh cầu sau

2.3.4.1 Tính toán cho má siết

⇒

' 1 ' 0

'

cos 2.15 cos 2.133

0,1672.2,058 sin 2.15 sin 2.133

10

t

t

tgδδ

'

cos 2.16 cos 2.126

0, 2172.1,92 sin 2.16 sin 2.126

12

s

s

tgδδ

– Đối với cơ cấu phanh cầu trước:

+ Đối với má siết

– Đối với cơ cấu phanh sau:

+ Đối với má siết

2.3.5 Xây dựng họa đồ lực phanh

Phanh dẫn động bằng khí nén cơ cấu cuối cùng tác động là cam ép Pt = Ps = P

Họa đồ được 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

P

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 Ot và Os Như vậy, để xác định phương của các lực U chỉ cần nối Ot với O1 và Os với O2

Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngược chiều Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R

và U đã có trên họa đồ