Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho ôtô tải 5 tấn (Có bản vẽ)

Công dụng, yêu cầu, phân loại Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Có hiệu quả phanh cao, đảm bảo gia tốc phanh lớn, quãng đường phanhnhỏ, ổn định khi phanh nhiều lần l

2.1 Lựa chọn phương án thiết kế 20

2.1.1 Lựa chọn cơ cấu phanh 20

2.1.2 Lựa chọn dẫn động phanh 20

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động một số cụm chi tiết điển hình 232.2.1 Van phân phối 23

2.2.2 Van hạn chế áp suất 25

2.2.3 Bộ điều hòa lực phanh 27

2.2.4 Bầu phanh trước 29

2.2.5 Bầu phanh sau 30

3.1 Thông số của xe tham khảo 32

3.2 Tính toán xây dựng họa đồ 32

3.2.1 Xác định momen tại cơ cấu phanh 32

3.2.2 Thiết kế tính toán cơ cấu phanh 34

3.3 Tính bền cơ cấu phanh 42

3.3.1.Tính bền guốc phanh 42

3.3.2.Tính bền trống phanh 50

3.3.3.Tính bền chốt phanh 52

3.4 Tính dẫn động 53

3.4.1 Thiết kế tính toán bầu phanh trước 53

3.4.2 Thiết kế tính toán bầu phanh sau 55

3.4.3 Tính toán lượng khí nén 61

3.4.4 Tính toán van phân phối 65

3.4.5 Tính toán bộ điều hòa lực phanh 68

Chương 4: Thiết kế tính toán điều hòa lực phanh 74

4.1 Cơ sở lý thuyết điều hòa lực phanh 74

4.2 Một số điều hòa lực phanh trên ôtô 76

4.3 Tính toán bộ điều hòa lực phanh 76

Chương 5: Hư hỏng, sưa chữa và quy trình tháo lắp điều chỉnh hệ thống phamh… 80

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ôtô - máy kéo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dânnói chung và giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ về tốc

độ phát triển của nền kinh tế của một quốc gia Ngày nay các phương tiện vận tảingày càng phát triển hoàn thiện và hiện đại, đặc biệt là ngành ôtô đã có những vượtbậc đáng kể Các thành tựu kỹ thuật mới như điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử,

kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện đại đều được áp dụngtrong ngành ôtô

Chính vì vậy mà vận tốc trung bình cũng như tải trọng chuyên chở của ô tôđược nâng cao, bên cạnh đó an toàn chuyển động cũng được quan tâm đặc biệt Mộtchiếc xe dù có hiện đại đến mấy mà hệ thống phanh không tốt thì cũng trở nên vônghĩa Vì thế hệ thống phanh luôn được coi là một trong những hệ thống quan trọngnhất của ô tô Hơn nữa với đặc thù của địa hình Việt Nam với 70% diện tích là đồinúi, đường xá thường là khó khăn có nhiều dốc cao và dài Do đó yêu cầu phải cómột hệ thống phanh tốt đảm bảo an toàn quá trình vận tải, đồng thời nâng cao đượchiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh

Trên cơ sở đó em được giao đề tài:

“Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho ôtô tải năm tấn”.

Nội dung đề tài bao gồm:

- Tìm hiểu kết cấu hệ thống phanh trên ôtô

- Lựa chọn phương án thiết kế

- Tính toán, thiết kế hệ thống phanh

Đề tài được tiến hành tại bộ môn Ô tô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.Sau hơn ba tháng thực hiện, với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành

công việc yêu cầu của đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS Lưu Van Tuấn và các Thầy trong bộ môn đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo

mọi điều kiện tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình

Hà Nội, Ngày tháng năm

Nguyễn Văn A

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao, đảm bảo gia tốc phanh lớn, quãng đường phanhnhỏ, ổn định khi phanh nhiều lần liên tục;

- Mômen phanh phân bố lên các bánh xe hợp lý;

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển độngcủa ôtô;

- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp không lớn, tỷ lệthuận với lực phanh trên bánh xe, tạo cảm giác tốt cho người lái;

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao;

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanhcao, ổn định trong điều kiện sử dụng, không có hiện tượng tự xiết khi phanh;

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

- Giá thành rẻ, dễ dàng bảo dưỡng và sửa chữa

1.1.3 Phân loại

a Theo công dụng

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

- 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, thuỷ lực hoặc điện từ)

b Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.

- Hệ thống phanh dẫn động có cường hoá

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 hệthống phanh với bộ điều hoà lực phanh

e Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh

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

1.2 Kết cấu của hệ thống phanh

Hệ thống phanh ôtô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanhchính thường là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân còn phanh dừng thường

là phanh tay, phanh tay thường được bố trí ở ngay sau trục thứ cấp của hộp số hoặc

bố trí ở các bánh xe

Việc dùng cả hai phanh, phanh chính và phanh phụ đảm bảo độ an toàn củaôtô khi chuyển động và dừng hẳn Hệ thống phanh có hai phần cơ bản đó là cơ cấuphanh và dẫn động phanh

- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được 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 khuyếch đại lực điều

khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Tuỳ theo dạng dẫn động mà trong dẫnđộng phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau

1.2.1 Cơ cấu phanh

a Cơ cầu phanh đĩa

Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa được thể hiện trên hình 1.1 Các bộ phận chínhcủa cơ cấu phanh đĩa bao gồm:

- Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe;

- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xi lanh bánh xe;

- Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫnđộng bởi các piston của xi lanh bánh xe;

Khi đạp phanh, dầu từ xi lanh chính qua ống dẫn đến các xi lanh bánh xe đẩypittông mang các má phanh ép vào hai phía của đĩa phanh thực hiện phanh bánh xe

Khi thôi phanh dưới tác dụng của lò xo hồi vị bàn đạp phanh được trả về vịtrí ban đầu, dầu từ xi lanh bánh xe sẽ hồi trở về xi lanh chính, tách má phanh khỏiđĩa phanh kết thúc quá trình phanh

* Loại giá đỡ di động

Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trên một

số chốt bắt cố định với dầm cầu Trong giá đỡ di động người ta chỉ bố trí một xilanh bánh xe với một piston tì vào một má phanh Má phanh ở phía đối diện được

gá trực tiếp trên giá đỡ

Hình 1.2: Cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ di độngBình thường khi chưa phanh do giá đỡ có thể di trượt ngang trên chốt nên nó

tự lựa để chọn một vị trí sao cho khe hở giữa các má phanh với đĩa phanh hai bên lànhư nhau

Khi đạp phanh dầu từ xi lanh chính theo ống dẫn vào xi lanh bánh xe Piston

sẽ dịch chuyển để đẩy má phanh ép vào đĩa phanh Do tính chất của lực và phản lựckết hợp với kết cấu tự lựa của giá đỡ nên giá đỡ mang má phanh còn lại cũng tácdụng một lực lên đĩa phanh theo hướng ngược với lực của má phanh do piston tácdụng Kết quả là đĩa phanh được ép bởi cả hai má phanh và quá trình phanh bánh xeđược thực hiện

b Cơ cấu phanh guốc

* Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

a bHình 1.3: Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

Cơ cấu phanh đối xứng qua trục (có nghĩa gồm hai guốc phanh bố trí đốixứng qua đường trục thẳng đứng) được thể hiện trên hình 1.3 Trong đó sơ đồ hình1.3.a là loại sử dụng cam ép để ép guốc phanh vào trống phanh, loại này hay sửdụng trên ôtô tải lớn; sơ đồ hình 1.3.b là loại sử dụng xi lanh thủy lực để ép guốcphanh vào trống phanh, loại này thường sử dụng trên ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ Cấutạo chung của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệch tâm đểđiều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phía dưới, khe hở phía trên đượcđiều chỉnh bằng trục cam ép hoặc bằng cam lệch tâm

* Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm

Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm được thể hiện trên hình 1.4 Sự đốixứng qua tâm ở đây được thể hiện trên mâm phanh cùng bố trí hai chốt guốc phanh,hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng vớinhau qua tâm

Cơ cấu phanh loại đối xứng qua tâm thường có dẫn động bằng thủy lực vàđược bố trí ở cầu trước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ

* Cơ cấu phanh guốc loại bơi

Cơ cấu phanh guốc loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốtquay cố định mà cả hai đều tựa trên mặt tựa di trượt (hình 1.5)

a b

Có hai kiểu cơ cấu phanh loại bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn (hình 1.5.a);loại hai mặt tựa tác dụng kép (hình 1.5.b)

– Loại hai mặt tựa tác dụng đơn: ở loại này một đầu của guốc phanh được

tựa trên mặt tựa di trượt trên phần vỏ xi lanh, đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượtcủa pittông Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ôtô

du lịch và ôtô tải nhỏ

– Loại hai mặt tựa tác dụng kép: ở loại này trong mỗi xi lanh bánh xe có

hai pittông và cả hai đầu của mỗi guốc đều tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai

H×nh 1.5: C¬ cÊu phanh guèc lo¹i b¬i

pittông Cơ cấu phanh loại năy được sử dụng ở câc bânh xe sau của ôtô du lịch vẵtô tải nhỏ.

* Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa

Cơ cấu phanh guốc tự cường hóa có nghĩa lă khi phanh bânh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tâc dụng lín guốc phanh thứ hai

Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa: Cơ cấu phanh tự cường hóa tâc dụngđơn (hình 1.6.a) thường được bố trí ở câc bânh xe trước của ôtô du lịch vă ôtô tảinhỏ đến trung bình

Cơ cấu phanh tự cường hóa tâc dụng kĩp (hình 1.6.b) sử dụng ở câc bânh xesau của ôtô du lịch vă ôtô tải nhỏ đến trung bình

- khó đảm bảo sự phđn bố lực phanh cần thiết giữa câc cơ cấu

Do những đặc điểm trín nín dẫn động cơ khí không sử dụng ở hệ thốngphanh chính mă chỉ sử dụng ở hệ thống phanh dừng

Hình 1.6: Cơ cấu phanh guốc tự cuờng hóa

Hình 1.7: Cơ cấu dẫn động cơ khí bằng dây cáp.

1 Tay phanh 5 Trục 8 Dây cáp dẫn động phanh

2 Thanh dẫn 6 Thanh kéo 9, 10 Giá

3 Con lăn dây cáp 7 Thanh cân bằng 11 Cơ cấu phanh

4 Dây cáp

* Nguyên lí làm việc

Khi tác dụng một lực vào cần điều khiển 1 được truyền qua dây cáp dẫn đếnđòn cân bằng 7 có tác dụng chia đều lực dẫn động đến các guốc phanh, vị trí củacần phanh tay 1 được định vị bằng cá hãm trên thanh răng 2 Khi điều khiển phanhtay, thông qua hệ thống dẫn động, cáp kéo một đầu đòn quay quanh liên kết bản lềvới một đầu guốc phanh Thông qua thanh nối ở đầu còn lại của guốc phanh mà lựckéo của cáp sẽ chuyển thành lực đẩy chốt bản lề của đòn quay đẩy bung hai guốcphanh sang hai phía và ép chặt vào trống phanh thực hiện phanh bánh xe

- Ưu điểm của dẫn đông phanh cơ khí có độ tin cậy làm việc cao, độ cứngvững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài

- Nhược điểm của loại dẫn động phanh cơ khí là hiệu suất truyền lực khôngcao, thời gian phanh lớn

b.Dẫn động phanh thuỷ lực

2 3 4 51

* Cấu tạo chung

Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn đạpphanh, xi lanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xi lanh công tác (xi lanh bánhxe)

Dẫn động phanh dầu có ưu điểm phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (dodầu không bị nén) Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là lực phanh sinh ra bị hạnchế phụ thuộc vào lực tác dụng lên bàn đạp của người lái Vì vậy hệ thống phanhdẫn động thuỷ lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ

Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ củamạch dẫn động người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng

xo và tiến hành ép guốc phanh vào với trống phanh

Khi không phanh nữa, người lái không tác dụng vào bàn đạp, các lò xo hồi vịcủa bàn đạp, của piston làm cho piston trở về vị trí cũ, lò xo hồi vị cũng kéo guốcphanh trở về vị trí ban đầu

Ưu điểm của dẫn động phanh thuỷ lực một dòng

- Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các guốc phanh theođúng yêu cầu thiết kế

- Có hiệu suất cao.

- Có độ nhạy tốt

- Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ và có khả năng dùng trên nhiều loại xe ôtô khácnhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu

Nhược điểm của dẫn động phanh thuỷ lực một dòng

- Không tạo được lực đẩy guốc phanh lớn, vì thế phanh dầu không có cườnghoá chỉ dùng cho ôtô có trọng lượng toàn bộ nhỏ

5 Xi lanh phanh sau;

I Đường dầu ra phanh trước;

II Đường dầu ra phanh sau

Nguyên lý làm việc

- Khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh (4), sẽ tác dụng đến piston ởxilanh chính (2), từ xylanh này sẽ phân chia ra hai đường dầu I và II

+ Đường dầu I sẽ dẫn động các cơ cấu phanh trước

+ Đường dầu II sẽ dẫn động các cơ cấu phanh sau

Ưu điểm dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng

- Ngoài các ưu điểm như dẫn động phanh một dòng Trong quá trình sử dụng

hệ thống phanh, nếu như có một đường ống nào đó bị rò rỉ hoặc bị hư hỏng thìđường ống kia vẫn hoạt động bình thường để điều khiển xe dừng

Nhược điểm dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng

c Dẫn động phanh bằng khí nén

Dẫn động phanh bằng thuỷ lực có ưu điểm êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy caonhưng lực điều khiển trên bàn đạp bị hạn chế

Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôtô tải trung bình và lớn người

ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén Trong dẫn động phanh bằng khínén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lựctác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện

Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn đạpphanh, không phải sử dụng dầu phanh nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy kém(thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực

4 3

2 1

Hình 1.10: Dẫn động phanh khí nén một dòng

1 Máy nén khí 2 Van điều chỉnh áp suất 3 Bình chứa khí nén

4 Van điều khiển 5 Đường ống dẫn khí 6 Các bầu phanh

- Khi nhả bàn đạp van (4) đóng, ngắt liên hệ giữa bình chứa khí với các bầuphanh, đồng thời mở đường ống ở van (4) thông với không khí bên ngoài, khí nén

từ bầu phanh thoát ra ngoài và lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu kếtthúc quá trình phanh

Ưu điểm dẫn động phanh khí nén một dòng

- Điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ

- Có khả năng cơ khí hoá quá trình điều khiển ôtô

- Có thể sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treoloại khí

Nhược điểm dẫn động phanh khí nén một dòng

+ Một dòng khí nén đi theo đường ống dẫn (6) để tới các bầu phanh (9)(dùng để phanh các bánh xe trước)

+ Một dòng khí nén đi theo đường ống dẫn (7) để tới các bầu phanh (8)(dùng để phanh các bánh xe sau)

Ưu điểm dẫn động phanh khí nén hai dòng

Đảm bảo độ an toàn và tin cậy cao vì một trong hai dòng khí nén bị rò rỉ thì

ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại

Nhược điểm dẫn động phanh khí nén hai dòng

Phương án này có kết cấu phức tạp hơn loại dẫn động một dòng

d.Dẫn động phanh liên hợp

Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén, trong đó phầnthuỷ lực đảm bảo cho độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các

bánh xe Phần khí nén cho phép điều khiển nhẹ nhàng và khả năng tuỳ động, điềukhiển phanh rơ moóc.

* Cấu tạo

43

2

Hình 1.12: Hệ thống phanh liên hợp

1 Máy nén khí; 2 Bộ điều chỉnh áp suất; 3 Bộ lọc khí; 4 Bình khí; 5 Bàn đạp;

6 Van phân phối; 7,9,11 Xilanh công tác; 8,10 Cụm xilanh piston tổng phanh

* Nguyên lý làm việc

Khi phanh người lái điều khiển tác động một lực vào bàn đạp phanh (5) để

mở van phanh, lúc này khí nén từ bình chứa (4) đi vào hệ thống qua van phân phốiđến các xilanh chính

Tại xilanh chính, lực tác động của dòng khí có áp suất cao (0,8 - 1 MPa) đẩypiston thuỷ lực tạo cho dầu phanh trong đường ống có áp suất cao đi vào xilanhbánh xe thực hiện quá trình phanh, van bảo vệ hai ngả có tác dụng tách dòng khíthành hai dòng riêng biệt và tự động ngắt một dòng khí nào đó bị hỏng để duy trì sựlàm việc của dòng không hỏng

Trong hệ thống phanh dẫn động liên hợp, cơ cấu dẫn động là phần khí nén và

cơ cấu chấp hành là phần thuỷ lực, trong cơ cấu thuỷ lực thì được chia làm hai dòngriêng biệt để điều khiển các bánh trước và sau

* Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực

- Kết hợp được nhiều ưu điểm của hai hệ thống phanh thuỷ lực và khí nén,khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc độc lập.

* Nhược điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực

- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp là rất cồng kềnh và phức tạp, rấtkhó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa

- Khi phần dẫn động khí nén bị hỏng thì dẫn đến cả hệ thống ngừng làm việc.Cho nên trong hệ thống phanh liên hợp ta cần chú ý đặc biệt tới phần dẫn động khínén

- Khi sử dụng hệ thống phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có rất nhiềucụm chi tiết đắt tiền

CHƯƠNG II LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1 Chọn phương án thiết kế

2.1.1 Lựa chọn cơ cấu phanh

Ngày nay trên ôtô thường sử dụng hai cơ cấu phanh là: cơ cấu phanh dạngđĩa và cơ cấu phanh dạng guốc

Cơ cấu phanh đĩa chỉ sử dụng đối với xe con, vì áp suất sinh ra trên bề mặt

má phanh là rất lớn, momen phanh đạt được cân bằng và tương đối gọn nhẹ,dễ dàngcho việc bố trí nhưng nhược điểm là momen phanh không lớn

Trên xe tải ngày nay người ta hay sử dụng cơ cấu phanh guốc, vì áp suất trên

bề mặt má phanh là không lớn lắm, má phanh lâu mòn Mặt khác momen phanhsinh ra bởi cơ cấu phanh guốc tương đối lớn, phù hợp với điều kiện làm việc của xetải

Do vậy lựa chọn cơ cấu phanh guốc

2.1.2 Lựa chọn dẫn động phanh

Ngày nay trên xe tải thường sử dụng các dẫn động sau: dẫn động thuỷ lực,dẫn động khí nén, dẫn động liên hợp

Phanh dẫn động thuỷ lực có kết cấu gọn nhẹ, độ nhạy cao nhưng nhược điểm

là không tạo được lực đẩy guốc phanh lớn, cho nên chỉ sử dụng cho các ôtô cỡ nhỏ

Phanh dẫn động khí nén có kết cấu phức tạp hơn,độ nhạy cũng thấp hơn sovới phanh dẫn động thủy lực, tuy nhiên với việc lực bàn đạp chỉ để đóng mở cácvan, còn lực phanh sinh ra nhờ áp suất cao của dòng khí nén nên điều khiển nhẹnhàng, mà vẫn lực đẩy tại cơ cấu phanh lớn

Dẫn động liên hợp khắc phục được cả hai nhược điểm của hai dẫn động trên,nhưng giá thành của các cụm chi tiết rất đắt, không phù hợp với điều kiện sử dụngcủa người Việt Nam

Do vậy lựa chọn dẫn động phanh khí nén

Sơ đồ nguyên lý xem hình vẽ 2.1

Hình 2.1: Sơ đồ dẫn động.

Nguồn khí nén trong cơ cấu này là do máy nén khí cung cấp Máy nén khí 1,

bộ điều chỉnh áp suất 2, bộ bảo hiểm chống đông đặc 3, là phần nguồn của cơ cấu

dẫn động, không khí được lọc sạch trong phần này rồi đi vào các phần còn lại của

cơ cấu dẫn động phanh bằng khí nén và các nguồn tiêu thụ khác

Cơ cấu dẫn động được chia thành các nhánh độc lập, tách biệt nhau bằng cácvan bảo vệ Tác động của nhánh này không phụ thuộc vào nhánh kia

Nhánh I: dẫn động phanh chân của bánh xe trước; gồm có: van an toàn kép

4, bình khí 7, phần dưới van phân phối 17, van hạn chế áp suất 18, hai bầu phanhtrước 20, các cơ cấu phanh trước và các ống dẫn Lực điều khiển dòng dẫn động nàynhờ áp suất khí nén lấy từ khoang trên

Nhánh II: dẫn động phanh chân của bánh xe sau, gồm có: van an toàn kép 4,bình khí nén 8, phần trên của van phân phối 24, bộ điều hòa lực phanh 16, bốn bầuphanh 13, 14 của cơ cấu phanh giữa và cầu sau, các đường ống dẫn Lực dẫn độngdòng điều khiển này nhờ lực người lái tác dụng lên bàn đạp

Nhánh III: dẫn động phanh tay, gồm có: van an toàn 5, hai bình khí 6; 10,van phanh tay 9, van tăng tốc 11, bốn binh tích năng lò xo 12, 15 của cơ cấu phanhcầu giữa và cầu sau, các đường ống dẫn

Với sơ đồ dẫn động được bố trí như trên đây, hệ thống đảm bảo được độ antoàn, tin cậy và hiệu quả phanh cao Các van an toàn bố trí trước các bình khí nén

có tác dụng phân tách, nếu một dòng rò rỉ thì không ảnh hưởng tới dòng còn lại,ngoài ra nó còn đảm bảo áp suất trong khi tới bình chứa đạt giá trị ổn định nhờ độcứng lò xo bố trí trong van Tương tự như vây, phân phối hai dòng cũng dẫn độnghai dòng khí nén độc lập với nhau Bộ điều hòa và van giảm áp có tác dụng tránhkhỏi tình trạng trượt lết các bánh xe khi tải trọng phân bố trên các cầu thay đổi Vanphanh tay bố trí thêm van tăng tốc giúp cho việc xả khí nén ở các bầu tích năngnhanh hơn,giảm độ trễ của hệ thống

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động một số cụm chi tiết điển hình

2.2.1 Van phân phối

7

F a

b c

b®

q

11 12

1 2

3

Hình 2.2: Van phân phốiVan phân phối dùng để điều khiển các cơ cấu dẫn động hai nhánh của hệthống phanh chính (phanh chân)

Yêu cầu cơ bản của van phân phối là tính chép hình, nghĩa là áp suất phanhtại các bánh xe phải tỷ lệ với lực tác dụng lên bàn đạp, đồng thời ứng với mỗi vị trícủa bàn đạp điều khiển áp suất phanh phải có một giá trị xác định tương ứng

Mỗi khoang của van phân phối điều khiển một dòng dẫn động cầu trước hoặccầu sau Khoang trên có cửa D nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới bầuphanh các bánh xe Tương tự, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A Ngoài racòn có 1 của thông khí trời F chung cho cả 2 khoang Mỗi khoang có một van điềukhiển: van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các vạn nạp 7 và van xả 6, cònvan 11 của khoang dưới điều khiển đóng mở van nạp 9 và van xả 10

Ở trạng thái không phanh như hình vẽ, các bầu phanh tại các bánh xe đượcnối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 đang mở

Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới tác dụng lên piston 5 thông qua phần

tử đàn hồi 4 làm piston dịch chuyển đi xuống dưới Đầu tiên, van xả 6 đóng lạikhông cho cửa C thông với khí trời, sau đó khi piston tiếp tục dịch chuyển xuống thìvan nạp 7 mở ra và khí nén chờ sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoang dưới củapiston 5 tới cửa C rồi từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình

phanh.Đồng thời khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên piston 1đẩy piston này cùng với piston con 12 đi xuống Nhờ đó van xả 10 đóng lại, rồi vannạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi thới các bầu phanh tại cácbánh xe.

Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây, khoangtrên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn khoang dưới được điềukhiển bằng khí nén lấy từ khoang trên Nếu khoang trên bị mất khí, không hoạtđộng nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy piston 12của khoang dưới đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại

Trong trường hợp lái xe phanh đột ngột thì khoang dưới cũng được điềukhiển bằng ty đẩy vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển piston lớn

Tính chép hình của van phân phối được thể hiện như sau: ứng với một lựctác động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên dướipiston 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe Áp suất khoangdưới piston 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thắngđược lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy piston đi lên cho tới khi vannạp đóng lại Lúc này cả van nạp và xả đều đóng.áp suất khí nén dẫn tới các bầuphanh không tăng nữa và piston 5 ở trạng thái cân bằng Quá trình tương tự cũngxảy ra với khoang dưới

Như vậy, ứng với một lực Q nhất định, áp suất trong dẫn động phanh chỉ cómột giá trị tương ứng Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độphanh theo ý muốn

Kết cấu cụ thể của van phân phối

21

D 22

25

24

B 26

20

2

27 1 3

11

17

19

C 18

13

16

14 15

A 12

9

10

8 7 6

5 4

Hình 2.3: Van phân phối

2.2.2 Van hạn chế áp suất

Van hạn chế áp suất dùng để giảm áp suất trong các bầu phanh của trục trướcôtô khi phanh với cường độ thấp (nhằm tăng mức độ điều khiển ôtô trên đườngtrơn), cũng như để xả nhanh không khí ra khỏi bầu phanh khi nhả phanh Cấu tạovan được trình bày dưới hình vẽ

7 9

10

6 5

13 12 11 14

16 15 17 18

4 3

bộ do điều chỉnh của lò xo cân bằng 1, thì piston 3 dịch chuyển xuống dưới, van xả

6 đóng lại, van nạp 4 thì mở ra và khí nén từ cửa II đi đến cửa I, cho đến khi nào ápsuất của nó trên mặt mút dưới của piston 3 (piston này có diện tích lớn hơn pistontrên) cân bằng với áp suất không khí từ cửa II tác động lên mặt mút trên và van 4cũng chưa đóng lại Như thế ở cửa I áp suất được xác định tương ứng với tỷ lệ diệntích của mặt mút trên và mặt mút dưới của piston 3

Sự liên hệ này được duy trì cho đến khi nào áp suất ở cửa II chưa đạt đếnmức quy định ,sau đó, piston 2 cũng bắt đầu hoạt động, piston này cũng dịchchuyển xuống dưới làm tăng lực tác động lên mặt trên của piston 3 Khi áp suất ởcửa II tiếp tục tăng, độ chênh lệch áp suất trong các cửa II và I giảm xuống, còn khi

đạt đến mức quy định,áp suất ở cửa II và I cân bằng nhau Đó là quá trình hoạt độngtuỳ động ở trên toàn bộ phạm vi hoạt động của van hạn chế áp suất.

Khi áp suất ở cửa II giảm xuống (nhả van phân phối), piston 2 và 3 cùng vớicác van 4 và 6 dịch chuyển lên trên Van nạp 4 đóng lại, còn van xả 6 mở ra và khínén từ cửa I, có nghĩa là từ các buồng hãm của trục trước, đi ra ngoài khí quyển quacửa III

2.2.3 Bộ điều hoà lực phanh

Bộ điều hoà lực phanh dùng để tự động điều chỉnh áp suất khí nén được dẫnđến các bầu phanh của các cầu thuộc giá đỡ sau của ôtô tải khi phanh tuỳ theo tảitrọng trục có ích

6

2 1

3 4 5

25 24 23

10

8 7 9 11

13

21 22

20 19 18 17

15 14

I

II III

Hình 2.5: Bộ điều hoà lực phanhKhi phanh, khí nén từ van phân phối được dẫn đến cửa I của bộ diều chỉnh

và tác động lên phần trên của piston 18 buộc nó dịch chuyển xuống dưới Đồng thờikhí nén theo ống 1 đi vào dưới piston 24, piston này được dịch chuyển lên trên và

ép lên con đội 19 và ngõng cầu 23, ngõng này cùng với tay đòn 20 nằm ở vị trí phụthuộc vào giá trị của tải trọng trên trục của giá sau ôtô Khi piston 18 tiếp tục dịchchuyển, van 17 tách khỏi đế trong piston và khí nén từ cửa I đi vào cửa II và sau đóđến các buồng hãm của các cầu nằm trên giá sau của ôtô.

Đồng thời, khí nén đi qua khe hở vòng giữa piston 18 và ống dẫn hướng 22vào hốc A ở bên dưới màng 21 và màng này bắt đầu ép lên piston từ phía dưới Khi

áp suất ở cửa I tương ứng đến giá trị và tỷ lệ của nó so với áp suất ở cửa I tươngứng với diện tích tích cực của phía trên và phía dưới của piston 18 thì piston nàydịch chuyển lên trên trước thời điểm van 17 tiếp xúc lên đế van của piston 18 Khínén ngừng đi từ cửa I đến cửa II Như thế diễn ra hoạt động tuỳ động của bộ điềuchỉnh Diện tích tích cực của bề trên piston mà khí nén tác động lên khi đi vào cửa Iluôn luôn bất biến

Diện tích cực của bề dưới piston mà khí nén tác động qua màng 21 đi quacửa II thì luôn luôn thay đổi vì sự thay đổi của các vị trí tương hỗ giữa gờ nghiêng

11 của piston di động 18 với miếng lót bất động 10 Vị trí tương quan giữa piston

18 và miếng lót 10 phụ thuộc vào vị trí của tay đòn 20 và con đội 19 liên kết với nóqua ngõng 23 Còn vị trí của tay đòn 20 thì phụ thuộc vào độ võng của các nhíp,cónghĩa là phụ thuộc vào vị trí tương hỗ giữa các dầm của các cầu và khung ôtô Tayđòn 20 cũng như ngõng 23 càng hạ xuống thấp bao nhiêu, có nghĩa là piston 18càng hạ xuống bao nhiêu thì diện tích của gờ 11 càng tiếp xúc với màng 21 nhiềubấy nhiêu,có nghĩa là diện tích tích cực của piston 18 càng lớn bấy nhiêu Vì thế khicon đội 19 chiếm vị trí biên dưới (tải trọng trục tối thiểu) thì sự chênh lệch áp suấtkhí nén trong các cửa I và II là lớn nhất, còn khi con đội 19 chiếm vị trí biên trên(tải trọng trục tối đa) thì hai áp suất này cân bằng nhau Bằng cách đó, bộ điều chỉnhlực phanh tự động duy trì áp suất khí nén ở cửa II và các buồng hãm liên quan với

nó ở mức độ đảm bảo cho lực phanh cần thiết tỷ lệ với tải trọng trục tác dụng khiphanh

Khi nhả phanh áp suất ở cửa I giảm xuống Piston 18 dưới áp lực của khí néntác động lên nó qua màng 21 từ phía dưới mà dịch chuyển lên trên và tách van 17 rakhỏi đế xả của con đội 19 Khí nén từ cửa II qua lỗ của con đội và cửa III đi vào khíquyển sau khi đẩy mép cao su 4

2.2.4 Bầu phanh trước

Dùng để tạo ra năng lượng của khí nén để tác động vào cơ cấu phanh củabánh xe trước

7

5 4 3

2 1

Hình 2.6: Bầu phanh trước

1 Đầu nối; 2 Màng phanh; 3 Thân dưới; 4 Lò xo;

5.Bu lông bắt bầu phanh; 7 Ty đẩyKhi phanh khí nén vào khoang trên màng ngăn 2 thì màng ngăn dịch chuyển

và tác động lên cần đẩy 7 của bầu phanh đẩy cam ép và thực hiện phanh xe

Khi nhả phanh,khí nén ngừng cấp vào khoang trên màng ngăn,do tác độngcủa lò xo hồi vị 4, cần đẩy và màng ngăn trở về vị trí ban đầu,khí nén hồi về vanphân phối và thoát ra ngoài khí quyển

2.2.5 Bầu phanh sau

Dùng để truyền động cho các cơ cấu phanh của bánh xe sau khi đạp phanhchân, kéo phanh dự phòng và phanh tay

1 2 3

4 5

8 7 6

Hình 2.7: Bầu phanh sau

1 Thân dưới; 2 Đĩa tỳ; 3 Màng phanh; 4 Thân trên

5 Lò xo tích năng; 6 ống thông; 7 Ty đẩy; 8 Lò xo côn

Bầu phanh sau là dạng bầu phanh kép,được ghép nối bởi 2 bầu phanhđơn,một bầu phanh chính ở phía dưới và bầu phanh dự phòng kết hợp với phanh tay

ở trên.Bầu phanh chính có cấu tạo vào nguyên lý hoạt động giống với bầu phanhtrước

Bầu phanh dự phòng có dạng xylanh piston khí cũng được chia làm 2khoang,khoang trên thông khí trời còn khoang dưới thông với van phanh tay

Lò xo tích năng có xu hướng ép piston và ống lồng 9 tỳ lên màng ngăn vàtầm chặn của bầu phanh chính,đẩy ty đẩy số 10 quay cam ép trong cơ cấuphanh.Khi hệ thống phanh ở trạng thái bình thường thì van phân phối dự phòng cấpkhí nén tới cửa 3 để piston 5 nến lò xo lại làm cho ống tỳ không tì vào màng ngăn

và tấm chặn của bầu phanh chính Quá trình phanh được thực hiện nhờ năng lượngcủa lò xo khi mất khí nén.Vì thế đây là dạng bầu phanh tác dụng nghịch

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

3.1 Các thông số của xe

- Trọng lượng xe không tải: 5000 KG

- Trọng lượng xe khi đầy tải: 10000 (3100/6900)KG

- Chiều dài cơ sở của xe (L): 2700 mm

- Chiều rộng cơ sở của xe (B): 2500 mm

- Chiều cao (H): 2280 mm

- Chiều cao trọng tâm (hg): 1200 mm

- Sử dụng lốp xe có ký hiệu: 260–508 P

3.2 Tính toán xây dựng hoạ đồ

3.2.1 Xác định mô men cần có tại các cơ cấu phanh

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độhoặc 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 tínhtoán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh

G – Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải,

G = 100000 (N)

a, b, hg – Toạ độ trọng tâm của ôtô (mm)

L – chiều dài cơ sở của ôtô; L = 2700 (mm)

hg - Chiều cao trọng tâm; hg = 1200 (m).

jmax - Gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh,

Theo kinh nghiệm, khi thiết kế lấy: jmax = 5,8 (m/s2)

g – Gia tốc trọng trường, g = 9,81 (m/s2)

φ – Hệ số bám của bánh xe với mặt đường, khi thiết kế lấy φ = 0,6

rbx – Bán kính lăn của bánh xe;

Đối với xe thiết kế cơ cấu phanh sử dụng là cơ cấu phanh guốc.

rt

Y

X

b 2

Hình 3.1: Kết cấu của cơ cấu phanh

a.Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

tg δ= cos2 β1−cos2 β2

2 β0+sin 2 β1−sin 2 β2Với:

β1- góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát,

Khi đã chọn trước thông các số kết cấu (β1, β2, β0, rt) chúng ta tính được góc

ọ và bán kính ủ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N1 (lực N1 hướng vàotâm 0) Lực R1 là lực tổng hợp của N1, và T1 Lực R1 tạo với lực N1 góc φ1

Góc φ1 được xác định như sau:

tg ϕh1=T1

N1=μ

Với  là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường  = 0,3

Như thế là chúng ta đã xác định được góc φ1 ≈ 16,690, nghĩa là xác định đượchướng của R1 Góc φ1 má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì có cùng

hệ số ma sát như nhau

Do guốc phanh bị ép bằng cam phanh (phanh khí) thì lực P1, P2 tác dụng lênhai guốc phanh sẽ khác nhau Trong trường hợp này khi cam quay, hai guốc phanh

sẽ dịch chuyển như nhau, do đó áp suất tác dụng lên hai má phanh bằng nhau và lực

R1 = R2, vì vậy các thông số của hai guốc phanh là như nhau

Như vậy mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽ là:

Mp¿=Mp/'+M¿p=R1.r01+ R2r02

Trong đó bán kính r0 được xác định theo công thức:

và O//, từ O/ và O// ta nối tới tâm chốt quay má phanh, ta có các phản lực U1 và U2.Như vậy trên mỗi guốc phanh có ba lực P1; R1; U1 và P2; R2; U2 Ta xây dựng hai đagiác lực này bằng cách lấy hai đoạn bằng nhau để thể hiện hai lực R1; R2; trượtchúng song song với ⃗ R1 , ⃗ R2 , nối tiếp với ⃗ R1 là ⃗ U1 bằng cách trượt thước

kẻ song song với ⃗ U1 và lại nối tiếp với P

1 cũng kẻ song song với ⃗ P1 , ta sẽ có

tam giác khép kín, má sau cũng làm tương tự Sau đó dùng thước kẻ đo đoạn R1 vàđoạn U1 ta được tỷ số:

R1

U1=x⇒ U1=R1

x

Tương tự như vậy đối với P1

Làm như thế đối với guốc sau ta cũng tìm được P2 ,U2 ,R2

P' P''O'

X-X''Y-Y''

N''

R''

T''O''

U''

Hình 3.1: Hoạ đồ lực phanhBiết được lực P chúng ta có cơ sở để đi tính toán truyền động phanh, cónghĩa là xác định được các kích thước của cam phanh, bầu phụ

Sau quá trình đo đạc và tính toán ta có được kết quả sau:

Guốc sau: { R'=61482N ¿ { U'=111×205=22755N ¿¿¿¿

* Cầu giữa và cầu sau:

Guốc sau: { R'=45853N ¿ { U'=111×153=16983N ¿¿¿¿

c.Kiểm tra hiện tượng tự xiết:

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết Hiệntượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát màkhông cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh

Đối với guốc trước phanh của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P’ và M’p có dạng:

M' p= μρ ' P' (ccos α+a)

c(cos δ '+μsin δ ' )−μρ'

Biểu thức trên cho thấy, nếu: c (cosδ '+μ sin δ ')−μρ '=0 thì M' p→∞

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vôcùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiếtlà:

μ= C cosδ

ρ−C sin δ

Với: C – khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, C = 160 (mm)

δ, ρ – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh trước

Vậy là không có hiện tượng tự xiết xảy ra với guốc trước

Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:

Mp } } = { { ital μρ P left (ccosα+a right )} over {c left (a right )} over {c left (cosδ−μsinδ right )+a right )} over {c left ( ital μρ= μρP(ccosα+a)

ccosδ+a right )} over {c left (μ left (ρ−sinδ right )} } } { ¿ ¿¿

Từ họa đồ ta có thể thấy ρ - c sin δ>0 trong mọi trường hợp vì vậy:

c cosδ+a right )} over {c left (μ left (ρ−sinδ right )} {¿ > 0

Vậy là với guốc sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết

* Kết luận: Hiện tượng tự xiết không xảy ra đối với các cơ cấu phanh đã thiết kế.