thiết kế hệ thống phanh oto tải

trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về Ô tô là một nhiệm vụ quan trọng. Trong trường Kỹ thuật, các Đồ án giúp các sinh viên tổng hợp lại các kiến thức đã học, đi sâu hơn vào việc thiết kế, tính toán... và với sinh viên ngành Cơ khí Động Lực thì Đồ án Ô tô là một trong những Đồ án quan

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp Ô tô nước ta có nhiều sự phát triển vượt bậc, Ô tô đã không còn là quá xa lạ với mỗi chúng ta Để đáp ứng nhu cầu của xã hội trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về Ô tô là một nhiệm vụ quan trọng Trong trường Kỹ thuật, các Đồ án giúp các sinh viên tổng hợp lại các kiến thức đã học, đi sâu hơn vào việc thiết kế, tính toán và với sinh viên ngành Cơ khí

Động Lực thì Đồ án Ô tô là một trong những Đồ án quan trọng nhất.

Là sinh viên ngành cơ khí động lực, sau khi học các học phần Hệ thống truyền lực ôtô, Hệ thống phanh… thì việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích Để giúp sinh viên rèn luyện được kỹ năng tìm hiểu thông tin, củng cố, ứng dụng lý thuyết vào thực tế và bước đầu làm quen với việc nghiên cứu, thiết kế các chi tiết và cụm chi tiết trong

ôtô, mỗi sinh viên đều được nhận Đồ án Ôtô Trong khuôn khổ nhiệm vụ được

giao, em xin trình bày nhiệm vụ Tính toán và thiết kế hệ thống phanh xe tải

Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Th.S Nguyễn Việt Hải

Dưới sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nổ lực của bản thân, em đã hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian quy định Tuy nhiên, do kiến thức hiểu biết có hạn, điều kiện tham khảo thực tế chưa có nhiều nên trong đồ án không thể không có sự sai sót, nhầm lẫn Do vậy, em mong các thầy thông cảm và chỉ bảo thêm để em hoàn thiện hơn trong quá trình học tập và công tác sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày…tháng…năm 2015.

Sinh viên

Huỳnh Vĩnh Quốc

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ

1.1 Công dụng, yêu cầu của hệ thống phanh ô tô

1.1.1 Công dụng

- Hệ thống phanh dùng để:

+ Giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó

+ Ngoài ra, hệ thống phanh ô tô còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô, máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang

- Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng trên ô

tô, nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc nhờ đó mới có thể phát huy được hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe

1.1.2 Yêu cầu

- Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

+ Làm việc bền vững, tin cậy

+ Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm

+ Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa

+ Giữ cho ô tô đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

+ Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh

+ Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng

+ Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng

+ Có khả năng thoát nhiệt tốt

+ Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ

- Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là:

+ Phanh làm việc: đây là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.

+ Phanh dự trữ: dùng để phanh ô tô, máy kéo trong trường hợp phanh chính hỏng

+ Phanh dừng: còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn nên còn gọi là phanh tay

+ Phanh chậm dần: Trên các ô tô tải trọng lớn hoặc làm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài Loại phanh này giữ cho tốc độ của ô tô không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc và giảm dần tốc độ của ô

tô trước khi dừng hẳn

- Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức năng của nhau Nhưng chúng phải có ít nhất hai bộ phận là điều khiển và dẫn động độc lập

- Ngoài ra để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn hoạt động bình thường

- Để có hiệu quả phanh cao:

+ Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

+ Phân phối momen trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỉ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng

+ Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc dùng bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng toàn bộ lớn

- Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỉ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe Đồng thời không có hiện tượng tự siết khi phanh

- Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lí, cụ thể phải thõa mãn các điều kiện chính sau:

+ Lực phanh trên các bánh xe trái và phải của cùng một cầu phải bằng nhau, sai lệch cho phép không vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất

+ Không xảy ra hiện tượng khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh, vì các bánh

xe ở cầu trước trượt sẽ làm ô tô bị trượt ngang, các bánh xe ở cầu sau trượt sẽ làm ôtô mất tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra các bánh xe bị trượt còn gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

- Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ô tô hiện đại người ta sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS

- Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của chúng

1.2 Phân loại hệ thống phanh ô tô

- Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe và phanh truyền lực

- Theo dạng bộ phận tiến hành, phanh chia ra: phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải

- Theo loại dẫn động, phanh chia ra: phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanh khí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau)

+ Dẫn động phanh: để diều khiển cơ cấu phanh.

1.3.1 Cơ cấu phanh

- Là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu gồm hai phần chính là: phần tử ma sát và cơ cấu ép

- Ngoài ra cơ cấu phanh còn có các bộ phận khác như: bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí dối với dẫn động thủy lực

- Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- Guốc, đĩa hay dải Mỗi loại có đặc điểm riêng biệt

1.3.1.1 Loại trống- guốc

Hình 1.2: Các cơ cấu phanh loại trống- guốc thông dụng

a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xi lanh thủy lực;

c- Ép bằng hai xi lanh ép; d- Ép bằng hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do

- Đây là cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:

+ Trống phanh: là một trống quay hình trụ gắn với may ơ bánh xe

+ Các guốc phanh: trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi tấm má phanh)

+ Mâm phanh: là một đĩa cố định, bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh.

+ Cơ cấu ép: khi phanh, cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động,

sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ vào mặt trong của trống phanh, tạo nên lực ma sát phanh bánh xe lại

+ Bộ phận điều chỉnh khe hở và xả khí (chỉ có đối với dẫn động thủy lực)

- Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài chỉ tiêu chung người ta sử dụng

ba chỉ tiêu riêng, đặc trưng cho chất lượng cơ cấu phanh là:

+ Tính thuận nghịch (đảo chiều)

- Trên ô tô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít dùng loại vỏ quay

- Đặc điểm kết cấu các chi tiết cà và bộ phận chính:

+ Đĩa phanh: thường được chế tạo bằng gang Đĩa đặc có chiều dày 8÷13 mm, đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16÷25 mm Đĩa ghép có thể có lớp lõi bằng nhôm hay đồng còn lớp mặt ma sát bằng gang xám

+ Má kẹp: được đúc bằng gang rèn

+ Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xinh lanh được mạ một lớp cờ rôm

+ Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá.

+ Tấm ma sát: của loại phanh đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt khoảng 12÷16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi

1.3.2 Dẫn động phanh

1.3.2.1 Các loại dẫn động phanh

- Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô người ta chủ yếu sử dụng hai loại dẫn động thủy lực và khí nén

- Dẫn động cơ khí thường được dùng cho phanh dừng (hiệu suất từ 0,4÷0,6%)

- Dẫn động điện chỉ dùng cho xe kéo móc nhưng cũng rất hiếm

- Dẫn động thủy lực thường được dùng để dẫn động phanh của rơ-moóc kéo theo sau

1.3.2.2 Các sơ đồ phân dòng chính

Hình 1.4: Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh1- Bộ phận phân dòng (xi lanh chính hoặc tổng van khí nén); 2,3- Các bánh xe

trước sau; 4,5- Các dòng dẫn động

- Khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa trên ba yếu tố chính là:

+ Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng

+ Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép

+ Mức độ phức tạp của dẫn động

- Để đảm bảo những yêu cầu cunh đặt ra đối với hệ thống phanh, dẫn động phanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

+ Đảm bảo sự tỉ lệ giữa mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp và hành trình của nó

+ Thời gian chậm tác dụng của cơ cấu phanh không vượt quá 0,6s, khi nhả phanh không được vượt quá 1,2s

+ Phải có ít nhất hai dòng độc lập, khi một dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh phải đạt tối thiểu 50%

+ Khi kéo moóc, nếu moóc tuột thì phải tự động phanh lại

- Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (hình 1.5a, đây là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước)

- Khi dùng các sơ đồ b, c, d hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn 50% khi bị hỏng một dòng nào đó Tuy vậy, khi dùng sơ đồ b và d lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng Điều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay đòn âm)

- Sơ đồ e là hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

1.3.2.3 Dẫn động thủy lực

a Ưu nhược điểm:

- Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm quan trọng là:

+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,4s)

+ Luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất dẫn động chỉ bắt đầu tác dụng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát vào trống phanh

+ Hiệu suất cao từ 0,8÷0,9%

+ Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

+ Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau

- Nhược điểm:

+ Yêu cầu độ kín khít cao, khi có một chỗ nào đó bị rò rỉ thì cả dòng không hoạt động được

+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng bộ trợ lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp.

+ Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm cho đường ống bị rung động và mô men phanh không ổn định

+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp

Hình 1.5 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp1,8- Xi lanh bánh xe; 2,7- Ống dẫn; 3,4- Piston; 5- Xi lanh chính; 6- Bầu phanh

b Phạm vi sử dụng

- Với các đặc điểm đó, dẫn động thủy lực được sử dụng rộng rãi trên ô tô du lịch, ô

tô tải cỡ nhỏ hoặc cỡ đặc biệt lớn

1.3.2.4 Dẫn động khí nén

a Ưu nhược điểm:

- Dẫn động khí nén có các ưu điểm quan trọng là:

+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực

+ Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như: phanh rơ- moóc, đóng mở của xe, hệ thống treo khí nén

- Tuy vậy, dẫn động khí nén có các nhược điểm lớn là:

+ Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

+ Do bị hạn chế bởi điều kiên rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn của chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới 10÷15 lần

+ Số lượng các cụm chi tiết nhiều

+ Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

a- Ô tô đơn; b- Phanh rơ moóc một đường; c- Phanh

rơ moóc hai đường1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- Bộ điều chỉnh

áp suất; 4- Bộ lắng lọc

và tách ẩm; 5- Van bảo

vệ kép; 6,10,11,16- Các bình chứa khí nén; 7,9- Các bầu phanh xe kéo; 8- Tổng van phân phối; 12- Các van cắt nối đường ống; 13- các đầu ống nối giữa xe kéo và

rơ moóc; 14- Đường nối giữa xe kéo và rơ moóc trong dẫn động một đường; 15- Van phân phối phanh rơ moóc; 17- các bầu phanh rơ moóc; 18, 21- Van điều khiển phanh rơ moóc

- Dẫn động phanh liên hợp là liên kết giữa thủy lực và khí nén:

+ Phần thủy lực có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ và đồng thời 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 huy động, điều khiển phanh rơ moóc

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của mạch dẫn động thủy khí điều khiển phanh của một

cầu xe1- Van an toàn; 2- Bình chứa; 3- Van phân phối khí;

4- Xi lanh thủy khí; 5- Xi lanh bánh xe; 6- Máy nén khí

- Dẫn động liên hợp thủy khí được sử dụng rộng rãi trên các ô tô và đoàn xe kéo moóc tải trọng lớn và đặc biệt lớn (như các ô tô URAL - 375, MAZ - 7310…)

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ 2.1 Số liệu cho trước

- Các thông số ban đầu của xe được cho trong bảng 2-1:

Bảng 2-1: Thông số ban đầu của xe thiết kế

2.2 Tính toán xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh

2.2.1 Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

Hình 2.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô đứng yên trên mặt đường nằm ngang

- Trong đó:

• a, b: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trước/sau

• Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe

• Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và sau

• hg : Chiều cao trọng tâm xe

• O : Trọng tâm xe

- Viết phương trình cân bằng momen khi bánh xe đứng yên: (Hình 2.1)

+ Phương trình cân bằng momen tại O1:

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh

- Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe:

+ Trọng lượng toàn bộ Ga đặt tại trọng tâm O

+ Lực cản lăn pf1 và pf2

+ Phản lực thẳng góc Z1 và Z2

+ Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước/sau Pp1 và Pp2

+ Lực cản không khí Pω

+ Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần

- Ở đây lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, chiều ngược chiều chuyển động của ô tô Lực quán tính Pj đặt tại trọng tâm xe và có chiều cùng chiều chuyển động của ô tô

- Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức sau:

• Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh

- Khi phanh thì lực cản không khí Pω và lực cản lăn Pf1, Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua Sự bỏ qua này chỉ gây ra sai số 1,5÷2% Khi đó phương trình cân bằng lực khi

xe phanh theo phương song song với mặt đường là:

Pj = Pp1 + Pp2 (2.3)

- Để sử dụng hết trọng lượng bám của ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở bánh sau

và trước, lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:

ϕ+

2

G b L

h

ϕ+

(2.8)Gbx2 =

).(

2

G a L

h

ϕ

−

(2.9)Thay các giá trị vào (2.8) và (2.9) ta được:

2.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe

- Thực tế momen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở các bánh

xe sinh ra Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu, vì vậy nói chung trên một chiếc xe có thể có các cơ cấu khác nhau đối với các trục bánh xe trước và sau Ngay

cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kích thước khác nhau tùy theo momen phanh yêu cầu phân bố trên các trục đã tính như ở trên

- Vì vậy để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lí, trước hết cần đánh giá tỷ số phân bố momen phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lực phanh K12 như sau: