đồ án thiết kế tính toán phanh ô tô

Một đường dầu từ xi lanh chính Khi đạp phanh, dầu từ xi lanh chính qua ống dẫn đến cá xi lanh bánh xe đẩy piston mang các má phanh ép vào 2 phía của đĩa phanh thực hiện phanh bánh xe K

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH 4

1.1 Giới thiệu chung về hệ thống phanh 4

1.1.1 Công dụng 4

1.1.2 Yêu cầu 4

1.1.3 Phân loại 4

1.2 Đặc điểm kết cấu của hệ thống phanh 5

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh 7

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH 15

2.1 Xác định lực momen xoắn tác dụng lên chi tiết 15

2.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc 16

2.1.2 Xác định momen phanh 17

2.1.3 Xác định các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh 18

2.1.4 Tính toàn bề rộng má phanh 21

2.1.5 Tính toán nhiệt và mài mòn 23

2.2 Tính toán thiết kế các chi tiết, cụm, hệ thống 26

2.2.1 Tính đường kính xilanh bánh xe và xilanh chính 26

2.2.2 Tính hành trình và tỷ số truyền bàn đạp 28

2.3 Tính kiểm nghiệm bền một số chi tiết trong hệ thống 32

2.3.1 Tính kiểm nghiệm bền của tang trống 32

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO 36

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển to lớn của tất cả cá ngành kinh tế quốc dân cần chuyên chở lượng hàng lớn

về hàng hóa và hành khách Nên ô tô trở thành một trong những phương tiện chủ yếu,

phổ biến để chuyên chở hang hóa và hành khách, được sử dụng rộng rãi trên mọi lĩnh vực

đời sống kinh tế, xã hội con người

Để trở thành một Kỹ sư ngành thì mỗi sinh viên phải hoàn thành các đồ án môn học

Trong quá trình học tập, sinh viên tích lũy kiến thức và đến khi làm đồ án thì chúng ta

vận dụng lý thuyết cơ bản vào thực tế sao cho hợp lý, nghĩa là lúc này sinh viên đã được

làm việc của một cán bộ kỹ thuật viên

Phanh ô tô là một bộ phận rất quan trọng trên xe ô tô, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn ở

tốc độ cao Nên hệ thống phanh ô tô cần thiết bảo đảm: bền vững , tin cậy, phanh êm dịu,

hiệu quả phanh cao, tính ổn định của xe, điều chỉnh lực phanh được… để tang tính an

toàn cho ô tô khi vận hành

Trong đồ án này em được giao nhiệm vụ:” TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG

PHANH”

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do thời gian, kiến thức và kinh nghiệm thực tế có hạn nên

trong quá trình làm đồ án sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Em rất mong các thầy góp

ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn thầy

VŨ THẾ TRUYỀN đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đồ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đam bảo quãng đường

phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động ô tô

- Điều khiển nhẹ nhàng

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh

- Cơ cấu thoát nhiệt tốt

- Có khả năng phanh ô tô khi đứng trong thời gian dài

1.1.3 Phân loại

1.1.3.1 Theo công dụng

- Hệ thống phanh chính ( phanh chân)

- Hệ thống phanh dừng ( phanh tay)

- Hệ thống phanh dự phòng

- Hệ thống phanh chậm dần( phanh bừng động cơ, thủy lực, hoặc điện tử)

1.1.3.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

1.1.3.3 Theo dẫn động phanh

- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí

- Hệ thống phanh dẫn động thủy lực

- Hệ thống phanh dẫn động khí nén

- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén – thủy lực

- Hệ thống phanh dẫn động có cướng hóa

1.1.3.4 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS)

Hệ thống phanh ô tô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanh chính thướng 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 dung cả hai phanh đảm bảo độ an toàn của ô tô khi chuyển động và dừng hẳn hệ

thống phanh có hai phần cơ bản đó là cơ cấu phanh và dẫn động phanh

1.2.1 Cơ cấu phanh

1.2.1.1 Cơ cấu phanh đĩa

Các bộ phận chính của cơ cấu phanh đĩa bao gồm

- Một đĩa phanh được lắp với mayo 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 dẫn động bởi

các piston của xi lanh bánh xe

Có 2 loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động

 Loại giá đỡ cố định

Loại này được đặt cố định trên dầm cầu Trên giá đỡ bố trí hai xi lanh bánh xe ở hai

phía của phanh đĩa Trong xi lanh có piston, mà một đầu của nó luôn tì vào các má phanh

Một đường dầu từ xi lanh chính

Khi đạp phanh, dầu từ xi lanh chính qua ống dẫn đến cá xi lanh bánh xe đẩy piston

mang các má phanh ép vào 2 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 vị trí ban

đầu, dầu từ xilanh bánh xe sẽ trở về xi lanh chính, tách má phanh khỏi đĩa phanh kết thúc

quá trình phanh

 Loại giá đỡ di dộng

Ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di chuyển ngang được trên 1 số chốt

cố định với dầm cầu Trong giá đỡ di dộng người ta chỉ bố trí 1 xi lanh bánh xe với 1

piston tì vào 1 má phanh Má phanh ở phía đối diện được gá trực tiếp trên giá đỡ

Bình thường khi chưa có phanh do giá đỡ có thể di chuyển ngang trên chốt nên nó

tự lựa chọn 1 vị trí sao cho khe hở giữa cá má phanh với đĩa phanh 2 bên là như nhau

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

chuyển để đấy má phanh ép vào đĩa phanh Do tính chất của lực và phản lực kết hợp

với kết cấu tự lựa của giá đỡ nên giá đõ mang má phanh còn lại cũng tác dụng 1 lực

lên đĩa phanh theo hướng ngược lại với lực của má phanh do piston tác dụng kết quả

là đãi phanh được ép bởi cả 2 má phanh và quá trình phanh bánh xe đc thực hiện

1.2.1.2 Cơ cấu phanh guốc

 Cấu tạo

a Cơ cấu phanh đối xứng qua trục mở guốc phanh bằng cam

1, Guốc phanh; 2- lò xo phanh; 3- bầu phanh; 4- giá đỡ đầu phanh; 5- đòn trục

cam; 6- cam ép; 7- lò xo lá; 8- má phanh; 9- trống phanh; 10- chốt guốc phanh

b Cơ cấu phanh đối xứng qua trục mở guốc phanh bằng xi lanh thủy lực

1, Chụp cao su chắn bụi; 2- xi lanh; 3- mâm phanh; 4- lò xo; 5- tấm ép; 6-

guốc phanh; 7- má phanh

 Nguyên lý hoạt động

Khi đạp phanh lên bàn đạp phanh, qua hệ thống đòn bẩy dẫn động sẽ làm quay cam

phanh đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh, do đó giữa trống phanh và má

phanh sẽ xuất hiện lự ma sát, tạo ram omen phanh cản trở sự quay của bánh xe Vì

vậy giữa bánh xe và amwtj đường xuất hiện lực phanh Khi thôi tác dụng bàn đạp

phanh, cam phanh xoay về vị trí ban đầu, lò xo sẽ kéo guốc phanh tách khỏi trông

phanh Quá trình phanh kêt thúc

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh

1.2.2.1 Dẫn động cơ khí

Dẫn động phanh cơ khí bao gồm hệ thống các thanh, các đòn bẫy và dây cáp Dẫn

động cơ khí ít khi được dùng để điều khiển đồng thời các cơ cấu phanh vì

+ Khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì độ cứng vững của các thanh dẫn động

phanh không như nhau

+ Khó dảm bảo sự phân bố phanh cần thiết giữa các cơ cấu

Vì vậy nên dẫn động cơ khí không sử dụng hệ thống phanh chính mà sử sụng ở hệ

thống phanh dừng

Đòn quay một đầu được liên kết bản lề với phía trên của một guốc phanh, đầu

dưới liên kết với cáp dẫn động Thanh nối liên kết một đầu với đòn quay một đầu với

guốc phanh còn lại

Khi điều khiển phanh tay thong qua hệ thống dẫn động, cáp kéo một đầu của đòn

quay quay quanh liên kết bản lề với phái trên của guốc phanh bên trái Thông qua

thanh nối mà lực kéo ở đầu dây cáp sẽ chuyển thành lực đẩy từ chốt bản lề của đòn

quay vào guốc phanh bên trái và lực đẩy từ thanh kéo vào điểm tựa của nó trên guốc

phanh bên phải, do đó 2 guốc phanh được bung ra om sát trống phanh thực hiện

phanh bánh xe

 Ưu điểm: + độ tin cậy làm việc cao

+ đọ cứng vững dẫn động không thay đổi khi phanh làm việc lâu dài

 Nhược điểm: + hiệu suất truyền lực không cao

+ thời gian phanh lớn

1.2.2.2 Dẫn động thủy lực

Dẫn động thủy lực được sử dụng rộng rãi trên hệ thống phanh chính của loại ô tô du

lịch, vận tải nhỏ và trung bình

Dẫn động phanh là một hệ thống cá chi tiết truyền lực tác dụng lên bàn đạp đến cơ

cấu phanh làm cho các guốc phanh bung ra nhằm thực hiện quá trình phanh, ở phanh

dầu chất lỏng được sử dụng để truyền dẫn lực tác dụng nêu trên Đặc điểm quan trọng

của dẫn động phanh dầu là các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp suất trong ống

chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào trống phanh

 Ưu điểm

+ Có thể phân bố lực phanh giữa cá bánh xe hoặc giữa các guốc phanh theo đúng

yêu cấu thiết kế

+ Có hiệu suất cao

+ Có độ nhạy tốt

+ Kết cấu đơn giản

+ Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu

phanh

 Nhược điểm

+ Không thể tạo được tỷ số truyền lớn

+ Lực tác dụng lên bàn đạp lớn

+ Đối với dẫn động phanh 1 dòng khi có chỗ nào bị chảy dầu thì tất cả hệ thống

phanh đều không làm việc

a Dẫn động phanh thủy lực một dòng

1- Xi lanh phanh trước, 2- xi lanh chính, 3- trợ lực chân không, 4- bàn đạp phanh, 5-

xilanh phanh sau

Khi đạp phanh, một lực sẽ đẩy piston của xi lanh chính, do đó áp suất dầu sẽ tang lên

và thắng lực lò xo đồng thời tiến hành ép guốc phanh vào với trống phanh

Khi buông phanh, các lò xo hồi vị của piston làm piston trở về vị trí cũ, đồng thời nó

kéo theo guốc phanh về vị trí ban đầu

 Ưu điểm

+ Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các guốc phanh đúng theo

yêu cầu thiết kề

+ Có hiệu suất cao

1- Xilanh phanh trước, 2- bộ chia dòng, 3- xilanh chính, 4- bàn đạp phanh, 5- xilanh

phanh sau

Khi tác dụng lực lên phanh, lực sẽ tác dụng lên piston ở xilanh chính làm việc, đẩy

dầu vào bộ chia dòng, ở đây dầu được chia thành hai đường Đường I sẽ dần động các

cơ cấu phanh trước, đường dầu II sẽ dẫn dộng các cơ cấu phanh sau

1, Máy nén khí, 2- bầu lọc khí, 3- bộ điều chỉnh áp suất, 4- đồng hồ áp suất, 5- bàn

đạp phanh, 6- van an toàn, 7- bình chứa khí, 8- van phân phối, 9- bầu phanh, 10-

cam phanh, 11- lò xo cơ cấu phanh, 12- guốc phanh

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng nhiều trên ô tô vận tải trung bình, lớn và dặc biệt

lớn Để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng khí nén, lực tác dụng

của người lên bàn đạp chỉ để mở tổng van phanh do đó giảm được sức lao động Tùy theo

liên kết của xe romooc mà dẫn động phanh khi nén có thể 1 dòng hoặc 2 dòng

Khi đạp phanh khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến các bầu phanh, qua màng

phanh tác động lên ty đẩy, ty đẩy tác động lên đòn quay làm xoay cam phanh của cơ cấu

phanh, ép sát guốc phanh vào trống phanh thực hiện quá trình phanh xe

Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn dạp phanh, không

phải sử dụng dầu phanh nhưng độ nhạy kém( thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí

bị nén khi chịu lực

a Dẫn động phanh khí nén một dòng

1, máy khí nén, 2- van điều chỉnh áp suất, 3- bình chứa khí nén, 4- van điều khiển, 5-

đường ống dẫn khí, 6- các bầu phanh

Khí trời được hút vào máy nén khí, qua van điểu chỉnh áp suất và tới bình chứa khí nén,

sau đó khí nén được dẫn tới trực ở van điều khiển

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp sẽ điều khiển mở van, dòng khí nén từ van đi vào

đường ống dẫn tới các bầu phanh để thực hiện quá trình phanh

Khi nhả bàn đạp, van đóng, ngắt liên hệ giữa bình chứa khí với các bầu phanh, đồng thời

mở đường ống ở van thông với không khí bên ngoài ngoài, khí nén từ bầu phanh thoát ra

và lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu kết thúc quá trình phanh

 Ưu điểm

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

+ Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô

+ Có thể sử dụng không khí nén cho bộ phaanh làm việc như hệ thống treo loại khí

 Nhược điểm

+ Độ chậm tác dụng lớn so với dẫn động thủy lực

+ Số lượng các cụm khá nhiều, kích thước, trọng lượng khá lớn, giá cao

+ Không đảm bảo độ an toàn và tin cậy

b Dẫn động phanh khí nén hai dòng

1, máy nén khí, 2- bộ chia dòng; 3,4- các bình chứa, 5- van điều khiển; 6,7 đường ống

dẫn khí nén; 8,9- các cầu phanh trước sau

Khí nén từ máy nén khí đi tới bộ chia dòng và được đưa tới bình chứa sau đó tục trực

nằm ở van điều khiển khi tác dụng lực vào bàn đạp thì khí nén từ van điều khiển được

chia ra 2 dòng Dòng khí nén theo đường ống dẫn để tới các bầu phanh( để phanh các

bánh xe trước và sau)

Với kết cấu như vậy, nó đảm bảo an toàn và tin cậy cao, song Kết cấu phức tạp, trang

thiết bị cồng kềnh

1.2.2.4 Dẫn động phanh liên hợp

Dẫn động phanh liên hợp là liên kết giữa thủy lực và khí nén trong đó phần thủy

lực có kết cấu gọn nhẹ dảm bảo độ nhậy, phanh cùng 1 lúc được tất cả cá bánh xe

Khi tác động lực vào bàn đạp phanh để mở van phanh, lức này khí nén từ bình chứa đi

vào hệ thống qua van phân phối đến các xilanh chính

Từ xilanh chính, lực tác động của dòng khí có áp suất cao đẩy piston thủy lực tạo cho

dầu có áp suất cao đi vào xilanh bánh xe thực hiện quá trình phanh, van bảo vệ hai ngả có

tác dụng tác dòng khí thành hai dòng riêng biệt và tự động ngắt 1 dòng khí nào đó bị

hỏng để duy trì sự làm việc của dòng không hỏng

 Ưu điểm

+ Kết hợp được nhiều ưu điểm của hai hệ thống phanh thỷu lực và khí nén, khắc phục

được nhược điểm của từng loại khí khi làm việc độc lập

 Nhược điểm

+ Kích thước của hệ thống rất cồng kềnh và phức tạp, rất khó bảo dưỡng và sửa chữa

+ Khi phần dẫn động khí nén bị hỏng thì cả hệ thống ngừng làm việc

+ Khi sử dụng hệ thống thì giá thành rất cao

Với những chỉ số bên trên, em chọn hệ thống phanh guốc cho cả hai cầu xe

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

2.1 Xác định lực momen xoắn tác dụng lên chi tiết

Số liệu cho trước

Loại ô tô: xe khách

Loại động cơ: diesel

Trọng lượng xe: G o = 5000 KG

Trọng lượng xe phân bố cầu trước: G ot = 2400 KG

Trọng lượng xe phân bố cầu sau: G os = 2600 KG

Trọng lượng xe đầy tải: G a = 10500 KG

Trọng lượng xe đầy tải phân bố cầu trước: G at = 3300 KG

Trọng lượng xe đầy tải phân bố cầu sau: G as= 7200 KG

Công suất có ích cực đại: Ne max = 115 kW

Số vòng quay: n N = 2600 V/ph

Momen xoắn cực đại: Me max = 440 N.m

Số vòng quay tại vị trí monem: n M = 1600 V/ph

2.1.1 Xác định tọa độ trọng tâm xe theo chiều dọc

Pj

Ga

2 Z 1

Trong đó

G a- Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe,

phương chiều như hình vẽ

G at- Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước.;

G as- Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau;

Z1- Phản lực từ mặt đường lên bánh trước của xe;

Z2- Phản lực từ mặt đường lên bánh sau của xe;

L - Chiều dài cơ sở của xe;

Hg - Chiều cao trọng tâm của xe;

a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe;

b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe;

Theo sơ đồ phân tích lực có Gat.a = Gas.b

a + b = L → a =

P j- Lực quán tính sinh ra khi phanh;

L - Chiều dài cơ sở;

Hg, a, b - Tọa độ trọng tâm của ôtô;

Khi phanh bỏ qua lực cản không khí P w và lực cản lăn P f 1và P f 2 Vì khi phanh vận tốc

của xe giảm nhanh cho đến vận tốc bằng không, nên P f 1+P f 2 nhỏ hơn rất nhiều so với P pt

Lập phương trình cân bằng momen tải O2 ta có:

Jp- Gia tốc chậm dần khi phanh, Jp = φ.g ;

φ - Hệ số bám của bánh xe đối với đường Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng

momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tối đa Đối với ôtô tải và khách do khó

bố trí cơ cấu phanh trong bánh xe,nên thường lấy: φ =(0.62 ÷0.65), du lịch và xe con φ

Giữa vành bánh xe và trống phanh có một khe hở nhất định δ không nhỏ hơn (20 ÷ 30)

[mm] Khe hở này cần thiết để cho không khí lưu thông làm mát trống phanh

Ta chọn:

Bề dày trống phanh trước và trống phanh sau bằng nhau và bằng 10[mm]

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh bằng 15[mm]