Đồ án môn học kết cấu tính toán ô tô hệ thống phanh 3

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô,máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc đôcần thiết nào đó.. Như vậy, hệthống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng,nó đảm bảo cho ôt

MỞ ĐẦU.

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô,máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc đôcần thiết nào đó Ngoài ra hệ thống phanh còn cónhiệm vụ giữ cho ôtô đứng yên tại chỗ trên các mặtdốc nghiêng hay trên mặt nằm ngang Như vậy, hệthống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng,nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọi chếđộ làm việc Nhờ đó mới có thể phát huy hết khảnăng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vậnchuyển

Việc thiết kế hệ thống phanh cho ôtô bao gồm hainhiệm vụ chính là tính toán thiết kế dẫn độngphanh và cơ cấu phanh

Dẫn động phanh là bộ phận dùng để điều khiển cơcấu phanh

Cơ câïu phanh là bộ phận trực tiếp tạo lực cản.Ngoài ra, tuỳ từng yêu cầu cụ thể mà ta có thể thiếtkế thêm các bộ phận khác như: các bộ trợ lực, bộđiều chỉnh lực phanh, hệ thống chống hãm cứngbánh xe

Hiện nay, hệ thống phanh bố trí trên các ôtô đadạng Tuỳ từng ôtô mà người ta chọn hệ thống phanhphù hợp

Với ôtô chúng ta đang thiết kế là loại ôtô du lịchbốn chỗ ngồi có đặc điểm:

- Tốc độ cao

- Tải trọng phân bố lên các cầu gần như nhau

- Không gian chung toàn xe nhỏ gọn

Chính vì thế ta cần chọn lựa các bộ phận trong hệthống phanh sao cho phù hợp như trình bày tiếp theodưới đây

1 CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH.

1.1 CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH

Hiện nay ôtô thường dùng hai loại dẫn động phanhchính là thủy lực và khí nén, còn dẫn động cơ khí chỉdùng cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và không đảmbảo phanh đồng thời các bánh xe Dẫn động điện chỉdùng cho các đoàn xe

Dẫn động phanh khí neún chỉ dùng cho các xe cỡvừa và lớn hoặc những đoàn xe kéo moóc, vớinhững ưu điểm sau:

- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Độ tin cậy cao hơn dẫn động thủy lực Nếutrong hệ thống có một chỗ bị rò rỉ thì hệthống vẫn làm việc được

-Dễ phối hợp với các dẫn động và các cơ cấusử dụng khí nén khác trên ôtô.

-Dễ tự động hóa và cơ khí hóa quá trình điều

khiển

Tuy vậy nó có một số nhược điểm sau:

-Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn

-Kích thước cồng kềnh

-Nhiều chi tiết, kết cấu phức tạp

-Giá thành cao

Dẫn động thủy lực thường được sử dụng rộngrãi trên các xe du lịch, ôtô tải và khách cở nhỏ hoặc làtrên ôtô tải trọng đặc biệt lớn Dẫn động loại nàyluôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suấttrong dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các máphanh đồng thời epï sát vào trống phanh, ngoài ra nócòn có nhưng ưu điểm sau:

-Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

-Hiệu suất cao  =(0,8 0,9)

-Kết cấu đơn giản, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ

-Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nênthường dùng cơ cấu trợ lực dẫn đến kết cấuphức tạp.

-Hiệu suất giảm ở nhiệt độ thấp

-Sự dao động áp suất chất lỏng có thể làm chocác đường ống bị rung và mômen phanh khôngổn định

Vậy đối với xe đang thiết kế ta chọn loại dẫnđông thủy lực vì mômen phanh không yêu cầu cao, chonên có thể chỉ dùng lực từ bàn đạp cũng đủ đểtạo ra mô men phanh yêu cầu Nếu chưa đạt mômenphanh yêu cầu thì có thể kết hợp lực bàn đạp vàbộ trợ lực chân không lấy độ chân không trực tiếptừ đường ống nạp của động cơ để tạo ra mômenphanh lớn hơn đũ để đáp ứng cho xe mà không cầndùng đến dẫn động khí nén với các bộ phận cồngkềnh, đắc tiền như máy nén khí, bình khí nén, cácvan phân phối Ngoài ra, dẫn động thuỷ lực còn có

ưu điểm độ nhạy lớn rất thích hợp với ôtô tốc độcao vì thời gian cho người lái thao tác là nhỏ Cònnhững khuyết điểm thì ta có thể khắt phục bằngcách chế tạo chính xác hoặc dùng các cơ cấu hổtrợ khác

1.2 CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH

Đối với cơ cấu phanh, thì dẫn động thủy lựcthường dùng các loại như trên hình 1.1:

- Trên hình 1.1b là cơ cấu phanh guốc ép bằng haixilanh thủy lực, guốc hai bậc tự do Đây là loại cơcấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng, hiệu quả phanhcao: Khq = (1,61,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả haichiều, tuy vậy sơ đồ này rất phức tạp.

- Trên hình 1.1c là cơ cấu ép bằng hai xilanh thủylực, guốc một bậc tự do Đây là cơ cấu không thuậnnghịch, vì mômen sinh ra theo chiều tiến lớn hơn theochiều lùi, cơ cấu này lợi dụng ma sát để tăng hiệuquả phanh theo chiều tiến và giảm một chút theochiều lùi, loại này thường sử dụng ở cầu trước xe du

P

lịch, hệ số hiệu quả loại này Khq = (1,61,8) lần sovới sơ đồ 1.1a theo chiều tiến.

Ngoài ra còn có một số cơ cấu khác là cơcấu phanh guốc tự cường hóa, phanh đĩa

Qua việc phân tích các loại cơ cấu trên, để phù hợpvới loại xe ta thiết kế thì tốt nhất ta chọn cơ cấuphanh bánh xe trước như trên hình 1.1c Còn đối vớibánh sau chọn cơ cấu phanh hình 1.1a.Việc chọn nhưvậy thoã mãn được yêu cầu rằng có thể chế tạomột cách thống nhất các chi tiếc trong cơ cấu phanhnhư: guốc phanh, xylanh con, trống phanh .mà vẫnđảm bảo tạo ra được một momen phanh ở cơ cấuphanh trước lớn hơn ở cơ cấu phanh sau, giúp cho việcchế tạo, sử dụng được đơn giản

1.3.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

1.3.1 Chọn sơ đồ phân dòng.

Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thốngphanh thì xe phải có hai dòng dẫn động độc lập có

cùng cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh

Hiện nay, đối với dẫn động thuỷ lực có các

sơ đồ dẫn động khác nhau như trình bày trên hình 1.2:

- Trên hình 1.2a phân dòng theo hai cầu, mỗi dòngmột cầu Khi một dòng hỏng không gây ra mất đốixứng lực phanh, nhưng hiệu quả phanh giảm đi nhiềucó thể nhỏ hơn 50 Nhưng nó có ưu điểm kết cấu00

đơn giản nhất dễ chế tạo nên giá thành rẻ vì vậy nóđược dùng khá phổ biến.

- Trên hình 1.2b phân dòng chéo nó có ưu điểmkết cấu tương đối đơn giản Khi một dòng hỏng thìhiệu quả phanh luôn luôn còn 50 , nhưng có hiện0

tượng mất đối xứng lực phanh khi một dòng bịhỏng Vì vậy loại này ít dùng

- Trên hình 1.2c, một dòng dẫn động cả hai cầucòn dòng còn lại chỉ dẫn động cầu trước Nếu mộttrong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn giữ

- Trên hình 1.2e phân dòng có hai dòng, mỗi dòngcho cầu trước và cho cầu sau Phân dòng kiểu này độ

an toàn cao, nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệuquả phanh vẫn còn 100% Đây là loại sơ đồ hoàn thiệnnhất về hiệu quả phanh cũng như sự mất đối xứngvề lực phanh Tuy vậy kết cấu phức tạp nhất

Qua phân tích các sơ đồ trên ta chọn sơ đồ 1.2a Vì

một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh cũngcòn tạm chấp nhận được

8

9 6

7

e

vì trống phanh gắn chặt với mazơ bánh xe Khi nhảphanh bàn đạp, nghĩa là lúc ngắt phanh lò xo kéo phanhvề vị trí ban đầu Dưới tác dụng của lực lò xo cácpiston trong xilanh làm việc sẽ ép dầu trở lại xilanhchính 7.

2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.

2.1 XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEOCHIỀU DỌC Ở TRẠNG THÁI TĨNH

G a Hg

của xe, phương chiều như hình vẽ

Gat - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu trước

Gas - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụnglên cầu sau

Z1 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lênbánh trước của xe

Z2 - Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lênbánh 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 độtrọng tâm của xe

b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độtrọng tâm của xe

Theo sơ đồ phân tích lực như (Hình 2.1) ta có:

as G G

L G



.

= 870950.2800950

 = 1462 [mm] (2.1)

P W

P j

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh.

Trong đó:

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtôđặt tại trọng tâm

Pf1 - Lực cản lăn ở bánh xe trước

Pf2 - Lực cản lăn ở bánh xe sau

Ppt ,Pps - Lực phanh ở mổi bánh xe trước vàsau

P - Lực cản không khí

Pj - 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 và lực cảnlăn Pf1và Pf2 Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh chođến vận tốc bằng không, nên Pf1+Pf2 nhỏ hơn rấtnhiều so với Ppt và Pps

Lập phương trình cân bằng momen đối với O1 tacó:

Z2.L+ P jHg - a.G a.g= 0

 Z2=

L

Hg Pj g G

a. a 

Với P j =Ga J p

Nên: Z2 = . ( max )

Hg g

J a L

g

 ( 2.2 )

Lập phương trình cân bằng momen đối với O2tađược:

-Z1.L+P j.Hg +b G a.g= 0



L

Hg P g G b

 (theo phân tích ở tài liệu [1])

- Hệ số bám của bánh xe đối vớiđường Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năngsinh ra một momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tốithiểu bằng momen xác định theo điều kiện bám, talấy giá trị tối đa Đối với ôtô du lịch   0 , 75  0 , 85 theo tàiliệu [1] (nếu dẫn động không có trợ lực), ta chọn

Theo tài liệu tham khảo [2] thì lốp xe Moosskvits

-412 có kí hiệu là: 165-330 Tức chiều rộng biên dạnglốp 165mm, còn đường kính vành bánh là 330 mm Theotài liệu tham khảo [3] thì ta có công thức tính bán kínhthiết kế của xe như sau:

sau giống nhau để dể tính toán, miễn sao đảm bảobền cho cầu trước thì cũng đảm bảo bền cho cầu sau.2.3 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤUPHANH.

2.3.1.Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh.

Theo tài liệu tham khảo [2], biết được ki hiệu lốpcủa xe Moskvíts là (6,45 - 13)ì ( 165 - 330) Nghĩa là bềrộng lốp B=165[mm] và đường kính vành bánh xe là dv

=165[mm]

Giữa vành bánh xe và trống phanh có một khe hởnhất định  không nhỏ hơn (2030) [mm] Khe hở nàycần thiết để cho không khí lưu thông làm mát trốngphanh

Theo xe tham khảo ta chọn:

Bề dày trống phanh trước và trống phanh saubằng nhau và bằng 7[mm]

Khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh  

Sau khi coi qua xe tham khảo, ta chọn các thông số nhưsau:

Góc đầu của má phanh trước và sau bánh xetrước:  1t   1s =18 0

Chọn góc ôm   1200  lớn quá thì phân bố ápsuất lên má phanh không đều, nhỏ quá sẽ gây chóngmòn má phanh và không lợi dung được hết diện tíchtang trống

Góc cuối của má phanh trước và sau bánh xetrước: 2t   2s =138 0

Góc đầu của má phanh trước và sau bánh xesau :  1t   1s =180

Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm

tì cố định của guốc phanh:

S = 110[mm]

Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:

h = 210[mm]

Mà h’ = h” = h/2= 210/2 = 105[mm]

Hình 2.3 Sơ đồ tính toán lực cần thiết tác dụng lên

guốc phanh

2.4 TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH

Chiều rộng của má phanh được xác định trên cơ sở đảm bảo áp suất trên bề mặt ma sát và tải trọng riêng quy ước.

Ta coi hàm phân bố áp suất trên bề mặt má

phanh:  = 1, (sai lệch so với thực tế không lớn hơn 5%) thì áp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt ma sát là:

] [

r b

M q

Mp- Momen phanh

rt - Bán kính trống phanh

 - Hệ số ma sát.

Theo tài liệu tham khảo [1], khi tính toán có thểthừa nhận hệ số ma sát  0 , 32  0 , 38, chọn= 0,32

]

[q - Aïp suất cho phép của bề mặt

ma sát má phanh

Aïp suất cho phép trên bề mặt má phanh phụthuộc bởi nguyên liệu má phanh và trống phanh Aïpsuất này thay đổi trong giới hạn rộng Đối với các máphanh hiện nay dùng cho ôtô áp suất trung bình chophép khi phanh với cường độ cực đại nằm trong giớihạn từ 1,52 MN/m2 Ta chọn [ qtb] = 2 MN/m2

Từ biếu thức ( 2.6 ) suy ra bề rộng má phanh:

b

] [

.

2 r2 q

M t

b

] [

2

180

2

0

q r

M t

Mpt - Momen phanh cầu trước; Mpt =2145[N.m]

rt - Bán kính trống phanh; rt = 140 [ mm ]

= 0,14 [m ]

 - Góc ôm;  = 1200.Thay vào công thức (2.8) ta được:

b

0

10 2 14 , 3 120 14 , 0 32 , 0 2

180 2145

ma, g - Khối lượng toàn bộ của ô

tô và gia tốc trọng trường

8 , 9 1445

0 0

Từ công thức: M p1,2  P.h. (Đối với guốc tự

với phanh guốc hiện tượng tự siết vào trống phanhsẽ xảy ra khi mẫu số bằng không Để tránh hiệntượng này phải đảm bảo điều kiện:A  B > 0, tức là:

2 1

s A t

= 00,,1411 .1803,14

18 138

138

0 0

0 0



 Cos Cos

1 2

= 1 - 0 0

0 0

18 138

18 138

14 , 0

11 , 0



 Sin Sin

14 , 3

2.6 TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ MÀI MÒN

2.6.1.Tính toán mài mòn

Tính mài mòn được tiến hành theo các chỉ tiêu gián tiếp là áp suất trung bình trên tấm ma sát của guốc tự siết và công ma sát riêng

Xác định nhiệt độ đốt nóng trống phanh và cườngđộ mài mòn má phanh như sau:

Aïp suất trung bình trên má phanh được tính theocông thức (2.6):





t

p r b

M

(2.11)Trong đó:

rt - Bán kính trống phanh

 - Góc ôm (tính bằng rad)

[qtb ] - Aïp suất trung bình cho phép Theo tài liệu tham khảo[1], đối với má phanh làm bằngvật liệu atbét thông thường thì [ qtb] = 2MPa

+ Đối với phanh trước, momen cần sinh ra ở mỗi

cơ cấu phanh:

2 1



 pt

p

M M

2

2145



= 1072,5[N.m]

qtb 3 , 14

180

120 14 , 0 06 , 0 32 , 0

5 , 1072

0

0 2



= 1360756,3[N.m = 1,36[MPa]

Vậy qtb  1 , 36MP a  2MP a thỏa mãn điều kiện

Đối với cơ cấu phanh sau thì do mômen phanh cầusau nhỏ hơn cầu trước mà cơ cấu phanh thì ta chọnhoàn toàn giống nhau nên nó đã thoả mãn

Công ma sát riêng l ms bằng tỉ số giữa công masát sinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ cực đại đến dừngvà tổng diện tích F của tất cả các má phanh

 ms

a a

F

V m



2 2

(2.12) Chú ý rằng động năng của xe bị triệt tiêu hoàntoàn do công ma sát

Theo tài liệu tham khảo[1] ta có với ôtô du lịch:

l ms  1000  1500J cm2

Trong đó:

ma- Khối lượng toàn bộ của xe;

V0- Vận tốc khi bắt đầu phanh;

Để kiểm tra công ma sát, ta xét xe chạy với tốcđộ cực đại V0140Km h, tương ứng với V040.27m s

14 , 0 2

27 , 40

2.6.2 Tính toán nhiệt.

Tính toán nhiệt nhằm hạn chế không chonhiệt độ trống phanh tăng quá giới hạn cho phép vàtiến hành như sau Trong quá trình phanh động năngcủa xe chuyển thành nhiệt năng đốt nóng trống phanhvà một phần tỏa ra ngoài không khí Do đó theo địnhluật bảo toàn năng lượng có thể viết:

      

t t t

c t

c V V m C F K dt g

G

0

2 2

Gc= Z2 = 6513.9 [N].

V1- Tốc độ đầu quá trình phanh ôtô

V2 - Tốc độ cuối quá trình phanh ôtô

 t, c- Lượng tăng nhiệt độ của trốngphanh so với môi trường ở cuối và trong quá trình phanh

C - Nhiệt dung riêng của vật liệu làm trốngphanh, đối với thép C= 482[J/KG.độ]

Hình 2.4 Sơ đồ tính toán trống phanh

Ft - Diện tích tản nhiệt của trống phanh;

K - Hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh vàkhông khí;

t - Thời gian phanh;

m t- Khối lượng các trống phanh và các chi tiết liên quan bị nung nóng

  Bề dày trống phanh; r t  Bán kính trốngphanh; bt - Bề rộng trống phanh

Theo mục (2.3.1) ta có :

Bề dày trống phanh   7mm.Bán kính trống phanh r t  140mm



b t

r t

Bề rộng trống phanh bt ta chọn dựa trên cơ sởbề rộng má phanh đã tính, chọn b t bằng bề rộngmá phanh cộng với độ dôi ra hai bên má phanh mỗi bênkhoảng 10[mm],tức là: b t =80 [mm].

Trống phanh được coi như gồm hai phần làphần hình trụ tròn và phần đĩa gắn với phần trụ,như vậy khối lượng được tính như sau:

  là phần năng lượng tỏa ra khiphanh ngặt trong thời gian ngắn nên nhiệt lượngtruyền ra môi trường không đáng kể, nên ta có thể bỏqua Trên cơ sở đó có thể xác định lượng tăng nhiệtđộ của trống phanh trong một lần phanh như sau:

C m g

V V G

t

c c

2

2 2

2

1 

