Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôtô điện cỡ nhỏ

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là : - Phanh làm việc: Phanh này là phan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SPKT HƯNG YÊN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Mai Huy Hữu

Lớp: 106091 Khoá học: 2009 - 2013

Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ôtô

Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ôtô

Tên đề tài:

“Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôtô điện cỡ nhỏ”

Nội dung:

1 Số liệu và tài liệu tham khảo.

Xe điện cỡ nhỏ với các thông số cơ bản:

- Số chỗ ngồi: 04

- Khối lượng không tải: m01=100 kg, m02=180 kg

- Khối lượng toàn tải: m1=180 kg, m2=400kg

- Chiều dài cơ sở: 1800 mm

- Chiều rộng cơ sở: 1200 mm

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh

- Chương 2: Tính toán thiêt kế hệ thống phanh xe ôtô điện cỡ nhỏ

- Chương 3: Tính kiểm nghiệm bền một số chi tiết của hệ thống phanh

- Kết luận và khuyến nghị

3 Phần thực hành

Ngày giao đề tài: tháng năm

Ngày hoàn thành: tháng năm

Giáo viên HD: Đỗ Văn Cường

Hưng Yên, ngày tháng năm

PHÓ BỘ MÔN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ô tô chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ đến sự phát triển của nền kinh tế của một quốc gia Ngày nay các phương tiện vận tải ngày càng phát triển hoàn thiện và hiện đại, đặc biệt là ngành ô tô đã có những thành tựu kỹ thuật vượt bậc, 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 dụng trong ngành ô tô.

Ở nước ta hiện nay các xe ô tô đang lưu hành là các hãng xe nước ngoài, được lắp ráp tại các nhà máy liên doanh và một phần là xe nhập mới nguyên chiếc, một phần là nhập khẩu xe cũ Các loại xe trên rất đa dạng về chủng loại mẫu mã cũng như chất lượng cũng khác nhau.Với đặc thù của địa hình Việt Nam 70% diện tích

là đồi núi Đường xá đi lại khó khăn, nhiều dốc đèo, đường vòng và chất lượng đường thường không được đảm bào Do đó yêu cầu phải có một hệ thống phanh tốt đảm bảo an toàn cho người sử dụng trong quá trình vận tải, đồng thời nâng cao hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh , để tăng tính an toàn của ô tô khi vận hành

Trong tập đồ án tốt nghiệp này em được giao đề tài ” Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôtô điện cỡ nhỏ” Nội dung của đề tài này giúp em hệ thống được những kiến thức đã học, nâng cao tìm hiểu các hệ thống của ôtô nói chung và

hệ thống phanh của ôtô nói riêng, từ đây có thể đi sâu nghiên cứu về chuyên môn.

Nội dung chuyên đề được chia làm 3 chương sau:

- Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh

- Chương 2: Tính toán thiêt kế hệ thống phanh xe ôtô điện cỡ nhỏ

- Chương 3: Tính kiểm nghiệm bền một số chi tiết của hệ thống phanh

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: Đỗ Văn Cường đã chỉ bảo tận

tình và các thầy giáo bộ môn, đã hết sức tận tình giúp đỡ, hướng dẫn em hoàn thành tốtnội dung đề tài đồ án của mình

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1 Lý do chọn đề tài và lịch sử vấn đề nghiên cứu.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài.

Ngày nay, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng cho hành khách vàhàng hoá đối với các ngành kinh tế nước nhà, đồng thời đã trở thành phương tiện giaothông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển

Hiện nay do vấn đề ô nhiễm môi trường nên các hãng xe đã đi vào nghiên cứu vàcho ra đời các dòng xe chạy bằng điện và đưa vào hòa nhập vào thị trường ô tô , mật độ ô

tô lưu thông ngày càng nhiều Song song với sự gia tăng số lượng ô tô thì số vụ tai nạngiao thông đường bộ do ô tô gây ra cũng tăng với những con số báo động Trong các

nguyên nhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật

thì nguyên nhân do mất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn Hiện nay, hệ thống phanhtrang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệthống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Vì vậy viêc tính toán thiết kế hệ thống phanh mang ý nghĩa quan trọng không thểthiếu nhằm cải tiến hệ thống phanh, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế để tăng hiệuquả phanh, tăng tính ổn định và tăng dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc vớimục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyển của ô tô

Với mục đích đó, em chọn đề tài " Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôtôđiện cỡ nhỏ " Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tính toán thiết kế hệ thống phanh,kiểm nghiệm hệ thống phanh trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức có hạn và thời gian ngắn, thiếu kinhnghiệm thực tế nên trong khuôn khổ đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Emrất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiện hơn Emxin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, các thầy giáo bộ môn

đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tài của mình

1.2 Ý nghĩa của đề tài.

- Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị cho sinh viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc Đề tài nghiên

cứu về “Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ôtô điện cỡ nhỏ”giúp cho chúng em

hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này

- Nội dung và kết quả của đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên các khoá

- Kết quả đạt được sẽ làm cơ sở để phát triển đề tài ở mức cao hơn

2 Mục tiêu của đề tài

- Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe điện cỡ nhỏ loại 4 chỗ ngồi

- Kiểm nghiệm bền một số chi tiết trong hệ thống phanh trên xe điện cỡ nhỏ

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu.

3.1 Đối tượng nghiên cứu.

Hệ thống phanh trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi

3.2 Khách thể nghiên cứu.

Hệ thống phanh trên xe điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi

4 Nhiệm vụ của nghiên cứu.

- Tính toán thiết kế hệ thống phanh cho xe ô tô điện cỡ nhỏ 4 chỗ ngồi

- Kiểm bền một số chi tiết trong hệ thống phanh

- Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thiện thành đề tài của mình

5 Phương pháp nghiên cứu.

5.1 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn.

- Quan sát, tìm hiểu các thông số kết cấu (thông số bên ngoài ), tính năng kỹ thuật

- Đề suất cải tiến hệ thống phanh

5.2 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Phương pháp được thực hiện khi chúng ta đã thu thập một số lượng tài liệu thamkhảo cũng như những đề tài có liên quan và được thực hiện trước đó

* Mục đích : Nghiên cứu, tham khảo, tìm hiểu các thông tin khoa học trên cơ sở

nghiên cứu các văn bản, tài liệu, sách báo đã có sẵn bằng tư duy logic để rút ra kết luậncần thiết

* Tài liệu nghiên cứu:

- Tài liệu thứ cấp : Là tài liệu có nguồn gốc từ tài liệu sơ cấp đã được phân tích,

thảo luận và diễn giải như : Sách giáo khoa, báo chí và các giáo trình … Các tài liệu này

đã được giải thích và phân tích dựa trên thực tiễn và lý thuyết một cách chính xác

* Các bước thực hiện:

- Bước 1: Thu thập tìm hiểu các tài liệu viết về hệ thống phanh trên ô tô.

- Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống logic, chặt chẽ theo

từng bước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định

- Bước 3: Tính toán thiết kế hệ thống phanh trên xe điện dựa trên các thông số banđầu của đề tài,kiểm bền đảm bảo hệ thống làm việc an toàn

Phần II: NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

1.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh

1.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặcđến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô máy kéo đứngyên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nó đảmbảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới có khảnăng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng vận chuyển của ô tô

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 hợpnguy hiểm

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

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế

- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô và máy kéo khi phanh

- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khiquay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện

sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn điềukhiển phải nhỏ

* Ðể có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ

thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là :

- Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, sử dụng thường xuyên ở tất cả mọichế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân

- Phanh dự trữ: Dùng để phanh trong trường hợp phanh chính bị hỏng

- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ xe đứng yên tại chỗ khi dừng xe

hoặc khi không làm việc và thường được điều khiển bằng tay nên gọi là phanh tay.

- Phanh chậm dần : Trên các ô tô - máy kéo tải trọng lớn như xe tải có trọng lượngtoàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn lớn hơn 5 tấn hoặc xe làm việc ởvùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải có phanh thứ

tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô

và máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc hoặc là để giảm dần tốc độcủa ô tô và máy kéo trước khi dừng hẳn

Các loại phanh dừng trên có thể có bộ phận chung và kiêm nghiệm chức năng củanhau Nhưng phải có ít nhất là hai bộ điều khiển và dẫn động độc lập

* Ðể có hiệu quả phanh cao thì phải yêu cầu:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn bộtrọng lượng bám để tạo lực phanh

- Trong trường hợp cần thiết, có thể dùng bộ phận trợ lực hay dùng dẫn động khínén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng toàn bộ lớn

* Ðể quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển được đúngcường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lênbàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thời không có hiệntượng tự siết khi phanh

* Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh, sự phân bốlực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiện sau :

- Lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của mặtđường tác dụng lên chúng

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau.Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất

- Không xảy ra hiện tượng tự khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh Vì khiphanh: Các bánh xe trước trượt trước thì xe sẽ bị trượt ngang, mất tính điều khiển Cácbánh xe sau trượt trước xe sẽ bị quay đầu, mất tính ổn định Ngoài ra các bánh xe bị trượt

sẽ gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

1.1.3 Phân loại

Hệ thống phanh gồm các cơ cấu để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xe hoặcmột trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động cơ cấu phanh

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

- Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực

mà chia ra : Phanh bánh xe và phanh truyền lực

- Theo bộ phận tiến hành phanh, cơ cấu phanh còn chia ra :

Phanh đĩa: theo số lượng đĩa còn chia ra loại 1 đĩa và loại nhiều đĩa

Phanh trống - guốc : theo đặc tính cân bằng thì được chia ra : Loại phanh cân bằng,phanh không cân bằng và phanh dải

- Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh có: phanh cơ khí; phanhthủy lực (phanh dầu); phanh khí nén (phanh hơi); phanh điện từ hoặc p hanh liên hợp

Phanh truyền động bằng cơ khí thì được dùng làm phanh tay và phanh chân ở một

số ô tô trước đây Nhược điểm của loại phanh này là đối với phanh chân, lực tác động lênbánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng, hiện nay ít sử dụng Riêng đốivới phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hỗ trợ cho phanh chân khi phanh gấp

và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng phổ biến trên ô tô

Phanh truyền động bằng thủy lực thì được dùng phổ biến trên ô tô du lịch và xe ô

tô tải trọng nhỏ

Phanh truyền động khí nén thì dùng trên ô tô tải trọng lớn và xe hành khách Ngoài

ra còn dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình động cơ diesel, các ô tô kéo đoàn xe

Phanh truyền động liên hợp thủy khí thì được dùng trên các ô tô và đoàn ô tô có tảitrọng lớn và rất lớn

1.2 Các cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát.Trong quá trình phanh động năng của ôtô- máy kéo được biến thành nhiệt năng ở cơ cấuphanh rồi tiêu tán ra môi trường bên ngoài

Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và

cơ cấu ép

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnh khe hởgiữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực,

Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- guốc, đĩa hay dải Mỗi dạng

có một đặc điểm riêng biệt

1.2.1 Loại phanh trống – guốc

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

- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe

- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh)

- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định vị hầuhết 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 épcác bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực ma sát

để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cầnphải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,20,4)mm để cho phanh nhả được hoàntoàn Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình của cơ cấu

ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụ không khí nén, tăng thờigian chậm tác dụng, Để tránh những hậu quả xấu đó, phải có cơ cấu để điều chỉnh khe

hở giữa má phanh và trống phanh

Có hai phương pháp để điều chỉnh: Bình thường bằng tay và tự động

Hình 1 1 Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống guốc và lực tác dụng.a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xi lanh thủy lực; c- Hai xi lanh ép, guốc phanh một bậc tự do;

d- Hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e- Cơ cấu phanh tự cường hóa

Trong đó : P, P1, P2 : Lực xylanh dẫn động guốc phanh

N1, N2 : Áp lực pháp tuyến tác dụng lên guốc phanh.

fN1, fN2 : Lực ma sát

rt : Bán kính tang trống

Các sơ đồ này khác nhau ở chỗ:

- Dạng và số lượng cơ cấu ép

- Số bậc tự do của các guốc phanh

- Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép và dovậy khác nhau ở :

- Hiệu quả làm việc

- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc

- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe

- Mức độ phức tạp của kết cấu

Hiện nay, sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 1.1 a và 1.1b Tức là sơ đồ

với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía và một cơ cấu

ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 1.1c và 1.1d

Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu chung, người ta sửdụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch(đảo chiều), tính cân bằng và hệ số hiệu quả

Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị mômen phanh do nótạo ra không phụ thuộc chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động của ôtô- máy kéo

Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm việc, các lực từ guốcphanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng, không gây tải trọng phụ tác dụng lên cụm ổtrục của bánh xe

Hệ số hiệu quả là một đại lượng bằng tỷ số giữa mômen phanh tạo ra và tích của lựcdẫn động nhân với bán kính trống phanh (mômen của lực dẫn động)

Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 1.1 là sơ đồ biểu diễn đã được đơn giảnhóa nhờ các giả thiết sau:

- Các má phanh được bố trí đối xứng với đường kính ngang của cơ cấu

- Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN) đặt ở giữa vòngcung của má phanh trên bán kính rt

Từ sơ đồ ta thấy rằng:

- Lực ma sát tác dụng lên guốc trước (tính theo chiều chuyển động của xe) có xuhướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốc này gọi

là guốc tự siết

Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốc nàyđược gọi là guốc tự tách Hiện tượng tự siết, tự tách này là một đặc điểm đặc trưng của cơcấu phanh trống guốc

Sơ đồ hình 1.1a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thế độ dịch chuyểncủa các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc và mômenphanh do chúng tạo ra có giá trị như nhau:

N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 = Mp

Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1< P2 Đây là cơ cấu vừa thuận nghịch vừacân bằng Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợp cho các ôtô tải vàkhách cỡ trung bình và lớn

Sơ đồ trên hình 1.1 dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốc bằngnhau P1 = P2 = P Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 > Mp2 Cũng do

N1 > N2 nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn guốc sau, làm cho cácguốc mòn không đều Để khắc phục hiện tượng đó, ở một số kết cấu đôi khi người ta làm

má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xylanh ép có đường kính làm việc khácnhau: Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn

Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng Nóthường sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa hoặc các bánh sau của ôtô du lịch

Về mặt hiệu quả phanh, nếu thừa nhận hệ số hiệu quả của sơ đồ hình 2.2a là 100%thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực hình 1.1b sẽ là 116%

122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh: µ =0,30  0,33

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh với haixylanh làm việc riêng rẽ Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố trí khác phía,sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 1.1c) Hiệu quả phanh trongtrường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bình thường Tuy nhiênkhi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanh không có tính thuận nghịch

Cơ cấu phanh loại này kết hợp với kiểu bình thường đặt ở các bánh sau, cho phép dễ dàngnhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của cácphanh trước và sau có cùng kích thước Vì thế nó thường được sử dụng ở cầu trước cácôtô du lịch và tải nhỏ

Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người ta dùng cơcấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 1.1d Các guốc phanh của sơ

đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu ép gồm hai xylanh làmviệc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốc phanh Với kết cấu như vậy cả

hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều nào Tuy nhiên nó cónhược điểm là kết cấu phức tạp.

Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa, người ta dùng các cơ cấu phanh tự cường hóa.Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó cho phép lợi dụng lực ma sát giữa một máphanh và trống phanh để cường hóa- tăng lực ép, tăng hiệu quả phanh cho má kia

Cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số có thể đạt đến360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép Nhưng mômen phanh kém ổn định,kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được sử dụng

1.2.2 Loại phanh đĩa

Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch

Phanh đĩa nhiều loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng masát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép haikim loại khác nhau

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau: Áp suấtphân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điều chỉnh

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làm việcvới khe hở nhỏ (0,050,15) mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và chophép tăng tỷ số truyền dẫn động

Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị của chúng

để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kếtcấu Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay

Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:

- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh

- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động

Trên hình 1.2 là sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phanh dạng đĩa quay hở Cấu tạo của cơcấu phanh gồm: đĩa phanh 4 gắn với moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặt các xi lanhthủy lực 2 Các má phanh gắn tấm ma sát 3 đặt hai bên đĩa phanh Khi đạp phanh, cácpiston của xi lanh thủy lực 2 đặt trên má kẹp 1 sẽ ép các má phanh 3 tỳ sát vào đĩa phanh

4, phanh bánh xe lại

Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi Phương ánlắp cố định (Hình 1.3) có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn Tuy vậyđiều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh cao hơn

Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động Má kẹp có thể làm tách rời (Hình.1.4) hay liền với xi lanh bánh xe (Hình 1.5 ) và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định(chốt 3 Hình 1.5 ) Kết cấu như vậy có độ cứng vững thấp Khi các chốt dẫn hướng bịbiến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gâyrung động Tuy vậy nó chỉ có một xi lanh thủy lực với chiều dài lớn gấp đôi, nên điềukiện làm mát tốt hơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm việc có thể giảm được 30 

50oC Ngoài ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe Nhờ đó giảm đượccánh tay đòn tác dụng của lực cản lăn đối với trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng

Vị trí bố trí má kẹp đối với đường kính thẳng đứng của bánh xe ảnh hưởng nhiềuđến giá trị tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các ổ trục của nó Rõ ràng:

RG1 = Z + 2fNcos ; RG2 = Z - 2fNcos Tức là RG2 < RG1 hay: bố trí má kẹp ởphía sau tâm bánh xe (tính theo chiều chuyển động) sẽ giảm được tải trọng thẳng đứng tácdụng lên ổ trục

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lí phanh đĩa

Hình 1 - 4 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động.

1- Đĩa phanh; 2- Má kẹp;

3- Đường dầu; 4- Piston;

5- Thân xi lanh; 6- Má phanh

Hình 1 3 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má

kẹp cố định

1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston;

4- Vòng làm kín; 5- Đĩa phanh

Hình 1 – 5 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động- xi lanh bố trí trên má kẹp.

1- Má kẹp; 2- Piston; 3- Chốt dẫn hướng; 4- Đĩa phanh; 5- Má phanh

1.3 Dẫn động phanh

Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh.

Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính : cơ khí, chất lỏng thủy lực

và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu suất thấp vàkhó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thống phanh làm việc của ô tôđược sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là : thủy lực và khí nén

Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hành trình bànđạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và các thông số dẫnđộng phanh

1.3.1 Dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải cótải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộ trợ lực phanh,xylanh làm việc ở các bánh xe

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ

- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dòng dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống phanh.

- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp, hiệu suất cao

- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấuphanh

Nhược điểm của dẫn động thủy lực :

- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động khônglàm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ lực đểgiảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp

- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động vàmômen phanh không ổn định

- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng

Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động :

Theo hình thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm hai loại :

Truyền động phanh một dòng: Truyền động phanh một dòng được sử dụng rộng rãitrên một số ô tô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản

Truyền động phanh nhiều dòng : Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm mục đích tăng

độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điều khiển chung làbàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn phanh được

ô tô - máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó

Hiện nay phỗ biến nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng trên hình

Hình 1 – 6 Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thuỷ lực

1,2- Các xylanh bánh xe trước, sau;

3,6- Các dòng dẫn động (đường ống dẫn đến xy lanh bánh xe);

4,5- Bộ phận phân dòng (Xylanh chính)

Mỗi sơ đồ đều có các ưu nhược điểm riêng Vì vậy, khi chọn sơ đồ phân dòng phảitính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính :

- 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 dòng dẫn động.

Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (1.6a ) sơ đồ phân dòng theo yêu cầu Ðây là

sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầutrước

Khi dùng các sơ đồ hình (1.6b, c và d ) sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2 dòngcho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2 dòng cho cầutrước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn 50% khihỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (1.6b và d) lực phanh sẽ không đốixứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng Ðiều này cầnphải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay đòn âm)

Sơ đồ hình 1.6e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

Các loại và sơ đồ dẫn động:

Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm 3 loại:

- Dẫn động tác động trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ bằng lựctác dụng người lái

- Dẫn động tác động gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lựcngười lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp

- Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: lực tác dụng lên cơ cấu phanh là áp lựccủa chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực

1.3.1.1 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp

Trên hình 1.7 là sơ đồ dẫn động phanh thủy lực tác động trực tiếp

Hình 1.7 Dẫn động phanh thuỷ lực tác động trực tiếp.

1,8- Xylanh bánh xe; 3,4- Piston trong xylanh chính;

2,7- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe; 5- Bàn đạp phanh;

6- Xylanh chính

Nguyên lý làm việc :

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xylanh chính 6 sẽ dịchchuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái Do đó áp suấttrong khoang B cũng tăng lên theo Chất lỏng bị ép đồng thời theo các ống 2 và 7 đi đếncác xylanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh

Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì, tác dụng của các lò xo hồi vị, các pistontrong xylanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc một lần phanh Dẫn động tác động gián tiếp có nhược điểm lực điều khiển của lái xe lớn, vì vậyngày nay không sử dụng mà phải dùng loại gián tiếp có trợ lực bằng chân không hoặc khínén để giảm nhẹ lực điều khiển cho lái xe

1.3.1.2 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không

Trên hình 1.8 là sơ đồ dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không

Bầu trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường nạp củađộng cơ để tạo lực phụ cho người lái Vì vậy , để đảm bảo hiệu quả trợ lực , kích thướccác bộ trợ lực chân không thường phải lơn hơn và chỉ thích hợp với các dòng xe có động

cơ xăng cao tốc

Hình 1 8 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực chân không 1- Ðường ống dẫn dầu phanh đến xylanh bánh xe; 2- Piston xylanh chính;

3- Xi lanh chính; 4- Ðường nạp động cơ; 5- Van chân không;

6- Lọc không khí; 7- Bàn đạp; 8- Cần đẩy; 9 Van không khí;

10- Vòng cao su của cơ cấu tỷ lệ; 11- Màng ( hoặc piston ) trợ lực;

12- Bầu trợ lực chân không; 13- Bình chứa dầu phanh; 14- Xi lanh bánh xe và xi

lanh bánh xe sau; 15- Van một chiều; 16- Đường nạp động cơ

Nguyên lý làm việc :

Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi piston 11(hoặc màng) Van chân không , làm nhiệm vụ : Nối thông hai khoang A và B khi nhảphanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làm nhiệm vụ : cắtđường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang

A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ : Làm nhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữalực đạp và lực phanh

Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 qua van mộtchiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không

Khi nhả phanh : van chân không 5 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B quavan này và có cùng áp suất chân không

Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làm vanchân không 5 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9 mở ra chokhông khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và

B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực và qua đó tạo nên mộtlực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xylanh chính 3, ép dầu theo cácống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Khi lực tácdụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòng cao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơidịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh ápkhông đổi, tức là lực trợ lực không đổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạpmạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không khí đithêm vào khoang A Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm pistonhơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độchênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì vankhông khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

Bộ trợ lực chân không có hiệu quả trợ lực thấp, nên thường được sử dụng trên các ô

tô du lịch và tải nhỏ Với các xe có tải trọng trung bình và lớn phải dùng trợ lực khí nénhình 1.9

1.3.1.3 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

Sơ đồ dẫn động trợ lực khí nén biểu diễn trên hình 1.9 Bộ trợ lực khí nén là bộphận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường được lắp song song với xylanhchính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái Bộ trợ lực phanh loại khí có hiệu quảtrợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên được dùng nhiều ở ô tô tải

Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nối với bình chứa khí nén 4 và xylanh lực 5.Trong cụm van 3 có các bộ phận: cơ cấu tỷ lệ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh,cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

Hình 1.9 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén

1- Bàn đạp; 2- Ðòn đẩy; 3- Cụm van khí nén; 4- Bình chứa khí nén;

5- Xylanh lực; 6- Xylanh chính; 7- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe;

8- Xylanh bánh xe; 9- Ðường ống dẫn dầu đến xylanh bánh xe;

10- Xylanh bánh xe

Nguyên lý làm việc :

Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời lên các cần củaxylanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển : Mở đường nối khoang A củaxylanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào khoang A tác dụnglên piston của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trong xylanh chính 6 dịchchuyển đưa dầu đến các xylanh bánh xe Khi đi vào khoang A, khí nén đồng thời đi vàokhoang phía sau piston của van 3, ép lò xo lại, làm van dịch chuyển về sang trái Khi lựckhí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luônđường khí nén từ bình chứa đến khoang A duy trí một áp suất không đổi trong hệ thống,tương ứng với lực tác dụng và dịch chuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữathì phải tăng lực đạp để đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Nhưvậy cụm van 3 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lựcphanh

1.3.1.4 Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm

Sơ đồ hệ thống dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm được biểu diễn trên hình 1.10.Bơm thủy lực : Là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động Trong dẫn độngphanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như : bánh răng, cánh gạt, piston hướng trục Bơm thủylực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kích thước và khối lượng của

hệ thống Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chất lượng đường ống cũng cao hơn

Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thống trongtrường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy lực cần phải cócác bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống không làm việc và giảiphóng nó cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần thiết

Hình 1 10 Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng.

1- Bàn đạp; 2- Xylanh chính; 3- Van phanh; 4- Van phanh;

5- Xylanh bánh xe; 6- Xylanh bánh xe; 7,9- Bộ tích năng;

8- Bộ điều chỉnh tự động kiểu áp suất rơle; 10- Van an toàn; 11- Bơm

Nguyên lý làm việc :

Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy lực với bơm và các bộtích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ dẫn động thủylực hai dòng với xylanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tác dụng lên các van 3

và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đến các xylanh bánh xe 5 và

6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xylanh 5 và 6 càng cao Bộ điều chỉnh tự động ápsuất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm 11 khi áp suất trong các bình tích năng 7 và 9

đã đạt giá trị giới hạn trên, van an toàn 10 có tác dụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải

1.3.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén (Hình 1.11) được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tảitrọng cỡ trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như : máy nén khí, van điều chỉnh ápsuất, bình chứa, van phân phối, bầu phanh

Ưu điểm :

- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có thể làmviệc được, tuy hiệu quả phanh giảm)

- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như : phanh

rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén

- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động

Nhược điểm :

- Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn

- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn chất lỏngtrong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng của dẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Khi phanh người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc Cắt đường thôngcác bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9 tácdụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái xe lại.

Hình 1.11 Sơ đồ dẫn động khí nén ôtô đơn không kéo moóc1- 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- Các bình chứa khí nén;

7,9- Các bầu phanh xe kéo; 8- Tổng van phân phối

1.3.3 Phanh dừng và phanh phụ

* Phanh dừng:

Ðể đảm bảo an toàn khi chuyển động, trên ô tô ngoài hệ thống phanh chính (phanhchân ) đặt ở các bánh xe, ô tô còn được trang bị thêm hệ thống phanh dừng để hãm ô tôkhi đỗ tại chỗ, dừng hẳn hoặc đứng yên trên dốc nghiêng mà không bị trôi tự do, đồngthời hổ trợ cho hệ thống phanh chính khi thật cần thiết

Cơ cấu phanh dừng có thể dùng theo kiểu tang trống, đĩa hoặc dãi

Hệ thống phanh dừng có thể làm riêng rẽ, cơ cấu phanh lúc đó được đặt trên trục racủa hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầu chủ động vàdẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh dừng này còn là phanh truyền lực vì cơ cấuphanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực có thể là loại phanh đĩa hoặc

phanh dãi.

Trên một số ô tô du lịch và vận tải có khi cơ cấu phanh của hệ thống phanh dừnglàm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanh được đặt ởbánh xe, còn truyền động của phanh dừng được làm riêng rẽ và thường là loại cơ khí, trênmột số xe thì có thêm trợ lực

* Hệ thống phanh phụ:

Mục đích của hệ thống phanh phụ là giảm được tốc độ ô tô khi phanh trên đường dài

và liên tục Bởi thế hệ thống phanh này còn gọi là phanh chậm dần

Hệ thống phanh phụ phải đảm bảo phanh được ô tô với hiệu quả phanh không lớnlắm trong thời gian dài

Hệ thống phanh này rất thích hợp khi ô tô chạy ở vùng đồi núi, vì trong điều kiệnnhư thế hệ thống phanh chính bị nóng quá mức và hư hỏng

Nhờ có hệ thống phanh phụ mà ô tô làm việc an toàn hơn, tăng được tốc độ trungbình khi ô tô chạy ở đường dốc, giảm hao mòn cho hệ thống phanh chính, lốp và có khi làđộng cơ nữa Ngoài ra hệ thống phanh phụ đảm bảo cho hệ thống phanh chính luôn luôn ởtrạng thái sẵn sàng làm việc

Về mặt kết cấu hệ thống phanh phụ có thể có loại cơ khí, khí (không khí), thủy lực

và điện động

Hệ thống phanh phụ được sử dụng ngày càng rộng rãi, chủ yếu trên ô tô hànhkhách và ô tô tải có tải trọng trung bình và lớn

CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE Ô TÔ

ĐIỆN CỠ NHỎ

2.1 Thiết kế hệ thống phanh cho xe.

2.1.1 Một số loại xe ô tô điện cỡ nhỏ hiện nay

Hình 1.12 : Một số loại xe ô tô điện trên thị trường hiện nay

2.1.2 Phân tích phương án thiết kế hệ thống phanh chính cho xe

Để thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh phải có hai phần kết cấu chính sau:

- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản Trong quá trình phanh động năngcủa ô tô sẽ được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường

- Dẫn động phanh: Để điều khiển cơ cấu phanh

Ta sẽ tiến hành phân tích để tìm ra các kết cấu thích hợp nhất, đảm bảo được các yêu cầu cần thiết đối với một hệ thống phanh trên xe, đồng thời cũng phải đáp ứng được các yêu cầu về kinh phí, thuận lợi trong việc lắp ráp, gá đặt, tận dụng được các cơ cấu đã

có sẵn… nhằm hướng đến tối ưu về mặt thiết kế cũng như chế tạo

- Chọn loại dẫn động phanh

Trên ô tô - máy kéo nói chung có thể gặp các loại dẫn động phanh sau: cơ khí, thủylực, điện và khí nén Trong các loại dẫn động trên thì dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu quả phanh thấp và khó phanh đồng thời các bánh xe bởi vì không thể nào đảm bảo chế tạo chính xác các nhánh dẫn động, đồng thời sau một thời gian làm việc các khâu khớp mòn không giống nhau, bởi thế thời gian để khắc phục các khe hở cũng sẽ khác nhau Trên các đoàn xe kéo moóc ta có thể gặp loại dẫn động điện vì đoàn

xe khá dài nên phải dùng dẫn động điện để thời gian dẫn động thấp, phanh được đồng thờicác bánh xe Đối với ô tô thường dùng nhất là dẫn động thuỷ lực và khí nén, dẫn động thuỷ lực được dùng rộng rãi trên các ô tô tải cỡ trung bình và nhỏ, xe du lịch; dẫn động khí nén chủ yếu dùng trên xe tải nặng, xe kéo rơ moóc; đối với các loại xe mô tô hiện nay

thường sử dụng dẫn động phanh thuỷ lực và cơ khí, trong đó dẫn động phanh thuỷ lực sử dụng cho bánh trước là chủ yếu.

Để chọn loại dẫn động thích hợp, trước hết ta so sánh ưu nhược của từng loại, đối với xe thiết kế có thể sử dụng dẫn động thuỷ lực hoặc cơ khí

+ Dẫn động thuỷ lực:

Hình 1.13 Hệ thống phanh dẫn động thủy lực.

1 Cơ cấu phanh trước; 2, 7 Ống dẫn; 3, 4 Piston;

5 Bàn đạp; 6 Xilanh chính; 8 Cơ cấu phanh sau.

- Ưu điểm:

+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ vì chất lỏng không chịu nén

+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả các má phanh ép sát vào trống phanh

+ Hiệu suất cao: η = 0,8 ÷ 0,9

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

- Nhược điểm:

+ Yêu cầu độ kín khít cao

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

+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ cao

+ Dẫn động cơ khí:

- Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, giá thành thấp.

- Nhược điểm : Hiệu quả phanh thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe do các khe hở khó điều chỉnh đều nhau, độ mòn cũng khác nhau, không có cơ cấu tự điều chỉnh lực phanh

+ Tuổi thọ thấp, lực điều khiển lớn, không tiện nghi

Qua phân tích trên ta thấy dẫn động thuỷ lực có kết cấu gọn nhẹ, hiệu quả phanh cao, mặt khác những nhược điểm của dẫn động thuỷ lực có thể khắc phục được nên khôngảnh hưởng lớn độ tin cậy của dẫn động Ta chọn dẫn động phanh chính là dẫn động thuỷ lực

- Chọn sơ đồ phân dòng chính:

Dẫn động hệ thống phanh làm việc, với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất là hai dòng dẫn động độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì dòng còn lại vẫn làm việc được với một hiệu quả xác định nào đó

Hiện nay phổ biến nhất là các dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng như trên Hình 1.14a

1

2

3

4

Hình 1.14 Các sơ đồ phân dòng.

Trong các sơ đồ phân dòng trên sơ đồ Hình 7 - 3a là sơ đồ đơn giản nhất và cũng thông dụng nhất, tuy nhiên hiệu quả phanh giảm nhiều nếu dòng phanh cầu trước bị hỏng.Còn các sơ đồ Hình 7 - 3b, 7 - 3c, 7 - 3d hiệu quả phanh sẽ giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo không thấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy nhiên đối với loại sơ đồ Hình 7 - 3b và 7 - 3d, lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai dòng bị hỏng Sơ đồ Hình 7 - 3e là sơ đồ hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất

Qua phân tích các sơ đồ trên ta chọn sơ đồ Hình 7 - 3a để có kết cấu đơn giản, không có

hiện tượng mất đối xứng lực phanh trong mọi trường hợp

- Chọn loại cơ cấu phanh

Xe điện là xe sử dụng chủ yếu là năng lượng điện, tốc độ thấp (khoảng 25 km/h đến 30 km/h) nên ta có thể có các phương án chọn cơ cấu phanh cho xe như sau:

+ Thiết kế hệ thống phanh sử dụng cơ cấu phanh đĩa của ô tô cho phanh trước và cơ cấu phanh trống guốc cho phanh sau:

Phương án thiết kế sử dụng các cơ cấu phanh như trên rất phổ biến cho các

xe du lịch hiện nay Xe sử dụng phương án này thì các yêu cầu đối với hệ thống phanh của xe sẽ được đảm bảo tốt, hiệu quả phanh cao Các bộ phận trong hệ thống phanh sử dụng trong phương án này sẽ tìm thấy được trên thị trường, do đó vấn đề bảo dưỡng khi

hư hỏng sẽ thuận lợi

Tuy nhiên, khi phương án này lại gặp phải các khó khăn như sau:

- Vấn đề đầu tiên là chi phí Nếu sử dụng phương án này, ta phải mua tất cả các cơ cấu của hệ thống Đối với phanh sau, cơ cấu phanh trống guốc thường đi kèm với

cả cầu sau, rất khó khăn để có thể mua riêng từng bộ phận Phanh đĩa của ô tô chiếm kinh phí rất lớn

- Các cơ cấu phanh này thường đi kèm với bánh xe theo tiêu chuẩn Trên thịtrường rất khó tìm được các bánh xe trong sân golf, trong resort… thích hợp với kích

thước của các cơ cấu phanh này Nếu sử dụng các bánh xe phù hợp với các cơ cấu phanh này thì khối lượng của các bánh xe lớn, làm tăng khối lượng chung của xe.

- Các cơ cấu phanh này có thường có kích thước lớn, khối lượng lớn, khó khăn trong việc bố trí trong xe thiết kế

+ Thiết kế hệ thống phanh sử dụng 4 cơ cấu phanh đĩa xe cho cả phanh trước và phanh sau:

Xe thiết kế sử dụng chủ yếu là năng lượng điện, tốc độ xe lại thấp, do đó việc sử dụng 4 cơ cấu phanh đĩa xe máy là khá phù hợp Chi phí cho cơ cấu phanh này thấp, việc

bố trí, dẫn động dễ dàng Cơ cấu phanh này không phụ thuộc vào loại bánh xe sẽ được sử dụng trên xe Kết cấu phanh này khá đơn giản, thuận tiện trong việc sửa chữa, thay thế Ngoài ra, khi sử dụng cơ cấu phanh này, ta có thể tận dụng lại các bánh xe, cầu sau… dẫn đến việc giảm được chi phí trong quá trình thiết kế

Tuy nhiên, phương án này lại có nhược điểm là phải tìm cách bố trí các cơ cấu phanh này trên xe thiết kế cho thích hợp, đảm bảo được hiệu quả phanh tốt nhất Ngoài ra,phải thiết kế lại cơ cấu phanh dừng, không thể tích hợp được với cơ cấu phanh này

Qua các phân tích trên, ta sử dụng cơ cấu phanh đĩa cho phanh trước và phanh sau của xe thiết kế

Phanh đĩa so với phanh guốc có các ưu điểm sau:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 ÷ 0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động

- Áp suất phanh phân bố đều trên má phanh do đó má phanh mòn đều hơn

- Bề mặt làm mát lớn và điều kiện làm mát tốt hơn (nhất là phanh đĩa loại đĩa quay)

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng (do ép 2 bên) nên cho phép tăng giá trị của chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Kích thước cũng như khối lượng cơ cấu phanh nhỏ hơn so với cơ cấu phanh guốcnếu có cùng momen phanh

Cơ cấu phanh loại đĩa có các sơ đồ sau:

Hình 7 - 4 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại Hình 7 - 5 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa

má kẹp tuỳ động- xi lanh bố trí trên má kẹp loại má kẹp cố định

1 Má kẹp, 2 Piston, 3 Chốt dẫn hướng, 1 Má phanh, 2 Má kẹp, 3 Piston,

4 Đĩa phanh, 5 Má phanh 4 Vòng làm kín, 5 Đĩa phanh

Hình 7 - 6 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động- xi lanh cố định

1 Đĩa phanh, 2 Má kẹp, 3 Đường dầu, 4 Piston, 5 Thân xi lanh, 6 Má phanh.Đối với phanh trước của xe thiết kế ta chọn cơ cấu phanh loại má kẹp tuỳ động - xi

lanh bố trí trên má kẹp (Hình 7 - 4) như cơ cấu phanh của xe gắn máy thông thường.

- Sơ đồ hệ thống phanh chính

Ta lựa chọn phương án điều khiển phanh bằng bàn đạp Đây là phương án thông dụng nhất, việc điều khiển vừa thuận tiện, vừa tạo được lực bàn đạp lớn, đồng thời hành trình bàn đạp cho phép cũng lớn Qua các phân tích trên, ta có:

4

Hình 7 - 7 Sơ đồ thiết kê hệ thống phanh chính của xe

1 Bàn đạp phanh; 2 Xilanh chính; 3 Cơ cấu phanh trước;

4 Đường ống dẫn dầu phanh; 5 Đầu nối ba ngã; 6 Cơ cấu phanh sau

* Trong trường hợp xe đầy tải:

+ a = 1284 (mm)+ b = 576 (mm)

+ hg = 477 (mm)+ m1 = 179 (kg)+ m2 = 399 (kg)

- Tải trọng phân bố lên lốp trên một dầm cầu:

Dựa vào tải trọng phân bố Z1 [N] và Z2 [N] đã xác định ở trên trong trường hợp đầy tải, ta sẽ xác định được tải trọng tác dụng lên một lốp xe dựa theo biểu thức sau:

Z bi=Z i

Trong đó:

+ Zbi: trọng lượng đặt lên một bánh xe trên dầm cầu thứ i, [N]

+ Zi: trọng lượng của xe phân bố lên dầm cầu thứ i, [N]

+ nbi: số bánh xe ở dầm cầu thứ i chịu tải

Thay các thông số đã biết vào [7.1], ta có:

(khoảng 8,33 m/s)

Dựa theo việc tham khảo các lốp xe được sử dụng trong các sân golf, các loại xe điện phục vụ du lịch và các loại lốp xe có trên thị trường tại Đà Nẵng, ta chọn lốp xe sử

dụng cho xe thiết kế với thông số sau: 3.00 - 10

Với loại lốp trên, ta có các kích thước cơ bản của lốp như sau:

- Chiều rộng lốp: B = 3 (inch)

- Tỉ lệ giữa chiều cao thân lốp/ bề rộng lốp: H/B = 100%

- Đường kính vành: d = 10 (inch)

- Bán kính bánh xe: rbx = 200 (mm)

- Tải trọng cho phép: mmax = 150 (kg)

- Áp suất không khí trong lốp: pmax = 2,5 (kg/cm2)

- Tốc độ tối đa: vmax = 80 (km/h)

2.2 Tính toán xác định các thông số của hệ thống phanh.

2.2.1 Momen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh

Hình 7 - 8 Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi phanh

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

+ Ga: Trọng lượng toàn bộ của xe đặt tại trọng tâm, [N]

+ Pf1: Lực cản lăn ở bánh xe trước

+ Pf2: Lực cản lăn ở các bánh xe sau

+ Z1, Z2: Phản lực thẳng góc từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe trước và sau.+ Pp1, Pp2: Lực phanh ở bánh xe trước và các bánh xe sau, các lực này đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của xe

+ P: Lực cản không khí

+ Pj: Lực quán tính sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, đặt tại trọng tâm

và cùng chiều chuyển động với xe

+ a, b, hg: Là toạ độ trọng tâm của xe

+ L: Chiều dài cơ sở của xe

Khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh nên lực cản không khí cũng giảm rất nhanh, mặt khác các thành phần lực cản lăn cũng rất nhỏ so với các lực Pp1 và Pp2, do vậy có thể

bỏ qua các thành phần lực P, Pf1 và Pf2 này Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 ÷ 2%

Thành phần lực quán tính được xác định theo biểu thức sau:

Muốn xác định được Z1, Z2 ta phải tính jp

Để tận dụng hết trọng lượng bám của xe thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xetrước và sau và lực phanh lớn nhất phải bằng lực bám, tức là: Pp max= Pϕ= G.ϕ