Tính toán và thiết kế hệ thống phanh cho ôtô con 4 chỗ dựa trên xe ford focus 2 0l TDCi

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnhkhe hở giữa 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 t

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 2

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 3

2.1 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh 4

2.1.1 Công dụng 4

2.1.2 Yêu cầu 4

2.1.3 Phân loại 5

2.2.1 Loại phanh trống – guốc 7

2.2.2 Loại phanh đĩa 10

2.3 Dẫn động phanh 13

2.3.1 Dẫn động thủy lực 13

2.3.1.1 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp 15

2.3.1.2 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không 16

2.3.1.3 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén 17

2.3.1.4 Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm 19

2.3.2 Dẫn động khí nén 20

2.3.3 Phanh dừng và phanh phụ 21

3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi 23

3.1 Thông số kỹ thuật của xe 23

3.2 Động cơ lắp trên xe Focus 2.0L TDCi 25

3.3 Hệ thống truyền lực trên xe Focus 2.0L TDCi 27

3.4 Hệ thống treo 27

3.5 Hệ thống lái 29

4 CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH 31

4.1 Chọn loại dẫn động phanh 31

4.1.1 Dẫn động thủy lực 31

4.1.2 Dẫn động khí nén 31

4.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh 32

4.3 Chọn cơ cấu phanh 34

4.3.1 Cơ cấu phanh trước 36

4.3.2 Cơ cấu phanh đĩa sau 37

5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ĐÃ CHỌN 39

5.1 Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh 39

5.1.1 Ðối với cơ cấu phanh trước 42

5.1.2 Ðối với cơ cấu phanh sau 43

5.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục của bánh xe 43

5.3 Mômen phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu 43

5.4 Tính toán xác định bề rộng má phanh 45

5.5 Tính toán kiểm tra công trược riêng và nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 47

5.5.1 Tính toán kiểm tra công trược riêng 47

5.5.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh 48

5.6 Hành trình dịch chuyển đầu pittong xy-lanh công tác của cơ cấu ép 49

1

5.7 Đường kính xy-lanh chính và xy-lanh công tác 50

5.7.1 Đường kính xy-lanh công tác 50

5.7.2 Đường kính xy-lanh chính 50

5.8 Hành trình dịch chuyển của piston xy lanh 51

5.9 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh 52

5.10 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa có trợ lực 52

5.11.Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp khi có trợ lực 53

5.12 Đường kính xy- lanh của bầu trợ lực 54

5.13 Tính toán các chỉ tiêu phanh 54

5.13.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 55

5.13.2 Thời gian phanh 56

5.13.3 Quãng đường phanh 57

6 HỆ THỐNG ABS SỬ DỤNG TRÊN ÔTÔ 59

6.1 Chức năng và nhiệm vụ của hệ thống ABS 59

6.2 Nguyên lý làm việc 61

6.3 Hệ thống ABS được sữ dụng trên xe thuyết kế 65

6.3.1 Một số bộ phận chính 66

6.3.1.1 Các cảm biến 66

6.3.1.2 Khối điều khiển điện tử ECU 67

6.3.1.3 Khối thuỷ lực- điện tử (Electric-hydraulic Unit) 69

6.3.1.4 Bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD) 69

6.3.2 Nguyên lí làm việc của hệ thống ABS sữ dụng trên xe 70

6.3.2.1 Khi không phanh 70

6.3.2.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc) 70

6.3.2.3 Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động) 71

7 NHỮNG HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 74

7.1 Những công việc bảo dưỡng cần thiết 75

7.2 Sửa chữa hư hỏng một số chi tiết, các bộ phận chính 75

7.3 Kiểm tra hệ thống phanh 76

7.3.1 Kiểm tra tổng hợp khi xe đứng 76

7.3.2 Kiểm tra tổng hợp cho xe chạy 77

8 KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

2

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI.

Ngày nay, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng cho hành khách

và hàng hoá đối với các ngành kinh tế nước nhà, đồng thời đã trở thành phương tiệngiao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển

Ở nước ta, số lượng ô tô tư nhân, đặc biệt ô tô du lịch đang gia tăng về sốlượng cùng với sự tăng trưởng kinh tế của đất nước, mật độ ô tô lưu thông ngàycàng nhiều Song song với sự gia tăng số lượng ô tô thì số vụ tai nạn giao thôngđường bộ do ô tô gây ra cũng tăng với những con số báo động Trong các nguyênnhân gây ra tai nạn giao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thìnguyên nhân do mất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn Hiện nay, hệ thốngphanh trang bị trên ô tô ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sửdụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ

Vì vậy viêc tính toán thiết kế hệ thống phanh mang ý nghĩa quan trọng khôngthể thiếu nhằm cải tiến hệ thống phanh, đồng thời tìm ra các phương án thiết kế đểtăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định và tăng dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậylàm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả vận chuyểncủa ô tô

Với mục đích đó, em chọn đề tài "TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNGPHANH CHO ÔTÔ CON 4 CHỖ DỰA TRÊN XE THAM KHẢO FORD FOCUS2.0L TDCi" Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tính toán thiết kế hệ thốngphanh, kiểm nghiệm hệ thống phanh, ngoài ra em còn tìm hiểu về các nguyên nhân

hư hỏng và biện pháp khắc phục các hư hỏng

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

Em rất mong các thầy góp ý, chỉ bảo tận tâm để kiến thức của em được hoàn thiệnhơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo duyệt đề tài, cácthầy giáo bộ môn đã tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn thành tốt nội dung đề tàicủa mình

Đà Nẵng, ngày 07 tháng 03 năm 2012 Sinh viên thực hiện

Đinh Văn Du

3

2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

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

2.1.1 Công dụng

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

Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng Nóđảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc Nhờ đó mới

có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng vậnchuyển của ô tô

2.1.2 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 trườnghợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và antoàn cho hành 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 vàkhi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điềukiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hayđòn điều khiển 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 cảmọi chế độ chuyển động, thường được điền khiển bằng bàn đạp nên còn gọi làphanh 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 khidừng xe hoặc khi không làm việc và thường được điều khiển bằng tay nên gọi làphanh tay

4

- Phanh chậm dần : Trên các ô tô - máy kéo tải trọng lớn như xe tải có trọnglượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách có trọng lượng toàn lớn hơn 5 tấn hoặc xelàm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, cònphải có phanh thứ tư là phanh chậm dần Phanh chậm dần được dùng để phanh liêntục, giữ cho tốc độ ô tô và máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuốngdốc hoặc là để giảm dần tốc độ của ô tô và máy kéo trước khi dừng hẳn.

Các loại phanh dừng trên có thể có bộ phận chung và kiêm nghiệm chứcnăng của nhau 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 đượctoàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh

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

* Ðể quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển đượcđúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lựctác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe, đồng thờikhông có hiện tượng tự siết khi phanh

* Ðể đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh, sựphân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điều kiệnsau :

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

- Lực phanh tác dụng lên bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằngnhau 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.Các bánh 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

Ðể đảm bảo các yêu cầu này, trên các xe hiện đại, người ta dùng các bộ điềuchỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock Braking System -ABS )

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

5

2.1.3 Phân loại

Hệ thống phanh gồm các cơ cấu để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xehoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động cơcấu 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 thốngtruyền 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;phanh thủy lực (phanh dầu); phanh khí nén (phanh hơi); phanh điện từ hoặc p hanhliên 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, lựctác động lên bánh xe không đồng đều và kém nhạy, điều khiển nặng, hiện nay ít sửdụng Riêng đối với phanh tay thì chỉ sử dụng khi ô tô dừng hẳn và hỗ trợ chophanh chân khi phanh gấp và thật cần thiết, nên hiện nay nó vẫn được sử dụng phổbiến 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 kéođoàn xe

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

có tải trọng lớn và rất lớn

a) b)

Hình 2 – 1 Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính

a- Phanh trống guốc; b- Phanh đĩa

6

2.2 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 nhiệtnăng ở cơ cấu phanh 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 masát và cơ cấu ép

Ngoài ra cơ cấu phanh còn có một số bộ phận khác như: Bộ phận điều chỉnhkhe hở giữa 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 Mỗidạng có một đặc điểm riêng biệt

2.2.1 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 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 dẫnđộng, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trốngphanh, tạo ra lực ma sát để phanh bánh xe lại

- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanhcần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,20,4)mm để cho phanh nhảđược hoàn toàn Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hànhtrình của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụkhông khí nén, tăng thời gian 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

7

Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá :

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 do vậy 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

8

Hiện nay, sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 2.2 a và 2.2b Tức là

sơ đồ với guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm cố định đặt cùng phía vàmột cơ cấu ép Sau đó đến các sơ đồ trên hình 2.2c và 2.2d

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

sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặt trưng cho chất lượng của cơ cấu phanh là: Tính thuậnnghịch (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 nó tạo ra không phụ thuộc chiều quay của trống, tức là chiều chuyển động củaôtô- máy kéo

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

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

Sơ đồ lực tác dụng lên guốc phanh trên hình 2.2 là sơ đồ biểu diễn đã đượcđơn giản hóa 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 giữavòng cung 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

xu hướng phụ thêm với lực dẫn động ép guốc phanh vào trống phanh, nên các guốcnày gọi là guốc tự siết

Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hướng làm giảm lực ép, nên các guốcnày được gọi là guốc tự tách Hiện tượng tự siết, tự tách này là một đặc điểm đặctrưng của cơ cấu phanh trống guốc

Sơ đồ hình 2.2a có cơ cấu ép bằng cơ khí, dạng cam đối xứng Vì thế độ dịchchuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau Và bởi vậy áp lực tác dụng lên các guốc

và mômen phanh 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 thuậnnghịch vừa cân bằng Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợpcho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn

Sơ đồ trên hình 2.2 dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động của hai guốcbằng nhau 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

9

guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều Để khắc phục hiện tượng đó, ở một sốkết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xylanh ép

có đường kính làm việc khác nhau: Phía trước tự siết có đường kính nhỏ hơn

Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng

Nó thường 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 là100% thì hệ số hiệu quả của cơ cấu phanh dùng cơ cấu ép thủy lực hình 2.2b sẽ là116% 122%, khi có cùng kích thước chính và hệ số ma sát giữa má phanh và trốngphanh: µ = 0,30  0,33

Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người ta dùng cơ cấu phanh vớihai xylanh làm việc riêng rẽ Mỗi guốc phanh quay quanh một điểm cố định bố tríkhác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì cả hai guốc đều tự siết (hình 2.2c) Hiệu quảphanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bìnhthường Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu phanhkhông có tính thuận nghịch Cơ cấu phanh loại này kết hợp với kiểu bình thường đặt

ở các bánh sau, cho phép dễ dàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết

Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước Vìthế nó thường được sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ

Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người tadùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 2.2d Các guốcphanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có điểm quay cố định Cơ cấu épgồm hai xylanh làm việc tác dụng đồng thời lên đầu trên và dưới của các guốcphanh Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quaytheo chiều nào Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp

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

Cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số có thể đạtđến 360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép Nhưng mômen phanhkém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được

sử dụng

2.2.2 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 vàvòng ma sát quay

10

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rảnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hayghép hai kim loại khác nhau.

Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau:

Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điềuchỉnh

Việc bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở, có khả năng làmviệc với khe hở nhỏ (0,050,15) mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tácdụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá trị củachúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biếndạng của kết cấu 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, nên khiđộng cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng đểkết hợp làm phanh dừng

Trên hình 2.3 là sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phanh dạng đĩa quay hở Cấu tạocủa cơ cấu phanh gồm: đĩa phanh 4 gắn với moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặtcác xi lanh thủy lực 2 Các má phanh gắn tấm ma sát 3 đặt hai bên đĩa phanh Khiđạp phanh, các piston 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 án lắp cố định (Hình 2.4 ) có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫnđộng lớn Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh caohơn

Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động Má kẹp có thể làm tách rời(Hình 2.5) hay liền với xi lanh bánh xe (Hình 2.6 ) và trượt trên các chốt dẫn hướng

cố định (chốt 3 Hình 2.6 ) Kết cấu như vậy có độ cứng vững thấp Khi các chốt dẫnhướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệu qủaphanh giảm và gây rung động Tuy vậy nó chỉ có một xi lanh thủy lực với chiều dàilớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốt hơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm

11

việc có thể giảm được 30  50oC Ngoài ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấu phanhvào bánh xe Nhờ đó giảm được cánh tay đòn tác dụng của lực cản lăn đối với trụquay đứng của các bánh xe dẫn hướng.

Vị trí bố trí má kẹp đối với đường kính thẳng đứng của bánh xe ảnh hưởngnhiều đến 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 mákẹp ở phía sau tâm bánh xe (tính theo chiều chuyển động) sẽ giảm được tải trọngthẳng đứng tác dụng lên ổ trục

Hình 2 - 3 Sơ đồ nguyên lí phanh đĩa

Hình 2 - 4 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

12

Hình 2 - 5 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 2 – 6 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

2.3 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 lỏngthủy lực và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vìhiệu suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe Nên đối với hệ thốngphanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là : thủy lực và khínén

Lực tác động lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều khiển phanh cũng như hànhtrình bàn đạp và đòn điều khiển phanh phụ thuộc ở momen phanh cần sinh ra và cácthông số dẫn động phanh

2.3.1 Dẫn động thủy lực

Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vậntải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộtrợ 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 dẫnđộng 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 cơcấu phanh

13

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 độngkhông làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợlực để giảm 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 rungđộng và mômen 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 dụngrộng rãi trên 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 đíchtăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ cấu điều khiểnchung là bàn đạp phanh Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòng còn lạivẫn 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 2 – 7 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 phải tính 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

14

- Mức độ phức tạp của dòng dẫn động.

Thường sử dụng nhất là sơ đồ hình (2.7a ) sơ đồ phân dòng theo yêu cầu.Ðây là sơ đồ đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòngphanh cầu trước

Khi dùng các sơ đồ hình (2.7b, c và d ) sơ đồ phân dòng chéo, sơ đồ phân 2dòng cho cầu trước, 1 dòng cho cầu sau và sơ đồ phân dòng chéo cho cầu sau 2dòng cho cầu trước thì hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanh đảm bảo khôngthấp hơn 50% khi hỏng một dòng nào đó Tuy vậy khi dùng sơ đồ hình (2.7b và d)lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong haidòng bị hỏng Ðiều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tayđòn âm)

Sơ đồ hình 2.7e 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 chỉbằng lực tác dụng người lái

- Dẫn động tác động gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờlực người 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 lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực

Hình 2 – 8 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 :

15

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xylanh chính 6 sẽdịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái Do

đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên theo Chất lỏng bị ép đồng thời theo cácống 2 và 7 đi đến các 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, cácpiston trong xylanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc mộtlần phanh

Dẫn động tác động gián tiếp có nhược điểm lực điều khiển của lái xe lớn, vìvậy ngày nay không sử dụng mà phải dùng loại gián tiếp có trợ lực bằng chânkhông hoặc khí nén để giảm nhẹ lực điều khiển cho lái xe

2.3.1.2 Dẫn động thủy lực trợ lực chân không

Trên hình 2.9 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 đườngnạp của động cơ để tạo lực phụ cho người lái Vì vậy, để đảm bảo hiệu quả trợ lực,kích thước của các bộ trợ lực chân không thường phải lớn hơn và chỉ thích hợp vớicác xe có động cơ xăng cao tốc

Hình 2 – 9 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực chân không1- 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 :

16

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 khinhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 9, làmnhiệm vụ : cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mởđường thông của khoang A khi đạp phanh Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ : Làmnhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh

Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 quavan một chiều, 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 Bqua van này và có cùng áp suất chân không

Khi phanh : người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làmvan chân không 5 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9

mở ra cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữahai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực

và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trongxylanh chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe đểthực hiện quá trình phanh Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòngcao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm chovan không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực khôngđổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịchchuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A

Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch vềphía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áphay 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 trêncác ô tô du lịch và tải nhỏ Với các xe có tải trọng trung bình và lớn phải dùng trợlực khí nén (hình 2.10)

2.3.1.3 Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén

Sơ đồ dẫn động trợ lực khí nén biểu diễn trên hình 2.7 Bộ trợ lực khí nén là

bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường được lắp song song vớixylanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái Bộ trợ lực phanh loại khí

có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên được dùng nhiều ở

ô tô tải

17

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 vàlực phanh, cửa van nạp và van xả khí nén cung cấp cho bầu trợ lực

Hình 2 – 10 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 cầncủa xylanh chính 6 và của cụm van 3 Van 3 dịch chuyển : Mở đường nối khoang Acủa xylanh lực với bình chứa khí nén 4 Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào khoang Atác dụng lên piston của xylanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trongxylanh chính 6 dịch chuyển đưa dầu đến các xylanh bánh xe Khi đi vào khoang A,khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò xo lại, làm vandịch chuyển về sang trái Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở

vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đến khoang Aduy trí một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịchchuyển của bàn đạp Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp để đẩyvan sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Như vậy cụm van 3 đảm bảođược sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh

18

Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thốngtrong trường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy lựccần phải có các bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống khônglàm việc và giải phóng nó cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần thiết.

Hình 2 – 11 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 vàcác bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ dẫnđộng thủy lực hai dòng với xylanh chính 2 Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu tác

19

dụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9, đi đếncác xylanh bánh xe 5 và 6 Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xylanh 5 và 6 càngcao Bộ điều chỉnh tự động áp suất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm 11 khi ápsuất trong các bình tích năng 7 và 9 đã đạt giá trị giới hạn trên, van an toàn 10 có tácdụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải.

2.3.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động phanh bằng khí nén (Hình 2.12) được dùng nhiều ở ô tô vận tải cótải trọng cỡ trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như : máy nén khí, van điềuchỉnh áp suất, 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 cóthể làm việc 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 hơnchất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần Nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Nguyên lý làm việc

Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắnglọc và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10 Van an toàn 2 cónhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố Các bộ phậnnói trên hợp thành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động

Từ bình chứa không khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8.Ở trạngthái nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và

mở thông các bầu phanh với khí quyển

Khi phanh người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc Cắt đườngthông các bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh

7 và 9 tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh cácbánh lái xe lại

20

Hình 2 – 12 Sơ đồ dẫn động khí nén ôtô đơn không kéo moóc

1- 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

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 trêntrục ra của hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầuchủ động và dẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh dừng này còn là phanhtruyền lực vì cơ cấu phanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực cóthể 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 phanhdừng làm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanhđược đặt ở bánh xe, còn truyền động của phanh dừng được làm riêng rẽ và thường

là loại cơ khí, trên một số xe thì có thêm trợ lực

Hệ thống phanh này rất thích hợp khi ô tô chạy ở vùng đồi núi, vì trong điềukiện như 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 độtrung bình khi ô tô chạy ở đường dốc, giảm hao mòn cho hệ thống phanh chính, lốp

và có khi là động cơ nữa Ngoài ra hệ thống phanh phụ đảm bảo cho hệ thống phanhchính luôn luôn ở trạng 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

3 GIỚI THIỆU VỀ CÁC HỆ THỐNG TRÊN XE FORD FOCUS 2.0L TDCi

22

3.1 Thông số kỹ thuật của xe

Trên hình 3.1 là sơ đồ tổng thể của xe Ford Focus 2.0L TDCi với 4 chỗ ngồi,

sử dụng động cơ DURATOR 2.0L với công nghệ TDCi

Ford Việt Nam sau dòng sản phẩm ôtô du lịch Ford Focus đời 2007 thì vàocuối năm 2009 trên thị trường đã đưa ra loạt sản phẩm Ford Focus 2009 với 4 mẫu

xe Trong đó với mẫu xe Focus 2.0L TDCi là sự kết hợp hài hoà giữa sức mạnh và nét thanh lịch, sang trọng và tinh tế Xe Ford Focus 2.0L TDCi hội đủ mọi tiêu chuẩn hàng đầu trong công nghệ, trang bị động cơ DURATORQ 2.0L TDCi công

nghệ cao, siêu bền, với công nghệ phun trước giúp giảm thiểu tiếng ồn, mạnh mẽ vàtiết kiệm được nhiên liệu 5,814l/100Km

1535 2640

4337

Hình 3 – 1 Sơ đồ tổng thể xe FORD FOCUS 2.0L TDCi

Trên bảng 3 - 1 là các thông số kỹ thuật chính của xe Ford Focus 2.0L TDCi

23

Bảng 3 - 1 Các thông số kỹ thuật chính của xe du lịch Ford Focus 2.0L TDCi

20 Đường kính ngoài của đĩa phanh trước

3.2 Động cơ lắp trên xe Focus 2.0L TDCi

Trên xe ford focus được trang bị động cơ DURATORQ 2.0L( Hình.3.2) vớicông nghệ TDCi Động cơ DURATORQ 2.0L TDCi hiện đại với công nghệ tiêntiến phun nhiên liệu bằng đường dẫn chung, tạo ra mô-men xoắn lớn, ít tiêu haonhiên liệu và vận hành hiệu quả, chỉ với 5,8 lít/100 km Động cơ này tạo ra côngsuất lớn tới 136 Hp ở vòng quay 4000 vòng/ phút, trong khi vẫn tạo ra mô-menxoắn lớn ở tốc độ vòng tua thấp Mômen xoắn tối đa lên đến 320 Nm tại 2000 vòng/phút Điều đó cho thấy các động cơ turbo-diesel có dải công suất rộng Điều này sẽ

24

giúp khả năng tăng tốc tốt nhất so với các dòng xe , đáp ứng đầy đủ tính năng lái màtiết kiệm nhiên liệu.

Động cơ DURATORQ 2.0L TDCi

- Công nghệ TDCi: Sơ đồ và nguyên lí hoạt động của công nghệ TDCi được thể hiện trên hình 3.3

25

Hình 3 - 3 Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống cung cấp nhiên liệu

common rail

1- Thùng nhiên liệu; 2- Bơm cao áp Common rail; 3- Lọc nhiên liệu;

4- Đường cấp nhiên liệu cao áp; 5- Đường nối cảm biến áp suất đến ECU ; Cảm biến áp suất; 7- Common Rail tích trữ và điều áp nhiên liệu (hay còn gọi ắcquythuỷ lực) ; 8- Van an toàn (giới hạn áp suất); 9- Vòi phun; 10- Các cảm biến nối đếnECU và Bộ điều khiển thiết bị EDU; 11- Đường về nhiên liệu (thấp áp)

6 Ở động cơ diesel truyền thống, các vòi phun đều được cung cấp nhiên liệubởi các bơm cáo áp độc lập Và một bơm phân phối dẫn động bởi động cơ sẽ cungcấp nhiên liệu theo các đường độc lập đến vòi phun Nhưng với hệ thống commonrail, thời điểm phun là lượng nhiên liệu phun các thể được điều chỉnh chính xác theođiều kiện hoạt động của động cơ Và ưu điểm của công nghệ TDCi là: Nâng cao khảnăng vận hành, tăng tính kinh tế, phát thải độc hại thấp, êm ái

- Công nghệ phun nhiên liệu điện tử và sử dụng Turbo tăng áp điều khiểncánh

- Khả năng tăng tốc 0-100Km: 9,6 giây

- Thân thiện với mô trường: Đạt tiêu chuẩn khí thải EURO III

3.3 Hệ thống truyền lực trên xe Focus 2.0L TDCi

26

Hộp số sử dụng Trên xe Ford Focus là Hộp số tự động 6 cấp PowerShift kết

hợp cả ưu điểm dễ sử dụng của hộp số tự động thông thường và khả năng đáp ứngnhanh chóng của hộp số sàn Nó mang lại tính năng chuyển số nhanh chóng và thểthao mà vẫn duy trì tốt sự êm ái khi chuyển số Một ưu điểm nữa của hộp sốPowerShift là sử dụng ly hợp kép giúp truyền tải được mômen xoắn lớn với nhiều tỉ

số truyền Chính nhờ vậy nó giúp giảm tiêu hao nhiên liệu 12-15%, nâng cao hiệusuất, tăng khả năng tăng tốc 8-10%.(Hình 3.4)

Hình 3 – 4 Hộp số tự động 6 cấp PowerShift

1- Bộ ly hợp kép; 2- Dầu bôi trơn; 3- Trục bên trong ly hợp;

4- Trục bên ngoài ly hợp; 5- Bộ phận cơ điện tử;

6- Bộ lọc dầu ở áp lực cao; 7- Cảm biến

3.4 Hệ thống treo

Trên xe Ford Focus TDCi có Hệ thống treo phía trước (Hình 3.5) độc lập lò

xo trụ và thanh giằng các thanh chống lò xo Macpherson phía trước và hệ thốngkhung gầm đem lại đem lại sự cân bằng tối ưu,hỗ trợ lái chính xác và thoải mái Hệthống khung phụ phía trước cứng vững được bổ sung bởi hệ thống treo sau độc lập

27

liên kết đa điểm được thiết kế với một khớp nối cao su thủy lực giống nhưcác đệm nước nối với bình chứa dầu tạo khả năng triệt tiêu các rung động.

- Hệ thống treo MacPherson có kết cấu khung xe liên khối ngày càng sửdụng rộng hơn Giảm xóc kiểu mới bỏ thanh đòn trên thay bằng lò xo cùng ốngnhún, gắn với khung xe qua đệm cao su Lò xo được đặt lệch đi so với ống nhún vànghiêng vào phía trong, còn những cao su giảm chấn ở khớp tiếp xúc với khungđược giữ nguyên Những thay đổi này làm giảm đáng kể ma sát và độ mài mòntrong ống Trên xe Ford Focus TDCi có hệ thống khung gầm chắc chắn kết hợp hệthống treo phía trước kiểu MacPherson gồm các thanh giằng, bộ giảm chấn gas kíchthước lớn với bộ lò xo giảm xóc Các tay giằng cân bằng phía trước được kết nốivới khung phụ bởi hai ống lót ngang được lắp cẩn thận để tăng độ cân bằng khiphanh (Hình 3.5)

Hình 3 – 5 Hệ thống treo trước kiểu Macpherson

1- Thanh ngang; 2- Trục điều khiển lái; 3- Lò xo giảm sóc;

Hình 3 – 6 Hệ thống treo sau xe.

1- Thanh giảm chấn; 2- Lò xo; 3- Thanh điều khiển hướng

- Ngoài ra trên xe còn trang bị:

+ Hệ thống điều hòa không khí tự động 2 vùng khí hậu, có thiết kế cửagió điều hòa cho hàng ghế sau

+ Cấu trúc khung vỏ vững chắc với khung phụ trước độc lập

+ Trang bị hệ thống cân bằng điện tử ESP giúp tăng mức độ an toàn khi

xe di chuyển trên đường

+Trang bị túi khí phía trước, túi khí bên cạnh sườn xe và bộ rút đai tựđộng để bảo vệ cho người lái và người ngồi trên xe được an toàn

+ Dàn CD và VCD 6 đĩa, màn hình tinh thể lỏng kết hợp với 6 loa Hệthống điều chỉnh âm thanh trên vô lăng rất thuận lợi

29

+ Trang bị hệ thống khoá cửa xe (4 cửa), bắp khoang động cơ, cốp xechứa hàng, cửa kính, kính chiếu hậu được điều khiển từ xa có chức năng chốngtrộm đảm bảo an toàn.

30

4 CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là :

- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0.4s)

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

- Hiệu suất cao

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

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

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 độngkhông làm việc được

- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợlực để giảm 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 rungđộng và mômen phanh không ổn định

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

4.1.2 Dẫn động khí nén

Dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các ô tô máy kéo cỡtrung bình và lớn, cũng như trên các đoàn xe kéo móc

Dẫn động khí nén có những ưu điểm là :

- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ

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

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

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

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

Tuy nhiên dẫn động khí nén có các nhược điểm là:

31

- Độ 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 củachất lỏng trong dẫn động thủy lực tới 10 ÷ 15 lần Nên kích thước và khối lượng củadẫn động lớn

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều

- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn

Dựa vào các ưu nhược điểm của dẫn động thủy lực và dẫn động khí nén, vàdựa trên ôtô thiết kế là ôtô con 4 chỗ ta chọn loại dẫn động phanh cho xe thiết kế làdẫn động thủy lực với bầu trợ lực chân không

4.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh

Dẫn động hệ thống phanh làm việc với mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có

ít nhất là hai dòng dẫn độc lập Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì các dòngcòn lại vẫn làm việc được với hiệu suất nào đó Mỗi sơ đồ có các ưu khuyết điểmriêng Vì vậy khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào các yếu tố chínhlà:

- 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

Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (H 4.1a) đây là sơ đồphân dòng đơn giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanhcầu trước

Khi dùng các sơ đồ b, c và d hiệu quả phanh giảm ít hơn Hiệu quả phanhđảm bảo không thấp hơn 50% khi 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 tronghai dòng bị hỏng Điều này cần tính toán khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tayđòn âm)

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

Để đảm bảo những yêu cầu chung đặt ra đối với hệ thông phanh, dẫn độngphanh phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:

- Đảm bảo sự tỷ lệ giữa các mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bànđạp và hành trình của nó

32

- Thời gian chậm tác dụng khi phanh không được vượt quá 0,6 s, khi nhảphanh không được lớn hơn 1,2 s

Hình 4 – 1 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 xylanh bánh xe);

1- Đĩa phanh; 2- Vành răng cảm biến; 3- Xilanh chính;

4- Bầu trợ lực chân không; 5 - Bàn đạp phanh;

6,8- Đường dẫn dầu phanh trước và phanh sau; 7- Bộ thuỷ lực

33

4.3 Chọn cơ cấu phanh

Trên xe ô tô du lịch cần loại phanh an toàn, quảng đường phanh ngắn, kếtcấu nhỏ gọn dể bố trí trên bánh xe, làm việc ổn định Trên ôtô du lịch cơ cấu phanhloại đĩa thường được sử dụng , vì nó có những ưu điểm:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0.05÷0.15) mm nên rất nhạy, giảmđược thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều

- Bảo dưỡng đơn giản do không điều chỉnh khe hở

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trịcủa chúng đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biếndạng của kết cấu.Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn trong bánh xe

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

- Điều kiện làm mát tốt hơn

Để đảm bảo các yêu cầu của hệ thống phanh trên xe ô tô du lịch ta chọn cơcấu phanh cho xe thiết kế là cơ cấu phanh đĩa cho cả bánh trước và bánh sau của xe

Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay,vòng ma sát quay

Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kimloại hay ghép hai kim loại khác nhau

Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏquay Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay

Trên hình 4.3 là sơ đồ nguyên lý của cơ cấu phanh dạng đĩa quay hở Cấu tạocủa cơ cấu phanh gồm: đĩa phanh 4 gắn với moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặtcác xi lanh thủy lực 2 Các má phanh gắn tấm ma sát 3 đặt hai bên đĩa phanh Khiđạp phanh, các piston 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 án lắp cố định có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn.Tuy vậy điều 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 rờihay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định Kết cấu như

34

vậy có độ cứng vững thấp Khi các chốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm chocác má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gây rung động Tuy vậy nóchỉ có một xi lanh thủy lực với chiều dài lớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốt hơn,dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm việc có thể giảm được 30  50 oC Ngoài ra nócòn cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe Nhờ đó giảm được cánh tay đòntác dụng của lực cản lăn đối với trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng.

Trên hình 4.4 là sơ đồ nguyên lý và kết cấu của cơ cấu phanh đĩa loại vỏquay Cơ cấu phanh gồm 2 phần 8 và 9 nối cứng và quay cùng moay ơ bánh xe Cácđĩa phanh 11 và 12 lắp cố định, trên gắn các tấm ma sát, có rãnh nghiêng chứa cácviên bi 10 và được dẫn động quay nhờ xi lanh thủy lực 2 Khi tác dụng lên bàn đạp,các đĩa phanh bị piston đẩy xoay ngược chiều nhau làm các viên bi trượt trên rãnhnghiêng, tách các đĩa ra ép chặt các vòng ma sát vào mặt trong của phần vỏ 8 và 9,phanh trục bánh xe lại

Trong một số kết cấu khác: vỏ 8 và 9 có thể lắp cố định Khi đó các vòng masát sẽ được nối then hoa và quay cùng trục của bánh xe

Các cơ cấu phanh loại này kín hơn nhưng kết cấu phức tạp nên ít dùng trên ôtô

Vậy dựa trên các phân tích và tài liệu tham khảo ta chọn cơ cấu phanh cho xethiết kế là loại phanh dạng đĩa quay hở (thường được sữ dụng trên xe du lịch) chobánh trước và bánh sau

35

Hình 4 – 3 Sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa.

Hình 4 – 4 Phanh đĩa loại vỏ quay, kín.

4.3.1 Cơ cấu phanh trước

Trên hình 4.5 là cơ cấu phanh trước Đĩa phanh trước có rảnh làm mát, đĩasau không có rãnh làm mát Đĩa phanh của cơ cấu phanh trước dày và to hơn đĩaphanh sau, vì trong quá trình phanh toàn bộ trọng lượng của xe sẽ dồn về phía trướcnên đĩa phanh trước sẽ nhanh mòn, và độ dày của đĩa tăng ổn định lái khi phanh

Đĩa phanh được chế tạo bằng gang có xẻ rãnh thông gió chiều dày từ 16 ÷

25 mm

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn

Xylanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm

36

Hình 4 – 5 Cơ cấu phanh trước

1- Xi lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín; 7- Rãnh làm mát

4.3.2 Cơ cấu phanh đĩa sau

Trên hình 4.6 là cơ cấu phanh sau

Hình 4 - 6 Cơ cấu phanh sau 1- Xi lanh; 2- Piston ; 3- Má phanh; 4- Đĩa phanh ; 5- Vòng tùy;

6- Vòng làm kín

Với kết cấu như vậy thì điều kiện làm mát tốt hơn, nhiệt độ làm việc của cơ cấuphanh thấp Tuy nhiên kết cấu như vậy có độ cứng vững không cao Khi các chốt

37

dẫn hướng bị mòn biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệuquả phanh giảm và gây rung động.

Đĩa phanh lá loại đĩa đặc được chế tạo bằng gang có chiều dày từ 8 ÷ 13

Má kẹp : Được đúc bằng gang rèn

Xylanh thuỷ lực : Được đúc bằng hơp kim nhôm Để tăng tính chống mòn

và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xylanh được mạ một lớp crôm Khi xilanhđược chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh.Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữapiston với má phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim

Các thân má phanh : Chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá

Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích ma sátkhoảng 12-16 % diện tích bề mặt đĩa nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi

Cơ cấu ép bằng xylanh thủy lực còn gọi là xylanh con hay xylanh bánh xe,

có kết cấu đơn giản, dễ bố trí Thân của xylanh được chế tạo bằng gang xám, bề mặtlàm việc được mài bóng Piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ bộ đàn hồi của vòng làmkín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cáchmặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở

Nguyên lý làm việc:

Khi phanh : Người lái đạp bàn đạp, dầu được đẩy từ xylanh chính đến bộ trợlực, một phần trực tiếp đi đến các xylanh bánh xe để tạo lực phanh, một phần theoống dẫn đến mở van không khí của bộ trợ lực tạo độ chênh áp giữa hai khoang trong

bộ trợ lực Chính sự chênh áp đó nó sẽ đẩy màng của bộ trợ lực tác dụng lên pistontrong xylanh thủy lực tạo nên lực trợ lực hỗ trợ cho lực đạp của người lái Khi đólực bàn đạp của người lái cộng với lực trợ lực sẽ tác dụng lên piston thủy lực ép dầutheo đường ống đến xylanh an toàn, rồi theo các đường ống dẫn độc lập đến cácxylanh bánh xe trước và sau Dầu có áp lực cao sẽ tác dụng lên piston trong xilanhbánh xe ép má phanh vào má phanh vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh

Khi nhả phanh: Các chi tiết trở về vị trí ban đầu nhờ bộ đàn hồi của vòng làmkín và độ đảo chiều trục của đĩa Khi nhả phanh các má phanh luôn được giữ cáchmặt đĩa một khe hở nhỏ do đó tự động điều chỉnh khe hở

38

5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ĐÃ CHỌN

5.1 Tính toán mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

Thông số kỹ thuật tính toán thiết kế tham khảo bảng 1 - 3 với các thông số

kỹ thuật chính.

12 Đường kính ngoài của đĩa phanh trước và sau D 1 /D 2 300/280 mm

Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanhlớn nhất tức là sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh Muốn đảm bảo điều kiện đólực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh

xe Trên hình 5.1 là sơ đồ lực tác dụng lên xe

v w

P

b a

Lo

Hình 5 – 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm

của xe, phương chiều như hình vẽ

39