1.2.2.1. Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh kép và có hai điểm tựa cố định của guốc được bố trí cùng phía):
Trên hình 1.3 minh họa loại cơ cấu phanh tang trống đơn giản nhất, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng thẳng đứng.
Tuy nhiên mô-men ma sát được tạo ra bởi các guốc đối với tang trống có giá trị khác nhau do tính chất tự siết/tự tách của các guốc.
Chú thích hình 1.3: 1- Chiều
quay của bánh xe (chiều quay trống phanh); 2- Phương hợp lực tác dụng lên guốc phanh trước (guốc tự siết - xác định theo chiều quay bánh xe); 3- Phương hợp lực tác dụng lên guốc phanh sau (guốc tự tách); 4- chiều quay của hai guốc quanh chốt tỳ; 5- Piston của xy -lanh phanh bánh xe; 6- Guốc phanh trước; 7- Guốc phanh sau; 8- Chốt tỳ chung của hai guốc.
Cụ thể cơ cấu phanh loại 1 có các đặc điểm về kết cấu đáng chú ý như sau:
+ Hai guốc phanh (6) và (7) của cơ cấu phanh có chung điểm tỳ ở chốt cố định (8); được bố trí về cùng một phía đối với cơ cấu phanh (cùng một tâm quay chung phía dưới ở hình 1.3).
+ Hai guốc sử dụng chung một cơ cấu ép là xy lanh kép (một xy lanh chung cho hai piston (5) thường có cùng đường kính nhưng chiều tác dụng là ngược chiều nhau), nên mô-men ma sát do hai guốc tạo ra cho tang trống là khác nhau do tính chất tự siết (2) và tự tách (3) so với chiều quay của trống phanh (1); mặc dầu lực ép do hai piston (5) tạo ra là giống nhau hoàn toàn.
Hình 1.3: Cơ cấu phanh trống guốc loại 1
Công thức xác định mô-men ma sát do hai guốc tạo ra tác dụng lên tang trống được xác định như sau:
- Với guốc tự siết (6) có lực ép F1 từ piston tạo ra mô-men quay là cùng chiều với chiều quay (1) của tang trống (xem hình 1.3), nên có giá trị xác định bằng biểu thức:
Mg1 = AF1h1μ
1−μ B1 (1.11)
- Với guốc tự tách (7) với lực ép F2 từ piston tạo ra mô-men quay là ngược chiều với chiều quay (1) của tang trống, có giá trị được xác định bằng:
Mg2 = AF2h2μ
2+μB2 (1.11b)
Vậy mô-men phanh tổng cộng do hai guốc (6) và (7) tạo ra cho tang trống được xác định bằng biểu thức:
Mp = AF1h1μ
1−μ B1+ F2h2μ
A2+μ B2 (1.12)
Trong đó h1, h2 là khoảng cách từ tâm quay của điểm tựa cố định (8) đến phương lực ép tương ứng F1 và F2 hình thành từ hai piston (5) được minh họa như trên hình 1.4.
Trên hình 1.4 thể hiện khoảng cách từ tâm quay của điểm tựa cố định (8) đến phương lực ép F đối với hai guốc là như nhau; tức là h1 = h2 = h = (a+b). Trong tớnh toỏn thiết kế cú thể chọn theo kinh nghiệm với h ằ 0,8 đường kớnh trống phanh Dt (h ằ 0,8Dt) trong khi cỏc khoảng cỏch a ằ b ằ h/2 ằ 0,4Rt (với Rt là bỏn kính tang trống).
Và nếu hai guốc phanh được gắn các má phanh hoàn toàn giống nhau về kích thước cũng như kết cấu (xem hình 1.4); và giả sử hai má phanh có qui luật phân bố áp suất như nhau; tức là có A1 = A2 = A và B1 = B2 = B thì mô-men phanh do các hai guốc phanh của cơ cấu phanh tang trống loại 1 sinh ra được viết lại bằng:
Mp = F.h.μ .(A−μ B1 + 1
A+μ B) (1.14)
hay Mp = F.h.μ .(2AA2−μ2B2) (1.14b)
Chắc chắn rằng mô- men phanh do cơ cấu phanh sinh ra Mp phải bằng mô-men phanh yêu cầu lý thuyết;
tương ứng ở cầu trước và cầu sau Mp(i) với chỉ số i = 1 để chỉ cho cơ cấu phanh cầu trước, còn i = 2 để chỉ cho cơ cấu phanh cầu sau.
Từ đó, suy ra công thức xcs định lực ép yêu cầu cần tác dụng lên piston của cơ cấu phanh kiểu trống guốc loại 1 như sau:
F = Mp(A2−μ2B2)
2Ah μ (1.15)
trong đó các thông số A và B là các đại lượng đặc trưng cho các thông số kết cấu và qui luật phân bố áp suất trên má phanh của guốc phanh và có thể được xác định theo giả thiết áp suất má phanh phân bố đều: q = const như sau.
A = rs
t
(cosδ+μsinδ).
sin(α2−α2 1)
(α2−α2 1) (1.16)
B = 1 (1.16b)
Hình 1.4: Sơ đồ tính cơ cấu phanh trống- guốc
trong đó các góc a1, a2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu – cuối của tấm ma sát – tính bằng [rad] (xem hình 1.4).
Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc a1, a2 theo kinh nghiệm sao cho hiệu số (a2 - a1) ằ 900 á 1100. Cũn đại lượng s[m] là khoảng cỏch từ tõm quay bánh xe đến tâm quay điểm tỳ cố định của guốc phanh như được minh họa trên hình vẽ 1.4.
Khoảng cách s có thể tính theo khoảng cách b = s.cosa0 với a0 là góc đặt tâm quay điểm tỳ cố định của guốc phanh, còn b là khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến đường thẳng nối hai tâm quay của hai điểm tựa cố định (xem hình 1.4).
Còn thông số d là góc đặt của phương hợp lực tổng hợp; khi áp suất phân bố đều thì d có thể được xác định bằng:
δ=π−(α1+α2)
2 (1.17)
1.2.2.2. Cơ cấu phanh trống guốc loại 2 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh đơn và có hai điểm tựa cố định của tâm quay guốc được bố trí khác phía):
Trên hình 1.5 là minh họa cơ cấu phanh kiểu tang trống loại 2, có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện
kết cấu qua tâm quay bánh xe. Vì vậy mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau với một số đặc điểm như sau:
+ Hai guốc (6) sử dụng hai cơ cấu ép riêng biệt bởi hai xy lanh (5) và piston đơn (4) bố trí riêng lẻ về hai phía khác nhau và đối xứng qua tâm quay bánh xe.
+ Hai guốc (6) của cơ cấu phanh có tâm quay của điểm tựa
Hình 1.5: Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
cố định được bố trí về hai phía tại hai mặt nghiêng về phía lưng của hai xy lanh (5) độc lập nhau.
Do tính chất đối xứng đối với tâm quay bánh xe, nên công thức xác định mô-men ma sát của hai guốc tự siết (có phương lực tổng hợp theo chiều siết (2) so với tâm quay (5)) tác dụng lên tang trống có công thức tính hoàn toàn giống nhau:
Mg1 = AF1h1μ
1−μ B1 (1.18)
Mg2 = AF2h2μ
2−μ B2 (1.18b)
Nếu đường kính hai piston trong hai xy-lanh là như nhau thì các lực ép F1 và F2 bằng nhau và bằng lực ép F do áp suất dầu trong xy-lanh tạo ra cho hai piston (4) hoàn toàn giống nhau. Và nếu kích thước của hai má phanh trên hai guốc cũng giống nhau (A1 = A2 = A và B1 = B2 = B và h1 = h2) thì mô-men phanh do hai guốc tự siết tạo ra cho trống phanh được xác định bằng:
Mp = 2.F.h.μA−μ B = KC.pxl (1.19)
Trong đó KC là hằng số đặc trưng cho thông số kết cấu của cơ cấu phanh; độc lập với áp suất phanh trong xy-lanh phanh pxl.
Chú ý rằng, các công thức đã xác định đối với hai guốc được coi là tự siết so với chiều quay (1) quy ước là chiều quay tiến khi xe chạy tới. Ngược lại, khi xe chạy lùi, chiều quay tang trống sẽ có chiều ngược lại, và hai guốc phanh (6) lúc này trở thành tự tách và mô-men phanh tổng cộng do hai guốc tác dụng lên trống phanh giảm đáng kể vì được xác định bằng:
Mp = 2.F.h.μA+μ B (1.20b)
1.2.2.3. Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh đôi cho cả hai đầu guốc đối xứng):
Trên hình 1.6 là minh họa cơ cấu phanh kiểu tang trống loại 3, có tính đối xứng hoàn toàn về phương diện
kết cấu qua tâm quay bánh xe và cả hai trục (tung độ và hoành độ). Vì vậy mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau theo cả hai chiều quay (chiều tiến và chiều lùi xe):
+ Hai guốc phanh (6) sử dụng cùng lúc hai cơ cấu ép bởi hai piston (4) và (5) của hai xy lanh kép hoàn toàn giống nhau.
+ Hai guốc phanh (6) của cơ cấu phanh có hai tâm quay tùy động (3) với hai điểm tỳ (ngay trên các đầu piston (4) hoặc (5)) lần lượt lân phien thay đổi theo chiều quay của tang trống và bánh xe.
Do tính chất đối xứng toàn toàn theo cả hai chiều quay, nên công thức xác định mô-men ma sát của hai guốc theo chiều tự siết (2) tác dụng lên tang trống có công thức tính hoàn toàn giống nhau cho cả hai chiều quay tiến cũng như lùi xe:
Mg1 = AF1h1μ
1−μ B1 (1.18)
Mg2 = AF2h2μ
2−μ B2 (1.18b)
Và nếu kích thước của hai má phanh trên hai guốc cũng giống nhau (A1 = A2 = A và B1 = B2 = B và h1 = h2) thì mô-men phanh do hai guốc tự siết tạo ra cho trống phanh được xác định đơn giản bằng:
Mp = 2.F.h.μA−μ B = KC.pxl (1.19)
1.2.2.4. Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 – cường hóa (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh kép và thanh cường hóa):
Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặc biệt, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng (xem hình 1.7). Đặc biệt mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc
có giá trị tăng lên đáng kể nhờ guốc này cường hóa cho guốc kia mặc dầu các thông số cơ bản của cơ cấu phanh không thay đổi so với hai loại trên.
Cơ cấu phanh loại 4 này có các đặc điểm như sau.
+ Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xy lanh kép với nhai piston (4) hoàn toàn giống nhau để tạo lực ép cho hai guốc (hình 1.7).
+ Đầu dưới của hai guốc được tỷ lên thanh liên kết (7) có tính chất của một thanh tự cường hóa tùy động theo chiều quay tiến hoặc lùi.
+ Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động; được bố trí bởi bích tỳ ngay trên piston ép (4) so với đầu xy-lanh cố định (hình 1.7).
Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép F nên các lực tác dụng lên các guốc là cùng song song nhau. Công thức tính mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống được xác định như sau.
+ Đối với guốc phía trước (theo chiều quay tiến của tang trống (1) – hình 1.7) có vai trò như guốc tự siết theo chiều lực tổng hợp (2):
Mg1 = AF1h1μ
1−μ B1 (1.20)
+ Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy qua thanh cường hóa (7) do phản lực tỳ của guốc trước lên thanh cường hóa); và mô-men được xác định theo biểu thức:
Mg2 = Mg1(c−rc+r00) (1.24)
Trong đó kích thước c được xác định là khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến điểm tỳ tùy động của guốc lên điểm tựa tạm thời cố định (điểm tựa này thay đổi theo chiều quay của trống phanh – trên hình 1.7 là điểm tỳ giữa bích trên piston (4) với mặt đầu xy lanh cố định).
Từ biểu thức (1.24) cho thấy (c−rc+r00)> 1 nên Mg2 > Mg1 ; hay nói cách khác guốc sau đã được cường hóa thêm một đại lượng so với guốc tự siết phía trước với một giá trị chính bằng đại lượng cường hóa Kch =(c−rc+r00) .
Mô-men phanh tổng cộng do hai guốc tạo ra cho trống phanh kiểu cường hóa được xác định bằng:
Mp = Mg1(1+Kch) (1.25)
Trên hình 1.7b minh họa thanh cường hóa có thể điều chỉnh chiều dài để cho phép điều chỉnh khe hở má phanh mép dưới của các guốc phanh.
Theo đó, để điều chỉnh khe hở phía dưới của các má phanh trước hoặc sau, có thể tiến hành xoay các vành răng (2) hoặc (4) để xoay ống ren (6) (có ren trong) so với trục ren (có ren ngoài) dịch chuyển tương đối với nhau. Bằng cách đó, các đầu tựa guốc phanh (5) sẽ dịch chuyển để cho phép thay đổi khe hở mép dưới của các má phanh gắn trên hai guốc (1).
Hình 1.7b: Cơ cấu điều chỉnh khe hở má phanh nhờ thanh cường hóa
Chú thích hình 1.7b: 1- Guốc phanh; 2- Vành răng để điều chỉnh khe hở má phanh trước (hoặc sau); 3- Giá cố định; 4- Vành răng để điều chỉnh khe hở má
phanh sau (hoặc trước); 5- Đầu tựa guốc phanh (1) có ren ngoài của bu-lông để điều chỉnh khe hở má phanh; 6- Ống ren trong để điều chỉnh khe hở má phanh.
Để điều chỉnh khe hở má phanh của các guốc phanh ở phía trên (về phía xy lanh – piston ép guốc phanh), cũng có thể dùng cơ cấu tương tự như trên hình 1.7c.
Theo đó, để điều chỉnh khe hở phía trên của các má phanh, có thể tiến hành xoay các vánh răng (3) để xoay ống ren (có ren trong) so với trục tỳ (2) guốc phnah (có ren ngoài) dịch chuyển tương đối với nhau. Bằng cách đó, các đầu tựa guốc phanh (2) sẽ dịch chuyển để cho phép thay đổi khe hở mép trên của các má phanh gắn trên hai guốc (1).
Hình 1.7c: Cơ cấu điều chỉnh khe hở má phanh nhờ kết cấu xy-lanh kép Chú thích hình 1.7c: 1- Guốc phanh; 2- Đầu tựa guốc phanh (1) có ren ngoài của bu-lông để điều chỉnh khe hở má phanh; 3- Vành răng để điều chỉnh khe hở má phanh trước (hoặc sau); 4- Xy-lanh kép.
1.2.2.5. Cơ cấu phanh trống guốc loại 5 (với cam ép của phanh khí nén):
Đây cũng là một loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặc biệt, có tính đối xứng về phương diện kết cấu đối với hai guốc qua mặt phẳng đối xứng (xem hình 1.8).
Mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mp1 = Mp2 (hai guốc được ép cưỡng bức với cùng hành trình nâng cam làm cho chúng có cùng biến dạng và do đó có cùng áp lực và cùng mô-men ma sát). Dĩ nhiên lực ép từ cam ép lên các guốc F1 và F2 là khác nhau do tính chất siết/tách của guốc phụ thuộc vào chiều quay (hình 1.8)
Do tính chất bố trí tâm quay của hai điểm tựa cố định cùng phía nên biểu thức xác định mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống hoàn toàn khác nhau theo tính chất tách/siết mặc dầu kích thước hoàn toàn giống nhau.
Mg1 = AF1h1μ
1−μ B1 (1.27) Mg2 = AF2h2μ
2+μB2 (1.28)
Nếu xem các thông số khác là như nhau (A1 = A2 = A và B1 = B2 = B) thì mô-men phanh do hai guốc tạo ra cho tang trống được xác định bằng:
Mp = 2. F1h1μ
A−μ B=2. F2h2μ
A+μB (1.29)
Hình 1.8: Cơ cấu phanh trống guốc loại 5 (loại cam ép)
Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu P1 và P2 đối với cơ cấu phanh kiểu trống guốc với cam ép được xác định như sau:
F1 = Mp(A−μB)
2 h1μ (1.30)
F2 = Mp(A+μ B)
2 h2μ (1.30b)
Nếu xem h1 ằ h2 thỡ tỷ lệ giỏ trị lực ộp F1/F2 chớnh bằng:
F1
F2=(A−μ B)
(A+μ B) (1.31)
Đối với cơ cấu trống guốc kiểu cam ép như hình 1.8, việc điều chỉnh khe hở má phanh ở phía trên nhờ chính cam ép (bằng cách xoay cam); còn để điều chỉnh khe hở má phanh ở phía dưới nhờ 2 mặt cam của 2 chốt tỳ độc lập (hoặc có thể chỉ cần điều chỉnh cam ép trên - nếu dùng chốt chung như trên hình 1.8).
1.2.2.6. Cơ cấu phanh kiểu đĩa:
Hình 1.9a: Cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh tùy động
Chú thích hình 1.9a: 1- Võ cố định có lỗ trượt; 2- Chốt trượt mang giá xy-lanh di trượt; 3- Giá mang xy-lanh di trượt; 4- Má phanh trong; 5- Đĩa phanh; 6- Má phanh ngoài; 7- Phớt làm kín dầu; 8- Ống dẫn dầu vào xy-lanh; 9- Piston; 10 – Xy-lanh di trượt; 11- Phớt cao su chắn bụi bẩn cho piston; 12- Phớt cao su chắn bụi bẩn cho chốt trượt (2)
Với cơ cấu phanh kiểu đĩa thì việc hình thành mô-men ma sát hoàn toàn tương tự như ly hợp ma sát cơ khí (xem hình 1.9). Mô-men ma sát của đĩa được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mp1 = Mp2 nhờ lực ép F là giá trị chung được tạo ra bởi piston trong cơ cấu tùy động (hình 19a) hay dùng 2 piston bố trí đối xứng qua đĩa có cùng kích thước đường kính (hình 19b)
Hình 1.9b: Cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh cố định
Chú thích hình 1.9b: 1- Nửa giá xy-lanh cố định thứ nhất; 2- Bu-lông ghép hai nửa giá xy-lanh cố định; 3- Phớt làm kín dầu giữa piston và xy-lanh; 4- Ống dẫn dầu cho hai xy-lanh; 5-Các má phanh; 6- Đĩa phanh; 7- Phớt chắn bụi bẩn cho piston; 8- Piston; 9- Nửa giá xy-lanh cố định thứ hai; 10 – Ống dẫn dầu vào xy- lanh của cơ cấu phanh; 11- Giá để gắn cố định trên thân vỏ; 12- Lỗ để gắn cố định giá xy-lanh lên thân vỏ bằng bu-lông.
Dẫu cơ cấu phanh đĩa kiểu giá xy-lanh cố định hay tùy động, thì vẫn có hai má phanh tác dụng lên hái phía của đĩa phanh. Vì vậy mô-men ma sát cũng được
tạo ra từ hai má phanh có giá trị hoàn toàn bằng nhau Mp1 = Mp2 nhờ có cùng lực ép F tạo ra bởi một piston trong cơ cấu tùy động (hình 19a) hay dùng 2 piston bố trí đối xứng qua đĩa có cùng kích thước đường kính (hình 19b).
Do bố trí cơ cấu ép có tính chất đối xứng, nên biểu thức xác định mô-men ma sát của hai má phanh tác dụng lên đĩa hoàn toàn bằng nhau và có thể được xác định bằng biểu thức quen thuộc như sau:
Mg1 = F1μ2
3(RR232−R13
2−R12) (1.32a)
Mg2 = F2μ2
3(RR232−R13
2−R12) (1.32b)
Nếu xem các lực ép F1 và F2 là như nhau và bằng lực ép F, thì mô-men phanh tổng cộng do hai má phanh tạo ra cho đĩa phanh được xác định bằng:
Mp = 2F.μ23(RR232−R13
2−R12) (1.33)
Trong đó R2 là đường kính ngoài của đĩa; còn R1 là bán kính trong của đĩa phanh; trong khi Dxl là đường kính của xy-lanh và pxl là áp suất dầu cao áp cung cấp vào xy-lanh của cơ cấu phanh.
Suy ra công thức tính các lực ép yêu cầu F đối với cơ cấu phanh kiểu đĩa được xác định bởi biểu thức:
F = 3 4
Mp
μ .(RR2223−R12
−R13) (1.32)
Kết luận:
Như vậy các mô-men phanh thực tế do các kiểu cơ cấu phanh tạo ra từ các lực ép được hình thành từ áp suất phanh trong trong cơ cấu phanh tác dụng lên piston của xy lanh công tác (hay áp suất khí nén tác dụng lên màng đẩy hay piston của bầu phanh khí nén làm quay cam ép của cơ cấu phanh).