TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM CHƯƠNG XII HỆ THỐNG PHANH I CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU 1.1 Công dụng Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ôtô dừng hẳn đến tốc độ cần thiết Ngoài hệ thống phanh cịn dùng để giữ ơtơ đứng dốc Đối với ôtô hệ thống phanh cụm quan trọng nhất, đảm bảo cho ơtơ chạy an tồn tốc độ cao, nâng cao suất vận chuyển Hệ thống phanh gồm có cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc bánh xe trục hệ thống truyền lực truyền động phanh để dẫn động cấu phanh 1.2 Phân loại Tùy theo cách bố trí cấu phanh bánh xe trục hệ thống truyền lực mà chia phanh bánh xe phanh truyền lực Ở ơtơ cấu phanh đặt bánh xe (phanh chân) cấu phanh tay thường đặt trục thứ cấp hộp số hộp phân phối (ơtơ cầu chủ động) Cũng có cấu phanh phanh phanh tay phối hợp làm đặt bánh xe, trường hợp làm truyền động riêng rẽ Theo phận tiến hành phanh cấu phanh chia phanh guốc, phanh dải phanh đĩa Phanh guốc sử dụng rộng rãi ơtơ cịn phanh đĩa ngày có chiều hướng áp dụng Phanh dải sử dụng cấu phanh phụ (phanh tay) Theo loại phận quay, cấu phanh chia loại trống đĩa Phanh đĩa chia nhiều đĩa tùy theo số lượng đĩa quay Cơ cấu phanh cịn chia loại cân khơng cân Cơ cấu phanh cân tiến hành phanh không sinh lực phụ thêm lên trục hay lên ổ bi mayơ bánh xe, cịn có cấu phanh khơng cân ngược lại Truyền động phanh có loại cơ, thủy, khí, điện liên hợp Ở ơtơ du lịch ôtô vận tải tải trọng nhỏ thường dùng truyền động phanh loại thủy (phanh dầu) Truyền động phanh khí (phanh hơi) thường dùng ơtơ vận tải tải trọng lớn ôtô hành khách, ngồi cịn dùng ơtơ vận tải tải trọng trung bình có động điêzen ôtô kéo để kéo đoàn xe Truyền động phanh điện dùng đồn ơtơ Truyền động dùng phanh tay 1.3 Yêu cầu Hệ thống phanh phải đảm bảo yêu cầu sau: KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM  Qng đường phanh ngắn phanh đột ngột trường hợp nguy hiểm Muốn có qng đường phanh ngắn phải đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại  Phanh êm dịu trường hợp để đảm bảo ổn định ôtô phanh  Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa lực tác dụng lên bàn đạp hay địn điều khiển khơng lớn  Thời gian nhạy cảm bé, nghĩa truyền động phanh có độ nhạy cảm lớn  Phân bố mômen phanh bánh xe phải theo quan hệ sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám phanh với cường độ  Khơng có tượng tự siết phanh ôtô chuyển động tịnh tiến quay vòng  Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt  Giữ tỷ lệ thuận lực bàn đạp đòn điều khiển với lực phanh bánh xe  Có khả phanh đứng thời gian dài II KẾT CẤU CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH Hệ thống phanh ôtô gồm có phanh (phanh bánh xe hay cịn gọi phanh chân) phanh phụ (phanh truyền lực hay gọi phanh tay) Sở dĩ phải làm phanh phanh phụ để đảm bảo an tồn ơtơ chuyển động Phanh phanh phụ có cấu phanh truyền động phanh hồn tồn riêng rẽ có chung cấu phanh (đặt bánh xe) truyền động phanh hoàn toàn riêng rẽ Truyền động phanh phanh phụ thường dùng loại Phanh thường dùng truyền động loại thủy – gọi phanh dầu truyền động loại khí – gọi phanh khí Khi dùng phanh dầu lực tác dụng lên bàn đạp phanh lớn so với phanh khí, lực để sinh áp suất dầu bầu chứa dầu hệ thống phanh, cịn phanh khí lực cần thắng lực cản lò xo để mở van phân phối hệ thống phanh Vì phanh dầu nên dùng ôtô du lịch, vận tải cỡ nhỏ trung bình loại ơtơ mơmen phanh bánh xe bé, lực bàn đạp bé Ngoài phanh dầu thường gọn gàng phanh khí khơng có bầu chứa khí kích thước lớn độ nhạy phanh tốt, bố trí dễ dàng sử dụng thích hợp ơtơ kể Phanh khí thường sử dụng ơtơ vận tải trung bình lớn Ngồi ơtơ loại cịn dùng hệ thống phanh thủy khí Dùng hệ thống phanh kết hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu Sơ đồ kết cấu loại hệ thống phanh ơtơ trình bày sau đây: 2.1 Phanh dầu Ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp đến cấu phanh qua chất lỏng (chất lỏng coi không đàn hồi ép) đường ống KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Qbñ d D l l' Hình 12.1: Sơ đồ hệ thống phanh dầu ôtô Sơ đồ hệ thống phanh dầu (hình 12.1) gồm có phần chính: truyền động phanh cấu phanh Truyền động phanh bố trí khung xe gồm có: bàn đạp 1, xilanh có bầu chứa dầu để tạo áp suất cao, ống dẫn dầu đến cấu phanh Cơ cấu phanh đặt bánh xe gồm có: xilanh làm việc 4, má phanh 5, lò xo kéo 6, trống phanh Nguyên lý làm việc hệ thống phanh dầu sau: người lái tác dụng vào bàn đạp qua hệ thống địn đẩy píttơng nằm xilanh 2, dầu bị ép sinh áp suất cao xilanh đường ống dẫn Chất lỏng với áp suất cao tác dụng lên bề mặt hai pittông xilanh Hai píttơng thắng lực lị xo đẩy hai má phanh ép sát vào trống phanh tiến hành phanh ơtơ trống phanh gắn liền với moayơ bánh xe Khi nhả bàn đạp nghĩa lúc ngừng phanh, lò xo kéo hai má phanh vị trí ban đầu, tác dụng lị xo píttơng xilanh làm việc ép dầu trở lại xilanh Sự làm việc phanh dầu làm việc nguyên lý thủy lực tĩnh học Nếu tác dụng lên bàn đạp phanh áp suất truyền đến xilanh làm việc Lực má phanh phụ thuộc vào đường kính píttơng xilanh làm việc Muốn có mơmen phanh bánh xe trước khác bánh xe sau cần làm đường kính píttơng xilanh làm việc khác Lực tác dụng lên má phanh phụ thuộc vào tỷ số truyền truyền động: phanh dầu tỷ số truyền phần truyền động khí nhân với tỷ số truyền phần truyền động thủy lực Nếu pittông xilanh làm việc có diện tích gấp đơi diện tích pittơng xilanh lực tác dụng lên pittông xilanh làm việc lớn gấp đôi Như tỷ số truyền tăng lên hai lần, lúc hành trình pittơng làm việc giảm hai lần, mà chúng có quan hệ theo tỷ lệ nghịch với làm khó khăn thiết kế truyền động phanh Đặc điểm quan trọng hệ thống phanh dầu bánh xe phanh lúc áp suất đường ống dầu bắt đầu tăng lên tất má KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM phanh ép sát vào trống phanh khơng phụ thuộc vào đường kính xilanh làm việc khe hở trống phanh má phanh Hệ thống phanh dầu có ưu điểm sau:  Phanh đồng thời bánh xe với phân bố lực phanh bánh xe má phanh theo yêu cầu  Hiệu suất cao  Độ nhạy tốt, kết cấu đơn giản  Có khả dùng nhiều loại ôtô khác mà cần thay đổi cấu phanh  Khuyết điểm hệ thống phanh dầu là:  Không thể làm tỷ số truyền lớn phanh dầu khơng có cường hóa dùng cho ơtơ có trọng lượng tồn nhỏ, lực tác dụng lên bàn đạp lớn  Khi có chỗ bị hư hỏng hệ thống phanh khơng làm việc  Hiệu suất truyền động giảm nhiệt độ thấp 2.2 Phanh khí Phanh khí sử dụng lượng khí nén để tiến hành phanh, người lái không cần nhiều lực để điều khiển phanh mà cần thắng lò xo van phân phối để điều khiển việc cung cấp khí nén làm khí phận làm việc Nhờ mà phanh khí điều khiển nhẹ nhàng Nguyên lý làm việc hệ thống phanh khí theo sơ đồ (h12.2) sau: Máy nén khí dẫn động động bơm khí nén qua bình lắng nước dầu đến bình chứa khí nén Ap suất khí nén bình xác định theo áp kế đặt buồng lái Khi cần phanh người lái tác dụng vào bàn đạp 7, bàn đạp dẫn động đòn van phân phối 4, lúc khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến bầu phanh Màng bầu phanh bị ép dẫn động cam phanh quay, má phanh 10 ép vào trống phanh 11 để tiến hành trình phanh 10 11 KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Hình 12.2 : Sơ đồ làm việc hệ thống phanh khí ơtơ Trong trường hợp kéo rơmc (đồn xe) hệ thống phanh cần đảm bảo chuyển động an tồn cho đồn xe Bố trí hệ thống phanh ôtô kéo rơmoóc theo sơ đồ hình 12.3 Các sơ đồ phân biệt với theo số lượng đường ống dẫn nối ơtơ kéo với rơmc loại dòng dòng Các phần lại giống theo hình 12.3a, khơng khí nén máy nén khí truyền tới bình lọc phận điều chỉnh áp suất đến bình chứa khí nén Khi bình chứa khí có đầy đủ lượng dự trữ khơng khí nén phận điều chỉnh cắt khơng cấp khí từ máy nén vào bình chứa Đề phịng trường hợp áp suất tăng đột ngột đường dẫn khí, hệ thống có đặt van an tồn Khơng khí nén từ bình chứa đến van phân phối 11 Khi cần phanh người lái tác dụng lên bàn đạp phanh qua hệ thống đòn đến van phân phối 11 mở cho khí nén vào buồng phanh 9, từ dẫn động cam phanh ép má phanh vào trống phanh để tiến hành trình phanh Để phanh rơmoóc, hệ thống có trang bị van phân phối cho rơmc Khi khơng phanh khơng khí nén truyền qua van ống dẫn đầu nối để cung cấp khí nén cho hệ thống rơmc Khi phanh khơng khí nén ngồi khỏi đường ống nối ơtơ kéo rơmc qua van Do áp suất đường ống nối bị giảm nên hệ thống phanh rơmoóc bắt đầu làm việc a) KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM b) Hình 12.3: Sơ đồ làm việc hệ thống phanh khí có phanh rơmc Khi có khơng khí nén phanh rơmc tay địn 10, tay địn tác dụng lên van phân phối hệ thống phanh rơmc Khi ơtơ làm việc khơng kéo rơmc đường ống dẫn hệ thống phanh rơmc tách khỏi đường ống hệ thống ôtô van bịt kín Ở hệ thống phanh khí hai dịng (h.12.3b) phần cung cấp khí (gồm máy nén khí 1, bình lọc 2, phận điều chỉnh 3, bình chứa van an tồn 5) giống hệ thống phanh khí dịng, khác van 11 điều khiển hệ thống phanh ôtô hệ thống phanh rơmoóc nối với hai đường ống Một đường ống nối với ống cung cấp 12, ống thường xun có khí nén dẫn đến hệ thống phanh rơmoóc Đường ống thứ hai nối với ống có khơng khí vào để điều khiển hệ thống phanh rơmc Khác với hệ thống phanh khí dịng hệ thống phanh khí hai dịng, phanh áp suất đường ống điều khiển tăng lên, nhờ mà hệ thống phanh rơmoóc bắt đầu làm việc So sánh hệ thống phanh khí dịng hai dịng rút kết luận sau: Hệ thống phanh dịng điều khiển riêng rẽ hệ thống phanh ơtơ kéo rơmc, hay điều khiển lúc tùy theo yêu cầu phanh hợp lý đồn xe Điều đảm bảo tính ổn định xe phanh  Hệ thống phanh hai dịng, khơng khí nén cấp cho ơtơ kéo phanh rơmc van chung Vì có tượng cấp khơng khí nén khơng kịp thời cho phanh rơmoóc xe có kéo nhiều rơmc  Hệ thống phanh hai dịng có ưu điểm thường xun cung cấp khơng khí cho hệ thống phanh rơmoóc, điều có ý nghĩa lớn phanh thường xuyên phanh lâu dài KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Các thí nghiệm hệ thống phanh phịng thí nghiệm đường chứng tỏ hệ thống phanh dòng ưu việt hệ thống phanh hai dịng Vì xe chủ yếu dùng hệ thống phanh khí dịng Hệ thống phanh khí có ưu điểm lực tác dụng lên bàn đạp bé Vì trang bị cho ơtơ vận tải tải trọng lớn, có khả điều khiển hệ thống phanh rơmoóc cách nối hệ thống phanh rơmc với hệ thống phanh ơtơ kéo Dẫn động phanh khí nén đảm bảo chế độ phanh rơmc khác ơtơ kéo, phanh đồn xe ổn định, rơmc bị tách khỏi ơtơ kéo rơmc bị phanh cách tự động Ưu điểm hệ thống phanh khí có khả khí hóa q trình điều khiển ơtơ sử dụng khơng khí nén cho phận làm việc hệ thống treo loại khí… Khuyết điểm hệ thống phanh khí số lượng cụm nhiều, kích thước chúng lớn giá thành cao, độ nhạy ít, nghĩa thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ người lái bắt đầu tác dụng lớn 2.3 Phanh thủy khí Trên hình 12.4 trình bay sơ đồ phanh thủy khí Hệ thống phanh thủy khí gồm có máy nén khí dẫn động động ơtơ, bình lọc 2, bình chứa khí nén 3, xilanh lực, van xilanh phanh (ba phận kết hợp làm cụm), ống dẫn dầu 5, xilanh làm việc 6, má phanh 7, trống phanh 8, bàn đạp điều khiển Máy nén khí qua bình lọc cung cấp khí nén đến bình chứa Khi tác dụng lên bàn đạp van mở để khí nén từ bình đến xilanh lực sinh lực ép pittơng xilanh 4, dầu áp lực cao truyền qua ống dẫn đến xilanh dẫn động đến má phanh tiến hành trình phanh Các ống dẫn khí hệ thống phanh ngắn độ nhạy hệ thống phanh tăng lên Phanh thủy khí thường dùng ơtơ tải tải trọng trung bình lớn Nó phối hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu cụ thể lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn sử dụng cấu phanh nhiều loại khác Phanh thủy khí sử dụng chưa rộng rãi phần truyền động thủy lực có nhược điểm: nhiệt độ thấp hiệu suất giảm, chăm sóc kỹ thuật phức tạp kiểm tra mức dầu thoát khơng khí khỏi truyền động…v…v KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ô TÔ WWW.OTO-HUI.COM Hình 12.4: Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí dịng A TÍNH TỐN CƠ CẤU PHANH I XÁC ĐỊNH MÔMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH Mômen phanh sinh cấu phanh ôtô phải đảm bảo giảm tốc độ dừng ơtơ hồn tồn với gia tốc chậm dần giới hạn cho phép Ngồi cịn phải đảm bảo giữ ôtô đứng độ dốc cực đại (mômen phanh sinh phanh tay) Đối với ô tô lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe cầu trước phanh đường phẳng (tham khảo giáo trình “Lý thuyết ơtơ”): Pp1  G1 Gb m1 p   m1p  2L (12.1) G2 Ga m 2p   m 2p  2L (12.2) cầu sau là: Pp2  Ở đây: G G 1, G2 - trọng lượng ô tô tải đầy; - tải trọng tương ứng (phản lực đất) tác dụng lên bánh xe trước sau trạng thái tĩnh, bề mặt nằm ngang; m 1p, m 2p - hệ số thay đổi tải trọng tương ứng lên cầu trước cầu sau phanh a, b - khoảng cách tương ứng từ trọng tâm ô tô đến cầu; L - chiều dài sở ô tô;  - hệ số bám lốp đường ( = 0,7 ÷ 0,8) Các hệ số m 1p, m 2p xác định theo lý thuyết ô tô sau: m 1p   m 2p  - j max h g gb j max h g ga 1 1- ' h g b ' h g a (12.3) (12.4) Trong đó: KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM jmax - chiều cao trọng tâm ô tô; g- gia tốc trọng trường; - gia tốc chậm dần cực đại phanh; ’ - hệ số đặc trưng cường độ phanh (’ = hg jmax ) g Ở ô tô cấu phanh đặt trực tiếp tất bánh xe (phanh chân) Do mơmen phanh tính tốn cần sinh cấu phanh cầu trước là: M p1  G1 G m 1p  rbx  (b  ' h g )  rbx 2L (12.5) Ở cầu sau (ô tô hai cầu) là: M p2  G2 G m 2p  rbx  (a - ' h g )  rbx 2L (12.6) Trong đó: rbx – bán kính làm việc trung bình bánh xe Khi tính tốn thể chọn ’ = 0,4  0,5  = 0,7  0,8 Đứng kết cấu cấu phanh mà xét mômen phanh M p1 Mp2 phải bằng: Mp1 = M’p1 + M’’p (12.7) Mp2 = M’p2 + M’’p2 (12.8) đây: M’p1, M’’p1 – mô men phanh sinh má phanh trước má phanh sau cấu phanh cầu trước; M’p2, M’’p2 – mô men phanh sinh má phanh trước má phanh sau cấu phanh cầu sau II TÍNH TỐN CƠ CẤU PHANH GUỐC 2.1 Quy luật phân bố áp suất má phanh Muốn tính tốn cấu phanh guốc cần phải biết quy luật phân bố áp suất má phanh Tuỳ theo thừa nhận quy luật phân bố áp suất má phanh, có cơng thức để tính tốn phanh guốc khác Thí nghiệm chứng tỏ độ hao mòn điểm khác má phanh không giống nhau, thừa nhận quy luật phân bố áp suất má phanh không phù hợp với thực tế Chứng minh sau chứng tỏ điều KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TÔ WWW.OTO-HUI.COM P B A  A'     0 a) b) Hình 12.5: Sơ đồ dịch chuyển má phanh trống phanh Để tìm quy luật phân bố áp suất má phanh thừa nhận giả thiết sau:  Áp suất điểm má phanh tỷ lệ thuận với biến dạng hướng kính điểm phanh, nghĩa coi má phanh tuân theo định luật Húc Điều thừa nhận phạm vi biến dạng thường nhỏ má phanh  Khi phanh trống phanh guốc không bị biến dạng mà má phanh (tấm má sát) biến dạng Sở dĩ trống guốc phanh làm nguyên liệu cứng má phanh nhiều, kết cấu trống guốc phanh có đường gân tăng cường độ cứng vững  Bề mặt làm việc má phanh ép sát vào bề mặt làm việc trống phanh phanh Trên hình 12.5a trình bày sơ đồ dịch chuyển guốc phanh trống phanh quanh tâm O1 Giả sử trình phanh má phanh vừa chạm vào bề mặt làm việc trống phanh (thời điểm bắt đầu bị biến dạng) guốc phanh cịn quay thêm góc  má phanh bị biến dạng tác dụng lực P ống xilanh làm việc Nếu xét điểm A má phanh thấy điểm A ứng với thời điểm má phanh vừa chạm vào trống phanh Trong trình biến dạng điểm A phải quanh quanh tâm O1 với bán kính O1A tới điểm A’ tương ứng với góc quay nhỏ  má phanh, nghĩa O 1A=O 1A’ Từ A’ hạ đường thẳng góc A’B xuống bán kính OA, đoạn AB đặc trưng cho biến dạng hướng kính má phanh điểm A má phanh quay góc    Góc BA'A  OAO1  γ có A’B  AO A’A  AO (coi  nhỏ) Xét tam giác vuông ABA’ ta có: KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM AB  AA'sinγ AA’ = O1A. ( tính theo rad) cho nên: AB  O1 A. sin γ Tam giác OO 1A cho ta biểu thức sau: (12.9) OO1 O1 A  sinγ sinβ hay là: O1 A  OO1 sinβ sinγ (12.10) Thay trị số O1 A từ biểu thức 12.10 vào 12.9 ta có: AB  OO1.θ sin β Áp suất q điểm A theo giả thiết thứ tỷ lệ với biến dạng hướng kính, đó: (12.11) q  k AB  k OO1 θsinβ Ở đây: k – hệ số tỷ lệ, độ cứng má phanh Trong công thức (12.11) k OO1 số,  góc quay chung cho tất điểm má phanh quay quanh tâm O1, số điểm má phanh Thay số trị số không đổi K coi điểm A điểm xác định má phanh góc  ( góc thay đổi), cuối ta có cơng thức tổng qt để xác định áp suất điểm má phanh sau: q = Ksin (12.12) Ở đây: K - hệ số tỷ lệ (K = k OO1 θ );  - góc xác định vị trí điểm cần tính áp suất má phanh Cơng thức (12.12) cho thấy áp suất phân bố má phanh theo quy luật đường sin Áp suất cực đại ứng với lúc  = 900 nghĩa điểm C (h.12.5b) (điểm C má phanh nằm trục X – X thẳng góc với trục Y – Y qua tâm O O 1) Áp suất cực tiểu ứng với lúc  = 00  = 1800, điểm áp suất không Biểu đồ phân bố áp suất má phanh rõ hình 12.5b Áp suất cực đại điểm C là: qmax = K cơng thức (12.12) cịn viết: q = qmaxsin (12.13) Do áp suất phân bố má phanh không (theo luật đường sin) điểm má phanh hao mòn khác nhau, phần gần điểm C hao mòn nhiều hơn, đầu cuối hao mịn Thực tế ra, đầu cuối má phanh không làm việc mà góc ơm o má phanh guốc phanh thường lấy nhỏ 120o,đối với ôtô góc o thường nằm giới hạn 900  1100 KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Quy luật phân bố áp suất làm phức tạp cho việc tính tốn cấu phanh Vì góc ơm o khơng lớn guốc phanh bị biến dạng phanh chênh lệch phân bố áp suất má phanh phạm vi khơng lớn Vì tính tốn ban đầu chọn sơ kích thước, coi áp suất phân bố má phanh để đơn giản cho tính tốn Khi guốc phanh có độ cứng lớn muốn tính xác phải lấy quy luật phân bố theo đường sin Sau tính cấu phanh cho hai trường hợp phân bố áp suất theo đường sin 2.2 Tính tốn cấu phanh Tính tốn cấu phanh nhằm mục đích xác định kích thước thơng số cấu phanh để phanh sinh mômen phanh đảm bảo hãm ôtô Mômen ôtô mà cấu phanh cầu trước cầu sau phải sinh xác định tương ứng theo công thức (12.5) (12.6) Các mômen coi mơmen phanh để tính tốn cấu phanh 2.2.1 Xác định góc  bán kính  lực tổng hợp tác dụng vng góc lên má phanh 2.2.1.1 Trường hợp thừa nhận áp suất phân bố má phanh q = q1 = const: Mômen phanh sinh trống phanh phụ thuộc vào kết cấu cấu phanh Trên hình 12.6a trình bày sơ đồ tính tốn cấu phanh với hai guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẽ phía Nếu truyền động phanh loại thủy lực (phanh dầu) lực ép P lên guốc phanh ống xilanh làm việc có đường kính Nếu dùng cam để ép lên guốc phanh (truyền động loại khí loại khí) lực ép P1 P2 lên guốc phanh khác nhau, dịch chuyển má phanh giống Sở dĩ P1 khác P2 chiều lực ma sát T1 T2 má phanh khác nhau, Trong trị số chúng (T1 = T2) dịch chuyển hai má phanh (lực T sinh có lực N, mà trị số lực N phụ thuộc vào biến dạng má phanh, biến dạng lực N1 = N2, T1= T2) Chúng ta xét trường hợp hai guốc phanh ép lực P KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM  y1 P O'  0 x1 a rt N 1y  N1 0 N1x T1 dN1y dN1  R1 1 d dT1 dN 1x U1 x1  r0 Ux c O1 y1  a) Hình 12.6a: Sơ đồ tính tốn cấu phanh với guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẽ phía lực ép lên guốc phanh Trên hình 12.6a trục Y1 – Y1 qua hai tâm O O1 thẳng góc với trục X1 – X1 qua điểm có áp suất cực đại Khi phanh phân tử má phanh bị tác dụng từ phía trống phanh lực thẳng góc dN1 lực ma sát dT1 Lực ma sát: dT1 = .dN1 đây:  - hệ số ma sát trống phanh má phanh Chúng ta xét phần tử má phanh nằm cách trục Y1 – Y1 góc  Phần tử chốn góc d Lực thẳng góc dN1 phần tử là: dN1 = q1brtd (12.14) dT1 = dN1 =  q1brtd (12.15) đây: q1 – áp suất phân bố má phanh trước (q1 = const theo giả thiết); b – chiều rộng má phanh; rt – bán kính trống phanh; d - góc ôm phần tử má phanh xét KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Khi áp suất phân bố má phanh (h.12.7) tổng hợp lực N1 tất lực dN1 phải nằm trục đối xứng OD má phanh, nghĩa D điểm cung EF y F x  N O D    E x  O y Hình 12.6a1: Xác định góc đặt  lực N1 áp suất phân bố Góc  tạo lực N1 trục X1 – X1 là:   = 90o - DOO1   = 90o - ( DOE + EOO1 ) β - β1  β1 ) β  β1 = 90o - 2 = 90o - ( (12.16) đây: 1, 2 – góc đầu góc cuối má phanh (h.12.7) Chiếu lực dN1 trục X1 – X1 Y1 – Y1 ta có: dN1X = q1brtsind dX1Y = q1brtcosd Tích phân giới hạn từ góc 1 đến 2 ta có: β2 β2 N1X   dN1X  q 1brt  sin βdβ  q 1brt ( cos β  cos β 1) β1 β2 (12.17) β1 β2 N1Y   dN1Y  q brt  cos βdβ  q 1brt ( sin β  sin β1) β1 (12.18) β1 Lực tổng hợp thẳng góc N1 tác dụng lên má phanh là: 2 N1  N1X  N 1Y  q1brt ( cos β  cos β1)  ( sin β  sin β 1) KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ (12.19) TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Mơmen phanh phần tử má phanh sinh là: dM’pl = rtdT1 = q1brt 2d Mômen phanh tác dụng má phanh trước là: β2 β2 M' pl   dM' pl  µq brt2  dβ β1 β1 q1brt2(2 = - 1) = q1brt2o (12.20) đây: o – góc ơm má phanh Lực thẳng góc tổng hợp N1 sinh lực ma sát tổng hợp T1 = N1 Lực T1 có điểm đặt cách tâm O đoạn  Mơ men phanh má phanh tính theo cơng thức (12.20) cịn tính theo cơng thức sau: M’pl = T1 = N1 Từ đó: M' pl ρ  µN (12.21) (12.22) Thay cơng thức (12.19) (12.20) vào (12.22) ta có: ρ  µq 1brt2β µq brt ( cos β  cos β1)  ( sin β  sin β1)  β o rt   β  β1 β  β1 β  β1 β  β1 (  sin sin )  (2 cos sin ) 2 2 β o rt β o rt  β  β1 β  β1 β  β1 β  β1 sin sin 2 ( cos 2 )  sin 2 2 2  Đơn giản ta có: ρ  Nếu thay β 'o  β o rt β sin o (12.23) βo , cơng thức (12.23) có dạng sau: β 'o rt ρ sin β 'o (12.24) đây: ’o – góc ơm má phanh Cần ý góc o ’o cơng thức (12.23) (12.24) tính theo rad Nếu o = 90o = π π o thì: ρ  rt ; o = 120 = 2 KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ 2π thì: ρ  2π 3 rt TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ô TÔ WWW.OTO-HUI.COM 2.2.1.2 Trường hợp thừa nhận áp suất má phanh phân bố theo quy luật đường sin q=qmaxsin Khi phân bố áp suất theo đường sin phần tử lực dN1 dT1 tác dụng lên má phanh là: dN1 = qmax brt sin d dT1 = qmax brt sin d (12.25) (12.26) Chiếu lực dN1 lên trục X1- X1 ta có: dN1x = qmax brt sin2  d từ β1 N1x   dN1x β1 β2 β2  β sin 2β   q max brt  sin βdβ  q max brt    =  β1 2 β1 sin 2β sin 2β1   q max brt  β  β1    2    q max brt 2β  sin 2β1  sin 2β   (12.27a) Chiếu lực dN1 lên trục Y1 – Y1 ta có: dN1y = qmaxbrt sin cos.d  q max brt sin 2β.dβ β1 N1Y   dN1Y  β1 β β 2 1 q max brt  sin 2β.dβ  q max brt  sin 2β.d 2β  β1 β1 β 1  q max brt (  cos 2β)  q max brt ( cos 2β1  cos 2β ) 4 β1 (12.27b) Góc  tạo lực N1 với trục X1-X1 là: q max brt ( cos 2β1  cos 2β ) N 1Y tgδ   N 1X q max brt (2β  sin 2β1  sin 2β ) Đơn giản ta được: tgδ  cos 2β1  cos 2β 2β  sin 2β  sin 2β (12.28) Mô men phanh sinh phần tử má phanh : dM’p1 =rt dT1=q maxbrt sin d Mô men phanh sinh má phanh trước : KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TÔ β1 WWW.OTO-HUI.COM β2 M' p1   dM' p1  µ.q max brt β1  sin βdβ  µq max brt2 ( cos β  cos β ) (12.29) β1 Lực tổng hợp N là: 2 N1X  N1Y  q max br1 (2β o  sin 2β1  sin 2β )  ( cos 2β1  cos 2β ) N1   (12.30) Bán kính  xác định theo công thức: M' pl ρ  T1 M' pl  µN Lắp trị số M’p1 N1 từ công thức (12.29), (12.30) vào đơn giản ta có: ρ   4rt ( cos β1  cos β ) (2β o  sin 2β1  sin 2β )  ( cos 2β1  cos 2β )  4rt ( cos β1  cos β ) [2β o  cos (β  β 1) sin (β  β1)]2  [2 sin (β  β 1) sin (β  β1)]2  4rt ( cos β1  cos β ) o 2 4β  cos (β  β1) sin β o  8βo cos ( β2  β1) sin β o  sin (β  β1) sin β o  Cuối ta có: ρ 2rt ( cos β1  cos β ) o (12.31) β  sin β o  2β o cos (β  β1) sin β o Các công thức (12.16), (12.23) cho ta tính tốn góc  bán kính  trường hợp áp suất phân bố đều, trường hợp áp suất phân bố theo đường sin dùng cơng thức (12.28) (12.31) để tính Từ cơng thức thấy góc  bán kính  phụ thuộc vào thơng số kích thước cấu phanh (1, 2, rt) mà không phụ thuộc vào trị số áp suất Nếu má phanh trước má phanh sau hoàn toàn đối xứng với trục đứng (nghĩa thơng số kích thước nhau) góc  bán kính  má trước má sau áp suất hai má phanh phân bố theo quy luật (phân bố theo đường sin), với trị số khác Khi bố trí má phanh hình 12.6b áp suất má phanh trước lớn má phanh sau lực T1 má phanh trước tăng cường cho phanh, lực T2 má phanh sau lại giảm phanh (h.12.6b), góc  bán kính  hai má phanh có trị số 2.2.2 Tính tốn lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh P1 P2: Trong thực tế tính tốn cấu phanh, cần xác định lực Pi tác dụng lên guốc phanh (h.12.6b) để đảm bảo tổng số mômen phanh sinh guốc phanh trước (M’pl M’p2) guốc phanh sau (M’’p1 M’’p2) mômen KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM phanh tính tốn (Mp1 Mp2) cấu phanh Mơmen phanh tính tốn M p1 Mp2 xác định trước theo công thức (12.5) (12.6) Sau xét quan hệ lực Pi mômen phanh M’p1 M’’p1 (giả sử xét cấu phanh cầu trước) Khi thiết kế cấu phanh chọn trước qui luật phân bố áp suất má phanh sở chọn trước thông số kết cấu (1, 2, rt) tính góc  bán kính , nghĩa xác định hướng điểm đặt lực N1  R2 y1 y2 U2 P2 O'' O' P1 P2 P1 x1  r0  T1  R1 c)  O N1 U1 R2 R1 x2 x2 T2 N2   x1 rt U1 U2 y1 y2 b) Hình 12.6b: Sơ đồ tính tốn cấu phanh với guốc phanh có điểm tựa cố định riêng rẽ phía lực ép lên guốc phanh   Lực R1 lực tổng hợp N1, T1 R tạo với N góc  Góc  xác định sau: tg  T1 µ N1 (12.32) Chọn  = 0,3 xác định góc  nghĩa xác định hướng  R Góc  má phanh trước má phanh sau hệ số ma sát Mômen phanh cấu phanh là: Mp1 = M’p1 + M’’p1 = R1ro + R2ro = (R1 + R2)ro (12.33) đây: R1, R2 – lực tổng hợp má phanh trước sau: ro - bán kính, xem hình 12.6b Bán kính ro xác định theo cơng thức tg µ ro  ρ sin   ρ ρ (12.34)  tg  1 µ2 KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Trị số M 1 tính theo cơng thức (12.5), ro xác định theo cơng thức (12.34) từ xác định tổng số lực R1 + R2 theo công thức sau: R1  R  M 1 (12.35) ro Muốn xác định riêng rẽ lực R1 R2 dùng phương pháp họa đồ cách vẽ đa giác lực guốc phanh trước sau Trên guốc phanh có ba lực tác dụng P1, R1, U1 P2, R2, U2 (trường hợp dẫn động thủy lực lực P hai guốc phanh ống xilanh làm việc đường kính) Guốc phanh trước sau nằm vị trí cân ba lực tác dụng phải gặp tâm O’ O’’ (h.12.6b) Hướng lực P1 R1 biết (trị số chúng chưa biết), kéo dài chúng cho gặp O’, nối O’ với O hướng lực U1 Cũng làm guốc phanh sau tìm hướng lực U2 Sau xây dựng đa giác lực cho guốc phanh trước guốc phanh sau với tỷ lệ định (vì lực Pi hai guốc phanh nhau: P1 = P2 = P, lấy P làm đơn vị chẳng hạn, điều không thiết, chủ yếu đảm bảo tỷ lệ hai đa giác lực hai guốc phanh nhau) Trên sở đa giác lực vẽ tìm tỷ số lực R1 R2 ( R1 R ) Biết tỷ số R2 R2 biết tổng số R1 + R2 theo công thức (12.35) xác định trị số riêng rẽ R1 R2 Có R1, R2 xác định trị số lực P, U1, U2 Biết lực P có sở để tính tốn truyền động phanh Ngồi lực P, U1 U2 tạo điều kiện cho tính tốn sức bền chi tiết cấu phanh Lực P mà xác định theo phương pháp nêu đảm bảo cho cấu phanh sinh mômen phanh yêu cầu Mp1 cầu trước Mp2 cầu sau Nếu guốc phanh bị ép cam lực P1 P2 tác dụng lên hai guốc phanh khác Trong trường hợp cam quay, hai guốc phanh dịch chuyển Nếu thời gian đầu khe hở má phanh trống phanh guốc phanh trước có khác guốc phanh sau qua thời gian chạy rà áp suất tác dụng lên hai má phanh dịch chuyển hai guốc phanh Vì áp suất hai má phanh lực R1 = R2 Như guốc phanh bị ép cam quay xác định lực R1 R2 R1 = R2 = M p1 (12.36) 2ro Biết trị số lực R1 R2, dựa vào đa giác lực guốc phanh trước sau vẽ theo phương pháp tìm trị số lực P1, P2, U1 U2 Trên dùng phương pháp họa đồ để xác định lực P Có thể dùng phương pháp giải tích để xác định quan hệ lực P mômen phanh sau: Xét cân guốc phanh trước tâm O ta có (h.12.6a): Uxc – Pa = R1ro = M’p1 (12.37) đây: Ux – hình chiếu lực U1 trục X1 – X1 (h.12.6a); KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ô TÔ WWW.OTO-HUI.COM c, a – kích thước, xem hình 12.6a Từ biểu thức (12.37) rút Ux = M pl  Pa (12.38) c Chiếu lực tác dụng lên guốc phanh trước trục X1 – X1 ta có: Pcoso + Ux – N1cos - T1sin = Thay trị số Ux từ công thức (12.38) thay N1 = (12.39) M pl μρ , T1= M pl ρ vào biểu thức (12.39) biểu thức sau: P cos α o  M' pl c  M' p1 Pa M' pl  cos δ  sin δ  c μρ ρ (12.40) Giải phương trình (12.40) P ta biểu thức sau: M' P1  μPρ(c cos α o  a) c( cos δ  µ sin δ)  μρ (12.41) Tương tự vậy, xét cân guốc phanh sau ta có: M''P1  μPρ(c cos α o  a) c( cos δ  µ sin δ)  μρ (12.42) Công thức (12.41) (12.42) dùng cho trường hợp guốc phanh dẫn động chất lỏng Khi guốc phanh dẫn động cam lực R1 = R2, M’p1 = M’’p1 Từ rút biểu thức sau: Mp1 = 2M’p1 = 2M’’p1 = 2 µP1ρ(c cos α o  a) µP2 ρ(c cos α o  a) 2 c( cos δ  µ sin δ)  μρ c( cos δ  µ sin δ)  μρ (12.43) đây: P1, P2 – lực tác dụng từ cam quay lên guốc phanh trước sau, hai lực có trị số khác Tỷ số lực P1 P2 xác định sau: P1 c( cos δ  µ sin δ)  μρ  P2 c( cos δ  µ sin δ)  μρ KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC (12.44) _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM WWW.OTO-HUI.COM b a TÍNH TỐN KẾT CẤU Ô TÔ c  Hình 12.7: Sơ đồ cấu phanh tự cường hóa Trên hình 12.7 trình bày cấu phanh tự cường hóa Ở cấu phanh hiệu phanh tăng lên nhờ dùng lực ma sát má phanh trước trống phanh Hai guốc phanh nối với trung gian Như vậy, guốc phanh sau ép vào trống phanh khơng lực P mà cịn lực U2 có trị số lực U1 Coi guốc phanh trống phanh hồn tồn cứng xác định trị số  r0 theo phương trình (12.31) (12.34) Nếu lực P U1 song song lực R1 cân lực phải song song đồng thời lại tiếp tuyến với vòng trịn bán kính ro Chúng ta có phương trình sau: R1 = P + U1; M’p1 = R1ro (12.45) Điều kiện cân guốc phanh sau, U2 = U1 là: R2 = P + U1 + U3 Do mơmen phanh guốc phanh sau: M’’p1 = R2.r0  M’’p1 = (R1 + U3)r0 (12.46) So sánh công thức (12.46) với (12.45) thấy trường hợp mômen phanh guốc phanh sau lớn guốc phanh trước Điều kiện cân mômen tất lực tác dụng lên guốc phanh trước điểm đặt lực U1 là: P (a + c) = R1(c – r0) ; R1 = P U1 = R1 – P = P a c c  r0 a  r0 c  r0 KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Từ M’p1 = P a c r0 c  r0 (12.47) Điều kiện cân mômen tất lực tác dụng lên guốc phanh sau điểm tựa A (h.12.8) là: P(a – b) + R2(b – ro) = U1(b + c) R2  P (a  ro )( b  c)  (a  b)(c  ro ) (c  ro )( b  ro ) Biến đổi ta có: M’’p1 = P (a  c)(b  ro ) ro (c  ro )(b  ro ) (12.48) Công thức (12.48) (12.47) cho thấy cấu phanh tự cường hóa có lực P tác dụng, guốc phanh sau sinh mômen phanh M’’p1 lớn nhiều so với guốc phanh trước Nếu góc 1 2 má phanh trước khác với má phanh sau  ro hai guốc phanh khác Ở cấu phanh tự cường hóa trình bày hình 12.8 hiệu phanh (mômen phanh) ôtô tiến lùi 2.3 Phanh êm dịu ổn định ô tô phanh (hiện tượng tự siết) Phanh êm dịu ổn định ô tô phanh phụ thuộc vào phân bố lực phanh bánh xe phải trái bánh xe không bị gài cứng, vào ổn định mômen phanh M p cấu phanh có, hệ số ma sát thay đổi giới hạn (thường từ 0,28 đến 0,30) vào khả bị siết của cấu phanh Nếu mômen phanh bánh xe phải trái sai lệch so với mơmen phanh tính tốn khoảng 10  15%, hệ số  thay đổi độ ổn định ô tô phanh (khi phanh không bị lệch hướng) đảm bảo dễ dàng cách giữ bánh lái Trong q trình phanh xuất hiện tượng tự siết Hiện tượng tự siết xảy má phanh bị ép sát vào trống phanh lực ma sát mà không cần tác động lực P truyền động lên guốc phanh Trong trường hợp vậy, mômen phanh Mp đứng phương diện lý thuyết mà nói tiến tới vơ tận Đối với guốc phanh trước (h.12.6a) tượng tự tiết xảy có điều kiện sau theo cơng thức (12.41): c(cos + sin) -  = Nghĩa khi: µ c cos δ ρ  c sin δ KHOA CÔNG NGHỆ ĐỘNG LỰC (12.49 _ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM TÍNH TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Bằng cách chứng minh đơn giản thấy xảy tượng tự siết lực tổng hợp R1 qua tâm quay O1 guốc phanh Nếu xét công thức (12.42) dùng cho guốc phanh sau, thấy mẫu số khơng thể số khơng ln ln đảm bảo  > csin lực tổng hợp R2 qua tâm quay O guốc phanh sau (h.12.6b) Vì guốc phanh sau làm việc khơng thuận chiều quay khơng sinh tượng tự siết Ở guốc phanh tự cường hóa tượng tự siết xảy c = ro b = ro (theo công thức 12.47 12.48) nghĩa lực tổng hợp R1 qua ép trung gian lực tổng hợp R2 qua điểm tựa A (h.12.8) Hiện tượng tự siết xảy khi: µ b ρ2  b2 µ  c ρ  c2 (12.50) Cơ cấu phanh tự cường hóa có mơmen phanh ổn định hệ số ma sát  thay đổi có khả bị tự siết nhiều so với cấu phanh mà guốc có điểm tựa cố định riêng rẽ Cũng mà cấu phanh tự cường hóa khơng dùng tơ du lịch Khi thiết kế cấu phanh phải ý chọn thơng số kích thước để tránh xảy tượng tự siết, có phanh êm dịu ổn định KHOA CƠNG NGHỆ ĐỘNG LỰC _ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP.HCM ... phanh khác Ở cấu phanh tự cường hóa trình bày hình 12.8 hiệu phanh (mômen phanh) ? ?tô tiến lùi 2.3 Phanh êm dịu ổn định ô tô phanh (hiện tượng tự siết) Phanh êm dịu ổn định ô tô phanh phụ thuộc... Ngồi ơtơ loại cịn dùng hệ thống phanh thủy khí Dùng hệ thống phanh kết hợp ưu điểm phanh khí phanh dầu Sơ đồ kết cấu loại hệ thống phanh ơtơ trình bày sau đây: 2.1 Phanh dầu Ở phanh dầu lực tác dụng... TỐN KẾT CẤU Ơ TƠ WWW.OTO-HUI.COM Các thí nghiệm hệ thống phanh phịng thí nghiệm đường chứng tỏ hệ thống phanh dòng ưu việt hệ thống phanh hai dịng Vì xe chủ yếu dùng hệ thống phanh khí dịng Hệ thống