Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô 1. CHọN LOạI Và SƠ Đồ Hệ THốNG PHANH Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ô tô máy kéo cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đấy , ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ô tô đứng yên trên đờng nằm ngang hay đờng dốc . Kết cấu hệ thống phanh của ô tô bắt buộc phải có hai phần chính: Cơ cấu phanh : là bộ phận trực tiếp tạo lực cản thờng làm việc theo nguyên lý ma sát biến động năng thành nhiệt năng truyền ra môi trờng. Dẫn động phanh : là bộ phận để điều khiển cơ cấu phanh. 1.1. chon loại dẫn động phanh Hiện nay trên ô tô thờng dùng hai loại dẫn động chính là thủy khí và khí nén , còn dẫn động cơ khí và điện ít dùng. Dẫn động phanh khí nén thờng sử dụng trên các xe cỡ vừa và lớn hoặc đoàn xe kéo moóc với những u nhợc điểm sau : Ưu : điều khiển phanh nhẹ nhàng , lực điều khiển phanh nhỏ. Độ tin cậy cao vì nếu hệ thống có một chổ rò rỉ nhỏ thì hệ thống vẫn làm việc bình thờng. Dễ phối hợp dẫn động với các dẫn động cơ cấu sử dụng khí nén trên ô tô. Dễ tự động và cơ khí hoá quá trình điều khiển . Nhợc : phanh có độ nhạy thấp , thời gian chậm tác dụng lớn . Kích thớc của hệ thống phanh cồng kềnh. Nhiều chi tiết , kết cấu phức tạp, do đó giá thành cao. Dẫn động phanh thủy lực thờng sử dụng rộng rãi trên các xe du lịch , ô tô tải và khách cỡ nhỏ. Dẫn động phanh thủy lực có những u nhợc điểm sau : Ưu : phanh có độ nhạy lớn , thời gian chậm tác dụng nhỏ ,luôn đảm bảo phanh đồng thời các banhs xe . Hiệu suất phanh cao . Phanh có kết cấu đơn giản , kích thớc ,khối lợng và giá thành nhỏ . Dễ lắp đặt ,có thể dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh . Nhợc : yêu cầu về độ kín rất cao . Lực cần thiết tác dụng bàn đạp lớn thờng dùng cơ cấu trợ lực dẫn đến phức tạp kết cấu . Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp .Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm đờng ống rung động và mô men phanh không ổn định . Từ những phân tích trên ta thấy dẫn động phanh thủy lực là phù hợp với xe thiết kế vì đó là xe du lịch có trọng lợng toàn bộ nhỏ, yêu cầu dẫn động phanh có SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 2 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô kích thớc nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo hiêu quả phanh cao , độ nhạy lớn , thời gian chậm tác dụng nhỏ . Do đó ta chọn loại dẫn động phanh cho xe thiết kế là dẫn động phanh thủy lực . 1.2. CHọN LOạI CƠ CấU PHANH Đối với xe có hệ thống phanh dẫn động thủy lực thờng sử dụng cơ cấu phanh loại đĩa hoặc trống guốc . Loại trống guốc đợc sử dụng phổ biến trên các loại ô tô Loại đĩa dùng chủ yếu ở cầu trớc xe du lịch, hiện nay bắt đầu sử dụng trên một số xe tải và khách. Ta chọn loại cơ cấu phanh trống guốc vì nó có u điểm là có thể bố trí trong đờng kính trong của bánh xe . 1.2.1. Chọn cơ cấu phanh cho bánh xe trớc Cơ cấu phanh trớc của ô tô du lịch cần đạt hiệu quả phanh lớn mà vẫn đảm bảo tính thống nhất về kích thớc đối với cơ cấu phanh sau . Do đó ta chọn cơ cấu phanh có hai xi lanh ép và guốc phanh có một bậc tự do. Cơ cấu phanh này có hiệu quả phanh tiến lớn hơn so với lùi . SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 3 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 1.1. Cơ cấu phanh trống guốc hai xy lanh ép một bậc tự do. 1.xy lanh thủy lực ; 2. xơng guốc ; 3.chốt cố định . 1.2.2. Chọn cơ cấu phanh cho bánh xe sau . ở bánh xe sau ta dùng cơ cấu phanh trống guốc chỉ có một xy lanh thủy lực , các guốc phanh có một bậc tự do , quay quanh điểm cố định cùng một phía . SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 4 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 1.2. Cơ cấu phanh trống guốc một xy lanh thủy lực . 1.xy lanh thủy lực ; 2. xơng guốc ; 3.chốt cố định . 1.3. sơ đồ hệ thống phanh . 1.3.1. Chọn sơ đồ phân dòng : Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thống phanh thì hệ thống phanh của xe phải có hai dòng ( hai đờng dẫn ) có cùng cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh . Hiện nay truyền động phanh hai dòng có nhiều sơ đồ khác nhau nh : cầu trớc và sau thắng riêng , phân dòng chéo , thắng bốn bánh một dòng và hai bánh riêng một dòng , cầu trớc và cầu sau . Ta chỉ phân tích hai loại là : cầu trớc và cầu sau thắng riêng , phân dòng chéo vì hai loại này có kết cấu đơn giản hơn nhiều so với các loại còn lại . (a) (b) Hình 1.3. Sơ đồ phân dòng . a. cầu trớc và cầu sau thắng riêng . SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 5 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô b. phân dòng chéo . Đối với sơ đồ (a) thì : kết cấu đơn giản , hiệu quả phanh giảm khi dòng trớc hỏng. Đối với sơ đồ (b) thì : hiệu quả phanh còn 50% khi một dòng hỏng, tính ổn định giảm . Ta chọn sơ đồ (b) cho hệ thống phanh xe thiết kế vì nó có kết cấu đơn giản , dễ bố trí . 1.3.2. Sơ đồ hệ thống phanh của xe thiết kế Từ những kết luận trên ta xây dựng đợc sơ đồ hệ thống phanh của xe thiết kế nh sau: Hình 1.4. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực của xe thiết kế 1. cơ cấu phanh trớc ; 2. cơ cấu phanh sau ; 3. xy lanh chính ; 4. bình chứa dầu ; 5. bàn đạp phanh ; 6. đờng ống dòng trớc ; 7. đờng ống dòng sau . 2.tính toán thiết kế cơ cấu phanh. 2.1.XáC ĐịNH MOMEN PHANH CầN SINH RA ở CáC CƠ CấU PHANH . SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 6 6 3 4 5 1 7 2 a b L Z 1 Z 2 P j G a P p1 h g Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 2.1. Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên mặt đờng ngang Trong đó : Z 1 : phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ở cầu trớc . Z 2 : phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ở cầu trớc . P P1 : lực phanh ở các bánh xe trớc và sau . P P2 : lực phanh ở các bánh xe trớc và sau . a,b,h g : toạ độ trọng tâm của ô tô . Xác định các thông số chiều dài a,b : G at . a = G as . b a +b = L 470.a = 690.b a + b = 2160 a = 1285,5 (mm) b = 874,5 (mm) Momen phanh cần sinh ra đợc xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất , tức là sử dụng hết lực phanh . Muốn đảm bảo điều kiện đó ,lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe . P pt = .Z 1 = [ b + h g . (J max /g ) ] P p2 = .Z 2 = [a - h g . (J max /g ) ] Trong đó : : hệ số bám của bánh xe với đờng . Chọn = 0,85 J max : gia tốc chậm dần cực đại khi phanh J max = a maxJ M P SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 7 L G a L G a Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô = . a a M G = .g Ta có: M p = P p . r b Bán kính lăn của bánh xe có thể xác định gần đúng nh sau [2]: r b = b . r b _ Hệ số tính đến biến dạng của lốp . Chọn b =0,945 Theo tài liệu [3] ta có bán kính thiết kế của bánh xe r = 300 (mm) r b =0,945 .300 = 284 (mm) M pt = P pt . r b = . L G a ( b + . h g ) M ps = P ps . r b = . L G a ( a - .h g ) Thay các giá trị vào ta đợc : M pt = 0,85 . 2160 1160 . 10 (874,5 +0,85.610 ).284.10 -3 = 1806 (Nm) M ps = 0,85. 2160 1160 .10 (1285,5 - 0,85.610 ).284.10 -3 = 995 (Nm) 2.2. xác định các kích thớc cơ bản của cơ cấu phanh 2.2.1. Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh (r t ) Theo tài liệu [3] ta có đờng kính vành bánh xe d v = 13 in r v = 2 d v =7,5 in = 7,5.25,4 =165 (mm) Giửa vành bánh xe và trống phanh có một khe hở nhất định (s) không nhỏ hơn 20 30 mm . Khe hở này cần thiết để cho không khí lu thông làm mát trống phanh . Vì vậy ta chọn r t = 125 (mm) 2.2.2. Chọn các kích thớc s , h, 0 , 1 SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 8 y x F 1 dN dF T 0 hh s l d r h Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 2.2. Sơ đồ tính toán guốc phanh Ta chọn các thông số s, h, 0 , 1 tơng tự kết cấu tơng đơng s = 96 (mm) ; h = 188 (mm) ; 0 =20 0 ; 1 =135 0 ; = 1 - 0 =115 0 2.2.3. Chọn chiều rộng của má phanh (b) Chiều rộng của má phanh đợc chọn sao cho khi phanh với lực phanh cực đại , áp suất trên bề mặt ma sát q không lớn hơn 2,5 MPa và tải trọng qui ớc không vợt quá giá trị cho phép P = m a .g/F [P] Trong đó : m a : khối lợng toàn bộ của ô tô F : tổng diện tích của tấc cả các má phanh trên ô tô [P] = 0,25 MPa =0,25 [MN/m 2 ] b r.8 10.1160 t 0,25 b b 23,13 (mm) . Chọn b = 40 (mm) 2.3. kiểm tra điều kiện tránh tự siết : 2.3.1. Quan hệ giữa lực dẫn động và mô mên phanh tạo ra Xét cân bằng guốc phanh với các giả thiết sau : SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 9 8.125.10 -3 .0,25.10 6 . 1160.10 180 115.3,14 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô _áp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh. _Qui luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổng quát : q = q max . ( ) (2.1) ở đây : q max _ áp suất max trên má phanh ( ) _ hàm số phân bố áp suất _Hệ số à giữa trống và má phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh . Khi phanh phần tử vô cùng bé d (Hình 2.2) sẽ chịu tác dụng của lực pháp tuyến dN = q.b.r t .d và lực ma sát dF T = à.dN từ phía trống phanh. Lực ma sát tạo ra một mô mên phanh : dM P = dF T . r t = à.q max .b.r t 2 . ( ) . d (2.2) Tích phân biểu thức (2.2) từ 0 đến 1 ta đợc mô mên phanh tổng do các guốc phanh tơng ứng tạo ra (guốc tự siết chỉ số 1 , guốc không tự siết chỉ số 2 ) : M P1,2 = à.q max .b.r t 2 . ( ) 1 2 d. (2.3). Để xác định q max , ta viết phơng trình cân bằng mô men đối với điểm quay của guốc : M c =P.h 1 0 T dF.l ( ) 1 0 dN.sin.s (2.4) Thế biểu thức của dF T và dN vào (2.4) .Sau khi biến đổi ta đợc : q max = [Ph/(rb)]/{s ( ) .sin.d à[r t ( ) .d _ s ( ) .cos.d]} (2.5) Thế biểu thức (2.5) vào phơng trình (2.3) rồi chia tử và mẫu cho r t ( ) d Sau khi biến đổi ta xác định đợc phơng trình mômên phanh theo lực ép của mỗi guốc: M P1,2 = (2.6) Trong đó : A = (s ( ) sind)/ ( r t ( ) d) (2.7) SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 10 1 0 1 0 1 0 1 0 (A à.B) à.P.h 1 0 1 0 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô B =1- (s ( ) cosd)/(r t ( ) d) (2.8) Nh vậy mômên tổng của cả cơ cấu phanh sẽ là : M P = M P1 + M P2 = (2.9) Trờng hợp guốc phanh có một bậc tự do (có điểm quay cố định ) (s) = sin Sau khi tích phân biểu thức (2.7) và (2.8) ta đợc : A = . (2.10) B = 1 . (cos 0 cos 1 ) 2.3.2.Điều kiện tránh tự siết. Từ công thức (2.6) : : M P1,2 = Đối với phanh guốc, hiện tợng tự siết sẽ xảy ra khi mẫu số bằng không. Để tránh hiện tợng này cần đảm bảo điều kiện : (A à.B ) > 0 à > A/B (2.11) Khi tính toán có thể lấy à =0,32 ữ 0,38 . Ta chọn à = 0,35 Từ công thức (2.10) ta thay các giá trị 0 , 1 , s, r t vào. Ta tính đợc : A = 0,66 B = 0,37 Thay các giá trị A,B vào (2.11) ta đợc : 0,35 < 1,78 2.4. tính toán nhiệt và mài mòn 2.4.1. Tính toán mài mòn : Tính toán mài mòn đợc tiến hành theo các chỉ tiêu gián tiếp là áp suất trung bình trên tấm ma sát của guốc tự siết và công suất riêng . áp suất trung bình trên má phanh : q tb = < [q tb ] (2.12) SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 11 1 0 1 0 (A 2 à.B 2 ) à.P 2 .h 2 (A 1 à.B 1 ) à.P 1 .h 1 r t s 4(cos 0 cos 1 ) sin(2 0 ) sin(2 1 ) + 2( 1 0 ) r t s (A à.B) à.P.h à.b.r t 2 . M P1 [...]... Nguyễn Hữu Cẩn- Phan Đình Kiên Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo Tập 3 Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp-Hà Nội ,1985 2 Nguyễn Hữu Cẩn Lý thuyết ô tô máy kéo Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội ,1998 3 Viện nguyên cứu giao thông ô tô Sổ tay ô tô Nhà xuất bản Giao thông vận tải Maccowva , 1985 SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 22 Đồ án môn học SVTH : Đoàn Đại Đồng Thiết kế hệ thống phanh ôtô... toán trợ lực chân không Sơ đồ tính toán : Pc SVTH : Đoàn Đại Đồng Pa P bd Sm Sc Trang 19 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 3.2.Sơ đồ tính toán trợ lực chân không SC_Diện tích đầu cần tác dụng ; Sd_Diện tích của đĩa cao su; Sp_ diện tích màng; Pa_ áp suất khoang A; Pb_ áp suất khoang B; PC_áp suất trong khoang C của xi lanh chính 3.3.4 Đặc tính bộ trợ lực Theo sơ đồ tính toán ở trên và hệ. .. Đại Đồng Trang 15 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô ( M P A2 à2B2 P = 2hàA ) ( 995 0,66 2 0,352.0,37 2 = 2 2.188.10 3.0,35.0,66 ) = 2399 (N) 3 tính toán dẫn động phanh 3.1.sơ đồ tính toán : P P PC r1 dk r2 dC Hình 3.1 Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực P dC_đờng kính xi lanh chính; dk_đờng kính xi lanh bánh xe; P 3.2 trình tự tính toán 3.2.1 Đờng kính xi lanh bánh xe dk = 4P p max... Tốc độ cuối quá trình phanh SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 13 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô mt : Khối lợng của trống phanh và các chi tiết liên quan bị nung nóng mt = [( rt + )2 rt2]..b. : khối lợng riêng của vật liệu làm trống phanh, trống phanh làm bằng thép nên ta có : = 7,8.103 (Kg/m3) : bề dày trống phanh = 10 mm mt = [(125 +10)2 1252].3,14.40.1 0-9 .7,8.1 0-3 =2,55 (kg) C : Nhiệt... MPa < 2 MPa -3 Xét cơ cấu phanh trớc : cả hai má phanh cùng tự siết, tự tách Khi tự siết : MP1 = = MP 2 1806 2 = 451,5 (Nm) Từ (2.12) thay các giá trị vào ta có: qtb = 451,5 0,35.40.1 0-3 .(125.1 0-3 )2.(3,14.115/180) SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 12 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô = 1,029.106 (N/m2) qtb = 1,029 MPa < 2MPa Công ma sát riêng (lms) bằng tỷ số giửa công ma sát sinh ra khi phanh ô tô... trên sơ đồ tính : Hiệu suất dẫn động , thừa nhận = 0,86 ữ0,92 m : Số cần (khoang ) xi lanh bố trí song song 3,14.22 2 Pbd = 1.8 4.0,9 ( 0,2126 ) = 718 N 3.3 tính bộ trợ lực 3.3.1 Xác định hệ số trợ lực Hệ số trợ lực Ky đợc xác định theo tài liệu [1] SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 18 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Ky = Pmax P ' max (3.5) Pmax , Pmax : áp suất cực đại trong hệ thống khi... k : hệ số tính đến biến dạng đàn hồi của các đờng ống Khi tính toán có thể lấy bằng 1,07 =(1,5 ữ2,5) Khe hở giữa piston của xi lanh chính và thanh đẩy nối với bàn đạp SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 17 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô và :Hành trình không tải của piston xi lanh chính n : Số lợng các xi lanh bánh xe đợc đợc điều khiển bởi xi lanh chính xi : Hành trình của piston xi lanh bánh... áp suất này càng cao thì kết cấu dẫng động càng gọn, thờng yêu cầu đối với các ống dẫn và vấn đề làm kín lại khắc khe hơn, nhất là các đoạn ống mềm bằng cao su và các chổ nối ghép Thờng chọn pmax = 8 ữ12 MPa Ta chọn pmax = 8 MPa Đối với bánh xe trớc : dkt = 4P = 4.3640 / 3,14.8 24 (mm) p max SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 16 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Đối với bánh xe sau : dkt = 4P p max... đạt giá trị cực đại không đổi (Đoạn BC của đặc tính) Còn hệ số của trợ lực K y đạt cực đại ứng với Pbd =Pb Sau đó bắt đầu giảm Ky = 1 + p max S m ( PLX + Pms ) i bd .Pbd (3.8) Trong đó : pmax _Độ chân không lớn nhất trong đờng nạp động cơ.Khi tính toán lấy pmax =0,05 MPa = 0,5 Kg/cm2 SVTH : Đoàn Đại Đồng Trang 21 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Từ công thức (3.8) suy ra: Sm = Pbd.ibd. Sd .. .Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô [qtb] = 2MPa _ đối với vật liệu atbet thông thờng Xét cơ cấu phanh sau : chỉ có một má phanh tự siết MP = MP1 + MP2 = P= 2à.P.A.h (A2 à2.B2) MP (A2 à2.B2) 2à.A.h (2.13) Thay (2.13) vào biểu thức MP1 ta có : MP1 = à.P.h (A à.B) = MP (A à.B) 2A = 995/2 (0,66 +0,35.0,37) 2.0,66 = 297,6 (Nm) Từ (2.12) ta thay giá trị vào : qtb = 297,6 0.35.40.10 (125.1 0-3 )2.(3.14.115/180) . đồ (b) cho hệ thống phanh xe thiết kế vì nó có kết cấu đơn giản , dễ bố trí . 1.3.2. Sơ đồ hệ thống phanh của xe thiết kế Từ những kết luận trên ta xây dựng đợc sơ đồ hệ thống phanh của xe thiết kế. Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô 1. CHọN LOạI Và SƠ Đồ Hệ THốNG PHANH Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ô tô máy kéo cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào. Đại Đồng Trang 4 Đồ án môn học Thiết kế hệ thống phanh ôtô Hình 1.2. Cơ cấu phanh trống guốc một xy lanh thủy lực . 1.xy lanh thủy lực ; 2. xơng guốc ; 3.chốt cố định . 1.3. sơ đồ hệ thống phanh