ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH DỰA TRÊN CƠ SỞ XE INFINITI FX 35 Đà Nẵng, tháng năm 2012 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XEDU LỊ CH DƢ̣A TRÊN CƠ SỞ XE INFINITI FX 35 Sinh viên thực hiện: Hoàng Ngọc Thƣờng Lớp: 10C4LT Giáo viên hƣớng dẫn: TS Lê Văn Tụy Giáo viên duyệt: ThS Nguyễn Việt Hải Đà Nẵng, tháng năm 2012 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG BỘ MÔN: ÔTÔ VÀ MÁY CÔNG TRÌNH NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên : HOÀNG NGỌC THƢỜNG Lớp : 10C4LT Khoá : 2010 Ngành : Cơ khí Động lực Khoa : Cơ khí Giao thông TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊ CH DƢ̣A TRÊN CƠ SỞ XE INFINITI FX 35 CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU Theo tài liệu nhà chế tạo va NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN: Chương Hệ thống phanh ô tô phương án thiết kế Chương Tính toán thiết kế cấu phanh Chương Tính toán thiết kế dẫn động phanh Chương Xây dựng đường đặc tính phanh Kết luận CÁC BẢN VẼ: 1/ Sơ đồ tổng thể xe Infiniti FX35 (1A3) 2/ Sơ đồ loại phanh đĩa lắp ôtô (1A3) 3/ Các sơ đồ dẫn động phanh thủy lực có trợ lực lắp ôtô (1A3) 4/ Cơ cấu phanh trước (1A3) Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 5/ Cơ cấu phanh sau (1A3) 6/ Kết cấu xilanh bầu trợ lực chân không (1A3) 7/ Sơ đồ điều khiển hệ thống phanh (1A3) 8/ Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống ABS (4A3) NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 07/03/2012 NGÀY HOÀN THÀNH : 15/06/2012 THÔNG QUA BỘ MÔN Ngày tháng năm 2012 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN TRƢỞNG BỘ MÔN TÊN GIÁO VIÊN TRƯỞNG BỘ MÔN TÊN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN SINH VIÊN ĐÃ NỘP ĐỒ ÁN VỀ CHO KHOA Ngày tháng năm 2012 GIÁO VỤ KHOA NGUYỄN QUANG TRUNG Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 MỤC LỤC Chƣơng Hệ thống phanh ô tô phƣơng án thiết kế 1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài: .1 1.2 Lý thuyết hệ thống phanh: .2 1.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống phanh: .2 1.2.1.1 Công dụng: .2 1.2.1.2 Yêu cầu: 1.2.1.3 Phân loại: 1.3 Lựa chọn phương án thiết kế: 1.3.1 Cơ cấu phanh: 1.3.1.1 Loại phanh trống-guốc 1.3.1.2 Loại phanh đĩa 19 1.3.1.3 Loại phanh dải 19 1.3.2 Dẫn động phanh: .11 1.3.2.1 Dẫn động thủy lực: .11 1.3.2.2 Dẫn động khí nén: 11 1.3.3 Hệ thống phanh dừng phanh phụ 19 1.3.3.1 Hệ thống phanh dừng 19 1.3.3.2 Hệ thống phanh phụ .20 1.3.4 Chọn phương án thiết kế: 20 1.4 Giới thiệu hệ thống phanh ABS: 20 1.4.1 Chức năng, nhiệm vụ: .20 1.4.2 Nguyên lý làm việc: 22 1.4.2.1 Khi không phanh: 27 1.4.2.2 Khi phanh thường (ABS chưa làm việc): 27 1.4.2.3 Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động): 29 1.4.2.3.1 Giai đoạn giảm áp suất: .27 1.4.2.3.2 Giai đoạn giữ áp suất: .30 1.4.2.3.3 Giai đoạn tăng áp suất: 31 Chƣơng Tính toán thiết kế cấu phanh 33 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 2.1 Tính toán thiết kế cấu phanh: 34 2.1.1 Momen phanh yêu cầu cấu phanh: 34 2.1.2 Hệ số phân bố lực phanh lên trục bánh xe: .36 2.1.3 Lựa chọn cấu phanh dẫn động phanh 37 2.1.3.1 Chọn cấu phanh 37 2.1.3.2 Chọn dẫn động phanh 37 2.2 Tính toán thiết kế thông số bản: 42 2.2.1 Momen phanh cầu trước sinh ra: 42 2.2.2 Tính toán bề rộng má phanh 43 2.3 Các thông số khác liên quan đến cấu phanh 45 2.3.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng 45 2.3.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành cấu phanh .46 Chƣơng Tính toán thiết kế dẫn động phanh .47 3.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston-xylanh công tác cấu ép 47 3.2 Đường kính xilanh xilanh công tác 48 3.2.1 Đường kính xilanh công tác 48 3.2.2 Đường kính xilanh .48 3.2.3 Hành trình dịch chuyển piston xilanh .49 3.2.4 Hành trình tỉ số truyền bàn đạp .50 3.2.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp 51 3.2.5.1 Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp chưa có trợ lực 51 3.2.5.2 Lưc cần thiết tác dụng lên bàn đạp có trợ lực 51 3.2.6 Đường kính xilanh bầu trợ lực 52 3.3 Tính toán tiêu phanh: .53 3.3.1 Gia tốc chậm dần phanh: 54 3.3.2 Thời gian phanh: .54 3.3.3 Quãng đường phanh: .55 Chƣơng Xây dựng đƣờng đặc tính phanh 57 4.1 Momen phanh yêu cầu cấu phanh: 57 4.2 Hệ số phân bố lực phanh lên trục bánh xe: 60 4.3 Momen phanh cấu phanh sinh lực ép yêu cầu: .61 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 4.4 Lực phanh riêng pr = φbx : 63 4.5 Momen phanh áp suất phanh thực tế 64 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Bảng ký hiệu viết tắt Ký hiệu Giải thích viết tắt a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh trước b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến tâm trục bánh sau v vận tốc xe Pω Lực cản không khí Pj Lực quán tính sinh phanh Go Trọng lượng bản thân ô tô Ga Trọng lượng toàn ô tô đầy tải Ga1 Trọng lượng phân bố lên cầu trước đầy tải Ga2 Trọng lượng phân bố lên cầu sau đầy tải Pp1, Pp2 Lực phanh sinh bánh xe trước, sau Z1 , Z2 phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe trước, sau O Trọng tâm xe L0 Chiều dài sở ôtô φ Hệ số bám lốp mặt đường Mp Momen phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe Mp1 Momen phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe trước Mp2 Momen phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe sau rbx Bán kính làm việc trung bình bánh xe λ Hệ số kể đến biến dạng lốp r0 Bán kính thiết kế bánh xe B0 Bề rộng lốp d Đường kính vành bánh xe rb Bán kính làm việc lốp K12 Hệ số phân bố lực phanh lên trục bánh xe Za1 Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước ôtô đầy tải Za2 Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu sau ôtô đầy tải R1, R2 µ Bán kính đĩa Hệ số ma sát đĩ a phanh má phanh Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 η Hiệu suất  Góc ôm ma sát theo chu vi hình vành khăn đĩa q Áp suất làm việc trung bình hình thành má phanh đĩa phanh trình phanh φx = φ Hệ số bám dọc bánh xe mặt đường Tốc độ ôtô bắt đầu phanh V1 g Gia tốc trọng trường A Tổng diện tích làm việc má phanh tất cả cấu phanh [m2] mp Tổng khối lượng đĩa phanh C Nhiệt dung riêng vật liệu làm đĩa phanh C Độ tăng nhiệt độ dk Đường kính xilanh công tác h Hành trình dịch chuyển piston xilanh hg Chiều cao trọng tâm ô tô ddk Đường kính xilanh dầu điều khiển đóng mở van trợ lực phanh chân Dc Đường kính xi lanh idđ Tỷ số truyền dẫn động bàn đạp phanh bđ Hiệu suất truyền động khí xl  Hiệu suất piston - xy lanh pd  Áp suất dầu hệ thống itl T số truyền khếch đại lực Thời gian phanh jp Gia tốc chậm dần phanh jpmax Gia tốc chậm dần cực đại phanh v0 Vận tốc xe bắt đầu phanh v1 Vận tốc xe phanh với lực phanh lớn Pf Pi lực cản lăn Pη Lực để thắng tiêu hao cho ma sát khí P Lực cản không khí Lực cản lên dốc Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Chƣơng Hệ thống phanh ô tô phƣơng án thiết kế 1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài: Trong năm gần đây, xã hội ngày phát triển, kéo theo hoạt động đời sống xã hội phát triển theo xu hướng đại hóa nên đòi hỏi phải có phương tiện đại phục vụ cho người Do song song với phát triển ngành nghề công nghệ ôtô có thay đổi lớn Nhu cầu người đáp ứng mặt tiện nghi, kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường… vấn đề an toàn đặt lên hàng đầu Do mật độ ôtô đường ngày lớn tốc độ chuyển động ngày cao vấn đề tai nạn giao thông đường vấn đề cấp thiết phải quan tâm Trong nguyên nhân gây tai nạn giao thông đường hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật nguyên nhân an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn Hiện nay, hệ thống phanh trang bị ôtô ngày cải tiến, tiêu chuẩn thiết kế chế tạo sử dụng hệ thống phanh ngày nghiêm ngặt chặt chẽ Đối sinh viên ngành khí động lực em nhận thấy nghiên cứu, khảo sát tính toán hệ thống phanh việc bổ ích cho kiến thức sau Nhằm sâu tìm hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, đặc tính làm việc hệ thống phanh Từ đó, đề phương án thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn định tính dẫn hướng phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động tăng hiệu quả vận chuyển ôtô Ngày nay, dòng xe nhập đắt tiền nhiều Bởi dòng xe đáp ứng yêu cầu người tiêu dùng như: tính thẩm mỹ, trang trí nội thất hết chất lượng độ tin cậy Trong đó, nhiều dòng xe khác chưa đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng việc sửa chữa nhiều bất cập Vì vậy, việc nghiên cứu hệ thống dòng xe nhập quan trọng, dựa sở áp dụng vào dòng xe phổ biến nước ta Để nâng cao chất lượng hiệu quả cho phương tiện giao thông Từ giúp sinh viên nắm bắt công nghệ ôtô nhanh chóng nắm bắt kiến thức để hoàn thiện sửa chữa hư hỏng mà xe gặp phải Với mục đích đó, em chọn đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35” hệ thống phanh dẫn động thủy lực trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe phanh ABS (Anti-Lock Braking System) Trong đề tài em tập trung vào vấn đề tìm hiểu kết cấu nguyên lý hoạt động hệ thống phanh, tính toán thiết kế hệ thống phanh Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 3.3.1 Gia tốc chậm dần phanh: Gia tốc chậm dần phanh tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ôtô Khi phân tích lực tác dụng lên ôtô viết phương trình cân lực kéo phanh ôtô sau : Pj = Pp + Pf + Pω + Pη ± Pi (3.12) Ở : Pj : lực quán tính sinh phanh ôtô Pp: lực phanh sinh bánh xe Pf : lực cản lăn P: lực cản không khí Pη: lực để thắng tiêu hao cho ma sát khí Pi: lực cản lên dốc Thực nghiệm chứng tỏ lực Pf, Pω, Pη cản lại chuyển động ôtô có giá trị bé so với lực phanh Pp Lực phanh Pp chiếm đến 98% tổng lực có xu hướng cản chuyển động ôtô Vì bỏ qua lực Pf, Pω, Pη phương trình ôtô phanh đường nằm ngang (Pi =0), ta có phương trình sau: Pj = Pp Lực phanh lớn Ppmax xác định theo điều kiện bám bánh xe bị phanh hoàn toàn đồng thời theo biểu thức: Ppmax = φ.G (3.13) Với : φ : hệ số bám G : trọng lượng xe Từ đó, ta có : G g  i j pmax   G (3.14) Với: δi: hệ số tính đến ảnh hưởng trọng khối quay ôtô, chọn δi ≈ Do đó, ta xác định gia tốc chậm dần cực đại phanh:  g 0,7.9,81 jm ax    6,87 [m/s ] (3.15) i 3.3.2 Thời gian phanh: Thời gian phanh tiêu để đánh giá chất lượng phanh Thời gian phanh nhỏ chất lượng phanh tốt Ðể xác định thời gian phanh ta có:  dv  g j   dt  i dv (3.16) dt i  g 54 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Muốn xác định thời gian phanh nhỏ tpmin cần tích phân dt giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc v1 xe phanh với lực phanh lớn tới thời điểm ứng với vận tốc v2 cuối trình phanh: v1 t p  i i  .g dv  .g  v  v  (3.17a) v2 Khi phanh ôtô đến lúc dừng hẳn v2 = 0, đó:  v t p  i  g (3.17b) Mặt khác, theo giản đồ phanh (hình 3.1) ta có: v1 t3 v0 dv  dt   dv     v1  v0    v1  v0  j pmax j pmax t t3 t3 t3 t.dt  j pmax t3 (3.18a) j pmax t3 Với v0: vận tốc xe bắt đầu phanh, v0 = 30[km/h] = 8,33[m/s] v1: vận tốc xe phanh với lực phanh lớn nhất, [m/s] t3: thời gian lực phanh tăng dần từ đến giá trị lớn nhất, t3= 0,2[s] jpmax: gia tốc chậm dần cực đại phanh, jpmax = 6,87[m/s2] Thế số vào, ta có : v1  8.33  6,87.0,2  7,64 [m/s] (3.18b) Thời gian phanh nhỏ tpmin: t p m in  1.7,64  1,11 [s] 0,7.9,81 (3.19) Vậy thời gian phanh tổng cộng: = t1 + t2 + t3 + tpmin = 0,8 + 0,2 + 0,2 + 1,11 = 2,31[s] (3.20) 3.3.3 Quãng đường phanh: Quãng đường phanh tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ôtô Cũng mà tính kỹ thuật ôtô, nhà chế tạo thường cho biết quãng đường phanh ôtô ứng với vận tốc bắt đầu phanh định So với tiêu khác quảng đường phanh tiêu mà người lái xe nhận thức cách trực quan dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xử trí tốt phanh ôtô đường Quãng đường phanh S1 ứng với vận tốc vo đến v1: 55 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 v dS  dS  v.dt dt j pmax t    dS   v0  v1  dt  dS   v0   dt t3   (3.21) Tích phân hai vế, ta có: t3 j pmax t   d S  v   0  t3  dt S0 j t3  S1  S0  v0 t t03  pmax t3 S1  S1  S0  v0 t3  j pmax t32  S1  v0  t1  t2   v0 t3   S1  v0  t1  t2  t3   t3 (3.22) j pmax j pmax t32 t32 Thế số vào, ta có: S1  8,330,8  0,2  0,2  6,87 0,2  9,946 [m] Quãng đường phanh S2 ứng với vận tốc v1 đến v2=0:  S  i v12  7,64  4,24 2. g 2.0,7.9,81 (3.23) (3.24) Vậy quãng đường phanh tổng cộng: Sp = S1 + S2 = 9,946 + 4,24 = 14,186[m] (3.25) 56 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Chƣơng Xây dựng đƣờng đặc tính phanh 4.1 Momen phanh yêu cầu cấu phanh: Momen phanh cần sinh xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh Muốn đảm bảo điều kiện lực phanh sinh cần phải tỷ lệ thuận với phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe v P Pj hg O Ga O1 O2 Pp2 Pp1 Z1 a b Z2 L0 Trong đó: Hình 4-1 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô phanh v: vận tốc xe Pω: Lực cản không khí Pj: Lực quán tính sinh phanh Ga: Trọng lượng toàn ôtô Pp1 , Pp2 : Lực phanh sinh bánh xe trước, sau Z1 , Z2: phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe trước, sau O: Trọng tâm xe a,b,hg : Tọa độ trọng tâm ôtô L0: Chiều dài sở ôtô Phân bố trọng lượng cầu trước/cầu sau: 53/47[%] Trọng lượng toàn ôtô tác dụng lên cầu trước (Ga1) cầu sau (Ga2): Ga1 = 0,53.24387,66 = 12925,46[N] Ga2 = 0,47.24387,66 = 11462,2[N] Lấy momen điểm O1, ta có: –Ga.a + Z2.L0 = Mặt khác: Z2 = Ga2 (4.1) (4.2) 57 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Do đó: a  Ga L0 11462, 2.2,85   1,3395[m] Ga 24387, 66 (4.3) Ta có: b = L0 – a = 2,85 – 1,3395 = 1,5105[m] (4.4) Theo [5], chiều cao trọng tâm xe hg tính gần theo chiều rộng sở B theo công thức kinh nghiệm sau: hg ≈ (0,6÷0,8).B Riêng xe du lịch, thiết kế với sàn xe thấp nhằm nâng cao tính ổn định chạy với tốc độ cao, nên chiều cao trọng tâm chọn hg = 0,4.B Vậy hg = 0,4.B = 0,4.1,592 = 0,6368[m] (4.5) Viết phương trình cân momen tâm O1 O2, ta có: Đối với cầu trước: Z2.L0 – Ga.a + Pj.hg = (4.6a) Đối với cầu sau: (4.6b) –Z1.L0 + Ga.b + Pj.hg = Mặt khác: Lực quán tính Pj: Pj  J p ma  J p Ga g (4.7) Với ma khối lượng ôtô đầy tải Thay Pj vào ta có phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe trước, sau: Z1  j h  Ga   b  p g  L0  g  (4.8a) Z2  j h  Ga   a  p g  L0  g  (4.8b) Lực phanh bánh xe cầu trước (Pp1), cầu sau (Pp2): Pp1   Z1 (4.9a) Pp   Z2 (4.9b) Với φ hệ số bám lốp mặt đường Thay vào, ta có: Pp1   j h  Ga  G  b  p g    a  b  .hg  2.L0  g  2.L0 (4.10a) Pp   j h Ga   a  p g 2.L0  g (4.10b)  Ga  a  .hg     2.L0  Momen phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe trước (Mp1), bánh xe sau (Mp2) xác định: M p1  Pp1.rbx   Ga  b   hg  rbx 2.L0 (4.11a) 58 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 M p  Pp rbx   Ga  a   hg  rbx 2.L0 (4.11b) Với: rbx bán kính làm việc trung bình bánh xe: rbx = λ.r0 (4.12) Trong đó: λ hệ số kể đến biến dạng lốp Theo [1], với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0,930 ÷ 0,935 Chọn λ = 0,93 r0: Bán kính thiết kế bánh xe r0  B0  d 25,  mm (4.13) B0: bề rộng lốp [mm] d: đường kính vành bánh xe [inch] Kí hiệu lốp xe: P265/60R18 Suy ra: B0 = 265[mm], d = 18[inches] Vậy bán kính làm việc trung bình bánh xe: d   rbx  .r0    B0  25,    18    0,93  265  25,   459, 048  mm =0,459  m   (4.14) Thay giá trị vào, ta có momen phanh yêu cầu cấu phanh bánh xe trước (Mp1), bánh xe sau (Mp2): M p1   24387, 66 1,5105  .0, 6368 0, 459 2.2,85 (4.15a)  M p1  1250, 71.  2966, 70. M p   24387, 66 1,3395  .0, 6368  0, 459 2.2,85 (4.15b)  M p  1250, 71.  2630,85. Từ hai phương trình ta thấy momen bám bánh xe cầu trước cầu sau hàm số bậc hai theo hệ số bám φ Bảng 4.1 Quan hệ momen phanh cầu trước, cầu sau với hệ số bám mặt đường φ Mp1 Mp2 0.1 309.2 250.6 0.2 643.37 476.14 0.3 1002.57 676.691 0.4 1386.8 852.23 0.5 1796 1002.7 0.6 2230.3 1128.3 0.7 2689.25 1228.62 0.8 3173.8 1304.2 0.9 3683.1 1354.7 1.0 4217 1380 59 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Đồ thị quan hệ momen phanh Mp hệ số bám φ Mp [N.m] 4500 4000 3500 3000 2500 Mp1 2000 Mp2 1500 1000 500 φ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.2 Đồ thị quan hệ momen phanh với hệ số bám mặt đường Nhận xét: - Hệ số bám bánh xe với đường tỷ lệ thuận với momen phanh sinh cầu - Momen phanh sinh tỷ lệ thuận với lực phanh cầu - Do điều chỉnh lực phanh bánh xe sau bị hãm cứng trượt trước làm giảm hiệu quả phanh, làm tính ổn định điều khiển xe - Để đạt hiệu quả phanh cao phanh với cường độ lớn với hệ số bám cao phải lắp điều chỉnh lực phanh cho xe 4.2 Hệ số phân bố lực phanh lên trục bánh xe: Từ đây, ta có tỷ số quan hệ momen phanh cầu sau cầu trước xác định bằng: K12  M p1 M p2  Pp1 Pp  b  hg  a  hg   1,5105  0,6368. 1,3395  0,6368. (4.16) Tỷ số xác định cụ thể theo cấu phanh xe, từ cho phép ta xác định thông số làm việc hệ thống tiêu phanh xe Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phân bố momen phanh cấu phanh bánh xe sau Mp2 biến đổi theo momen phanh cấu phanh bánh xe trước Mp1 cho đồ thị hình 4.3 60 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Diễn biến quan hệ momen phanh trước/sau Mbx2 Mbx 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 Mbx1 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ momen Mp2 = f(Mp1) 4.3 Momen phanh cấu phanh sinh lực ép yêu cầu: Giả sử có lực P tác dụng lên đĩa phanh với bán kính R1 bán kính R2 Lúc áp suất đĩa phanh là: q P P  F   R2  R12  (4.17) Trên bề mặt đĩa phanh ta xét phân tố vòng nằm cách tâm bán kính R, chiều dày dR giới hạn góc dα (Hình 3-4) Hình 4.4 Sơ đồ tính toán bán kính trung bình đĩa phanh 61 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Lực ma sát tác dụng lên phân tố vòng: dT = μ.dN = μ.q.dS Trong đó: (4.18) μ: Hệ số ma sát q: Áp suất tác dụng lên bề mặt đĩa phanh dS = R.dR.dα: Diện tích phân bố α: Góc ôm Momen tác dụng lên toàn bề mặt đĩa phanh là: R2 2 M ms  .q   R1 2 R2 R.dR.d R  .q  R dR  d  .q R1 R23  R13 2. (4.19) - Đối với cấu phanh trước: Ta có momen phanh mà cấu phanh trước sinh là: R3  Rt31 M p1  2..P1 t22 Rt  Rt21 Trong đó: (4.20) μ: Hệ số ma sát Theo [5], chọn μ = 0,3 Rt1: bán kính đĩa phanh trước, Rt1 = 0,104[m] Rt2: bán kính đĩa phanh trước, Rt2 = 0,160[m] P1: Lực ép lên đĩa phanh trước, P1   d12 pd i1 (4.21) Với: d1: đường kính xilanh bánh xe trước,d1 = 0,046[m] pd: áp suất dầu, [N/m2] i1: số xilanh cấu phanh trước i1 = Vậy momen phanh mà cấu phanh trước sinh là:  d12 Rt32  Rt31 M p1  2. pd i1 Rt  Rt21  2.0,3 3,1415.0, 046 2 0,1603  0,1043 pd 0,1602  0,1042 (4.22)  2, 68.104 pd  N m  - Đối với cấu phanh sau: Tương tự, ta có momen phanh mà cấu phanh sau sinh là: M p2  d22 Rs32  Rs31  2. pd i2 Rs  Rs21 Trong đó: (4.23) μ: Hệ số ma sát, μ = 0,3 d2: đường kính xilanh bánh xe sau, d2 = 0,044[m] pd: áp suất dầu, [N/m2] i2 : số xilanh cấu phanh sau i2 = 62 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Rs1: bán kính đĩa phanh sau, Rs1 = 0,112[m] Rs2: bán kính đĩa phanh sau, Rs2 = 0,154[m] Vậy momen phanh mà cấu phanh sau sinh là: M p  2.  2.0,3  d 22 R  Rs31 pd i2 s22 Rs  Rs21 3,1415.0, 044 2 0,1543  0,1123 pd 0,1542  0,1122 (4.24)  1, 229.104 pd  N m  Vì vậy, ta có tỷ số phân bố momen phanh trục trước trục sau theo hệ số phân bố lực phanh thực tế K12 là: K12  M p1 M p2  2,68.104 pd  2,18 1, 229.104 pd (4.25a) 4.4 Lực phanh riêng pr = φbx : Căn kết quả tính toán kiểm nghiệm tỷ số phân bố momen phanh thực tế cấu phanh sinh tỷ số phân bố momen phanh yêu cầu xe, ta giải lực phanh riêng pr đặc trưng hệ số bám φ phanh xe sau: K12  M p1 M p2  Pp1 Pp  b  hg  a  hg   1,5105  0, 6368.  2,18 1,3395  0, 6368. (4.25b) Giải phương trình, ta có: pr = φ = 0,7 Bảng 4.2 : Quan hệ tỷ số momen K12 thay đổi theo hệ số bám φ φ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 K12 1.23 1.35 1.48 1.63 1.79 1.97 2.18 2.43 2.72 K12-T 2.18 2.18 2.18 2.18 2.18 2.18 2.18 2.18 2.18 Đồ thị biểu diễn biến thiên tỷ số momen phanh lý tưởng thực tế theo hệ số bám φ 63 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Quan hệ tỷ số momen phanh theo hệ số bám K12 2.5 K12 lý tưởng 1.5 k12 thực tế 0.5 φ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.5 Quan hệ tỷ số momen K12 thay đổi theo hệ số bám φ 4.5 Momen phanh áp suất phanh thực tế Momen phanh mà cấu phanh sinh là: Mp1 = 1250,71.φ2 + 2966,70.φ = 1250,71.0,72 + 2966,70.0,7 = 2689,25[N.m] (4.26a) Mp2 = –1250,71.φ + 2630,85.φ = –1250,71.0,72 + 2630,85.0,7 = 1228,62[N.m] Lực phanh yêu cầu bánh xe trước/sau là: Pp1   Ga  b  .hg  2.L0 24387, 66  0, 1,5105  0, 7.0, 6368   5858,95  N  2.2,85 Pp   Ga  a  .hg  2.L0 24387, 66  0, 1,3395  0, 7.0, 6368   2676, 73  N  2.2,85 Từ ta tính áp suất dầu phanh thực tế: pd1 = 2689,25/2,68.10-4 = 10.106 [N/m2] = 10 [MN/m2] pd2 = 1228,62/1,229.10-4 = 10.106 [N/m2] = 10 [MN/m2] Lực ép yêu cầu cấu phanh là: (4.26b) (4.27a) (4.27b) (4.28a) (4.28b) 64 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 P1  P2   d12  d 22 pd i1  3,1415.0, 0462 10.106.2  33453,  N  (4.29a) pd i2  3,1415.0, 0442 10.106.1  15269,35  N  (4.29b) Với kết quả tính toán cho ta xây dựng đồ thị đặc tính áp suất phanh sau: - Cân phương trình momen phanh thực tế với phương trình momen phanh lý thuyết cầu trước, ta có diễn biến áp suất phanh lý tưởng cầu trước theo hệ số bám phanh; tức là: 2, 67.104.pd1  1250, 71.  2966, 70.  pd  1250, 71.  2966, 70. 2, 67.104 (4.30a) - Cân phương trình momen phanh thực tế với phương trình momen phanh lý thuyết cầu sau, ta có diễn biến áp suất phanh lý tưởng cầu sau theo hệ số bám phanh; tức là: 1, 229.104.pd2   1250, 71.  2630,85.  pd  1250, 71.  2630,85. 1, 229.104 (4.30b) Bảng 4.3 Biến thiên áp suất phanh cấu phanh bánh xe trước/sau thay đổi theo hệ số bám φ pd1 pd2 ptt 0.1 1.16 2.03 1.16 0.2 2.40 3.87 2.40 0.3 3.75 5.50 3.75 0.4 5.20 6.93 5.20 0.5 6.71 8.16 6.71 0.6 8.33 9.18 8.33 0.7 10.00 10.00 10.00 0.8 11.85 10.82 11.85 0.9 13.74 11.02 13.74 1.0 15.74 11.23 15.74 65 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Diễn biến quan hệ áp suất phanh trước sau Pd2 [MN/m2] Pd 18 16 14 12 10 Lý thuyết Thực tế Pd2 10 15 20 [MN/m2] Hình 4.6 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ phân bố áp suất phanh cấu phanh bánh xe sau pd2 biến đổi theo áp suất phanh cấu phanh bánh xe trước pd1 Diễn biến áp suất trước P1 sau P2 phụ thuộc theo hệ số bám P [N/m2] 18 16 14 12 10 P1 P2 φ 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 4.7 Quan hệ áp suất phanh sau p2 theo áp suất phanh dòng trước p1 66 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 Kết luận Sau thời gian quy định làm đồ án với đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35” em bản hoàn thành đề tài Trong đề tài em tìm hiểu tổng quan hệ thống phanh , sâu tính toán thiết kế hệ thống phanh (cơ cấu phanh ,dẫn động phanh ), xây dựng các đường đặc tí nh phanh sau quá trì nh thiết kế Phần đầu đồ án giới thiệu tổng quan hệ thống phanh từ loại cấu phanh đến loại dẫn động phanh hệ thống phanh, hệ thống ABS Phần tính toán thiết kế hệ thống phanh bao gồm: Cơ cấu phanh, dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không, nguyên lý hoạt động hệ thống ABS Ðồng thời tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh xe đã thiêt kế Mặc dù cố gắng tìm hiểu đầu tư nhiều kiến thức vào đồ án, thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm thực tế thiếu, chắn đồ án em không tránh khỏi thiếu sót Kính mong quí thầy cô góp ý, bảo để kiến thức em hoàn thiện 67 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa sở xe Infiniti FX35 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng “Lý thuyết ôtô máy kéo” Hà Nội: NXB khoa học kỹ thuật; 2008 [2] Phan Minh Đức “Bài giảng môn học Lý thuyết ôtô” Đà Nẵng; 2007 [3] Nguyễn Hoàng Việt “Bài giảng môn học kết cấu, tính toán thiết kế ôtô Hệ thống phanh” Ðà Nẵng; 1998 [4] Nguyễn Hoàng Việt “Bài giảng chuyên đề ôtô – Bộ điều chỉnh lực phanh hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh ABS” Ðà Nẵng; 2003 [5] Lê Văn Tụy “Hướng dẫn tính toán thiết kế / kiểm nghiệm hệ thống phanh ôtô” Đà Nẵng; 2010 [6] Nissan Motor Co., LTD “Infiniti FX35/FX45 Model S50 Series” Japan; 2007 [7] Nissan Motor Co., LTD “2008 Infiniti FX45 and FX35 - Technical Specifications Features and Options” Japan; 2007 [8] http://www.vr.org.vn Tháng 5-2012 [9] http://www.autopartswarehouse.com Tháng 4-2012 68 [...]... xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 1.2.1.3 Phân loại: Hệ thống phanh gồm có các cơ cấu phanh để hãm trực tiếp tốc độ góc của các bánh xe hoặc một trục nào đó của hệ thống truyền lực và truyền động phanh để dẫn động cơ cấu phanh - Tùy theo tính chất điều khiển mà chia ra : Phanh chân Phanh tay - Tùy theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực mà chia ra : Phanh. .. ơ; b – Phanh đĩa: 1,4 - Piston; 2,3 - Má phanh; 5 - Đĩa phanh; c – Phanh dải: 1,5 - Chắn bảo vệ; 2,6 - Dải phanh; 3,8 - Ổ khớp quay; 7 - Cần kéo dải phanh; 9 - Lò xo; - Theo đặc điểm hình thức dẫn động, truyền động phanh thì chia ra : 4 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 Phanh cơ khí Phanh thủy lực (phanh dầu) Phanh khí nén (phanh hơi) Phanh điện từ Phanh. .. này còn là phanh truyền lực vì cơ cấu phanh nằm ngay trên hệ thống truyền lực Phanh truyền lực có thể là loại phanh đĩa hoặc phanh dãi Trên một số ô tô du lịch và vận tải có khi cơ cấu phanh của hệ thống phanh dừng làm chung với cơ cấu phanh của hệ thống phanh chính Lúc đó cơ cấu phanh được 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... trợ cho hệ thống phanh chính khi thật cần thiết Cơ cấu phanh dừng có thể dùng theo kiểu tang trống, đĩa hoặc dãi 19 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 Hệ thống phanh dừng có thể làm riêng rẽ, cơ cấu phanh lúc đó được đặt trên trục ra của hộp số với ô tô có một cầu chủ động hoặc hộp số phụ ở ô tô có nhiều cầu chủ động và dẫn động phanh là loại cơ khí Loại phanh. . .Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 1.2 Lý thuyết về hệ thống phanh: 1.2.1 Công dụng, yêu cầu, phân loại hệ thống phanh: 1.2.1.1 Công dụng: Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó Ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ôtô đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường... moayơ bánh xe - Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh) 5 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 - 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 dẫn động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ... không đều Nên má phanh mòn không đều và tải trọng hướng kính tác dụng lên trục lớn 10 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 1.3.2 Dẫn động phanh: Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, chất lỏng thủy lực và khí nén Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu... cân bằng momen tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng: db M p  M  Jb 0 dt Ở đây: Mp: Momen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh Mφ: Momen bám của bánh xe với đường Jb: Momen quán tính của bánh xe ωb: Vận tốc góc của bánh xe 23 Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên cơ sở xe Infiniti FX3 5 Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh: b  db M p  M   dt... đến các bầu phanh 7 và 9 tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái xe lại 1.3.3 Hệ thống phanh dừng và phanh phụ 1.3.3.1 Hệ thống phanh dừng Ðể đảm bảo an toàn khi chuyển động, trên ô tô ngoài hệ thống phanh chính (phanh chân ) đặt ở các bánh xe, ô tô còn được trang bị thêm hệ thống phanh dừng để hãm ô tô khi đỗ tại chỗ, dừng hẳn hoặc đứng yên trên dốc nghiêng... trợ lực 1.3.3.2 Hệ thống phanh phụ Mục đích của hệ thống phanh phụ là giảm được tốc độ ô tô khi phanh trên đường dài và liên tục Bởi thế hệ thống phanh này còn gọi là phanh chậm dần Hệ thống phanh phụ phải đảm bảo phanh được ô tô với hiệu quả phanh không lớn lắm trong thời gian dài Hệ thống phanh này rất thích hợp khi ô tô chạy ở vùng đồi núi, vì trong điều kiện như thế hệ thống phanh chính bị ... TNH TOAN THIấT Kấ Hấ THễNG PHANH XEDU LI CH DA TRấN C S XE INFINITI FX 35 Sinh viờn thc hin: Hong Ngoc Thng Lp: 10C4LT Giỏo viờn hng dn: TS Lờ Vn Ty Giỏo viờn duyt: ThS Nguyn Viờt Hai Nng, thỏng