Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch MỤC LỤC -1- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trong các phương tiện giao thông thì ô tô chiếm một số lượng lớn phục vụ các nhu cầu của con người. Do đo, đòi hỏi ngành ô tô luôn cần có sự đổi mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng cao tính hiện đại, tính kinh tế trong quá trình vận hành. Để đạt được các yêu cầu đó các nhà sản xuất, các kỹ sư, trong ngành Cơ khí động lực cần phải có một kiến thức sâu rộng, tiếp cận nhiều trong thực tế để tìm ra các biện pháp tối ưu trong quá trình nghiên cứu. Đối với các sinh viên, để thực hiện được các điều đó thì đồ án môn học nói chung và đồ án thiết kế ô tô nói riêng nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, phát huy khả năng tư duy và sáng tạo trong quá trình nghiên cứu và công tác về sau này. Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Đông và các thầy trong bộ môn, cùng với sự cố gắng của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án: “Thiết kế hệ thống phanh ô tô” một cách tốt nhất. Tuy vậy, do thời gian và kiến thức còn hạn chế, sự tiếp xúc với thực tế còn ít nên trong đồ án thiết kế không thể tránh khỏi những sai xót. Mong được các thầy góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, tháng 5 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nguyễn Hữu Nghĩa -2- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN ÔTÔ 1.1. Công dụng Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang. Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó đảm 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 vận chuyển của ô tô. 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 trường hợp nguy hiểm. - Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn 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 - máy kéo khi phanh. - Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng. - Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng. - Có khả năng thoát nhiệt tốt. - Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn điều khiển phải nhỏ. 1.3. Phân loại Theo tính chất điều khiển: - Phanh chân - Phanh tay Theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hay ở trục của hệ thống truyền lực: -3- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch - Phanh bánh xe - Phanh truyền lực Theo bộ phận chấp hành phanh: - Phanh đĩa: + Một đĩa quay + Nhiều đĩa quay - Phanh trống - guốc: + Phanh cân bằng + Phanh không cân bằng - Phanh dải a) b) c) Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính a - Phanh trống - guốc; b – Phanh đĩa; c – Phanh dải Theo đặc điểm hình thức dẫn động: - Phanh cơ khí - Phanh thủy lực ( phanh dầu ) - Phanh khí nén ( phanh hơi ) - Phanh điện từ - Phanh liên hợp 1.4. Cơ cấu phanh 1.4.1. Loại 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). -4- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch - 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 chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra lực ma sát để phanh bánh xe lại. - Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,2 ÷ 0,4) mm để cho phanh nhả được hoàn toàn. Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay lượng tiêu thụ không 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. fN 2 P 2 P 1 e e c a e e N 1 fN 1 N 2 r t c fN 2 a P 2 P 1 fN 2 c a e e fN 1 N 1 r t P 1 P 2 fN 1 a fN 1 N 1 r t P ca N 2 N 1 a e P P P fN 1 fN 1 N 1 N 1 r t e a) b) c) d) e) N 1 fN 1 r t N 2 Hình 1.2. Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống - guốc và lực tác dụng a - Ép bằng cam; b - Ép bằng xilanh thủy lực; c - Hai xilanh ép, guốc phanh một bậc tự do; d - Hai xilanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e - Cơ cấu phanh tự cường hóa. 1.4.2. Loại đĩa Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch. -5- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch Phanh đĩa có các loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng ma sát quay. Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau. -6- 2fN a) b) Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch -7- Va R’C PB RX RZ 2fN RZ RX P B R’C Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch Hình 1.3. sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa 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 điều chỉnh. - Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở. - Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,05÷0,15)mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng 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 của chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng 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 khi động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng. 1.4.3. Loại dải Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích. Vì nó dùng phối hợp với ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn. Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do đó khác nhau ở hiệu quả phanh. -8- p p a p p b l S2 S1 S1 S2 R l a S1 S2 S2 q a) b) l a S3 b R S3 S1 S1 q 2 1 S2 R R S2 S1 c) d) q Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch Hình 1.4. Sơ đồ các loại phanh dải. a - Phanh dải đơn giản không tự siết; b - Phanh dải tự siết một chiều; c - Phanh dải loại kép; d - Phanh dải loại bơi. Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh được rút lên siết vào trống phanh. Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay. Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao. Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên hiệu quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần. Tuy vậy khi phanh thường dễ bị giật, không êm. -9- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì hiệu quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết. Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết, nhưng hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay. 1.5. 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 và hiệu suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe. Nên đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén. 1.5.1. Dẫn động thủy lực Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộ trợ 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 và áp suất trong dòng dẫn động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống 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 cơ cấu 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 động không làm việc được. - Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ lực 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 rung động và mômen phanh không ổn định -10- . guốc; b – Phanh đĩa; c – Phanh dải Theo đặc điểm hình thức dẫn động: - Phanh cơ khí - Phanh thủy lực ( phanh dầu ) - Phanh khí nén ( phanh hơi ) - Phanh điện từ - Phanh liên hợp 1.4. Cơ cấu phanh 1.4.1 hành phanh: - Phanh đĩa: + Một đĩa quay + Nhiều đĩa quay - Phanh trống - guốc: + Phanh cân bằng + Phanh không cân bằng - Phanh dải a) b) c) Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính a - Phanh. điều khiển: - Phanh chân - Phanh tay Theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hay ở trục của hệ thống truyền lực: -3- Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch - Phanh bánh xe - Phanh truyền