thiết kế hệ thống phanh của ô tô
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông hiện nay đang phát triển mạnh mẽ.Trong nghành động lực chuyên nghiên cứu và chế tạo động cơ nhằm tạo ra những động cơ có công suất có ích lớn nhất và giảm suất tiêu hao nhiên liệu.Nhưng muốn sử dụng hiệu quả công suất đó trên ô tô thì lại phụ thuộc vào cấu tạo của ô tô.Để ô tô hoạt động được thì phải đảm bảo được những thông số kỹ thuật cũng như tính ổn định của ô tô trong quá trình làm việc.Đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô phải đảm nhận được nhiệm vụ này.
Nay em nhận thiết kế hệ thống phanh của ô tô nhằm mục đích ôn lại kiến thức đã học và nâng cao kỹ năng cũng như sự linh hoạt trong tính toán và thiết kế các hệ thống,cơ cấu trong ô tô.
Được sự giảng dạy của thầy giáo bộ môn cũng như sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy hướng dẫn nay em đã hoàn thành đồ án,nhưng trong quá trình tính toán và thiết kế không thể tránh khỏi những sai sót mong thầy cô chỉ dẫn để những đồ án sau này được hoàn thiện và tốt hơn.Em xin chân thành cảm ơn.
Đà Nẵng 13/11/201...
MỤC LỤC Trang
1.CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH...................................4
1.1.CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH.......................................................4
1.2.CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH.............................................................6
1.3.SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH..................................................................7
1.3.1.Chọn sơ đồ phân dòng.........................................................................7
1.3.2.Sơ đồ hệ thống phanh đã chọn............................................................9
2.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.........................................10
2.1.XÁC ĐỊNH TOẠ ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO CHIỀU DỌC...10
2.2.XÁC ĐỊNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH..........................................................................................................12
2.3.XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH...14
2.3.1.Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh.........................................14
2.3.2.Chọn các kích thước s,h,a1, a2............................................................15
2.4.TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH...................................................16
2.5.KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN TỰ SIẾT.........................................................19
2.6.TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ MÀI MÒN.....................................................20
2.6.1.Tính toán mài mòn..............................................................................20
2.6.2.Tính toán nhiệt....................................................................................22
2.7.XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN THIẾT..........................................................25
3.TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH...................................26
3.1.TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XILANH BÁNH XE VÀ XILANH CHÍNH......26
3.2.TÍNH HÀNH TRÌNH LÀM VIỆC VÀ LỰC BÀN ĐẠP........................27
3.2.1.Tính hành trình bàn đạp....................................................................27
3.2.2.Tính lực bàn đạp..................................................................................29
4.PHÂN TÍCH , CHỌN VÀ TÍNH TOÁN TRỢ LỰC YÊU CẦU CỦA XE THIẾT KẾ..............................................................................................30
4.1.PHÂN TÍCH VÀ CHỌN TRỢ LỰC.......................................................30
4.2.SƠ ĐỒ VÀ ĐẶC TÍNH CỦA BỘ TRỢ LỰC.........................................31
4.2.1.Xác định đặc tính của bộ trợ lực........................................................31
4.2.2.Đặc tính của bộ trợ lực........................................................................32
4.2.3.Sơ đồ trợ lực chân không ...................................................................33
4.3.XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA BỘ TRỢ LỰC.......
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ
1.CHỌN LOẠI VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH.
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ôtô máy kéo cho đến khi ngừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết. Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ôtô máy kéo đứng yên trên đường nằm ngang hay đường dốc.Đối với ôtô, hệ thống phanh là bộ phận quan trọng đảm bảo cho ôtô máy kéo chạy an toàn ở tốc độ cao .
Kết cấu hệ thống phanh có hai phần chính:
- Dẫn động phanh, là bộ phận điều khiển cơ cấu phanh.
- Cơ cấu phanh, là bộ phận trực tiếp tạo lực cản,thường làm việc theo nguyên lý ma sát,biến động năng của ôtô thành nhiệt năng tỏa ra môi trường bên ngoài khi phanh.
1.1.CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH.
Hiện nay trên ôtô thường dùng hai loại dẫn động phanh chính là thủy lực và khí nén còn bằng cơ khí chỉ dùng cho phanh dừng, vì hiệu suất thấp và không đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.Dẫn động điện thường chỉ dùng cho đoàn xe.
Dẫn động phanh khí nén thường dùng trên các xe cỡ vừa và lớn hoặc đoàn xe kéo moóc với những ưu điểm sau:
- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.
- Độ tin cậy cao hơn dẫn động phanh thủy lực, nếu hệ thống có một chổ rò rĩ thì hệ thống vẫn làm việc được.
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác trên ô tô.
- Dễ tự động và cơ khí hóa quá trình điều khiển.
Tuy vậy nó có một số nhược điểm sau:
- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
- Kích thước kồng kềnh.
- Nhiều chi tiết, kết cấu phức tạp hơn.
- Giá thành cao.
Dẫn động phanh thủy lực thường sử dụng rộng rải rên các xe du lịch, ô tô tải và khách cỡ nhỏ hoặc trên ô tô tải trọng đặt biệt lớn. Dẫn động thủy lực có những ưu điểm sau:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ, luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.
- Hiệu suất cao: .
- Kết cấu đơn giản, kích thước khối lượng và giá thành nhỏ .
- Dễ lắp đặt.
Tuy vậy, dẫn động thủy lực có những nhược điểm:
- Yêu cầu về độ kín khít cao, nếu có một chỗ rò rĩ thì cả hệ thống không làm việc được.
- Lực cầc thiết tác dụng lên bàn đạp lớn, nên thường dùng cơ cấu trợ lực, dẫn đến kết cấu phức tạp .
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp.
- Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm đường ống rung động và momen phanh không ổn định.
Qua viêc phân tích các loại dẫn động trên, để phù hợp với loại xe ta thiết kế thì tốt nhất chọn loại dẫn động thủy lực. Vì kết cấu đơn giản, dễ bố trí, giá thành rẻ.
1.2. CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH.
Đối với cơ cấu phanh, thì dẫn động thủy lực thường dùng các loại như trên hình: Hình 1.1. Các dạng cơ cấu phanh dẫn động thủy lực thông dụng:
- Trên hình 1.1a là cơ cấu phanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực. Là cơ cấu thuận nghịch, không công bằng vì guốc trước (theo chiều tiến), có hiện tượng tự siết, guốc sau thì tự tách. Do có hiện tượng tự siết nên hệ số hiệu quả Khq = (116
- Trên hình 1.1b là cơ cấu phanh guốc ép bằng hai xilanh thủy lực, guốc hai bậc tự do. Đây là loại cơ cấu vừa thuận nghịch vừa cân bằng, hiệu quả phanh cao: Khq = (1,6¸1,8) lần so với sơ đồ 1.1a trên cả hai chiều, tuy vậy sơ đồ này rất phức tạp.
- Trên hình 1.1c là cơ cấu ép bằng hai xilanh thủy lực, guốc một bật tự do. Đây là cơ cấu không thuận nghịch, vì momen sinh ra theo chiều tiến lớn hơn theo chiều lùi, cơ cấu này lợi dụng ma sát để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến và giảm một chút theo chiều lùi, loại này thường sử dụng ở cầu trước xe du lịch hệ số hiệu quả loại này Khq = (1,6¸1,8) lần so với sơ đồ 1.1a theo chiều tiến
Ngoài ra còn có một số cơ cấu khác là cơ cấu phanh guốc tự cường hóa, phanh đĩa. Qua việc phân tích các loại cơ cấu trên, để phù hợp với loại xe ta thiết kế thì tốt nhất ta chọn cơ cấu phanh bánh xe trước và bánh xe sau như trên hình 1.1a.Tức là cơ cấu phanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực.
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 xe phải có hai dòng (hai đường dẫn), có cùng cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh.
Hiện nay, đối với hệ thống phanh thì dẫn động phanh cũng có các loại sơ đố dẫn động khác nhau:
- Trên hình 1.2a phân dòng theo hai cầu, đơn giản khi một dòng hỏng không gây ra mất đối xứng lực phanh. Nhưng hiệu quả phanh giảm đi nhiều có thể nhỏ hơn . Nhưng kết cấu đơn giản nhất, nó được dùng khá phổ biến.
Hình 1.2. Các sơ đồ dẫn động phanh.
- Trên hình 1.2b phân dòng chéo. Khi một dòng hỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn còn , nhưng có hiện tượngmất đối xứng lực phanh.Vì vậy loại này ít dùng.
- Trên hình 1.2c hai dòng cầu trước, một dòng cầu sau. Nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn giữ , không mất đối xứng lực phanh, nhưng kết cấu phức tạp .
- Trên hình 1.2d kết cấu phức tạp, có khả năng mất đối xứng lực phanh.
- Trên hình 1.2e là loại sơ đồ hoàn thiện nhất. Tuy vậy kết cấu phức tạp nhất
Qua phân tích các sơ đồ trên, để phù hợp với loại xe ta thiết kế thì tốt nhất chọn sơ đồ 1.2a.Vì có kết cấu đơn giản, dễ bố trí, giá thành rẻ.
1.3.2. Sơ đồ hệ thống phanh đã chọn.
Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực.
1-Cơ cấu phanh trước; 2,8- Đường ống trước sau; 3,4- piston của xilanh chính; 5- Bình chứa dầu; 6- Bàn đạp; 7- Xilanh chính; 9 - Cơ cấu phanh sau;
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy lực: Khi người lái tác dụng lên bàn đạp 6 qua hệ thống đòn sẽ đẩy piston nằm trong xilanh 7, do đó dầu bị ép và tạo ra áp suất cao trong xilanh 7 và trong các ống dẫn 2,8. Dầu trong đường ống áp suất cao sẽ tác dụng lên bề mặt các piston của các cơ cấu phanh 1và 9. Các piston này thắng lực lò xo, đẩy hai má phanh ép sát vào trống phanh và tiến hành phanh ôtô, vì trống phanh gắn chặt với mayơ bánh xe. Khi nhả phanh bàn đạp, nghĩa là lúc ngắt phanh lò xo kéo guốc phanh về vị trí ban đầu. Dưới tác dụng của lực lò xo các piston trong xilanh làm việc, sẽ ép dầu trở lại xilanh chính 7.
2. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH.
2.1. XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO CHIỀU DỌC.
Hình 2.1. Sơ đồ xác định trọng tâm.
Trong đó:
Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm
của xe, phương chiều như hình vẽ.
Gat - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu trước.;
Gas - Trọng lượng toàn bộ của ôtô tác dụng lên cầu sau;
Z1 - Phản lực từ mặt đường lên bánh trước của xe;
Z2 - Phản lực từ mặt đường lên bánh sau của xe;
L - Chiều dài cơ sở của xe;
Hg - Chiều cao trọng tâm của xe;
a - Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm của xe;
b - Khoảng cách từ cầu sau đến tọa độ trọng tâm của xe;
Theo sơ đồ phân tích lực như (Hình 2.1) ta có:
Gat.a = Gas.b
a + b = L
Suy ra:
( 2.1)
= 1800.3000/(1050+1800) =1894,7[mm]
Þ b = L - a =3000 - 1894,7 = 1105,3[ mm]
Vậy tọa độ trọng tâm của ôtô:
a = 1894,7[mm]
b = 1105,3 [mm]
Hg = 700 [mm]
2.2. XÁC ĐỊNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH.
Hình 2.2. Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh.
Trong đó:
Ga - Trọng lượng toàn bộ của ôtô đặt tại trọng tâm;
Pf1 - Lực cản lăn ở bánh xe trước;
Pf2 - Lực cản lăn ở bánh xe sau;
Ppt ,Pps - Lực phanh ở mổi bánh xe trước và sau;
Pw - Lực cản không khí;
Pj - Lực quán tính sinh ra khi phanh;
L - Chiều dài cơ sở;
Hg, a, b - Tọa độ trọng tâm của ôtô;
Khi phanh bỏ qua lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1và Pf2 .Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh cho đến vận tốc bằng không, nên Pf1+Pf2 nhỏ hơn rất nhiều so với Ppt và Pps.
Lập phương trình cân bằng momen đối với O1 ta có:
( 2.2 )
Lập phương trình cân bằng momen đối với ta được:
( 2.3 )
Trong đó:
g - Gia tốc trọng trường;
Jp- Gia tốc chậm dần khi phanh, Jp ;
- Hệ số bám của bánh xe đối với đường. Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tối đa. Đối với ôtô tải và khách do khó bố trí cơ cấu phanh trong bánh xe,nên thường lấy:
Thay vào các công thức ( 2.2 ) và ( 2.3 ) ta được công thức tương đương:
( 2.5 )
Thay số vào (2.4) và (2.5) ta được:
= 14330,88 [N]
= 13599,11[N]
Vậy momen cần sinh ra ở cầu trước, cầu sau là:
Mpt .rbx
Mps .rbx
