MỤC LỤC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thiết kế hệ thống phanh thủy lực trên ôtô con dựa trên xe tham khảo là xe TOYOTA VIOS

   Trang  LỜI NÓI ĐẦU ...........................................................................3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……...…......................……………………….......…….…4

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu….............…….……………………..........……..…4

1.2. Kết cấu của hệ thống phanh…….……………................………….........…….…...5

1.3. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh………............………...….…...…14

1.4. Lựa chọn phương án dẫn động phanh…………...........………….…….........…...18

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH…......…...…….........21

2.1. Tính toán hệ thống phanh…………….…….....……..............………........…........21

2.1.1. Tính toán cơ cấu phanh sau……………….....……..............………...……...........22

2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh trước………...……...……..............…………...…….......28

2.1.3. Xác định kích thước má phanh………….....….…….............…………...…..........29

2.1.4. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.….…...................…...…..…….......31

2.2. Thiết kế tính toán dẫn động phanh……...….………..............…..……....….........31

2.2.1. Đường kính xy lanh công tác……...…………………................………....…........32

2.2.2. Đường kính xy lanh chính…………………..………….................….......….........32

2.2.3. Hành trình làm việc của piston trong xy lanh…..…....…................…….…...........33

2.3. Tính bền một số chi tiết……...……………..………..…..............…..……….........34

2.3.1. Tính toán guốc phanh…...……………………..………................….…...….........34

2.3.2..Tính bền trống phanh…...………………..………………................………..........43

2.3.3. Tính bền đường ống dẫn động phanh.....………………….................…...….........44

2.4. Thiết kế trợ lực phanh……………………………………...............…....…...........46

2.4.1. Thiết kế bộ cường hóa……………...…………………….................…...…..........46

2.4.2. Hệ số trợ lực……………...…................……………………………..….…...........46

2.4.3. Xác định kích thước màng trợ lực.............…………………………..………........47

2.4.4. Tính lò xo bộ cường hóa………..…..............…………………………...…...........48

CHƯƠNG 3: CHẨN ĐOÁN VÀ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHANH…................50

3.1. Chẩn đoán hệ thống phanh.................................................….............…..........…..50

3.2. Quy trình bảo dưỡng hệ thống phanh…...…...…...........…..….............................53

3.2.1 Quy trình lắp ráp phanh đĩa…...........………..….....................................................53

3.2.2 Quy trình lắp ráp phanh tang trống………..........….…………….........…...............66

KẾT LUẬN.....………............................…...………....…...……………....................…67

 

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN

1.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu

1.1.1. Công dụng

- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động, dừng hẳn ôtô hoặc giữ ôtô đứng    yên trên một độ dốc nhất định.

1.1.2. Phân loại

a). Theo công dụng

Hệ thống phanh được chia thành :

- Hệ thống phanh chính (phanh chân).                                

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay).

- Hệ thống phanh dự phòng.

- Hệ thống phanh chậm dần(phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ).

b). Theo cơ cấu của cơ cấu phanh:

Hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.

c). Theo dẫn động phanh:

  Hệ thống phanh được chia ra:

- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.

- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực.

- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.

- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thuỷ lực.

- Hệ thống phanh dẫn động có cường hoá.

d). Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh:

Theo khả khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).

1.1.3. Yêu cầu

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao nhất.

- Phanh êm dịu để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô.

- Điều khiển nhẹ nhàng (lực tác động nhỏ)

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao.

- Phân bố mômen phanh hợp lý để tận dụng tối đa trọng lượng bám tại các bánh xe và không xảy ra hiện tượng trượt lết khi phanh.

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh.

- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.

- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao

- Lực phanh trên các bánh xe tỷ lệ thuận với lực điều khiển trên bàn đạp.

1.2. Kết cấu của hệ thống phanh

Hệ thống phanh ôtô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanh chính thường là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân còn phanh dừng thường là phanh tay, phanh tay thường được bố trí ở ngay sau trục thứ cấp của hộp số hoặc bố trí ở các bánh xe.         

Việc dùng cả hai phanh chính và phanh phụ đảm bảo độ an toàn của xe khi chuyển động và dừng hẳn.

  Hệ thống phanh có hai phần cơ bản là cơ cấu phanh và dẫn động phanh.                                                          

- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.

- Dẫn động phanh: dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau.

1.2.1. Cơ cấu phanh

a). Cơ cầu phanh đĩa:

Cấu tạo của cơ cấu phanh đĩa gồm các bộ phận chính :

- Một đĩa phanh được lắp với moayơ của bánh xe và quay cùng bánh xe.

- Một giá đỡ cố định trên dầm cầu trong đó có đặt các xy lanh bánh xe.

- Hai má phanh dạng phẳng được đặt ở hai bên của đĩa phanh và được dẫn động bởi các pittông của xy lanh bánh xe.

Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động:

* Loại giá đỡ cố định thể hiện trên (hình 1.1)

 

Hình 1.1. cơ cấu phanh đĩa loại giá đỡ cố định

Khi phanh, áp suất chất lỏng tác động lên các piston trong các xy lanh công tác và đẩy các má phanh ép vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh.

* Loại giá đỡ di động thể hiện trên (hình 1.2)

ở loại này giá đỡ không bắt cố định mà có thể di trượt ngang được trên một số chốt bắt cố định với dầm cầu. Trong giá đỡ di động người ta chỉ bố trí một xy lanh bánh xe với một pittông tì vào một má phanh. Má phanh ở phía đối diện được gá trực tiếp trên giá đỡ.

 

Hình 1.2 cơ câu phanh đĩa loại giá đỡ di động

b). Cơ cấu phanh guốc- Phanh tang trống ( hình 1.3; 1.4; 1.5; 1.6) :

* Nguyên lí hoạt động:

Trong trường hợp dẫn động bằng thuỷ lực, khi phanh áp suất chất lỏng trong xylanh công tác tác dụng lên piston và đẩy các guốc phanh ép vào tang trống thực hiện quá trình phanh.

Một số kiểu cơ cấu phanh guốc khác

 

Hình 1.4 Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm

*Ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm:

Cơ cấu phanh dạng này có hiệu quả phanh cao hơn do cả hai guốc phanh đều là guốc xiết khi xe tiến.Tuy nhiên, cơ cấu phanh dạng này sẽ phức tạp hơn dạng trên do phải bố trí thêm đường ống dẫn động thuỷ lực và cụm xylanh cơ cấu phanh.Và nó vẫn mang khuyết điểm của cơ cấu phanh đối xứng qua trục đó là sự mòn không đều giữa hai đầu má phanh.

*Ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh guốc loại bơi:

      Với kết cấu phanh loại bơi thì hai má phanh có hiệu quả tương đối giống nhau khi tiến cũng như lùi. Mặt khác, sự khắc phục khe hở giữa má phanh với trống phanh là nhanh chóng hơn và hơn thế nữa là má phanh tiếp xúc với tang trống đều hơn nên mang lại hiệu quả phanh cao hơn.Tuy nhiên, kết cấu loại này phức tạp, gây khó khăn trong việc bảo dưỡng, sửa chữa

Hình 1.6 Cơ cấu phanh guốc loại tự cuờng hoá

* Ưu, nhược điểm cuả cơ cấu phanh guốc loại tự cường hoá:

Hiệu quả phanh sẽ tăng lên do hiện tượng tự cường hoá đồng thời với cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn thì hiệu quả phanh khi xe tiến là lớn hơn khi xe lùi còn với loại tác dụng kép thì như nhau.Tuy nhiên, cơ cấu phanh như thế này có kết cấu phức tạp dẫn đến chế tạo, bảo dưỡng và sửa chữa đều khó khăn.

1.2.2. Các dạng dẫn động phanh

a). Dẫn động phanh cơ khí:

Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, các đòn bẩy và dây cáp. Dẫn động phanh cơ khí ít dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe, vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu phanh. Sử dụng ở hệ thống phanh dừng.

b). Dẫn động phanh thuỷ lực:

* Cấu tạo chung(hình 1.7)

Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực được thể hiện trên hình

Hình 1.7 dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực

Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn đạp phanh, xylanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xylanh công tác (xylanh bánh xe)

*Ưu điểm của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực:

Có thể đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bổ lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu, tuỳ theo kích thước  xylanh công tác. Phanh êm dịu, dễ bố trí,  độ nhạy tốt.

*Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực:

Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thuỷ tĩnh: Xylanh chính tiếp nhận và biến đổi lực điều khiển của người lái thành áp suất của chất lỏng truyền tới xylanh của các bánh công tác tại các bánh xe nghĩa là toàn bộ năng lượng dùng để phanh xe đều do người lái sinh ra. Vì vậy, khi yêu cầu lực phanh lớn thì người lái không đáp ứng được hoặc chóng mệt. Để giảm nhẹ lực người lái trong hệ dẫn động người ta bố trí bộ phận trợ lực chân không.

Người ta chia ra :

 + Dẫn động thủy lực một dòng

­ + Dẫn động thủy lực hai dòng

Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực một dòng được thể hiện trên ( hình 1.8)

Hình 1.8 Dẫn động phanh thuỷ lực một dòng

1.Xylanh phanh trước; 2.Xy lanh chính; 3.Trợ lực chân không;

4.Bàn đạp phanh; 5.Xylanh phanh sau.

* Ưu, nhược điểm của dẫn động phanh thuỷ lực một dòng:

+Có ưu điểm và nhược điểm chung của hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực nói chung. Thì hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực một dòng còn có ưu nhược điểm sau.

+Kết cấu đơn giản

+ Khi có sự rò rỉ hoặc bị thủng trên đường ống thì hệ thống phanh không làm việc.

Sơ đồ dẫn động phanh thủy lực hai dòng được thể hiện trên ( hình 1.9)

Hình 1.9 Dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng

1. Xylanh phanh trước; 2. Xylanh chính; 3. Bộ trợ lực chân không ; 4. Bàn đạp phanh; 5. Xy lanh phanh sau; I. Đường dầu ra phanh trước;

II. Đường dầu ra phanh sau.

*Ưu, nhược điểm dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng

         Ngoài các ưu điểm như dẫn động phanh một dòng. Trong quá trình sử dụng hệ thống phanh, nếu như có một đường ống nào đó bị rò rỉ hoặc bị hư hỏng thì đường ống kia vẫn hoạt động bình thường để điều khiển xe dừng. Nhưng kết cấu phức tạp hơn so với dẫn động phanh thuỷ lực một dòng.

c). Dẫn động phanh bằng khí nén:

Dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuy có ưu điểm là êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao nhưng lực phanh tại các bánh xe lại bị hạn chế, phụ thuộc vào lực tác dụng lên bàn đạp của người lái.

Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôtô tải trung bình và lớn người ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện.

Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng dầu phanh nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực.

Hệ thống dẫn động phanh khí nén gồm các phần tử chính sau:

- Máy nén khí, van áp suất và các bình chứa khí: là bộ phận cung cấp nguồn khí nén có áp suất cao (6-7 KG/cm²) để hệ thống phanh hoạt động.

- Van phân phối: là cơ cấu phân phối khí nén từ các bình chứa khí đến các bầu phanh để tạo lực tác dụng lên cam ép thực hiện phanh các bánh xe.

- Bầu phanh: thực chất là một bộ pittông xi lanh khí nén, nó là cơ cấu chấp hành có nhiệm vụ biến áp suất khí nén thành lực cơ học tác dụng lên cam ép để thực hiện quá trình phanh.

Sơ đồ dẫn động phanh khí nén một dòng được thể hiện trên (hình1.10)

Hình 1.10 Dẫn động phanh khí nén một dòng

1. Máy nén khí          2. Van điều chỉnh áp suất      3. Bình chứa khí nén

4. Van điều khiển       5. Đường ống dẫn khí           6. Các bầu phanh.

* Ưu điểm dẫn động phanh khí nén một dòng:

- Điều khiển nhẹ nhàng, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ.

- Có khả năng cơ khí hoá quá trình điều khiển ôtô.

- Có thể sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treo loại khí.

* Nhược điểm dẫn động phanh khí nén một dòng:

- Độ chậm tác dụng lớn so với dẫn động thuỷ lực.

- Số lượng các cụm khá nhiều, kích thước và trọng lượng của chúng khá lớn, giá thành cao.

- Không đảm bảo độ an toàn và tin cậy vì nếu có một chỗ nào đó trên đường ống của cơ cấu bị rò rỉ thì toàn bộ hệ thống phanh sẽ không làm việc được.

Sơ đồ dẫn động phanh khí nén hai dòng được thể hiện trên ( hình 1.11)

Hình 1.11 Dẫn động phanh khí nén hai dòng

1. Máy nén khí; 2. Van điều chỉnh áp suất; 3,4.Các bình chứa; 5.Van điều khiển;

6,7.Đường ống dẫn khí nén; 8,9.Các bầu phanh trước và sau.

* Ưu điểm dẫn động phanh khí nén hai dòng:

Đảm bảo độ an toàn và tin cậy cao vì một trong hai dòng khí nén bị rò rỉ thì ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại.

* Nhược điểm dẫn động phanh khí nén hai dòng:

Phương án này có kết cấu phức tạp, van bảo vệ hai ngả, van phân phối hai tầng, trang thiết bị cồng kềnh hơn.

d). Dẫn động phanh liên hợp:

Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén, trong đó phần thuỷ lực có kết cấu nhỏ gọn trọng lượng nhỏ, đồng thời đảm bảo cho độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe. Phần khí nén cho phép điều khiển nhẹ nhàng và khả năng tuỳ động, điều khiển phanh rơ moóc.

*Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực:

- Kết hợp được nhiều ưu điểm của hai hệ thống phanh thuỷ lực và khí nén, khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc độc lập.

* Nhược điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực:

- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp là rất cồng kềnh và phức tạp, rất khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa.

- Khi phần dẫn động khí nén bị hỏng thì dẫn đến cả hệ thống ngừng làm việc. Cho nên trong hệ thống phanh liên hợp ta cần chú ý đặc biệt tới phần dẫn động khí nén.

- Khi sử dụng hệ thống phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có rất nhiều cụm chi tiết đắt tiền.

1.3. Lựa chọn phương án thiết kế hệ thống phanh

       Cơ cấu phanh trên ôtô chủ yếu có hai dạng : phanh guốc và phanh đĩa.phanh guốc chủ yếu sử dụng trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở khách và một số loại ôtô con.phanh đĩa được sử dụng chủ yếu trên xe con và trong đó chủ yếu là ở cơ cấu phanh trước,và ngày nay phần lớn các xe con là sử dụng cho cả 2 cầu.

1.3.1. Cơ cấu phanh cầu trước

 * Ưu điểm của cơ cấư phanh đĩa:

     Phanh đĩa được sử dụng phổ biến cho xe có vận tốc cao và hay gặp ở cầu trước và ngày nay nó được sử dụngcho cả cầu sau vì các ưu điểm sau:

- Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đơn giản.

- khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn.

- áp suất dầu đều và mòn đều.

- Khả năng thoát nhiệt ra môi trường bên ngoài là dễ dàng.

- Thoát nước tốt do nước bám vào đĩa phanh bị văng ra do lực ly tâm nên tính năng phanh được phục hồi trong thời gian ngắn.

- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mô men phanh ổn định hơn so với cơ cấu phanh tang trống khi hệ số ma sát thay đổi. điều đó cho phép các bánh xe bị phanh làm việc ổn định hơn, đặc biệt là ở tốc độ cao.

* Nhược điểm của phanh đĩa:

- Bụi bẩn dễ bám vào má phanh và đĩa phanh, nhất là khi xe đi vào chỗ bùn lầy và làm giảm ma sát giữa má phanh và đĩa phanh và dẫn đến là làm giảm hiệu quả phanh.

- Mòn nhanh

- Má phanh phải chịu được ma sát và nhiệt độ lớn hơn.

 

Ngày nay phổ biến với 2 loại cơ cấu phanh đĩa

+ Loại có giá xylanh cố định

+ Loại có giá xylanh di động

Sơ đồ 2 loại cơ cấu phanh đĩa được thể hiện trên( hình 1.12)

 

Hình 1.12

1. Đĩa phanh , 2 . Giá đặt xylanh , 3 . má phanh , 4 . Piston .Điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh được thể hiện trên ( hình 1.13)

      Trong cơ cấu phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh được điều chỉnh tự động. Ở đây ta dùng phương pháp điều chỉnh bằng sự biến dạng của phớt (vành khăn) làm kín.

Hình 1.13  Sự điều chỉnh giữa khe hở má phanh và đĩa phanh.

1.Xylanh công tác., 2. Vành khăn., 3. Píttông

*Nguyên lý hoạt động:

      Vành khăn có tác dụng bao kín dầu áp suất cao trong khoảng giữa piston và xylanh công tác.rãnh chứa vành khăn có tiết diện hình thang đáy lớn nằm trên phần tiếp xúc với piston.khi piston dịch chuyển do ma sát giữa piston và vành khăn lớn nên vành khăn bị biến dạng trong rãnh.khi thôi phanh vành khăn kéo piston về vị trí ban đầu và hết biến dạng.Nếu khe hở giữa má phanh và đĩa phanh quá lớn,thì sự biến dạng của vành khăn không đủ đảm bảo sự dịch chuyển của piston và vành khăn sẽ bị trượt trên piston. Khi thôi phanh piston trở về biến dạng của vành khăn do vậy piston nằm ở vị trí mới so với xylanh.

      Từ các ưu và nhược điểm trên của phanh đĩa ta chọn cơ cấu phanh đĩa có xylanh di động làm cơ cấu phanh trước.

1.3.2. Cơ cấu phanh sau

* Ưu điẻm của cơ cấu phanh guốc:

  Phanh guốc được sử dụng phổ biến cho xe buýt và có tải trọng lớn với các ưu điểm sau:

-         Giá thành chế tạo rẻ hơn phanh đĩa nên mang tính kinh tế.

-         Tạo được lực phanh lớn.

-         Được lắp kín nên tránh bụi bẩn tốt hơn phanh đĩa

-         Khi mòn má phanh thì ta thay với giá rẻ hơn phanh đĩa.

* Nhược điểm của phanh guốc:

-         Kết cấu phức tạp hơn do nhiều chi tiết hơn

-         Khả năng thoát nhiệt kém hơn phanh đĩa

-         Khi bảo dưỡng thì khó

Trong cơ cấu phanh guốc có các loại khác nhau như cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục,cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm,cơ cấu phanh guốc loại bơi, loại tự cường hoá…

Qua phân tích kết cấu ta thấy tuỳ theo sự bố trí của guốc phanh và điểm tựa sẽ được hiệu quả phanh khác nhau mặc dù có cùng kích thước guốc phanh.

Sơ đồ phanh guốc loại đối xứng qua trục được thể hiện trên ( hình 1.14)

Hình 1.14  Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua trục mở guốc phanh bằng xi lanh thủy lực

 Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm ,loại bơi hay tự cường hoá so với loại đối xứng qua trục là hiệu quả khi phanh ôtô chuyển động tiến tăng từ 1,6 đến 3,6 lần (khi chuyển động lùi có thể hiệu quả phanh sẽ giảm đi tuỳ theo kết cấu nhưng sẽ không giảm nhiều vì khi lùi thường thì tốc độ của xe không lớn do đó yêu cầu về momen phanh sẽ không lớn.nhưng thì kết cấu thì thường phức tạp hơn nên chủ yếu sử dụng trên cầu trước của xe du lịch hay xe tải loại nhỏ.

Do đó ta sẽ chọn phanh guốc loại đối xứng qua trục cho cầu sau.

1.4. Lựa chọn phương án dẫn động phanh

* Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có ưu điểm:

-         Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu:

-         Độ nhạy tốt kết cấu đơn giản

-         Hiệu suất cao

Sơ đồ hệ thống phanh thuỷ lực được thể hiện trên (hình 1.15)

*Khuyết điểm:

-         Làm việc theo nguyên lý thuỷ tĩnh: Lực bàn đạp từ người lái được biến đổi thành áp suất dầu truyền tới xylanh công tác của các bánh xe rồi biến đổi thành lực phanh.như vậy khi cần lực phanh lớn thì rất khó cho người lái vì vậy để khắc phục tình trạng này người ta sử dụng bộ trợ lực.

Trong hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.

Sơ đồ dẫn động một dòng và hai dòng được thể hiện trên (hình 1.16)

 

    Từ ưu và nhược điểm của của hệ thống phanh thuỷ lực dẫn động một dòng và hai dòng em sẽ chọn hệ thống dẫn động phanh 2 dòng.

CHƯƠNG 2:

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH

2.1. Tính toán hệ thống phanh

Tham khảo các số liệu của xe thiết kế TOYOTA VIOS

Chiều dài toàn bộ                        mm	4300
Chiều rộng toàn bộ                     mm	1700
Chiều cao toàn bộ                       mm	1460
Chiều dài cơ sở                           mm	2550
Không tải	a = 1.17; b = 1.43; hg= 700
Đầy tải	a = 1.56; b = 1.04; hg= 800
Trọng lượng bản thân                  KG	1085
Trọng lượng toàn bộ                    KG	1495
Vận tốc lớn nhất                          Km/h	195
Khoảng sáng gầm xe                   mm	150
Dung tích bình xăng                    lít	42
Bán kính quay vòng tối thiểu       m	4,9
Cỡ lốp	185/60R15
Công suất lớn nhât                   Hp/rpm	107 hp / 6000 rpm
Mô men xoắn lớn nhất           kg.m/rpm	14.4 kg.m / 4200 rpm
Động cơ	4 xy lanh, thẳng hàng, 16 van, DOHC-VVT-i
Dung tích động công tác động cơ  cc	1497
Hệ thống nạp nhiên liệu	EFI (phun nhiên liệu điện tử)

2.1.1. Tính toán cơ cấu phanh sau

*Xác định mô men cần có ở các cơ cấu phanh:

Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm được tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trước là:

                                         (1)        

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu sau là:

                                       (2)       

Trong đó:

      G - Trọng lượng của ôtô khi đầy tải G = 14665 N

      L - chiều dài cơ sở của ôtô L  = 2,550 (m).

       a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trước:

                               a = 1,56 (m)

       b - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau:

                               b = 1,04 (m)

            h_g - Chiều cao trọng tâm xe: h_g = 0,8(m)

            =. g = 0.75.9,81 = 7,5(m/s²)

            g - Gia tốc trọng trường: g = 9,81(m/s²)

            - Hệ số bám của bánh xe với mặt đường  = 0,75

            r_bx - Bán kính lăn của bánh xe ta có :

 Ta có :

                       r_bx =  .r₀  

 Trong đó :           

- hệ số biến dạng lốp = 0,932  

 r₀- bán kính thiết kế của bánh xe theo kí hiệu lốp của Châu âu thì r₀ được xác định bởi công thức r₀ = B + .25,4 với

B - bề rộng của lốp đơn vị (mm)

d - đường kính vàng bánh xe đơn vị (insơ)

với xe tham khảo dùng loại lốp 185/60R15 ta có B = 185 (mm)

d =15 (insơ)

vậy                  

 Thay các giá trị vào (1), (2) ta được :

   Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trước là :

   Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:

*Xác định góc và bán kính (r) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh:

      Góc (góc tạo bởi trục ox với đường đi qua tâm O với điểm đặt lực):                   

Với: β₁- góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát;

        β₀- góc ôm của tấm ma sát;

        β₂ = β₁ + β₀.

Bán kính ρ của lực tổng hợp:

Với: r_t - bán kính của tang trống (tuỳ theo cỡ lốp xe, vành bánh xe, có thể tham khảo xe tương tự)  r_t = 0,130 (m)

1. Má trước:

Theo xe tham khảo ta có:

Do đó: Má sau: 

*Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phương pháp họa đồ:

 Xác định góc ở các cơ cấu phanh:

Khi đã chọn trước thông các số kết cấu (β₁, β₂, β₀, r₁) chúng ta tính được góc  và bán kính ρ.Do đó ta xác định được hướng và điểm đặt lực N₁ (lực N₁ hướng vào tâm 0).

Gọi R là lực tổng hợp của hai lực N và T.

Góc  được xác định như sau:   .

Với μ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường μ = 0,3. Như thế là chúng ta đá xác định được góc ,  nghĩa là xác định được hướng của R₁. Góc  má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì có cùng hệ số ma sát như nhau.

Xác định bán kính r₀:

Như vậy mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh sau của một bánh xe là:                           

Trong đó bán kính r₀ được xác định theo công thức:                

• Đối với má trước:
• Đối với má sau:

Xây dựng họa đồ lực phanh:

Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau:

P_t = P_s = P

Họa đồ được xây dựng cho từng guốc phanh.

vXác định các thông số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỉ lệ, vẽ các lực P.

v  Tính góc và bán kính ρ, từ đó xác định điểm đặt của lực R.

v  Tính gócvà vẽ phương của lực R. Kéo dài phương của R_t và P cắt nhau tại O^’, kéo dài phương của P và R_s cắt nhau tại O^’’.

v  Để xác định phương của U cần lưu ý rằng, ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0:

vVì vậy 3 lực này phải tạo thành 1 tam giác khép kín. Tức là, nếu kéo dài 3 lực này thì chúng phải cắt nhau tại 1 điểm, đó chính là các điểm O^’ và O^’’. Để xác định phương của các lực U chỉ cần nối O^’ với O₁ và O^’’ với O₂.

vTrên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngược chiều. Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R và U đã có trên họa đồ.

Do đó ta có hoạ đồ lực phanh:

Đo trực tiếp các hình trên đoạn R’ và R’’ và tính tỷ lệ:

Kết hợp ta có hệ phương trình:                                                                       

Giải hệ phương trình ta được:

     Trên họa đồ ta đo được giá trị của R’ = 183,7 vậy ta có tỷ lệ xích:

Từ họa đồ lực phanh ta đo được:

P = 50 (mm) ; U’= 138,7 (mm) ; U’’= 30,8 (mm).

Ta tính được các lực còn lại:

                         P   = 50×8,72   = 436 (N)

                         U’ = 138,7×8,72= 1209,5 (N)

                         U’’= 30,8× 8,72  = 268,5 (N)

*Kiểm tra hiện tượng tự xiết:

Đối với guốc trước của cơ cấu phanh, quan hệ giữa lực P và M_p có dạng:

Biểu thức trên cho thấy, nếu:  thì .

Điều này có nghĩa là mô men phanh trên guốc phanh phía trước sẽ trở nên vô cùng lớn, đây chính là hiện tượng tự xiết. Với điều kiện để xảy ra hiện tượng tự xiết là:          

Với:   c - khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt, c = 220 (mm);

  , ρ_t – góc đặt và bán kính lực tổng hợp đặt trên guốc phanh.

Vậy là không có hiện tượng tự xiết xảy ra với guốc trước cơ cấu phanh cầu sau.

    Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:

Từ họa đồ ta có thể thấy  trong mọi trường hợp vì vậy:

 > 0

Vậy là với guốc sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết.

2.1.2. Tính toán cơ cấu phanh trước

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay được xác định như sau:

 Trong đó:

m - Số đôi bề mặt ma sát. Chọn m = 2.

Q - Lực ép, ép má phanh vào với đĩa phanh.

 - Hệ số ma sát. =0,3.                                  

R_tb- Bán kính trung bình tấm ma sát.

R₁, R₂ là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát. Theo xe tham khảo ta có:

                   R₁ = 85(mm); R₂ = 130(mm)

     Do đó:                       

Mặt khác:

n - Số lượng ống xylanh làm việc. Chọn n = 2.

p₀ - Áp suất chất lỏng trong hệ thống. p₀ = 50  80 (KG/cm²).

Chọn p₀ = 70 (KG/cm²)

d - Đường kính xy lanh bánh xe.

Nên:                         

2.1.3. Xác định các kích thước má phanh

*Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ôtô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh như sau:

Khi phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc V₀ cho tới khi dừng hẳn (V=0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thể được coi là đã chuyển thanh công ma sát L tại các cơ cấu phanh:              

Với:

G = 14665 (N) là trọng lượng ôtô khi đầy tải;

     V₀= 50 (km/h) = 13,89 (m/s) là tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh.

Gọi tổng diện tích các má phanh là F_∑ ta có:

a. Với cơ cấu phanh sau:          

Với:

m - số lượng má phanh, m = 4.

β_oi - góc ôm của má phanh thứ i.

r_t - án kính trống phanh, r_t = 130 (mm).

b_i -  chiều rộng má phanh thứ i, qua đo đạc xe tham khảo ta có      b_s= 50 (mm);  b_t= 50 (mm).

Do đó:

1. Với cơ cấu phanh trước:

: Diện tích toàn bộ của các má phanh ở cơ cấu phanh trước.

Trong đó:

x₀- Góc ôm tấm ma sát. x₀ = 60⁰.

R₁, R₂- Bán kính trong và ngoài má phanh

Do đó diện tích toàn bộ má phanh là:

Vậy công ma sát riêng là:

Vậy thỏa mãn điều kiện:

2.1.2.2 .Áp suất trên bề mặt ma sát:

*Với cơ cấu phanh sau:

Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu:

Vậy áp suất trên bề mặt má phanh nằm trong giới hạn cho phép.

*Với cơ cấu phanh trước:

Áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh.

Lực ép tác dụng lên má phanh : Q=1246,7(N)

Vậy ta có áp suất tác dụng lên má phanh là:       

Áp suất giớ hạn cho phép đối với má phanh xe con là [P] =1,5(MN/ )        

 2.1.4. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trính phanh

Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài không khí. Sự tăng nhiệt ở trống phanh là:           

Trong đó:

               V₁ - Tốc độ bắt đầu phanh. V₁=30(km/h) =8,33(m/s)

                 V₂ - Tốc độ kết thúc phanh. V₂=0

                - Khối lượng trống phanh và các chi tiết bị nung nóng.                                                                                                     

c - Nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang.

                   c = 500(J/kg.độ)

    Suy ra:             

Trên thực tế khối lượng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 6,9 (kg) do đó thoả mãn.

2.2. Thiết kế tính toán dẫn động phanh

Sơ đồ dẫn động phanh:

Nhiệm vụ của quá trình tính toán dẫn động phanh thủy lực bao gồm việc xác định các thông số cơ bản của nó: đường kính xi lanh công tác, đường kính xi lanh chính, tỉ số truyền dẫn động.

2.2.1. Đường kính xy lanh công tác

Đường kính xy lanh công tác của bánh sau d được tính trên cơ sở lực P đã được xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

                                  

Với: P - lực ép của xy lanh phanh lên guốc phanh, P =436 (KG).

        p_i - áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh, chọn p_i = 7 (MPa);

2.2.2. Đường kính xy lanh chính

Xét điều kiện cân bằng tại xylanh chính:

                                 

Trong đó:

-    Q_bđ - Lực sinh ra tại bàn đạp.Chọn Q_bđ = 70(KG).

-   - Hiệu suất truyền động thủy lực, = 0,92.

- l,l’ - Cánh tay đòn của dẫn động bàn đạp. Theo xe tham khảo

- D - Đường kính xilanh chính.

Do đó:

2.2.3. Hành trình làm việc của các piston trong các xy lanh

Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh ở các cơ cấu phanh sau (x₂) được xác định như sau:

Ở đây: - khe hở trung bình giữa má và tang trống

                     - độ mòn đường kính cho phép của má phanh

      [] = 1(mm);

 a - khoảng cách từ tâm trống đến điểm đặt lực P,

                                   a = 98 (mm);

                      c- Khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định của má phanh, c = 220 (mm).

Cơ cấu phanh trước là phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên chọn x₁= 1(mm).

Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng được tính trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xilanh chính.

Đối với ôtô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình bàn đạp được tính theo công thức:          

Trong đó:

- Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xylanh chính.

           . Chọn =1,5(mm)

d₁, d₂, D - Đường kính xylanh bánh xe trước, bánh xe sau và xylanh chính.

- Hệ số bổ xung khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tăng lên, . Chọn = 1,05.

Suy ra: Vậy S_bđ  [S_bđ] =150(mm).

2.3. Tính bền một số chi tiết

2.3.1. Tính toán guốc phanh

 

Guốc phang được làm bằng thép C40 và được lam theo hình chữ T

1. Tính kích thước đến trọng tâm G:

Y₂- kích thước chế tạo guốc phanh, Y₂ = 22 (mm).

F₁ - diện tích phần trên chữ T.

F₁ = a.b = 50.4 = 200 (mm²).

F₂  - diện tích phần dưới chữ T.

F₂ = c.d = 4.40 = 160 (mm²).

Do đó:

                     (mm)

                     Y_c2=Y₂ - Y_c1 = 22 – 12= 10 (mm).

Tính bán kính đường trung hòa:

R’₁ – bán kính trọng tâm của phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống, R’₁ = R_tangtrống -d_máphanh -b/2 = 130 - 4,5 - 4/2 = 123,5 (mm).

        R’₂ – bán kính trọng tâm của phần diện tích dưới, tính đến tâm tang trống, R’₂ = 101,5 (mm).

                                      

Kích thước từ tâm bánh xe đến trọng tâm của guốc phanh:

                R_G= R’₂+Y_c2 = R’₁ - Y_c1 = 101,5 + 10 = 111,5 (mm).

1. Kiểm tra bền guốc phanh:

Ta áp dụng phương pháp tính gần đúng vì tính toán chính xác guốc phanh rất phức tạp. Để xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh ta phải vẽ được biểu đồ nội lực. Đặt các giá trị lực P, U₁, R₁ vào guốc phanh. Tại điểm đặt lực tổng hợp R₁ ta phân tích thành hai thành phần lực N₁ và T₁. Coi lực phân bố đều trên guốc phanh ta tính được các lực N_X, T_X đặt tại góc b/2. Tại chốt quay của chốt phanh ta cũng phân tích lực lực tổng hợp U₁ ra hai thành phần lực U_Y1 và U­_X1 sau đó tại điểm đặt lực R₁ ta cắt guốc phanh thành hai nửa thay vào mặt cắt đó lực hướng tâm N_Z1 và Q_Y1, M_U1 ở nửa dưới là các lực N_Z2và Q_Y2, M_U2 ngược với các thành phần lực và mômen ở phần trên.

*Xét sự cân bằng đoạn trên ta có:

                           N_Z1 + Pcos(φ + γ) = 0

Q_Y1 + Psin(φ + γ) = 0

           M_U1 + P[a - R_tcos(φ + γ)] = 0

Với: R_t – bán kính tang trống, R_t = 130 (mm).

        a – khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực P, a =98 (mm)

..........

KẾT LUẬN

Trong thời gian ngắn em được giao nhiệm vụ thiết kế hệ thống phanh xe con 4-5 chỗ  gồm có: Dẫn động phanh, trợ lực phanh…em đã cố gắng s­ưu tầm tài liệu và vận dụng kiến thức đã được học tập để hoàn thành nhiệm vụ được giao.

Trong một thời gian ngắn em đã hoàn thành được việc thiết kế một số cơ cấu như: Cơ cấu phanh, trợ lực phanh…

Qua tính toán thấy rằng các cụm thiết kế đều đảm bảo về thông số làm việc và đủ bền.

Trong quá trình làm đồ án, với thời gian có hạn nh­ưng bản thân em đã có cố gắng tìm hiểu thực tế và giải quyết các nội dung kĩ thuật hợp lý. Đây là bước khởi đầu quan trọng  giúp cho em có thể nhanh chóng tiếp cận với ngành công nghiệp ô tô hiện nay của nước ta. Em rất mong nhận đ­ược những ý kiến đóng góp, bổ sung của các thầy, và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện hơn, góp phần nhỏ bé vào nhu cầu sử dụng xe ở Việt Nam hiện nay.

Một lần nữa em xin cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy Thiều Sỹ Nam cùng các thầy trong môn ôtô đã giúp em hoàn thành đồ án này.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

 

[1].PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan (2004), Tập bài giảng thiết kế tính toán Ôtô

[2].Dương Đình Khuyến (1985), Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh Ôtô máy kéo,           Nhà xuất bản Hà Nội

[3]. Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2000), Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 và 2,              Nhà xuất bản ĐHBK

[4]. Tài liệu hướng dẫn sử dụng xe TOYOTA VIOS

[5]. Trương Mạnh Hùng (2006), Bài giảng cấu tạo ôtô