ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC XE MAZDA CX-5 2.0 DELUXE 2021
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC XE MAZDA CX-5 2.0 DELUXE 2021
1- NỘI DUNG CÁC PHẦN THYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh trên Ô tô
Chương 2: Tính toán thiết kế hệ thống phanh trước trên xe Mazda CX-5 2.0 Deluxe 2021
Chương 3: Các hư hỏng của hệ thốn phanh và biện pháp khắc phục
2- BẢN VẼ:
1, Bản vẽ tổng thể Ô tô, khổ A0
2, Bản vẽ lắp cơ cấu phanh trước, khổ A0
3, Bản vẽ chi tiết, khổ A0
4, Bản vẽ kiểm bền 3D của 1 chi tiết, khổ A0
5, Bản vẽ lắp bầu trợ lực chân không, khổ A0
6, Bản vẽ giới thiệu quy trình tháo lắp bảo dưỡng, khổ A0
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP.
MỤC LỤC.. 8
DANH MỤC HÌNH ẢNH.. 10
DANH MỤC BẢNG BIỂU.. 12
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.. 1
1.1. Tổng quan. 1
1.1.1. Giới thiệu khái quát về hệ thống phanh trên oto. 1
1.1.2. Phân loại hệ thống phanh. 2
a, Theo công dụng. 2
b, Theo cơ cấu hoạt động của phanh. 3
c, Theo dẫn động phanh. 6
d, Các phương án chia dòng dẫn động phanh. 12
1.1.3.Trợ lực phanh. 13
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh oto. 14
1.2.1. Phanh tang trống (phanh guốc)14
1.2.2.Phanh đĩa. 18
1.3. Các biện pháp nâng cao hiệu quả và độ ỏn định, an toàn của oto khi phanh 22
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC XE MAZDA CX-5 DELUXE 2021. 25
2.1. Giới thiệu về dòng xe Mazda CX5. 25
2.2. Thông số kỹ thuật của xe Mazda CX5 Deluxe 2021. 25
2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh trước (Phanh đĩa)26
2.3.1. Tính toán xác định momen cần sinh ra ở cơ cấu phanh. 26
2.3.2. Tính toán cơ cấu phanh đĩa. 32
2.3.3. Tính toán nhiệt sinh ra trong quá trình phanh. 36
2.4. Tính toán dẫn động phanh. 37
2.5. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh. 41
2.6. Kiểm bền các chi tiết trong cơ cấu phanh. 48
2.6.1. Kiểm bền đĩa phanh và tính toán nhiệt48
2.6.2. Kiểm bền má phanh. 54
CHƯƠNG 3: CÁC HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC.. 56
3.1. Những hư hỏng thường thấy của hệ thống phanh. 56
3.3.1. Mức dầu phanh thấp. 56
3.3.2. Hành trình bàn đạp phanh thiếu. 57
3.3.3. Bàn đạp phanh nhẹ. 58
3.3.4. Khi đạp phanh hệ thống phanh có tiếng kêu khó chịu. 59
3.3.5. Bàn đạp phanh bị bó cứng. 59
3.3.6. Bó phanh. 60
3.3.7. Khi phanh xe bị lao sang 1 bên. 61
3.3.8. Bàn đạp phanh nặng và cứng, khi phanh xe bị rung giật62
3.3.9. Xe bị mất áp suất dầu phanh. 63
3.2. Cách tháo lắp và sửa chữa. 63
3.2.1. Tháo lắp cụm phanh đĩa. 63
3.2.2. Quy trình tháo lắp hệ thống phanh. 66
3.2.3. Quy trình tháo lắp xylanh chính. 75
KẾT LUẬN.. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 77
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống phanh trên oto. 1
Hình 1.2. Phanh bằng động cơ. 3
Hình 1.3. Phanh đĩa oto. 3
Hình 1.4. Các loại giá đỡ phanh. 4
Hình 1.5. Phanh tang trống oto. 4
Hình 1.6. Phanh dải oto (phanh hộp số )5
Hình 1.7. Phanh điện từ oto. 6
Hình 1.8. Dây cáp phanh cơ khí6
Hình 1.9. Phanh dẫn động bằng thủy lực. 7
Hình 1.10. Phanh dẫn động bằng thủy lực loại dẫn động 1 dòng. 8
Hình 1.11. Phanh dẫn động bằng thủy lực loại dẫn động 2 dòng. 9
Hình 1.12. Phanh dẫn động khí nén oto. 10
Hình 1.13. Hệ thông phanh khí nén loại 1 dòng. 10
Hình 1.14. Hệ thống phanh khí nén loại 2 dòng. 11
Hình 1.15. Sơ đồ cấu tạo phanh thủy khí12
Hình 1.16. Sơ đồ các phương án chia dòng của hệ thống dẫn động phanh. 12
Hình 1.17. Trợ lực phanh chân không. 13
Hình 1.18. Trợ lực phanh thủy lực. 14
Hình 1.19. Cấu tạo phanh tang trống. 14
Hình 1.20. Phân loại phanh tang trống. 16
Hình 1.21. Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua trục. 17
Hình 1.22. Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm.. 17
Hình 1.23. Cơ cấu phanh guốc loại bơi18
Hình 1.24. Cấu tạo của phanh đĩa. 18
Hình 1.25. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định. 21
Hình 1.26. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh bố trí trên má kẹp. 22
Hình 1.27. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh cố định. 22
Hình 2.1. Mazda CX5. 25
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh. 27
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên má phanh. 33
Hình 2.4 . Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không. 37
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo bộ trợ lực chân không. 41
Hình 2.6 . Sơ đồ đường đặc tính trợ lực. 44
Hình 2.7 . Kết cấu bầu phanh loại piston. 45
Hình 2.8 . Sơ đồ tính toán lò xo trợ lực. 46
Hình 2.9. Tạo môi trường tính toán lực mới48
Hình 2.10. Chọn vật liệu cho đĩa phanh. 48
Hình 2.11. Đặt ngàm cho đĩa phanh. 48
Hình 2.12. Đặt lực vào đĩa phanh. 49
Hình 2.13. Đặt momen chiều chuyển động. 49
Hình 2.14. Chạy mô phỏng trên Solidworks. 49
Hình 2.15.Kết quả ứng suất50
Hình 2.16. Kết quả chuyển vị50
Hình 2.17. Tạo môi trường tính toán nhiệt51
Hình 2.18. Chọn vật liệu cho đĩa phanh. 51
Hình 2.19. Lựa chọn thời gian diễn ra quá trình phanh. 51
Hình 2.20. Thiết lập công suất tỏa nhiệt cảu đĩa phanh. 52
Hình 2.21. Thiết lập nhiệt độ ban đầu của đĩa phanh. 52
Hình 2.22. Thiết lập hệ số dẫn nhiệt cho đĩa phanh. 52
Hình 2.23. Chia lưới cho đĩa phanh. 53
Hình 2.24. Chạy mô phỏng trên solidworks. 53
Hình 2.25. Kết quả tính nhiệt đĩa phanh. 53
Hình 2.26. Chọn vật liệu làm má phanh. 54
Hình 2.27. Đặt ngàm cho má phanh. 54
Hình 2.28. Chọn mặt phẳng bị tác dụng lực lên của má phanh. 54
Hình 2.29. Kết quả ứng suất55
Hình 2.30. Kết quả chuyển vị55
Hình 3.1. Bình đựng dầu phanh ô. 56
Hình 3.2. Bàn đạp phanh trên Mazda Cx-5. 58
Hình 3.3. Bàn đạp phanh nhẹ. 58
Hình 3.4 . Phanh ô tô phát ra những tiếng kêu khó chịu. 59
Hình 3.5. Bàn đạp phanh ô tô bị bó cứng. 60
Hình 3.6. Đĩa phanh bị mài mòn. 61
Hình 3.7. Bầu trợ lực chân không hỏng. 63
Hình 3.8. Đèn báo xe gặp lỗi mất ấp suất dầu phanh. 63
Hình 3.9. Tháo cụm xylanh phanh đĩa. 64
Hình 3.10. Tháo hai má phanh trước. 64
Hình 3.11. Tháo miếng ốp má phanh. 64
Hình 3.12. Tháo tấm giữ má phanh từ giá đỡ. 65
Hình 3.13. Tháo suốt ra khỏi cơ cấu phanh trước. 65
Hình 3.14. Tháo cao su chắn bụi65
Hình 3.15. Tháo giá đỡ ra khỏi cơ cấu phanh trước. 66
Hình 3.16 Cấu tạo của xylanh chính hệ thống phanh ô. 75
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật xe Mazda CX5 Deluxe 2021. 25
Bảng 2.2Chiều cao trọng tâm của các loại xe. 31
Bảng 3.1 Quy trình tháo hệ thống phanh. 66
Bảng 3.2. Quy trình lắp hệ thống phanh. 68
Bảng 3.3. Quy trình bảo dưỡng hệ thống phanh. 69
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan
1.1.1. Giới thiệu khái quát về hệ thống phanh trên oto
- Hệ thống phanh là một hệ thống tối quan trọng của ô tô, có tần số hoạt động liên tục và rất cao trong thời gian dài. Trong những ngày đầu phát triển, phanh đơn giản chỉ là những khúc gỗ được gắn vào vành của bánh xe, về sau người ta đã thay thế những khúc gỗ đó bằng da và thép nhưng vì lý do quá ồn cùng với hiệu quả phanh vẫn không được như ý muốn. Vấn đề được các chuyên gia luôn quan tâm khi phát triển phanh là độ an toàn cao nhất và mang lại sự thoải mái cho người ngồi trên xe
Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống phanh trên oto
1, Ống mềm 4, Bầu trợ lực 7, Phanh tay
2, Đường dẫn dầu 5, Công tăc đèn 8, Bộ điều chỉnh áp lực dầu phanh ra bánh sau
3, Xilanh chính 6, Bàn đạp phanh 9, Dây cáp
- Công dụng:
- Giúp giảm tốc độ ô tô
- Giữ cho ô tô đứng yên không bị trôi trên đường hoặc trên các mặt dốc
- Yêu cầu:
- Có hiệu quả cao ở tất cả các bánh xe trong trường hợp phanh đột ngột khi gặp tình huống nguy hiểm
- Có độ ổn định trong mọi trường hợp để đảm bảo an toàn và sự thoải mái cho hành khách và hàng hóa trên xe
- Có thể giữ oto đứng yên trong thời gian dài
- Lực tác dụng lên bàn đạp phanh không lớn
- Khả năng tản nhiệt tốt, không làm ảnh hưởng đến các chi tiết, cơ cấu xung quanh như moay ơ, lốp,…
- Không có hiện tượng tự siết phanh
- Độ nhạy của phanh phải cao và hiệu quả phanh thì không được thay đổi trong mọi trường hợp phanh
- Tránh hiện tượng trượt bánh trên đường
- Hai loại phanh chân và phanh tay hoạt động độc lập với nhau, đảm bảo phanh tay và chân có thể thay thế lẫn nhau trong trường hợp 1 trong 2 bị hỏng
1.1.2. Phân loại hệ thống phanh
a, Theo công dụng
- Phanh chính hay thường được mọi người gọi là phanh chân: thường xuyên được sử dụng nhất trong mọi chế độ chuyển động
- Phanh dừng (phanh tay): thường sử dụng để giữ oto đứng yên tại chỗ khi dừng đỗ xe
- Phanh dự phòng: dùng để phanh oto khi hệ thống phanh chính hỏng
- Phanh chậm dần: (hình 1.2) phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ, thường sử dụng trên các dòng xe có tải trọng lớn, thường xuyên phải di chuyển trên các đoạn đường dốc dài như vùng đồi núi. Hệ thống này cho phép phanh liên tục, cho phép khi xe xuống dốc tốc độ không vượt quá mức cho phép.
Hình 1.2. Phanh bằng động cơ
b, Theo cơ cấu hoạt động của phanh
-
Phanh đĩa: Cấu tạo của hệ thống phanh đĩa ô tô được thể hiện trên hình 1.3, đây là loại phanh được sử dụng trên hầu hết trên các dòng xe hiện nay, với ưu điểm khả năng phanh cao, trọng lượng nhẹ hơn rất nhiều sao với phanh guốc cùng với khả năng tản nhiệt tốt và có thể tự điều chỉnh khoảng cách với đĩa phanh khi má phanh mòn nên đa phần từ các dòng xe bình dân hiện nay như Toyota, Mazda, Honda,… cho đến các dòng xe sang như Merc, Audi, Lexus,… đều sử dụng dòng phanh này
Hình 1.3. Phanh đĩa oto
1, Ổ bi (bạc đạn) 3, Giá đỡ (cùm phanh) 5, Đĩa phanh
2, Bu-lông bánh xe 4, Má phanh
- Cơ cấu phanh đĩa có hai loại là khung cố định (hình 1.3a) và khung di trượt (hình 1.3b), hiện nay vì để thuận tiện cho việc lắp đặt trong không gian hẹp, một phần nữa cũng vì lý do kết cấu nhỏ gọn cùng trọng lượng khá nhẹ nên đa phần người ta sử dụng cơ cấu phanh di trượt
Hình 1.4. Các loại giá đỡ phanh
a, Khung cố định b, Khung di động
1, Má phanh 2, Piston 3, Đĩa phanh 4, Giá đỡ
- Phanh tang trống: Cấu tạo của cơ cấu phanh tang trống được thể hiện trên hình 1.4, loại phanh này nằm chủ yếu trên trục ở cầu sau bánh xe, được thiết kế theo dạng hộp kín, chi phí sản xuất khá thấp nhưng vẫn có thể tạo ra lực phanh tương đối tốt
Hình 1.5. Phanh tang trống oto
1, Trống phanh 3, Lò xo hồi vị 5, Miếng ốp sau 7, Neo giữ
2, Guốc dẫn 4, Xilanh bánh xe 6, Đòn bẩy 8, Má phanh
9, Guốc kéo 10, Đòn bẩy tùy chỉnh
- Phanh dải (phanh hộp số) :có thể được coi là hệ thống phanh hỗ trợ, thường được sử dụng trên các dòng xe tải trọng lớn và thường hay di chuyển ở các khu vực có địa hình không bằng phẳng hoặc thường xuyên phải đổ đèo, giúp tốc độ của xe không vượt quá định mức cho phép mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc các hệ thống phanh khác bằng cách lợi dụng cơ cấu của hộp số
Hình 1.6. Phanh dải oto (phanh hộp số )
- Phanh điện từ: sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh điện từ được thể hiện trên hình 1.6, dòng phanh này có thể coi là một loại phanh phụ, loại phanh này hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, động năng được chuyển đổi thành nhiệt năng, tạo ra lực từ làm giảm momen quay
+ Ưu điểm:
- Cơ chế vận hành đơn giản
- Tiết kiệm diện tích trong xe, giúp tối ưu hóa khoang lái
- Thao tác phanh đơn giản
- Không sinh ra nhiệt tại cơ cấu phanh vì nguyên lý hoạt động dựa vào cảm ứng điện từ, tránh được hiện tượng quá nhiệt tại cơ cấu phanh
+ Nhược điểm
- Tuổi thọ phanh không cao như phanh truyền thống nếu không bảo dưỡng định kỳ, chi phí sản xuất và sửa chữa cao
- Khi ắc quy hết điện thì phanh cũng không hoạt động được do hệ thống phanh hoạt động bằng nguồn điện
Hình 1.7. Phanh điện từ oto
1, Công tắc phanh tay 5, Ắc quy
2, Đèn báo 6, Cụm phanh điện tử
3, Hộp điều khiển 7, Bộ công tắc áp suất
4, Công tắc nguồn chính
c, Theo dẫn động phanh
vPhanh dẫn động bằng cơ khí (dẫn động bằng dây cáp)
+ Hiện nay trên 1 số dòng xe phanh cơ khí chỉ còn được dùng như là phanh dừng, kiểu dẫn động này thường được dùng trên các dòng xe đời cũ, loại phanh này tác động trực tiếp vào bánh xe hoặc trục thứ cấp hộp số nhờ đó giúp giảm tốc độ hoặc dừng xe. Do kết cấu phức tạp cùng với đó là việc bố trí dây cáp tới được bánh xe khá là khó khăn nên các nhà nghiên cứu đã cho ra đời hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
Hình 1.8. Dây cáp phanh cơ khí
vPhanh dẫn động bằng thủy lực: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh thủy lực điển hình của ô tô ngày nay được thể hiện trên hình 1.9
- Ưu điểm:
+ Loại phanh này hiện vẫn đang được sử dụng rộng rãi như là phanh chính của một số dòng xe du lịch, xe tải nhỏ hoặc trung bình
+ Có thể phân bố lực phanh nhanh giữa các bánh xe, guốc phanh
+ Độ nhạy cao, kết cấu đơn giản
+ Chỉ cần thay đổi một chút trong cơ cấu phanh là có thể sử dụng được trên rất nhiều dòng xe khác nhau
- Nhược điểm
+ Khi bị hư hỏng một chi tiết bất kỳ thì cả hệ thống phanh đều không thể hoạt động
+ Với loại phanh không có cường hóa chỉ có thể dùng cho dòng xe có tải trọng toàn tải nhỏ, lực tác dụng lên bàn đạp sẽ phải lớn hơn
+ Khi ở nhiệt độ thấp thì hiệu suất truyền động sẽ giảm
Hình 1.9. Phanh dẫn động bằng thủy lực
1, Xy lanh tổng phanh 5, Xy lanh bánh xe 9, Má phanh và càng phanh
2, Bình chứa dầu phanh 6, Trống phanh và guốc phanh
3, Bầu trợ lực 7, Van điều áp 10, Đĩa phanh
4, Bàn đạp 8, Đường dầu 11, ABS/TCS/ESP/HECU
- Giải thích:
- ABS: Hệ thống chống bó cứng phanh
- TCS: Hệ thống chống trượt bánh xe ( kiểm soát lực kéo )
- ESP (ESC): Hệ thống cân bằng điện tử
- EBD: Hệ thống phan phối lực phanh điện tử
- HECU: Van điều khiển thủy lực
- Trong cơ cấu phanh dẫn động bằng thủy lực người ta còn chia ra làm hai loại là dẫn động một dòng và dẫn động bằng hai dòng
- Dẫn động một dòng: Sơ đồ phanh dẫn động một dòng được thể hiện trên hình 1.10, xylanh chính của phanh chỉ dùng một đường dầu duy nhất để dẫn động đến các xylanh bánh xe. Cơ cấu dẫn động một dòng này mặc dù kết cấu đơn giản nhưng độ an toàn lại không được cao vì một khi đường ống chính bị hỏng, rò rỉ thì sẽ dẫn đến mất áp suất dầu trong tất cả các đường ống khiến mọi bánh xe đều bị mất phanh
Hình 1.10. Phanh dẫn động bằng thủy lực loại dẫn động 1 dòng
1, Bánh xe 3, Xylanh bánh xe 5, Bàn đạp phanh
2, Đĩa phanh 4, Xylanh chính
- Dẫn động hai dòng:
+ Sơ đồ cấu tạo của phanh thủy lực dẫn động hai dòng được thể hiện trên hình 1.10, dầu đi ra từ xylanh chính sẽ được chia làm hai dòng độc lập đến cấc bánh xe, hiện nay cách bố trí được các nhà thiết kế thường sử dụng nhất là kiểu bố trí so le. Kiểu bố trí này giúp xe không bị mất phanh nếu một đường dầu bị rò rỉ thì đường dầu còn lại vẫn có thể giúp phanh xe
+ Ưu điểm: kết cấu đơn giản, độ tin cậy cao, có thể giúp phân bố lực phanh giữa các bánh xe
+ Nhược điểm: Cần lực tác dụng vào bàn đạp lớn, không thể tạo được tỷ số truyền lớn nên chỉ có thể dùng ở các dòng xe có tải trọng nhỏ
Hình 1.11. Phanh dẫn động bằng thủy lực loại dẫn động 2 dòng
1, Bánh xe 2, Đĩa phanh 3, Xylanh bánh xe 4, Xylanh chính 5, Bàn đạp
vPhanh dẫn động bằng khí nén:
+ Sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh khí nén được thể hiện trên hình 1.12, loại dẫn động phanh này yêu cầu về lực tác dụng lên bàn đạp rất bé, nên thường được sử dụng trên các xe cơ giới hạng nặng như xe tải, xe buýt, rơ moóc, xe đầu kéo, container, xe khách,… hay các loại phương tiện cỡ lớn cần lực phanh rất lớn để giảm tốc độ hoặc dừng xe.
+ Lực đạp phanh ở loại dẫn động phanh này dùng để điều khiển van phân phối còn lực có vai trò tác động lên cơ cấu phanh ở các bánh xe là do áp suất của khí nén tác động lên các bầu phanh
Hình 1.12. Phanh dẫn động khí nén oto
1, Máy nén khí 5, Bầu phanh bánh sau 9, Guốc phanh
2, Ống dẫn khí nén 6, Cam 10, Van điều khiển
3, Đồng hồ đo áp suất 7, Lò xo 11, Bàn đạp phanh
4, Bình chứa khí nén 8, Má phanh 12,Bầu phanh bánh trước
- Đối với xe rơ-moóc, hệ thống phanh cần đảm bảo an toàn cho cả đoàn xe, sơ đồ cấu tạo đối với loại xe này sẽ được thể hiện trên hình (1.13) và (1.14)
- Ưu điểm:
+ Đảm bảo trọng lượng của xe không ảnh hưởng đến hiệu quả của phanh
+ Lực bàn đạp rất bé
+Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô
- Nhược điểm:
+ Thời gian tác dụng của phanh khá chậm
+ Số lượng cụm nhiều, kích thước lớn, giá thành cao
Hình 1.13. Hệ thông phanh khí nén loại 1 dòng
Hình 1.14. Hệ thống phanh khí nén loại 2 dòng
Chú thích:
1, Máy nén khí 2, Bầu lọc 3, Bộ điều chỉnh áp suất 4, Bình chứa khí nén
5, Van an toàn 6, Van phân phối 7, Đầu nối 8, Van bịt kín
9, Buồng phanh 10, Tay đòn phanh 11, Van phân phối 12, Ống cung cấp
- So sánh hệ thống phanh khí một dòng và hai dòng
+ Hệ thống phanh loại một dòng có thể điều khiển riêng phần rơ-moóc với phần xe kéo tùy vào người điều khiển, ngược lại đối với loại hai dòng thì cả xe kéo lẫn rơ-moóc đều được điều khiển qua van van chung nên dễ xảy ra hiện tượng không cấp khí nén kịp, nhất là đối với dòng xe có nhiều rơ-moóc. Vì vậy nên hệ thống phanh một dòng được sử dụng nhiều hơn
v Phanh thủy khí
- Đối với các ô tô có tải trọng cùng kích thước lớn thì dòng phanh khí nén là không đủ do thời gian phanh khá chậm, chính vì thế nên các nhà phát triển đã sáng tạo ra dòng phanh thủy khí. Cấu tạo của phanh thủy khí được thể hiện trên hình 1.14
Hình 1.15. Sơ đồ cấu tạo phanh thủy khí
1, Bàn đạp phanh 2, Tổng van khí 3, 4, Xylanh thủy khí 5, Nguồn cấp khí nén
6, Bánh xe cầu trước 7, Bán xe cầu giữa 8, Bánh xe cầu sau
- Mặc dù loại phanh này có kết cấu phức tạp hơn các dòng phanh khác nhưng lại được thiết kế để có thể tận dụng được các ưu điểm và khắc phục được cá nhược điểm từng loại dẫn động thành phần. Để có thể giảm tối đa độ chậm của hệ thống, phần đường ống của dẫn động khí nén được thiết kế ngắn nhất có thể
d, Các phương án chia dòng dẫn động phanh
- Trên hình 1.15 là sơ đồ của một số phương án chia dòng, để nâng cao tính an toàn thì hệ thống dẫn động phanh phải có ít nhất là hai dòng độc lập, dòng sơ cấp được thể hiện bằng nét liền, dòng thứ cấp được thể hiện bằng nét đứt
Hình 1.16. Sơ đồ các phương án chia dòng của hệ thống dẫn động phanh
1, Khoang sơ cấp 2, Khoang thứ cấp
a, Kiểu II b, Kiểu X c, Kiểu HI d, Kiểu LL e, Kiểu HH
- Phương án chia dòng kiểu II (hình a) thường dùng trên các dòng xe đơn giản, nhưng khi gặp sự cố hiệu quả phanh giảm mạnh do phân bố tải lên các cầu chênh lệch nhau
- Phương án chia dòng kiểu X (hình b) đảm bảo hiệu quả phanh được 50% khi một dòng bị hỏng, nhưng khi đó lực phanh không đều ở hai bên dễ làm quay thân xe
- Các phương án còn lại do kết cấu phức tạp nên ít được sử dụng nhưng lại có thể đảm bảo hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng
1.1.3. Trợ lực phanh
- Sơ đồ cấu tạo bộ trợ lực chân không được thể hiện trên hình 1.16, bộ trợ lực được lắp đặt giữa bàn đạp và xi lanh tổng phanh giúp giảm bớt phản lực từ bàn đạp và khuếch đại lực đạp phanh, qua đó giúp người lái không cần tác dụng một lực quá lớn vào bàn đạp để giảm tốc hoặc dừng xe, khiến thao tác phanh trở nên nhẹ nhàng hơn.
- Trợ lực phanh chân không:
+ Trợ lực phanh chân không có chức năng đúng như tên gọi của mình, vì để giảm lực tác dụng của người đạp phanh, giúp cho việc đạp phanh nhẹ và dễ dàng hơn, không mất quá nhiều sức, bộ trợ lực chân không được lắp đạt giữa bàn đạp phanh và xylanh tổng phanh, được cấu tạo từ việc nối bầu chân không với bơm chân không qua một cái van một chiều
Hình 1.17. Trợ lực phanh chân không
1, Cần đẩy 4,Màng ngăn 7, Cần điều khiển
2,Buồng chân không 5, Đĩa phải lực 8,Thân van
3, Piston bầu trợ lực 6, Lọc 9, Buồng làm việc
- Trợ lực phanh thủy lực:
+ Trợ lực thủy lực khác với trợ lực chân không qua việc thay vì lợi dụng chênh lệch áp suất chân không thì ở đây, trợ lực thủy lực sử dụng trực tiếp áp suất thủy lực được cung cấp từ bơm trợ lực lái
Hình 1.18. Trợ lực phanh thủy lực
1, Trợ lực lái 4, Chân phanh 7, Van tổ hợp 10, Bầu trợ lưc
2, Bình dầu phanh 5, Truyền tới bánh sau 8, Phanh bánh trước
3, Xi lanh chính 6, Phanh bánh sau 9, Truyền tới bánh trước
1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh oto
1.2.1. Phanh tang trống (phanh guốc)
- Cấu tạo:
Hình 1.19. Cấu tạo phanh tang trống
1, Trống phanh 5, Ốc xả gió 9, Lò xo giữ
2, Má phanh 6, Neo giữ guốc phanh 10, Đòn bẩy tùy chỉnh
3, Lò xo hồi vị 7, Trục của lò xo giữ
4, Xi lanh bánh xe 8, Guốc phanh
- Phanh tang trống thường nằm ở trục sau bánh xe, có cấu tạo và nguyên lý hoạt động khá đơn giản, chi phí sản xuất thấp nhưng lực phanh tốt. Được sử dụng rộng rãi trên nhiều dòng xe khác nhau như xe con, xe khách, xe du lịch, xe máy,…
- Trống phanh: Được chế tạo với dạng hộp rỗng và được cố định với trục dẫn động, mặt trong thường được làm bằng kim loại và có bề mặt nhám nhằm nâng cao hiệu quả của phanh
- Guốc phanh: được đặt trên bề mặt trống phanh làm bằng thép không gỉ, trên bề mặt có phủ một lớp hợp chất có khả năng chống chịu ma sát tốt
- Lò xo hồi vị: đưa piston về vị trí cũ khi áp suất dầu giảm
- Nguyên lý hoạt động:
- Khi người lái nhấn bàn đạp phanh, dầu thủy lực được đưa đến các xylanh phanh đẩy piston tạp thành áp lực lên guốc phanh, guốc phanh sẽ ép các bề mặt của má phanh vào mặt trong trống phanh nhờ đó giảm tốc độ của xe. Khi người lái nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu, guốc phanh cùng với má phanh sẽ tách khỏi trống phanh, quá trình phanh sẽ kết thúc
- Ưu điểm:
- Đối với phanh đĩa có đường kính tương đương, phanh tang trống có thể tạo ra lực phanh lớn hơn
- Do phanh guốc có cấu tạo dạng hộp kín nên khả năng chống bụi bẩn tốt hơn, giúp bảo vệ các chi tiết không bị hỏng hóc do các tác động bên ngoài
- Chi phí sản xuất, thay thế sửa chữa thấp hơn phanh đĩa
- Phanh tang trống yêu cầu lực đầu vào thấp hơn phanh đĩa
- Do khả năng chống chịu ăn mòn tốt nên tần suất bảo dưỡng thấp hơn, tiết kiệm chi phí
- Nhược điểm:
- Khả năng tản nhiệt kém, dễ gây ảnh hưởng đến các chi tiết làm giảm khả năng phanh
- Thời gian bảo dưỡng phanh tang trống lâu hơn phanh đĩa do độ phức tạp
- Trọng lượng lớn hơn nhiều so với phanh đĩa,
- Khi phanh cứng, người lái phải đạp bàn đạp phanh xa hơn do đường kính trống phanh tăng vì dãn nở nhiệt
- Phân loại phanh tang trống
- Phanh tang trống loại dẫn và kéo: có một xi lanh bánh xe được neo cố định
- Phanh tang trống loại hai guốc dẫn: có hai bánh xy lanh cố định, được liên kết với nhau qua bộ điều chỉnh để tạo lực phanh lớn
- Phanh tang trống loại một trợ động: gồm một xy lanh bánh xe cố định, một xy lanh điều chỉnh và một trợ động
- Phanh tang trống loại hai trợ động: gồm một xy lanh bánh xe cố định, một xy lanh điều chỉnh và 2 trợ động
Hình 1.20. Phân loại phanh tang trống
- Cơ cấu phanh tang trống:
v Cơ cấu phanh tang trống loại đối xứng qua trục:
- Nguyên lý hoạt động: khi người lái tác dụng một lực vào bàn đạp phanh, áp suất dầu trong đường ống và xy lanh tăng lên, tạo ra một lực ép từ piston vào guốc phanh, các má phanh sau đó sẽ ép vào trống phanh khiến tốc độ xe giảm dần. Khi người lái nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị và lo xo giữa các piston sẽ đưa các guốc phanh quay lại vị trí cũ, quá trình phanh kết thúc
Hình 1.21. Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua trục
vCơ cấu phanh guốc đối xứng tâm:
Hình 1.22. Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm
- Đặc điểm: mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm và quay xung quanh một chốt lệch tâm, được bố trí đối xứng với đường trục của cơ cấu phanh
- Nguyên lý hoạt động: Khi người lái đạp bàn đạp phanh, dầu từ xi lanh tổng sẽ được đưa tới các xi lanh bánh xe, qua đó đẩy piston tạo một lực ép lên guốc phanh ép sát vào trống phanh, khi đó tốc độ của xe sẽ giảm dần. Khi người lái nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị sẽ đưa các guốc phanh quay trở lại vị trí ban đầu, quá trình phanh kết thúc. Khe hở giữa trống phanh và má phanh sẽ được điều chỉnh qua 1 cam lệch tâm
v Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Hình 1.23. Cơ cấu phanh guốc loại bơi
- Cơ cấu phanh này có hiệu quả cao khi phanh do cả hai guốc phanh đều xiết chặt lại khi phanh nhưng do phải bố trí thêm cụm xi lanh cơ cấu phanh và đường ống dẫn thủy lực nên sẽ phức tạp hơn.
1.2.2. Phanh đĩa
Hình 1.24. Cấu tạo của phanh đĩa
1, Đĩa phanh 3, Má phanh 5, Rãnh tản nhiệt
2, Moay-ơ 4, Giá đỡ (rãnh đĩa phanh)
Cấu tạo:
- Ngàm phanh: dùng để giữ các má phanh, khi người lái đạp phanh thì ngàm sẽ ép chúng tì lên mặt đĩa phanh để tạo lực phanh
- Đĩa phanh: gắn trực tiếp lên cụm moay-ơ bánh xe, được đục lỗ (xẻ rãnh) giúp tăng khả năng thoát nhiệt. Thường được chế tạo bằng những kim loại có độ bền cao, chịu lực tốt
- Má phanh: được chế tạo bằng các vật liệu như gốm, hợp kim,…gồm hai má phanh kẹp chặt hai bên đĩa phanh khi sử dụng, trên má phanh cũng được xẻ các rãnh giúp thoát bụi, thoát nhiệt khi sử dụng
- Piston: đối với phanh đĩa, loại piston được sử dụng là piston dầu ( dầu chuyên dụng cho phanh đĩa). Khi hoạt động, piston ép má phanh tỳ vào đĩa phanh trực tiếp giúp xe dừng lại
- Giá đỡ: hiện nay, người ta thường chia giá đỡ của phanh đĩa ô tô làm hai loại là giá đỡ cố định và giá đỡ di động
+ Giá đỡ cố định: có piston được bố trí ở cả hai mặt của đĩa phanh, độ bền cao, lực dẫn động lớn nhưng khả năng tản nhiệt kém
+ Giá đỡ di động: piston chỉ được bố trí ở một mặt của đĩa phanh, tuy có độ bền khá thấp, khi các chốt dẫn hướng bị mòn, gỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều hiệu quả phanh cũng do đó mà giảm đi đáng kể tuy vậy nhưng loại giá đỡ này được sử dụng rất phổ biến do chỉ có một xylanh thủy lực lớn gấp đôi nên khả năng tản nhiệt tốt hơn
- Nguyên lý hoạt động:
- Khi người lái đạp bàn đạp phanh, áp suất dầu trong các đường ống dầu và trong xy lanh sẽ tăng lên, đẩy piston và má phanh ép vào đĩa phanh. Lực ma sát được tạo ra sẽ giúp bánh xe giảm dần tốc độ
- Khi người lái thả chân ra khỏi bàn đạp phanh,áp suất trong các đường ống giảm nhanh, nhờ sự biến dạng của vòng đệm kín dầu của piston khiến cho piston và má phanh rời ra khỏi đĩa phanh
- Ưu điểm:
- Độ nhạy cao
- Khả năng tản nhiệt tốt do phanh được đục lỗ, xẻ rãnh, giúp phanh được tăng tuổi thọ
- Kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ
- Khe hở nhỏ cho phép tăng tỷ số truyền động phanh
- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát
- Nhược điểm:
- Do thiết kế phanh lộ thiên nên bụi bẩn sẽ gây xước bề mặt đĩa phanh cùng với má phanh khiến chúng nhanh bị mòn, cần phải thường xuyên vệ sinh tránh hư hỏng phanh
- Do quá trình phanh khá nhanh (khe hở nhỏ chỉ từ 0,05-0,15mm) và áp suất lên các bề mặt khá lớn (5Mpa) nên má phanh rất nhanh mòn hoặc hư hỏng (nứt, xước,…), đòi hỏi vật liệu tạo nên chúng phải có chất lượng tốt,
- Giá thành cho loại phanh này khá cao
- Các kết cấu phanh đĩa thường gặp:
- Phanh đĩa loại má kẹp cố định: sơ đồ kết cấu phanh được thể hiện trên hình (1.25)
- Ưu điển:
+ Độ cứng vững cao
+ Cho phép lực dẫn động lớn
- Nhược điểm:
+ Khả năng tản nhiệt kém
+ Nhiệt độ làm việc khá cao nên không được ưa chuộng trên các dòng xe bình dân
- Loại cơ cấu lắp ghép này thường được sử dụng trên các dòng xe con cỡ lớn hoặc trên các dòng xe thể thao
Hình 1.25. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định
1, Má phanh 3, Piston 5, Đĩa phanh
2, Má kẹp 4, Vòng làm kín
Để khắc phục các nhược điểm rất lớn của loại phanh có má kẹp cố định như nhiệt độ làm việc cao nhưng khả năng tản nhiệt kém đó, các nhà phát triển đã sáng chế ra cơ cấu má kẹp tùy động, loại cơ cấu lắp ghép này có thể tách rời hoặc gắn chặt với xylanh bánh xe và di chuyển trên các chốt dẫn hướng cố định. Cơ cấu này chỉ có một xylanh thủy lực lớn nên khả năng tản nhiệt cũng cao hơn, nhờ đó nhiệt độ khi làm việc cũng giảm đi từ 40-50%
- Phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh bố trí trên má kẹp: sơ đồ kết cấu phanh được thể hiện trên hình 1.26
Hình 1.26. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh bố trí trên má kẹp
1, Má kẹp 3, Chốt dẫn hướng 5, Má phanh
2, Piston 4, Đĩa phanh
- Phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh cố định: sơ đồ kết cấu được thể hiện trên hình 1.27
Hình 1.27. Kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động xylanh cố định
1, Đĩa phanh 3, Đường dầu 5, Thân xylanh
2, Má kẹp 4, Piston 6, Má phanh
1.3. Các biện pháp nâng cao hiệu quả và độ ỏn định, an toàn của oto khi phanh
a) Sử dụng hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti lock Brake System)
- Hệ thống chống bó cứng phanh ABS được sử dụng để điều khiển áp suất dầu trong các đường ống tác dụng lên các xylanh giúp ngăn không cho bánh xe bị trượt (bó cứng) khi phanh gấp hoặc phanh trên mặt đường trơn trượt. Hệ thống cũng giúp cho tính ổn định của xe khiến xe không bị mất lái
- Van điều hòa lực phanh (P) đặt giữa xylanh chính của đường dẫn dầu phanh và xylanh bánh sau giúp oto tọa ra một lực phanh thích hợp giữa bánh trước và bánh sau, trong trường hợp phanh gấp đột ngột bánh sau sẽ không bị hãm lại sớm khiến tải trọng dồn hết về trước
- Nguyên lý làm việc: ABS-ECU luôn theo dõi tình trạng của các bánh xe qua một dòng tín hiệu từ các cảm biển tốc độ góc của bánh xe, khi người lái xe phanh gấp, nếu có một bánh xe bất kỳ bị bó cứng, bộ chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xylanh bánh xe đó theo tín hiệu của ECU gửi xuống, nhờ đó áp lực tác dụng lên đĩa phanh sẽ được giảm xuống ngăn bánh xe oto không bị khóa cứng, nhờ đó tránh được tình huống lật xe hoặc trượt do phanh gấp
b) Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (Electroniccal Brake force Distribtion)
- Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD dùng để phân phối lực phanh giữa bánh trước và bánh sau. Sau khi người lái khời động xe, bộ điều khiển trung tâm ECU sẽ nhận được dữ liệu di chuyển của xe qua các cảm biến. Nếu xe bị nghiêng quá giới hạn vè một bên, EBD sẽ được kích hoạt và điều khiển lực phanh phù hợp cho từng bánh xe
c) Hệ thống hỗ trợ khi phanh (BD – Brake Assistance)
- Giúp nâng cao hiệu quả của phanh trong những trường hợp khẩn cấp, giúp quãng đường phanh ngắn hơn
èHệ thống hỗ trợ BA sẽ giúp đưa lực phanh của người lái lên cao giúp rút ngắn quãng đường khi phanh, nhưng cùng với đó dễ gây ra hiện tượng bó phanh khi xe đang chạy với tốc độ cao. Những lúc này xe dễ bị mất lái, lốp mất đi độ bám, bị trượt dài,…Do đó người ta thường kết hợp cả ba hệ thống hỗ trợ cho phanh là BA, ABS và EBD để quá trình khi phanh vừa có thể đạt hiệu quả cao lại vừa an toàn cho người lái
- Lựa chọn phương án thiết kế:
- Dựa trên những dữ liệu đã tham khảo ở trên, cùng với đề tài của em là Thiết kế tính toán hệ thống phanh trước xe Mazda CX5 Deluxe 2021, em quyết định phương án làm đồ án của em là
o Cơ cấu phanh trước, giá đỡ di động
o Phanh dẫn động bằng thủy lực
o Trợ lực phanh chân không
o Dẫn động phanh 2 dòng độc lập
CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRƯỚC XE MAZDA CX-5 DELUXE 2021
2.1. Giới thiệu về dòng xe Mazda CX5
- CX5 là 1 dòng xe mang đặc tính của cả 2 dòng xe SUV và Sedan. Mazda CX5, là chiếc xe đi đầu trong việc áp dụng công nghệ siêu tiết kiệm nhiên liệu Skyactiv với việc sử dụng động cơ tiết kiệm nhiên liệu Skyactiv-G, thân xe thế hệ mới tuy nhẹ hơn nhưng lại cứng chắc hơn Skyactiv-Body, đi cùng với đó là việc thiết kế cơ cấu của xe sao cho việc lái xe được tự nhiên nhất Skyactiv-Vehicle Architecture. Tại Việt Nam ngay từ khi ra mắt, chiếc xe này đã gây nên 1 cơn sốt, chỉ trong năm 2021, Mazda CX5 đã bán được hơn 10.000 xe, tức là hơn 800 xe 1 tháng trong phân khúc xe hạng C
Hình 2.1. Mazda CX5
2.2. Thông số kỹ thuật của xe Mazda CX5 Deluxe 2021
Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật xe Mazda CX5 Deluxe 2021
|
Loại |
Ký hiệu |
Thông số |
Đơn vị |
|
|
Kích thước |
Số chỗ ngồi |
|
5 |
Người |
|
Chiều dài |
La |
4550 |
mm |
|
|
Chiều rộng |
Ba |
1840 |
mm |
|
|
Chiều cao |
Ha |
1680 |
mm |
|
|
Chiều dài cơ sở |
L |
2700 |
mm |
|
|
Khoảng sáng gầm |
H |
200 |
mm |
|
|
Khoảng cách từ trục trước đến đầu xe |
L1 |
865 |
mm |
|
|
Khoảng cách từ trục sau đến đuôi xe |
L2 |
975 |
mm |
|
|
Bán kính quay vòng |
R |
550 |
mm |
|
|
Tải trọng |
Không tải |
G0 |
1550 |
kg |
|
Toàn tải |
Ga |
2000 |
kg |
|
|
Dung tích nhiên liệu |
|
56 |
lít |
|
|
Thể tích khoang hành lý |
|
442 |
lít |
|
|
Động cơ Skyactiv – G 2.0L |
Dung tích xylanh |
|
1998 |
cc |
|
Công suất cực đại |
154/6000 |
kW/rpm |
||
|
Mômen xoắn cực đại |
200/4000 |
N.m/rpm |
||
|
Hệ thống phun nhiên liệu |
Công nghệ phun xăng trực tiếp , điều khiển van biến thiên |
|||
|
Đường kính x Hành trình làm việc |
DxS |
83.5x91.2 |
mm |
|
|
Tỷ số nén |
|
13:1 |
|
|
|
Hệ thống truyền động (6AT) |
Hệ thống lái |
Tay lái trợ lực điện |
||
|
Dẫn động |
Cầu trước FWD |
|||
|
Hệ thống treo trước – sau |
MacPherson / Liên kết đa điểm |
|||
|
Phanh trước – sau |
Đĩa thông gió / Đĩa đặc |
|||
|
Mâm |
Mâm đúc hợp kim nhôm |
|||
|
Lốp |
225/55R19 |
|||
2.3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh trước (Phanh đĩa)
2.3.1. Tính toán xác định momen cần sinh ra ở cơ cấu phanh
- Momen sinh ra ở cơ cấu phanh của ô tô cần phải đảm bảo hiệu quả giảm tốc độ của xe hoặc dừng hẳn xe với gia tốc chậm dần trong 1 giới hạn nhất định cho phép. Ngoài ra khi xe đứng trên dốc phải đảm bảo không bị trôi xe. Để đảm bảo cho tất cả những điều đó, lực phanh sinh ra khi đạp phanh phải lớn hơn hoặc bằng với các lực tác dung lên bánh xe. Hình 2.2 thể hiện các lực tác dụng lên xe khi phanh
Hình 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
- Trong đó:
- G: trọng lượng của ô tô đặt tại trọng tâm của xe
- : Phản lực từ mặt đường lần lượt lên bánh trước và bánh sau của xe
- : chiều cao trọng tâm xe
- L: chiều dài cơ sở
- a,b: khoảng cách lần lượt từ bánh trước và bánh sau đến giữa xe
- , : Lực phanh tác dụng lần lượt lên bánh trước và bánh sau
- : Lực cản lăn tác dụng lên bánh trước và bánh sau
- : Lực cản không khí lên xe
- : Lực quán tính
- Khi thực hiện quá trình phanh, ta có thể bỏ qua hệ số Pω : hệ số lực cản không khí, Pf1 , Pf2 : lực cản lăn do giá trị 2 thông số này không đáng kể. Sai số khi bỏ qua 2 thông số này gây ra sự chênh lệch không đáng kể là 1,5à2%
- Khi người lái đạp bàn đạp phanh, nhìn vào sơ đồ hình 2.7, ta có thể thấy được các lực tác dụng lên ô tô. Trọng lượng của ô tô đặt tại tọa độ trọng tâm xe là G, các lực cản lăn và cùng chiều với lực phanh và đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược hướng với chiều chuyển động, phản lực từ mặt đường lên các bánh xe có phương vuông góc với chiều chuyển động là . là lực quán tính của ô tô, được đặt tại trọng tâm xe và cùng chiều với chiều chuyển động của ô tô
vĐối với ô tô, lực phanh cực đại có thể tác dụng lên 1 bánh xe ở cầu trước khi phanh trên đường bằng phẳng được xác định theo công thức
(2.1)
- Trong đó:
- G: trọng lượng ô tô khi đầy tải
- G1: tải trọng tương ứng (phản lực từ mặt đất) tác dụng lên bánh trước
- m1p: hệ số thay đổi tải trọng tương ứng lên cầu trước khi phanh xe
- φ: hệ số bám (giữa lốp và mặt đường φ= 0,7à0,8)
- L: chiều dài cơ sở
- a: khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm ô tô
v Hệ số được xác định theo công thức:
(2.2)
- Trong đó:
- hg: chiều cao trọng tâm ô tô
- g: gia tốc trọng trường
- jmax: gia tốc chậm dần cực đại khi phanh
- φ’: hệ số đặc trưng cường độ phanh (φ’ = )
vBán kính của bánh xe được xác định theo công thức:
(2.3) Trong đó:
- rbx: bánh kính làm việc trung bình của bánh xe
- : hệ số biến dang của lốp ( = 0,93à0,935) à ta lấy = 0,932
- r0: bán kính thiết kế của bánh xe
(2.4)
Ta có Mazda CX5 sử dụng lốp có thông số là 225/55R19
- Trong đó:
- H: tỷ số giữa chiều cao và chiều rộng lốp [H=55%.B=55%.225=123,75]
- B: chiều rộng lốp [B = 225(mm)]
- d: đường kính vành bánh xe [d=19 (inch)=19.25,4 = 482,6 (mm)]
à Thay vào công thức (2.4) ta được: = 123,75 + = 365,05 (mm)
Tiếp tục thay thông số vào công thức (2.3) ta được:
= 0,932.365,05= 340,23(mm)
vỞ ô tô, cơ cấu phanh chân được đặt trực tiếp tại tất cả các bánh xe, khi người lái đạp phanh gia tốc chậm dần của xe phải đạt lớn nhất, song song với đó là các bánh xe phải tạo ra được tổng momen phanh lớn nhất, momen đó được xác định qua công thức:
(2.5)
v Momen ở cầu trước bánh xe được xác định theo công thức
(2.6)
- Trong đó:
- G1 = Z1: trọng tâm xe được phân bố trên cầu trước
- φ: hệ số bám (giữa lốp và mặt đường φ = 0,7à0,8)
- rbx : bán kính làm việc trung bình của bánh xe
- G: trọng lượng đầy tải của ô tô
Ta xét ô tô khi đầy tải và đứng yên:
-Đối với xe con và xe du lịch, bởi vì được thiết kế với sàn xe thấp với mục đích chủ yếu để nâng cao tính ổn định của xe, nên tọa độ vị trí trọng tâm có thể lấy với tỷ lệ 4/6
vTrọng lượng được phân bố trên cầu trước của xe là:
- Phương trình cân bằng momen của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh với điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường là:
G.b = Z1 .Là (mm)
Ta có a+b = L, mà b = 1620 (mm) àa = L – b = 2700 - 1620 = 1080 (mm)
vTa xét ô tô khi thực hiện quá trình phanh khẩn cấp cho tới lúc xe dừng hẳn, khi đó gia tốc phanh cùng với quán tính của ô tô sẽ đạt cực đại. Lúc đó momen phanh sinh ra ở các cơ cấu cần đảm bảo xe phải được giảm tốc hoặc dừng hẳn,với dòng xe CX5 có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe thì momen cần sinh ra tại mỗi bánh xe là:
(2.7) (2.7)
(2.8)
- Trong đó:
- G: trọng lượng toàn tải của ô tô
- L: chiều dài của xe
- : gia tốc chậm dần khi phanh
(2.9)
+ : Hệ số đặc trưng cường độ phanh (=0,4÷0,5)
- a,b: tọa độ trọng tâm ô tô
- φ: hệ số bám (φ=0,7÷0,8)
- : bán kính bánh xe [=0,34(m)]
- : chiều cao trọng tâm xe
Bảng 2.2. Chiều cao trọng tâm của các loại xe
|
Loại xe |
Chiều cao trọng tâm |
|
|
Không tải |
Đầy tải |
|
|
Xe con và xe khách |
(0,39±0,02)H* |
(1,03±0,02)hgc** |
|
Xe tải |
(0,40±0,03)H |
(1,23±0,13)hgc |
|
Rơ moóc |
(0,40±0,03)H |
(1,50±0,10)hgc |
|
Bán Rơ moóc |
(0,62±0,02)H*** |
(0,96±0,03)hgc |
|
Xe đầu kéo |
(0,32±0,07)H**** |
|
|
*H: chiều cao lớn nhất của ô tô không tải **hgc : chiều cao trọng tâm ở trạng thái không tải ***chiều cao lớn nhất của moóc (không tính bạt che hoặc khung dựng thêm) ****giá trị lớn hơn tương ứng với ô tô có động cơ đặt dưới cabin |
||
- Vì dòng xe Mazda CX5 là dòng xe lai giữa SUV và sedan nên ta chọn hệ số chiều cao trọng tâm =0,6(m)
- Để đảm bảo bánh xe không bị trượt mà lại có thể đạt được hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc phanh chậm dần lớn nhất ta chọn hệ số bám φ = 0,7
- Thay các thông số đã tính được ở trên G = 2000 (kg);a = 1080 (mm) = 1,08 (m); b = 1620 (mm) = 1,62 (m); φ = 0,7; hg = 0,6; = 4,9(m/), =0,34 vào phương trình (2.7) và (2.8) ta có momen cần sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh là
2.3.2. Tính toán cơ cấu phanh đĩa
- Sơ đồ tính toán phanh đĩa được thể hiện trên hình (2.3)
Hình 2.3. Sơ đồ lực tác dụng lên má phanh
vMomen phanh được tính bằng công thức:
(2.10)
- Trong đó:
- bán kính trung bình
- P: lực ép các má phanh vào đĩa phanh
vMomen của 2 má phanh trước tác dụng lên đĩa phanh là:
(2.11)
- Trong đó:
P: lực ép P của cơ cấu phanh đĩa cầu trước
µ: hệ số ma sát (µ = 0,25à0,35) àchọn µ = 0,3
R: bán kính ngoài
r: bán kính trong
- Bán kính ngoài má phanh là: R = (0,4à0,5) àChọn R = 0,5
à R = 0,5.0,34023 = 0,17 (m)
- Bán kính trong má phanh là: r = (0,53à0,75)R. Chọn r = 0,6R
àr = 0,6.0,17 = 0,102 (m)
- Bán kính trung bình là:
(2.12)
- Bề rộng của má phanh là: b = R – r = 0,17 – 0,102 = 0,068 (m)
- Đo trên xe thực tế, chọn độ dày má phanh δ = 10 (mm)
Từ công thức (2.12):
à Lực ép của cơ cấu phanh đĩa ở cầu trước là:
àLực ép cơ cấu phanh đĩa cầu sau là:
Với cơ cấu phanh đĩa, ta có thể xác định góc ôm má phanh từ lực ép P với công thức:
(2.13)
- Trong đó:
- R,r: bán kính trong và bán kính ngoài
- α: góc ôm của má phanh
- q: áp suất làm việc trung bình giữa má phanh cùng với đĩa phanh trong quá trình phanh
àTừ (2.143), ta có thể suy ra góc ôm của má phanh trước là:
(2.14)
- Đối với phanh guốc thì để đảm bảo cho má phanh không bị mài mòn quá giới hạn thì áp suất tác dụng lên bề mặt má phanh sẽ bị giới hạn bởi sức bền của vật liệu [q] = 1,5à2,0 (Mpa). Nhưng đối với phanh đĩa má phanh được làm từ vật liệu tốt hơn nên khả năng chịu đựng cũng cao hơn
[q] = 5,0Mpa = 5,0 (MN/) = 5.(N/)
- Thay các thông số đã biết vào công thức (2.15), ta có:
= 73( rad)
- Diện tích của má phanh ô tô được xác định theo công thức:
(2.15)
- Trong đó:
- α: góc ôm của má phanh (α=42)
- R: bán kính ngoài của má phanh (R = 0,17)
- r: bán kính trong của má phanh (r = 0,102)
Thay các thông số đã biết vào công thức (2.16) ta có diện tích má phanh ô tô là:
2.3.3. Tính toán nhiệt sinh ra trong quá trình phanh
- Khi ô tô phanh, những động năng được sinh ra tại cơ cấu phanh sẽ được chuyển thành nhiệt năng, phần nhiệt này chỉ thoát ra ngoài môi trường 1 phần, phần còn lại thì nhiệt năng đó sẽ làm gia tăng nhiệt độ tại cơ cấu phanh
- Phần nhiệt thoát được ra ngoài chỉ là phần thiểu số nên chúng ta có thể bỏ qua, còn lại ta sẽ tính toán phần nhiệt sinh ra làm nóng cơ cấu phanh, phương trình cân bằng nhiệt lượng khi đó là:
(2.16)
- Trong đó:
- G:Trọng lượng toàn tải của xe [G=2000 (kg) = 20000 (N)]
- g: gia tốc trọng trường (g=9,81m/)
- : tốc độ khi bắt đầu phanh và tốc độ cuối quá trình phanh (m/s)
+ Lấy : vận tốc khi xe bắt dầu phanh là = 30 (km/h) = 8,33 (m/s)
+ Lấy : ta xét xe phanh cho đến khi dừng hẳn, vì vậy = 0 (km/h)
- c: nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng (J/kg độ), trong khoảng từ 273à573K
+ Thép, gang: c = 500 (J/kg độ)
- : khối lượng đĩa phanh [chọn = 20 (kg)]
- : Mức gia tăng nhiệt độ so với không khí
- (): phần diện tích làm mát của đĩa phanh ()
- k: hệ số truyền nhiệt từ đĩa phanh ra môi trường (W/1K)
- t: thời gian phanh (s)
Vế trái của biểu thức (2.17) biểu thị cho phần tổn thất động năng ô tô khi người lái xe phanh từ vận tốc cho tới vận tốc . Số hạng thứ nhất biểu thị cho phần nhiệt lượng cơ cấu phanh tỏa ra và làm nóng đĩa phanh, số hạng thứ 2 biểu thị cho phần nhiệt lượng đã thoát ra khỏi ngoài môi trường. Trong 1 vài trường hợp phanh ngắt nhả, phần năng lượng truyền được ra ngoài môi trường không khí có thể bỏ qua được vì chúng rất nhỏ
à Mức gia tăng nhiệt độ do cơ cấu phanh sinh ra được xác định theo công thức:
với điều kiện 15 (2.17)
Thay các thông số đã biết G = 20000 (N), = 30 (km/h), = 0 (km/h), g = 9,81 (m/s), = 20 (kg), c = 500 (J/kg độ) vào công thức (2.17) ta có:
àThỏa mãn điều kiện
Công ma sát trên cầu trước:
Công ma sát trên một cơ cấu phanh là:
Công suất tỏa nhiệt ra ngoài môi trường của đĩa phanh là: (chọn thời gian phanh là 1,5s)
2.4. Tính toán dẫn động phanh
Hình 2.4 . Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không
2.4.1. Đường kính xylanh công tác ở các bánh xe
(2.18)
- Trong đó:
- P: lực phanh tác dụng lên cơ cấu phanh
- : áp suất dầu trong hệ thống ( = 10÷15 (Mpa))
è Chọn
- n: số lượng xylanh làm việc n = 1
Thay các thông số vào công thức (2.13), ta có:
- Đường kính xylanh công tác ở cơ cấu phanh trước là:
- Đường kính xylanh công tác ở cơ cấu phanh sau là:
2.4.2. Đường kính xylanh chính
- Theo tài liệu [1], đường kính xylanh chính được xác định qua công thức
(2.19)
- Trong đó:
- : hệ số nằm trong khoảng àChọn
- : đường kính xylanh công tácở cơ cấu phanh trước và phanh sau
- : hành trình dịch chuyển của piston xylanh công tác ở cơ cấu phanh trước và phanh sau [Với cơ cấu phanh đĩa, hành trình dịch chuyển của piston xylanh công tác thường nằm trong khoảng 0,3-0,5(mm)
+ Chọn 0,5 (mm)]
- : hành trình bàn đạp phanh [Chọn ]
- : độ dài đòn bàn đạp phanh
+ Qua đo đạc trên thực tế, chọn
- : khe hở giữa đầu ty đẩy và piston xylanh chính [
+ Chọn
Thay các thông số vào công thức 2.20 ta có đường kính xylanh chính là:
2.4.3. Xác định hành trình dịch chuyển của piston xylanh chính
- Piston xylanh chính có nhiệm vụ truyền lực từ bàn đạp phanh và bộ trợ lực để tăng
áp suất trong hệ thống phanh, theo tài liệu [1] ta có phương trình xác định hành trình dịch chuyển của piston xylanh chính là:
(2.20)
- Trong đó:
- : : hệ số (đã chọn ở trên)
- : hành trình dịch chuyển của piston xylanh công tác ở cơ cấu phanh cầu trước, cầu sau ()
- : đường kính xylanh công tác của cơ cấu phanh trước và phanh sau,
- : đường kính xylanh chính
Thay các thông số vừa xác định vào biểu thức (2.21), ta có hành trình dịch chuyển của piston xylanh chính là:
Tỷ số truyền của bàn đạp phanh được tính từ bàn đạp phanh tới vị trí của xylanh, theotài liệu [1], tỷ số truyền bàn đạp phanh được tính toán dựa trên hai kích thước của đòn bàn đạp phanh là:
- l: khoảng cách từ tâm bàn đạp tới khớp quay [l=450(mm)]
- l’: khoảng cách từ tâm khớp quay đến tâm thanh đẩy piston xylanh chính [l’=60(mm)]
2.5. Tính toán thiết kế bộ trợ lực phanh
- Khi người lái đạp phanh, lực tác dụng từ bàn đạp phanh đi qua bộ trợ lực rồi mới đến các cơ cấu phanh tại các bánh xe. Vì vậy mà ta có lực tác dụng xylanh phanh chính của xe sẽ bao gồm lực đạp của người lái và lực từ bộ trợ lực phanh
Sơ đồ bộ trợ lực phanh chân không ô tô được thể hiện trên hình (2.5)
Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo bộ trợ lực chân không
1, Ống nối với cửa bướm ga 2, Thân trước 3, Màng trợ lực 4, Thân sau
5, Lò xo hồi vị 6, van chân không 7, Bulong M8 8, Phớt thân van
9, Màng chắn bụi 10, 13, Lò xo hồi vị 11, Màng lọc khí 12, Cần đẩy
14, Van điều khiển 15, Van thông khí 16, Chốt chặn van
A, Buồng áp suất không đổi B, Buồng áp suất thay đổi
E, Lỗ thông khí K, Lỗ thông giữa A và B
- Theo tài liệu [1] , khi chưa tính đến trợ lực thì lực mà người lái xe phải tác dụng lên bàn đạp phanh xe là
(2.21)
- Trong đó:
- : đường kính xylanh chính [
- : hiệu suất truyền động cơ khí
+ ( à Chọn
- : áp suất làm việc trong hệ thống [(MN/)]
Thay các thông số vào công thức (2.21) ta có lực mà người lái phải tác dụng lên bàn đạp phanh xe khi mà không tính đến trợ lực là:
ó
ó
- Vì Mazda CX5 thuộc dòng xe du lịch cỡ nhỏ cho gia đình, cho nên lực bàn đạp sẽ nằm trong giới hạn khoảng 100-200(N) nhằm để giúp cho việc phanh xe nhẹ nhàng hơn. Mà giá trị vừa tính có giá trị quá lớn so với mức độ cho phép là , vì vậy nên cần trang bị thêm bộ trợ lực phanh cho để việc điều khiển xe dễ dàng hơn
Lực tác dụng lên bàn đạp phanh ô tô được phân chia thành:
(2.22)
- Trong đó:
-: lực do người lái tác dụng lên bàn đạp, chọn
-Khi đó: lực do bộ trợ lực phanh sinh ra là
- Lực mà xylanh bầu trợ lực cần sinh ra để cung cấp cho xe là:
- Đường kính xylanh bầu trợ lực được tính theo công thức
(2.23)
- Trong đó:
- : lực sinh ra từ bộ trợ lực phanh
- : độ chênh áp tối đa
+ Để giảm nhẹ lực tác dụng, các nhà phát triển đã sử dụng bộ trợ lực chân không có nguồn chân không được lấy từ họng hút của động cơ xăng, độ chênh áp tối đa là
- l, l’: các đòn bàn đạp phanh
Thay các thông số vào công thức (2.23), ta có đường kính xylanh bầu trợ lực phanh là:
óèBầu trợ lực kiểu đơn
- Phương trình cân bằng lực tại xylanh chính
(2.24)
- Trong đó:
- : lực đạp phanh của người lái [ = 150(N)]
- : độ dài các đòn bàn đạp phanh [=450(mm); =60(mm)]
- : Độ chênh áp tối đa (đã chọn ở trên)
- F: diện tích màng trợ lực
- : lực của lò xo hồi vị piston trợ lực
- : lực ma sát
- : diện tích piston xylanh chính
(2.25)
Hình 2.6. Sơ đồ đường đặc tính trợ lực
- Tại A trợ lực bắt đầu làm việc với h nhỏ nhất, tại điểm B độ chân không đã đạt cực đại h=hmax và không thể tăng lên thêm được nữa, nếu muốn tăng lực phanh thì người lái bắt buộc phải đạp mạnh hơn, vì thế nên từ B đường bắt đầu đi song song với đường không có trợ lực
Theo tài liệu [1], đường kính màng trợ lực được tính theo công thức:
(2.26)
Thay các thông số vừa tính được ở trên vào công thức (2.26), ta có đường kính màng trợ lực phanh là:
ó
ó
vNhiệm vụ của bầu phanh là tạo lực ép lên thanh đẩy để dịch chuyển cam của cơ cấu phanh
Hình 2.7. Kết cấu bầu phanh loại piston
Lực tác dụng lên cần đẩy được xác định theo công thức:
(2.27)
- Trong đó:
- p: áp suất trong bầu phanh àChọn
- : đường kính piston xylanh trợ lực [ = 0,27 (m)]
- : hệ số nạp không khí nén vào bầu phanh (=1)
- : hiệu suất cơ học của bầu phanh (
Thay vào công thức (2.26), ta có lực tác dụng lên cần đẩy bầu phanh là:
ó
- Tính toán lò xo màng trợ lực
Hình 2.8. Sơ đồ tính toán lò xo trợ lực
- Đường kính trung bình của lò xo trợ lực được tính theo công thức
(2.28)
- Trong đó:
- d: đường kính của vòng lò xo
- : Lực ép của lò xo [=80÷150(N)]àChọn =120(N)
- c: hệ số đường kính (chọn c=15)
- D: đường kính trung bình của lò xo (cm)
- k: hệ số tập trung ứng suất
- : ứng suất xoắn cho phép (Mpa), vật liệu thường được sử dụng để làm lò xo trợ lực là thép có =1500÷1700 (Mpa), chọn =1600(Mpa)
Thay các thông số đã tính được vào công thức (2.28), ta có:
ó
àChọn =3(mm)
Ta có
Số vòng làm việc của lò xo được tính theo công thức
(2.29)
- Trong đó:
- : độ chuyển vị của lò xo [=1,5(cm)]
- G: momen đàn hồi của vật liệu [G=8,5.(N/)
Thay vào công thức (2.29):
óó(vòng)
Tính toàn bộ số vòng của lò xo (vòng)
- Độ cứng của lò xo bầu phanh trợ lực: K = 1500 ÷ 3500 (N/m)
- Lực ép của lò xo thường nằm trong khoảng 80 ÷ 150 (N)
2.6. Kiểm bền các chi tiết trong cơ cấu phanh
2.6.1. Kiểm bền đĩa phanh và tính toán nhiệt
a, Kiểm bền
- Bước 1: Sau khi vẽ đĩa phanh trong phần mềm Solidworks, ta vào Simulation chọn New Study để tạo môi trường tính toán mới, sau đó chọn Static để vào môi trường tính toán lực
Hình 2.9. Tạo môi trường tính toán lực mới
- Bước 2: Nháy chuột phải đĩa phanh, chọn Apply Material, chọn vật liệu cho đĩa phanh là thép có ứng suất là 620 422 000 (N/)
Hình 2.10. Chọn vật liệu cho đĩa phanh
- Bước 3: Đặt ngàm
Hình 2.11. Đặt ngàm cho đĩa phanh
- Bước 4: Xét lực phanh tác dụng lên đĩa phanh tại một thời điểm nhất định trong cả quá trình phanh,vì cơ cấu phanh là cơ cấu một piston cho nên một bên má phanh sẽ đóng vai trò giữ, bên còn lại phía piston sẽ đóng vai trò ép, chọn vị trí tác dụng của lực và lấy lực tác dụng lên mặt này theo như đã tính toán ở trên là (N)
Hình 2.12. Đặt lực vào đĩa phanh
- Bước 5: Chia lưới cho đĩa phanh
Hình 2.13. Chia lưới cho đĩa phanh
- Bước 6: Cho phần mềm chạy mô phỏng
Hình 2.14. Chạy mô phỏng trên Solidworks
Kết quả: + Ứng suất:
Hình 2.15. Kết quả ứng suất
|
- Ứng suất max: 5,166e+08= - Ứng suất min: 4,025e+05= - Kết quả tính toán: 6,204e+08= |
}Chi tiết bền |
+ Chuyển vị:
Hình 2.16. Kết quả chuyển vị
- Chuyển vị max: 7,580e-01=
- Chuyển vị min: 1,000e-30=
b, Tính toán nhiệt
- Bước 1: Sau khi vẽ má phanh trong solidworks, vào Simulation chọn New Study giống phần kiểm bền, sau đó chọn Thermal để mở ra môi trường tính toán nhiệt
Hình 2.17. Tạo môi trường tính toán nhiệt
- Bước 2: Chọn vật liệu cho đĩa phanh, ở đây ta chọn giống với bước kiểm bền là bằng thép có ứng suất là 620422000 (N/)
Hình 2.18. Chọn vật liệu cho đĩa phanh
- Bước 3: Nhấp chuột phải vào Thermal chọn Properties, chọn Transient để vào chế độ tính toán nhiệt, nhập thời gian phanh là 1,5s và khoảng thời gian mỗi bước trong quá trình phanh
Hình 2.19. Lựa chọn thời gian diễn ra quá trình phanh
- Bước 4: Nháy chuột phải vào Thermal Load chọn Heat Power, chọn 2 bề mặt đĩa phanh tiếp xúc với má phanh, điền công suất tỏa nhiệt của đĩa phanh đã tính được ở trên là
Hình 2.20. Thiết lập công suất tỏa nhiệt cảu đĩa phanh
- Bước 5: Tiếp tục nháy chuột phải tại Thermal Load rồi chọn Temperature, nhấp chọn toàn bộ đĩa phanh, chọn Initial Temperature và thiết lập nhiệt độ môi trường xung quanh đĩa phanh tại thời điểm chọn để tính toán là 25
Hình 2.21. Thiết lập nhiệt độ ban đầu của đĩa phanh
- Bước 6: Tiếp tục nháy chuột phải tại Thermal Load sau đó chọn Heat Flux (hệ số dẫn nhiệt), nhấp Select all chọn toàn bộ đĩa phanh và điền vào hệ số dẫn nhiệt của thép W/
Hình 2.22. Thiết lập hệ số dẫn nhiệt cho đĩa phanh
- Bước 7: Nháy chuột phải vào Mesh, sau đó chọn Creat Mesh để chia lưới cho đĩa phanh
Hình 2.23. Chia lưới cho đĩa phanh
- Bước 8: Cho phần mềm chạy chương trình mô phỏng
Hình 2.24. Chạy mô phỏng trên solidworks
- Kết quả tính toán nhiệt đĩa phanh
|
a, Thời gian phanh: 1,5 giây |
b, Thời gian phanh: 3 giây |
Hình 2.25. Kết quả tính nhiệt đĩa phanh
Kết quả:a, 126
b, 294
àNhư vậy ta có thể thấy được trong quá trình phanh, càng đạp phanh lâu và thời gian phanh càng dài thì nhiệt độ do cơ cấu phanh sinh ra càng cao
2.6.2. Kiểm bền má phanh
- Bước 1: các bước để kiểm bền má phanh làm tương tự như đối với đĩa phanh, nhưng ở má phanh, ta chọn vật liệu là gốm
Hình 2.26. Chọn vật liệu làm má phanh
- Bước 2: Đặt ngàm
Hình 2.27. Đặt ngàm cho má phanh
- Bước 3: Chọn mặt phẳng bị tác dụng lực của má phanh, chọn lực giống như với đĩa phanh là (N)
Hình 2.28. Chọn mặt phẳng bị tác dụng lực lên của má phanh
- Bước 6: Cho phần mềm chạy mô phỏng
Kết quả: + Ứng suất:
Hình 2.29. Kết quả ứng suất
- Ứng suất Max: 1,736e+07=
- Ứng suất Min: 3,589e+01=
+ Chuyển vị:
Hình 2.30. Kết quả chuyển vị
- Chuyển vị Max: 5,837e-04=
- Chuyển vị Min: 1,000e-30=
CHƯƠNG 3: CÁC HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG PHANH VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC
3.1. Những hư hỏng thường thấy của hệ thống phanh
- Hệ thống phanh là một phần rất quan trọng của ô tô, dùng để giảm tốc hoặc dừng xe trong trường hợp khẩn cấp. Tần suất hoạt động của ô tô rất cao, từ đi trong nội thành đến ngoại thành, từ việc sử dụng để đi làm đến đi du lịch đường dài, thậm chí, ở Việt Nam cũng có rất nhiều người sử dụng nó để đi phượt từ ngoài Bắc vào trong Nam. Chính vì tần suất hoạt động cao như vậy nên tần suất hoạt động của hệ thống phanh cũng theo đó mà nhiều lên. Nếu như sau mỗi chuyến đi dài mà người chủ xe không bảo dưỡng định kỳ thì khả năng xảy ra hư hỏng là không thể tránh khỏi, kéo theo đó là những mối nguy hiểm tiềm tàng có khả năng gây nguy hại tới người sử dụng xe. Chính vì vậy, chúng ta cần phải biết những dấu hiệu của ô tô khi mà hệ thống phanh hư hỏng, biết cách tự mình kiểm tra hệ thống phanh. Đối với những hư hỏng nhỏ có thể tự sửa chữa sẽ giúp tiết kiệm chi phí cho chủ sở hữu, với những hư hỏng lớn hơn có thể kịp thời mang đến các trung tâm bảo dưỡng hoặc xưởng sửa xe để kiểm tra. Từ đó giúp bảo vệ sự an toàn không chỉ cho người sử dụng mà còn giúp bảo vệ cho xe
3.3.1. Mức dầu phanh thấp
Hình 3.1. Bình đựng dầu phanh ô
vHiện tượng dễ nhận biết nhất của việc thiếu dầu phanh là do đường ống bị rò rỉ ở 1 vị trí nào đó
- Khi dầu phanh bị rò rỉ thì đèn báo trên bảng đồng hồ táp-lô sẽ phát sáng, lúc này chúng ta không nên sử dụng xe vì việc rò rỉ dầu phanh như này sẽ làm mất áp suất dầu trong đường ống, lúc này thì phanh xe sẽ không ăn. Lúc này ta nên nhanh chóng mang xe đến các trung tâm bảo dưỡng để kiểm tra.
vCác bộ phận của phanh cần kiểm tra là:
- Xylanh phanh chính
- Các đường ống dẫn dầu
- Các xylanh công tác tại các bánh xe
3.3.2. Hành trình bàn đạp phanh thiếu
vCác dấu hiệu nhận biết của việc hành trình bàn đạp phanh thiếu là
- Khi đạp phanh thấy hành trình đạp dài hơn bình thường
- Hiệu quả phanh thấp
vNguyên nhân hư hỏng
- Thiếu dầu phanh (rò rỉ ở đường ống dẫn dầu)
- Mòn má phanh
- Kẹt má phanh, má phanh lắp chưa chặt
- Cần phải xả air do có khí bên trong đường ống
- Hỏng xylanh phanh chính
- Bầu trợ lực hị hư hỏng
vCách sửa chữa
- Châm dầu phanh hoặc tiến hành xả air nếu có lọt khí trong hệ thống
- Kiểm tra lắp đặt má phanh
- Nếu xylanh chính hoặc bầu trợ lực hư hỏng nặng thì cần nhanh chóng mang xe ra trung tâm bảo dưỡng
Hình 3.2. Bàn đạp phanh trên Mazda Cx-5
3.3.3. Bàn đạp phanh nhẹ
Hình 3.3. Bàn đạp phanh nhẹ
vCác nguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Quy trình xả air trong hệ thống phanh không được chính xác
- Còn quá ít dầu phanh
- Trong hệ thống và đường ống bị lẫn không khí
vCách sửa chữa
- Đổ thêm dầu phanh nếu thiếu hoặc xả gió trong hệ thống ra ngoài là ổn
3.3.4. Khi đạp phanh hệ thống phanh có tiếng kêu khó chịu
Hình 3.4 . Phanh ô tô phát ra những tiếng kêu khó chịu
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Trên phanh bị đọng nước do vừa đi ngoài trời mưa
- Đĩa phanh và giá đỡ lắp đặt không chắc chắn, khiến chúng cọ vào nhau tạo nên những tiếng kêu khó chịu
- Suốt (chốt kẹp phanh) thiếu dầu, mỡ bôi trơn
- Má phanh quá mòn, tức là đã quá lâu không thay má phanh, lớp bố phanh bên ngoài bị mòn hết chỉ còn lại lớp bên trong cùng.
vCách sửa chữa
- Thay má phanh định kỳ
- Nếu hệ thống phanh kêu do vừa đi ngoài trời mưa thì không sao, khi xe ô tô hoạt động hệ thống phanh được sử dụng sẽ tạo ra nhiệt năng có thể tự hong khô nước cặn
3.3.5. Bàn đạp phanh bị bó cứng
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Van chân không bị cong, vênh
- Điều chỉnh sai vị trí của thanh đẩy
- Bầu trợ lực phanh có vấn đề
vCách sửa chữa
- Kiểm tra đường ống chân không
- Sửa chữa hoặc thay thế nếu bầu trợ lực phanh hư hỏng quá nặng
Hình 3.5. Bàn đạp phanh ô tô bị bó cứng
3.3.6. Bó phanh
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Hỏng xylanh chính
- Má phanh mòn quá mức, kéo theo đó thì đĩa phanh cũng bị mòn theo làm cho đĩa phanh mỏng quá mức quy định. Việc này khiến cho piston bị đẩy quá giới hạn và không thu lại được
- Suốt (chốt kẹp phanh) lâu không được bôi dầu mỡ khiến chúng bị mài mòn, gỉ sét, khi phanh xe, suốt bị kẹt không thể quay về vị trí ban đầu
- Van chân không bị cong, vênh
- Gioăng cao su bị rách
- Khi đi trời mưa, má phanh bị dính nước khiến chúng ép chặt vào đĩa phanh (trống phanh) tạo ra tình trạng hút chân không
Hình 3.6. Đĩa phanh bị mài mòn
vCách sửa chữa
- Kiểm tra và điều chỉnh lại xylanh chính
- Kiểm tra cơ cấu phanh, thay má phanh hoặc trong trường hợp đĩa phanh bị mài mòn, hư hỏng cần thay thế kịp thời
- Kiểm tra van chân không và thanh đẩy của hệ thống phanh, thanh đẩy không thể điều chỉnh được cũng khiến phanh bị bó cứng
- Nếu không may bị bó phanh có thể cài số lùi sau đó chuyển về số tiến cho đến lúc phanh tự nhả
- Khi vừa rửa xe hoặc đi ngoài trời mưa, đi qua vũng nước lớn nên rà nhẹ phanh để làm nóng cơ cấu phanh, tránh nước lọt vào bên trong
3.3.7. Khi phanh xe bị lệch sang 1 bên
- Khi người lái đạp phanh xe vẫn giảm tốc nhưng lại có hiện tượng hơi lệch sang bên trái hoặc bên phải
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Độ ăn của phanh ở các bánh không đều nhau, má phanh dính dầu
- Áp suất lốp và độ mòn các bánh không đều
- Khe hở má phanh và tang trống không đúng chuẩn
- Bộ điều hòa lực phanh hỏng
- Piston, xylanh bánh xe (guốc phanh) kẹt về 1 bên bánh
vCách sửa chữa
- Kiểm tra lại xylanh phanh tại bánh xe có bị kẹt không
- Điều chỉnh lại độ cao guốc phanh
3.3.8. Bàn đạp phanh nặng và cứng, khi phanh xe bị rung giật
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Bàn đạp phanh cong, mòn chốt
- Bộ trợ lực phanh hỏng
- Lò xo hồi vị hư hỏng
- Đĩa phanh (trống phanh) mòn không đều hoặc bị hở, cong vênh
- Khe hở giữa thanh đẩy và xylanh điều chỉnh lớn
vCách sửa chữa
- Kiểm tra lại má phanh và bộ trợ lực phanh, thay thế má phanh, nếu bộ trợ lực phanh hư hỏng nặng không thể khắc phục thì có thể chọn phương án thay thế
- Xả air nếu có không khí lọt vào trong hệ thống
- Kiểm tra lại đường ống chân không của bầu trợ lực phanh
Hình 3.7. Bầu trợ lực chân không hỏng
3.3.9. Xe bị mất áp suất dầu phanh
vNguyên nhân và dấu hiệu nhận biết
- Cuppen, piston xylanh hỏng
- Các đường ống dầu bị nứt khiến không khí lọt vào trong đường ống
- Phớt cao su rách
Hình 3.8. Đèn báo xe gặp lỗi mất ấp suất dầu phanh
vCách sửa chữa
- Đến các trung tâm bảo dưỡng kiểm tra và thay thế các chi tiết bị hỏng
- Nếu đang di chuyển xe thì không nên tắt máy xe vì lúc đó bộ trợ lực lái không hoạt động không thể đánh lái khiến xe dễ bị lật
3.2. Cách tháo lắp và sửa chữa
3.2.1. Tháo lắp cụm phanh đĩa
- Bước 1: Tháo bánh xe bằng súng, sử dụng khẩu 21 (22)
- Bước 2: sử dụng hai cờ lê 17, một cái dùng để giữ chốt trượt xylanh của phanh và cái còn lại dùng để tháo 2 bulông cụm xylanh phanh
Hình 3.9. Tháo cụm xylanh phanh đĩa
- Bước 3: từ giá đỡ của phanh tháo 2 má phanh ra khỏi cơ cấu phanh
Hình 3.10. Tháo hai má phanh trước
- Bước 4: Tháo miếng chắn của má phanh trước
Hình 3.11. Tháo miếng ốp má phanh
- Bước 5: Tháo tấm giữ má phanh từ giá đỡ cụm phanh trước
+ Tháo 2 tấm giữ má phanh từ giá đỡ cụm phanh ra nhưng ta cần chú ý về hướng lắp của chúng vì mỗi tấm lại có hình dạng khác nhau
Hình 3.12. Tháo tấm giữ má phanh từ giá đỡ
- Bước 6: Tháo 2 suốt (chốt trượt xylanh) ra từ giá đỡ
Hình 3.13. Tháo suốt ra khỏi cơ cấu phanh trước
- Bước 7: Tháo miếng cao su chắn bụi ra khỏi giá đỡ
Hình 3.14. Tháo cao su chắn bụi
- Bước 8: Tháo giá đỡ ra khỏi cơ cấu phanh
Hình 3.15. Tháo giá đỡ ra khỏi cơ cấu phanh trước
3.2.2. Quy trình tháo lắp hệ thống phanh
- Ở đây ta chỉ xét quy trình tháo lắp cho hệ thống phanh dầu, vì điều kiện làm việc của các chi tiết trong hệ thống phanh luôn phải chịu áp lực lớn cùng với sự mài mòn cao nên các chi tiết dễ bị hư hỏng. Chính vì lẽ đó nên người lái xe phải thường xuyên theo dõi tình trạng của xe để kịp thời bảo dưỡng sửa chữa giúp nâng cao hiệu quả hệ thống phanh
a, Quy trình tháo hệ thống phanh
- Chuẩn bị: sử dụng kích cá sấu nâng xe lên, lấy mễ kê để kê bánh xe
- Chuẩn bị các dụng cụ chuyên dùng như cờ-lê, thùng đựng dầu, tua-vít, kìm,…
- Xả hết dầu trong hệ thống phanh (có thể dùng máy hút dầu)
Bảng 3.1 Quy trình tháo hệ thống phanh
|
Quy trình |
Hình ảnh |
|
Tháo giắc cắm điện nối với nắp bình đựng dầu |
|
|
Tháo đường ống chân không nối với trơ lực phanh |
|
|
Tháo đường ống từ xylanh chính nối với xylanh con (thường sử dụng loại cờ-lê 12, 14) |
|
|
Tháo bàn đạp phanh |
|
|
Tháo xylanh chính (dùng tay nối dài, tay lắc, khẩu 12) |
|
|
Gỡ bộ trợ lực phanh ra |
b, Quy trình lắp hệ thống phanh
Bảng 3.2. Quy trình lắp hệ thống phanh
|
Quy trình |
Hình ảnh |
|
Lắp lại bánh xe và siết các đai ốc theo thứ tự đối xứng với nhau |
|
|
Lắp lại bộ trợ lực chân không, lắp lại các đai ốc và cân lực |
|
|
Lắp lại xylanh chính vào bầu trợ lực (sử dụng tay nối dài, tay lắc, khẩu 12) |
|
|
Lắp lại bàn đạp phanh (lắp bàn đạp nối với thanh đẩy, lắp chốt hãm của thanh đẩy, cuối cùng dùng kìm mỏ nhọn lắp phanh hãm bàn đạp) |
|
|
Lắp đường ống dầu phanh nối xylanh chính với các xylanh con (cờ-lê 12, 14) |
|
|
Nối lại đường ống chân không với bầu trợ lực |
|
|
Nối lại giắc cắm điện nối với bình đựng dầu |
|
c, Quy trình bảo dưỡng
Bảng 3.3. Quy trình bảo dưỡng hệ thống phanh
|
Tên các bước |
Hình vẽ |
Yêu cầu |
|||||||||
|
Kiểm tra mức dầu phanh |
Đảm bảo mức dầu nằm trong khoảng Max-Min, nếu thiếu thì bổ sung thêm |
||||||||||
|
Kiêm tra hành trình bàn đạp - Kiểm tra chiều cao bàn đạp phanh - Tháo công tắc đèn phanh - Nới lỏng đai ốc hãm chặt của cần đẩy - Điều chỉnh chiều cao bàn đạp phanh - Xiết lại đai ốc hãm chặt - Tắt máy - Đạp phanh một vài lần - Đạp phanh cho đến khi có lực cản
|
|
- - Chiều cao của bàn đạp phanh đươc tính từ sàn xe lên tới tâm của bàn đạp phanh là 150÷160(mm), cần điều chỉnh nếu độ cao không đạt tiêu chuẩn - - Hành trình bàn đạp được tính từ vị trí bàn đạp cho tới vị trí có lực cản là 1÷6(mm), nếu như khoảng cách không đạt tiêu chuẩn thì cần phải điều chỉnh lại |
|||||||||
|
Kiểm tra bộ trợ lực chân không - Tắt khóa điện - Đạp phanh vài lần - Đạp bàn đạp phanh cho tới khi thấy lực cản - Giữ bàn đạp phanh - Nổ máy và kiểm tra sự thay đổi lực từ bàn đạp |
- Hành trình bàn đạp phải không được thay đổi khi tắt khóa điện - Nếu không thỏa mãn điều kiện thì cần thay thế van không khí |
||||||||||
|
Kiểm tra khe hở trong xylanh chính - Đạp phanh vài lần - Đạp và giữ phanh trong khoảng 30 giây Kiểm tra chi tiết - Cuppen xylanh phanh - Lò xo hồi vị - Kiểm tra bề mặt xylanh phanh |
|
- Đảm bảo hành trình bàn đạp phanh không đổi, nếu thay đổi thì cần tháo ra kiểm tra cuppen hoặc xylanh phanh - Đảm bảo cuppen không bị rách, nứt - Lò xo hồi vị không bị gãy, mất tính đàn hồi - Bên trong xylanh không bị nứt, xước, méo mó |
|||||||||
|
Kiểm tra cơ cấu phanh - Tháo bánh xe - Tháo calip phanh đĩa - Kiểm tra độ dày má phanh và đĩa phanh Kiểm tra cụm piston xylanh công tác - Kiểm tra vòng cao su chắn bụi, vòng làm kín - Kiểm tra bề mặt xylanh phanh |
- Độ dày của má phanh mới là 10 (mm) - Độ dày đĩa phanh trước nằm trong khoảng 23÷25(mm), nếu không đạt yêu cầu thì cần thay thế mới - Độ đảo đĩa phanh trước theo tiêu chuẩn là 0,05(mm), nếu không đạt tiêu chuẩn cần thay thế mới - Độ dày đĩa phanh sau nằm trong khoảng 15÷16(mm), nếu không đạt tiêu chuẩn thì cần thay thế mới - Cần đảm bảo vành chắn bụi không rách, nứt vỡ. Xylanh phanh không bị nứt vỡ, xước |
||||||||||
|
Kiểm tra ECU điều khiển ABS - Kết nối xe với máy chẩn đoán OBD qua chân DLC3 - Bật máy chẩn đoán và kiểm tra lỗi |
|
- Dựa vào các mã lỗi để sửa các bộ phận hư hỏng |
|||||||||
|
Kiểm tra cảm biến tốc độ trước - Kiểm tra kết nối + Ngắt kết nối vớ cảm biến + Bật khóa điện và đo điện áp - Kiểm tra cảm biến: ngắt kết nối và dùng các dụng cụ chuyên dùng để đo các cực của cảm biến |
Sử dụng dụng cụ chuyên dùng SST
|
||||||||||
|
Kiểm tra cảm biến tốc độ sau - Kiểm tra kết nối + Ngắt kết nối với cảm biến + Bật khóa điện và đo điện áp - Kiểm tra cảm biến: ngắt kết nối và dùng dụng cụ chuyên dùng để đo các cực của cảm biến |
Sử dụng dụng cụ chuyên dùng SST
|
||||||||||
|
Quy trình lắp ngược lại với quy trình tháo |
|||||||||||
|
Thử nghiệm phanh: - Nên chọn đoạn đường đủ dài, thời tiết tốt, không có chướng ngại vật - Tại 1/3 quãng đường cắm cọc chỉ thị thời điểm đạp phanh - Điều khiển xe với 1 tốc độ ổn định, khi tới vị trí cắm cọc chỉ thị thì ngắt bàn đạp ly hợp và đạp phanh - Đo khoảng cách từ vị trí cắm cọc đến vị trí dừng xe và so sánh với các chỉ tiêu đánh giá của hãng |
|||||||||||
3.2.3. Quy trình tháo lắp xylanh chính
a, Quy trình tháo xylanh tổng phanh
- Chuẩn bị: vệ sinh xylanh chính trước khi bắt đầu tháo dỡ
- Chuẩn bị các dụng cụ chuyên dùng như: tua-vít, kìm, cờ-lê,…
Hình 3.16. Cấu tạo của xylanh chính hệ thống phanh ô
1, Nắp bình 4, Piston số 2 7, Piston số 1
2, Thân bình 5, Cuppen 8, Lò xo hồi vị piston số 1
3, Xylanh chính 6, Lò xo hồi vị piston số 2 9, Đĩa lò xo
10, Đai ốc hãm lò xo
- Bước 1: Kẹp chặt xylanh chính bằng cách kẹp vào hai bên tai của xylanh chính
- Bước 2: Tháo nắp chụp xylanh
- Bước 3: Tháo 2 piston ra ( khi tháo ra cần để riêng tránh gây nhầm lẫn)
- Bước 4: Tháo cuppen, tháo đai ốc giữ lò xo sau đó tháo lò xo hồi vị
Sau khi tháo rời các chi tiế của xylanh tổng phanh, ta cần vệ sinh sạch sẽ các chi tiết sau đó kiểm tra và sửa chữa các hư hỏng có trên xylanh tổng phanh
b, Quy trình lắp xylanh tổng phanh
- Quy trình lắp ngược lại với quy trình lắp
- Sau khi lắp lại xong ta nên kiểm tra lại xem piston và xylanh có hoạt động trơn chu hay chưa
KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu, thu thập tài liệu, cùng với đó là sứ hướng dẫn tận tình của Th.s Đặng Ngọc Duyên và các thầy cô giáo trong Bộ môn ô tô khoa Cơ khí Trường Đại học Thủy Lợi, đến nay em đã hoàn thành các nội dung sau của đồ an tốt nghiệp
- Tìm hiểu hệ thống phanh trên ô tô
- Giới thiệu về Mazda CX-5
- Tính toán thiết kế hệ thống phanh trước trên Mazda CX-5 2021
- Kiểm bền và tính toán nhiệt đĩa phanh
- Lập nội dung quy trình tháo lắp, bảo dưỡng sửa chữa các bộ phận trong hệ thống phanh
Đồ án không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận đươc góp ý của thầy cô và các bạn
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
|
[1] |
Nguyễn Trọng Hoan, Thiết kế tính toán Ô tô, 2021. |
|
[2] |
Đặng Quý, Tính toán thiết kế Ô tô, 2001. |
|
[3] |
Nguyễn Ngọc Linh (Chủ biên); Vũ Đức Lập, Kiều Đức Thịnh; Phạm Vũ Nam, Nguyễn Văn Kựu và Dương Thị Hiện, Giáo trình thiết kế các hệ thống trên Ô tô: tập 1. Thiết kế hệ thống truyền động trên Ô tô, http://tailieuso.tlu.edu.vn/handle/DHTL/13001, 2023. |
|
[4] |
Nguyễn Đức Ngọc (Chủ biên); Bùi Đức Tiến và Đặng Ngọc Duyên; Nguyễn Tuấn Anh, Giáo trình cấu tạo Ô tô - Tập 2, http://tailieuso.tlu.edu.vn/handle/DHTL/12980, 2023. |
