Khảo sát hệ thống phanh xe du lịch
NỘI DUNG ĐỒ ÁN
Khảo sát hệ thống phanh xe du lịch, động học hệ thống phanh xe du lịch, kết cấu hệ thống phanh xe du lịch, nguyên lý hệ thống phanh xe du lịch, cấu tạo hệ thống phanh xe du lịch , quy trình sản xuất phanh xe du lịch ,
Nếu kết cấu và tính toán ôtô được xem là một trong những môn học chuyên nghành cơ bản quan trọng đối với những sinh viên chuyên nghành động lực vì nó cung cấp hầu như tất cả các kiến thức liên quan đến ôtô một cách tổng quát và đồng thời cũng có tính chất chuyên sâu thì có thể nói đồ án kết cấu và tính toán ôtô như một bài toán giúp cho sinh viên và những người nghiên cứu ôtô vận dụng những kiến thức lý thuyết đã học để thiết kế một hệ thống cụ thể của ôtô. Những vấn đề mắc phải khi tính toán thiết kế nhằm có được hệ thống hoàn thiện sẽ giúp cho sinh viên hiểu và linh hoạt hơn trong việc vận dụng những nguyên tắc, công thức. Nhờ vậy giúp cho người kỹ sư khi gặp những hệ thống có kết cấu đa dạng sau này có thể hiểu, lý giải mà không quá bở ngở.
Với việc nhận thức được tầm quan trọng của đồ án như trên bản thân em đã cố gắng hết sức trong việc đọc hiểu lý thuyết đồng thời tìm tài liệu có liên quan đến đề tài thiết kế trong những giáo trình khác để hoàn thành đồ án một cách tốt nhất. Tuy nhiên vì kiến thức còn nhiều hạn chế đồng thời tài liệu cũng không thật sự đầy đủ nên chắc chắn trong quá trình tiến hành không tránh khỏi những sai sót nhất định.
Sau cùng xin chân thành cảm ơn thầy Trần Văn Tụy cùng các thầy trong bộ môn đã hướng dẫn giúp đở nhiệt tình em khi làm đồ án này.
.....................................
Mục Lục
Trang
1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU HỆ THỐNG PHANH 4
1.1 CÔNG DỤNG 4
1.2 YÊU CẦU 4
1.3 PHÂN LOẠI 7
2.TÍNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH 6
2.1. XÁC ĐỊNH TOẠ ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO CHIỀU DỌC 6
2.2. XÁC ĐỊNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU
PHANH. 8
3. CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH VÀ LOẠI CƠ CẤU PHANH 11
3.1. CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH 11
3.2. CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH 12
3.3. CHỌN SƠ ĐỒ PHÂN DÒNG CHÍNH CỦA DẪN ĐỘNG PHANH 14
4. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH 15
4.1. BÁN KÍNH BỀ MẶT MA SÁT CỦA TRỐNG PHANH 15
4.2. CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC s, h , a1, a2 ... 15
5. XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN THIẾT 16
5.1 LỰC ÉP CƠ CẤU PHANH CẦU TRƯỚC 19
5.2. LỰC ÉP CƠ CẤU PHANH CẦU SAU 19
6. TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH 20
6.1. TÍNH TOÁN BỀ RỘNG MÁ PHANH THEO ĐIỀU KIỆN ÁP SUẤT 20
6.2. KIỂM TRA BỀ RỘNG MÁ THÔNG QUA TẢI TRỌNG RIÊNG
QUY ƯỚC 21
7. KIỂM TRA ĐIỀU KIỆN TỰ SIẾT 22
8. TÍNH TOÁN NHIỆT VÀ MÀI MÒN 22
8.1.TÍNH TOÁN MÀI MÒN 22
8.2. TÍNH TOÁN NHIỆT 24
9.TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH 27
9.1 SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN 27
9.2. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XI LANH BÁNH XE 27
9.3. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XI LANH CHÍNH 28
9.4. TÍNH HÀNH TRÌNH TOÀN BỘ BÀN ĐẠP 29
10. CHỌN LOẠI VÀ TÍNH TOÁN TRỢ LỰC 31
10.1. CHỌN LOẠITRỢ LỰC 31
10.2. SƠ ĐỒ TRỢ LỰC 32
10.3. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TRỢ LỰC 32
10.4. TÍNH LẠI HÀNH TRÌNH BÀN ĐẠP 34
Tài liệu tham khảo 35
..................................
1. chọn loại và sơ đồ hệ thống phanh
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô máy kéo đến một giá trị cần thiết nào đó hoặc dừng hẳn. Hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên trên đường nằm ngang hoặc trên dốc nghiêng trong thời gian không hạn chế. Ngoài ra, hệ thống phanh còn phối hợp với ly hợp chuyển hướng làm nhiệm vụ quay vòng máy xích.
Hệ thống phanh là một cụm có vai trò rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực và năng suất vận chuyển của ôtô máy kéo.
1.1. Chọn loại dẫn động:
Hiện nay trên ôtô máy kéo thường dùng hai loại dẫn động phanh chính là: dẫn động phanh thuỷ lực và dẫn động phanh khí nén còn dẫn động phanh cơ khí và dẫn động phanh điện từ ít dùng vì:
-Dẫn động phanh cơ khí chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu suất dẫn động của phanh cơ khí thấp, không đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.
-Dẫn động phanh điện từ thường dùng cho xe dài kéo rơmóoc vì chiều dài của xe lớn, khó bố trí đường ống cho dẫn động phanh khí nén và thuỷ lực.
Đối với ôtô hiện nay làm việc với vận tốc lớn cần phải tính ổn định khi phanh, vì vậy yêu cầu đối với hệ thống phanh là:
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hoá.
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô khi phanh.
-Có khả năng giữ cho xe đứng yên trên dốc, đường nằm ngang trong thời gian không hạn chế.
-Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng.
-Có khả năng thoát nhiệt tốt.
-Điều khiển thuận tiện và nhẹ nhàng, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ.
- Kết cấu gọn nhẹ, lắp đặt sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng.
- Giá thành hạ.
- Không có hiện tượng tự phanh khi xe chuyển động thẳng và khi xe quay vòng.
Tuy nhiên với mỗi loại xe có một dẫn động phanh riêng, đối với dẫn động khí nén thường dùng trên xe cỡ lớn và cỡ vừa hoặc đoàn xe kéo moóc.
* Dẫn động phanh khí nén có những ưu nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
+ điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.
+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thuỷ lực vì nếu trong hệ thống có một chỗ rò rỉ nhỏ thì hệ thống vẫn có thể tiếp tục làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm.
+ Dễ phối hợp với cơ cấu dẫn động khí nén khác trên ôtô.
+Dễ cơ khí hoá, tự động hoá trong quá trình điều khiển.
- nhược điểm:
+ Độ nhậy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn hơn dẫn động phanh thuỷ lực vì khi đạp phanh khí nén đi từ tổng van phân phối mới đến bầu phanh rồi mới tác động lên cơ cấu phanh còn dẫn động phanh thuỷ lực thì khi đạp phanh áp suất dầu tác động trực tiếp lên xi lanh bánh xe.
+ Do bị hạn chế bởi điều kiện rò rĩ áp suất làm rò rỉ nên áp suất khí nén thấp hơn áp suất của chất lỏng trong dẫn động thuỷ lực tới 10...15 lần, nên kích thước và khối lượng của dẫn động phanh khí nén lớn.
+ Số lượng các cụm chi tiết nhiều.
+ Kết cấu phức tạp hơn, giá thành cao hơn.
Do đó dẫn động phanh khí nén không phù hợp với loại xe du lịch nên ta không chọn.
* Dẫn động thuỷ lực có ưu nhược điểm sau:
- Ưu điểm là:
+ Độ nhậy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ từ 0,2... 0,4(s).
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát trống phanh.
+ Hiệu suất cao (h = 0,8.. 0,9)
+ Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ.
+ Dễ lắp ghép và thay thế.
+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
- Nhược điểm là:
+ Yêu cầu độ kín khít cao vì khi có một chỗ nào đó bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động phanh không làm việc được.
+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ trợ lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp hơn.
+ Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị rung động và mô men phanh không ổn định.
+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp.
Qua việc phân tích trên ta thấy dẫn động phanh thuỷ lực là phù hợp với xe thiết kế (xe du lịch) vì:
Momen phanh ở các bánh xe bé nên lực đạp bàn đạp bé.
Xe du lịch cần phải có kích thước nhỏ gọn, vì vậy khó bố trí các bầu chứa khí và các van trong dẫn động như tổng van phân phối, van hạn chế áp suất...
Xe du lịch cần có tốc độ cao nên công suất động cơ phải lớn mà ta dùng dẫn động phanh khí nén phải có máy nén khí nên công suất giảm, không phù hợp. Vì vậy ta chọn dẫn động phanh thuỷ lực cho xe thiết kế.
1.2.Chọn cơ cấu phanh
Đối với dẫn động phanh thuỷ lực thường sử dụng cơ cấu phanh loại đĩa hoặc trống guốc.
Phanh đĩa có ưu điểm so với loại trống guốc là :
+Ap suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và ít phải điều chỉnh.
+ Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở
+ Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05¸0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động.
+ Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởiđiều kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe.
+ Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn.
+ Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay.
Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là :
+ Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín
+ Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hoá, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh
+ Ap suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước
Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng.
1.2.1.Chọn cơ cấu phanh cho bánh trước
Cơ cấu phanh bánh trước của ôtô du lịch cần đạt hiệu quả phanh cao, thời gian chậm tác dụng bé và cần có độ nhạy lớn do đó để đảm bảo tính ổn định của xe khi phanh nhất là ôtô du lịch có tốc độ cao. Để đảm bảo được yêu cầu đó ta thấy cơ cấu phanh đĩa có những ưu điểm là phù hợp với yêu cầu nên ta chọn cơ cấu phanh loại đĩa cho cầu trước.
1.2.2. Chọn cơ cấu phanh cho bánh sau
Cơ cấu phanh sau của ôtô du lịch cần phải có tính thuận nghịch khi xe chuyển động lùi, do đó có cơ cấu phanh sau phải thuận nghịch để đảm bảo yêu cầu khi phanh, mặt khác đối với ôtô du lịch chuyển động với tốc độ lớn momen phanh bánh sau cần sinh ra phải nhỏ hơn momen bánh trước vì khi phanh lực quán của ôtô tính hướng theo chiều chuyển động mà momen bánh sau lớn hơn momen phanh bánh trước thì xe dễ bị trượt lê, gây mất ổn định cho xe khi phanh. Do đó ta chọn cơ cấu phanh bánh sau loại trống guốc, guốc phanh một bậc tự do.
1. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU HỆ THỐNG PHANH.
1.1 CÔNG DỤNG.
Trên ôtô phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở mọi chế độ nhờ đó mới phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ ôtô cũng như là năng suất vận chuyển của xe. Hệ thống phanh được dùng để:
+ Giảm tốc độ của ôtô đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.
+ Giữ ôtô đứng yên trên đường dốc với thời gian không hạn chế.
1.2 YÊU CẦU.
Nói chung hệ thống phanh là một hệ thống an toàn của xe nên để đảm nhận được vai trò này khi thiết kế cũng như khi làm việc hệ thống phanh cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Làm việc bền vững, tin cậy. Để đạt được điều này hệ thống phanh của ôtô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh đó là: Phanh làm việc (phanh chính), phanh dự trữ và phanh dừng, ngoài ra đối với các ôtô có tải trọng lớn hoặc ôtô hay làm việc ở các vùng đồi núi thường xuyên phải xuống dốc dài còn có loại phanh chậm dần dùng để phanh liên tục, giữ cho tốc độ ôtô máy kéo không vượt quá tốc độ cho phép hoặc để giảm dần tốc độ của ôtô nhằm tránh cho hệ thống phanh chính làm việc quá nhiều gây mòn nhanh má phanh và sinh ra nhiệt độ cao.
Các loại phanh trên có thể có cùng các bộ phận chung và kiêm nhiệm nhiệm vụ của nhau nhưng để đảm bảo an toàn chúng phải có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập, ngoài ra để tăng thêm độ tin cậy hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu có một dòng nào hỏng thì các dòng còn lại vẫn có thể làm việc bình thường.
+ Trong trường hợp nguy hiểm phanh đột ngột yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu quả cao, vì lúc này giảm tốc độ xe là yêu cầu quan trọng nhất. Trong những trường hợp khác phanh phải êm dịu để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách cũng như hàng hoá, bởi vì khi phanh đột ngột rất nguy hiểm vì lúc đó quán tính xe quá lớn có thể gây bị thương cho hành khách, hư hỏng hàng hoá cũng như mất tính ổn định và điều khiển xe.
Để phanh được êm dịu và để người lái cảm giác điều khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở các bánh xe, chính vì điều này trong các loại dẫn động thuỷ lực có trợ lực hay dẫn động khí nén đều có cơ cấu tỷ lệ đảm bảo quan hệ này. Đồng thời để đạt được yêu cầu trên phải không được có hiện tượng tự xiết khi phanh.
+ Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
+ Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh. Muốn vậy cần phải phân bố lực phanh ra các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải đảm bảo một số yêu cầu chính như sau:
- Không có hiện tượng khoá cứng hay trượt các bánh xe khi phanh vì: Các bánh xe nếu các bánh trước bị trượt sẽ làm cho ôtô bị trượt ngang còn các bánh xe sau bị trượt có thể làm cho ôtô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe. Ngoài ra khi các bánh xe bị trượt còn gây ra mòn lốp, giảm hiệu quả phanh.
- Lực phanh trên các bánh xe phải và trái trên cùng một cầu phải không được sai lệch quá phạm vi cho phép.
+ Không có hiện tượng tự phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng.
+ Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh phải cao để cơ cấu phanh được nhỏ gọn đồng thời phải ổn định trong mọi điều kiện sử dụng để hiệu quả phanh được đảm bảo.
+ Toàn bộ động năng của ôtô khi phanh sẽ biến thành nhiệt năng do đó hệ thống phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt.
+ Để giảm lao động cho người lái lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển phải nhỏ, đồng thời để điều khiển được thuận tiện hành trình tương ứng của bàn đạp phải nằm trong một phạm vi cho phép.
1.3 PHÂN LOẠI.
+ Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh có loại phanh bánh xe và phanh truyền lực.
+ Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh được chia ra: Phanh quốc, phanh dãi và phanh đĩa.
+ Theo loại dẫn động, phanh chia ra: phanh cơ khí, phanh thuỷ lực, phanh khí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại phanh khác nhau).
2. TÍNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CƠ CẤU PHANH.
2.1. XÁC ĐỊNH TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM CỦA XE THEO CHIỀU DỌC.
Hình 2.1. Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô đứng yên trên đường ngang.
Để xác định được toạ độ trọng tâm của ôtô theo chiều dọc ta khảo sát các lực tác dụng lên ôtô khi nó đứng yên trên đường ngang (hình 2.1).
Các lực tác dụng lên ôtô trong trường hợp này bao gồm:
+ Ga: Trọng lượng toàn bộ của ôtô.
+ Z1: Hợp lực các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe trước.
+ Z2: Hợp lực các phản lực thẳng góc từ đường tác dụng lên bánh xe sau.
+ L : Chiều dài cơ sở của xe.
+ Hg: Toạ độ trọng tâm xe theo chiều cao.
+ a, b: Khoảng cách trọng tâm của xe đến trục bánh xe trước và sau.
Từ sơ đồ phân tích lực như hình 2.1, viết phương trình cân bằng lực theo phương thẳng góc với mặt đường và phương trình cân bằng momen đối với điểm O1 ta được:
Z1 + Z2 = Ga (2.1)
Ga.a - Z2.L = 0 (2.2)
Từ hai phương trình (2.1) và (2.2) suy ra:
(2.3)
Mặt khác các phản lực Z1, Z2 cũng bằng chính phần trọng lượng toàn bộ phân phối lên cầu trước, cầu sau (do xe đứng trên mặt đường ngang) do vậy Z1 = 8550 N,
Z2 = 19950 N.
Thay các giá trị Z1, Z2, Ga vào các công thức (2.3) ta tính được:
2.2. XÁC ĐỊNH MOMEN PHANH CẦN SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH.
Hình 2.2. Sơ đồ các lực tác dụng lên ôtô khi phanh.
Khi phanh sẽ có các lực sau tác dụng lên ôtô:
+ Ga: Trọng lượng toàn bộ của ôtô đặt tại trọng tâm.
+ Pf1: Lực cản lăn ở bánh xe trước.
+ Pf2: Lực cản lăn ở bánh xe sau.
+ Z1, Z2: Phản lực thẳng góc tác dụng lên các bánh xe ở cầu trước và sau.
+ Ppt , Pps: Lực phanh ở các bánh xe cầu trước và sau, các lực này đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ôtô.
+ Pw: Lực cản không khí.
+ Pj: Lực quán tính sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, đặt tại trọng tâm và cùng chiều chuyển động với ôtô.
Trên sơ đồ trên a, b, hg : là toạ độ trọng tâm của ôtô, L là chiều dài cơ sơ của xe.
Khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh nên lực cản không khí cũng giảm rất nhanh, mặt khác các thành phần lực cản lăn cũng rất nhỏ so với các lực Pp1 và Pp2, do vậy có thể bỏ qua các thành phần lực Pw, Pf1 và Pf2 này.
Thành phần lực quán tính được xác định theo biểu thức sau:
Ở đây :
- jp: Gia tốc chậm dần khi phanh.
- g: Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2).
.....................................
Momen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức là sử dụng hết trọng lượng bám để tạo ra lực phanh. Muốn đảm bảo điều kiện đó, lực phanh sinh ra cần tỷ lệ thuận với các phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. Ap dụng điều kiện trên ta tính được:
+ Lực phanh cần sinh ra ở cầu trước là: Pp1 = j.Z1.
+ Lực phanh cần sinh ra ở cầu sau là: Pp1 = j.Z2. Trong đó j là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Khi tính toán để cho cơ cấu phanh có khả năng sinh ra một momen cực đại luôn luôn lớn hơn hoặc tối thiểu bằng momen xác định theo điều kiện bám, ta lấy giá trị tối đa. Tuy nhiên khi chọn j lớn do vậy momen cần sinh ra phải lớn và vì thế cơ cấu phanh phải có kích thước lớn hơn để đảm bảo sinh ra momen này, đối với ôtô du lịch(Dẫn động phanh có trợ lực ). Tham khảo [1] đối với ôtô Dulịch , ta chọn .
Vì mỗi cầu có hai cơ cấu phanh ở hai bên nên lực phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trước và cầu sau là:
Ppt’ = ; Ppt ‘= . (2.8)
Viết phương trình cân bằng lực đối với phương song song với mặt đường ta được:
Pj = Ppt + Pps = Pp = j.Ga. (2.9)
Thay (2.8) vào (2.5) và (2.7) và biến đổi ta được:
Z1= (2.10)
Z2 = (2.11)
Thay các giá trị a, b, hg, Ga, L vào công thức (2.10) và (2.11) ta tính được:
= 14924,5 N.
= 13575,5 N.
Đã có Z1, Z2 thay vào các công thức (2.8) ta tính được:
Ppt’ = N
Pps’ = N
Momen cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trước:
Mpt= Ppt’.rbx = 4552.0,35 = 1593,2 N.m
Momen cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau :
Mps= Pps’.rbx = 4140,5.0,35 = 1449,175 N.m
3. CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH VÀ LOẠI CƠ CẤU PHANH.
3.1. CHỌN LOẠI DẪN ĐỘNG PHANH
Trên ôtô - máy kéo có thể gặp các loại dẫn động phanh sau: cơ khí, thủy lực, điện và khí nén. Trong các loại dẫn động trên thì dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu quả phanh thấp và khó phanh đồng thời các bánh xe bởi vì không thể nào đảm bảo chế tạo chính xác các nhánh dẫn động đồng thời sau một thời gian làm việc các khâu khớp mòn không giống nhau, bởi thế thời gian để khắc phục các khe hở này cũng sẽ khác nhau. Trên các đoàn xe kéo moóc ta có thể gặp loại dẫn động điện vì đoàn xe khá dài nên phải dùng dẫn động điện để thời gian dẫn động thấp mới phanh được đồng thời các bánh xe. Loại dẫn động thuỷ lực mặc dù có nhiều ưu điểm như:
+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong các đường ống chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào các trống phanh mà không phụ thuộc vào đường kính xylanh làm việc và khe hở giữa má phanh và trống phanh.
+ Hiệu suất cao: .
+ Kết cấu đơn giản, kích thước khối lượng và giá thành nhỏ .
+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Tuy vậy nó cũng có nhiều nhược điểm như: Yêu cầu độ kín khít cao, hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp, sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị rung động và momen phanh không ổn định ngoài ra nó còn một nhược điểm cơ bản là lực tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường phải sử dụng các bộ trợ lực, kết cấu dẫn động khi đó trở nên phức tạp hơn vì thế đối với các ôtô - máy kéo cở trung bình và lớn cũng như trên các đoàn xe kéo moóc momen phanh yêu cầu lớn cần phải dùng loại dẫn động khí nén để có lực điều khiển nhỏ, mặc dù kết cấu loại dẫn động này phức tạp hơn, kích thước lớn hơn và giá thành cao hơn, độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
Qua phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của loại dẫn động trên ta thấy đối với loại xe tải nhẹ (tải trọng chỉ có 2850kg) mà ta cần thiết kế ta không cần dùng loại dẫn động khí nén mà sẽ dùng loại dẫn động thuỷ lực.
3.2. CHỌN LOẠI CƠ CẤU PHANH.
Trong hệ thống phanh cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, vì thế kết cấu của nó bao giờ cũng có hai bộ phận chính là: các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Trong đó phần tử ma sát có thể có các dạng như: trống quốc, đĩa hay dãi. Loại dãi chỉ dùng trên máy kéo, còn loại đĩa thường chỉ dùng trên cơ cấu phanh ở cầu trước xe du lịch, loại trống quốc là phổ biến hơn cả. Với hệ thống phanh của xe tải cần thiết kế ta chọn cơ cấu phanh với phần tử ma sát là trống quốc và với dẫn động thuỷ lực đã chọn ở trên thì cơ cấu ép là xylanh lực.
Với cơ cấu phanh loại trống quốc có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh. Để đánh giá sơ sánh các sơ đồ khác nhau ngoài các chỉ tiêu chung người ta dùng 3 chỉ tiêu riêng đặc trưng cho cơ cấu phanh là: Tính thuận nghịch, tính cân bằng và hệ số hiệu quả, ta sẽ chọn sơ đồ kết nối dựa trên ba chỉ tiêu này.
Trên hình 3.1 là 3 sơ đồ kết nối thông dụng khi dùng với dẫn động thuỷ lực:
+ Trên hình 3.1a là cơ cấu phanh guốc ép bằng một xilanh thủy lực có tính thuận nghịch nhưng không cân bằng vì guốc trước (theo chiều tiến), có hiện tượng tự siết còn guốc sau thì tự tách. Hệ số hiệu quả thấp nhất.
+ Trên hình 3.1b là cơ cấu hoàn thiện nhất với cơ cấu ép là 2 xilanh thủy lực, guốc phanh có hai bậc tự do(loại bơi). Loại cơ cấu này vừa có tính thuận nghịch vừa có tính cân bằng, hiệu quả phanh cao: Khq = (1,6¸1,8) lần so với sơ đồ 3.1a trên cả hai chiều, tuy vậy kết cấu cũng phức tạp nhất nên ít sử dụng, để có kết cấu cơ cấu phanh đơn giản ta không dùng loại này.
+ Trên hình 3.1c là cơ cấu ép bằng hai xilanh thủy lực, guốc phanh có một bật tự do. Hiệu quả phanh theo chiều tiến sẽ cao hơn so với loại bình thường 3.1a tức không có tính thuận nghịch. Loại này thường sử dụng kết hợp với loại bình thường đặt ở cầu sau để nhận được quan hệ phân phối lực phanh ở cầu trước Ppt lớn hơn lực phanh ở cầu sau Pps trong khi nhiều chi tiết của cơ cấu phanh trước và sau cùng kích thước.
....................................
4. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH.
4.1. BÁN KÍNH BỀ MẶT MA SÁT CỦA TRỐNG PHANH.
Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh được chọn trên cơ sở kích thước lốp sao cho: giữa vành bánh xe và trống có một khe hở nhất địng không nhỏ hơn 20 - 30 mm. Khe hở này cần thiết cho không khí lưu thông làm mát trống phanh.
Đường kính trống phanh nằm trong khoảng:
dt = (0,8¸0,85).rbx = (0,8 ¸ 0,85. 350 = 280 ¸ 297,5 mm
Ta chọn dt = 290 mm.
Vậy bán kính trống phanh là: rt = rtt= rts= mm.
( Tham khảo thêm kích thước lốp của xe Uaz- 450 có Ga = 2650 kg [3], loại xe này dùng lốp có kích thước B - d = 8,4 - 15 inch tức đường kính trong d = 376,5 mm, như vậy nếu dùng tang trống có đường kính 290 mm và sơ bộ xem chiều dày trống phanh là 10 mm thì khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh là :
thoã mãn điều kiện khe hở cần có như trên.)
4.2. CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC s, h , a1, a2.
+ Các góc a1, a2: Từ kết quả tính toán ta thấy rằng momen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh cầu trước và sau không khác nhau mấy nên để đơn giản trong tính toán thiết kế đồng thời thuận tiện cho việc bảo dưởng sửa chữa sau này ta chọn các góc a1, a2 của má trước cầu trước và cầu sau bằng nhau, của má sau cầu trước và cầu sau cũng bằng nhau, cụ thể:
- Má trước:
Suy ra góc ôm của má trước
- Má sau :
Suy ra góc ôm của má sau
+ Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:
h = (0,8¸0,85). = (0,8¸0,85).290 = 232¸ 246,5 mmm ta chọn h = 232 mm
Một cách gần đúng xem h’ = h”, vậy h’ = h” = = 116 mm
+ Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm tì cố định của guốc phanh:
Ta chọn góc a0 = 100 khi đó S = mm » 118 mm.
Hình 4.1. Sơ đồ biểu diễn các góc, các kích thước của quốc phanh.
5. XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN THIẾT.
Để tính được lực dẫn động P cần có để tạo ra momen phanh theo yêu cầu ta xây dựng mối quan hệ giữa lực dẫn động với momen phanh tạo ra. Muốn vậy ta xét sự cân bằng của quốc phanh với các giả thuyết sau:
+ Ap suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh.
+ Qui luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép và có dạng tổng quát: q = qmax.Y(a). Trong đó Y(a) là hàm phân bố áp suất còn qmax là áp suất cực đại tác dụng trên má phanh.
+ Hệ số ma sát m giữa má phanh và trống phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh.
Hình 5.1. Sơ đồ tính toán quốc phanh.
Khi phanh một phần tử vô cùng bé da sẽ chịu một lực pháp tuyến: dN =q.b.rt.da và một lực ma sát: dFT = m.dN = m.q.b.rt.da .
Lực ma sát trên sẽ tạo ra một momen phanh :
dMp = dFT.rt = m.q.b.rt2.da = m.qmax.b.rt2. Y(a).da .
Momen của cả quốc phanh tạo ra sẽ là : Mp1,2 = m.qmax.b.rt2. . (5.1)
( chỉ số 1 trong công thức trên: quốc tự xiết, 2: quốc tự tách).
Sau khi xác định được qmax bằng cách viết phương trình cân bằng momen đối với điểm quay C của quốc ta xác định được công thức tính momen của mỗi quốc theo lực ép như sau:
+ Quốc tự xiết: Mp1 = . [1]
+ Quốc tự tách: Mp2 = . [1]
Momen tổng của hai quốc phanh sẽ là:
....................................
4. XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN CỦA CƠ CẤU PHANH.
4.1. BÁN KÍNH BỀ MẶT MA SÁT CỦA TRỐNG PHANH.
Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh được chọn trên cơ sở kích thước lốp sao cho: giữa vành bánh xe và trống có một khe hở nhất địng không nhỏ hơn 20 - 30 mm. Khe hở này cần thiết cho không khí lưu thông làm mát trống phanh.
Đường kính trống phanh nằm trong khoảng:
dt = (0,8¸0,85).rbx = (0,8 ¸ 0,85. 350 = 280 ¸ 297,5 mm
Ta chọn dt = 290 mm.
Vậy bán kính trống phanh là: rt = rtt= rts= mm.
( Tham khảo thêm kích thước lốp của xe Uaz- 450 có Ga = 2650 kg [3], loại xe này dùng lốp có kích thước B - d = 8,4 - 15 inch tức đường kính trong d = 376,5 mm, như vậy nếu dùng tang trống có đường kính 290 mm và sơ bộ xem chiều dày trống phanh là 10 mm thì khe hở giữa vành bánh xe và trống phanh là :
thoã mãn điều kiện khe hở cần có như trên.)
4.2. CHỌN CÁC KÍCH THƯỚC s, h , a1, a2.
+ Các góc a1, a2: Từ kết quả tính toán ta thấy rằng momen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh cầu trước và sau không khác nhau mấy nên để đơn giản trong tính toán thiết kế đồng thời thuận tiện cho việc bảo dưởng sửa chữa sau này ta chọn các góc a1, a2 của má trước cầu trước và cầu sau bằng nhau, của má sau cầu trước và cầu sau cũng bằng nhau, cụ thể:
- Má trước:
Suy ra góc ôm của má trước
- Má sau :
Suy ra góc ôm của má sau
+ Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:
h = (0,8¸0,85).= (0,8¸0,85).290 = 232¸ 246,5 mmm ta chọn h = 232 mm
Một cách gần đúng xem h’ = h”, vậy h’ = h” = = 116 mm
+ Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm tì cố định của guốc phanh:
Ta chọn góc a0 = 100 khi đó S = mm » 118 mm.
Hình 4.1. Sơ đồ biểu diễn các góc, các kích thước của quốc phanh.
5. XÁC ĐỊNH LỰC ÉP CẦN THIẾT.
Để tính được lực dẫn động P cần có để tạo ra momen phanh theo yêu cầu ta xây dựng mối quan hệ giữa lực dẫn động với momen phanh tạo ra. Muốn vậy ta xét sự cân bằng của quốc phanh với các giả thuyết sau:
+ Ap suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh.
+ Qui luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị lực ép và có dạng tổng quát: q = qmax.Y(a). Trong đó Y(a) là hàm phân bố áp suất còn qmax là áp suất cực đại tác dụng trên má phanh.
+ Hệ số ma sát m giữa má phanh và trống phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh.
Hình 5.1. Sơ đồ tính toán quốc phanh.
Khi phanh một phần tử vô cùng bé da sẽ chịu một lực pháp tuyến: dN =q.b.rt.da và một lực ma sát: dFT = m.dN = m.q.b.rt.da .
Lực ma sát trên sẽ tạo ra một momen phanh :
dMp = dFT.rt = m.q.b.rt2.da = m.qmax.b.rt2. Y(a).da .
Momen của cả quốc phanh tạo ra sẽ là : Mp1,2 = m.qmax.b.rt2. . (5.1)
( chỉ số 1 trong công thức trên: quốc tự xiết, 2: quốc tự tách).
Sau khi xác định được qmax bằng cách viết phương trình cân bằng momen đối với điểm quay C của quốc ta xác định được công thức tính momen của mỗi quốc theo lực ép như sau:
+ Quốc tự xiết: Mp1 = . [1]
+ Quốc tự tách: Mp2 = . [1]
Momen tổng của hai quốc phanh sẽ là:
..........................................
10.4. TÍNH LẠI HÀNH TRÌNH BÀN ĐẠP.
Khi dùng trợ lực, hành trình của bàn đạp sẽ tăng lên một lượng DStr = Dtr.ibd [1], ở đây Dtr là khe hở giữa cần đẩy và piston trợ lực. Tham khảo [1] Dtr = 1,2÷ 1,5 mm, ta chọn Dtr = 1,2 mm.
Vậy lượng hành trình tăng thêm khi dùng trợ lực là:
DStr = Dtr.ibd = 1,2.10,27 = 12,324 mm.
Như vậy hành trình tổng cộng của bàn đạp lúc này sẽ là:
Sbd = 160 + 12,324 = 172,324 mm.
Hành trình bàn đạp không vượt qúa phạm vi cho phép là 180 mm (đối với xe
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ - Nguyễn Hoàng Việt. Tài liệu lưu hành nội bộ của khoa cơ khí. Đại Học Đà Nẵng. Đà Nẵng, 1998.
2 . THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ MÁY KÉO - Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp. HÀ NỘI, 1985.
3. SỔ TAY BẢO DƯỠNG SỮA CHỮA ÔTÔ - Tập 2 - Hoàng Ban, Bùi Tuấn Thắng, Trần Đình Tăng. Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải . Hà Nội, 1985
Khảo sát hệ thống phanh xe du lịch, động học hệ thống phanh xe du lịch, kết cấu hệ thống phanh xe du lịch, nguyên lý hệ thống phanh xe du lịch, cấu tạo hệ thống phanh xe du lịch , quy trình sản xuất phanh xe du lịch ,
