Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
MỤC LỤC
-1-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong các phương tiện giao thông thì ô tô chiếm một số lượng lớn
phục vụ các nhu cầu của con người. Do đo, đòi hỏi ngành ô tô luôn cần có sự đổi
mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng cao tính
hiện đại, tính kinh tế trong quá trình vận hành. Để đạt được các yêu cầu đó các nhà
sản xuất, các kỹ sư, trong ngành Cơ khí động lực cần phải có một kiến thức sâu
rộng, tiếp cận nhiều trong thực tế để tìm ra các biện pháp tối ưu trong quá trình
nghiên cứu. Đối với các sinh viên, để thực hiện được các điều đó thì đồ án môn học
nói chung và đồ án thiết kế ô tô nói riêng nhằm giúp sinh viên có thể vận dụng
những kiến thức đã học vào thực tế, phát huy khả năng tư duy và sáng tạo trong quá
trình nghiên cứu và công tác về sau này.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Đông và các thầy trong bộ
môn, cùng với sự cố gắng của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án: “Thiết kế hệ
thống phanh ô tô” một cách tốt nhất. Tuy vậy, do thời gian và kiến thức còn hạn
chế, sự tiếp xúc với thực tế còn ít nên trong đồ án thiết kế không thể tránh khỏi
những sai xót. Mong được các thầy góp ý để đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Đà Nẵng, tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Hữu Nghĩa
-2-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN ÔTÔ
1.1. Công dụng
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc
đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô máy kéo
đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.

- Phanh đĩa:
+ Một đĩa quay
+ Nhiều đĩa quay
- Phanh trống - guốc:
+ Phanh cân bằng
+ Phanh không cân bằng
- Phanh dải
a) b) c)
Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính
a - Phanh trống - guốc; b – Phanh đĩa; c – Phanh dải
Theo đặc điểm hình thức dẫn động:
- Phanh cơ khí
- Phanh thủy lực ( phanh dầu )
- Phanh khí nén ( phanh hơi )
- Phanh điện từ
- Phanh liên hợp
1.4. Cơ cấu phanh
1.4.1. Loại trống guốc
Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:
- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe.
- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má phanh).
-4-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và định
vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh.
- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn động,
sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống phanh, tạo ra
lực ma sát để phanh bánh xe lại.
- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má phanh cần
phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,2 ÷ 0,4) mm để cho phanh nhả được

P
1
fN
2
c a
e
e
fN
1
N
1
r
t
P
1
P
2
fN
1
a
fN
1
N
1
r
t
P
ca
N
2

2
Hình 1.2. Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống - guốc và lực tác dụng
a - Ép bằng cam; b - Ép bằng xilanh thủy lực; c - Hai xilanh ép, guốc phanh một
bậc tự do; d - Hai xilanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e - Cơ cấu phanh tự cường
hóa.
-5-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
1.4.2. Loại đĩa
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch.
Phanh đĩa có các loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng
ma sát quay.
Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép
hai kim loại khác nhau.
θ
Va
R’
C
P
B
R
X
R
Z
2fN
R
Z
R
X
P
B

Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do đó
khác nhau ở hiệu quả phanh.
p
p
a
p
p
b
l
S
2
S
1
S
1
S
2
α
ω
R
l
a
S
1
S
2
S
2
ω
q

2
S
1
c)
d)
q
Hình 1.4. Sơ đồ các loại phanh dải.
a - Phanh dải đơn giản không tự siết; b - Phanh dải tự siết một chiều; c - Phanh dải
loại kép; d - Phanh dải loại bơi.
Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh được rút
lên siết vào trống phanh. Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu quả phanh
không phụ thuộc chiều quay. Nhược điểm là hiệu quả phanh không cao.
Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên hiệu
quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần. Tuy vậy khi
phanh thường dễ bị giật, không êm.
Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì hiệu
quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết.
Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết, nhưng
-8-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay.
1.5. Dẫn động phanh
Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh.
Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, chất lỏng thủy lực
và khí nén. Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng và hiệu suất
thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe. Nên đối với hệ thống phanh làm
việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén.
1.5.1. Dẫn động thủy lực
Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận tải
có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính, bộ trợ

d)
e)
Hình 1.5. Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thủy lực
1.5.5.1 Dẫn động phanh thủy lực tác động trực tiếp
1
2
3
4
5
8
7
A
6
B
Hình 1.6. Dẫn động phanh thủy lực tác động trực tiếp
1,8 - Xilanh bánh xe; 3,4 - Piston trong xilanh chính; 2,7 - Ðường ống dẫn dầu đến
xilanh bánh xe; 5 - Bàn đạp phanh; 6 - Xilanh chính
Nguyên lý làm việc:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xilanh chính 6 sẽ dịch
chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái. Do đó áp
suất trong khoang B cũng tăng lên theo. Chất lỏng bị ép đồng thời theo các ống 2 và
7 đi đến các xylanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh.
-10-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, các
piston trong xilanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc một
lần phanh.
1.5.5.2 Dẫn động tác động gián tiếp.
* Dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không.
Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường

-11-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
của khoang A khi đạp phanh. Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảm bảo
sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 qua van
một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không.
Khi nhả phanh: van chân không 7 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B qua
van này và có cùng áp suất chân không.
Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làm van
chân không 7 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 9 mở ra
cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A. Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai
khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (măng) của bầu trợ lực và qua
đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xilanh
chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xilanh bánh xe để thực hiện
quá trình phanh. Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng thì biến dạng của vòng cao su 10
cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không
khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi. Muốn tăng
lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làm
van không khí 9 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A. Ðộ chính áp tăng lên,
vòng cao su 10 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 8,
làm cho van không khí 9 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi
và tỷ lệ với lực đạp. Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và
độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại.
Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du
lịch và tải nhỏ.
* Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén.
Bộ trợ lực khí nén là bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường
được lắp song song với xilanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái. Bộ
trợ lực phanh loại khí có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn cho nên
được dùng nhiều ở ô tô tải.

sang trái. Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng lại ở vị trí cân bằng
mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đến khoang A duy trì một áp
suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác dụng và dịch chuyển của bàn
đạp. Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng lực đạp để đẩy van sang phải, mở
đường cho khí nén tiếp tục đi vào. Như vậy cụm van 3 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa
lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh.
-13-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
* Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm và các bộ tích năng.
Bơm thủy lực là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động. Trong dẫn động
phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như : bánh răng, cánh gạt, piston hướng trục.
Bơm thủy lực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kích thước và
khối lượng của hệ thống. Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chất lượng đường
ống cũng cao hơn.
Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thống trong
trường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy lực cần
phải có các bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống không làm
việc và giải phóng nó cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần thiết.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Hnh 1.9. Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng

- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều.
- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn.
Sơ đồ dẫn động chính :
Dẫn động phanh trên ôtô đơn.
-15-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
10

9

8

7

6

5

4

3

2 1
Hình 1.10. Sơ đồ dẫn động ôtô đơn không kéo moóc
1 - Máy nén khí, 2 - Van an toàn, 3- Bộ điều chỉnh áp suất, 4 - Bộ lắng lọc và tách
ẩm, 5 - Van bảo vệ kép, 6,10 - Các bình chứa khí nén, 7,9 - Các bầu phanh xe kéo, 8 -
Tổng van phân phối
Nguyên lý làm việc:
Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắng lọc và
tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10. Van an toàn 2 có nhiệm vụ

O1
O2
Pf2
Z2
Pf1
a
b
Lo
hg
Ppt Pps
Hình 2.1 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Khi xe đứng yên tức là lúc này lực cản lăn, lực phanh, lực cản không khí đều
bằng 0. Viết phương trình cân bằng môment khi xe đứng yên ta có toạ độ trọng tâm
theo chiều dọc a,b :
-17-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
a
a
G
ZL
b
GbZL
1
1
.

==>
=

Trong đó : Ga là trọng lượng toàn bộ của xe (Kg)

gja
agj

0
2
2
−
==>
=−+
Với Pj = G
a
.J
p
/g
Suy ra =>








−=
g
HJ
a
L
G
Z


+=
+
==>
=++−
g
HJ
b
L
G
L
GbHP
Z
GbHPLZ
gp
a
agj
agj

0
max
1
1
(2)
Trong đó : Z1 : Phản lực pháp tuyến tại bánh xe trước khi phanh
Jp : Gia tốc chậm dần khi phanh

bxp
gJ
ϕ


( )
gbx
a
Hb
L
G
Z .
1
ϕ
+=
(4)
Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước khi phanh là:
-19-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

( )
gbx
a
Ha
L
G
Z .
2
ϕ
−=
(5)
Với G
a
= 2800 ( Kg )

.
1
=
= 8861,177.0,66
= 5848,375 ( N )
bxps
ZP
ϕ
.
2
=
= 4872,823.0,66
= 3216,065 ( N )
Moment phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là :
bxptpt
RPM .
=
= 5848,375.0,33
= 1929,960 ( N.m )
-20-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
bxpsps
RPM .
=
= 3216,065.0,33
= 1061,301 ( N.m )
Trong đó : R
bx
= 0,33 ( m ) là bánh kính làm việc trung bình của bánh xe.
III. CHỌN LOẠI/KIỂU VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH

ϕ
.
.
12
−
+
===

818,1
301,1061
960,1929
==
Xe chúng ta đang thiết kế là xe du lịch, tải trọng tĩnh phân bố lên trục trước và trục
sau là bằng nhau ( 1400 Kg/ 1400 Kg). Do đó hệ số phân bố lực phanh K
12
= 1,818 là
hợp lý.
-21-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
Ta thấy môment phanh yêu cầu ở cầu trước lớn hơn nhiều so với cầu sau. Vì vậy
loại cơ cấu phanh trước sau thường khác nhau rõ rệt. Đối với cầu trước của xe du lịch
cơ cấu phanh cần đạt hiệu quả phanh lớn, ta chọn cơ cấu phanh trống guốc với hai
guốc đều có tính chất tự siết. Với cầu sau ta chọn cơ cấu phanh trống guốc với một
guốc có tính chất tự siết và một guốc có tinh chất tự tách.
Với cách chọn này ta sẽ đảm bảo được môment phanh yêu cầu của cầu trước lớn
hơn cầu sau, vì nếu moment bánh sau lớn hơn bánh trước thì làm cho xe mất tính
điều khiển , quay đầu xe, gây mòn lốp.
N
N
1

Hình 3.2 Cơ cấu phanh sau xe du lịch
3.2. Chọn sơ đồ hệ thống phanh
-23-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
a/ Chọn loại dẫn động phanh
Hiện nay ôtô thường dung hai loại dẫn động chính là thuỷ lực và khí nén, còn dẫn
động cơ khí chỉ dung cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và không đảm bảo phanh
đồng thời các bánh xe. Dẫn động điện chỉ dung cho các đoàn xe.
Dựa vào phần tổng quan về hệ thống phanh, trong mục dẫn động phanh ta chọn loại
dẫn động bằng thuỷ lực cho hệ thống phanh của xe du lịch ta đang thiết kế. Vì loại
dẫn động này có những ưu điểm phù hợp loại xe du lịch.
b/ Chọn sơ đồ phân dòng :
Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thống phanh thì xe phải có hai dòng hai đường
dẫn có cùng cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh
Hiện nay đối với hệ thống phanh thì dẫn động phanh cũng có các loại sô đồ
khác nhau

d
a
e
b
c
Hình 3.3 Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động phanh
Các dòng dầu
Xilanh công tác
Xilanh chính
Ở hình a phân dòng theo 2 cầu mỗi dòng một cầu đơn giản khi 1 dòng hỏng
không gây ra mất đối xứng lực phanh.nhưng hiệu quả phanh giảmđi nhiều có thể
-24-
Tính toán thiết kế hệ thống phanh xe du lịch

6 qua hệ thống đòn sẽ đẩy piston nằm trong xilanh 7, do đó dầu bị ép và tạo ra áp
-25-