Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
Lời nói đầu !
Trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nớc hiện nay, với tốc độ
phát triển nền công nghiệp chế tạo lắp ghép các sản phẩm cơ khí phục vụ cho
nhu cầu thiết yếu của cuộc sống. Với nền kinh tế thị trờng thời mở cửa, các
công ty liên doanh với nớc ngoài phát triển một cách nhanh chóng đã và đang
đa ra thị trờng những sản phẩm với mẫu mã, chất lợng tơng đối tốt. Một trong
những sản phẩm tiêu thụ mạnh nhất hiện nay là ô tô. Bởi vì ô tô là phơng tiện
chủ yếu để vận chuyển hàng hoá và chở ngời tiện dụng nhất, thông dụng nhất,
phổ biến nhất. Bên cạnh những loại ô tô hiện đại nh các xe hơi của hãng
FORD, TOYOTA, MERCEDES, thì vẫn tồn tại các loại xe đời cũ của Liên Xô
sản suất nh:
YA3 469, GAT,ZIL Những loại xe này không thể thiếu đ ợc đối với một số
ngành quan trọng bởi vì các tính năng của chúng rất phù hợp với điều kiện
địa hình, đất nớc ta hiện nay. Đặc biệt những loại xe này có thể chạy ở địa
hình đồi núi phù hợp với ngành quân sự, bu điện Để nâng cao tính năng an
toàn chuyển động, tăng độ tin cậy giảm cờng độ lao động cho ngời lái. Em
nhận đề tài cải tiến hệ thống phanh xe YA3 469b. Qua đây em muốn các
nhà thiết kế ô tô Việt Nam hãy mạnh dạn đầu t phát triển cải tiến và thiết kế
các loại xe phù hợp với nhu cầu thị hiếu, hoàn cảnh kinh tế đất nớc ta hiện
nay. Và điều quan trọng nhất trong thiết kể là tính an toàn chuyển động, độ
tin cậy sử dụng. Bất cứ một lái xe nào cũng đều mong muốn điều này. Muốn
có điều này thì hệ thống phanh phải đảm bảo tốt nhất trong phạm vi có thể
thiết kế. Đối với các xe hiện đại điều này đã đợc đáp ứng rất nhiều, nhng đối
với các xe đời cũ thì còn quá nhiều hạn chế cần khắc phục.
Sinh viên:
Lê Ngọc Trung
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
1
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
1.2. Đặc điểm chung của hệ thống phanh
- Cơ cấu phanh sau là cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục (có nghĩa là
gồm hai guốc phanh bố trí đối xứng qua đờng trục thẳng đứng) (H.1.2).
Cơ cấu phanh kiểu này là dùng xilanh thuỷ lực để ép guốc phanh vào tang
trống, loại này thờng dùng trên xe du lịch và xe tải nhỏ. Cấu tạo chung của
loại này bao gồm một mâm phanh đợc bắt cố định trên dầm cầu. Trên mâm
phanh có lắp hai chốt định để lắp ráp đầu dới của hai guốc phanh. Hai chốt cố
định này có thể bố trí bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và
trống phanh phía dới. Đầu trên của hai guốc phanh đợc lò xo guốc phanh kéo
vào ép sát với pittông xilanh. Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh
đợc điều chỉnh bằng hai cam lệch tâm. ở hình 1 trống phanh quay ngợc chiều
kim đồng hồ và guốc phanh bên trái là guốc xiết cong guốc bên phải là guốc
nhả. Vì vậy má phanh bên guốc xiết thờng dầi hơn má phanh bên guốc nhả
với mục đích để hai má phanh có sự hao mòn nh nhau trong quá trình sử dụng
do má xiết chịu lực lớn hơn. Sơ đồ cấu tạo đợc thể hiện trên hình vẽ (H.1.2).
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
3
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
H.1.2: Cơ cấu phanh sau
- Cơ cấu phanh bánh trớc là cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm (H.1.3).
Loại phanh kiểu này cũng bố trí hai chốt guốc phanh, hai xilanh bánh xe, hai
guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối xứng với nhau qua tâm. Mỗi
guốc phanh đợc lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và cũng có bạc lệch
tâm để điều chỉnh khe hở phía dới của má phanh với trống phanh. Một phía
của của guốc phanh luôn tỳ vào pittông của xilanh bánh xe nhờ lò xo guốc
phanh. Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh đợc điều chỉnh bởi cơ
cấu tự động điều chỉnh khe hở lắp trong pittông của xilanh bánh xe. Đặc điểm
của cơ cấu phanh loại này là khi tiến thì cả hai guốc đều là guốc xiết còn khi
lùi thì lại trở thành hai guốc nhả. Nh vậy hiệu quả phanh khi tiến thì lớn còn
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
5
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
6 Phân bố lên cầu sau 1330 kg
7 Khoảng sáng gầm xe 200 mm
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Vận tốc cực đại
Mô men cực đại
Công suất cực đại
Kí hiệu lốp
Chiều dài cơ sở (L)
Chiều cao từ trọng tâm tới mặt đ-
ờng (h
g
).
Động cơ xăng, 4 kì, 4 xilanh
Bán kính tang trống (r
t
)
Tỷ số dẫn động từ bàn đạp tới
2 Khi phanh trống phanh và guốc phanh không bị biến dạng mà chỉ có
má phanh bị biến dạng. Có lý do đó bởi vì tấm ma sát làm bằng vật liệu có độ
cứng nhỏ hơn guốc phanh và trống phanh, hơn nữa guốc phanh và trống
phanh thờng có gân tăng cứng.
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
6
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
3 Bề mặt làm việc của má phanh ép vào bề mặt trống phanh 100%.
4 Quy luật phân bố áp suất trên má phanh theo quy luật hình sin.
áp suất tại một điểm nào đó đợc xác định theo công thức:
q = q
max
sin
Trong đó: q : áp suất tại điểm cần tính;
q
max
: áp suất cực đại cần tính ;
: góc ôm xác định vị trí điểm cần tính.
2.2. Mục tiêu tính toán kiểm nghiệm
Mục tiêu tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh xe YA3 469b là để
kiểm tra hệ thống phanh có thỏa mãn các yêu cầu, tiêu chuẩn, độ bền
nhằm đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất trong phạm vi có thể. ở Việt Nam
tiêu chuẩn để đảm bảo hiệu phanh là:
- Đo lực phanh hoặc mô men phanh trên bệ thử chuyên dùng;
- Đo thời gian phanh.
2.3. Dẫn động phanh
2.3.2. Nguyên lý hoạt động của dẫn động thủy lực một dòng
Sơ đồ nguyên lý hoạt động đợc thể hiện trên hình vẽ (H.2.2)
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
8
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
H.2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động
- Khi đạp phanh: thông qua bàn đạp phanh đầu dới của bàn đạp đẩy ty đẩy
sang phải do đó làm pittông dịch chuyển sang phải theo. Sau khi phớt làm kín
đã đi qua lỗ bù dầu B thì áp dầu trong xilanh ở phía trớc pittông sẽ tăng dần
lên. Dầu sẽ đẩy van một chiều thứ nhất để đi ra khỏi xilanh đến đờng ống dẫn
và đi tới các xilanh bánh xe. Tại xi lanh bánh xe dầu đi vào giữa hai pittông
đẩy hai pittông ra hai phía tác dụng lên hai guốc phanh bung ra ép sát vào hai
trống phanh, thực hiện phanh các bánh xe.
- Khi nhả phanh: Ngời lái nhấc chân khỏi bàn đạp phanh dới tác dụng của lò
xo hồi vị ty đẩy pitông dịch chuyển sang trái trở về vị trí ban đầu. Dới tác
dụng của lò xo cơ cấu phanh, hai guốc phanh đợc kéo trở lại ép hai pitông đẩy
dầu ở khoang giữa của xi lanh bánh xe theo đờng ống trở về xi lanh chính.
Khi pittông đã trở về vị trí ban đầu lỗ bù dầu thông với khoang trớc của
pittông duy trì áp suất của khoang này cân bằng với áp suất khí quyển.
2.4. xác định mômen phanh yêu cầu sinh ra ở các cơ cấu phanh
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đợc tốc độ
hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính
toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh đợc xác định nh sau:([2])
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
d
?
D
+=
(2 1)
Mô men sinh ra ở cầu sau là:
bx
g
PS
r
g
hJ
a
L
G
M .
.
2
max
);
g - Gia tốc trọng trờng : g = 9,81(m/s
2
);
- Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng : = 0,6;
( Hệ số bám ta chọn nh vậy là do xe không có ABS)
r
bx
- Bán kính lăn của bánh xe và đợc xác định theo mối
quan hệ sau:
r
bx
=
.r
0
trong đó : r
0
=
4,25.
2
+
d
469b
Thay các giá trị đã tính đợc ở trên vào (2 1), (2 2) ta xác định đợc:
Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu trớc là :
)(898,154404,0.
922,0.81,9
7,0.6
1
2,2.2
922,0.2290
.6,0 KGmM
PT
=
+=
Mpt = 1548,98(Nm)
Mômen phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh cầu sau là:
)(649,122404,0
1278,0.81,9
7,0.6
1
2,2.2
287,1.2290
.6,0 KGmM
210
21
2sin2sin2
2cos2cos
+
=tg
(2 4)
Trong đó :
1
- Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm
ma sát
1
= 15
0
;
0
- Góc ôm của tấm ma sát
0
= 110
0
1
P
a
r
t
Y
X
b
2
H.5.1: Các thông số hình học của cơ cấu phanh
Thay các thông số ở trên vào (2 4) ta đợc:
228,0
250sin30sin).180/110.(2
250cos30cos
00
00
=
+
=
tg
,0
5312=
0,1955( )
(1,92) sin 110 2.1.92.cos140.sin110
m
=
+
2.5.1.2. Xác định góc
và bán kính
của lực tổng hợp tác dụng lên má
phanh sau của cơ cấu phanh sau
- Xác định góc
(góc tạo bởi trục ox với đờng đi qua tâm 0 với điểm đặt lực
) đợc xác định theo công thức [2] :
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
12
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
tg
=
210
21
2sin2sin.2
2cos2cos
(bảng 2);
0
- Góc ôm của tấm ma sát:
0
= 100
0
;
Thay các thông số vào (2 6) ta đợc:
137,0
115.2sin15.2sin745,1.2
115.2cos15.2cos
00
=
+
=
tg'0
3517=
.
- Xác định bán kính theo công thức:(bán kính từ điểm đặt lực tới tâm 0)
Ta có:
= 120
0
,
1
= 20
o
,
2
=
140
o
.
Vì cơ cấu phanh trớc là cơ cấu phanh đối xứng qua tâm nên má trớc và
má sau có cùng góc ôm, cùng các góc đặt lực
và bán kính điểm đặt lực ;
Từ công thức (2 4 ) thay số vào ta có:
102,0
)140.2sin()20.2sin()180/120.(14,3.2
)140.2cos()20.2cos(
=
+
=
tg
Từ đó ta xác định đợc góc đặt lực:
dụng lên má phanh (kí hiệu là R) với lực hớng tâm do lực R phân ra hai thành
phần : Thành phần vuông góc (kí hiệu là N) và thành phần tiếp tuyến ( kí hiệu
T), đợc xác định theo công thức sau:
tg=
N
N
N
T .
à
=
= (6 1)
-là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống giá trị có trị số từ
0,25 0,3. Ta chọn: = 0,3. Thay vào (6 1) ta xác định đợc:
o
arctg 7,16)3,0( ==
.
2.5.4. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp
hoạ đồ
Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc
phanh để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trớc và sau
bằng mô men phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe.
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
14
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
Khi đã chọn đợc các thông số kết cấu
1
1
1
N
T
tg =
=
à
Với
à
là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống thờng
à
= 0,3;
tg
1
=
à
= 0,3
1
= 16,7
0
xác định theo công thức :
r
0i
=
2
1
.
à
à
+
i
Với
à
=0,3,
1
= 0,1955(m),
2
=0,1625(m).
).(056,0
3,01
3,0
.1955,0
2
1
0
mr =
Ph ơng pháp xác định:
Dùng phơng pháp hoạ đồ bằng cách vẽ đa giác lực của guốc phanh trớc và
sau vì R
1
khác R
2
kéo dài lực P, lực R
1
, lực R
2
các lực này sẽ cắt nhau ở 0' và
0'' từ 0' và 0'' ta nối tới tâm chốt quay má phanh ta có các phản lực U
1
và U
2
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
15
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
nh vậy trên mỗi guốc phanh ta có 3 lực P, R
1
, U
1
và P, R
2
, U
2
,. Ta xây dựng 2
đa giác lực này bằng cách lấy hai đoạn bằng nhau để thể hiện lực R nối tiếp R
là P bằng cách trợt thớc kẻ theo đờng // với P
nhau nên ta chỉ xây dựng họa đồ cho một má là đủ:
Ta có:
à
= 0,3;
= 0,163(m);
Từ đây ta xác định đợc bán kính r
o
:
).(8,46
3,01
3,0
163
2
0
mmr =
+
=
Từ đây ta xây dựng đợc hoạ đồ lực phanh của cơ cấu phanh trớc:
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
16
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
268
P
V
X
1
T'
V
1
o
.R + r
o
. R = 2.R.r
o
;
R = R = R =
o
bx
p
r
M
.2
=
3
10.
8,46.2
98,1548
= 19690(N).
Lực P đợc xác định nh sau:
).(5500
358
100.19690
358
100
NP
R
P
===
Lực U đợc xác định nh sau:
2
Y''
Y''
X''
X''
T''
R''
N''
O''
U''
r
'
'
r'
0
r''
0
d
'
d
'
'
F
F
P
U'
R'
P
U''
R''
= 0,0467(m);
k = R
1
/R
2
= 3,141.
Thay các thông số trên vào hệ phơng trình sau ta có:
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
18
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
R
1
.r
01
+ R
2
.r
02
= M
2
K = R
1
/R
2
= 3,141.
Giải hệ phơng trình trên ta có :
R
1
140 140 125 115
0
(độ)
120 120 110 100
a (mm) 110 110 110 110
c (mm) 112 112 117 117
0
(độ)
5,82 5,82 12
0
53
17
0
35
(mm)
163 163 195,5 162,5
r
0
(mm) 46,8 46,8 56 46,7
2.6. Kiểm tra hiện tợng tự xiết
Hiện tợng tự xiết xẩy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng
lực ma sát mà không cần lực P của xi lanh tác động lên guốc phanh. Trong
trờng hợp nh vậy đứng về mặt lý thuyết thì mômen phanh trên guốc phanh sẽ
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
19
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
1
có ph-
ơng không đi qua tâm 0
1
nên sẽ không xẩy ra hiện tợng tự xiết.
2.7. Kiểm nghiệm độ bền má phanh
Kích thớc má phanh đợc xác định theo điều kiện sau: Công ma sát riêng, áp
suất lên bề mặt má phanh, tỷ số p, chế độ làm việc cơ cấu phanh.
_ Công ma sát:
Nếu ô tô đang chuyển động với vận tốc v
0
cho tới khi dừng hẳn (v
0
= 0)
Thì toàn bộ động năng của ôtô có thể chuyển thành công ma sát L tại các cơ
cấu phanh : [3]
L =
2
0
2
mv
(7.1)
- áp suất lên bề mặt má phanh: áp suất lên bề mặt má phanh bị giới hạn bởi
sức bền vật liệu : [3]
q =
[ ]
q
rb
M
T
rb
M
T
P
0
2
à
(7 1
)
Với: M
P
= R.r
o
=21856,9.0,056=1223,98(Nm);
r
T
= 0,146 (m);
0
= 110. (
/180) =1,92 (rad);
[q] = 1,5 (MN/m
2
) = 15 0000(KG/m
2
(7.2)
Trong đó: G Trọng lợng xe khi đầy tải G =22900(N);
v
0
Tốc độ của xe khi bắt đầu phanh lấy
v
0
= v
max
= 1000 (km/h)=27,777(m/s);
g = 9,81(m/s
2
);
F
=
it
br
0
,
(i là số má phanh có i= 8 (má));
F
= 8.1,92.0,146.0,07= 0,156 (m
2
).
m
+=
0
0
2
2
2
1
2
.
(2 8)
Trờng hợp phanh ngặt, thời gian phanh rất ngắn nên lợng nhiệt toả ra ngoài
không khí rất nhỏ nên ta có thể bỏ qua:
0
0
t
t
tt
dkF
Nên sự tăng nhiệt độ đợc xác định bằng công thức sau:
T
0
=
T
= 4.12 =48(kg);
C Nhiệt dung của chi tiết khi bị nung nóng: C =
500(J/kg.độ).
Thay số vào (2 9) ta đợc:
T
0
=
0
22
75,3
500.48.81,9.2
)0777,27.(2290
=
(độ) giá trị thoả mãn < 15
0
.
2.9. Kiểm tra dẫn động phanh
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
22
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
H.2.9.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực
2.9.1. Xác định lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp
2.9.1.1. áp suất dẫn động trong hệ thống phanh
Khi phanh có sự phân bố lại khối lợng lên các cầu xe phụ thuộc gia tốc
chậm dần khi phanh, cụ thể là ở cầu trớc khối lợng đợc tăng lên, cầu sau khối
lợng giảm đi nghĩa là khi phanh thì hệ số bám của cầu sau nhỏ hơn cầu trớc,
nếu cùng tác dụng lực phanh nh nhau thì cầu sau sẽ bị trợt lết trớc, điều đó là
P
X1
d1
P P
l
l'
23
Đồ án tốt nghiệp Kiểm nghiệm, cải tiến hệ thống phanh xe ya3
469b
p
i
=
)/(10.9,530
10.)2,3.(14,3
48,4285.4
.
.4
24
422
mN
d
P
==
2.9.1.2. Lực tác dụng lên bàn đạp phanh
Lực Q tác dụng lên bàn đạp phanh để tạo nên áp suất đã chọn trong hệ
thống đợc xác định theo công thức sau:
.9,530.
4
)2,3.(14,3
2
KGQ ==
= 651(N)
Nhận xét:
Với áp suất yêu cầu trong hệ thống là p = 53,28 KG/cm
2
thì lực bàn đạp
thực tế là 651,22(N) nằm trong khoảng cho phép là từ 500 - 700 N. Đối với
chỉ tiêu cũ thì lực này là phù hợp, tuy nhiên với xe con hiện đại ngày nay thì
lực này còn lớn. Do vậy để giảm nhẹ cờng độ lao động cho ngời lái thì trong
hệ thống phanh ta cần thiết kế thêm bộ trợ lực cho hệ thống, trên xe con chủ
yếu là dùng trợ lực chân không.
2.9.2. Xác định hành trình bàn đạp
2.9.2.1. Xác định hành trình piston của xilanh bánh xe trớc và sau
Gọi x
1
, x
2
là hành trình của piston trong xi lanh bánh xe trớc và sau
Ta có: x
1
= x
2
=
c
ca ))((2
2
2
21
2
1
l
l
D
xdxd
S
o
+
+
=
(2 12)
Trong đó:
- d
1
= d
2
= 32 mm: Là đờng kính xilanh làm việc của cơ cấu phanh
trớc và cơ cấu phanh sau;
- D = 32 mm: Là đờng kính xi lanh chính;
- x
1
, x
2
= 5,05 mm: Là hành trình của piston trong xi lanh phanh
bánh xe trớc và bánh xe sau;
Qua quá trình tính toán kiểm nghiệm ta thấy rằng hành trình toàn bộ của
bàn đạp có giá trị S = 160 (mm) < [S] = 180 (mm). Nh vậy hành trình bàn
đạp thoả mãn yêu cầu.
Lê Ngọc Trung ĐHBK_HN
25
Copyright: Tài liệu đại học ©