Đồ án tốt nghiệp
Phần I
tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên xe Zil-130 hiện nay là hệ thống phanh dẫn động khí nén
một dòng. Truyền động phanh gồm có máy nén khí, van điều chỉnh áp suất,
bình chứa khí nén, van phân phối, các ống dẫn khí và bầu phanh.
Vì điều kiện khí hậu ở Việt nam là nóng và ẩm cho nên độ tin cậy của hệ
thống phanh xe Zil-130 là không cao, để nâng cao độ tin cậy và an toàn khi sử
dụng xe thì việc thiết kế cải tiến hệ thống phanh là cần thiết. Để việc thiết kế
cải tiến hệ thống phanh đợc hoàn chỉnh hơn. Trớc hết ta đi kiểm nghiệm hệ
thống phanh để đảm bảo các thông số phù hợp cho việc thiết kế cải tiến.
Một số giả thiết khi tiến hành kiểm nghệm:
1. áp suất tại thời điểm nào đó trên má phanh tỷ lệ thuận với biến dạng hớng
kính của điểm đó khi phanh nghĩa là má phanh .
2. Toàn bộ diện tích làm việc của má phanh ép vào bề mặt trống phanh.
3. 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.
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



g
Chiều cao trọng tâm của xe m 1,45
10


Góc ôm của tấm ma sát độ 120 và 125
11

1
Góc bố trí tấm ma sát độ 20 và 25
12 D Khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm
tựa chốt quay
m 0,165
13 C Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm
cam đẩy má phanh
m 0,16
14 K Khoảng cách hai lực tì của cam vào
má phanh
m 0,01
15 Dung tích bình chứa khí nén l 35
16 Chiều rộng cam mở má phanh m 0,04
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 2 -
Đồ án tốt nghiệp
II. xác định Mô men yêu cầu ở các cơ cấu phanh khi
tăng tải 2 tấn
1. Xác định trọng tâm của xe khi tăng tải
Với giả thiết khi tăng tải thì tải trọng đợc phân bố đều trên thùng xe.
Khi đó tại trọng tâm của thùng xe sẽ có thêm một lc G = 20000(N)
Hình PI.2. Sơ đồ tính
Dựa vào sơ đồ trên ta có thể xác định đợc toạ độ trọng tâm nh sau:

1
G
a b
6675
1075
3800
2157
575
950
3622 179
Đồ án tốt nghiệp
G
2
= G
02
+ G
2
= 69500 + 19060 = 88560 (N)
- Toạ độ trọng tâm của xe khi tăng tải là:
a = (G
2
.L)/G
= (88560.3,8)/115250 = 2,92 (m)
b = L- a
= 3,8 2,92 = 0,88 (m)
Chiều cao toạ độ trọng tâm lấy h
g
= 1,6 (m)
2. Tính toán Mômen phanh
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đợc tốc độ của

2
[I. 1]
+ Mômen phanh cần có ở cơ cấu phanh sau:
M
p2
= G
2

bx
g
P
r
g
hJ
a
L
G
M









=
max
2


trong đó :
r
0
=
4,25
2






+
d
B

Theo kí hiệu của lốp ta có:
B = 9(inc).
d = 20(inc).
hệ số biến dạng lốp:

= 0,93.

).(448,0)(4484,25
2
20
993,0 mmmr ==




).(8067448,0
92,2.81,9
6,1.88,5
1
8,3.2
92,2.115250
6,0
2
NmM
P
=






=
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 5 -
Đồ án tốt nghiệp
III . Tính toán kiểm nghiệm cơ cấu phanh guốc.
Để tính toán kiểm nghiệm phanh guốc, trớc hết ta phải tính toán các thông số
cơ bản nh góc xác định điểm đặt phản lực tác dụng từ trống phanh lên các
guốc phanh trớc và sau (), bán kính đặt phản lực tác dụng từ trống phanh lên
các guốc phanh trớc và sau ().
1. Tính góc xác định điểm đặt lực
Hình PI.3
Góc là góc xác định điểm đặt của lực N và đây cũng chính là điểm đặt của
lực R. Góc này đợc xác định theo công thức dới đây.

1

: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm ma sát
1

= 20
0

0

: Góc ôm của tấm ma sát
0

= 120
0
.
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 6 -
y
N
N
N
x


Đồ án tốt nghiệp

2

: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát


t
Y
Y
X
X
b
b
22
Hình.PI.4. Các thông số hình học của cơ cấu phanh.
Thay các góc
1

,
0

,
2

vào [I. 3] ta đợc:

10185,0
280sin40sin)180/120(2
280cos40cos
00
00
1
=
+

=

= 125
0
.

2

: Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát

2

=
1

+
0

=125
0
+25
0
=150
0
.

Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 7 -
Đồ án tốt nghiệp
Thay các góc
1

,

)
2
sin(
)
2
sin(4
0
0
0



+
T
r
[I. 4]
Trong đó:
r
T
: Là bán kính tang trống r
T
= 0,21 (m).

0

: Góc ôm của tấm ma sát
0

= 125
0

R
0

Đồ án tốt nghiệp
+ Cơ cấu phanh sau
Thay r
T
,
0

vào [I. 4] ta đợc:

2
=
)
2
125
sin(
180
125
)
2
125
sin(21,0.4
+

= 0,2242 (m)
3. Xác định góc
Góc là góc tạo bởi lực tổng hợp R với lực N (Hình PI.5).
Từ quan hệ hình học ta có

i
Với
à
=0,3,
1

= 0,2457 (m),
2

= 0,2242 (m).
Ta đợc

).(07,0
3,01
3,0
2457,0
2
1
0
mr =
+
=

).(064,0
3,01
3,0
2242,0
2
2
0

1
và T
1

Nh vậy mômen sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là :
M
P
= M
P1
+M
P2
= R
1
.r
0 1
+ R
2
.r
01

Cách xác định các lực bằng phơng pháp hoạ đồ lực
Đối với cơ cấu phanh dẫn động các guốc phanh bằng khí nén, cơ cấu tác động
cuối cùng là cam ép. Trên xe Zil - 130 các biên dạng cam có dạng đối xứng
nên khi tác động, các má phanh của guốc phanh trớc và sau có các khoảng
dịch chuyển bằng nhau. Trong điêù kiện đó nếu kích thớc của các má phanh
nh nhau thì biến dạng của chúng cũng bằng nhau và vì vậy áp suất trên các má
phanh cũng bằng nhau. Điêù này có nghĩa là các phản lực từ trống phanh lên
các guốc phanh trớc và sau là bằng nhau.
R


0
.
Và ta có thể tính đợc lực R nh sau:
R=M
p
/2r
o
+ Dựa vào các giá trị của lực R và tỷ lệ xích trên hoạ đồ lực ta xác định đợc
các lực còn lại P, P,U,U'
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 11 -
Đồ án tốt nghiệp
a. Với cơ cấu phanh tr ớc:
Ta có góc ôm
0
của tấm ma sát trớc và sau bằng nhau nên bán kính đặt
lực tổng hợp là nh nhau và bán kính r
0
bằng nhau.
Hình. PI.6: Họa đồ lực phanh của cơ cấu trớc.
Mô men phanh tại các bánh xe : M
p
bx
= r
o
.R + r
o
.R = 2.R.r
o

R

Suy ra hệ số tỷ lệ k
t
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 12 -
P'
U'
R'
U''
P''
0'
0''
P''
P'
T'
R'
N'
R''
N''
T''
0
U'
U''
R''
Đồ án tốt nghiệp
k
t
=
R
R
d
t


= 167,36 (mm).
R

d
= 250 (mm).
U

d
= 93,67 (mm).
Suy ra hệ số tỷ lệ k
t
k
t
=
R
R
d
t
''
''
=
250
53014
= 212,056 (N/mm)
Từ đó ta có các lực tại má trớc của cơ cấu phanh trớc là:
P

t
= k


R
s
= R
s
= R
s
=
o
bx
p
r
M
.2
=
064,0.2
8067
= 63023 (N).
Từ họa đồ lực phanh ta đo đợc các độ dài các véctơ lực:
+ Má trớc của cơ cấu phanh sau
P
d

= 76,17 (mm).
R

d
= 250 (mm).
U


N'
T''
R''
P'
P''
Đồ án tốt nghiệp
Từ đó ta có các lực tại má trớc của cơ cấu phanh sau là:
P

s
= k
s
P

d
= 252,092 . 76,17 = 19202 (N)
U

s
= k
s
U

d
= 252,092 . 183,97 = 46377 (N)
+ Má sau của cơ cấu phanh sau.
P
d

= 166,14 (mm).


d
= 252,092. 166,14
= 41882 (N)
U

s
= k
s
U

d
= 212,056 . 93,67
= 19863 (N)
Bảng 2. Các thông số má phanh.
Thông số Cơ cấu phanh trớc Cơ cấu phanh sau
Má trớc Má sau Má trớc Má sau

0
10 10 10 10

1
(độ)
20 20 25 25

2
(độ)
140 140 150 150

0

=
sin.
cos.
C
C
= 0,28 0,3 [I. 6]
để không xảy ra hiện tợng tự xiết thì
à

[ ]
à Từ công thức tính Mômen phanh ta thấy để Mômen phanh tiến đến một giá
trị cực đại lá vô cùng thì hiện tợng tự xiết chỉ có thể xẩy ra đối với má trớc của
cơ cấu phanh guốc.
+ Đối với má trớc của cơ cấu phanh trớc (với c = 0,165 (m), = 5,82
0
)ta có:
=

=
82,5sin165,02457,0
52,8cos165,0
à
0,74
Vậy m = 0,74 không thuộc vào giới hạn của m nên cơ cấu phanh trớc không
xẩy ra hiện tợng tự xiết.
+ Đối với má trớc của cơ cấu phanh sau (với c = 0,165 (m), = 1,37
0

: Động năng của Ôtô
W
d
=
2
).(
2
2
2
1
vvm
m: Khối lợng của ôtô khi tăng tải m = 11252 (kg)
Vận tốc của ôtô bắt đầu phanh ta lấy v
2
= 50(Km/h) = 13,88 (m/s).
Suy ra: W
d
=
2
88,13.11525
2
= 1111593 (J)
F

: Diện tích toàn bộ của má phanh ở tất cả các cơ cấu phanh
Ta có:
( )
[ ]
'''''
0

2
)
Vậy công ma sát riêng thoả mãn điều kiện.
2. á p suất lên bề mặt má phanh:
áp suất lên bề mặt má phanh bị giới hạn bởi sức bền vật liệu :
q =
[ ]
q
br
M
T
P

0
2
1
.
à
[I. 8]
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 17 -
Đồ án tốt nghiệp
Trong đó:
b là chiều rộng má phanh :.
r
t
bán kính trống phanh :

0
là góc ôm má phanh
[q] là áp suất cho phép: [q] = 1,5 2 (MN/m

0
: là góc ôm má phanh:
0
= 120
o
Thay số vào ta đợc:
q
1
= 1,67(Mpa)
Vì q
1
< [q
1
] nên thoả mãn điều kiện
+ Cơ cấu phanh sau:
q
2
=
0
2
2
2
2
à
T
P
rb
M
[I. 10]
Trong đó:

4
3,5.10
4
) kg/m
2
p =
F
M

[I. 11]
Trong đó :
M: Khối lợng toàn bộ của ôtô khi tăng tải: M = 11525 (kg).
F

: Tổng diện tích các má phanh:
F

= 0,338(m
2
)
Thay vào công thức [I. 11] ta có:
p = 34097(kg/m
2
)
Vậy điều kiện này đợc thoả mãn.
4 . Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh .
Trong quá trình phanh ô tô, toàn bộ khối lợng chuyển động của ôtô đợc
chuyển hóa thành nhiệt tại các cơ cấu phanh. Một phần của nhiệt lợng này sẽ
nung nóng các chi tiết trong cơ cấu phanh mà chủ yếu là trống phanh, phần
còn lại toả ra môi trờng không khí.

Nên sự tăng nhiệt độ đợc xác định bằng công thức sau:
T
0
=
Cm
VVm
T
2
)(
2
2
1
2

[I. 13]
Trong đó: m : Khối lợng của xe m = 11525(kg),
V
1
: Vận tốc ban đầu lấy V
1
= 30 km/h = 8,3 m/s
V
2
: Vận tốc xe sau khi phanh V
2
= 0.
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 19 -
Đồ án tốt nghiệp
m
t

trống phanh làm việc gần giống nh ống dầy chịu áp suất bên trong. Trong quá
trình tính toán ta giả thiết rằng áp suất phân bố trên bề mặt trống phanh là
không đổi, đồng thời ta đa thêm vào hệ số an toàn là n =1,5 trong khi tính toán
bền cho trống phanh.
áp suất bên trong trống phanh đợc tính theo công thức (Theo [TL2]) :
q =
0
2

à
T
P
rb
M
[II. 1]
Trong đó :
M
p
: Mômen phanh do guốc trớc và guốc sau sinh ra.
Qua phân tích và tính toán ở mục III ta thấy rằng áp suất sinh ra trên bề mặt
trống phanh ở cơ cấu phanh trớc lớn hơn ở cơ cấu phanh sau nên ta chỉ tính
bền cho cơ cấu phanh trớc.
Theo lý thuyết về ứng suất và biến dạng của ống dầy chứa áp suất bên trong
có áp suất phát sinh trong ống khi chịu lực bên trong là.

n
=




2
2
22
2
1
r
b
ab
qa
[II. 3]
Trong đó

n
:ứng suất phát sinh theo phơng hớng tâm.

T
:ứng suất phát sinh theo phơng tiếp tuyến.
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 21 -
Đồ án tốt nghiệp
a :Bán kính trong của trống phanh a = 210 mm
b:Bán kính ngoài của trống phanh b = 228 mm
r

: Khoảng cách từ tâm ống đến điểm cần tính
Qua hai công thức [II.1], [II. 3] ta thấy

n
: Luôn là ứng suất nén vì :
0
22

ab
qa
và









2
2
1
r
b
> 0
Ta thấy rằng khi r = a thì
n
đạt giá trị cực đại vì r = (a-:-b) ta có:

nmax
=







] = 18 (MPa)
Vậy trống phanh đợc chế tạo đủ điều kiện làm việc.
II. Tính bền guốc phanh.
Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng guốc phanh trớc của cơ cấu phanh
sau chịu lực lớn nhất vì vậy ta tiến hành tính toán bền cho guốc phanh trớc của
cơ cấu phanh sau.
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 22 -
Đồ án tốt nghiệp
1.Tìm toạ độ trọng tâm của mặt cắt ngang guốc phanh.
X
R
1
R
2
R
3
Y
2
Y
G2
Y
G1
d
R'
2
R
G
R'
1
c

21
12
.
FF
FY
+
, [II. 4]
[II. 4] là công thức tính kích thớc đến trọng tâm G.
Với F
1
diện tích phần trên chữ T
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 23 -
Đồ án tốt nghiệp
F
1
= a.b = 100.11 = 1100 (mm
2
).
F
2
diện tích phần dới chữ T:
F
2
= c.d = 22.60 = 1320 (mm
2
).
Y
2
= Y
c1

2
60
190
2
2
mm
d
R ==
R
2
: Bán kính trọng tâm phần diện tích dới, tính đến tâm tang trống.

),(5,35
2
6011
2
2
mm
db
Y =
+
=
+
=
Thay vào [II. 4] ta đợc :

)(14,16
13201100
1100.5,35
1

+
+
Vậy khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm guốc phanh là
R
G
= R
2
'
+ Y
C2
=160 +19,36 =179,36(mm).
2. Kiểm tra bền guốc phanh.
Đối với guốc phanh để kiểm tra bền là rất phức tạp do vậy khi tính toán ở đây
ta chỉ lấy các giá trị gần đúng.
Ta kiểm tra tại những tiết diện nguy hiểm nhất, muốn thế ta phải vẽ đợc biểu
đồ nội lực . ở trên bằng phơng pháp hoạ đồ lực ta đã xác định đợc các lực P,
U, R tác dụng lên guốc phanh trớc của cơ cấu phanh sau:
P = 19202 (N)
Nguyễn Xuân Hảo - Ôtô -K45 - 24 -
Đồ án tốt nghiệp
U= 46377 (N)
R= 63023 (N)
Đặt các giá trị lực này vào guốc phanh trớc của cơ cấu phanh sau tại vị trí đặt
lực R
1
ta cắt ra thành 2 nửa thay vào mặt phẳng cắt đó đặt các lực:
Lực N
z1
hớng tâm, và Q
Y1