Đồ án tốt nghiệp
Mục lục
Lời nói đầu .3
Chơng 1: Tổng quan về hệ thống phanh 5
1.1. Công dụng 5
1.2. Phân loại hệ thống phanh 5
1.3. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh 18
Chơng 2: Thiết kế tính toán hệ thống phanh 19
2.1. Phân tích hệ thống phanh 19
2.2 Thiết kế cơ cấu phanh 21
2.2.1. Phân tích lựa chọn phơng án 21
2.2.2. Tính toán cơ cấu phanh 22
2.2.2.1. Xác định mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh 22
2.2.2.2. Xác định điểm đặt lực .24
2.2.2.3. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp hoạ
đồ .26
2.2.2.4. Kiểm tra hiện tợng tự xiết khi phanh 29
2.2.2.5. Xác định kích thớc má phanh 30
2.2.3. Tính bền một số chi tiết .34
2.2.3.1. Tính bền trống phanh .34
2.2.3.2. Tính bền chốt phanh 35
2.2.3.3. Tính bền lò xo hồi vị 35
2.2.3.4. Tính bền guốc phanh 37
2.3. Thiết kế dẫn động phanh 45
2.3.1. Phân tích lựa chọn phơng án 45
2.3.2. Mô tả kết cấu của hệ thống phanh 46
2.3.3. Tính toán dẫn động phanh 54
2.3.3.1. Tính toán máy nén khí 54
2.3.3.2. Van phân phối 57
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
1

dã và khả năng hoạt động trong những điều kiện khác nhau đã tạo cho ôtô trở
thành một trong những phơng tiện chủ yếu để chuyên chở hàng hoá và hánh
khách, đồng thời ôtô đã trở thành phơng tiện giao thông t nhân ở các nớc có
nền kinh tế phát triển. Hiện nay ở nớc ta số lợng ôtô t nhân cũng đang phát
triển cùng với sự tăng trởng của nền kinh tế, mật độ xe trên đờng ngày càng
cao.
Do mật độ ôtô trên đờng ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao
cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đờng là vấn đề cấp thiết hàng đầu luôn
cần phải quan tâm. ở nớc ta những năm gần đây số vụ tai nạn và số ngời chết
do tai nạn là rất lớn. Theo thống kê của các nớc thì trong tai nạn giao thông đ-
ờng bộ 60-70% do con ngời gây ra, 10-15% do h hỏng máy móc, trục trặc về
kỹ thuật và 20-30% do đờng xá xấu. Trong nguyên nhân h hỏng do máy móc,
trục trặc về kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm của ôtô gây nên đợc thống kê
nh sau: phanh chân 52,2-74,4%, phanh tay 4,9-16,1%, lái 4,9-19,2%, chiếu
sáng 2,3-8,7%, bánh xe 2,5-10%, các h hỏng khác 2-18,2%.
Từ các số liệu nêu trên thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn
nhất trong các tai nạn do kỹ thuật gây nên. Chính vì thế mà hiện nay hệ thống
phanh ngày càng đợc cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ
thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Đề tài tốt nghiệp em đợc giao là thiết kế hệ thống phanh khí cho xe tải 5 tấn
dựa trên cơ sở là xe Zil-130
Công việc thiết kế hệ thống phanh bao gồm các phần sau.
- Phân tích hệ thống phanh
- Lựa chọn phơng án thiết kế cơ cấu phanh và dẫn động phanh nhằm đạt hiệu
quả phanh cao nhất trong mọi điều kiện hoạt động của xe.
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
3
Đồ án tốt nghiệp
- Thiết kế các cụm chi tiết trong hệ thống phanh một cách phù hợp.
Qua thời gian gần 4 tháng với sự giúp đỡ tận tình của thầy Đỗ Tiến Minh và

guốc phanh 1 lắp với phần không quay là mâm phanh, trên guốc có lắp các má
phanh 2, một đầu của guốc phanh quay quanh chốt tựa 4, đầu còn lại tỳ vào
piston của xilanh công tác 5 nếu là dẫn động thuỷ lực, hoặc là cam ép 6 nếu là
dẫn động khí nén. Trong trờng hợp dẫn động thuỷ lực áp suất chất lỏng trong
xilanh tác dụng lên các piston và đẩy các guốc phanh ép vào tang trống thực
hiện quá trình phanh. Đối với dẫn động khí nén, áp suất khí tạo nên lực trên ty
đẩy và thông qua đòn dẫn động 7 làm quay cam 6 đẩy các guốc phanh ép vào
tang trống.
Trên thc tế, cấu tạo của cơ cấu phanh có thể khác nhau ở cách bố trí các guốc
phanh, chẳng hạn đối với dẫn động thuỷ lực các guốc phanh có thể đợc điều
khiển bằng một xi lanh độc lập đặt đối xứng với nhau qua tâm của cơ cấu
phanh, các guốc phanh có thể đợc bố trí nh hình trên nhng không có tâm quay
cố định mà đầu dới của chúng đợc nối với nhau bởi một thanh liên động. Khe
hở giữa các guốc phanh đợc điều chỉnh thờng xuyên trong quá trình sử dụng.
Các cơ cấu điều chỉnh sử dụng hiện nay rất phong phú, trong đó có các phơng
pháp điều chỉnh tự động.
* Ưu điểm:
- Mô men phanh lớn do diện tích tiếp xúc giữa má phanh và trống phanh lớn
- Giá thành rẻ
- Cơ cấu phanh đợc che kín trong quá trình làm việc
- Phanh guốc không nguy hiểm khi phanh gấp do áp suất phanh không lớn
- Má phanh lâu mòn hơn so với phanh đĩa
* Nhợc điểm
- Cơ cấu phanh guốc thoát nhiệt kém trong quá trình làm việc
- Trọng lợng lớn
- Khe hở giữa má phanh với trống phanh lớn
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
6
Đồ án tốt nghiệp
- Không có khả năng tự làm sạch

qua tâm thờng có dẫn động bằng thuỷ lực và đợc bố trí ở cầu trớc của ôtô du
lịch hoặc ôtô tải nhỏ. Bố trí sao cho khi ôtô chuyển động tiến thì cả hai guốc
phanh đều là guốc xiết còn khi lùi lại trở thành hai guốc nhả. Nh vậy hiệu quả
phanh khi tiến thì lớn còn khi lùi thì nhỏ tuy nhiên thời gian lùi ôtô rất ít và
tốc độ rất chậm nên không cần lực phanh hay mômen phanh lớn.
- Cơ cấu phanh loại bơi

Hai guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đều tựa
trên hai xilanh công tác chung, loại này có lực phanh lớn, vì lực ép từ dầu có
áp suất đẩy cả hai đầu ép sát vào tang trống. Tuy nhiên do sử dụng hai xi lanh
công tác và piston có khả năng tự dịch chuyển nên piston này có thể ảnh hởng
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
8
Đồ án tốt nghiệp
piston kia. Kết cấu phanh dễ gây nên giá tri mômen phanh thay đổi, ảnh hởng
xấu đến chất lợng chuyển động của xe khi phanh.
- Cơ cấu phanh tự cờng hoá
Cơ cấu phanh guốc tự cờng hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc
phanh thứ nhất sẽ tăng cờng lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai.
Có hai loại cơ cấu phanh tự cờng hóa: cơ cấu phanh tự cờng hóa tác dụng đơn,
cơ cấu phanh tự cờng hóa tác dụng kép.
- Cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng đơn
Cơ cấu phanh tự cờng hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanh đợc
liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trợt của một cơ cấu điều chỉnh di động.
Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một đợc tựa vào mặt tựa di trợt trên vỏ
xi lanh bánh xe còn một thì tựa vào mặt tựa di trợt của piston xi lanh bánh xe.
Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh
của cả hai guốc phanh. Cơ cấu phanh loại này thờng đợc bố trí ở các bánh xe
trớc của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
- Cơ cấu phanh tự cờng hóa tác dụng kép

mặt má phanh cao (40-50KG/cm
2
khi phanh khẩn cấp, nghĩa là gấp 3-4 lần
lớn hơn so với áp suất trên mặt má phanh tang trống).
- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh đợc cân bằng
- áp suất phân bố đều trên bề mặt ma sát
- Biến dạng của đĩa và vỏ theo hớng trục
- Có khả năng tự làm sạch
- Kết cấu của phanh đĩa cho phép dễ dàng thay thế các má phanh.
* Nhợc điểm
- Giá thành cao
- áp suất đạt trị số khá lớn ở trờng hợp phanh nguy hiểm (5MN/m
2
) và hơn
nữa.
- Các tấm ma sát của loại phanh này hao mòn nhanh hơn phanh trống.
- Cơ cấu phanh đĩa không đợc cân bằng vì khi phanh sẽ sinh các lực phụ tác
dụng lên ổ bi của bánh xe.
* Sơ đồ các dạng phanh đĩa
- Cơ cấu phanh đĩa có giá đặt xilanh cố định gồm hai xilanh công tác đặt hai
bên đĩa phanh. Số lợng xilanh công tác có thể là 4 đặt đối xứng nhau, hoặc 3
xilanh với 2 xilanh nhỏ một bên, còn bên kia là 1 xilanh lớn.
Loại này, giá đỡ đợc bắt cố định trên dầm cầu. Trên giá đỡ bố trí hai xilanh
bánh xe ở hai phía của đĩa phanh. Trong các xilanh có piston, mà một đầu của
nó luôn tì vào các má phanh. Một đờng dầu từ xilanh chính đợc dẫn đến cả hai
xilanh bánh xe.
Khi đạp phanh, dầu từ xilanh chính qua ống dẫn đến các xilanh bánh xe đẩy
piston mang các má phanh ép vào hai phía của đĩa phanh thực hiện phanh
bánh xe.
Trần Văn Trờng-ôtô-k45

Đồ án tốt nghiệp
Phanh dừng đợc dùng để dừng (đỗ xe) trên đờng dốc hoặc đờng bằng. Nói
chung hệ thống phanh này đợc sử dụng trong trờng hợp ôtô đứng yên, không
di chuyển trên các loại đờng khác nhau.
Về cấu tạo phanh dừng cũng có hai bộ phận chính đó là cơ cấu phanh và dẫn
động phanh.
- Cơ cấu phanh có thể bố trí kết hợp với cơ cấu phanh của các bánh xe phía
sau hoặc bố trí trên trục ra của hộp số.
- Dẫn động phanh của hệ thống phanh dừng hầu hết là dẫn động cơ khí đợc bố
trí và hoạt động độc lập với dẫn động phanh chính và đợc điều khiển bằng tay,
vì vậy còn gọi là phanh tay.
1.2.3. Phân loại theo dẫn động phanh
1.2.3.1. Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
Dẫn động cơ khí có u điểm là độ tin cậy cao, nhng lực tác dụng vào bàn
đạp lớn. Nên phanh cơ khí chỉ đợc dùng trong phanh tay.
1.2.3.2. Hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực
1- Bàn đạp phanh 4- Xi lanh công tác
2- Xi lanh chính 5- Cơ cấu phanh
3- Đờng ống
Dẫn động bằng thuỷ lực có u điểm là phanh êm dịu, dễ bố trí, có độ nhạy
cao
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
13
Đồ án tốt nghiệp
Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm là tỷ số truyền của dẫn động dầu không
lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh.
Hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực thờng đợc sử dụng trên ôtô du lịch
hoặc ôtô tải nhỏ.
Trong hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ của mạch dẫn
động mà ngời ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.

nhiều trong thực tế.
1.2.3.3. Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
Trong dẫn động bằng khí nén lực tác dụng lên bàn đạp chủ yếu dùng để
điều khiển van phân phối, còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí
nén tác dụng lên bầu phanh.
Dẫn động khí nén có u điểm là lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ, lực phanh lớn
Nhợc điểm độ nhạy kém, cồng kềnh
Dẫn động phanh bằng khí nén chỉ dùng trên các ôtô tải trung bình và tải lớn
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
15
Đồ án tốt nghiệp
1- Máy nén khí 4- Cơ cấu phanh
2- Bình lắng nớc và dầu 5- Bầu phanh
3- Bình chứa khí 6- Van phân phối
Máy nén khí 1 đợc dẫn động bởi động cơ bơm khí qua bình lắng nớc và
dầu 2 đến bình chứa khí nén 3. áp suất của khí nén trong bình xác định bởi áp
kế đặt trong buồng lái. Khi cần phanh ngời lái tác dụng vào bàn đạp phanh,
bàn đạp phanh sẽ dẫn động đòn van phân phối, lúc đó khí nén sẽ từ bình chứa
3 qua van phân phối 6 đến các bầu phanh 5. Màng của bầu phanh sẽ bị ép và
dẫn động cam phanh, do đó các má phanh đợc ép vào trống phanh để tiến
hành quá trình phanh.
Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén ngời ta thờng sử dụng hai loại là
dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.
* Dẫn động một dòng: nghĩa là từ đầu ra của van phân phối chỉ có một dòng
khí duy nhất tới các bầu phanh. Dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản, dễ
chế tạo, nhng độ an toàn không cao nên không đợc sử dụng rộng rãi.
* Dẫn động hai dòng: nghĩa là từ đầu ra của van phân phối có hai dòng khí
độc lập tới các bầu phanh, thờng là một dòng tới hai bầu phanh cầu sau và một
dòng tới hai bầu phanh cầu trớc. Dẫn động phanh hai dòng về kết cấu có phức
Trần Văn Trờng-ôtô-k45

nhau.
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao
- Không có hiện tợng tự xiết khi phanh
- Cơ cấu thoát nhiệt tốt
- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao và ổn định trong điều
kiện sử dụng
- Giữ đợc tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
- Có khả năng phanh ôtô khi đứng trên dốc trong thời gian dài
- Độ bền tuổi thọ và độ tin cậy cao, nhất là trong môi trờng khí hậu nhiệt đới
nóng ẩm nh nớc ta.
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
18
Đồ án tốt nghiệp
Chơng 2: thiết kế tính toán hệ thống phanh
2.1. Phân tích hệ thống phanh
Hệ thống phanh ô tô gồm có phanh chính (phanh chân) và phanh phụ (phanh
tay). Sở dĩ phải làm cả phanh chính và phanh phụ là để đảm bảo an toàn khi
ô tô chuyển động phanh chính và phanh phụ có thể có cơ cấu phanh và dẫn
động phanh hoàn toàn riêng rẽ hoặc có thể có chung cơ cấu phanh nhng dẫn
động phanh hoàn toàn riêng rẽ. Dẫn động phanh của phanh phụ thờng dùng
loại cơ khí.
Phanh chính thờng dùng loại dẫn động dầu gọi là phanh thuỷ lực hoặc khí gọi
là phanh khí. Khi dùng phanh dầu lực tác dụng lên bàn đạp sẽ lớn hơn so với
phanh khí vì lực này là để sinh ra áp suất của dầu trong bầu chứa dầu và hệ
thống phanh, còn ở phanh khí lực này chỉ cần thắng lực cản của lò xo để mở
van phân phối của hệ thống phanh, vì vậy phanh dầu chỉ lên dùng ở ô tô du
lịch, xe tải cỡ nhỏ và trung bình vì ở các loại ô tô này mômen phanh ở các
bánh xe nhỏ, do đó lực trên bàn đạp cũng nhỏ, ngoài ra phanh dầu còn gọn
gàng rễ bố trí hơn phanh khí.
Phanh khí thờng sử dụng trên ô tô tải trung bình và lớn. Ngoài ra để tận dụng -

Góc ôm của tấm ma sát Độ 115 và 120
11
1

Góc bố trí tấm ma sát Độ 15 và 16
12 a Khoảng cách từ tâm quay đến
điểm tựa chốt quay
m 0,165
13 c Khoảng cách từ tâm bánh xe
đến tâm cam đẩy má phanh
m 0,17
14 Dung tích bình chứa khí nén l 35
2.2. Thiết kế cơ cấu phanh
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
20
Đồ án tốt nghiệp
2.2.1. Phân tích lựa chọn phơng án
Cơ cấu phanh trên ôtô chủ yếu có hai dạng: phanh guốc và phanh đĩa.
Phanh guốc sử dụng chủ yếu trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở
khách và một số loại ôtô con. Phanh đĩa đợc sử dụng trên nhiều loại ôtô con,
trong đó chủ yếu là ở các cơ cấu phanh trớc.
Do xe thiết kế là xe tải 5 tấn, mômen phanh sinh ra tại các bánh xe là lớn, hơn
nữa lại luôn phải làm việc trong môi trờng nặng nhọc và bụi bẩn. Nếu ta dùng
phanh đĩa cho xe, thứ nhất là mômen phanh sinh ra tại các bánh xe nhỏ hơn so
với phanh guốc do gần nh không có tác dụng tự hãm nên cần có áp suất dầu
rất cao để đảm bảo đủ lực dừng xe cần thiết. Vì vậy đờng kính piston trong xi
lanh bánh xe phải lớn hơn so với phanh guốc, thứ hai xe lại phải làm việc
trong môi trờng bụi bẩn sẽ làm cho đĩa phanh bị han rỉ, và má phanh chóng
mòn cho nên rất nhanh phải thay, vả lại giá thành của phanh đĩa lại rất đắt. Vì
vậy để đáp ứng các điều kiện làm việc của xe tải thì cơ cấu phanh của xe nên

= M

= .G
Trong quá trình tính toán ta bỏ qua lực cản không khí, lực cản lăn và coi hệ số
bám tại các bánh xe là nh nhau.
Mô men phanh tính toán cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu trớc là:
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
22
Đồ án tốt nghiệp

r
h
j
M
bx
g
p
bgL
bG

.
.
1.
2
.
max
'










=
(2.2)
G- trọng lợng của ôtô khi đầy tải G= 95250 (N)
L- Chiều dài cơ sơ của xe L= 3,8 (m)
a, b, h
g
- Toạ độ trọng tâm của xe h
g
=1,4 (m), a=2,77 (m), b= 1,027 (m)
Gia tốc trọng trờng g = 9,81 m/s
2

Gia tốc chậm dần cực đại của ôtô khi phanh lấy J
max
= (6 ữ 7) m/s
2

chọn J
max
= 6 m/s
2

Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng lấy = (0,6 ữ 0,7)
chọn = 0,6

027,1.95250
'
Nm
M
p
=






+=
Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe cầu sau là
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
23
Đồ án tốt nghiệp
)(6471449,0.6,0.
773,2.81,9
4,1.6
1.
8,23
773,2.95250
''
Nm
M
p
=



=
1
+
0
+ Tính

cho cơ cấu phanh trớc
Chọn
1
=15
0

0
=115
0

2
=
1
+
0
=15
0
+115
0
=130
0
Thay số vào (2-4) tg =
260sin30sin115
180

0
Thay số vào (2-4) tg =
272sin32sin120
180
.2
272cos32cos



= 0,175
= arctg(0,175)= 10
0
* Xác định bán kính điểm đặt lực
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
24
Đồ án tốt nghiệp
Bán kính

là bán kính xác định điểm đặt lực tổng hợp R tác dụng lên guốc
phanh

=
( )
02100
2
2
0
21
sin).cos( 2
coscos 2

+115
0
=130
0
r
t
bán kính của tang trống chọn theo xe tham khảo r
t
=210(mm)


=
( )
115sin.145cos.115
180
.2)115(
130cos15cos.210.2
2
2
sin
)115
180
(

+


=241(mm)
+ Tính


2
sin
)120
180
(

+


=244,5(mm)
* Bán kính r
0

r
o
=

.
à
à
2
1+
(2-6)
à
- Hệ số ma sát giữa má phanh và tang trống
Trần Văn Trờng-ôtô-k45
25