Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Trong công cuộc xây dựng cơ sơ vật chất cho chủ nghĩa xã hội của
đất nớc ta, chúng ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại
hoá. Trong các ngành nghề, thì phơng tiện vận tải ôtô hiện nay là một
khâu quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, với khả năng chuyên chở đa
dạng các loại hàng hoá và phạm vi hoạt động đợc trên mọi địa hình khác
nhau.
Để đảm bảo đợc các yêu cầu an toàn trong chuyển động trên các
địa hình phức tạp và vận dụng tối đa khả năng vận chuyển của ôtô. Thì
các hệ thống trên ôtô nh hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống truyền
lực, ngày càng phải đợc nâng cao chất lợng và độ tin cậy để đáp ứng đợc
các yêu cầu đặt ra.
Trong tất cả các hệ thống, thì hệ thống phanh giữ vai trò quan
trọng, nó quyết định đến khả năng bảo đảm an toàn cho ôtô, nâng cao đ-
ợc tốc độ trung bình của xe khi chuyển động, cũng nh năng suất vận
chuyển và giảm đợc giá thành vận chuyển.
Với những yêu cầu đòi hỏi đó, em đợc giao đề tài: thiết kế cải
tiến hệ thống phanh trên xe ZIL 130 . Đối với xe ZIL130 là xe có hệ
thống phanh khí nén đẫn động một dòng . Với đặc điểm nh vậy cho nên
trong thực tế sử dụng thì hệ thống phanh của xe ZIL 130 độ an toàn
không cao. Bởi vì do đẫn động một dòng cho nên nếu các đờng ống dẫn
khí nén bị dò rỉ, bục màng bầu phanh, các đầu mối bị hở thì hiệu quả
của cả hệ thống phanh sẽ kém đi rất nhiều. Hơn nữa do sự phân bố lực
phanh không đều cho cả cầu trớc và cầu sau cho nên bánh xe sinh ra trợt
lết trên đờng dẫn đến hiện tợng lốp mòn không đều và tăng lợng tiêu hao
nhiên liệu, giảm tính kinh tế của xe.
Để khắc phục các nhợc điểm cơ bản của hệ thống phanh xe ZIL
130, em đi vào hớng thiết kế cải tiến hệ thống phanh dẫn động khi nén
một dòng thành dẫn động khí nén hai dòng làm việc độc lập, đợc bảo vệ
1
3 Phân bố tải trọng khi đầy tải
Cầu trớc: 25260 N
Cầu sau : 68179 N
4 kích thớc lốp 9.00 - 20
5 đờng kính trong của tang trống: 420
mm
6 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm
cam đẩy má phanh : 160 mm
7 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm
tựa chốt quay : 165 mm
8
Góc ôm tấm ma sát
0
- Bánh xe trớc : 120
o
- Bánh xe sau : 126
o
9 Góc bố trí tấm ma sát: Trớc 30
o
Sau 35
o
10 Chiều rộng tấm ma sát : Trớc 70 mm và
sau 100 mm
11 Chiều rộng cam mở các má phanh 36.5
mm và 40.7 mm
12 Số lợng bình chứa khí : 02
13 Dung tích 1 bình chứa khí : 35 lít
14 Chiều dài cơ sở xe : L= 3800 mm
15 Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải :
GG
G
a 27733800.
6817925260
68179
.
21
2
=
+
=
+
=
a = 2773 mm
b = L a = 3800 2773 = 1027 mm
h
g
= 1340 mm
III.Xác định mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh
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 cầu trớc
là:
Theo công thức (1-1) HDTKHTP.
bx
gmax
'
p
r.
b.g
h.J
r
bx
: bán kính lăn của bánh xe r
bx
=r. =1/2.D.
: hệ số biến dạng của lốp = 0.93
mm 448,82 .25.4
2
20
9,000,93 25.4
2
d
b0,93.r
bx
=
+=
+=
hg : toạ độ trọng tâm của xe h
r
ag
hJ
L
aG
M
p
p
bx
g
p
6339
82,448.6,0.
2773.81,9
1340.6
1
3800.2
2773.93440
.
.
1
.2
.
"
"
max
"
=
cầu trớc:
1
: Góc tính từ tâm guốc phanh tới chỗ tán tấm
ma sát
1
= 30
o
0
: Góc ôm tấm ma sát.
0
= 120
o2
=
0
+
1
= 150
o
0
1
1
0)0(
0
150.2sin30.2sin14,3.
oo
oo
arctg
tg
4)0749,0(2
0749,0
161.2sin35.2sin14,3.
180
126
.2
161.2cos35.2cos
2
==
=
+
=
b. Xác định bán kính
Theo công thức (2-2) HDTKHTP ta có:
02100
22
0
211
sin).cos( 2sin
)cos(cosr.2
++
=
6
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
mm247
126sin.196cos14,3.
180
150
.2125sin14,3.
180
120
)161cos35(cos210.2
0002
2
00
2
=
+
=
2. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng ph-
ơng pháp hoạ đồ
hoạ đồ lực phanh tr"ớc
r1'
,M
p2
) bằng mômen phanh tính toán
mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe.
7
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
x2''
u1''
r1''
p1''
o1''
o2''
hoạ đồ lực phanh sau
u2''
r2''
p2''
r1''
n1''
x1''
y1''
y2''
u1''
u2''
p1''
p2''
n2''
r2''
Hình 2
.r
à+
à
=
Với cầu trớc:
mmr 70
3,01
3,0
.07,245
1
.
22
1
'
0
=
+
=
+
=
à
à
8
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Với cầu sau:
mmr 71
3,01
3,0
.89,247
"
2
"
1
"
2p
"
1p
"
p
R)RR(MMM +=+=
Ta xác định các lực : U, R , P bằng hoạ đồ lực.
Do cơ cấu sử dụng cam ép (phanh khí) thì lực P
1
và P
2
tác dụng lên
hai guốc phanh sẽ khác nhau . ở trờng hợp này khi cam quay 2 guốc
phanh sẽ dịch chuyển nh nhau, do áp suát tác dụng lên 2 má phanh bằng
nhau R
1
= R
2
, R
1
, R
2
đợc xác định theo công thức (2-7) HDTKHTP:
Phanh trớc:
N
.7070
)(13073
105
45757
.3030
'
2
'
2
'
1
'
1
'
2
2
'
'
1
'
1
NUmmU
NUmmU
NPmmP
NPmmP
===
===
===
===
à
"
1
"
1
"
2
"
2
1
"
1
"
NUmmU
NUmmU
NPmmP
NPmmP
===
===
===
===
à
à
à
à
3.Hiện tợng tự xiết
Hiện tợng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh
chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc
phanh.
Hiện tợng tự xiết xảy ra khi
22
2
2
0
m
kNm
L
gF
vG
L ==
Trong đó :
G: trọng lợng toàn bộ của ôtô khi đầy tải G =93440 (N)
10
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
V
o
: vận tốc của ôtô lúc bắt đầu phanh, lấy V
o
=50 Km/h =13,88
m/s
g : gia tốc trọng trờng g =9,81 (m/s
2
)
F
: diện tích toàn bộ các má phanh ở các cơ cấu phanh
it
n
i
05
=
06
=
07
=
08
=
0
=
)(19,214,3.
180
126
rad=
R
t
: bán kính trống phanh 210 (mm)
b
i
: chiều rộng má phanh thứ i
b
1
= b
2
= b
3
= b
4
= 70 (mm)
2
mMNq
br
M
q
ot
p
==
à
a.với phanh trớc
M
p1
= M
p2
=
)(3203
2
6406
2
'
Nm
M
p
==
][)/(57,1
09,2.)10.210.(10.70.3,0
3203
====
do đó áp suất trên bề mặt ma sát đều thoả mãn yêu cầu
6. Đánh giá thời gian làm việc của má phanh
Thời gian làm việc của má phanh đợc đánh giá bằng tỷ số
)/(10.5,3][
25
cmNP
F
M
P ==
M: trọng lợng ôtô 93440 N
F
: diện tích bề mặt ma sát của tất cả các cơ cấu phanh F
=
0,3068 m
2
Thay số ta có P = 3.10
5
(N/cm
2
) < [P] nên má phanh làm việc tốt trong
thời gian dài
7.Tính nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở
trống phanh và một phần thoát ra môi trờng không khí. Phơng trình cân
2
=0
m
t
: khối lợng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng 70 (kG)
c: nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng, đối với thép và gang
c =50( kGm/kG độ)
t
o
: sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trờng không khí
F
t
: diện tích làm mát của trống phanh
t: thời gian phanh
k
t
: hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh và không khí
12
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Trong công thức trên số hạng thứ nhất là phần năng lợng làm nung
nóng trống phanh ( m
t
, c, t
o
). Số hạng thứ hai là phần năng lợng chuyển
ra ngoài không khí. Khi phanh ở thời gian ngắn, số hạng thứ hai có thể
bỏ qua, do đó ta xác định đợc sự tăng nhiệt độ của trống phanh nh sau:
Theo công thức (2-44) HDTKHTP :
0
22
V.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.
1.tìm tọa độ trọng tâm của mặt cắt ngang guốc phanh.
a: Kích thớc từ trục X-X đến trọng tâm G:
Y
C1
=
21
12
.
FF
FY
+
(1)
Trong đó:
Y
2
: kích thớc chế tạo guốc phanh, trên hình 3 ta có:
a=100 mm.
b=10 mm.
c=22 mm.
R
1x
=R
1
=195 mm.
d=60 mm.
Y
2
.
F
2
: diện tích phần dới chữ T.
F
2
=c.d=22.60=1320 mm
2
.
Thay số tìm đợc vào công thức (1) ta có:
Y
C1
=15,09 mm.
Y
C2
=Y
2
-Y
C1
=19,91 mm.
b. tính bán kính đờng trung hòa.
R
th
=
2
2
1
1
21
C1
=180 mm.
a
R1x
R
th
R
G
R1x
Yc2
Yc1
Y2
R2
R1
d
b
c
R3
Hình 3: sơ đồ guốc phanh.
2.tính bền guốc phanh
14
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
ở đây em trình bày cách tính gần đúng, vì tính chính xác guốc phanh là rất
phức tạp. Để xác định đợc tiết diện nguy hiểm nhất của guốc phanh ta phải vẽ
đợc biểu đồ nội lực:
ở trên ta đã xác định đợc họa đồ lực phanh ta dựng lên guốc phanh trớc
của cơ cấu phanh trớc là :
P=14966 (N).
R=44640 (N).
cùng giá trị nhng ngợc với phần trên.
Nz
Mu1
?
a
P
Nz
Qy
A
f 1
f
hình 16
0
Hình 4:
a. ta xét cân bằng đoạn trên của guốc phanh (hình 4).
ở đây : góc tạo bởi trục Y-Y và tia OA.
= 26
0
: góc tạo bởi trục X-X và phơng của điểm cần xét.
= (XOB+BOA) = (8,63
0
+58,25
0
).
: góc tạo bởi tia OA và điểm đang xét trên guốc phanh.
= (0
0
+AOB) = (0
Z
r
t
: bán kính tang trống: r
t
=210 mm.
- Xét cân bằng tại điểm A ta có:
= 0.
=
=+
=+
0
0.
0.
1
1
1
u
y
z
M
SinPQ
CosPN
z
(4)
Thay các giá trị :
P=14966 N.
=25
0
.
Vào công thức (3) và (4) tính ra ta đợc bảng sau:
Bảng : Giá trị lực và mô men
Vị trí
Lực và momen
A B
N
x1
(N) -11777 -1865
Q
y1
(N) -5492 -10205
M
u1
(N.m) 0 -1687
b. Xét cân bằng cho đoạn dới (hình 5).
ở đây :
: góc tạo bởi tia OC và tia nối O với điểm cần xét trên guốc phanh.
= 0
0
+(90
0
-
1
+=
=
+=
SinUCosCUM
SinUCosUQ
USinUN
yxu
yxY
Yxz
.)1.(.
cos
112
11112
11112
(5)
-Xét cân bằng tại điểm C ta có:
=0
0
; C=0 mm.
=U
1
.Sin71
0
=31603 (N).
Thay các giá trị tìm đợc vào (5) và (6) ta đợc bảng sau:
Bảng : Giá trị lực và mô men
Vị trí
Lực và momen
A B
N
Z2
(N) -13889 -16041
Q
Y2
(N) -30032 -28940
M
U2
(N.m) -2790 0
17
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
1865
13889
16041
10884,7
n
o
c
Nz
cắt B-B là mặt cắt nguy hiểm nhất vì vậy khi tính bền ta chỉ cần tính bền cho
guốc phanh tại mặt cắt B-B đợc thể hiện trên hình 7.
18
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
c
a
b
3
1
2
Hình 7 : Mặt cắt ngang của guốc phanh.
Đối với tiết diện hình chữ T, để kiểm nghiệm bền ta cần tính ứng suất tại
các điểm 1,2,3.
-ứng suất pháp do Q
Y
và M
u
gây ra đợc xác định theo công thức sau:
Z
=
)1.(
i
th
U
Y
R
R
F
M
U
=-2794 (N.m).
Thay các số vầo (24) ta có:
Z
= -37,6 (N/mm
2
).
+Tại điểm 2:
R
2
=190 mm.
Nên
Z2
=-30,08 (N/mm
2
).
19
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
+Tại điểm 3:
R
3
=130 mm.
Nên
Z3
=-100,2 (N/mm
2
).
ứng suất tiếp do N
=
1
1
2
3
21
2
2
2
3
32
.
12
).(
.
12
).(
FY
aRR
FY
CRR
CC
+
++
(9)
Thay các giá trị vào ta có:
J
X
.F
C
Trong đó:
Y
2
: là khoảng cách từ trọng tâm phần II đến đờng trung hòa.
Y
2
=R
1
-R
th
=195-182 =13 mm.
F
C
: diện tích phần dới của tiết diện cắt.
F
C
=480 mm
2
.
20
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Vậy : S
X2
=13.480 =6240 mm
3
.
+ Tại điểm 1 và 3 có S
X
Ta có:
th
=
8,10
8.493369
10816.13889
=
N/mm
2
.
Với kết quả tính toán ứng suất trên mặt cắt ngang của guốc phanh tại tiết
diện B-B ta lập đợc bảng .
Điểm
Trị số
1 2
3
Z
(N/mm
2
)
-37,6 -30,8 100,2
Z
(N/mm
2
)
0 6,2 0
(N/mm
+=
Z
(11)
Thay các giá trị vào (11) ta có:
2
=100,2 (N/mm
2
).
Guốc phanh đợc chế tạo bằng thép có [
Z
]=400N/mm
2
. Vì vậy các giá trị
ứng suất tại các điểm đã xét đều thỏa mãn điều kiện bền.
VI.Máy nén khí
Máy nén khí dùng để tạo ra khí nén có áp suất cao cung cấp cho hệ
thống phanh và các hệ thống tiêu thụ khí nén khác.
Năng suất của máy nén khí đợc xác định theo công thức (3-21)
HDTKHTP
4
2
nSdi
Q =
(l/p)
Trong đó
i: số xylanh máy nén khí i =2
d: đờng kính xylanh d = 60 mm = 6 cm
hớng cải tiến tập trung vào thiết kế thêm bộ chia dòng và bộ điều hoà lực
phanh.
ở xe ZIL130 do hệ thống phanh khí nén đã dẫn động một dòng cho nên
do điều kiện sử dụng, điều kiện đờng xá, khí hậu nên các đờng ống dẫn khí
nén dễ rò rỉ, thủng bầu phanh dẫn đến cả hệ thống phanh mất tác dụng khi
phanh xe.
Bởi vậy để nâng cao tính an toàn cho xe khi chuyển động , nên từ hệ
thống phanh dẫn động khí nén một dòng cải tiến thành hệ thống phanh khí nén
dẫn động hai dòng độc lập : Dòng 1 dẫn động cho cơ cấu phanh cầu trớc,
Dòng 2 dẫn động cho cơ cấu phanh cầu sau. Trong quá trình phanh tải trọng
tác dụng lên các cầu xe có sự thay đổi do lực quán tính khi phanh trọng lợng
đợc dồn về phía cầu trớc gia tốc chậm dần dầu khi phanh càng lớn. Tải trọng
23
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
tác dụng lên các bánh xe càng lớn và hệ số bám của các bánh xe với mặt đờng
càng lớn thì lực phanh thay đổi càng lớn. Để phanh có hiệu quả cao cần thiết
phải có bộ phận phân phối áp suát khí nén và các bầu phanh làm việc ở các
bánh xe sao cho phù hợp với trọng lợng bám ở các bánh xe trong quá trình
phanh.
Bộ điều hoà lực phải có nhiệm vụ tự động điều chỉnh áp lực phanh ở các
bánh xe cho thích hợp để tăng hiệu quả phanh.
Với phơng án này thì hiệu quả phanh sẽ cao hơn nhiều so với khi không
lắp bộ điều hoà lực phanh.
1
2
3
4
5
9
6
ngời lái chỉ để đóng khoá điều khiển còn lực phanh ở bánh xe do áp lực khí
nén tạo nên.
Các cụm , bộ phận bố trí thuận lợi , gọn
Nhợc diểm: Hệ thống phanh xe ZIL130 có những nhợc điểm cơ bản
sau :
Do dẫn động khí nén một dòng cho nên khi có sự cố trong hệ thống
phanh nh rò rỉ đờng ống dẫn, thủng màng phanh, lò xo van phân phối bị hỏng,
van mòn hở Thì cả hệ thống phanh mất tác dụng,
Phân bố lực phanh không đều, không hợp lý, Vì vậy phanh làm cho
bánh xe bị trợt lết làm hao mòn lốp, tiêu hao nhiên liệu ảnh hởng đến tính kinh
tế.
II. Các phơng án cải tiến:
25
Copyright: Tài liệu đại học ©