Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
Mục Lục
-1-
Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước ngày càng phát triển thì nhu
cầu sử dụng ô tô trong giao thông càng nhiều. Cùng với đó là sự xuất hiện nhiều
nhà máy lắp ráp ô tô như Trường Hải, Toyota, Ford…Điều này buộc những kỹ sư
trong ngành ô tô phải nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi những công nghệ mới, cũng như
thiết kế, cải tạo những ô tô cũ để phù hợp với nhu cầu hiện nay. Do đó, đồ án môn
học tính toán và thiết kế ô tô mang một ý nghĩa quan trọng đối với sinh viên ngành
cơ khí giao thông trước khi ra trường.
Nay em nhận nhiệm vụ thiết kế hệ thống phanh của ô tô nhằm mục đích ôn lại kiến
thức đã học và nâng cao kỹ năng cũng như sự linh hoạt trong tính toán và thiết kế
các hệ thống,cơ cấu trong ô tô
Phanh ô tô là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô chạy an toàn
ở tốc độ cao, do đó nâng cao được năng suất vận chuyển. Nên hệ thống phanh ô tô
cần thiết bảo đảm độ tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh cao, tính ổn định của
xe để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành.
Được sự hướng dẫn tận tình của Thầy Lê Văn Tụy, nay em đã hoàn thành đồ án,
trong quá trình tính toán, thiết kế không tránh khỏi sai sót, mong các thầy trong
khoa chỉ dẫn. Em xin chân thành cảm ơn
Đà Nẵng 25 tháng 08 năm 2013.
-2-
Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1 Công dụng và yêu cầu của hệ thống phanh
1.1.1 Công dụng
Trên ôtô phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng đảm bảo cho ôtô chuyển động an
toàn ở mọi chế độ nhờ đó mới phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ ôtô
cũng như là năng suất vận chuyển của xe. Hệ thống phanh được dùng để:

bàn đạp hay đòn điều khiển với lực phanh tạo ra ở các bánh xe, chính vì điều này
trong các loại dẫn động thuỷ lực có trợ lực hay dẫn động khí nén đều có cơ cấu tỷ lệ
đảm bảo quan hệ này. Đồng thời để đạt được yêu cầu trên phải không được có hiện
tượng tự xiết khi phanh.
+ Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
+ Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh. Muốn vậy cần
phải phân bố lực phanh ra các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải đảm bảo một số yêu
cầu chính như sau:
- Không có hiện tượng khoá cứng hay trượt các bánh xe khi phanh vì: Các
bánh xe nếu các bánh trước bị trượt sẽ làm cho ôtô bị trượt ngang còn các bánh xe
sau bị trượt có thể làm cho ôtô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe. Ngoài ra
khi các bánh xe bị trượt còn gây ra mòn lốp, giảm hiệu quả phanh.
- Lực phanh trên các bánh xe phải và trái trên cùng một cầu phải không được
sai lệch quá phạm vi cho phép.
+ Không có hiện tượng tự phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi
quay vòng.
+ Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh phải cao để cơ cấu phanh được
nhỏ gọn đồng thời phải ổn định trong mọi điều kiện sử dụng để hiệu quả phanh
được đảm bảo.
+ Toàn bộ động năng của ôtô khi phanh sẽ biến thành nhiệt năng do đó hệ thống
phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt.
+ Để giảm lao động cho người lái lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều
khiển phải nhỏ, đồng thời để điều khiển được thuận tiện hành trình tương ứng của
bàn đạp phải nằm trong một phạm vi cho phép.
-4-
Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
1.2 Phân loại hệ thống phanh
1.2.1 Phân loại theo công dụng
- Hệ thống phanh làm việc: hay còn gọi là hệ thống phanh chính, được sử dụng
thường xuyên ở tất cả chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp

Hình 1-1. Cơ cấu phanh Trống-guốc sử dụng xilanh thủy lực.
1. Xylanh 2. Piston 3.guốc phanh 4. Chốt lệch tâm
Nguyên lý hoạt động: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ
thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng
của dầu áp suất cao ép guốc phanh tỳ vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu.
Khi người lái ngừng tác dụng guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị,
guốc phanh tách khỏi trống phanh và quá trình phanh kết thúc.
2) Cơ cấu phanh trống-guốc có điểm cố định riêng rẽ về một phía và các guốc
phanh có dịch chuyển gốc như nhau.
Cơ cấu phanh này có momen ma sát sinh ra ở các guốc phanh là bằng nhau. Trị
số momen không thay đổi khi xe chuyển động lùi, cơ cấu phanh này có cường độ
ma sát ở các tấm ma sát là như nhau và được gọi là cơ cấu phanh cân bằng, kết cấu
cụ thể của loại cơ cấu này là do profin của cam ép đối xứng nên các guốc phanh có
dịch chuyển như nhau.
-6-
Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
2
4
5
3
1
Hình 1-2. Cơ cấu phanh Trống-guốc sử dụng cam ép.
1. Cam ép; 2. Guốc phanh; 3. Lò xo hồi vị; 4. Cam lệch tâm; 5. Mâm phanh
* Nguyên lý hoạt động: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ
thống dẫn động thủy lực (dẫn động khí nén) làm cho trục cam ở cơ cấu phanh quay.
Guốc phanh tỳ vào cam và khi cam quay biên dạng ở chỗ tiếp xúc giữa cam và guốc
thay đổi, ép guốc phanh vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu. Khi người lái
ngừng tác dụng cam sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi
trống phanh và quá trình phanh kết thúc.
3) Cơ cấu phanh Trống-guốc có điểm đặt cố định riêng rẽ về hai phía và lực dẫn

Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
1
3
6
4
5
2
Hình 1-4. Cơ cấu phanh Trống-guốc loại bơi.
1. Xylanh; 2. Vành làm kín; 3. Piston; 4.guốc phanh
5. lò Xo hồi vị; 6. Mâm phanh
* Nguyên lý làm việc: Khi lái xe tác dụng lực lên bàn đạp phanh thông qua hệ
thống dẫn động thủy lực (trợ lực khí nén) dầu được cấp vào xilanh, dưới tác dụng
của dầu áp suất cao ép các guốc phanh dịch chuyển theo chiều ngang và ép má
phanh tỳ vào trống phanh và quá trình phanh bắt đầu. Khi người lái ngừng tác dụng
guốc phanh sẽ trở về vị trí ban đầu nhờ lo xo hồi vị, guốc phanh tách khỏi trống
phanh và quá trình phanh kết thúc.
1.2.2.2 Cơ cấu phanh đĩa
-9-
Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch
Hình 1-5. Phanh đĩa má kẹp cố định.
1. Má phanh, 2. Má kẹp, 3. Piston, 4.
Vòng làm kín, 5. Đĩa phanh.
Hình 1-6. Phanh đĩa má kẹp tùy động.
1. Đĩa phanh, 2. Má kẹp, 3. Đường
dầu, 4. Piston, 5. Thân xilanh, 6. Má
phanh.
-10-
Phanh đĩa ngày càng được sử dụng rộng rãi trên ô tô, có hai loại phanh đĩa:
+ Loại đĩa quay.
+ Loại vỏ quay.

- Nhược điểm:
+ Hiệu suất truyền lực không cao.
+ Thời gian phanh lớn.
1.2.3.2 Dẫn động thủy lực
Dẫn động phanh thủy lực được sử dụng rộng rãi trên hệ thống phanh chính
của các loại ô tô du lịch, vận tải nhỏ và trung bình.
Dẫn động phanh là một hệ thống các chi tiết truyền lực tác dụng lên bàn đạp
đến cơ cấu phanh làm cho các guốc phanh bung ra nhằm thực hiện quá trình phanh,
ở phanh dầu chất lỏng được sử dụng để truyền lực tác dụng nêu trên. Đặc điểm
quan trọng của dẫn động phanh dầu là các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp
suất trong ống chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ép vào trống phanh.
 Ưu điểm :
+ Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các guốc phanh theo
đúng yêu cầu thiết kế.
+ Có hệ suất cao
+ Có độ nhậy tốt
+ Kết cấu đơn giản
+ Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu
phanh
 Nhược điểm :
+ Không thể tạo được tỷ số truyền lớn, vì thế phanh dầu không có cường hóa,
chỉ dùng cho ô tô có trọng lượng toàn bộ nhỏ.
+ Lực tác dụng lên bàn đạp lớn
+ Đối với dẫn động phanh một dòng khi có chổ nào bị chảy dầu thì tất cả hệ
thống phanh đều không làm việc, để khắc phục khuyết điểm này người ta dùng loại
dẫn động hai dòng, loại này có ưu điểm là khi một dòng bị hỏng thì dòng còn lại
vẫn làm việc bình thường, tuy nhiên hiệu quả phanh có giảm nhưng đảm bảo an
toàn khi chuyển động.
1) Dẫn động phanh thủy lực tác dụng trực tiếp
Hình 1-9. Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp.

- Van nạp: Cho khí nén từ bình chứa đi vào khi đạp phanh
- Van xả: Cho khí nén trong dẫn động thoát ra ngoài khí quyển khi nhả phanh.
* Nguyên lý hoạt động: Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2 lực sẽ truyền
động thời lên các cần của xy lanh chính 6 và của cụm van 3. Van 3 dịch chuyển :
mở đường nối khoang A của xy lanh lực với bình chúa khí nén 4. Khí nén 4 sẽ đi
vào khoang A tác dụng lên piston của xy lanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các
piston trong xy lanh chính 6 dịch chuyển - đưa dầu đến các xy lanh bánh xe. Khi đi
vào khoang A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò xo
lại, làm van dịch chuyển lùi 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 tới
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 đẻ đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào. Như vậy cụm van
12 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh.
* Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực :
Hình 1-12. Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực.
Trong đó : 1 – Bơm, 2 - Van an toàn, 3 - Đường cao áp, 4 - Đường hồi dầu, 5 - Van
phân phối, 6 - Xy lanh lực, 7 - Xy lanh chính, 8, 9 - Xy lanh bánh xe sau và trước.
* Nguyên lý hoạt động: Khi tác dụng lên bàn đạp : kênh nối đường cao áp 3 của
bơm với đường hồi 4 trong van 5 đóng lại, còn kênh nối 5 với khoang làm việc của
xy lanh trợ lực 6 mở ra, cho chất lỏng đi vào ép piston của xy lanh lực đẩy piston
của xy lanh chính dịch chuyển, ép dầu đến các xy lanh bánh xe để thực hiện quá
trình phanh. Lực tác dụng lên bàn đạp càng mạnh, áp suất làm việc càng cao,
momen phanh sinh ra càng lớn.Ở trạng thái nhả phanh, van 5 nối các đường 3 và 4
với nhau nên bơm làm việc không tải.
3) Dẫn động thủy lực dùng bơm và các bộ tích năng
Hình 1-13. Dẫn động thủy lực dùng bơm và các bộ tích năng.
Bơm có tác dụng cung cấp chất lỏng áp suất cao cho dẫn động. Bộ tích năng có tác
dụng tích trữ năng lượng khi hệ thống làm việc và giải phóng nó.
1.2.3.3 Dẫn động phanh thủy khí.

như khi kiểm tra mức dầu và thoát khí khỏi truyền động.
Chương 2: TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU
2.1 Tính momen phanh yêu cầu
Hình 2-1. Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ôtô khi phanh.
Viết phương trình cân bằng momen khi xe đứng yên, ta có tọa độ trọng tâm xe theo
chiều dọc a, b.
bGhPLZ
agj

01
+=
(I)
Vì xe đứng yên nên lực quán tính P
j
=0
Suy ra (I) 
bGLZ
a

01
=
=>
a
G
LZ
b
01
.
=
Trong đó : G

bx
chính bằng phản lực pháp tuyến Z tại
bánh xe khi phanh.
Khi ô tô được phanh khẩn cấp với tốc độ bất kỳ cho đến khi dừng hẳn
( v= 0 ) thì gia tốc phanh cực đại có thể được xác định từ lực quán tính lớn nhất khi
phanh P
j
như được thể hiện trên hình 1. Sau khi biến đổi ta có trọng lượng bám ở
mỗi bánh xe trước/ sau :
( )
bxg
a
bx
hb
L
G
G
ϕ

.2
0
1
+=
( )
bxg
a
bx
ha
L
G

ϕϕ
÷=
bx
Suy ra:
( )
68,056,0
÷=
bx
ϕ
Như vậy để đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất với gia tốc chậm dần lớn nhất
mà các bánh xe không bị trượt thì ta có thể chọn
68,0
=
bx
ϕ
Với G
a
= 2300 ( Kg )
L
0
= 2100 ( mm )
H
g
= 500 ( mm )
a = 1004 ( mm )
b = 1096 ( mm )
Thì ta có lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe trước/ sau khi phanh khẩn
cấp như sau :
[ ]
NG

ϕ
Moment phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là :
bxbxbx
RPM .
11
=
= 5245,52.0,3 = 1573 ( N.m )
bxbxbx
RPM .
22
=
= 2425.0,3 = 728 ( N.m )
Trong đó : R
bx
= 0,3 ( m ) là bánh kính làm việc trung bình của bánh xe.
* Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe
Thực tế moment phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở
bánh xe sinh ra. Cơ cấu phanh sinh ra ở các bánh xe có nhiều kiểu, vì vậy nói chung
trên một chiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh xe
trước và trục bánh xe sau. Ngay cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu
và kích thước cụ thể vẫn có thể khác nhau tùy theo moment phanh yêu cầu phân bố
trên các trục như đã tính ở trên.
Vì vậy để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, thì trước hết cần đánh giá tỷ số
phân bố moment phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lực phanh K
12
như sau :
2
1
12
bx

giảm nhiều ở nhiệt độ thấp, sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm cho
các đường ống bị rung động và momen phanh không ổn định ngoài ra nó còn một
nhược điểm cơ bản là lực tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường phải sử dụng các bộ
trợ lực, kết cấu dẫn động khi đó trở nên phức tạp hơn vì thế đối với các ôtô - máy
kéo cở trung bình và lớn cũng như trên các đoàn xe kéo moóc momen phanh yêu
cầu lớn cần phải dùng loại dẫn động khí nén để có lực điều khiển nhỏ, mặc dù kết
cấu loại dẫn động này phức tạp hơn, kích thước lớn hơn và giá thành cao hơn, độ
nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
9,08,0
÷=
η
Qua phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của loại dẫn động trên ta thấy
đối với loại xe du lịch (tải trọng chỉ có 2300kg) mà ta cần thiết kế ta không cần
dùng loại dẫn động khí nén mà sẽ dùng loại dẫn động thuỷ lực.
2.3 Chọn loại cơ cấu phanh
Trong hệ thống phanh cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm
việc theo nguyên lý ma sát, vì thế kết cấu của nó bao giờ cũng có hai bộ phận chính
là: các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Trong đó phần tử ma sát có thể có các dạng:
trống guốc, đĩa hay dải.
Phanh dải thường được sử dụng trên máy kéo, phanh trống guốc có thể được sử
dụng trên xe tải, xe khách, xe du lịch. Phanh đĩa thường được sử dụng trên xe du
lịch. Là xe du lịch có thể sử dụng phanh guốc và phanh đĩa, ta chọn cơ cấu phanh
đĩa vì có khả năng thoát nhiệt tốt, làm việc ổn định và trọng lượng nhỏ hơn.
1
2
3
Hình 2-2. Cơ cấu phanh đĩa có rãnh làm mát.
1- Đĩa ma sát; 2- Má kẹp xilanh; 3- Rãnh làm mát.
2.4 Chọn sơ đồ phân dòng chính của dẫn động phanh
Để tăng độ tin cậy khi làm việc dẫn động phanh bao giờ cũng có ít nhất hai dòng



−
−
=
2
1
2
2
3
1
3
2
11
3
2
RR
RR
PM
g
µ
(3.1)













−
−
=
2
1
2
2
3
1
3
2
3
2
2
RR
RR
PM
p
µ
(3.3)
Trong đó R
2
là bán kính ngoài của đĩa và được xác định như bán kính tang trống ,
bằng công thức :
2
.8,0



−
−
=
3
1
3
2
2
1
2
2
4
3
RR
RR
M
P
p
µ
(3.4)
Thế số ta có lực ép của cơ cấu phanh đĩa ở phía cầu trước :
Số liệu : M
pbx1
= 1573[N.m]; R
2
= 0,12[m]; R
1
=0,066 [m];

= 728[N.m]; R
2
= 0,12[m]; R
1
=0,066 [m];
[ ]
NP 11537
066,012,0
066,012,0
33.0
07,728
.
4
3
33
22
1
=








−
−
=
3.1.2 . Tính toán xác định bề rộng má phanh:

theo chi vi hình vànhh khăn của đĩa, đặc trưng cho bề rộng má phanh của cơ cấu
phanh đĩa tính bằng [rad], còn q là áp suất làm việc trung bình hình thành giữa má
phanh và đĩa phanh trong quá trình phanh.
Từ (4-15) suy ra góc ôm đặc trưng cho bề rộng má phanh kiểu đĩa:
( )
2
1
2
2
.
2
RRq
P
−
=
α
(3.6)
Để đảm bảo tuổi thọ của má phanh cho một chu kỳ giữa hai lần bảo dưỡng thi giá
trị áp suất làm việc của má phanh q[N/m
2
] phải nhỏ hơn giá trị cho phép [q] nằm
trong giới hạn từ 1,5
÷
2,0 (MN/m
2
).