Đồ án tốt nghiệp

lời nói đầu
Sự phát triển lớn mạnh của tất cả các ngành kinh tế quốc dân đòi hỏi cần
chuyên chở khối lợng lớn hàng hoá và hành khách. Tính cơ động cao, tính việt
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 đờng 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

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ)
1.2.2. Phân loại theo cơ cấu phanh
1.2.2.1. Cơ cấu phanh guốc

1- Guốc phanh

5- Xi lanh lực

2- Má phanh

6- Cam

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

3


Đồ án tốt nghiệp

3- Tang trống

7- Đòn dẫn động cam

4- Chốt phanh

8- Bầu phanh

Cơ cấu phanh guốc gồm có trống phanh 3 quay cùng với các bánh xe, các
guốc phanh 1 lắp với phần không quay là mâm phanh, trên guốc có lắp các má

Đồ án tốt nghiệp

- Khe hở giữa má phanh với trống phanh lớn
- Không có khả năng tự làm sạch
- áp suất phân bố không đều trên bề mặt ma sát
* Sơ đồ các dạng cơ cấu phanh tang trống
- Cơ cấu phanh đối xứng qua trục nghĩa là hai guốc phanh bố trí đối xứng qua
đờng trục thẳng đứng.
Cấu tạo chung của cơ cấu phanh loại này bao gồm một mâm phanh đợc bắt cố
định trên dầm cầu. Trên mâm phanh có lắp hai chốt cố định để lắp ráp đầu dới
của hai guốc phanh. Hai chốt cố định này có thể có 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 cam ép hoặc với piston xilanh.
Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh đợc điều chỉnh bằng trục cam
ép hoặc bằng hai cam lệch tâm.
Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát. Các tấm này có thể dài liên tục
hoặc phân thành một số đoạn.
- Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm

Hình 1.3 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm
1. ống nối; 2. vít xả khí; 3. xi lanh bánh xe; 4. má phanh;
5. phớt làm kín; 6. pittông; 7. lò xo guốc phanh; 8. tấm chặn;
9. chốt guốc phanh; 10. mâm phanh.
5
Trần Văn Trờng-ôtô-k45


Đồ án tốt nghiệp

Đợc thể hiện trên mâm phanh cũng bố trí guốc phanh, hai xilanh bánh xe,

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

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

7


Đồ án tốt nghiệp

Cơ cấu phanh tự cờng hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanh đợc tựa
trên hai mặt tựa di trợt của hai pittông trong một xi lanh bánh xe. Cơ cấu
phanh loại này đợc sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ
đến trung bình.
1.2.2.2. Cơ cấu phanh đĩa

1- Đĩa phanh
2- Má phanh
3- Xi lanh công tác
4- Giá đỡ

- 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

9


Đồ án tốt nghiệp

Khi thôi phanh dới tác dụng của lò xo hồi vị bàn đạp đợc trả về vị trí ban đầu,
dầu từ xilanh bánh xễ hồi trở về vị trí ban đầu, dầu từ xilanh bánh xễ hồi trở về
xilanh chính, tách má phanh khỏi đĩa phanh kết thúc quá trình phanh.


1- Má phanh
2- Đĩa phanh
3- Piston
4- Giá di động
5- Giá dẫn hớng

1.2.2.3

. Cơ cấu phanh
dừng

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

10


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


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.
* Dẫn động một dòng nghĩa là từ đầu ra của xilanh chính chỉ có một đờng dầu
duy nhất dẫn đến các xilanh bánh xe, dẫn động một dòng có kết cấu đơn giản
nhng độ an toàn không cao. Vì vậy trong thực tế dẫn động phanh một dòng ít
đợc sử dụng.

* Dẫn động hai dòng nghĩa là từ đầu ra của xilanh chính có hai đờng dầu độc
lập đến các xilanh bánh xe của ôtô. Dới đây là các sơ đồ dẫn động thuỷ lực hai
dòng.
- Một dòng dẫn động ra hai bánh xe cầu trớc, còn một dòng dẫn tới các bánh
xe cầu sau, và dẫn động chéo, một dòng dẫn động cho bánh xe trớc ở một phía
và bánh xe sau ở phía khác, còn một dòng dẫn động cho các bánh xe chéo còn
lại.

Hai kiểu dẫn động trên đợc dùng cho các xe con thông thờng vì kết cấu
đơn giản và giá thành hạ, ở sơ đồ dẫn động kiểu K khi một dòng bị hỏng sẽ
gây nên chênh lệch lực phanh ở các bánh xe của dòng còn lại làm cho ôtô có
thể bị quay trong mặt phẳng ngang.

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

12



3- Bình chứa khí

4- Cơ cấu phanh
5- Bầu phanh
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

14


Đồ án tốt nghiệp

tạp hơn một dòng, nhng độ an toàn rất cao. Trờng hợp nếu một dòng có sự cố



Đồ án tốt nghiệp

1.3. Yêu cầu
Hệ thống phanh trên xe phải đảm bảo những yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đờng phanh ngắn nhất khi phanh, gia tốc chậm dần cực đại khi phanh, thời gian
phanh ngắn nhất.
- Phanh êm dịu trong mọi trờng hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của
ôtô khi phanh.
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lc tác dụng lên bàn đạp phanh hay đòn điều
khiển không lớn.
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để
sử dụng hoàn toàn trọng lợng bám khi phanh ở những cờng độ phanh khác
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

16



Đại lợng

Tên gọi

Đơn vị

1
2

G0
G

Trọng lợng bản thân
Trọng lợng toàn bộ của xe khi

N
N

43000
95250

3

G01

đầy tải
Trong lợng phân ra cầu trớc

N


0,42

7

B

Chiều rộng tấm ma sát

m

0,08

8

L

Chiều dài cơ sở của xe

m

3,8

9

hg

Chiều cao trọng tâm của xe

m


0,165

c

điểm tựa chốt quay
Khoảng cách từ tâm bánh xe

m

0,17

đến tâm cam đẩy má phanh
Dung tích bình chứa khí nén

l

35

13
14

2.2. Thiết kế cơ cấu phanh

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

18


Đồ án tốt nghiệp



19


Đồ án tốt nghiệp

tải nhỏ, trung bình do yêu cầu cần đạt hiệu quả phanh lớn với kích thớc cơ cấu
phanh nhỏ.

1- Chốt guốc phanh

5- Guốc phanh

2- Vành hãm

6- Cam phanh

3- Má phanh

7- Trống phanh

4- Lò xo hồi vị
2.2.2. Tính toán cơ cấu phanh
2.2.2.1. Xác định mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh
Mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đợc tốc độ,
hay dừng hẳn đợc ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Mô men này đạt giá trị lớn nhất khi nó tận dụng đợc khả năng bám tối đa của
các bánh xe tức là Mpmax = 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.


g .b

(2.1)

Mô men phanh tính toán cần thiết sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu sau là:

M

G.a
=
. 1
p
2L


''

j .h
max

g.a

g


. .
r bx



Thay số ta có ro = 482,6 (mm)

rbx = 499 (mm)

Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe cầu trớc là

M

'
p

=

95250.1,027
6.1,4
.1 +
.0,6.0,449 = 6358( Nm)
23,8
9,81.1,027

Mô men phanh sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở một bánh xe cầu sau là

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

21


Đồ án tốt nghiệp

M


1 =15 0
0 =115 0
2 = 1 + 0 =15 0 +115 0 =130 0
cos 30 cos 260

Thay số vào (2-4)

tg = 2. 115 sin 30 sin 260 = 0,231
180

= arctg(0,231)= 13 0
+ Tính cho cơ cấu phanh sau
Chọn

1 =16 0
0 =120 0
2 = 1 + 0 =16 0 +120 0 =136 0
cos 32 cos 272

Thay số vào (2-4)

tg = 2. 120 sin 32 sin 272 = 0,175
180

= arctg(0,175)= 10 0
* Xác định bán kính điểm đặt lực

Trần Văn Trờng-ôtô-k45


bán kính của tang trống chọn theo xe tham khảo

r

t

=210(mm)

2.210.( cos15 cos130 )
=


( 115)
180

2

+ (sin 115) 2 2.


115. cos145. sin 115 =241(mm)
180

+ Tính cho cơ cấu phanh sau
1 =16 0
0 =120 0
2 = 1 + 0 =16 0 +120 0 =136 0
2.210.( cos16 cos136)
=



+ Cơ cấu phanh trớc

1 = 2 = 241(mm) nên

ro1 = ro2=241.

0,3
1 + 0,3 2

= 69,2(mm)

+ Cơ cấu phanh sau
0,3

1 = 2 = 244,5(mm) nên ro1 = ro2=244,5.

1 + 0,3 2

= 70,2(mm)

2.2.2.3. Xác định lc cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng phơng pháp
hoạ đồ
Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực P tác dụng lên guốc
phanh để đảm bảo cho tổng mômen phanh sinh ra ở guốc phanh trớc
'

( M p hoặc
1


là khoảng cách D tính từ tâm O và D = 165 mm.
Để phục vụ cho việc tính toán dựng hệ trục vuông góc X-X và Y-Y trong đó
trục Y-Y đi qua tâm O và tâm quay của guốc phanh, OO 1 tạo với phơng thẳng
đứng góc 11o.
Ta lần lợt vẽ cơ cấu phanh bánh trớc với các thông số đã biết, dựng hệ trục
tính toán, sau đó đặt lực tác dụng:
Lực P do cam quay sinh ra đã xác định phơng chiều điểm đặt, cha biết độ lớn.

Trần Văn Trờng-ôtô-k45

24


Đồ án tốt nghiệp

Phản lực R của trống phanh tác dụng lên má phanh cũng đã biết phơng chiều
điểm đặt, cha biết độ lớn.
Phản lực U từ chốt phanh tác dụng lên guốc phanh, điểm đặt đi qua tâm chốt
quay O1 còn phơng chiều độ lớn cha biết.
Nh đã phân tích ta có:
Mp = Mp 1 + Mp 2 = (R 1 + R 2 ).r 0
Mp = Mp 1 + Mp 2 = (R 1 + R 2 ).r 0
1. Hoạ đồ cơ cấu phanh trớc
Ta có

Mp = (R 1 + R 2 ).r 0

Do cơ cấu phanh sử dụng cam ép nên ta có
M' p