Đồ áN TốT NGHIệP

Lời nói đầu
Giao thông vận tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc dân,
đặc biệt là đối với các nớc có nền kinh tế phát triển. Có thể nói rằng mạng lới
giao thông vận tải là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia muốn phát triển
nhất thiết phải phát triển mạng lới giao thông vận tải.
Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thông đờng bộ
đóng vai trò chủ đạo và phần lớn lợng hàng và ngời đợc vận chuyển trong nội địa
bằng ôtô.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nghành ôtô ngày càng phát
triển hơn. Khởi đầu từ những chiếc ôtô thô sơ hiện nay ngành công nghiệp ôtô đã
có sự phát triển vợt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con ngời. Những chiếc
ôtô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi hơnđể theo
kịp với xu thế của thời đại.
Song song với việc phát triển nghành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho ngời và xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu
bảo đảm an toàn nh: cảI tiến cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khítrong đó cơ
cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất. Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh phải
đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ nhất là ở tốc độ cao; để
nâng cao đợc năng suất vận chuyển ngời và hàng hoá là điều rất cần thiết.
Đề tài này có nhiệm vụ Thiết kế hệ thống phanh xe du lịch dựa trên xe
tham khảo là xe TOYOTA. Sau 12 tuần nghiên cứu thiết kế dới sự hớng dẫn, chỉ
bảo nhiệt tình của thầy Phạm Hữu Nam và toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô đã
giúp em hoàn thành đợc đồ án của mình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm
Hữu Nam cùng toàn thể các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án tốt
nghiệp của mình.

Chơng 1: Tổng quan về hệ thống phanh.
I. Công dụng, phân loại, yêu cầu.
I.1 Công dụng.


- Hệ thống phanh dẫn động có cờng hóa.
I.2.4 Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh.
Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ
thống phanh với bộ điều hoà lực phanh
I.2.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh.
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống
phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).
I.3 Yêu cầu của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các 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 đột ngột trong trờng hợp nguy hiểm.

NGUYễN ĐĂNG BìNH

2

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

- Phanh êm dịu trong mọi trờng hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động
của ôtô
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều
khiển không lớn
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan
hệ để đảm bảo sử dụng hết trọng lợng bám của xe khi phanh ở các cờng độ khác
nhau.
- Không có hiện tợng tự xiết phanh

III. Cơ cấu phanh.
Trên ô tô thờng có 2 loại:cơ cấu phanh guốc và cơ cấu phanh đĩa.
Nhng phanh đĩa ngày càng đợc sử dụng nhiều trên ôtô hơn là phanh guốc
đặc biệt là các lọai xe con có tốc độ cao vì nó có các u điểm sau:
- Cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh (ma sát) ổn định khi hệ số
ma sát thay đổi, hơn cơ cấu phanh kiểu tang trống. Điều này giúp cho bánh xe bị
phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao.
- Khối lợng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn nên tổng khối lợng của các chi
tiết không treo nhỏ, nâng cao tính êm dịu và sự bám đờng của các bánh xe.
- Khả năng thoát nhiệt ra môi truờng dễ dàng.
- Dễ dàng trong sửa chữa và thay thế tấm ma sát.
- Công nghệ chế tạo gặp ít khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành
trong sản suất.
- Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa
phanh.
Từ các u điểm trên của phanh đĩa mà xe cần thiết kế là xe du lịch 4 chỗ
ngồi nên ta chọn cơ cấu phanh là cơ cấu phanh đĩa.
Sau đây là một số loại phanh đĩa thờng gặp:

NGUYễN ĐĂNG BìNH

4

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

Phanh đĩa có hai loại: loại vỏ quay và loại đĩa quay.


pttông (cao su). Do khe hở phanh đợc điều chỉnh tự động bởi phớt pittông nên
khe hở phanh không cần phải điều chỉnh bằng tay.
III.2 Phanh đĩa loại có giá đỡ xy lanh cố định (vỏ quay): Hình I.4a
Loại này, giá đỡ đợc bắt cố định trên dầm cầu. Trên giá đỡ bố trí hai xi lanh bánh
xe ở hai đĩa của đĩa phanh. Trong các xi lanh có pittông, mà một đầu của nó luôn
tì vào các má phanh. Một đờng dầu từ xi lanh chính đợc dẫn đến cả hai xi lanh
bánh xe.
IV. Dẫn động phanh.
Trên ô tô hiện nay có rất nhiều kiểu dẫn động nh :dẫn động cơ khí ,dẫn
động thuỷ lực ,dẫn động khí nén ,dẫn động thuỷ lực kết hợp khí nén.
Dẫn động bằng cơ khí hiện nay chỉ đợc sử dụng ở cơ cấu phanh tay ,dẫn
động khí nén và thuỷ lực kết hợp với khí nén đợc sử dụng trên ô tô tải trung bình
và lớn .Xe cần thiết kế hệ thống phanh là xe du lịch 4 chỗ không đòi hỏi lực bàn
đạp lớn nắm và xe có tốc độ cao nên chọn dẫn động phanh bằng thủy lực vì dẫn
động phanh thủy lực tác động phanh nhanh, dễ dàng bố trí trên ôtô.Dẫn động
phanh bằng thuỷ lực có đặc điểm sau:
ở phanh dầu lực tác dụng từ bàn đạp lên cơ cấu phanh qua chất lỏng (chất
lỏng đợc coi nh không đàn hồi khi ép).
Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm: bàn
đạp phanh, xi lanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xi lanh công tác (xi lanh
bánh xe).
Dẫn động phanh dầu có u điểm phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao (do
dầu không bị nén). Tuy nhiên nó cũng có nhợc điểm là tỉ số truyền của dẫn động
dầu không lớn nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ
thống phanh dẫn động thuỷ lực thờng đợc sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải
nhỏ.
Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ của
mạch dẫn động ngời ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.
a/ Dẫn động một dòng có nghĩa là từ đầu ra của xi lanh chính chỉ có một
đờng dầu duy nhất dẫn đến tất cả các xi lanh công tác của các bánh xe. Dẫn động


LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

1. Bánh xe
2. Đĩa phanh
3. Xi lanh bánh xe
4. Xi lanh chính
5. Bàn đạp

V.Trợ lực phanh:
Để giảm lực bàn đạp cho ngời lái trên hệ thống phanh xe lắp thêm bộ trợ
lực.Có rất nhiều loại trợ lực,sau đây là một số loại trợ lực:
*Trợ lực cờng hoá bằng khí nén.
Ưu điểm:
- Lực cờng hoá lớn, vì áp suất khí nén có thể đạt 57 KG/cm2 . Bảo đảm
đợc quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh .
Nhợc điểm:
- Số lợng các cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp, cồng
kềnh , động cơ phải kèm theo máy nén khí , giá thành cao.
*Trợ lực cờng hoá bằng chân không.
Ưu điểm:
Tận dụng đợc độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi động cơ làm
việc mà không ảnh hởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo đợc trọng tải
chuyên chở và tốc độ khi ôtô chuyển động. Ngợc lại khi phanh có tác dụng làm
cho công suất của động cơ có giảm vì hệ số nạp giảm, tốc độ của ôtô lúc đó sẽ
chậm lại một ít làm cho hiệu quả phanh cao. Bảo đảm đợc quan hệ tỷ giữa lực
bàn đạp và với lực phanh .So với phơng án dùng trợ lực phanh bằng khí nén, thì

không phức tạp nh trợ lực khí nén với quá nhiều các cụm chi tiết nh van phanh ,
máy nén khí , bì hợp thuỷ lực . Điều này cho phép hạ giá thành sản xuất và tạo
thuận lợi cho việc bảo dỡng sửa chữa .
- Với lực bàn đạp nhỏ ta hoàn toàn có thể thiết kế đợc một bộ trợ lực có
kích thớc nhỏ ,từ đó có thể có nhiều phơng án bố trí .
- Do sử dụng độ chênh áp giữa khí trời và đờng ống nạp khi động cơ làm
việc nên không ảnh hởng đến công suất của động cơ , khác với trợ lực khí nén
phải trích công suất động cơ để dẫn động máy nén khí nên gây tổn hao công suất
động cơ . Hơn nữa việc sử dụng độ chất không còn làm tăng hiệu quả phanh vì khi
phanh sẽ làm hệ số nạp giảm do đó công suất của động cơ có giảm , lúc đó tốc độ
của ôtô sẽ chậm lại một ít

NGUYễN ĐĂNG BìNH

9

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

Kết luận chung:
Xe cần thiết kế hệ thống phanh là xe du lịch 4 chỗ có tốc độ cao nên chọn dẫn
động phanh bằng thủy lực vì dẫn động phanh thủy lực tác động phanh nhanh, dễ
dàng bố trí trên ôtô. Với cầu trớc và cầu sau chọn cơ cấu phanh đĩa loại có giá đỡ
xy lanh di động vì loại này có u điểm:
- Chất lỏng chỉ đa vào một xy lanh, bởi vậy tăng diện tích cho không khí
luồn vào làm mát cho đĩa phanh và má phanh tránh đợc hiện tơng sôi dầu khi
cần phanh liên tục.
- Kết cấu đơn giản hơn loại phanh đĩa có giá cố định, tạo điều kiện hạ

mm
1496
hg
620
Khối lợng không tải
kg
1505
Khối lợng toàn tải
kg
2010
Phân bố khối lợng khi đầy tải
kg
Cầu trớc/cầucsau:
1105,5/904,5
Lốp
215/60 R16
I.Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh thiết kế.

1. Bánh xe
2. Đĩa phanh
3. Xi lanh bánh xe
4. Xi lanh chính
5. Trợ lực phanh
6. Bàn đạp
7. Bộ điều hoà lực phanh

NGUYễN ĐĂNG BìNH

11


= 8 ì 25, 4 = 203, 2 mm
2

II.1 Xác định mô men cần thiết ở các cơ cấu phanh
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mô men phanh
tính toán cần sinh ra ở mỗi bánh xe cơ cấu phanh ở cầu trớc là:
M p1 =

m1 ì G1
ì ì rbx
2

(1)

Và mô men tại mỗi bánh xe cầu sau là:
M p2 =

m2 ì G2
ì ì rbx
2

(2)

Trong đó:
m1, m2: Hệ số phân bố lại trọng lợng khi phanh ở cầu trớc và cầu sau.
m1 = 1 +

NGUYễN ĐĂNG BìNH

j max ì hg

hg - Chiều cao trọng tâm xe: hg = 0,62(m)
g - Gia tốc trọng trờng: g = 9,81(m/s2)
- Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng = 0,7
jmax - Gia tốc chậm dần lớn nhất khi phanh jmax = .g = 6,86 (m/s2)

rbx - Bán kính lăn của bánh xe ta có: rbx = 0,388 m
Thay các gía trị trên vào (1) và (2) ta có:
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh trớc là :
M p1 =

1, 29 ì 10844,96
ì 0, 7 ì 0,39 = 1909, 79( Nm)
2

Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:
M p2 =

0, 64 ì 8873,14
ì 0, 7 ì 0, 39 = 781, 73( Nm)
2

II.2 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh.
II.2.1 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh trớc:
II.2.1.1 Xác định kích thớc của đĩa phanh.
Đĩa phanh phải có kích thớc đảm bảo cho việc tháo lắp dễ dàng khi có
sửa chữa và đĩa phải có không gian thoáng giúp cho việc tản nhiệt của đĩa phanh
đợc nhanh chóng và đĩa phải có khối lợng nhỏ nhng vẫn phải đảm bảo việc quan
trọng nhất là đạt đợc hiệu quả phanh nh mong muốn.
NGUYễN ĐĂNG BìNH


Q - Lực ép, ép má phanh vào với đĩa phanh.
à - Hệ số ma sát. à =0,3.

Q

Q

rtb

Rtđ- Bán kính trung bình tấm ma sát.
2 R23 R13
Rtd = . 2
= 121, 7( mm)
3 R2 R12

R1, R2 là bán kính bên trong và bên ngoài của tấm ma sát

NGUYễN ĐĂNG BìNH

14

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

R1 = 95(mm); R2 = 145(mm);
Q1 =

M p1

đợc nhanh chóng và đĩa phải có khối lợng nhỏ nhng vẫn phải đảm bảo việc quan
trọng nhất là đạt đợc hiệu quả phanh nh mong muốn.
Với lốp có bán kính lắp vành là r = 203,2 mm ta chọn bán kính ngoài của
đĩa phanh là Rng = 150 mm; bán kính trong của đĩa phanh Rtr = 87 mm.
II.2.2.2 Xác định kích thớc má phanh.

+ Má phanh có dạng nh hình vẽ
Ta chọn kích thớc ngoài của má phanh R2 = 145 mm.
Trong quá trình xe chạy đĩa phanh quay còn má phanh đứng yên, khi
thực hiện qúa trình phanh thì má phanh ép vào đĩa phanh để giảm vận tốc của đĩa
phanh, khi đó có sự trợt giữa má phanh và đĩa phanh. Do đĩa phanh có hình tròn

NGUYễN ĐĂNG BìNH

15

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

nên vận tốc trợt ở mép trong của má phanh nhỏ hơn vận tốc trợt ở mép ngoài của
má phanh, do vậy phía trong của má phanh sẽ ít mòn hơn phía ngoài của má
phanh. Sự chênh lệch về tốc độ mài mòn càng lớn nếu các bán kính ngoài và
trong của má chênh lệch nhau càng lớn. Do vậy ta chọn bán kính trong của má
phanh R1 = 105 mm. Ngoài ra má phanh còn phải có diện tích sao cho sự phân bố
áp lực lên má phanh nhỏ đảm bảo cho độ bền, tuổi thọ của má phanh do vậy ta
chọn góc ôm của má phanh x0 = 600.

II.2.2.3 Xác định đờng kính xilanh công tác.

= 10340,34( N )
2 ì 0,3 ì 0,126

Mặt khác: Q2 = p0 ì d1 ì n
4
n : Số lợng ống xilanh làm việc. Chọn n = 2.
p0 : áp suất chất lỏng trong hệ thống. p0 = 490,4 ữ 784,8 (N/cm2).
Chọn p0 = 500 (N/cm2).
2

NGUYễN ĐĂNG BìNH

16

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

d2 : Đờng kính xi lanh bánh xe.
d2 =

4 ì Q2
4 ì 10340,34
=
= 2,91 (cm)
ì p0 ì n
3,14 ì 780 ì 2

chn d2=47(mm).


ì R22s ì R12s


= 2ì
ì x0 ì
= ( R22s R12s ) ì x0 ì
2 ì
180
180

Trong đó:

NGUYễN ĐĂNG BìNH

17

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

x0 Góc ôm tấm ma sát. x0 = 600.
R1t, R2t Bán kính trong và ngoài má phanhtrớc.
R1s, R2s Bán kính trong và ngoài má phanh sau.
F1 = (1452 952 ) ì 60 ì


= 12560 mm 2 = 125, 6 cm 2
180

2
Do đó áp suất trên bề mặt ma sát má phanh trớc là:
F=

NGUYễN ĐĂNG BìNH

18

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP

P1 26146, 61
=
= 416,34 ( N / cm 2 )
F
62,8
Lực ép má phanh sau là:
q1 =

P2 = Q2 = 10340,34 ( N )
Diện tích một má phanh là:

F2 104, 67
=
= 52,335(cm 2 )
2
2
Do đó áp suất trên bề mặt ma sát má phanh sau là:


Đờng kính chốt : d = 1 cm
Chiều dài tiếp xúc của chốt với càng phanh: l = 3 cm
Và chốt đợc làm chủ yếu từ thép 30.
Trong mỗi cơ cấu phanh đĩa thờng bố trí 4 chốt, do đợc bố trí đối xứng nên trong
mỗi quá trình phanh thì lực phanh tác động lên mỗi chốt là không khác nhau
nhiều do vậy để dễ dàng trong tính toán ta coi 4 chốt chịu tải nh nhau.
Kiểm tra bền chốt theo điều kiện bền chịu cắt và chèn dập:
c =

4 Pi max 4 ì1961
=
= 2496,8 N / cm2 = 254,51KG / cm2 [ ] = 400 KG / cm 2
2
2
d
3,14 ì 1

ch =

Pi max 1961
=
= 653, 67 N / cm 2 = 66, 63KG / cm 2 [ ] = 800 KG / cm 2
lìd
3

NGUYễN ĐĂNG BìNH

20


I.2 Chọn đờng kính xilanh chính D, kích thớc đòn bàn đạp l, l.
Để tạo lên áp suất p = 780 N/cm2 thì cần phải tác dụng lên bàn đạp một
lực Q
2
l' 1
Q = .D . p . .

l

4

Với D: Đờng kính xilanh tổng phanh, chọn D = 20 mm = 2 cm
l, l : Các kích thớc của đòn bàn đạp, l/l = 88/240
: Hiệu suất dẫn động thuỷ lực, = 0,92


2
88 1
.
Q = .2 .780 .

NGUYễN ĐĂNG BìNH

4

240 0,92

= 976,13 N

22

lên, b = 1,05 ữ1,1 . Chọn b = 1,05.
Suy ra:

240
47 2 + 302
Sbd = 1,5 + 4 ì
ì 0,5 ì1, 05 ữì
= 52, 77 ( mm)
2
20
88


Đồi với ôtô con, hành trình bàn đạp cho phép là : 150 mm
Vậy: Sbd < [ Sbd ] = 150mm, thoả mãn yêu cầu.
* Xác định hành trình của piston xilanh lực:
Hành trình của piston trong xilanh chính phải bằng hoặc lớn hơn yêu cầu
đảm bảo thể tích dầu đi vào các xilanh làm việc ở các cơ cấu phanh.
Gọi S1, S2 là hành trình dịch chuyển của piston thứ cấp và sơ cấp thì
S2 = S1 + S2

NGUYễN ĐĂNG BìNH

23

LớP Ô TÔ - K47


Đồ áN TốT NGHIệP


d1 , d2: đờng kính xilanh bánh xe trớc và sau.
d1 = 47mm ; d2 = 30 mm
D: Đờnh kính xilanh chính , D = 20 mm
x1, x2: Hành trình dịch chuyển của piston bánh xe trớc và sau.
x1 = 0,5mm ; x2 = 0,5mm
S1 = 2 ì 0,5.
S2 = 2.0,5.

Nh vậy :

47 2
.1, 05 = 5,96 mm
202

302
.1, 05 = 2,43 mm
202

Pis ton thứ cấp dịch chuyển một đoạn S2 = 5,96 mm
Piston sơ cấp dịch chuyển một đoan S1 = 2,43 mm

I.3.Tính bền đờng ống dẫn động phanh:
Đờng ống dẫn động phanh chịu áp suất khá lớn tới 100 (KG/cm2).
Khi tính có thể coi đờng ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có
chiều dài khá lớn.
ứng suất đợc tính nh sau:

t =

NGUYễN ĐĂNG BìNH

=
= 210( KG / cm 2 )
2s
2

Vậy ta có: = n2 + t2 = 210 2 + 480 2 = 524( KG / cm 2 )
Đờng ống làm bằng hợp kim đồng có [ ] = 2600 (kG/cm2).
So sánh thấy [ ] đờng ống dẫn động đủ bền.
II. Tính toán bộ trợ lực phanh.
II.1. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của trợ lực chân không:

Hình 3.2 Sơ đồ bộ trợ lực chân không .

NGUYễN ĐĂNG BìNH

25

LớP Ô TÔ - K47