Chơng 3: Tính toán thiết kế hệ thống phanh.
3.1. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh.
3.1.1. Thông số ban đầu dùng để tính toán thiết kế phanh.
- Trọng lợng bản thân: G0 = 785 KG
- Trọng lợng toàn bộ: G = 1645 KG
+ Cầu trớc:

G1 = 495 KG

+ Cầu sau:

G2 = 1150 KG

- Chiều dài cơ sở:

L = 1810 mm

- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đờng: = 0,75
- Kích thớc bao : LxBxH = 3613x1400x1825 mm
- Gia tốc phanh yêu cầu : Jpmax= 5 (m/s2)
- Kích thớc lốp : 5.00- 12 (inch)
- Chiều dài thùng : Lth= 2190 mm
3.1.2. Xác định tọa độ trọng tâm của ô tô.
Căn cứ vào vị trí số trọng lợng các thành phần và tọa độ trọng tâm của chúng, ta xác
định chiều cao trọng tâm toàn ô tô theo phơng pháp cân ô tô trên mặt phẳng nghiêng (
theo lý thuyết ô tô):
h g=

(G .h
i


hg

G1

G2

G
b

a

Z2

Pp2

L

Hình 3.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Ta có hệ số phân bố tải trọng lên cầu trớc và cầu sau tơng ứng là:
m1= 1+
m2= 1-

J p max .hg
g .b
J p max .hg
g.a

Trong đó:
hg: Chiều cao trọng tâm của xe, hg= 870 (mm)
g: Gia tốc trọng trờng, g = 9,81 (m/s2)

+ ở cầu sau là:

Trong đó:
G1, G2 : Tải trọng tơng ứng tác dụng lên các bánh xe ở cầu trớc và sau ở
trạng thái tĩnh trên mặt đờng nằm ngang.
: Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng, = 0,7

rbx : bán kính bánh xe
rbx= r0.
r0= (d0 +2.B).25,4/2 = (12 +2.5).25,4/2 = 279,4(mm)
: Hệ số biến dạng của lốp, chọn = 0,945

vậy: rbx = 279.0,945 = 264 (mm) = 0,264 (mm)
Thay số vào ta đợc:
Mp1=

4950.1,98.0,7
.0,264 = 906 (N.m)
2

Mp2=

11500.0,58.0,7
.0,264 = 616 (N.m)
2

3.1.4. Tính toán cơ cấu phanh
1. Tính toán cơ cấu phanh sau:
Trên xe tải nhỏ có cơ cấu phanh sau là dạng tang trống. Cơ cấu này có lực đẩy guốc
phanh P1= P2 do đờng kính piston xilanh công tác bằng nhau. Để đánh giá đợc sự làm

2.rt .(cos 1 cos 2 )

+ sin 0 2. 0 . cos( 1 + 2 ). sin 0
2
0

2

(2)

Trong đó:
: Bán kính điểm đặt của tổng phản lực tác dụng lên guốc phanh khi phanh.

rt: Bán kính của tang trống, xe tham khảo có rt=140(mm) = 0,14(m)
+ Đối với guốc phanh trớc:
Chọn: 1= 150 , 0= 1200=2,09 (rad), => 2= 150+1200 = 1350
Thay các giá trị trên vào công thức (1), (2) ta đợc:
tg t =
t =

cos 30 0 cos 270 0
= 0,1525 => t =8,70.
0
0
2.2,09 + sin 30 sin 270

2.0,14.(cos15 0 cos135 0 )
2,09 2 + sin 2 120 0 2.2,09. cos(15 0 + 135 0 ). sin 120 0

+ Đối với guốc phanh sau:

N

Với à là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, à = 0,3.
=> tg = 0,3 => = t = s = 170
Mô men sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe là:
MP = R1.r0t+ R2.r0s
Với : r0t = t .
r0s = s .

à
1+ à

2

à
1+ à 2

(3)
= 0,17.
= 0,15.

0,3
1 + 0,3 2
0,3
1 + 0,3 2

= 0,049 (m)
= 0,044 (m)

MP : mô men phanh, MP = 616 (N.m)


R2

X2

r01
0

8,6

N1
R1

R2

0

r02

0

18

U1

U2

P2

U2


P1= P2= 40 (mm)

U1= 103 (mm).

U2= 25 (mm).

Từ đó ta tính đợc:
R1 = 136 . 73 = 9928 (N)
U1 = 103 . 73 = 7519 (N)
U2 = 25 . 73 = 1825 (N)
P1 = P2 = 40 . 73 = 2920 (N)
Mặt khác:
R1 =
N1 =

N 12 + T12 = N 1 + ( à .N 1 ) 2
R1
1+ à 2

=

9928
1 + 0,3 2

(T1 = à .N1)

= 9509 (N)

T1 = 0,3. 9509 =2853 (N)


4520

U (N)

7519

1825

P (N)

2920

2920

c) Tính toán xilanh bánh xe:
Ta có:

P = p.s


Trong đó: P: Lực tác dụng của xilanh vào guốc phanh. (N)
p: áp lực dầu trong đờng ống, chọn p = 60 (KG/cm2)
s: Tiết diện của piston
Với:

s=

.d 22
4

= tg <=> R1 đi qua tâm O1.
C. sin

Trong đó:
C: là khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm chốt quay của má phanh,

C=115

(mm) (tham khảo xe tiêu chuẩn)
+Trờng hợp xe tiến: Khi xe tiến về phía trớc, hiện tợng tự xiết chỉ có thể xảy ra ở
guốc phanh trớc.
Với à = 0,3; t = 170 (mm); t = 8,60
=> tg =

115. cos 8,6 0
= 0,744 > à = 0,3
170 115. sin 8,6 0

Nh vậy không xảy ra hiện tợng tự xiết ở bánh xe khi xe tiến.


+ Trờng hợp xe lùi:
Với à = 0,3; s = 150 (mm); s = 180
=> tg =

115. cos18 0
= 0,96 > à = 0,3
150 115. sin 18 0

Nh vậy không xảy ra hiện tợng tự xiết ở bánh xe khi xe lùi.

Với


180

.R22 R12 0
.x .
2
180

b: Chiều rộng má phanh trống, b =60 (mm)
rt: Bán kính trống phanh, rt =140 (mm)
x0 : Góc ôm tấm ma sát, x0= 600

R1, R2 : Bán kính trong và ngoài tấm ma sát, chọn R1= 85 (mm), R2= 130(mm)


Thay số vào ta đợc:
F1 = 2.140.60.( 120 + 100).
F2 = 2.( 130 2 85 2 ).60.

3,14
= 645 (cm2)
180

3,14
= 220 (cm2)
180

=> F = 645 + 220 = 865 (cm2)

0,3.0,06.0,14 .2,09

Vậy guốc phanh trớc đảm bảo áp suất riêng, do đó guốc phanh sau cũng đảm bảo áp
suất riêng.
f. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.
Trong quá trình phanh động năng của ô tô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và
một phần thoát ra môi trờng không khí. Nếu nhiệt độ cơ cấu phanh lớn sẽ làm hệ số ma
sát giữa má và trống giảm, dẫn đến giảm hiệu quả phanh.
Phơng trình cân bằng năng lợng:
t
G V12 V22
0
.
= mt .C.t + Ft . k t .d t
g
2
0


G: trọng lợng toàn bộ của ô tô khi đầy tải
g: Gia tốc trọng trờng, lấy g = 10 (m/s2)
V1, V2: Tốc độ đầu và cuối khi phanh
mt: Khối lợng của các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng
(Khối lợng mỗi tang trống = 4 KG)
C: Nhiệt dung riêng của các chi tiết bị nung nóng, ( C = 500 J/ Kg.độ).
t0: Sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trờng không khí.
Ft: Diện tích làm mát của trống phanh.
kt: Hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh và không khí.
t: Thời gian phanh.
Trong công thức trên số hạng thứ nhất là phần năng lợng làm nung nóng trống phanh;

Bán kính trung bình tấm ma sát đợc tính theo công thức:
Rtb=

R1 + R2
2

Thay số vào ta đợc: Rtb=

85 + 130
= 107,5 (mm) =0,1075 (m)
2

+ Hệ số ma sát giữa má phanh và đĩa quay à = 0.3
+ Số lợng đôi bề mặt ma sát: m = 2
b) Tính toán đờng kính xilanh bánh xe.
Mô men phanh sinh ra trên cơ cấu phanh đĩa là:
MP = Q .à.m.Rtb
Trrong đó:

(5)

+ à : Là hệ số ma sát, à = 0.3
+ m: Số lợng đôi bề mặt ma sát, m =2
+ Q: Lực ép tác dụng lên má phanh.
+ Rtb: Bán kính trung bình tấm ma sát, Rtb= 0,1075 (m)
+ MP : Mô men phanh của bánh trớc, MP= 906 (N.m)
M 'P
906
=
= 1510 (KG)

4.1510
= 5 (cm) = 50(mm).
80.3,14.1

Vậy đờng kính xilanh bánh trớc là: d1 = 50 (mm).
c. Kiểm tra áp suất tác dụng lên má phanh.
áp suất tác dụng lên má phanh đĩa đợc tính theo công thức:


q=

Q
[q] = 3- 5 (MN/m2)
2.F

( F: Diện tích một tấm ma sát)
và

F=

=> q =

F2
220
=
= 55 (cm2) = 5,5.10-3 (m2)
4
4

1510

ngắn, số hạng thứ hai có thể bỏ qua. Do đó ta có thể xác định đợc sự tăng nhiệt độ của
đĩa phanh nh sau:
t0 =

G.(V12 V22 )
15 0
2.g.mt .C


Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh với V1= 30 Km/h = 8,3 (m/s) cho đến khi
xe dừng hẳn V2= 0 ta có:
1645.8,3 2
= 1,9 0 15 0 (Với mt = 6 KG)
t =
2.10.6.500
0

Vậy đảm bảo nhiệt độ làm việc của má phanh.

3.2. Tính toán thiết kế dẫn động phanh.
1. Xác định các kích thớc cơ bản.
a) Xác định lực tác dụng lên bàn đạp.
Để tạo nên áp suất p = 80 KG/cm2 trên đờng ống thì cần phải tác dụng lực Q lên bàn
đạp. Công thức xác định lực Q:
Q=
Với

.D 2

l' 1

b) Xác định hành trình bàn đạp phanh.
Với các kích thớc D, l, l đã chọn ở trên ta xác định đợc hành trình bàn đạp phanh
theo công thức sau:
2.d12 .x1 + 2.d 22 .x 2
l
h=(
. b + 0 ).
2
l'
D

(9)

Trong đó:
+ d1, d2: Đờng kính xilanh ở bánh xe trớc và sau


với d1= 50 (mm), d2= 25(mm)
+ 0 : Khe hở giữa thanh đẩy và xilanh chính, 0 = 1,5 (mm)
+ D: Đờng kính xilanh chính, D = 21 (mm)
+ l, l: Các kích thớc của đòn bàn đạp,

l ' 80
=
l 300

+ b : Hệ số bổ xung, khi phanh ngặt b = 1,05
+x1, x2: Hành trình piston của các xilanh làm việc ở cơ cấu phanh trớc và sau
- Phanh đĩa: x1 = 2.( + ) (mm)
: Khe hở trung bình giữa má và đĩa, = 0,06 (mm)

2
8
25

Đối với ô tô tải, hành trình bàn đạp cho phép là: [h] = 180 (mm)
vậy: h < [h] =180 (mm), thoả mãn yêu cầu.
2. Thiết kế bộ trợ lực phanh loại chân không.
Theo tính toán ở trên, do lực phanh ngời lái cần tác dụng lên bàn đạp lớn quá tiêu
chuẩn cho phép nên cần phải có bộ cờng hoá để tránh cho ngời lái đỡ mệt nhọc, nhờ
vậy tránh đợc những sai phạm kỹ thuật, đảm bảo an toàn chuyển động.


a) Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không.
(Hình 2.10 phần trợ lực phanh)
b) Xác định hệ số cờng hoá
Từ công thức xác định trên lực bàn đạp phanh:
Qbđ =

.D 2

l' 1
. pi . .
(11)
l
4

D: Đờng kính xilanh chính, D = 25 (mm)
l, l: Các kích thớc đòn của bàn đạp,

l ' 80

pi: áp suất do ngời lái đạp phanh sinh ra khi đã đặt bộ cờng hoá.
Thay số vào công thức (12) đợc:
pC = 80- 21,1 = 58,9 (KG/cm2)
Hệ số cờng hoá là:
K=

pt
80
=
= 3,79
pi 21,1


Pt
KG/cm2

Kh

ic

ób

ột

rợ

lực

80


Tổng lực Q C do bộ cờng hoá sinh ra một phần để thắng lực lò xo, một phần để sinh
ra áp suất pC trong xilanh chính
Xét sự cân bằng của màng cờng hoá ta có phơng trình:
Q C = p.Fm = Flx + QC

(13)

Trong đó:
Fm: Diện tích màng của bộ cờng hoá, Fm = .Dm2 / 4
Dm: Đờng kính màng của bộ cờng hoá.
p : Độ chênh áp giữa buồng trớc và buồng sau, p = 0,5 (KG/cm2)

Flx: Lực lò xo, dựa trên xe tham khảo chọn Flx = 5 (KG)
Qc: Lực do bộ cờng hoá sinh ra trong xilanh chính
.D 2 1
.
QC = p c .
4

(14)

Trong đó:
pc: áp suất trong xilanh chính do bộ cờng hoá sinh ra, pc = 58,9(KG/cm2)
D: Đờng kính xilanh chính, D =21 (mm) = 2,1 (cm)
: Hiệu suất dẫn động thuỷ lực, chọn = 0,95

Thay vào (14) đợc:


QC = 58,9.

a) Xác định đờng đặc tính lý tởng của bộ điều hoa lực phanh
Đối với dẫn động phanh dầu, ta có mối quan hệ giữa mô men sinh ra ở cơ cấu phanh
với áp suất dẫn động phanh:
MP1 = k1 . p1
MP2 = k2 . p2
Trong đó:
MP1, MP2: mômen phanh sinh ra ở cầu trớc và cầu sau
p1, p2 : áp suất dẫn động phanh bánh trớc và sau
k1, k2: Hệ số tỷ lệ tơng ứng với phanh trớc và sau.
Mặt khác ta có:

MP1 =

G. .rbx
(b + .hg )
2 .L

MP2 =

G. .rbx
(a .hg )
2 .L

áp suất trong cơ cấu phanh cầu trớc:
p1 =

G. .rbx
(b + .hg )
2.L.k1


p10 =

785.26,4.
(99,5 + 56. ) = 74,2 + 41,7 2
2.181.76,8

p20 =

785.26,4.
(81,5 56. ) = 172,8 - 118,7 2
2.181.27

+ Khi xe đầy tải : k1 = 102,2 (cm3) ; k2 = 69,5 (cm3)
p1 =

1645.26,4.
(54,5 + 87. ) = 64 + 102 2
2.181.102,2

p2 =

1645.26,4.
(126,5 87. ) = 218,4 - 150,2 2
2.181.69,5



0,1

0,2


p20

16.093

29.812

41.157

50.128

56.725

60.948

62.797

62.272

7.42

16.88

28.38

41.92

57.5

75.12

2

80
70
60
50
40
30
20
10
0

1

20

40

60

80

100

120

p1

Hình 3.4: Đồ thị đờng đặc tính lý tởng của bộ điều hoà lực phanh
1. Khi xe không tải

76,8
27

=> 01 = 0,6


Khi xe không tải, với hệ số bám 01 = 0,6 thì bộ điều hoà bắt đầu làm việc, tại đó có áp
suất:
p1A = p2A =

G0 . 01 .rbx
785.0,6.26,4
(b + 01 .hg ) =
(99,5 + 0,6.56) = 59,5 (KG/cm2)
2.L.k 01
2.181.76,8

+) Xác định điểm cuối cùng trên đồ thị đờng đặc tính (khi áp suất dầu đến cầu trớc p1
đạt cực đại)
Gọi điểm cuối cùng trên đồ thị đờng đặc tính của bộ điều hoà lực phanh là điểm C.
Tại đó có áp suất: p1C = 80 (KG/cm2)
p1C =

Mặt khác:


G0 . C .rbx
(b + C .hg )
2.L.k 01


Thay số vào ta đợc:
p2 = 0,16.p1 + 59,5 0,16.59,5 = 0,16.p1 + 50
Nh vậy ta có phơng trình đờng đặc tính điều chỉnh khi xe không tải là: OAC, với
OA trùng với đờng đặc tính khi xe cha có bộ điều hoà.
*) Trờng hợp xe đầy tải:


a) Xác định điểm bắt đầu điều chỉnh ( bộ điều hoà bắt đầu làm việc)
Tơng tự nh trờng hợp xe không tải, ta xác định đợc thời điểm bắt đầu điều chỉnh
của bộ điều hoà khi xe đầy tải là điểm D.
Ta có:

p1D = p2D


G. D .rbx
G. D .rbx
(b + D .hg ) =
(a D .hg )
2.L.k1
2.L.k 2



1
1
(b + D .hg ) = (a D .hg )
k1
k2


2.L.k1

Thay số vào ta đuợc:
80 =

p2E =

1645. E .26,4
(54,5 + E .87) 102 E2 + 64. E 80 = 0
=> E = 0,62
2.181.102,2

G. E .rbx
1645.0,62.26,4
(a E .hg ) =
(126,5 0,62.87) = 76,5 (KG/cm2)
2.L.k 2
2.181.69,5

+) Phơng trình quan hệ áp suất p1 p2 của bộ điều hoà lực phanh.
Đờng đặc tính của bộ điều hoà lực phanh là những đờng xiên song song với đờng
đặc tính của bộ điều hoà khi xe không tải. Do đó đờng đặc tính của bộ điều hoà khi đầy
tải cũng có hệ số góc là tg . Và tạo với đờng áp suất p1 góc


Ta có :

tg = 0,15 hay = 8,90

Phơng trình đờng đặc tính:

0

p1

Hình 3.5: Đồ thị đờng đặc tính điều chỉnh của bộ điều hoà lực phanh.
0AC: Đờng đặc tính điều chỉnh khi xe không tải
0DE: Đờng đặc tính khi có tải.
c) xác định các thông số kết cấu bộ điều hoà:
*) chọn và xác định đờng kính cổ piston visai.
Ta có:

tg =

S1
S2

Trong đó: S1- Diện tích mặt dới của piston visai
S2- Diện tích mặt trên của piston visai.
Với:

S1 =

.( D 2 d 2 )
4

;

S2 =

.( D 2 d '2 )


*) Tính biến dạng của hệ thống treo phụ thuộc vào tải trọng và cờng độ phanh.
Để xây dựng đờng đặc tính biến dạngcủa hệ thống treo ta dùng công thức:
f=

G.a g 2 .L .G.hg

L.C P 2
L.C P 2

Trong đó:
G: Trọng lợng toàn bộ của ô tô
CP2: Độ cứng tổng cộng của hệ thống treo cầu sau, cầu trớc của mỗi
Chọn CP2= 5 (KG/mm)
g2: Trọng lợng phần không đợc treo, g2= 0,12.G
+) Độ võng của hệ thống treo tại điểm A
fA =

785.815 0,12.785.1810 0,6.785.560

= 22,7 (mm)
1810.5
1810.5

+) Độ võng của hệ thống treo tại điểm C
fC =

785.815 0,12.785.1810 0,77.785.560

= 14,5(mm)

hồi của bộ điều hoà, từ đây tín hiệu đợc truyền sang cụm van thuỷ lực, dới dạng lực đàn
hồi thay đổi của hệ thống treo thông qua độ võng f.
Thông số kết cấu của bộ điều chỉnh tính theo công thức:
KX =

Flx1 Flx 2
f1

Trong đó:
KX: Thông số kết cấu đợc xác định xuất phát từ điều kiện cân bằng của piston của
bộ điều hoà bắt đầu làm việc tại D.
Flx1: Lực tác dụng của lò xo hay thanh xoắn tác dụng lên piston tại điểm D.
Flx2: Lực tác dụng của lò xo hay thanh xoắn tác dụng lên piston tại điểm A.
f1: Độ dịch chuyển của hệ thống treo tại hai điểm A và D.
Ta có:
Flx1=
Flx2=

.d 2
4

.d 2
4

. p1D
. p1 A

Trong đó:
d: Đờng kính cổ piston, d = 27,6 (mm) = 2,76 (cm)
p1A: áp suất trong cơ cấu phanh cầu trớc tại điểm A, p1A= 59,5 (KG/cm2)