Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

2.tính toán thiết kế cơ cấu phanh.
2.1.XáC ĐịNH MOMEN PHANH CầN SINH RA ở CáC CƠ CấU PHANH .
a

Z1

b

Pj

Z2
Ga

hg
Pp1

L

Pb

Hình 2.1. Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô khi phanh trên mặt đờng ngang
Trong đó :
Z1 : phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ở cầu trớc .
Z2 : phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ở cầu trớc .
PP1 : lực phanh ở các bánh xe trớc và sau .
PP2 : lực phanh ở các bánh xe trớc và sau .
a,b,hg : toạ độ trọng tâm của ô tô .

L
Trong đó :
: hệ số bám của bánh xe với đờng . Chọn = 0,85
Jmax : gia tốc chậm dần cực đại khi phanh
Jmax =

PJ max
Ma

=.

Ga
= .g
Ma

Ta có: Mp = Pp . rb
Bán kính lăn của bánh xe có thể xác định gần đúng nh sau [2]:
rb = b . r
b _ Hệ số tính đến biến dạng của lốp . Chọn b =0,945
Theo tài liệu [3] ta có bán kính thiết kế của bánh xe

r = 300 (mm)

rb =0,945 .300 = 284 (mm)
Mpt = Ppt . rb = .

Ga
( b + . hg )
L


2.2.1. Bán kính bề mặt ma sát của trống phanh (rt)
Theo tài liệu [3] ta có đờng kính vành bánh xe dv = 13 in
rv =

dv
=7,5 in = 7,5.25,4 =165 (mm)
2

Giửa vành bánh xe và trống phanh có một khe hở nhất định (s) không nhỏ hơn 20
30 mm . Khe hở này cần thiết để cho không khí lu thông làm mát trống phanh . Vì
vậy ta chọn rt = 125 (mm)
2.2.2. Chọn các kích thớc s , h, 0, 1

y
F

h

x

h

r

1

dN


dFT

Trong đó :
ma : khối lợng toàn bộ của ô tô
F : tổng diện tích của tấc cả các má phanh trên ô tô
[P] = 0,25 MPa =0,25 [MN/m2]
1160.10
8.rt ..b



0,25

1160.10
b 8.125.10 -3.0,25.10 6.
115.3,14
180
b 23,13 (mm) .
Chọn b = 40 (mm)
2.3. kiểm tra điều kiện tránh tự siết :
2.3.1. Quan hệ giữa lực dẫn động và mô mên phanh tạo ra
Xét cân bằng guốc phanh với các giả thiết sau :
_áp suất phân bố đều theo chiều rộng má phanh.
_Qui luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị
lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổng quát :
q = qmax .()

(2.1)

ở đây :
qmax _ áp suất max trên má phanh
() _ hàm số phân bố áp suất

0

Mc =P.h l.dFT

( s. sin ).dN

(2.4)

Thế biểu thức của dFT và dN vào (2.4) .Sau khi biến đổi ta đợc :
1

1

1

0

0

0

qmax = [Ph/(rb)]/{s ().sin.d à[rt ().d _ s ().cos.d]} (2.5)
Thế biểu thức (2.5) vào phơng trình (2.3) rồi chia tử và mẫu cho

1

rt ()d
0

Sau khi biến đổi ta xác định đợc phơng trình mômên phanh theo lực ép của mỗi


Nh vậy mômên tổng của cả cơ cấu phanh sẽ là :

SVTH : Đoàn Đại Đồng

à.P1.h1
(A1 à.B1)

à.P2.h2
(A2 à.B2)

Trang 11


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô


MP = MP1 + MP2 =

(2.9)

Trờng hợp guốc phanh có một bậc tự do (có điểm quay cố định ) (s) = sin
Sau khi tích phân biểu thức (2.7) và (2.8) ta đợc :
A=
B = 1

s
rt

2.4. tính toán nhiệt và mài mòn
2.4.1. Tính toán mài mòn :
Tính toán mài mòn đợc tiến hành theo các chỉ tiêu gián tiếp là áp suất trung bình
trên tấm ma sát của guốc tự siết và công suất riêng .
áp suất trung bình trên má phanh :
MP1
à.b.rt2.
SVTH : Đoàn Đại Đồng

Trang 12


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

qtb =

< [qtb]

(2.12)

[qtb] = 2MPa _ đối với vật liệu atbet thông thờng
Xét cơ cấu phanh sau : chỉ có một má phanh tự siết
MP = MP1 + MP2
=


2à.P.A.h
(A2 à2.B2)


= 0,678.106 (N/m2)
qtb = 0,678 MPa < 2 MPa
Xét cơ cấu phanh trớc : cả hai má phanh cùng tự siết, tự tách
SVTH : Đoàn Đại Đồng

Trang 13


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

Khi tự siết : MP1 =
=

MP
2
1806
2

= 451,5 (Nm)
Từ (2.12) thay các giá trị vào ta có:
451,5
0,35.40.10-3.(125.10-3)2.(3,14.115/180)

qtb =

= 1,029.106 (N/m2)
qtb = 1,029 MPa < 2MPa


= 50 (J/cm2) < [lms] = (600ữ800) (J/cm2)
2.4.2. Tính toán nhiệt.
Tính toán nhiệt nhằm hạn chế không cho nhiệt độ trống phanh tăng quá giới hạn
cho phép và tiến hành nh sau :
Trong quá trình phanh ,động năng của xe chuyển thành nhiệt năng đốt nóng
trống phanh và một phần toả ra môi trờng. Do đó theo định luật bảo toàn năng lợng có thể viết :
t

( V12 V22)GC/2g = mt. C.c + F K.tdt
Trong đó :

(2.15)

0

GC : Trọng lợng toàn bộ của ô tô tác dụng lên cầu đợc tính khi phanh.
V1:Tốc độ đầu quá trình phanh.
V2: Tốc độ cuối quá trình phanh
mt : Khối lợng của trống phanh và các chi tiết liên quan bị nung nóng .
mt = [( rt + )2 rt2]..b.
: khối lợng riêng của vật liệu làm trống phanh, trống phanh làm bằng thép
nên ta có : = 7,8.103 (Kg/m3)
: bề dày trống phanh = 10 mm
mt = [(125 +10)2 1252].3,14.40.10-9.7,8.10-3
=2,55 (kg)
C : Nhiệt dung riêng của vật liệu trống phanh.
Đối với thép C = 482 (J/kgK0)
c :Lợng tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trờng ở cuối quá trình phanh .
t : Lợng tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trờng ở trong quá trình


Gc = b + J P .


hg Ga

g L

= ( b + .h g )

Ga
L

= ( 874,5 + 0,85.610)

1160
2160

= 747,9 (kg)
c =

747,9.8,33
2.2.2,55.482

= 1,20C
c < [c ] =150C
Xét cầu sau :


Gc = a J P .


Thiết kế hệ thống phanh ôtô

2.5. xác định lực ép cần thiết:
Sau khi đã biết mô mên phanh cần sinh ra và các kích thớc của cơ cấu phanh, ta
dễ dàng xác định lực ép cần thiết tác dụng lên guốc phanh theo công thức đã xây
dựng.
Cơ cấu phanh trớc : cả hai guốc tự siết
Mp = 2Mp1,2 =


P=

2 Phà
A àB

M P ( A à.B )
2 hà

P = (1806/2).(0,66 0,35.0,37)
2.188.10-3.0,35
= 3640 (N)
Cơ cấu phanh sau :
Mp = Mp1+Mp2
=
P =

2 Phà.A
A2 à2B2



P
dk

r1

PC
r2
pc

dC

P

P

Hình 3.1. Sơ đồ tính toán dẫn động phanh thủy lực
dC_đờng kính xi lanh chính; dk_đờng kính xi lanh bánh xe;

3.2. trình tự tính toán
3.2.1. Đờng kính xi lanh bánh xe
dk =

4P
p max

(3.1)

ở đây : pmax là áp suất cực đại cho phép của chất lỏng trong dòng dẫn động, áp
suất này càng cao thì kết cấu dẫng động càng gọn, thờng yêu cầu đối với các ống

nay nếu cả hai cầu đều trang bi phanh guốc :
dk
=1,0 ữ1,5
dc
dS
= 0,9 ữ1,2
dc
d kt
= 0,8 ữ1,7
d ks

Ta chọn

dS
= 0,9
dc

ta suy ra: dc = 22 (mm)

3.2.3. Hành trình làm việc cùa bàn đạp (Slv)
Sbd =(1,4 ữ1,6 ) Slv
Trong đó :
Sbd : hành trình toàn bộ của bàn đạp. Ta chọn Sbd =150 mm
Slv : hành trình làm việc của bàn đạp
Ta suy ra : Slv =

S bd
= 100 mm
1,5


2
S lv = 2 ( 2.20 .2 + 2.24 .2 ) + 1,5 + 1,5 + 1
22
r1

2.1,07

r

S lv = 21,26

r2
r1



r2
100
=
= 4,7
r1
21,26



r1
= 0,2126
r2

3.2.4. Lực cần tác dụng lên bàn đạp ( Pbd )

: Hiệu suất dẫn động , thừa nhận = 0,86 ữ0,92
m : Số cần (khoang ) xi lanh bố trí song song
3,14.22 2
Pbd = 1.8.
4.0,9


( 0,2126 ) = 718 N


3.3. tính bộ trợ lực
3.3.1. Xác định hệ số trợ lực
Hệ số trợ lực Ky đợc xác định theo tài liệu [1]

SVTH : Đoàn Đại Đồng

Trang 20


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

Ky =

Pmax
P ' max

(3.5)


loại trợ lực :
Loại chân không
Lọai khí nén
Ta chọn loại trợ lực chân không. Loại này thờng đợc sử dụng trên các xe cao tốc,
động cơ xăng và nó có những u nhợc điểm sau :
u :không cần sử dụng nguồn năng lợng bên ngoài mà sử dụng ngay độ chân
không tạo nên bởi động cơ để tạo trợ lực
nhợc: do dùng độ chân không nên hiệu quả bộ trợ lực thấp, để tăng hiệu quả
thì thờng tăng kích thớc của bầu trợ lực lên
3.3.3. Tính toán trợ lực chân không
Sơ đồ tính toán :
SVTH : Đoàn Đại Đồng

Trang 21


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

Sd

Sc

Pc

Sc

pc



Pbd


Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

Hình 3.4. Đờng đặc tính bộ trợ lực
PC_lực từ bàn đạp tác dụng lên đầu cần nối với bàn đạp; Đoạn BC ở đặc tính bộ
trợ lực tơng ứng với lúc trợ lực có tác dụng; Đoạn CE ở đặc tính tơng ứng với lúc
trợ lực không có tác dụng; Đoạn AB không có trợ lực.
3.3.5. Xác định các thông số chính của bộ trợ lực
Theo tài liệu [1] ta có :
Ky = 1 +
= 1+

Pbdtl
Pbd
P .S m .( PLX + PmS )
i bd ..Pbd

(3.6)

Trong đó :
P =Pa Pb _ Độ chênh áp giữa hai khoang A và B
Sm _Diện tích hiệu dụng của piston hay màng
PLX ,Pms _Lực lò xo và lực ma sát cản trở chuyển động các chi tiết của bộ trợ
lực
ibd = r2 /r1 _Tỷ số truyền của bàn đạp

Bởi vậy:
Ky = 1 +

S d S C ( PLX Pms )
=
SC
i bd ..Pbd

(3.7)

Khi P đạt giá trị cực đại bằng độ chân không trong đờng nạp, thì lực trợ lực đạt
giá trị cực đại không đổi (Đoạn BC của đặc tính) . Còn hệ số của trợ lực K y đạt
cực đại ứng với Pbd =Pb Sau đó bắt đầu giảm
Ky = 1 +

p max S m ( PLX + Pms )
i bd ..Pbd

(3.8)

Trong đó :
pmax _Độ chân không lớn nhất trong đờng nạp động cơ.Khi tính toán lấy pmax
=0,05 MPa = 0,5 Kg/cm2
Từ công thức (3.8) suy ra:
Sm = Pbd.ibd.

Sd SC
S C .p max

(3.9)

Đồ án môn học

Thiết kế hệ thống phanh ôtô

Sm =200.0,91.4,7.

706,5 314
= 21385 (mm2)
314.0,05

Vậy đờng kính của màng là :
dm =

4S m
=


21385
= 165 (mm)
3,14

Tài liệu tham khảo

SVTH : Đoàn Đại Đồng

Trang 25


Đồ án môn học