BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHẠM VIỆT ANH

PHẠM QUỐC HOÀNG

KỸ THUẬT Ô TÔ

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC
DẪN ĐỘNG TRÊN CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CH2016A

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------------------------PHẠM QUỐC HOÀNG

NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA MÔ MEN PHANH VÀ LỰC DẪN
ĐỘNG TRÊN CÁC LOẠI CƠ CẤU PHANH

Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


.................................................................................................................... Trang 32
2.1. Các thông số kỹ thuật của cơ cấu phanh guốc ............................... Trang 32
2.2. Các phương pháp xác định mối quan hệ giữa lực dẫn động và mô men
phanh ......................................................................................................... Trang 33
2.2.1. Phương pháp hoạ đồ......................................................................... Trang 33
2.2.1.1. Các lực tác dụng lên guốc phanh .................................................. Trang 34
2.2.1.2. Xác định các lực bằng phương pháp họa đồ ................................. Trang 34
2.2.1.3. Quan hệ giữa lực P và mô men phanh M p ................................... Trang 36
2.2.1.4. Hiện tượng tự xiết ........................................................................ Trang 38

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

1

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

2.2.2. Phương pháp sử dụng các công thức gần đúng................................ Trang 39
2.2.2.1. Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh guốc ................................ Trang 39
2.2.2.2. Các lực tác dụng lên guốc phanh .................................................. Trang 40
2.2.2.3. Xác định mô men phanh cần thiết tại các bánh xe........................ Trang 43
CHƯƠNG 3: Tính toán khảo sát các loại cơ cấu phanh ...................... Trang 49
3.1. Các thông số kỹ thuật cả xe tham khảo .......................................... Trang 49
3.2. Tính toán mô men phanh cần thiết tại bánh xe ............................. Trang 50
3.3. Tính toán cơ cấu phanh .................................................................... Trang 51
3.3.1. Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh ............................................ Trang 52


LUẬN VĂN THẠC SĨ

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 1.1. Tiêu chuẩn kiểm tra hiệu quả phanh công tác định kỳ trên đường ở Việt
Nam ...............................................................................................................Trang 24
Bảng 1.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh chính (Tiêu chuẩn của
Nga) ...............................................................................................................Trang 25
Bảng 1.3. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh dự trữ (tiêu chuẩn
Nga) ...............................................................................................................Trang 27
Bảng 2.1 Hệ số ma sát của các loại vật liệu má phanh. ................................Trang 43
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ô tô HYUNDAI HD160 ............................Trang 49
Bảng 3.2. Các thông số tính toán của cơ cấu phanh guốc.............................Trang 53
Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của Ps theo hệ số k .................................................Trang 55
Bảng 3.4. Kết quả tính toán lực dẫn động theo các giả thiết phân bố áp suất
.......................................................................................................................Trang 56
Bảng 3.5. Kết quả tính toán cơ cấu phanh “Simplex” dẫn động thuỷ lực
.......................................................................................................................Trang 57
Bảng 3.6. Kết quả tính toán đường kính xi lanh và áp suất dẫn động ..........Trang 58
Bảng 3.7 Kết quả tính toán cơ cấu phanh dẫn động cam ép .........................Trang 61
Bảng 3.8. Các thông số của mô ̣t số loa ̣i bầ u phanh ......................................Trang 62
Bảng 3.9. Kết quả tính toán bầu phanh khí nén ............................................Trang 64
Bảng 3.10. Kết quả tính cơ cấu phanh “Duplex” dẫn động thuỷ lực ............Trang 66
Bảng 3.11. So sánh lực dẫn động cần thiết trên các loại cơ cấu phanh ........Trang 69

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

3

HVTH: Phạm Quốc Hoàng

Hình 3.4. Sự phụ thuộc của Ps theo hệ số k ..................................................Trang 55
Hình 3.5. Mối quan hệ giữa đường kính xi lanh và áp suất dẫn động .........Trang 58
Hình 3.6. Cơ cấu phanh kiểu “simplex” dẫn động bằng cam ép .................Trang 59

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

4

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 3.7. Sơ đồ tính toán bầu phanh ............................................................Trang 63
Hình 3.8. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo cơ cấu phanh “Duplex” dẫn động thuỷ lực
.......................................................................................................................Trang 65
Hình 3.9. So sánh hai loại cơ cấu phanh “Simplex” và “Duplex” ..............Trang 67
Hình 3.10.. Cơ cấu phanh tự cường hoá .......................................................Trang 67
Hình 3.11. So sánh quan hệ áp suất dẫn động và đường kính xi lanh của các loại cơ
cấu phanh ......................................................................................................Trang 69

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

5

HVTH: Phạm Quốc Hoàng



kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao.
Do mật độ ôtô tham gia trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động
ngày càng cao, ô tô tham gia giao thông ở nhiều loại đường và đại hình khác nhau
cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan
tâm.
Ở nước ta, số vụ tai nạn giao thông đang trong tình trạng báo động. Theo
thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con
người gây ra, 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30% là do
đường sá quá xấu. Trong nguyên nhân do hư hỏng máy móc, trục trặc về kỹ thuật
thì theo thống kê cho thấy tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn (52 ÷ 75%).
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu chuẩn về
thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ.
Ðối với học viên ngành cơ khí ô tô việc khảo sát, nghiên cứu, tính toán về hệ
thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết
ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ
thống phanh. Trong đề tài này em tập trung nghiên cứu mố i quan hê ̣ giữa mô men
phanh và lực dẫn đô ̣ng trên các loa ̣i cơ cấ u phanh.
Được sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan, giảng viên
Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội, cùng sự giúp đỡ tận tình của thầy trong Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng ,
em tiến hành nghiên cứu đề tài với nội dung sau:

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

7

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

phanh còn giữ cho ô tô dừng ở ngang dốc trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe
trong thời gian dừng xe (phanh tay).
Đối với ô tô, máy kéo hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng vì nó đảm
bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao hoặc dừng xe trong tinh huống nguy
hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực.
Trên ôtô thường có các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dừng và
phanh dự phòng.
Phanh chính phải là một hệ thống hoàn chỉnh, độc lập với các hệ thống
phanh khác. Nó có nhiệm vụ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động khi
cần thiết. Hệ thống phanh này được điều khiển bằng chân và thường được dẫn động
bằng khí nén hoặc thuỷ lực.
Phanh dừng có nhiệm vụ giữ cho ôtô ở trạng thái dừng trong thời gian dài,
nó phải có khả năng giữ cho ôtô đỗ được trên độ dốc nhất định (tuỳ theo tiêu chuẩn
quy định). Phanh dừng thường được dẫn động bằng cơ khí, điều khiển bằng tay.
Phanh dự phòng có nhiệm vụ thay thế tạm thời cho phanh chính khi hệ thống
phanh này bị sự cố trên đường. Phanh dự phòng và phanh dừng có thể sử dụng
chung một hệ thống.
Ngoài ra trên một số loại ôtô thường có bố trí hệ thống phanh bổ trợ, có tác
dụng giảm tốc độ ôtô ở các dốc dài mà không phải sử dụng tới phanh chính hoặc
các phanh khác. Hệ thống phanh này có thể là phanh thuỷ lực, bố trí ở trục thứ cấp

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

9

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI



phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má
phanh. Guốc phanh được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt.
Guốc phanh có nhiều hình dáng khác nhau, các kiểu đa dạng của guốc phanh được
nhân dạng bằng số hiệu guốc được chỉ định bởi viện Tiêu chuẩn vật liệu ma sát
(FMSI: Fricho n Materials Standards Institute) Thông thường guốc phanh được đặt
hàng theo sự chế tạo, kiểu xe, năm sản xuất đối với từng loại xe riêng để đạt được
sự chuẩn xác.
- Má phanh: Ở xe du lịch và xe tải nhẹ má phanh được gắn vào guốc phanh
bằng một trong hai cách, dán keo hoặc tán rivê. Còn đối với các xe tải hạng nặng
má phanh được khoan lỗ để gắn bulong, cho phép việc thay thế dễ dàng. Tuy nhiên
loại má phanh dán thông dụng và được ưa chuộng hơn vì nó tận dụng được tối đa bề
dày của má, khi mòn không bị đinh tán cọ làm hỏng mặt trong trống phanh. Má
phanh thứ cấp luôn dài hơn má phanh sơ cấp, đôi khi má phanh được gắn ở vị trí
cao hay thấp trên guốc để thay đổi đặc tính tự kích hoạt hay trợ động của guốc
phanh.
- Mâm phanh: Được thiết kế, chế tạo để gắn cụm phanh, mâm phanh được
gắn bằng bulong vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên mâm phanh cũng
có các lỗ, vấu lồi để gắn xilanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay.
- Lò xo phanh: Cụm phanh tang trống thông thường sử dụng hai lò xo, một
bộ kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào
mâm phanh. Các lò xo gắn thêm thường được dùng để vận hành cơ cấu tự điều
chỉnh và chống trạng thái chùng lỏng của hệ thống phanh tay. Lò xo trả về của guốc
phanh có nhiệm vụ rất then chốt, đặc biệt ở loại phanh trợ động. Trong khi nhả
phanh ra, các lò xo này sẽ kéo guốc phanh trở về và đẩy piston trở về trạng thái ban
đầu.
Có nhiều dạng cơ cấu phanh tang trống đang được sử dụng, tuy nhiên, có thể
quy về các loại sau:
- Cơ cấu có một guốc xiết, loại “Simplex”, hình 1.2;



Trên các ô tô con, cơ cấu phanh tang trống ít khi được sử dụng và chủ yếu là
loại “Simplex” trên cầu sau.

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

12

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hình 1.3 Cơ cấu phanh kiểu
“Duplex”
1- mô men phanh; 2- lực xiết; 3chiều quay của guốc; 4- xi lanh
thủy lực; 5- chốt tựa của guốc;
6- guốc xiết.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hình 1.4 Cơ cấu phanh kiểu
“Duo-Duplex”
1- mô men phanh; 2- lực xiết;
3- các guốc phanh; 4- nêm.

Cơ cấu phanh đĩa thường được sử dụng trên ô tô con (hình 1.5).
b)

Phanh đĩa

2- pít tông;
3- đĩa phanh;
4- khung;
3

5- giá đỡ.
3

Hình 1.7 Cơ cấu phanh đĩa
kiểu khung bơi

Hình 1.6 Cơ cấu phanh đĩa
kiểu khung cố định

So với phanh tang trố ng, phanh đĩa có những ưu điể m sau:
- Có trọng lượng nhỏ;
- Khe hở giữa má phanh và trống phanh nhỏ (0,05 – 0,1 mm), nhờ đó cho
phép tăng khá nhiều tỷ số truyền dẫn động phanh;
- Thoát nhiệt các bề mặt ma sát tốt;
- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh cân bằng;
- Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát.

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

14

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI


8

Hình 1.8. Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng thuỷ lực

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

15

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Dẫn động phanh hoạt động theo nguyên lý thuỷ tĩnh: xi lanh chính tiếp nhận
và biến đổi lực điều khiển của người lái thành áp suất chất lỏng truyền tới các xi
lanh công tác tại các bánh xe. Với nguyên lý hoạt động như vậy, toàn bộ năng lượng
dùng để phanh ôtô đều do người lái sinh ra, nên nếu yêu cầu về lực phanh lớn thì
người lái sẽ không đáp ứng được hoặc chóng mệt mỏi. Vì vậy, dẫn động thuỷ lực
chỉ sử dụng trên các ôtô con và ôtô tải loại nhỏ. Để giảm nhẹ lực tác động của người
lái, trong hệ thống dẫn động thường có bố trí bộ phận trợ lực bằng chân không 2.
Ngoài ra, trong hệ thống còn có bộ điều hoà lực phanh nằm trên dòng dẫn
động cầu sau. Bộ điều hoà có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất chất lỏng trong dòng dẫn
động phanh cầu sau sao cho lực phanh ở đây không vượt quá lực bám để tránh cho
các bánh xe khỏi bị trượt lết trong mọi điều kiện phanh.
Trên đây chỉ là một ví dụ điển hình, trong thực tế, dẫn động phanh thuỷ lực
có kết cấu và cách bố trí các phần tử rất đa dạng. Cách chia dòng dẫn động phanh
cũng khác nhau tuỳ theo ôtô cụ thể.

Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống
chung, gồm có các bình chứa khí 18, 19, van điều khiển 20, van gia tốc 21 và các
bầu tích năng dạng lò xo 22, 23 bố trí tại các cầu sau của ôtô.

Hình 1.9 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén
Máy nén khí sử dụng trong các hệ thống dẫn động phanh trên các ôtô tải
thường là máy nén dạng pít tông có 2 xi lanh. Máy nén được thiết kế với năng suất
sao cho có thể nạp nhanh tất cả các bình khí trên ôtô sau khi khởi động động cơ.
Trong khi ôtô hoạt động, nếu hệ thống đã được cung cấp đủ khí nén thì máy nén
tạm thời ngừng cung cấp khí và chuyển sang làm việc ở chế độ không tải nhờ một
van điều khiển tự động.

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

17

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm
việc trong hệ thống trong phạm vi giới hạn nhất định.
Bộ tách nước 3 có tác dụng tách hơi nước lẫn trong không khí và ngưng tụ
lại thành nước rồi xả ra ngoài, tránh không cho hơi nước lọt vào các bộ phận của hệ
thống phanh và làm gỉ chúng.
c) Dẫn động thủy khí
Dẫn động thuỷ khí thường được sử dụng trên các ô tô có tải trọng lớn nhằm


18

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

điểm là tác động nhanh. Còn phần khí nén có ưu điểm là lực điều khiển nhỏ, giúp
giảm nhẹ lao động cho người lái.
Để giảm tố i đa đô ̣ châ ̣m tác du ̣ng của hê ̣ thố ng, phầ n dẫn đô ̣ng khı́ nén đươ ̣c
thiế t kế sao cho chiề u dài đường ố ng là ngắ n nhấ t có thể .
d) Dẫn động điện
Hiện nay trên một số ô tô con hiện đại người ta sử dụng dẫn động phanh
bằng điện. Ưu điểm của hệ thống này là điều khiển nhẹ nhàng, tác động nhanh và dễ
tích hợp với các hệ thống điều khiển trên xe tạo thành một hệ thống đồng bộ nâng
cao tính an toàn.
1.2. CÁC CHỈ TIÊU HIỆU QUẢ PHANH VÀ TIÊU CHUẨN
1.2.1. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Có bốn chỉ tiêu chính thức được dùng để đánh giá hiệu quả phanh:
-

Gia tốc chậm dần khi phanh.

-

Thời gian phanh.


càng cao.
1.2.4. Quãng đường phanh
1.2.4.1. Quãng đường phanh lý thuyết
Quãng đường phanh S P là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả
phanh cũng như chất lượng quá trình phanh của ôtô. So với các chỉ tiêu khác thì chỉ
tiêu này mang tính trực quan và thực tế nhất, giúp lái xe xử lý tốt khi phanh trên
đường. Chỉ tiêu này thường được đưa vào trong các tài liệu tính năng kỹ thuật của
ôtô, có kèm theo giá trị vận tốc bắt đầu phanh tương ứng. Quãng đường phanh càng
nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt.
Về mặt lý thuyết, quãng đường phanh S p phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu
phanh v 1 và hệ số bám ϕ .
Đồ thị trên hình 1.11 cho
thấy rằng vận tốc bắt đầu phanh
v 1 càng cao thì quãng đường
phanh S P càng lớn vì quãng
đường phanh phụ thuộc vào
bình phương của vận tốc v 1 , đồng
thời hệ số bám ϕ càng cao thì
quãng đường phanh S P càng
giảm.
Hình 1.11. Đồ thị chỉ sự thay đổi
quãng đường phanh theo vận tốc bắt đầu
phanh v 1 và theo hệ số bám ϕ

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

20

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


đồ phanh (hình 1.12).
Đây cũng là đồ thị biểu
thị quan hệ của gia tốc
chậm dần J P với thời
gian t.
Giản đồ phanh nhận được bằng thực nghiệm và qua giản đồ phanh có thể
phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh.
Trên giản đồ, gốc toạ độ được coi là thời điểm người lái phát hiện ra chướng
ngại vật ở phía trước và nhận thức được rằng cần phải phanh xe. Thời gian các giai
đoạn trong quá trình phanh thực tế được xác định cụ thể gồm có:
-

t 1 : thời gian phản xạ của người lái, tức là từ lúc thấy được chướng ngại

vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh. Thời gian này phụ thuộc vào trình độ
của người lái. Thời gian t 1 thường nằm trong giới hạn t 1 = 0,3 ÷ 0,8s.

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

21

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LUẬN VĂN THẠC SĨ


và giữ không đổi trong suốt thời gian t 4 . Cuối thời gian t 4 , gia tốc chậm dần và lực
phanh bắt đầu giảm. Hết thời gian t 5 , lực phanh bằng không. Gia tốc chậm dần
trong thời gian t 4 được gọi là gia tốc chậm dần ổn định.
Tuy nhiên, giản đồ phanh trên đây đã được đơn giản hóa, còn giản đồ phanh
lấy từ thực nghiệm có dạng đường gợn sóng nhấp nhô.
Nếu kể đến thời gian phản xạ của người lái và thời gian chậm tác dụng của
dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế được xác định như sau:
SP = S1 + S2 + S3 + S4

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

(1.2)

22

HVTH: Phạm Quốc Hoàng


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

1.2.5. Lực phanh và lực phanh riêng
Ba chỉ tiêu quan trọng nhất đã được xem xét ở trên. Lực phanh và lực phanh
riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh. Tuy nhiên chỉ tiêu này chỉ được
dùng thuận lợi nhất khi thử phanh ôtô trên bệ thử.
Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ôtô được xác định theo công thức:

PP =


Ngoài ra có thể sử dụng thông số lực phanh riêng cho từng cầu xe γ P1 , γ P 2 .
Các giá trị này dùng để đánh giá khả năng sử dụng trọng lượng bám ở từng cầu.

=
γ P1

PP1
R K1

; γ P2
=

PP2
R K2

GVHD: PGS. Nguyễn Trọng Hoan

(1.6)

23

HVTH: Phạm Quốc Hoàng