LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, khi nền kinh tế đất nước ngày càng phát triển
thì nhu cầu sử dụng ô tô trong giao thông càng nhiều. Cùng với đó là sự xuất
hiện nhiều nhà máy lắp ráp ô tô như Trường Hải, Toyota, Ford…Điều này buộc
những kỹ sư trong ngành ô tô phải nghiên cứu, tìm tòi, học hỏi những công nghệ
mới, cũng như thiết kế, cải tạo những ô tô cũ để phù hợp với nhu cầu hiện nay.
Do đó, đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô mang một ý nghĩa quan trọng đối
với sinh viên ngành cơ khí giao thông trước khi ra trường.
Nay em nhận đề tài “Thiết kế hệ thống phanh sau trên xe du lịch” nhằm
mục đích ôn lại kiến thức đã học và nâng cao kỹ năng cũng như sự linh hoạt
trong tính toán và thiết kế các hệ thống, cơ cấu trong ô tô..
Phanh ô tô là một bộ phận rất quan trọng trên xe, nó đảm bảo cho ô tô
chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó nâng cao được năng suất vận chuyển. Nên hệ
thống phanh ô tô cần thiết bảo đảm độ tin cậy, phanh êm dịu, hiệu quả phanh
cao, tính ổn định của xe...để tăng tính an toàn cho ô tô khi vận hành.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS Lê Văn Quỳnh, nay em đã
hoàn thành đồ án, trong quá trình tính toán, thiết kế không tránh khỏi sai sót,
mong các thầy trong khoa chỉ dẫn. Em xin chân thành cảm ơn

1


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Tổng quan hệ thống phanh
Công dụng
Hệ thống phanh có những công dụng sau:
- Giảm tốc độ chuyển động của xe tới một tốc độ nào đó hoặc dừng hẳn.
- Dừng đỗ xe lâu tại một vị trí nào đó trên đường, đặc biệt là đường dốc.
- Trên máy kéo hoặc một số xe chuyên dụng, hệ thống phanh còn được kết
hợp với hệ thống lái để quay vòng xe
1.1.1. Phân loại

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều
khiển khi ô tô phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:
-

2

Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh)
Bộ chống hãm cứng bánh xe ( hệ thống phanh ABS)


Trên hệ thống phanh ABS có thể bố trí thêm các liên hợp điều chỉnh: hạn
chế trượt quay, ổn định động học ô tô… nhằm hoàn thiện khả năng cơ động, ổn
định của ô tô khi không điều khiển phanh.
1.1.3. Yêu cầu kết cấu
Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, có nghĩa là đảm bảo quãng
đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.
- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hoặc cần kéo
điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
- Đảm bảo sự chuyển động ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi
trường hợp.
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực
bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
- Cơ cấu thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu phanh trong
mọi điều kiên sử dụng.
- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với cường độ lực bàn
đạp khác nhau.
- Có khả năng giữ ô tô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên đường dốc.
- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong mọi
trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần đẫn động điều khiển có hư hỏng.

phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức:
Ppmax = P
δ .

G
.
g

ϕ

= G.

JPmax = G.

ϕ

ϕ

(1.3)

(1.4)

δ _ Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay của ôtô khi phanh.
Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh xác định theo công thức sau:

J Pmax =

g.ϕ
δ


1.2.2. Thời gian phanh
Thời gian phanh cũng là một trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
cũng như chất lượng quá trình phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng
phanh càng cao.
Công thức (3.13) được thể hiện dưới dạng vi phân như sau:

dv g.ϕ
=
dt
δ

⇒ dt =

δ
.dv
g.ϕ

(1.6)

Muốn xác định thời gian phanh cần tích phân lượng dt trong giới hạn vận tốc
từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh v1 tới thời điểm vận tốc v2 ở cuối quá
trình phanh:
v1

tP = ∫

v2

δ
δ

5


Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất bằng cách nhân hai vế của biểu
thức (1.7) với một lượng vi phân dS của quãng đường phanh:

dv
g.ϕ
.dS =
.dS
dt
δ

⇒

dS
g.ϕ
.dv = v.dv =
.dS
dt
δ

⇒ dS =

(1.9)

δ
.v.dv
g.ϕ


2.g.ϕ

(1.12)

Như vậy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc chuyển động
của ôtô lúc bắt đầu phanh v1, phụ thuộc vào hệ số ảnh hưởng của khối lượng
quay

δ

và phụ thuộc vào hệ số bám

quãng đường phanh cần giảm hệ số
phanh.

6

ϕ

δ

giữa bánh xe với mặt đường. Để giảm
, nên người lái cần cắt ly hợp rồi mới


1.2.4. Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh.
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 xác định theo công thức:


(1.15)

Lực phanh riêng cực đại có giá trị bằng hệ số bám. Như vậy, về mặt lý
÷

thuyết, lực phanh riêng cực đại có thể đạt được giá trị 75 80% trên mặt đường
nhựa khô nằm ngang. Nhưng trong thực tế, giá trị đạt được chỉ trong khoảng 45
÷

65%.
Cả bốn chỉ tiêu trên đều có giá trị ngang nhau, nghĩa là khi đánh giá chất
lượng phanh chỉ cần dùng một trong bốn chỉ tiêu đó.
1.3. Cấu tạo chung của hệ thống phanh

7


Hình 1.1: Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động
phanh. Ngày nay trên cơ sở các bộ phận trên hệ thống phanh còn được bố trí
thêm các thiết bị nâng cao hiệu quả phanh.
- Cơ cấu phanh: được bố trí ở gần bánh xe, thực hiện chức năng cơ cấu
ma sát nhằm tạo ra mô men hãm trên các bánh xe khi phanh.
- Dẫn động phanh: bao gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển
(bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoặt động
của cơ cấu phanh. Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực
điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoặt
động của cơ cấu phanh.
1.3.1. Kết cấu cơ cấu phanh
1.3.1.1 Cơ cấu phanh tang trống

*. Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với đẫn động phanh thủy lực
Ứng dụng: Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu sau ô tô con và tải nhỏ

1. Guốc phanh, 2. Piston, 3. Tang trống, 4. Lò xo hồi vị, 5. Tấm ma sát, 6. Má
phanh
Hình 1.3: Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với đẫn động phanh thủy lực
10


Cấu tạo bao gồm:
Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moay ơ bánh xe.
Phần cố định là mâm phanh được bắt trên dầm cầu. Trên mâm phanh có lắp hai
chốt cố định để lắp ráp với lỗ tựa quay của guốc phanh. Hai chốt cố định này có
thể bố trí bạc lẹch tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh phía
dưới.
Đầu trên của hai guốc phanh được lò xo guốc phanh kéo vào áp sát với cam
hoặc piston xy lanh. Khe hở trên của trống phanh với má phanh được điều chỉnh
bằng trục cam ép hoặc hai cam lệch tâm. Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma
sát. Các tấm này có thể dài liên tục hoặc phân chia thành các đoạn.
Ở cơ cấu này, trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ và guốc phanh
bên trái là guốc siết cong, guốc bên phải là guốc nhả. Vì vậy, má phanh có sự
hao mòn như nhau trong quá trình sử dụng do má siết chịu lực lớn hơn.
Còn đối với cơ cấu phanh được mở bằng cam ép, lực tác dụng lên hai má phanh
là như nhau nên độ dài chúng bằng nhau.
*. Cơ cấu phanh đối xứng qua trục dẫn động phanh khí nén
Ứng dụng: Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu trước của ô tô tải vừa và
nặng.

Hình 1.4. Cơ cấu phanh đối xứng qua trục dẫn động phanh khí nén
11

Ưu điểm:
-

Cơ cấu phanh cân bằng, độ mài mòn các má là như nhau
Hiệu quả phanh theo chiều tiến cao hơn cơ cấu phanh đối xứng qua
trục.

Nhược điểm:
-

Hiệu quả giảm khi lùi.

c. Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi.
Ứng dụng: Bố trí phía sau cầu ô tô tải.
Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi có cả hai đầu các guốc phanh đều chịu
tác động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt.
Guốc phanh chuyển động tịnh tiến và dịch chuyển ép sát vào tang trống phanh.
Piston liên kết ren với chốt đẩy, phục vụ mục đích điều chỉnh khe hở ban đầu của
má phanh với trống phanh.
Trên piston có vành răng điều chỉnh, vị trí cảu piston được thành lập tương
đối đối với xy lanh khi xoay vành răng điều chỉnh. Vành răng được cố định nhờ
lò xo lá, đảm bảo không bị xoay khi hoặt động. Hai lò xo hồi vị guốc phanh được
bố trí kéo hồi vị cả hai đầu guốc phanh.

13


Hình 1.6. Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi.
Ưu điểm:
-

Nâng cao hiệu quả phanh.

Nhược điểm:
-

Tính chất ổn định mô men kém, do hiện tượng tự cường hóa luôn đi
kèm sự biến đổi môn men đột ngột khi gia tăng lực điều khiển.

Các hệ thống phanh ngày nay chỉ sử dụng cơ cấu phanh tự cường hóa khi
cần thiết, để đảm bảo khả năng ổn định điều khiển mô men phanh.
1.3.1.2 Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh đĩa được sử dụng khá phổ biến trên ô tô con, có thể ở cả cầu
trước và cầu sau
Ưu điểm:

15


-

-

Cơ cấu phanh đĩa cho phép momen phanh ổn định khi hệ số ma sát thay
đổi, điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt
độ cao
Thoát nhiệt tốt, khối lượng các chi tiết nhỏ , kết cấu gọn.
Dễ sữa chữa và thay thế tấm ma sát.
Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa
phanh.
Nhược điểm:

lanh bánh xe ở hai phía của đĩa phanh. Trong các xi lanh có piston, mad một đầu
của nó luôn tì vào má phanh. Một đường dầu từ xi lanh chính dẫn đến cả hai xi
lanh bánh xe.
Nguyên lý làm việc:
- Khi đạp phanh: dầu từ xi lanh chính qua ống đẫn đến các xi lanh bánh
xe, đẩy piston mang má phanh ép vào hai phía của đĩa phanh, thực hiện phanh
bánh xe.
- Khi thôi phanh: dưới tác dụng cảu lò xo hồi vị bàn đạp phanh được trả về
vị trí ban đầu, đầu từ xi lanh bánh xe sẽ được hồi lại xi lanh chính, tách má
phanh ra khỏi đĩa phanh, kết thúc quá trình phanh.
Ưu điểm:
17

Cơ cấu phanh đĩa loại hở nên thoát nhiệt tốt trong quá trình làm việc.


-

-

Trọng lượng nhẹ hơn so với cơ cấu tang trống.
Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ (0,05 ÷ 0,08 mm), nhờ vậy dễ
dàng tự động điều chỉnh khe hở này nhờ độ đàn hồi của vòng cao su bên
trong rãnh xi lanh.
Áp suất phân bố đều trên bề mặt ma sát.
Dễ dàng trong bảo dưỡng, sửa chữa cũng như thay thế.
Nhược điểm:

-


Hình 1.9. Cơ cấu phanh đĩa có giá đỡ di dộng.
Ưu điểm:
-

-

Cơ cấu phanh đĩa là loại hở nên thoát nhiệt tốt trong quá trình làm việc.
-Trọng lượng nhẹ hơn so với cơ cấu phanh tang trống.
-Khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ (0,05÷0,08 mm), nhờ vậy dễ
dàng tự động điều chỉnh khe hở này nhờ độ đàn hồi của vòng cao su bên
trong rãnh xi lanh.
-Áp suất phân bố đều trên các bề mặt ma sát.
-Dễ dàng trong bảo dưỡng, sửa chữa cũng như thay thế.

Nhược điểm:
-

19

-Giá thành cao.
-Giá trị momen sinh ra phụ thuộc vào lực điều khiển nên không phù hợp
trên các xe đòi hỏi momen phanh lớn như xe tải vừa và nặng.
-Các tấm ma sát hao mòn nhanh hơn so với phanh tang trống.
Cơ cấu phanh đĩa không được cân bằng khi phanh vì sinh ra lực phụ tác
dụng lên ổ bi bánh xe khi phanh.
Khá tránh được bụi bẩn vì không được che chắn.


Phạm vi sử dụng:
Phanh đĩa thường được sử dụng chủ yếu trên các loại ô tô nhỏ và đẫn động

Cơ cấu phanh đĩa được phổ biến dùng các cơ cáu tự động diều khiển khe
hở má phanh, đĩa phanh.
Kết cấu này thường sử dụng là lợi dụng biến dạnh của phớt bao kín để hồi
vị piston lực trong xi lanh. Phớt bao kín nằm trong rãnh của xi lanh có nhiệm vụ
bao kín khoang dầu có áp suất khi phanh.
Phớt được lắp trên piston, dưới tác dụng của áp suất dầu, piston bị đẩy di
chuyển. lực ma sát của piston kéo phớt theo chiều mũi tên. Khi nhả phanh, áp
suất đầu giảm, phớt hồi vị kéo piston trở về vị trí ban đầu.
Khi phanh, nếu khe hở giữa má phanh và đĩa phanh lớn, lực đẩy của dầu
tác dụng lên piston lớn hơn lực ma sát, đẩy piston trượt trên phớt. Khi nhả
phanh, piston chỉ hồi vị bằng đúng biên dạng của phớt và tạo nên vị trí mới cả
má phanh và đĩa phanh.
Phớt với kích thước tiết diện vuông hay chữ nhật dù khả năng biến dạng
với khe hở 0,6 mm, tương ứng với tổng khe hở hai bên cảu má với đĩa phanh
trong cơ cấu phanh.
Để tăng biến dạng của phớt, một số tiết diện vành khăn dạng hình thang
vuông có góc vát nhỏ (50 ÷ 100) cho phép vành khăn biến dạng tới 1,2 mm.
1.3.1.3. Phanh điện từ
Ưu điểm:
-

-

22

Giảm nhiệt bánh xe, cải thiện đáng kể độ an toàn của xe, tránh được nổ lốp
để đảm bảo hệ thống phanh trong điều kiện hoạt động tốt nhất.
Giảm được lực phanh chính của xe, kéo dài tuổi thọ bố phanh, trống phanh
… Giảm chi phí định kỳ bảo dưỡng của hệ thống phanh, tăng hiệu suất
kinh tế.


.
Hình 1.14. Nguyên lý hoặt động phanh điện từ

24


Cấu tạo phanh điện từ: Gồm thành phần điện và thành phần cơ khí
*, Thành phần cơ khí

1. Đầu chụp hộp số, 2. Khung gắn, 3. Giá đỡ phụ, 4. Cánh quay trước, 5. Trục
lắp, 6. Phần tĩnh (cuộn dây), 7. Cản biến tốc độ, 8. Cánh quay sau.
Hình 1.15 Sơ đồ thành phần cơ khí thành phần cơ khí phanh điện từ
*, Thành phần điện
-

25

Công tác phanh tay: Được lắp tích hợp trên công tắc đa năng, được điều
khiển bằng tay theo các cấp độ tương ứng với các lực phanh rừ khác nhau.
Đèn báo: Lắp trong cabin để hiện thị hoặt động của phanh điện từ và giúp
chẩn đoán hư hỏng của hệ thống phanh điện từ.
Hộp điều khiển: Điều khiển lõi phanh điện từ, là mô-đun điều khiển nguồn
điện. Sau khi sử lý các tín hiệu đầu vào sẽ cấp dòng tương ứng tới các lõi,
tạo ra lực phanh từ.