Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
MỤC LỤC
Trang
Mục lục 1
Lời nói đầu……………………………………………………………… 3
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh của xe ôtô………………… ……… 5
1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại của hệ thống phanh……………… 5
1.2 Kết cấu của một số hệ thống phanh ………………………… 6
1.2.1 Các dạng cơ cấu phanh…………………………………………… 7
1.2.2 Các dạng dẫn động phanh………………………………… 10
Chương 2: Lựa chọn phương án thiết kế …………………………… ……… 21
2.1 Chọn phương án thiết kế ……………………………… ……………… 21
2.1.1 Chọn kiểu cơ cấu phanh………………………………………… 21
2.1.2 Chọn kiểu dẫn động phanh……………………………………… 21
2.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một số cụm chi tiết chính …………24
2.2.1 Van phân phối…………………………………………………… 24
2.2.2 Bộ điều hòa lực phanh…………………………………… 27
2.2.3 Van hạn chế áp suất……………………………………… 29
2.2.4 Van tăng tốc……………………………………………… 31
2.2.5 Bầu phanh trước………………………………………………….34
2.2.6 Bầu phanh sau…………………………………………………….35
Chương 3: Thiết kế tính toán hệ thống phanh………………………………….37
3.1 Thông số của xe tham khảo…………………………………… 37
3.2 Tính toán xây dựng hoạ đồ ……………………………………… 37
3.2.1 Xác định mô men cần có tại các cơ cấu phanh……… ………… 37
3.2.2 Thiết kế tính toán cơ cấu phanh……………………… ………….40
3.3 Tính bền cơ cấu phanh………………………………………… 49
3.3.1 Tính bền guốc phanh…………………………………… 49
3.3.2 Tính bền trống phanh…………………………………… 58
3.3.3 Tính bền chốt phanh……………………………………………….60
1
khăn có nhiều dốc cao và dài, trong khi đó xe lại thường xuyên chở quá tải. Do đó
yêu cầu phải có một hệ thống phanh tốt đảm bảo an toàn quá trình vận tải, đồng thời
nâng cao được hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh.
Trên cơ sở đó em được giao đề tài:
“Thiết kế tính toán hệ thống phanh cho xe tải tám tấn”.
Nội dung đề tài bao gồm:
- Tìm hiểu kết cấu hệ thống phanh trên ôtô.
- Lựa chọn phương án thiết kế.
- Tính toán, thiết kế hệ thống phanh.
- Quy trình công nghệ gia công chi tiết pittông của bộ điều hòa lực
phanh.
3
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
Đề tài được tiến hành tại bộ môn Ô tô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Sau
hơn ba tháng thực hiện, với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân em đã hoàn thành công
việc yêu cầu của đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Nguyễn Trọng
Hoan và các thầy trong bộ môn đã giúp đỡ, hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện
tốt nhất để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Hà Nội, Ngày tháng năm 2009
Sinh viên thực hiện
Vũ Ngọc Anh
4
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
1.1.1 Công dụng
- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào
đó hoặc dừng hẳn ôtô.
- Giữ ôtô dừng hoặc đỗ trên các đường dốc.
- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.
- Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thuỷ lực.
- Hệ thống phanh dẫn động có cường hoá.
d. 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
e. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Theo khả 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).
1.2 Kết cấu của hệ thống phanh
Hệ thống phanh ôtô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanh chính
thường là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân còn phanh dừng thường là phanh
tay, phanh tay thường được bố trí ở ngay sau trục thứ cấp của hộp số hoặc bố trí ở
các bánh xe.
Việc dùng cả hai phanh, phanh chính và phanh phụ đảm bảo độ an toàn của
ôtô khi chuyển động và dừng hẳn. Hệ thống phanh có hai phần cơ bản đó là cơ cấu
phanh và dẫn động phanh.
- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen
hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
- Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều
khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực,
khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau.
6
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
Ví dụ nếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn
cơ khí. Nếu là dẫn động thuỷ lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính
(tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
1.2.1 Các dạng cơ cấu phanh
a. Cơ cầu phanh đĩa
3- Piston
4- Giá di động
5- Giá dẫn hướng
Hình 2: Cơ cấu phanh đĩa loại
giá đỡ di động
Bình thường khi chưa phanh do giá đỡ có thể di trượt ngang trên chốt nên nó
tự lựa để chọn một vị trí sao cho khe hở giữa các má phanh với đĩa phanh hai bên là
như nhau. Khi đạp phanh dầu từ xi lanh chính theo ống dẫn vào xi lanh bánh xe.
Pittông sẽ dịch chuyển để đẩy má phanh ép vào đĩa phanh. Do tính chất của lực và
phản lực kết hợp với kết cấu tự lựa của giá đỡ nên giá đỡ mang má phanh còn lại
cũng tác dụng một lực lên đĩa phanh theo hướng ngược với lực của má phanh do
pittông tác dụng. Kết quả là đĩa phanh được ép bởi cả hai má phanh và quá trình
phanh bánh xe được thực hiện.
* Ưu điểm của hệ thống phanh đĩa
- Lực tác dụng lên cơ cấu phanh được cân bằng nên ít bị biến dạng.
- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh nên má phanh mòn đều, ít phải
điều chỉnh trong quá trình sử dụng.
- Thoát nhiệt tốt trong quá trình làm việc, làm cho các bề mặt ma sát có hệ số
ma sát ổn định hơn và mômen phanh cũng ổn định hơn khi phanh liên tục.
- Đảm bảo mômen phanh khi ôtô chuyển động tiến và lùi đều nhau.
8
1 2 3 4
5
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
- Trọng lượng, kích thước nhỏ góp phần làm giảm khối lượng không được
treo cho ôtô.
- Khe hở giữa các đĩa và má phanh nhỏ tức hành trình piston nhỏ do đó tạo
điều kiện để tăng tỷ số truyền của dẫn động, mặt khác dễ dàng thực hiện điều
chỉnh tự động khe hở.
- Có khả năng tự làm sạch
Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, các đòn bẩy và dây cáp. Dẫn
động phanh cơ khí ít dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo
phanh đồng thời tất cả các bánh xe, vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh
không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu phanh.
Do những đặc điểm trên nên dẫn động cơ khí không sử dụng cho hệ thống phanh
chính mà sử dụng ở hệ thống phanh dừng.
Các chi tiết của cơ cấu phanh dừng (hình 4).
Hình 4: Cơ cấu phanh dừng
Đòn quay một đầu được liên kết bản lề với phía trên của một guốc phanh, đầu
dưới liên kết với cáp dẫn động. Thanh nối liên kết một đầu với đòn quay một đầu với
guốc phanh còn lại.
10
a
b c
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
Khi điều khiển phanh tay thông qua hệ thống dẫn động, cáp kéo một đầu của
đòn quay quay quanh liên kết bản lề với phía trên của guốc phanh bên trái. Thông qua
thanh nối mà lực kéo ở đầu dây cáp sẽ chuyển thành lực đẩy từ chốt bản lề của đòn
quay vào guốc phanh bên trái và lực đẩy từ thanh kéo vào điểm tựa của nó trên guốc
phanh bên phải. Do đó hai guốc phanh được bung ra ôm sát trống phanh thực hiện
phanh bánh xe.
Để điều khiển cơ cấu phanh hoạt động cũng cần phải có hệ thống dẫn động.
Hệ thống dẫn động của cơ cấu phanh dừng loại này thông thường bao gồm: một cần
kéo hoặc tay kéo (hình 5.a và 5.b); các dây cáp và các đòn trung gian (5.c).
Hình 5: Dẫn động của cơ cấu phanh dừng
b. Dẫn động phanh thuỷ lực
* Cấu tạo chung
Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực được thể hiện
trên hình bên. 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.
* Nguyên lí làm việc
Khi phanh người lái tác dụng vào bàn đạp (4) một lực sẽ đẩy piston của xilanh
chính (2), do đó dầu được ép và áp suất dầu tăng lên trong xilanh và các đường ống
12
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
dẫn dầu, chất lỏng với áp suất lớn ở các xilanh bánh xe sẽ thắng lực lò xo và tiến
hành ép guốc phanh vào với trống phanh.
Khi không phanh nữa, người lái không tác dụng vào bàn đạp, các lò xo hồi vị
của bàn đạp, của piston làm cho piston trở về vị trí cũ, lò xo hồi vị cũng kéo guốc
phanh trở về vị trí ban đầu.
d. Dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng
* Cấu tạo
1
2
3
4
5
I II
Hình 8: Dẫn động phanh thuỷ lực hai
dòng
1. Xi lanh phanh trước; 2. Bộ chia dòng;
3. Xi lanh chính; 4. Bàn đạp phanh;
5. Xi lanh phanh sau.
I. Đường dầu ra phanh trước
II. Đường dầu ra phanh sau.
* Nguyên lý làm việc
Khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh (4), sẽ tác dụng đến piston ở
xilanh chính (3)làm việc, đẩy dầu vào bộ chia dòng (2), từ bộ chia dòng (2) này sẽ
phân chia ra hai đường dầu I và II.
- Đường dầu I sẽ dẫn động các cơ cấu phanh trước.
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
- Van phân phối: là cơ cấu phân phối khí nén từ các bình chứa khí đến các bầu phanh
để tạo lực tác dụng lên cam ép thực hiện phanh các bánh xe.
- Bầu phanh: thực chất là một bộ pittông xi lanh khí nén, nó là cơ cấu chấp hành có
nhiệm vụ biến áp suất khí nén thành lực cơ học tác dụng lên cam ép để thực hiện quá
trình phanh.
- Cơ cấu phanh bao gồm các chi tiết cơ bản như: guốc phanh, trống phanh, mâm đĩa,
lò xo hồi vị, trục cam. Cụm chi tiết này được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen
hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
* Nguyên lý hoạt động
Khi đạp lên bàn đạp phanh khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến các
bầu phanh, qua màng phanh tác động lên ty đẩy, ty đẩy tác động lên đòn quay làm
xoay cam phanh của cơ cấu phanh, ép sát guốc phanh vào trống phanh thực hiện quá
trình phanh xe.
Khi nhả phanh, van phân phối khóa khí nén ngừng cấp tới các bầu phanh, nhờ
các lò xo hồi vị đẩy ty đẩy về vị trí ban đầu. Khí nén thoát ra ngoài khí quyển qua van
phân phối.
f. Dẫn động phanh khí nén một dòng
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (1), qua van điều chỉnh áp suất (2),
qua bộ lọc tách nước (3) tới bình chứa khí nén (4), sau đó khí nén được dẫn tới túc
trực ở van điều khiển (10).
Khi người lái xe tác dụng vào bàn đạp phanh sẽ điều khiển mở van (10), dòng
khí nén từ van (10) đi theo đường ống dẫn tới các bầu phanh để thực hiện quá trình
phanh.
Khi nhả bàn đạp van (10) đóng, ngắt liên hệ giữa bình chứa khí với các bầu
phanh, đồng thời mở đường ống ở van (10) thông với không khí bên ngoài, khí nén từ
bầu phanh thoát ra ngoài và lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu kết thúc
quá trình phanh.
15
Hình 11: Dẫn động phanh khí nén hai dòng
1. Máy nén khí; 2.Van điều áp; 3. Bộ lọc tách nước; 4. Van an toàn kép 5,6,18,19.
Bình chứa khí; 10 Bàn đạp phanh; 11. Van phân phối;
12. Van hạn chế áp suất; 13,15,16.Bầu phanh; 14.Bộ điều hòa lực phanh;
17. Van bảo vệ; 20.Van điều khiển phanh tay;
21. Van gia tốc; 22,23. Bình tích năng
* Nguyên lý làm việc
- Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (1), qua van điều chỉnh áp suất (2),
qua bộ lọc tách nước (3) qua van an toàn kép (4) và được đưa tới bình chứa (5,6 ).
Van an toàn kép (4) đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với
nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí cho 2 dòng dẫn dộng phanh. Van bảo vệ (17)
17
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
có nhiệm vụ ngắt bình chứa (18) không cho nối thông với hệ thống nếu có sự cố lọt
khí trên đường dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng.
Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau. Dòng dẫn động
phanh cầu trước bắt đầu từ bình chứa khí (6) đi qua ống dẫn (7) , qua khoang trên của
tổng van (11), qua van hạn chế áp suất (12) tới các bầu phanh (13). Dòng dẫn động
cầu sau đi từ bình chứa khí (5) qua ống dẫn (8), qua khoang dưới của tổng van (11),
qua bộ điều hòa lực phanh (14) tới các bầu phanh (15)(16).
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. Nguyên lí làm
việc tương tự như đã nói ở trên cho dẫn động một dòng.
* Ưu điểm của hệ thống dẫn động phanh khí nén hai dòng
Ngoài những ưu điểm dẫn động phanh khí nén một dòng thì loại dẫn động hai
dòng đảm bảo độ an toàn và tin cậy cao hơn vì một trong hai dòng khí nén bị rò rỉ thì
ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại.
* Nhượng điểm của hệ thống dẫn động phanh khí nén hai dòng
Nhược điểm dẫn động phanh khí nén hai dòng phương án này có kết cấu phức
14.Bộ điều hòa lực phanh; 17. Van bảo vệ;
20.Van điều khiển phanh tay; 21. Van gia tốc;
Khi nhả phanh, khí nén ngừng cấp tới các xilanh chính, phần khí nén còn lại
theo đường ống trở về và thoát ra ngoài khí quyển qua bộ điều chỉnh lực phanh 14 và
van phân phối. Đồng thời với đó nhờ các lò xo hồi vị được bố trí trong từng cụm chi
tiết, cơ cấu trở về vị trí ban đầu.
Trong hệ thống phanh dẫn động liên hợp, cơ cấu dẫn động là phần khí nén và cơ cấu
chấp hành là phần thuỷ lực, cơ cấu dẫn động thì được chia làm hai dòng riêng biệt để
19
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
điều khiển các bánh trước và sau. Nếu có một trong hai dòng có sự cố thì dòng còn
lại phải đảm bảo hiệu quả phanh nhất định.
* Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực
- Kết hợp được nhiều ưu điểm của hai hệ thống phanh thuỷ lực và khí nén,
khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc độc lập.
Vừa tạo được lực phanh lớn ở các cơ cấu phanh, lại vừa giảm thời gian chậm
tác dụng, giảm lực tác dụng lên bàn đạp phanh cho người lái.
* Nhược điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực
- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp là rất cồng kềnh và phức tạp.
- Khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa.
- Giá thành cao.
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Chọn phương án thiết kế
2.1.1 Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh trên ôtô chủ yếu có hai dạng: phanh guốc và phanh đĩa. Phanh
guốc sử dụng chủ yếu trên các ôtô có tải trọng lớn: ôtô tải, ôtô chở khách và một số
20
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
loại ôtô con. Phanh đĩa được sử dụng trên nhiều loại ôtô con, trong đó chủ yếu là ở
2
5
2
4
1
2
3
4
5
6
7
2
2
2
3
2
1
1
9
2
0
1
4
8
9
1
0
1
1
1
Ngoài ra, nhánh này còn có một ống dẫn nối phần dưới của van phân phối 24 với van
21 điều khiển rơ mooc.
Nhánh II: dẫn động phanh chân của bánh xe sau, gồm có: van bảo vệ ba nhánh
10, bình khí nén 9, đồng hồ manômét 28 hai kim, phần trên của van phân phối 24, bộ
điều chỉnh lực phanh 13, bốn bầu phanh 20 của cơ cấu phanh sau và các ống dẫn.
Ngoài ra, nhánh này còn có ống dẫn nối phần trên của van phân phối 24 với van 21
điều khiển rơ mooc.
Nhánh III: dẫn động phanh tay, phanh dự phòng và dẫn động tổng hợp phanh
rơ mooc, gồm có: van bảo vệ kép 8, hai bình khí 7; 11, van phanh tay 2, van tăng tốc
12, bốn binh tích năng lò xo 20, van điều khiển phanh rơ mooc 21, van điều khiển
phanh rơ mooc có dẫn động hai dòng, Bình khí 15, van điều khiển rơ mooc có dẫn
động một dòng 19, ba van tách 17, ba đầu nối 18, các ống dẫn.
23
Đồ án tốt nghiệp Vũ Ngọc Anh ÔTÔA-K49
2.2 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một số cụm chi tiết chính
2.2.1 Van phân phối
Van cöa x¶
a
b
c
d
e
b®
q
1
2
3
4
5
6
sang cửa A để đi tới các bầu phanh tại các bánh xe.
Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây, khoang
trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn khoang dưới được điều
khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên. Nếu khoang trên bị mất khí, không hoạt động
nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ 12 của
khoang dưới đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại.
Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng được điều
khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển pittông lớn 1.
Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau. Ứng với một lực tác động
Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên dưới pittông 5 và
sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe. Áp suất khí trong khoang dưới
pittông 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thằng được
lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi van nạp
đóng lại. Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, ấp suất khí nén dẫn tới các bầu
phanh không tăng nữa và pittông 5 ở trạng thái cân bằng.
Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang dưới. Như vậy, ứng
với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động
phanh chỉ có một giá trị tương ứng. Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được
cường độ phanh theo ý muốn.
* Kết cấu của van phân phối 2 dòng
25
Copyright: Tài liệu đại học ©