MỤC LỤC

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

3.4 Tính dẫn động ……………………….………………………….......................61

3.4.1 Thiết kế tính toán bầu phanh trước………………………..............61

3.4.2 Thiết kế tính toán bầu phanh sau……………………..…………...63

3.4.3 Tính toán lượng khí nén…………………………………………...69

3.4.4 Bộ điều hòa lực phanh…………………………………………….73

3.4.5 Kiểm nghiệm quá trình phanh của xe khi đã trang bị bộ điều hòa……..79

Chương 4: Qui trình công nghệ chế tạo chi tiết Pittông………………………..89

4.1 Chức năng của pittông di trượt của bộ điều hòa lực phanh….................89

4.2 Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết pittông……….................90

4.2.1 Lập trình tự các nguyên công………………………….................90

4.2.2 Thiết kế nguyên công……………………………………............90

Kết luận chung…………………………………………………………………...102

Tài liệu tham khảo………………………………………………………………103

LỜI NÓI ĐẦU

Ngành ôtô - máy kéo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và giao thông vận tải nói riêng, nó quyết định một phần không nhỏ về tốc độ phát triển của nền kinh tế của một quốc gia. Ngày nay các phương tiện vận tải ngày càng phát triển hoàn thiện và hiện đại, đặc biệt là ngành ôtô đã có những vượt bậc đáng kể. Các thành tựu kỹ thuật mới như điều khiển tự động, kỹ thuật điện tử, kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương pháp tính toán hiện đại đều được áp dụng trong ngành ôtô.

Ở nước ta hiện nay, các xe ô tô đang lưu hành chủ yếu là của nước ngoài, được lắp ráp tại các nhà máy liên doanh và cũng có một phần là xe nhập cũ, các loại xe trên rất đa dạng về chủng loại mẫu mã cũng như chất lượng. Trong các loại xe trên thì xe tải đóng một vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế đất nước. Xe tải phục vụ chủ yếu trong các ngành khai khoáng, xây dựng,vận tải hàng hoá. Với đặc thù của địa hình Việt Nam với 70% diện tích là đồi núi. Đường xá thường là khó 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

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……………. 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.

Em xin chân thành cảm ơn!

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.

1.1.2 Yêu cầu

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Có hiệu quả phanh cao, nghĩa là đảm bảo gia tốc phanh lớn, quãng đường phanh nhỏ và ổn định khi phanh nhiều lần liên tục.

- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các cầu xe là hợp lí.

- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp không lớn.

- Dẫn động phanh có độ tin cậy, độ nhạy cao.

1.1.3 Phân loại

a. Theo công dụng

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân).

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay).

- Hệ thống phanh dự phòng.

c. Theo dẫn động phanh

Theo dẫn động phanh hệ thống phanh được chia ra:

- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.

- 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.

- 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. 

1.2.1 Các dạng cơ cấu phanh

a. Cơ cầu phanh đĩa

Có hai loại cơ cấu phanh đĩa: loại giá đỡ cố định và loại giá đỡ di động.

b. Cơ cấu phanh guốc

* Cấu tạo

Cơ cấu phanh guốc như hình 3.

* Nguyên lí hoạt động

Khi đạp phanh lên bàn đạp phanh, qua hệ thống đòn bẩy dẫn động sẽ làm quay cam phanh (6) đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh, do đó giữa trống phanh và má phanh sẽ xuất hiện lực ma sát, tạo ra mô men phanh cản trở sự quay của bánh xe. 

1.2.2 Các dạng dẫn động phanh

a. Dẫn động phanh cơ khí

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.

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.

e. Dẫn động phanh bằng khí nén

Dẫn động phanh bằng thuỷ lực có ưu điểm dễ bố trí, độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạp bị hạn chế.

Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôtô tải trung bình và lớn người ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện.

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.

g. Dẫn động phanh khí nén hai dòng

* Cấu tạo: Dẫn động phanh khí nén hai dòng như hình 11.

* 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) 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.

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 loại ôtô con. Phanh đĩa được sử dụng trên nhiều loại ôtô con, trong đó chủ yếu là ở các cơ cấu phanh trước.

2.1.2 Dẫn động phanh

Ngày nay trên xe tải người ta sử dụng các dẫn động sau: dẫn động thuỷ lực, dẫn động khí nén, dẫn động liên hợp.

Dẫn động thuỷ lực có nhược điểm là không tạo được lực đẩy guốc phanh lớn, cho nên chỉ sử dụng cho các ôtô cỡ nhỏ.

Nhánh I: dẫn động phanh chân của bánh xe trước; gồm có: van bảo vệ ba nhánh 10, bình khí 22, phần dưới van phân phối 24, van hạn chế áp suất 25, hai bầu phanh trước 27, đồng hồ manômét hai kim, các cơ cấu phanh trước và các ống dẫn. 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 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.

2.2  Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của một số cụm chi tiết chính

2.2.1 Van phân phối

Van phân phối có công dụng đóng mở các van để cấp hoặc ngừng cấp khí nén đến các bầu phanh của các cơ cấu phanh theo ý muốn người điều khiển.

Mỗi khoang của tổng van điều khiển một dòng dẫn động cầu trước hay cầu sau.

Khoang trên có cửa vào là D được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới các bầu phanh tại các bánh xe. Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A. Ngoài ra còn có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang. Mỗi khoang có một van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các van nạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van nạp 9 và van xả 10.

2.2.2 Bộ điều hoà lực phanh

Bộ điều hoà lực phanh dùng để tự động điều chỉnh áp suất khí nén được dẫn đến các bầu phanh của các sau của ôtô tải khi phanh.

Cấu tạo của bộ điều hoà lực phanh được trình bày dưới hình vẽ.

Giữa hai phần của vỏ bộ điều hòa có bố trí màng cao su 21, pittông dưới 24 di chuyển dưới tác dụng của đòn nối 20 và ngõng trục 23, chép hình mức độ tải trọng đặt lên cầu sau. Pittông đưới có ống tựa mặt van 19 có thể di chuyển khi tải trọng đặt lên cầu sau thay đổi. Pittông trên 18 có bệ van cho van 17 có thể di chuyển và kéo theo sự biến dạng của màng cao su 8. Nhờ bệ van của pittông 18 và van 17 di chuyển tạo nên khả năng đóng mở van.

2.2.4 Van tăng tốc

Dùng để rút ngắn thời gian bắt đầu dẫn động của hệ thống phanh dự phòng, do giảm chiều dài nhánh hút khí nén vào bình tích năng lò xo và xả không khí trực tiếp qua van tăng tốc ra ngoài.

* Nguyên lí hoạt động

Trong hệ thống dẫn động phanh khí nén, đối với mạch dẫn động phanh dừng và phanh dự phòng có lắp thêm van gia tốc thì van gia tốc có tác dụng giảm   thời gian phản ứng của hệ thống phanh khi sử dụng năng lượng đàn hồi của phanh dừng và phanh dự phòng, bằng cách tăng tốc độ nạp và thải khí nén.

 Trong mạch dẫn động phanh chính có lắp van gia tốc thì van gia tốc có tác dụng giảm thời gian tác dụng của hệ thống phanh nhờ việc giảm thời gian dẫn khí tới các bát phanh cầu sau và xả không khí ở đây ra.

Cửa A được nối với khoang trên của tổng van, áp suất khí trên đoạn ống này có tác dụng đóng mở van nạp xả của van gia tốc, khí nén được dẫn đến cửa C và qua cửa B tới các bát phanh bánh xe cầu sau.

2.2.6 Bầu phanh sau

Dùng để truyền động cho các cơ cấu phanh của bánh xe sau khi đạp phanh chân, kéo phanh dự phòng và phanh tay.

Đây là dạng bầu phanh kép, gồm hai bầu phanh được ghép nối với nhau, một bầu phanh chính nằm ở phía dưới và bầu phanh dự phòng (kết hợp cùng phanh tay) nằm ở phía trên. Bầu phanh chính có cấu tạo và nguyên lí làm việc hoàn toàn giống với bầu phanh đơn như đã nói ở trên.

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ  TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ

3.1. Các thông số kỹ thuật của xe tham khảo (KAMAZ-5320)

- Trọng lượng xe không tải:                              70800 N

+ Phân bố trọng lượng ra cầu trước:               33200 N

+ Phân bố trọng lượng ra cầu sau:                  37600 N

- Trọng lượng chuyên chở hàng:                    80000 N

- Trọng lượng xe khi đầy tải:                          153050 N

+ Phân bố trọng lượng ra cầu trước:                43750 N

+ Phân bố trọng lượng ra cầu sau:                   109300 N

- Chiều dài cơ sở của xe (L):                          3850 mm

3.2 Tính toán xây dựng hoạ đồ

3.2.1 Xác định mô men cần có tại các cơ cấu phanh

Sơ đồ tính toán và các lực tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh thể hiện trên hình vẽ dưới đây

Các ký hiệu sử dụng trong quá trình tính toán:

G_a - Trọng lượng toàn bộ của ôtô.

G₁ và G₂ - Trọng lượng tác dụng lên cầu trước và cầu sau ôtô.

L - Chiều dài cơ sở của ôtô.

a,b,h_g - Toạ độ trọng tâm của ôtô.

Mô men này đạt giá trị lớn nhất khi nó tận dụng được khả năng bám tối đa của các bánh xe tức là M_pmax = M_j = j.G 

Xe tham khảo có ký hiệu lốp 260 – 508 P ta có:

d = 508 mm = 0,508 (m)

H = B = 260 mm = 0,26 (m)

D = d+2H=508+2.260 =1028 mm = 1,028 (m)

Þ r₀ = 1,028/2 = 0,514 (m) Þ r_bx  = 0,93 . 0,514 = 0,478 (m)

Thay số vào ta được: M^/ = 10857,94 Nm. ;  M^// = 5545,17 Nm.

3.2.2 Thiết kế tính toán cơ cấu phanh

Đối với xe thiết kế cơ cấu phanh sử dụng là cơ cấu phanh guốc.

- Điểm đặt lực tổng hợp R được xác định bằng góc đặt lực d và bán kính đặt  lực r.

a. Xác định góc d và bán kính r của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

Với:

b₁ = 15^º

b₀= 120^º

b₂ = b₁ + b₀ = 15^º + 120^º = 135^º

=> d = arctag 0,1522 ≈ 8,65⁰

Kết luận:

b₁ = 14^o                                       b₂ = 135^o                            b_o = 120^o

d= 8,65^o                                      r = 244 mm                        r_t = 210 mm

b. Xác định các lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu phanh bằng phương pháp hoạ đồ

Khi tính toán cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực phanh P tác dụng lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh trước (M^/_P1 hoặc M^//_P1) và guốc sau (M^/_P2 hoặc M^//_P2) bằng mô men phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe.

Như thế là chúng ta đã xác định được góc j₁ ≈ 16,7⁰,  nghĩa là xác định được hướng của R₁. Góc j₁ má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì có cùng hệ số ma sát như nhau.

Làm như thế đối với guốc sau ta cũng tìm được P₂ ,U₂ ,R₂ .

c. Kiểm tra hiện tượng tự xiết

Khi thiết kế và tính toán cơ cấu phanh cần phải tránh hiện tượng tự xiết. Hiện tượng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc phanh.

Vậy là với guốc sau không bao giờ có hiện tượng tự xiết.

Kết luận: Hiện tượng tự xiết không xảy ra đối với các cơ cấu phanh đã thiết kế.

d. Xác định các kích thước má phanh

Bề rộng  b = 120 (mm) = 0,12 (m).

Bán kính tang trống  r_t = 210 (mm) = 0,21 (m).

Góc ôm tấm ma sát b₀ = 120⁰.

Tổng diện tích tất cả các má phanh: F_å = 12.F = 12.0,05728 = 0,6333 (m²).

Công ma sát riêng sẽ là: l = 237,238 (J/cm²)

Ta thấy công ma sát riêng l thỏa mãn điều kiện: l < [l] = 400 - 1000 (J/cm²)

Kết luận: Công ma sát riêng nằm trong giới hạn cho phép.

* Áp suất giới hạn trên bề mặt má phanh

Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu làm má phanh. Do đó cần tính toán kiểm tra xem áp suất này có vượt quá sức chịu đựng của vật liệu cấu thành nên nó hay không. Má phanh được coi là đủ bền để làm việc khi : q < [ q ]

Cầu giữa và cầu sau: M_P = 5545,174 Nm

Thay số ta được: q = 0,83 (MPa)

Ta thấy: q < [q] = 1,5 - 2,0 (MPa)

Vậy áp suất trên bề mặt má phanh nằm trong giới hạn cho phép.

* Kiểm tra nhiệt độ tang trống

Sự tăng nhiệt độ của trống phanh khi phanh với V₁= 30 km/h, V₂ = 0 km/h, không quá 15⁰ tức là : t < [t ] = 15⁰.

t - Độ gia tăng nhiệt độ.

G - Trọng lượng toàn bộ của ôtô khi đầy tải: G = 153050 N .

g - Gia tốc trọng trường. g = 9,81 m/s².

C - Nhiệt dung riêng của trống phanh làm bằng gang.

C - 500 J/kg độ trong khoảng t = 273^o K ¸ 573^o K.

m_t - Khối lượng trống phanh và các chi tiết bị nung nóng: m_t = 6.m_oi = 6.g.V

=> m_t = 6.7,2⁰.10³.003867 = 167,05 Kg

Thay số vào ta có: t = 6,84⁰C

Kết luận: : t < [t ] = 15⁰C , như vậy sự gia tăng nhiệt độ của trống phanh nằm trong giới hạn cho phép.

3.3 Tính bền cơ cấu phanh

3.3.1 Tính bền guốc phanh

Guốc phanh dùng để tán má phanh. Đối với các xe tải lớn, guốc phanh được làm theo hình chữ p.

Với kích thước má phanh đã tính toán ở trên và kích thước của guốc phanh tham khảo thực tế ta có :  a = 120 mm, b =15 mm,

c = 10mm, d = 40mm

F₁ = 120. 15=1800 mm²

F₂ = 10. 40 = 400 mm²

Y₂ = 28 mm

Y_c1 = 19,38 mm

Y_c2 = Y₂ - Y_c1 = 28 - 19 = 9 mm

Thay số ta được  R_th = 195,5 mm

Kích thước từ tâm bánh xe đến trọng tâm của guốc phanh: R_G = R₂^’ + Y_c2 = 177 + 9 = 186 mm

 a. Xác định lực cắt, mô men uốn, vẽ biểu đồ nội lực:

Nếu tính toán chính xác guốc phanh thì rất phức tạp. Bởi vì áp lực phân bố trên bề mặt guốc phanh không đều mà theo quy luật hình sin.

Vì vậy ta áp dụng phương pháp tính gần đúng. Để xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh ta phải vẽ được biểu đồ nội lực.

+ Xét sự cân bằng đoạn trên ta có:

N₁ + P₁. cos( j + g ) = 0

Q₁ + P₁. sin( j + g ) = 0

 M_U1 + P₁.[a - r_tcos( j + g )] = 0

- Xét sự cân bằng tại điểm A: g = 0º.

N₁ + P₁.cosj = 0

Q₁ + P₁.sinj = 0

M_U1  = 0.

Ta có: j = 13⁰ , P = 23270,11 N.

N₁ = - P₁.cosj = - 23270,11.cos 13⁰ = - 22673,7 N.

Q₁ = - P₁.sinj = - 23270,11.sin 13⁰ = - 5234,64 N.

M_U1  = 0.

- Xét sự cân bằng tại điểm B:  g= 77,635º, j= 13º , P = 23270,11 N.

N₁ = - P₁cos( j + g ) 

Q₁ = - P₁sin(j + g) 

M_U1 = - P₁[a - R_tcos( j + g)]

Ta có:

N₁ = - 23270,11.cos 90,465⁰ = 188,85 N.

Q₁ = - 23270,11.sin 90,465⁰ = - 23269,3 N.

M_U1 = - 23270,11.( 160 - 210.cos 90,465⁰).10^-3 = - 3762,88 Nm.

- Xét sự cân bằng tại điểm B: d = 10,465º ; b = 79,535º ;C = 170 (mm).

N₂ = - U_1Xsind - U_1Ycosd

Q₂ =  U_1Xcosd  - U_1Ysind

M_U2 = -U_1XCsinb + U_1YC[1 – cosb]

Thay số vào ta có:

 N₂ = - 12446,18.sin10,465º - 53910,35.cos9,2º = - 55274,26 (N).

 Q₂ = 12446,18.cos10,465º - 53910,35.sin9,2º = 2447,157 (N).

M_U2 = - 12446,18.0,165.sin79,535º + 53910,35.0,170.[1- cos79,535º] = - 5419,463 (Nm).

Nhìn vào biểu đồ ta thấy, tại vị trí đặt lực tổng hợp R là vị trí nguy hiểm nhất. Ta đi kiểm tra bền tại vị trí này.

N = 52274,26N.

Q = 2447,157 N.

M_U = 9812,34 Nm.

c. Tính ứng suất tiếp trên mặt cắt ngang

Ta có:

b – Chiều dầy phần bị cắt, b = 10 (mm)

Q - Lực cắt tại vị trí đặt lực tổng hợp R₁.Q = 2447,157 (N).

S_X- Mômen tĩnh phần bị cắt đối với trục quán tính trung tâm,

j_X- Mômen quán tính của tiết diện,

Y₂ – Khoảng cách từ toạ độ trọng tâm phần 2 đến đường trung hoà.

Y₂ = 9 mm.

F_C – Diện tích phần hai, F_C = 800 mm².

Vậy: S_C = 9.800 = 7200 mm³.

Thay số: t = 2,26 (N/mm²)

3.3.2 Tính bền trống phanh

+ Đây là bài toán tính ống dày.

+ Trình tự như sau:

- Tính áp suất q tác dụng lên trống phanh

- Tính ứng suất hướng tâm và ứng suất hướng kính

- Kiểm tra bền

a. Tính áp suất q tác dụng lên trống phanh

M_p - Mômen phanh do guốc phanh trước và guốc phanh sau sinh ra ; M_p = 10857,94 Nm.

m -  Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh. m = 0,3.

b -  Chiều rộng má phanh, b = 120 (mm).

r_t -  Bán kính trống phanh, r_t= 210 (mm).

b₀- Góc ôm của tấm ma sát, b₀ = 2.120⁰ = 240⁰ .

Thay số ta được : q = 163274,6 (N/m²)

b. Tính ứng suất hướng tâm và ứng suất tiếp tuyến

Trống phanh được làm bằng gang CX18-36 có [d_k] = 18000 (N/cm²).

So sánh thấy d_td= 3319,88 (N/cm²) < [d_k]

Kết luận: Trống phanh thiết kế đủ bền.

3.3.3 Tính bền chốt phanh ( Chốt lệch tâm )

- Guốc phanh quay quanh trục lệch tâm.

- Tính toán chính xác độ bền chi tiết này là rất khó. Ta có thể tính theo bài toán: Tính toán các mối ghép bằng đinh tán và bu lông. Phương pháp tính trình bày trong mục này chỉ là gần đúng và có tính quy ước.

3.4 Thiết kế tính toán dẫn động

3.4.1 Thiết kế tính toán bầu phanh trước

Bầu phanh trứơc có kết cấu đơn giản gồm hai nửa vỏ dập định hình bằng thép dày từ 3 – 5 mm, một đĩa tỳ phanh đẩy màng cao su, áp suất tác dụng lên màng pít tông được chuyển thành lực trên ty đẩy tác động lên thanh dẫn động lên trục cam như thể hiện trên sơ đồ tính toán hình 27.

+ Xét cân bằng tại cam ép

Phương trình cân bằng lực:

Q₁.L.h_T = (P₁^/ + P₂^/).h/2                (*)

Từ hoạ đồ lực phanh ta có:

P₁^/ = 23270,11 (N)

P₂^/ = 52604,31 (N).

Thay số vào công thức (*) ta được: Q = 12912,18 (N)

+ Diện tích bao kín của bầu phanh: F_B = F_A / K

K - hệ số dự trữ năng lượng, lấy K = 0,8.

Vậy: F_B = 19500/ 0,8 = 0,024383 m².

+ Đường kính bao kín của bầu phanh: D = 0,716 (m)

3.4.2 Thiết kế tính toán bầu phanh sau

Ngày nay các bầu phanh trên xe ôtô trọng tải lớn thường sử dụng loại bầu phanh tích năng, để nâng cao độ an toàn cho xe khi chạy trên đường.

a. Lực tác dụng lên thanh đẩy

Xét cân bằng tại cơ cấu cam ép

Phương trình cân bằng lực:

Q₂.L.h_T = (P₁^// + P₂^//).h/2                (*)

Thay số vào công thức (*) ta được: Q₂ = 3458,309 N

b. Tính toán lò xo của bộ tích luỹ năng lượng

* Công dụng: Đẩy màng phanh và ty phanh để phanh xe lại trong trường hợp bình chứa khí bị rò rỉ, và khi phanh dừng.

* Yêu cầu: Lò xo chế tạo có độ cứng đủ lớn để đẩy màng phanh và ty đẩy phanh xe lại ngay trong trường hợp khẩn cấp. Nhưng cũng phải thu nhanh trong trường hợp nhả phanh tay. Phải có đủ độ bền và độ cứng theo yêu cầu.

- Khi tính toán lò xo của bộ tích luỹ năng lượng ta dựa trên một số điểm sau:

+ Theo tiêu chuẩn Việt Nam (đang lưu hành trong các trung tâm đăng kiểm), khi tiến hành thử phanh tay trên bệ thử, yêu cầu lực phanh do phanh tay sinh ra phải đạt được bằng 16% trọng lượng toàn bộ của xe.

+ Khi nhả phanh tay chỉ cần áp suất khí nén P_j = 0,4 N/m² cũng đủ để nén lò xo trở về vị trí ban đầu.

Xét bất phương trình (*): Lực phanh do phanh tay sinh ra (P_P) bằng 16% trọng lượng toàn bộ của xe (G) Þ P_P = 0,16.G   

 Khi sử dụng phanh tay thì chỉ có bốn bánh xe cầu sau được phanh. Vậy lực phanh sinh ra tại mỗi bánh xe (T) là: T = P_P/4 = 0,04.G

Mô men sinh ra tại mỗi cơ cấu phanh cầu giữa và cầu sau sẽ là: M_P^// = T.r_bx = 0,04.G.r_bx

Thay số vào ta có: M_P^// = 0,04.15305.0,478 = 2926 Nm

+ Số vòng toàn bộ của lò xo

Theo công thức kinh nghiệm: n = n₀ + (1 ¸ 2) vòng = 7 + 2 = 9 vòng.

+ Bước của lò xo (t)

Theo công thức: t = (0,15 ¸ 0,3)D_lx. Lấy: t = 0,3.100 = 30 mm.

+ Chiều dài toàn bộ của lò xo (H)

Theo công thức kinh nghiệm: H = n.t = 9.30 = 270 mm

3.4.4 Bộ điều hòa lực phanh

Bộ điều hoà được lắp trên dẫn động phanh cầu sau và điều chỉnh áp suất khí nén dẫn tới các bầu phanh cầu sau theo tải trọng tác dụng lên cụm cầu sau.

Hiện nay bộ điều hòa lực phanh có bán nhiều trên thị trường, vì vậy thay vì tính toán thiết kế lại bộ điều hòa lực phanh, ta nên lựa chọn và mua một bộ điều hòa có bán sẵn trên thị trường rồi sau đó, tính toán các thông số lắp đặt ban đầu sao cho phù hợp với yêu cầu.

* Tính toán các thông số lắp đặt ban đầu cho bộ điều hòa

Sơ đồ bố trí bộ điều hoà được thể hiện trên hình 34, còn đặc tính của nó được trình bày trên hình 35.

P - là áp suất tại cửa vào bộ điều hòa.

P₂ - là áp suất tại cửa ra bộ điều hòa.

b - là góc hợp bởi trục cần điều chỉnh với phương ngang.

f  - là biến thiên độ võng của nhíp.

Sau đó phải xác định hệ số K – hệ số điều chỉnh áp suất khí nén cấp từ bộ điều hoà đến các bầu phanh khi ôtô ở trạng thái tĩnh, đầy tải và không tải với điều kiện sau: Lực phanh các bánh sau cần đảm bảo tận dụng khả năng bám tại cầu sau ở trạng thái tĩnh đầy tải và không tải trên đường có hệ số bám j = 0,65 – 0,8 nghĩa là:

0,65.G₂ ≤ T₂ ≤ 0,8.G₂

Thay các giá trị của G₂ vào điều kiện trên ta có:

- Khi đầy tải : G₂= = 27330 N Þ 17764,5 N ≤ T₂ ≤ 21864 N.

- Khi không tải: G₂ = 37600/4 = 9400 N Þ 6474 N ≤ T₂ ≤ 7968 N.

Sau khi lựa chọn kích thước các bầu phanh theo các dãy tiêu chuẩn, người ta thấy đối với loại ôtô đang xét có thể chọn bầu phanh loại 24 và 30 tùy theo áp suất khí nén sử dụng trong hệ thống.

Đặc tính của bầu phanh kiểu 24:  Q = 146,67.p – 35.       (4)

Đặc tính của bầu phanh kiểu 30:  Q = 193,33.p – 30        (5)

Với áp suất khí nén trong hệ thống là 6.10⁵ N/m² thì lực trên ty đẩy của bầu phanh loại 24 là 8450 (N) và loại 30 là 11300 (N).

Với áp suất khí nén trong hệ thống là 7.10⁵ N/m² thì lực trên ty đẩy của bầu phanh loại 24 là 9920 (N) và loại 30 là 13230 (N).

Như vậy ta có thể chọn kiểu bầu phanh cho 24 cả bầu trước và cầu sau. Khi đó thay giá trị Q ở công thức (4) vào công thức (1) ta có:

M_T = 1,7(146,67p – 35) = 249,33p – 59,5.          (6)

3.4.5 Kiểm nghiệm quá trình phanh của xe khi đã trang bị bộ điều hòa

a. Một số thông số cơ bản của quá trình phanh

Khi phanh tới giới hạn lết tại một cầu nào đó trong khi tại cầu khác không sử dụng hết khả năng bám thì hệ số sử dụng trọng lượng bám sẽ nhỏ hơn hệ số bám, còn gia tốc phanh sẽ gia tốc đạt được trong trường hợp phân bố lực phanh lý tưởng.

Việc phanh lết các bánh xe làm cho lốp bị mòn nhanh chóng và không đảm bảo an toàn. Khi phanh lết sự trượt giữa lốp và mặt đường tăng lên, hệ số bám giảm làm ôtô mất ổn định và mất khả năng điều khiển.

b. Tiêu chuẩn ECE R13 đối với ôtô tải loại N3 không trang bị ABS

ECE là tiêu chuẩn Châu Âu về ôtô, và ECE R13 là tiểu chuẩn về hệ thống phanh trên ôtô. Theo tiêu chuẩn này, các loại ôtô loại N₃ (ôtô tải có tải trọng lớn hơn 12 tấn) không trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS cần đáp ứng các yêu cầu sau:

- Đối với j = 0,2 – 0,8 cần đạt được: g_T ≥ 0,1 + 0,85(j – 0,2).

Dựa vào bảng 1và 2 ta xây dựng được đồ thị quan hệ giữa hệ số sử dụng trọng lượng bám trên cầu trước và cụm cầu sau trong trường hợp tỷ lệ lực phanh giữa các cầu không đổi và thay đổi .

Kết luận: Như vậy sau khi sử dụng bộ điều hoà lực phanh có khả năng thay đổi một cách tự động tỷ lệ mô men phanh cầu trước và cầu sau đã đáp ứng được các yêu cầu của quy định N⁰13, tiêu chuẩn ECE R13.

CHƯƠNG 4

QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO CHI TIẾT PITTÔNG

4.1 Chức năng của pittông di trượt của bộ điều hòa lực phanh.

Pittông là một chi tiết dạng trục điển hình. Đặc điểm của pittông là làm việc di trượt dọc trục của xi lanh. Mặt làm việc là các mặt trụ ngoài Æ28. Chi tiết này không chịu va đập khi làm việc mà chịu ma sát với các bề mặt.

Ta thấy chi tiết không đòi hỏi độ chính xác cao, các mặt lắp ghép yêu cầu độ chính xác cấp 6. Hai mặt tỳ Æ 28 yêu cầu độ đồng tâm cao. Giữa hai mặt này có rãnh để lắp phớt làm kín, do đó yêu cầu dung sai không lớn hơn 0,02 mm.

Chọn vật liệu là thép 45 với mục đích là tăng độ bền mòn khi chi tiết làm việc.

Xác định dạng sản xuất: Đây là chi tiết nhỏ có khối lượng nhỏ hơn 4 Kg, ta chọn dạng sản xuất hàng loạt nhỏ ( từ 100 – 500 chi tiết trong 1 năm).

Từ bản vẽ chi tiết ta thấy rằng với bề mặt cần gia công chính xác đạt độ nhám là R_a= 2,5 tương đương với cấp nhẵn bóng là 6 nên ta chọn phương pháp tiện thô, tiện tinh rồi sau cùng là mài thô, lượng dư gia công là 2mm.

4.2 Thiết kế qui trình công nghệ gia công chi tiết pittông.

4.2.1 Lập trình tự các nguyên công.

Trước khi gia công chi tiết cần được làm sạch. Dựa trên kết cấu của chi tiết ta chọn trình tự gia công thích hợp để gia công chi tiết như sau:

Nguyên công 1: Tiện thô mặt trụ ngoài 28, khỏa mặt đầu và khoan tâm.

Nguyên công 2: Tiện thô, tinh mặt trụ ngoài 12, tiện vai trục và vát mép.

Nguyên công 5: Mài thô mặt trụ ngoài 28

Nguyên công 6: Kiểm tra sự đồng trục của hai mặt trụ A và B.

4.2.2 Thiết kế nguyên công

a. Nguyên công 1: Tiện thô mặt trụ ngoài 28, khỏa mặt đầu và khoan tâm.

Lấy mặt trụ ngoài làm chuẩn thô, dùng mâm cặp 3 chấu tự định tâm để kẹp chặt và định vị phôi. Như vậy ta đã khống chế được 4 bậc tự do.

Tra chế độ cắt:

Chọn máy : ta chọn máy tiện vạn năng T620 có các thông số sau:

Công suất của máy : N = 7 (KW).

Hiệu suất của máy : h = 0,75.

Chọn dao: chọn các loại dao có gắn mảnh hợp kim cứng T5K10 để tiện các mặt trụ ngoài, và vai trục của pittông.

* Tiện mặt đầu: chọn chiều sâu cắt là 2mm, lượng chạy dao tra theo bảng (6-1) tài liệu tham khảo [4] là S = 0.5 (mm/vòng).

Chọn số vòng quay theo tiểu chuẩn của máy là : n = 1008 (vòng/phút).

Lượng chạy dao : S = S_v.n = 0,5.1008 = 504 (mm/phút).

* Khoan tâm:  

+ Định vị và kẹp chặt như cũ .

+ Chọn máy khoan: 2A125

+ Chọn dao: Mũi khoan ruột gà bằng hợp kim cứng T15K6 

* Tiện thô bề mặt trục 28: chọn chiều sâu cắt là 2mm, lượng chạy dao tra theo bảng (6-1) tài liệu tham khảo [4] là S = 0,5 (mm/vòng).

Chọn số vòng quay theo tiểu chuẩn của máy là : n = 633,5 (vòng/phút).

Lượng chạy dao : S = S_v.n = 0,2.633,125 = 316,6 (mm/phút).

b. Tiện vai trục và vát mép

* Tiện thô: chọn chiều sâu cắt là 1,5 mm, lượng chạy dao tra theo bảng

(6-1) tài liệu tham khảo [4] là S = 0.5 (mm/vòng).

Chọn số vòng quay theo tiểu chuẩn của máy là : n = 150(vòng/phút).

Lượng chạy dao : S = S_v.n = 0,5.150= 75 (mm/phút).

d. Nguyên công 4: Tiện rãnh 20, các vai trục của rãnh, vát mép trụ 28

*  Tiện rãnh 20 gồm các bước sau

- Tiện thô: chọn chiều sâu cắt là t = 2 mm, lượng chạy dao tra theo bảng (6-1) tài liệu tham khảo [4] là S = 0,08 (mm/vòng).

Chọn số vòng quay theo tiểu chuẩn của máy là : n = 252 (vòng/phút).

Lượng chạy dao : S = S_v.n = 0,5.252= 126 (mm/phút).

* Tiện vai trục của rãnh gồm các bước sau

- Tiện thô: chọn chiều sâu cắt là 1,5 mm, lượng chạy dao tra theo bảng (6-1) tài liệu tham khảo [4] là S = 0,5 (mm/vòng).

Chọn số vòng quay theo tiểu chuẩn của máy là : n = 1008 (vòng/phút).

Lượng chạy dao : S = S_v.n = 0,5. 1008= 504 (mm/phút).

f. Nguyên công 6: Kiểm tra sự đồng trục của hai mặt trụ 28

Sau khi thực hiện xong nguyên công 3, ta để chi tiết trên máy, dùng đồng hồ so có giá đặt trên bàn máy sau đó dùng tay quay mâm cặp. Sai số của sự không đồng tâm được thể hiện qua hiệu số lớn nhất giữa giá trị của hai đồng hồ đo. Yêu cầu độ không đồng tâm không lớn hơn 0,02 mm.

KẾT LUẬN

Sau thời gian ba tháng em đã hoàn thành đồ án, qua việc thực hiện đồ án đã giúp em hiểu hơn và biết thiết kế tính toán một hệ thống cụ thể trên xe. Quá trình làm đồ án, với thời gian có hạn nhưng bản thân em đã có cố gắng tìm hiểu thực tế Đây là bước khởi đầu quan trọng giúp cho em có thể nhanh chóng tiếp cận với ngành công nghiệp ôtô hiện nay của nước ta.

Trong quá trình thực hiện đồ án em cũng được sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ môn ôtô - Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội và đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của Thầy: PGS.TS……………… đã giúp em hoàn thành đồ án này.

Do hiểu biết của em còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót, qua đồ án này em kính mong nhân được sự đóng góp ý kiến của các thầy và các bạn để đề tài tốt nghiệp của em được hoàn thiện hơn.

Em xin chân thành cảm ơn: PGS.TS……………… cùng toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.

                                                                       Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                   Sinh viên thực hiện

                                                                    ………………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Bài giảng thiết kế tính toán ôtô

PGS. TS Nguyễn Trọng Hoan (2007).

2. Hướng dẫn thiết kế hệ thống phanh ô tô máy kéo

Dương Đình Khuyến (1995).

3. Lý thuyết ô tô máy kéo

Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái,

Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (1998).

4. Sổ tay công nghệ chế tạo máy

Trần Văn Địch -  Nguyễn Hữu Lộc

5. Dung sai và đo lường cơ khí

An Hiệp – Trần Vĩnh Hưng (1999).

6. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí

Trịnh Chất – Lê Văn Uyển (2000).

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"