MỤC LỤC

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU                                                                                                   

CHƯƠNG 1:  HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ THIẾT KÊ                         

1. Hệ thống phanh ô tô.                                                                                  

1.1  Công dụng, phân loại, yêu cầu của Hệ thống phanh                            

1.1.1. Công dụng của hệ thống phanh.                                             

1.1.2. Phân loại hệ thống phanh trên ô tô.                                           

1.1.3. Yêu cầu chung của hệ thống phanh trên ôtô.                           

1.2. Sơ đồ cấu tạo một số dạng cơ cấu phanh                                           

1.3. Cơ cấu phanh đĩa:                                                                              

1.4. Dẫn động phanh.                                                                                

1.4.1. Về phương thức dẫn động                                                      

1.4.2. Về phương thức điều chỉnh lực phanh                                     

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH                               

1. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh                  

2. Xác định các lực tác dụng trong cơ cấu phanh cầu sau                               

2.1  Xác định góc và bán kính (r)                                                        

2.2. Xây dựng họa đồ lực phanh:                                                             

3. Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh cầu sau:                          

3.1. Đối với guốc trước của cơ cấu phanh                                                 

3.2  Đối với guốc sau của cơ cấu phanh ta có:                                           

4. Tính toán cơ phanh cầu trước                                                                   

4.1. Xác định các kích thước còn lại và kiểm tra các chỉ tiêu về độ bền của má phanh     

4.1.1. Công ma sát riêng L                                                               

4.1.2. Áp suất trên bề mặt tấm má phanh                                       

4.2. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh                                  

5. Tính bền một số chi tiết phanh                                                            

5.1.1 Tính toạ độ trọng tâm G của tiết diện.                                     

5.1.2. Kiểm tra bền guốc phanh                                                       

5.2 Tính bền trống phanh                                                                   

5.3. Tính bền đường ống dẫn động phanh                                             

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH   

1. Thiết kế tính toán dẫn động phanh                                                             

1.1. Đường kính xi lanh công tác                                                         

1.2. Đường kính xi lanh chính                                                               

1.3 Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh                         

2. Thiết kế tính toán bộ trợ lực                                                                    

2.1. Các phương án trợ lực                                                              

2.2. Thiết kế bộ trợ lực:                                                                    

2.2.1 Hệ số trợ lực:                                                                         

2.2.2 Xác định kích kích thước màng trợ lực:                                 

2.2.3 Tính lò xo bộ cường hóa                                                              

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS                   

4.1.Giới thiệu về State flow                                                                            

4.2. Mô hình Mô phỏng hệ thống phanh                                                       

4.2.1. Bộ trợ lực chân không                                                                

4. 2.2. Xy lanh chính                                                                         

4.2.3. Khối van điều khiển                                           

4.2.4. Xy lanh công tác                                                                        

4.2.5. Cơ cấu phanh                                                                            

4.3.Một số kết quả mô phỏng                                                                        

CHƯƠNG 5: GIA CÔNG CHI TIẾT                                                                

1. Phân tích kết cấu - Chọn dạng sản xuất:                                                 

1.1. Phân tích kết cấu:                                                                        

1. 2. Chọn dạng sản xuất:                                                              

2. Lập quy trình công nghệ:                                                                  

2.1.  Phương pháp tạo phôi:                                                             

2.2. Thiết kế quy trình công nghệ:                                                    

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

   Trong xã hội hiện nay, ôtô là một trong những phương tiện quan trọng để vận chuyển hành khách và hàng hoá, cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, ngành sản xuất chế tạo ô tô trên thế giới cũng ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn đáp ứng khả năng vận chuyển, đảm bảo tốc độ, sự an toàn cũng như đạt hiệu quả kinh tế cao. Nền công nghiệp ôtô của một nước đã có thể coi như là một chỉ tiêu đánh giá sức mạnh của nền công nghiệp nặng của một quốc gia.

   Song song với việc phát triển ngành ôtô thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ôtô hiện nay xuất hiện rất nhiều cơ cấu bảo đảm an toàn như: cơ cấu phanh, dây đai an toàn, túi khí trong đó cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng nhất. Cho nên khi thiết kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an toàn ở mọi tốc độ nhất là ở tốc độ cao, để nâng cao được năng suất vận chuyển người và hàng hoá là điều rất cần thiết.

   Đề tài này có nhiệm vụ: Thiết kế và mô phỏng hệ thống phanh có ABS cho ô tô con, dựa trên xe tham khảo là xe BMW series 325i. Sau 12 tuần nghiên cứu thiết kế dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình của thầy TS……………. và toàn thể các thầy trong bộ môn ôtô đã giúp em hoàn thành được đồ án của mình. Mặc dù vậy cũng không tránh khỏi những thiếu sót em mong các thầy giúp em tìm ra những thiếu sót đó để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

   Em xin chân thành cảm ơn thầy: TS……………. cùng toàn thể các thầy trong bộ môn đã giúp em hoàn thành đồ án này.

                                                    …, ngày …tháng…năm 20…

                             Sinh viên thực hiện       

                  ………………

CHƯƠNG1

HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ VÀ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

1. HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

1.1  CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG PHANH

1.1.1. Công dụng của hệ thống phanh.

Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô với công dụng sau:

Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.

Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có sự có mặt của người lái xe. 

1.1.2. phân loại hệ thống phanh trên ô tô.

Theo cơ cấu điều khiển trên xe: 

Phanh tay điều khiển bằng cần.

Phanh chân điều khiển bằng bàn đạp.

Ngày nay, xe con chỉ sử dung hệ thống phanh thủy lực, trong đó bao gồm các dạng:

Phanh thủy lực không có trợ lực

Phanh thủy lực có trợ lực.

Phân loại theo kết cấu truyền lực điều khiển:

Dẫn động phanh một dòng.

Dẫn động phanh hai dòng.

Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe ABS.

Ngoài ra còn có thể phân chia hệ thống phanh theo vị trí bố trí cơ cấu phanh:

Bố trí ở trong lòng bánh xe.

Bố trí ở cạnh cầu xe.

1.1.3. Yêu cầu chung của hệ thống phanh trên ôtô.

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trư­ờng hợp nguy hiểm.

Phanh êm dịu trong mọi tr­ường hợp để đảm bảo sự ổn định của ôtô khi phanh.

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

Dẫn động phanh có độ nhậy cảm lớn, sự chậm tác dụng nhỏ.

Đối với hệ thống phanh đỗ: Phải có khả năng giữ xe đứng yên trên dốc (kể cả khi vắng mặt người lái xe) trong thời gian dài. Người lái phải thực hiện được động tác phanh này tại ghế lái.

1.2. Sơ đồ cấu tạo một số dạng cơ cấu phanh

1.2.1. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục

- Sơ đồ cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo thể hiện như hình 1.1.

- Nguyên lý làm việc:

Cơ cấu phanh đặt trên giá đỡ hình đĩa hay còn gọi là trống phanh. Đĩa này được bắt cố định trên mặt bích của dầm cầu, các guốc phanh đ­ược đặt trên các trục lệch tâm (13) d­ưới tác dụng của lò xo (4) các má phanh luôn ép chặt hai pittông của xilanh phanh làm việc gần nhau. Các má phanh luôn tỳ sát vào cam lệch tâm (11). Cam này cùng với chốt phanh (13) có tác dụng điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh. Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các tấm ma sát, giữa các pittông của xilanh (2) có lò xo nhỏ để ép các pittông luôn sát vào các guốc phanh.

Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh, để cho các má phanh hao mòn đều nhau thì guốc phanh đằng tr­ước có gắn má phanh dài hơn. Vì phía bên trái bao giờ cũng chịu lực ma sát lớn hơn.

Khi tác dụng vào bàn đạp phanh chất lỏng với áp suất cao truyền đến xilanh (2) tạo nên lực ép trên các pittông và đẩy các guốc phanh (1) và (5) ép sát vào trống phanh, do đó quá trình phanh được thực hiện. Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo(4) sẽ kéo các guốc phanh (1) và (5) trở lại vị trí ban đầu giữa má phanh và trống phanh có khe hở, vì vậy quá trình phanh kết thúc.

1.2.2. Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm .

- Sơ đồ cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo thể hiện như hình 1.2.

Đặc điểm quan trọng: Mỗi guốc phanh quay quanh một chốt lệch tâm, được bố trí đối xứng với đư­ờng trục của cơ cấu phanh.

- Nguyên lý làm việc: Khi đạp bàn đạp phanh, dầu đ­ược dẫn động từ xilanh tổng phanh qua đ­ường dẫn đi tới các xilanh bánh xe. D­ưới tác dụng của áp suất dầu hai pittông 1, 13 dịch chuyển đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh do đó quá trình phanh đ­ược thực hiện. Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị 9 sẽ kéo các guốc phanh 10, 6 trở về vị trí ban đầu, giữa trống phanh và má phanh có khe hở và quá trình phanh kết thúc. Việc điều chỉnh khe hở giữa trống phanh và má phanh đượcc thực hiện bằng cách xoay cam lệch tâm 7.

1.2.4. Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

- Sơ đồ cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo thể hiện như hình 1.5.

- Đặc điểm: Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống  phanh dẫn động bằng khí nén.

- Nguyên lý làm việc :

Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2, nối cứng với bích cầu, các tấm ma sát 9 có cấu tạo hình l­ưỡi liềm t­ương ứng với đặc tính mài mòn của chúng và đ­ược lắp trên hai guốc phanh 7. Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm lắp trên mâm phanh 2, trục của các guốc phanh cùng với các mặt tựa lệch tâm cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khi lắp ráp các cơ cấu. Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làm cho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trìng phanh, giữa cam ép 11 và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả phanh, bốn lò xo hồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh.

1.2.5. Cơ cấu phanh tự c­ường hoá.

- Sơ đồ cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo thể hiện như hình 1.6.

Cơ cấu phanh guốc tự cường hóa có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai.

Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa:  Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn, cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép.

 Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn.

Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanh được liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ cấu điều chỉnh di động. Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một được tựa vào mặt tựa di trượt trên vỏ xi lanh bánh xe còn một thì tựa vào mặt tựa di trượt của piston xi lanh bánh xe. Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốc phanh. Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.

1.2.6.  Cơ cấu phanh loại có piston bậc

Trên hình 1.6 trình bày cơ cấu phanh với ống xi lanh làm việc có các đường kính khác nhau.

Lực tác dụng lên hai guốc phanh trong trường hợp này sẽ khác nhau. Với chiều quay của trống phanh như hình vẽ thì má bên phải làm việc thuận lợi hơn vì có hiện tượng tự siết, vì thế má bên phải cần ít lực ép hơn có nghĩa là đường kính piston nhỏ hơn so với má bên trái.

1.3.  Cơ cấu phanh đĩa

Phanh đĩa được dùng phổ biến trên ô tô con có vận tốc cao, đặc biệt hay gặp ở cầu trước. Ngày nay phanh đĩa được dùng nhiều cho cả cơ cấu cầu trước và cầu sau xe vì có các yêu điểm chính sau:

Cơ cấu phanh  đĩa cho phép mômen phanh (ma sát) ổn định khi hệ số ma sát thay đổi, hơn cơ cấu phanh kiểu tang trống. Điều này giúp cho bánh xe bị phanh làm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao.

Khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn,nên tổng khối lượng chi tiết không tro nhỏ, nâng cao tính êm dịu và sự bám đường của bánh xe.

Khả năng thoát nhiệt ra môi trường dễ dàng.

Dễ dàng trong công việc sửa chữa và thay thế tấm ma sát.

Công nghệ chế tạo gặp ít khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản xuất.

1.3.1 Các loại phanh đĩa

Phanh đĩa có giá đặt xy lanh di động bố trí một xy lanh. Giá xy lanh được di chuyển trên các trục nhỏ dẫn hướng. Khi phanh xy lanh đẩy piston và má phanh vào má của đĩa phanh, sau đó đẩy giá đặt xy lanh trượt trên trục dẫn hướng để ép nốt má phanh bên kia vao đĩa phanh (hình 1.7 b). Loại có kết cấu các tấm má phanh tự lựa được điều khiển bằng một xy lanh lực đặt trên giá quay cũng thuộc vào loại này. Ở đây các tấm má phanh có thể quay tự lựa trong giá đỡ của xy lanh quay.

Ngày nay ở trên xe dùng chủ yếu phanh đĩa có giá di động vì:

Chất lỏng chỉ đưa vào một xy lanh, bởi vậy tăng diện tích cho không khí luồn vào làm mát đĩa phanh  và má phanh tránh hiện tượng “sôi” dầu phanh khi phanh liên tục.

Ở đây cơ cấu phanh có thể nằm sát ra phía vành bánh xe, dành không gian bố trí các chi tiết để tạo nên đường tâm trụ đứng “ giả tưởng” với bán kính bằng không hoặc bằng âm.

Kết cấu đơn giản hơn, tạo điều kiện hạ giá thành của cụm chi tiết cơ cấu phanh.

Ưu điểm của phanh đĩa:

Phanh đĩa được dùng phổ biến cho xe có vận tốc cao đặc biệt hay gặp ở cầu trước. Ngày nay, phanh đĩa được dùng cho cả cầu trước và cầu sau vì các ưu điểm chính sau:

Cấu tạo đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng.

Công nghệ chế tạo ít gặp khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trong sản xuất.

Nhược điểm của phanh đĩa:

Nhược điểm của phanh đĩa là khó có thể tránh bụi bẩn và đất cát vì đĩa

phanh không được che đậy kín, bụi bẩn sẽ lọt vào khe hở giữa má phanh và đĩa phanh khi ôtô đi vào chỗ lầy lội làm giảm ma sát giữa đĩa phanh và má phanh khi phanh, phanh sẽ kém hiệu quả.

- Cơ cấu phanh đĩa có giá xy lanh cố định:        

Khi có lực phanh, dầu cao áp sẽ dồn đến xy lanh đẩy hai pittông  ép các má phanh vào đĩa phanh thực hiện quá trình phanh.

Số lượng xy lanh công tác có thể là 2, 4 đặt đối xứng nhau hoặc có thể là 3 với 2 xy lanh nhỏ 1 bên, còn bên kia là xy lanh lớn.

- Cơ cấu phanh đĩa có giá xy lanh di động:

Phanh đĩa có giá xylanh di động chỉ bố trí xylanh thuỷ lực một bên. Giá xylanh có thể di động động được trên các trục nhỏ dẫn hướng bắt trên moay ơ. Khi phanh, dầu cao áp đẩy pittông ép một bên má phanh áp sát vào đĩa phanh, đồng thời đẩy giá đặt xylanh trượt trên trục dẫn hướng đến ép má phanh còn lại áp sát vào trống phanh. Khi cả hai má phanh đều ép sát vào đĩa phanh, phanh mới được thực hiện.

Phanh đĩa có giá xylanh di động được dùng trên đa số các xe ôtô du lịch ngày nay do chỉ bố trí một bên xylanh nên tăng diện tích được làm cho đĩa phanh, tránh hiện tượng sôi dầu khi phanh liên tục.

1.4. Dẫn động phanh.

Dẫn động phanh trên ô tô con có các dạng sau đây:

Dẫn động cơ khí: dùng cho phanh tay.

Dẫn động thủy lực:

Loại không có trợ lực (ít dùng hiện nay)

Loại có trợ lực (thường gặp) bằng chân không, điều khiển hai dòng độc lập hoặc bố trí hổn hợp, có điều chỉnh lực phanh (với điều hòa lực phanh hoặc bộ chống bó cứng ABS).

1.4.1. Về phương thức dẫn động

a. Dẫn động phanh bằng cơ khi:

Sơ đồ cấu tạo như hình 1.8

- Đặc điểm và nguyên lý làm việc.

Chủ yếu áp dụng cho phanh tay (phanh dừng xe).

Thanh dẫn 2 cùng với tay phanh 1 đặt d­ưới bảng đồng hồ. Thanh dẫn 2 nối liền với dây cáp 4, Các con lăn 3,5 dẫn hư­ớng cho dây cáp. Dây cáp 4 bắt vào mút thanh dẫn trung gian 6, trục 7 lắp trên thanh dẫn và nối với thanh cân bằng 9, thanh dẫn 6 lắp bản lề trên giá đỡ, thanh cân bằng 9 có tác dụng phân bố đều lực phanh truyền qua dây cáp 8 và 10 tới cơ cấu phanh bánh xe trái và bánh xe phải phía sau. Bên trong cơ cấu các dây cáp đ­ược luồn qua ống dẫn hư­ớng 11, ống này hàn vào mâm phanh. Đòn dây cáp nối với đòn bẩy ép, đòn bẩy này tác động lên guốc phanh thông qua các tấm đỡ, đòn bẩy ép lên­ trên trục lệch tâm 12 (bắt chặt trên các guốc phanh) bằng cách xoay trục mà điều chỉnh vị trí của cần ép so với tấm đỡ.

b.  Dẫn động bằng chất lỏng (dầu):

1. Dẫn động thuỷ lực một dòng.

Sơ đồ dẫn động(hình 1.9):

- Sơ đồ dẫn động phanh bằng dầu:

Sơ đồ cấu tạo như hình 1.9

- Nguyên lý làm việc:  

 Khi phanh ng­ười lái tác dụng lực vào bàn đạp 1 qua thanh đẩy pittông nằm trong xilanh. Do đó dầu bị ép và sinh ra áp suất cao trong xilanh 2 và trong đ­ường ống dẫn 3. Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng lên bề mặt của các pittông ở các xilanh 4. Hai pittông này thắng lực lò xo 6 sẽ đẩy hai má phanh 5 ép sát vào trống phanh 7 và tiến hành phanh ôtô vì trống phanh 7 gắn liền với moayơ bánh xe khi nhả bàn đạp nghĩa là ngừng phanh, lò xo 6 sẽ kéo hai má phanh 5 về vị trí ban đầu d­ưới tác dụng của lò xo 6 các pittông trong xilanh làm việc 4 sẽ ép dầu trở lại xilanh chính 2.

2.Dẫn động bằng thuỷ lực hai dòng .

Hình 1.10. Sơ đồ dẫn động phanh hai dòng

Kết cấu dẫn động phanh phụ thuộc vào các dạng sơ đồ bố trí dẫn động phanh. Trong đó dang a và b là dạng dẫn độc lập. các cơ cấu phanh bánh xe chỉ được dẫn một đường độc lập. Các dạng sau là hỗn hợp, trong đó có một số hoặc toàn bộ được dẫn bàng hai đường dầu từ các dòng khác nhau vào.

Việc dẫn động phanh hai  dòng đòi hỏi xy lanh chính phải có hai ngăn, làm việc độc lập, được điều khiển bằng một cần piston liên hệ với bàn đạp phanh. Các ngăn của xy lanh chính trong sơ đồ dẫn động các xy lanh bánh xe theo sơ đồ (hình 1.11).

Hình 1.11. Các sơ đồ dẫn động phanh bằng thuỷ lực hai dòng

1- Xi lanh chính ; 2- Đường ống dẫn dầu có áp suất ; 3- Bánh xe.

Ở sơ đồ a: một dòng dẫn động hai bánh xe cầu trước, một dòng dẫn động hai bánh xe cầu sau. Ở sơ đồ b dẫn động chéo : một dòng cho một bánh xe trước và một bánh xe sau và dòng còn lại cho các bánh xe chéo.

Ở sơ đồ c: Dẫn động hỗn hợp bao gồm một dòng cho tất cả các bánh xe, còn dòng thứ hai chỉ cho các bánh xe trước.

Ở sơ đồ d : Một dòng dẫn động ba bánh xe, hai bánh trước và một bánh sau

Ở sơ đồ e : Dẫn động hỗn hợp hai dòng song song cho cả bốn bánh xe.

Ở sơ đồ kiểu TT nếu hư hỏng dòng phanh cầu trước, có thể xảy ra quay vòng thừa trên đường vòng, nếu hư hỏng dòng phanh cầu sau có thể dẫn tới mất tính dẫn hướng của xe khi phanh gấp. Ở sơ đồ T khi có sự cố một dòng có thể dẫn tới hiện tượng tự quay xe khi đi thẳng, hiên tượng này được khắc phục đáng kể nếu bán kính quay bánh xe quanh trục trụ đứng là âm với các ưu nhược điểm ở trên.

c.  Dẫn động phanh bằng khí nén:

Qua sơ đồ cấu tạo của dẫn động phanh khí nén chúng ta thấy hệ thống bao gồm các phần tử chính sau:

Máy nén khí, van áp suất và các bình chứa khí: là bộ phận cung cấp nguồn khí nén có áp suất cao (6-7 KG/cm²) để hệ thống phanh hoạt động;

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 biến áp suất khí nén thành lực cơ học tác dụng lên cam ép để thực hiện quá trình phanh.

Dẫn động phanh bằng thuỷ lực có ưu điểm êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạp không thể giảm nhỏ do tỉ số truyền của dẫn động thuỷ lực có giới hạn.

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.

Dẫn động phanh khí nén có ưu điểm giảm được lực điều khiển trên bàn đạp phanh, không phải sử dụng dầu phanh nhưng lại có nhược điểm là độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng lớn) do không khí bị nén khi chịu lực.

1.4.2. Về phương thức điều chỉnh lực phanh

I. Điều chỉnh bằng bộ điều hòa lực phanh

Quá trình phanh xe đều dẫn đến hiện tượng tăng tải  trọng tác dụng lên cầu trước, giảm tải trọng cầu sau. Sự phân bố lực phanh cần thiết phải đảm bảo mối quan hệ giữa lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh và lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe. Thực hiện được yêu cầu này sẽ nâng cao được hiệu quả phanh, giảm mài mòn lốp, tăng khả năng điều khiển xe và nâng cao an  toàn chuyển động. Bộ điều hòa lực phanh là một trong các kết cấu bố trí trên xe nhằm thực hiện mục đích này.

1. Bộ điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất:

Trạng thái không điều chỉnh, nhờ lực F (tuỳ thuộc vào trọng lượng tác dụng, thông qua hệ đàn hồi) piston luôn được đẩy mở ra. Lực đàn hồi này phụ thuộc vào khoảng cách giữa cầu xe và sàn xe (có nghĩa là phụ thuộc vào trọng lượng tác dụng). Khi áp suất tăng đến một giá trị nhất định làm cho piston dịch chuyển sang trái (do diện tích hai mặt của piston khác nhau) tì lên phớt, đóng kín đường dầu dẫn đến bánh sau. Do vậy p₂ không tăng trong khi p₁ vẫn tiếp tục tăng nên bánh xe sau không bị bó cứng.

Khi áp suất ở xi lanh phanh chính (p₁) càng tăng thì van càng đóng chặt, vì vậy họ đường đặc tính làm việc của van giảm áp là những đường nằm ngang song song với trục p₁.

2. Bộ điều hoà theo hai thông số:

Thân van 5 được gắn trên giá xe có lò xo cảm biến tải 4 tì vào một đầu

của piston. Tuỳ theo mức độ chở tải mà lực tác dụng lên piston nhiều hay ít.

Khi chưa hoạt động, lò xo 3 đẩy piston 1 lên trên làm 1 không tiếp xúc với phớt nên đường dầu thông từ xilanh chính ra xilanh bánh sau, lúc này p₁= p_2.

Khi áp suất dầu tăng cao, lực do áp suất dầu tác dụng lên đầu trên của piston sẽ cân bằng với lực đẩy lên (lực đẩy của lò xo cảm biến tải, của lò xo 3, của áp suất dầu tác dụng lên đầu dưới của piston) nên piston tiếp xúc với phớt ngăn không cho dầu ra bánh sau do đó p₂ được hạn chế. Sau đó, nếu tiếp tục đạp  phanh, áp suất dầu vào p₁ tăng làm cân bằng trên bị phá vỡ khi đó piston mở ra và p₂ lại tăng lên cho đến khi đạt được sự cân bằng mới.

3. Bộ điều hoà theo gia tốc (DSPV)

Các piston điều chỉnh 2,3 được nối với nhau bởi đòn trung gian 5, đòn này tựa lên con trượt 6. Vị trí của con trượt xê dịch tuỳ thuộc vào mức độ tải trọng của xe.

Khi xe ở trạng thái tĩnh con trượt luôn ở trạng thái xác định. Khi tải trọng tăng lên độ võng f sẽ giảm đi con trượt sẽ dịch chuyển sang phải, L_x tăng lên và khi giảm tải trọng thì ngược lại. Ở phần trên của piston 3 có lắp van cắt 1, van này sẽ đóng kín đường dầu đến các xi lanh làm việc ở các bánh xe sau. Khi không phanh van 1 luôn ở trạng thái mở.

Khi người lái đạp phanh tại xi lanh chính sẽ có áp suất p, áp suất này sẽ tác động lên hai piston 2, 3. Hai piston này có  đường kính phải chọn thích hợp, ứng với một tải trọng nhất định piston 3 phải xuống trước để đóng van 1 lại, làm giới hạn sự tăng áp suất vào các xi lanh ở các bánh xe sau. Sự phối hợp của hai lò xo L_x1, L_x2 và hai piston 2, 3 phải đúng ở một thời điểm nhất định với tải trọng nhất định.

II. Điều chỉnh bằng ABS

Ngày nay, một số nước tiên tiến đòi hỏi các loại xe phải bố trí hệ thống ABS trong hệ thống phanh, một số nước yêu cầu xe nhạp khẩu phải là loại bố trí phanh ABS. Vì vây rất nhiều ô tô con bố trí hệ thống phanh ABS.

Mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong vùng giá trị hợp lý để tận dụng được hết khả năng bám giữa lốp và mặt đường, khi đó có hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị j_max) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tôt nhất, thoả mãn các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong khi phanh.

Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh. Hoạt động của hệ thống phanh chống hãm cứng theo nguyên lý này như sau

- Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ABS.

Hệ thống phanh ABS sử dụng cụm van điều chỉnh, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển trung tâm, các bộ phận này bố trí trong dòng dẫn phanh thủy lực đơn giản (đối với một bánh xe) như hình vẽ.

Van điều chỉnh áp suất 3 được đặt giữa xy lanh chính và xy lanh bánh xe trong hệ thống dẫn động phanh, nhiệm vụ của nó là tạo nên sự đóng, mở đường dầu từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển trung tâm. Cấu trúc của nó là các van trượt thủy lực được điều khiển bằng điện từ. Đây là cơ cấu chấp hành của ABS.

Cảm biến tốc độ bánh xe 5 có chức năng xác định tốc độ quay của bánh xe, làm việc như bộ đếm số vòng quay, tiến hiệu của bộ điều khiển tốc độ được đưa về bộ điều khiển trung tâm (tín hiệu vào) của ABS. Trên xe bộ cảm biến có thể đặt tại: Đĩa phanh, bán trục, tang trống, bánh răng bị động của cầu xe.

Bộ xử lý trung tâm 7 (ECU-ABS) làm việc theo trương trình định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tiến hiệu của cảm biến và chương trình vi sử lý.

Ngoài ra trong ABS còn có nguồn bổ sung năng lượng như bình dự trữ dầu áp suất thấp, bơm dầu các van an toàn hệ thống…

- Nguyên lý cơ bản của hệ thống ABS như sau:

Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ giảm dần, nếu bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu bộ cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm. Máy tính lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất, cắt đường dầu từ xy lanh bánh xe. Do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu bộ cảm biến lại đưa về bộ điều khiển trung tâm, điều khiển trung tâm điều khiển van điều chỉnh áp suất để mở đường dầu tăng thêm áp suất dẫn ra xy lanh bánh xe, thực hiện tăng lực phanh cho cơ cấu phanh, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng. Quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn.

1. Các phương án bố trí hệ thống ABS

a. Điều khiển theo ngưỡng trượt.

Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp: Ví dụ các bánh xe trái và bánh xe  phải chạy trên các phần đường có hệ số bám khác nhau. ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm của bánh xe có khả năng bám thấp, để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe. Lúc này, lực phanh ở bánh xe là bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp. Đối với bánh xe bên phần đường có hệ số bám cao vẫn còn nằm trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt và lực phanh chưa đạt cực đại. Vì vậy, cách này cho tính ổn định cao nhưng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ.

b.Theo số kênh điềuk hiển

 Loại 1 kênh: Hai bánh sau được điều khiển chung (có ở ABS ở thế hệ đầu, chỉ trang bị ABS cho 2 bánh sau. Hoặc 1 kênh điều khiển cho 2 bánh chéo nhau .

 Loại 2 kênh: Một kênh điều khiển cho 2 bánh xe trước, một kênh điều khiển chung cho 2 bánh xe sau. Hoặc 1 kênh điều khiển cho 2 bánh chéo nhau.

Loại 3 kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho 2 bánh trước, kênh còn lại điều khiển cho 2 bánh xe sau.

Loại 4 kênh: Bốn kênh điều khiển cho 4 bánh riêng rẽ. Theo loại này, bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức là có xu hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó.

d. Các phương án bố trí hệ thống điều khiển ABS.

Việc bố trí sơ đồ điều khiển của ABS phải thoả mãn đồng thời 2 yếu tố:

Tận dụng được khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt dường trong qúa trình phanh, nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh và tăng tính ổn định phanh.

Ta có thể có 6 phương án bố trí hệ thống điều khiển ABS tại các bánh xe như sau:

* Phương án 1:  Sơ đồ như hình 1.18 A

4 kênh điều khiển, ABS có 4 kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập.

ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho hệ thống phanh bố trí dạng dòng thường( một dòng dẫn động cho 2 bánh xe cầu trước, một dòng dẫn động cho 2 bánh xe cầu sau). Với phương án này, các bánh xe đều được tự động điều chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là tốt nhất. Tuy nhiên, khi phanh trên đường có hệ số bám của bánh xe bên trái và bánh bánh xe bên phải không đều thì lực phanh tại hai bánh xe đó khác nhau và xuất hiện mô men có xu hướng làm quay thân xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hướng bằng cách hiệu chỉnh vô lăng xe. Ổn định xe khi quay vòng cũng giảm nhiều. Vì vậy với phương án này cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh xe để tăng cường tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh.

*Phương án 2: Sơ đồ như trên hình 1.18B

ABS có có 4 kênh điều khiển và dòng phanh bố trí chéo.

Sử dụng cho hệ thống phanh có dạng bố trí mạch chéo (một buồng của xy lanh chính phân bố cho một bánh trước và một bánh sau chéo nhau). ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh và 4 van điều khiển.

 Trong trường hợp này 2 bánh trước được điều khiển độc lập, 2 bánh sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phương án này sẽ loại bỏ được mômen quay vòng trên cầu sau, tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt .

*.Phương án 3:  Sơ đồ hình1.18C

ABS có 3 kênh điều khiển , hai bánh xe sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp, còn ở cầu trước sử dụng 1 van điều khiển  chung cho cả 2 bánh xe và 1 cảm biến tốc độ dặt tại vi sai. Lực phanh trên 2 bánh xe cầu trước sẽ bằng nhau và được điều chỉnh theo ngưỡng trượt thấp.

2. LỰA CHỌN  PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ

2.1. Lựa chọn 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.

2.1.1.Cơ cấu phanh cầu trước:

Từ ưu, nhược điểm của hệ thống phanh đĩa có giá di động nên ta chọn loại phanh đĩa có giá di động thiết kế cho xe

2.1.2   Cơ cấu phanh sau:        

Trong cơ cấu phanh guốc có các loại khác nhau như cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục, cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm, cơ cấu phanh guốc loại bơi, cơ cấu phanh guốc loại tự cường hoá…

Qua phân tích kết cấu loại cơ cấu phanh loại guốc chúng ta thấy rằng tùy theo sự bố trí các guốc phanh và điểm tựa sẽ được hiệu quả phanh (mômen phanh) khác nhau mặc dù kích thước guốc phanh như nhau.   So với loại cơ cấu phanh loại guốc đối xứng qua trục các cơ cấu phanh loại guốc đối xứng qua tâm, loại bơi hay loại tự cường hoá có ưu điểm là hiệu quả phanh khi ôtô chuyển động tiến tăng hơn từ 1,6 đến 3,6 lần (khi chuyển động lùi có thể hiệu quả phanh giảm đi tùy theo kết cấu nhưng không làm ảnh hưởng nhiều vì khi ôtô chạy lùi thường có tốc độ thấp nên yêu cầu mômen phanh ít hơn) nhưng nhược điểm của chúng so với cơ cấu phanh loại đối xứng qua trục là kết cấu khá phức tạp nên thường chỉ bố trí ở cầu trước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ, trung bình do yêu cầu cần đạt hiệu quả phanh lớn với kích thước cơ cấu phanh nhỏ.

Ở trường hợp này, khi thiết kế ta chọn cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua trục ở cầu sau của ôtô.

2.2. Lựa chọn dẫn động phanh

Hệ thống phanh dẫn động thủy lực có các ưu điểm:

Phanh đồng thời các bánh xe với sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các má phanh theo yêu cầu

Hiệu suất cao.

Độ nhậy tốt, kết cấu đơn giản.

Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ôtô khác nhau khi chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.

Khuyết điểm của hệ thống phanh thủy lực:

Tỷ số truyền của dẫn động không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu phanh.

2.3 Lựa chon phương án thiết kế ABS

Qua phân tích các phương án, phương án thứ nhất (4 kênh điều khiển, ABS có 4 kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập, Sử dụng van điện từ  là loại 2 trạng thái ) được chọn để dùng cho hệ thống được thiết kế.

CHƯƠNG 2

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH

1.  XÁC ĐỊNH MÔMEN PHANH CẦN THIẾT SINH RA Ở CÁC CƠ CẤU PHANH

Lực phanh tại bánh xe đạt được giá trị lớn nhất  khi bánh xe bắt đầu trượt lết, trong quá trình trượt momen phanh không tăng được nữ mà co xu hướng giảm. Vi vậy, người ta thường tính mômen phanh cần thiết tại các bánh xe sao cho tận dụng được tối đa khả năng bám của bánh xe.

Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì  mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh ở cầu tr­ước là:

Ta có:

G - Trọng lư­ợng của ôtô khi đầy tải:  G = 19500(N)

G₁ - Trọng lượng phân ra cầu trước:  G₁ = 10000(N)

G₂- Tọng lượng phân ra cầu sau:  G₂ = 9500 (N)

L - Chiều dài cơ sở của ôtô:            L = 2,725(m)

Từ G, G₁, G₂, L ta tính được a, b

a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu tr­ước: a =1,328 (m)

b - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau: b =1,397 (m)

h_g - Chiều cao trọng tâm xe:               h_g =0,8 (m)

J_Pmax - Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh ,chọn theo điều kiện giới hạn bám của đường: J_Pmax=ử.g = 0,8.9,81= 8(m/s²)

g  - Gia tốc trọng trư­ờng:                    g = 9,81(m/s²)

ử - Hệ số bám của bánh xe với mặt đường chọn ử = 0,8

r_bx - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe. Lốp xe có ký hiệu: B - d = 195 - 14 nên bán kính bánh xe được tính theo công thức: 

l- Hệ số biến dạng lốp l= 0,932

B- Bề rộng của lốp B= 195 (mm)

d- Đường kính vành bánh xe d= 14 (ins)

2. Xác định các lực tác dụng trong cơ cấu phanh cầu sau (phanh guốc )

2.1  Xác định góc và bán kính (r) của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh

Ta có:

õ₁- Góc tính từ tâm chốt quay guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát;

õ₀- Góc ôm của tấm ma sát; õ₂ = õ₁ + õ₀.

Bán kính ủ của lực tổng hợp: r_t - bán kính của tang trống (tuỳ theo cỡ lốp xe, vành bánh xe, có thể tham khảo xe tương tự): r_t = 130 (mm)

2.2. Xây dựng họa đồ lực phanh.

Phanh dẫn động bằng thủy lực với một xi lanh công tác chung cho cả hai piston dẫn động các guốc phanh trước và sau thì các lực tác động bằng nhau:

P_t = P_s = P

Họa đồ được xây dựng cho từng guốc phanh.

Xác định các thông số hình học của cơ cấu phanh và vẽ sơ đồ theo đúng tỉ lệ, vẽ các lực P.

Tính góc và bán kính ủ, từ đó xác định điểm đặt của lực R.

Tính góc và vẽ phương của lực R. Kéo dài phương của R_t và P cắt nhau tại O^’, kéo dài phương của P và R_s cắt nhau tại O^’’.

 Để xác định phương của U cần lưu ý rằng, ở trạng thái cân bằng tổng các lực tác dụng lên guốc phanh bằng 0

Vì vậy 3 lực này phải tạo thành 1 tam giác khép kín. Tức là, nếu kéo dài 3 lực này thì chúng phải cắt nhau tại 1 điểm, đó chính là các điểm O^’ và O^’’. Để xác định phương của các lực U chỉ cần nối O^’ với O₁ và O^’’ với O₂.

Trên hình vẽ, lấy 2 đoạn P bằng nhau đặt song song ngược chiều. Từ các lực P này dựng các tam giác lực cho các guốc phanh bằng cách vẽ các đường song song với các lực R và U đã có trên họa đồ.

Trên họa đồ ta đo được giá trị của: R’ = 108,425  vậy ta có tỷ lệ xích: P = 25 (mm) ; U’= 64 (mm); U’’= 16 (mm).

Ta tính được các lực còn lại:

P   = 25ì143,7 = 3592,7  (N)

U’ = 64ì143,7 = 9197,3 (N)

U’’= 16ì 143,7 = 2299,3 (N)   

3. Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh cầu sau.

3.1. Đối với guốc trước của cơ cấu phanh

Ta có:

n - Số l­ượng ống xilanh làm việc. Chọn: n = 2.

p₀ - Áp suất chất lỏng trong hệ thống: p₀ = 50 - 80 (KG/cm²).

Chọn: p₀ = 80 (KG/cm²) = 800 (N/cm²)

d - Đ­ường kính xi lanh bánh xe.              

4.1. Xác định các kích thước còn lại và kiểm tra các chỉ tiêu về độ bền của má phanh

4.1.1. Công ma sát riêng L xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ động năng của ôtô chạy với tốc độ khi bắt đầu phanh như sau

Nếu phanh ôtô đang chuyển động với vận tốc V₀ cho tới khi dừng hẳn (V=0) thì toàn bộ động năng của ôtô có thể được coi là đã chuyển thanh công ma sát L tại các cơ cấu phanh.

Ta có:             

G - Là trọng lượng ôtô khi đầy tải: G = 1950 (KG)

V₀- Là tốc độ của ôtô khi bắt đầu phanh: V₀= 50 (km/h) = 13.89 (m/s)

Gọi tổng diện tích các má phanh là F_∑ ta có:

1. Với cơ cấu phanh cầu sau                      

Với:

m - Số lượng má phanh: m = 4.

õ_oi - Góc ôm của má phanh thứ i.

r_t - Bán kính trống phanh: r_t = 130 (mm).

b_i - Chiều rộng má phanh thứ i, qua đo đạc xe tham khảo ta có:   

b_s= 50 (mm);  b_t= 50 (mm).

2. Với cơ cấu phanh cầu trước

x₀ - Góc ôm tấm ma sát: x₀ = 60⁰.

R₁, R₂ - Bán kính trong và ngoài má phanh.

4.1.2.  Áp suất trên bề mặt tấm má phanh

1. Với cơ cấu phanh sau

Áp suất trên bề mặt má phanh được giới hạn bởi sức bền của vật liệu

Ta có:

õ_o - Góc ôm của má phanh: õ_o= 115⁰

r_t - Bán kính trống phanh: r_t = 130 (mm).

b_s- Chiều rộng má phanh:b_s= 50 (mm)

- Hệ số ma sát: 0,3

R₁^’ - Phản lực cuả trống phanh:  R₁^’ = 12748,8 (N)

r₀^’  - Bán kính của phản lực: R₁^’, r₀^’ = 43,1 (mm)

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

2. Với cơ cấu phanh cầu trước

Áp suất trên bề mặt ma sát chính bằng lực ép ép má phanh vào với đĩa phanh chia cho diện tích má phanh.

4.2. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh

Trong quá trình phanh ôtô, toàn bộ động năng của khối lượng chuyển động  của ôtô  được chuyển hoá thành nhiệt tại các cơ cấu phanh. một phần của lượng nhiệt này sẽ nung nóng các chi tiết trong cơ cấu phanh mà chủ yếu la trống phanh, phần còn lại toả ra ngoài không khí.

Ta có:

V₁ - Tốc độ bắt đầu phanh. V₁=30 (km/h) =8,33 (m/s)

V₂ - Tốc độ kết thúc phanh. V₂=0.                                                                                                 

c - Nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng đối với thép và gang: c = 500(J/kg.độ) = 50(KGm/kg.độ)          

Trên thực tế khối lượng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng lớn hơn 9,2(kg) do đó thoả mãn.

5. Tính bền một số chi tiết

5.1.1  Tính toạ độ trọng tâm G của tiết diện.

Ta có:

Y₂- Kích thước chế tạo guốc phanh: Y₂ = 23 (mm).

F₁ - Diện tích phần trên chữ T.

F₁ = a.b = 50.6 = 300 (mm²).

F₂  - Diện tích phần dưới chữ T.

F₂ = c.d = 12.40 = 480 (mm²).

Do đó: Y_c2=Y₂ - Y_c1 = 23 – 10= 13 (mm).

R’₁ - Bán kính trọng tâm của phần diện tích trên, tính đến tâm tang trống, R’₁ = 123,5 (mm).

R’₂ - Bán kính trọng tâm của phần diện tích dưới, tính đến tâm tang trống,   R’₂ = 109,5 (mm).

Kích thước từ tâm bánh xe đến trọng tâm của guốc phanh:

 R_G= R’₂+Y_c2 = R’₁ - Y_c1 = 123,5 - 10= 113,5 (mm).

5.1.2 Kiểm tra bền guốc phanh

Để xác định tiết diện nguy hiểm của guốc phanh ta phải vẽ được biểu đồ nội lực.

*  Tính guốc phanh.

Lực tác dụng lên guốc phanh bao gồm:

Lực đẩy P xi lanh:  P = 3592,7 (N).

Phản lực tác dụng lên chốt U_X, U_Y.

Xét tại mặt cắt đi qua điểm X xác định bởi góc như trên hình vẽ 2.4

Tại mặt cắt đó có các nội lực: Lực cắt Q_Y1, Lực dọc N_z1, Mô men M_u

P - Lực đẩy của guốc phanh:  P = 3592,7(N).

a - Khoảng cách từ tâm trống phanh đến điểm đặt lực P .

a = 105 (mm) = 0,105 (m).

a - Góc hợp bởi trục Y và đường đi qua tâm O và điểm A trên guốc phanh: a =  15⁰ .

* Xét sự cân bằng tại điểm A ta có:   

Khi đó góc a = 15⁰

N_Z1 + P. cos a = 0.Þ N_Z1 = -3592,7.cos15°= - 3470,3(N)

Q_Y1 + P. sin a = 0. Þ Q_Y1 = - 3592,7.sin15°= - 929,9  (N)

M_U1  = 0.

Xét sự cân bằng tại vị trí C có:

N_X = 2046,75 (N),   T_X = 614,02 (N)

d = 0,105- 0,122.cos (33⁰ + 20^o) = 0,03158(m)

d’ = 0,122.sin 20⁰/2 = 0,02119(m)

d’’ = 0,122. (1 - cos 20⁰/2) = 0,00185(m).

N_Z1 = -3592,7.cos (20⁰ +33⁰) - 614,02.cos 20⁰/2 -2046,75.sin 20⁰/2  = -3122,19(N)

Q_Y1 =  3592,7.sin  (20⁰ +33⁰) - 2046,75.cos 20⁰/2 + 614,02.sin 20⁰/2  =  960,22(N) 

 M_U1 = - 3592,7.0,03158 + 2046,75. 0,02119 - 614,02. 0,00185 = -71,23(N.m)

* Xét sự cân bằng tại vị trí D có: 

Tx = 1228,04 (N),           Nx = 4093,50 (N ).

N_Z1 = -3592,7.cos(40⁰ +33⁰) - 1228,04.cos 40⁰/2 - 4093,50.sin 40⁰/2 = - 4716,08 (N).

Q_Y1 =  3592,7.sin(40⁰ +33⁰)  -  4093,50.cos 40⁰/2 + 1228,04.sin 40⁰/2 =  9,07 (N)

M_U1 = - 3592,7.[0,105 - 0.122.cos(40⁰ +33⁰)] + 4093,50. 0,122.sin 40⁰/2  - 1228,04.0,122. (1 - cos 40⁰/2) = -87,3 (Nm)

* Xét sự cân bằng tại vị trí E có:

N_X = 6140,24 (N),                T_X = 1842,05 (N).

N_Z1 = -3592,7.cos(60⁰ +33⁰) -1842,05.cos 60⁰/2 – 6140,24.sin 60⁰/2 = - 6827,39 (N).

Q_Y1 = 3592,7.sin(60⁰ +33⁰)  -  6140,24.cos 60⁰/2 + 1842,05.sin 60⁰/2 = - 808,88 (N)

M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(60⁰ +33⁰)] + 6140,24. 0,122.sin 60⁰/2  - 1842,05.0,122. (1 - cos 60⁰/2) = -55,72 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí F có: b_x = 80°.

                       N_X = 8186,99  (N),                T_X = 2456,07  (N).

            N_Z1 = -33592,7.cos(80⁰ +33⁰) - 2456,07.cos 80⁰/2 – 8186,99.sin 80⁰/2

                   = - 9305,94 (N).

            Q_Y1 =  3592,7.sin(80⁰ +33⁰)  - 8186,99.cos 80⁰/2 + 2456,07.sin 80⁰/2          

                    = - 1385,9 (N)

              M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(80⁰ +33⁰)] +

+8186,99. 0,122.sin 80⁰/2   - 2456,07.0,122. (1 - cos 80⁰/2) =  23,43 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí G có: b_x = 100°.

                       N_X = 10233,74  (N),                T_X = 3069,83  (N).

          N_Z1 = -3592,7.cos(100⁰ +33⁰) - 3069,83.cos100⁰/2 - 10233,74.sin 100⁰/2

                   = - 11974,9 (N).

  Q_Y1 = 3592,7.sin(100⁰ +33⁰) - 10233,74.cos100⁰/2 +3069,83.sin 100⁰/2          

                    = - 1598,96 (N)

           M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(100⁰ +33⁰)] +

+10233,74.0,122.sin 100⁰/2  - 3069,83. 0,122. (1 - cos 100⁰/2) =  146,48 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí H có: b_x = 115°.

                       N_X = 11768,8  (N),                T_X = 3530,3  (N).

          N_Z1 = -3592,7.cos(115⁰ +33⁰) - 3070,09.cos115⁰/2 - 10233,74.sin 115⁰/2

                   = - 9936,84 (N).

          Q_Y1 = 3592,7.sin(115⁰ +33⁰) - 11768,8.cos115⁰/2 +3530,3.sin 115⁰/2          

                    = - 13984,7 (N)

           M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(115⁰ +33⁰)] +

+11768,8.0,122.sin 115⁰/2   - 3530,3. 0,122. (1 - cos 115⁰/2) =  262,71 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí I có:= 6⁰

                          N_X = 11768,8  (N),                T_X = 3530,3  (N).

          N_Z1 = -3592,7.cos(115⁰ +33⁰ +6⁰) - 3530,3.cos(115⁰/2+6⁰)) -               

                 - 11768,8.sin (115⁰/2+6⁰ )= - 8878,41 (N).

          Q_Y1 =  3592,7.sin(115⁰ +33⁰+6⁰) - 11768,8.cos(115⁰/2+6⁰) + 

                   + 3530,3.sin (115⁰/2+6⁰) =  -516,88 (N)

           M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(115⁰ +33⁰+6⁰)] +

+11768,8.0,122.sin (115⁰/2+6⁰)  - 3530,3. 0,122. (1 - cos (115⁰/2+6⁰)) 

                =  254,18 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí J có: = 12⁰

                          N_X = 11768,8  (N),                T_X = 3530,3  (N).

          N_Z1 = -3592,7.cos(115⁰ +33⁰ +12⁰) - 3530,3.cos(115⁰/2+12⁰)) -               

                 - 11768,8.sin (115⁰/2+12⁰ )= - 8883,82 (N).

          Q_Y1 =  3592,7.sin(115⁰ +33⁰+12⁰) - 11768,8.cos(115⁰/2+12⁰) + 

                   + 3530,3.sin (115⁰/2+12⁰) =  - 413,99 (N)

           M_U1 = -3592,7.[0,105 - 0.122.cos(115⁰ +33⁰+12⁰)] +

+11768,8.0,122.sin (115⁰/2+ 12⁰) - 3530,3. 0,122. (1 - cos (115⁰/2+12⁰))

                   =  250,89 (Nm)

Xét sự cân bằng tại vị trí K có: = 17⁰

                          N_X = 11768,8  (N),                T_X = 3530,3  (N).

          N_Z1 = -3592,7.cos(115⁰ +33⁰ +17⁰) - 3530,3.cos(115⁰/2+17⁰)) -               

                 - 11768,8.sin (115⁰/2+17⁰ )= - 8813,92 (N).

          Q_Y1 =  3592,7.sin(115⁰ +33⁰+17⁰) - 11768,8.cos(115⁰/2+17⁰) + 

                   + 3530,3.sin (115⁰/2+17⁰) =  1186,68 (N)

Với: 

b - Chiều dầy phần bị cắt: b = 6 (mm) = 0,6 (cm).

Q_Y - Lực cắt theo bảng trên: Q_Y =  Q_Y1 = 1442,11 (N).

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

j_X - Mômen quán tính của tiết diện: j_X = 14,3 (cm⁴)

Xác định mômen tĩnh tại tiết diện cắt S:

Với:  

F_c- Diện tích phần bị cắt, F_c = 480 (mm²) = 4,8(cm²).

Y - Tọa độ trọng tâm phần bị cắt đối với trục trung hòa,

                          Y₂ = 23 (mm) = 2,3 (cm).

Suy ra:

                           S  = Y₂.F_c = 2,3.4,8 = 11,04 (cm³).

Do đó:

2.              Xét tại điểm (1):

   R₁= 125 (mm) = 12,5 (cm).

Ứng suất do pháp do N_Z và M_U gây ra được tính toán như sau

3.                 Xét tại điểm (3):

     R₃ = 96 (mm) = 9,6 (cm).

Ứng  suất pháp do N_Z và M_U gây ra được tính toán như sau:

Tiết diện ngang của guốc phanh hình chữ T nên tại điểm (1) và (3) có:

dF = 0 do đó S_X=0.

Tại điểm (1) và (3) có S_X = 0 do đó  = 0.

Từ bảng kết quả trên ta vẽ được biểu đồ ứng suất  như sau:          

4.                 Ứng suất tổng hợp tại điểm 1 là: 

5.                 Ứng suất tổng hợp tại điểm 3 là: 

6.                 Ứng suất tổng hợp tại điểm 2 là: 

Tại điểm 2 có ứng suất max, guốc phanh chế tạo bằng Thép 40 có:

So sánh thấy:  vậy là thỏa mãn điều kiện bền.

5.2    Tính bền trống phanh

Áp suất trong trống phanh tính theo công thức:

          - Mômen phanh do guốc phanh trước sinh ra,

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

            b - Chiều rộng má phanh, b = 50 (mm) = 0,05 (m)

            r_t -  Bán kính trống phanh, r_t = 130 (mm) = 0,13 (m)

            - Góc ôm của tấm ma sát,

.

Ứng suất hướng tâm tính theo:

           
Ứng suất tiếp tuyến tính theo:

Với: 

  a’ - Bán kính trong của trống: a’ = 130 (mm) = 13 (cm)

  b’ - Bán kính ngoài của trống: b’ = 150 (mm) =15 (cm)

   r - Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính khi r = a’=13 (cm) thì và đạt giá trị cực đại:

Ta có ứng suất tương đương bằng:

Để đảm bảo an toàn ta lấy thêm hệ số an toàn: n = 1,5:

Trống phanh được làm bằng gang CX18-36 có

và

So sánh thấy  và  do đó trống phanh đủ bền.

5.3                         Tính bền đường ống dẫn động phanh

         Đường ống dẫn động phanh chịu áp suất khá lớn tới 1000 (N/cm²).

Khí tính có thể coi đường ống dẫn dầu là loại vỏ mỏng bịt kín hai đầu và có chiều dài khá lớn.

      Ứng suất được tính như sau:

Với:

     p - Áp suất bên trong đường ống (p = 800 N/cm²).

R - Bán kính bên trong đường ống dẫn, R = 3 (mm) = 0,3 (cm).

 s - Chiều dầy của ống dẫn, s = 0,5 (mm) = 0,05 (cm).

Cắt ống bằng mặt phẳng vuông góc với trục của ống thì ứng suất pháp tác dụng lên thành vỏ ống phải cân bằng với áp suất của chất lỏng tác dụng lên diện tích mặt cắt ngang của ống.

Vậy ta có:

Đường ống làm bằng hợp kim đồng có: = 26.10⁷ (N/m²).

So sánh thấy:  Þ đường ống dẫn động đủ bền.

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG DẪN ĐỘNGPHANH

1 .  THIẾT KẾ TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH

   1.1. Đường kính xi lanh công tác

     Đường kính xi lanh công tác của bánh sau được tính trên cơ sở lực P đã được xác định khi xây dựng họa đồ lực phanh:

Với:

        P - Lực ép của xi lanh phanh lên guốc phanh: P = 3592,7 (N).

        p_i - Áp suất dầu làm việc trong hệ thống phanh.

         Chọn: p_i = 8 (MPa) = 800 (N/m²)

   1.2. Đường kính xi lanh chính

Xét điều kiện cân bằng tại xilanh chính

Trong đó:

Q_bđ - Lực sinh ra tại bàn đạp khi không trợ lực, Chọn: Q_bđ = 500(N).

         - Hiệu suất truyền động thủy lực: = 0,92.

         l,l’ - Cánh tay đòn của dẫn động bàn đạp. Theo xe tham khảo:

         D - Đường kính xilanh chính.

Do đó:

  1.3. Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh

Hành trình làm việc của pistông trong các xi lanh ở các cơ cấu phanh sau (x₂) được xác định như sau:

              Ở đây:

                 - Khe hở trung bình giữa má và tang trống:

                  - Độ mòn đường kính cho phép của má phanh:  [] = 1(mm).

                  a - Khoảng cách từ tâm trống đến điểm đặt lực: P, a = 105 (mm);

                 c- Khoảng cách từ tâm trống phanh đến chốt cố định của má phanh:

          c = 100 (mm).

        Cơ cấu phanh trước là phanh đĩa, khe hở giữa má phanh và đĩa phanh nhỏ nên chọn: x₁= 0,5(mm).

Hành trình toàn bộ của bàn đạp đối với dẫn động phanh bằng chất lỏng được tính trên cơ sở bỏ qua biến dạng đàn hồi của dẫn động chất lỏng và trên cơ sở tính thể tích chất lỏng cần ép ra khỏi xilanh chính.

Đối với ôtô có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe, hành trình bàn đạp được tính theo công thức:

Trong đó:

- Khe hở giữa thanh đẩy với piston ở xilanh chính.

           . Chọn =1,5(mm)

d₁, d₂, D - Đường kính xilanh bánh xe trước, bánh xe sau và xilanh chính.

- Hệ số bổ xung khi phanh ngặt thể tích của dẫn động chất lỏng tăng lên, . Chọn = 1,05.

Suy ra:

Vậy S_bđ  [S_bđ] =150(mm)

2.  THIẾT KẾ TÍNH TOÁN BỘ TRỢ LỰC

2.1. Các phương án trợ lực

Hiện nay trên các ôtô hiện đại người ta thiết kế cải tiến nhiều hệ thống điều khiển, để giảm nhẹ cường độ lao động cho người lái, để người lái ít mắc những sai phạm kỹ thuật, đảm bảo được an toàn chuyển động, ít xẩy ra tai nạn giao thông như thiết kế trợ lực lái trợ lực phanh, bộ chống hãm cứng bánh xe...Thiết kế bộ cường hoá phanh để người lái đỡ mệt là rất cần thiết.

Bộ trợ lực lực phanh có thể thực hiên theo các phương án sau:

Phương án 1: Trợ lực khí nén

Nguyên lý làm việc:

       Khi tác dụng một lực lên bàn đạp phanh , qua các đòn dẫn động , ống 11 đẩy van 9 mở ra , khí nén từ bình chứa 8 qua van 9 vào khoang A và B tạo lực đẩy piston 5 của xilanh lực. Piston 5 dịch chuyển tác động piston 7 của xilanh chính làm piston này di chuyển về phía phải ép dầu trong xilanh chính , dầu có áp suất cao sẽ đi tới các xilanh làm việc của bánh xe . Trong khi đó ở khoang A nếu người lái đạp phanh giữ nguyên ở một vị trí thì áp suất khí nén tăng lên tác dụng lên piston 10 , đến một giá trị nào đó thì cân bằng với lực đẩy của cánh tay đòn 3 . Lúc đó piston 10 sẽ dịch chuyển sang trái làm cho van 9 đóng lại trong khi đó đường nối với khí trời trong ống 10 chưa mở , mômen phanh lúc này có giá trị không đổi. Khi người lái tiếp tục đạp phanh thì ống 11 lại di chuyển về phía phải làm van 9 lại được mở ra , khí nén lại tác dụng lên piston 5 , khí nén lại tác dụng lên piston 5 để piston xilanh chính ép dầu tới các xilanh bánh xe .

Hình 3.1.   Sơ đồ bộ cường hoá khí nén.

   1- Bàn đạp; 2 - Lò xo hồi vị bàn đạp; 3, 4 - Đòn dẫn động; 5 - píttông; 6 - Lò xo xi lanh khí nén; 7- Piston xilanh chính;  8 - Bình chứa khí nén;  9 - Van; 10- pistôn;   11- thanh dạng ống .

Ưu điểm:

Khi nhả bàn đạp phanh , nhờ lò xo hồi vị , piston 10 và ống 11 được kéo trở về vị trí ban đầu làm van 9 đóng lại . Khi ống 11 không tì vào van 9 sẽ mở đường thông với khí trời , khí nén còn lại trong khoang A và B sẽ đi qua ống ra ngoài .

Lực trợ lực lớn, vì áp suất khí nén có thể đạt 50I70 (N/cm²). Bảo đảm được quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh.

Nhược điểm:

Số lượng các cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp, cồng kềnh, động cơ phải kèm theo máy nén khí, giá thành cao.

Phương án 2:  Trợ lực chân không.

Hình 3.2.  Sơ đồ bộ trợ lực chân không.

       1. Piston xilanh chính , 2 . Vòi chân không , 3 . Màng chân không , 4. Van chân không , 5. Van khí, 6. Van điều khiển, 7. Lọc khí, 8. Thanh đẩy, 9. Bàn đạp .

       Sử dụng ngay độ chấn không ở đường ống nạp của động cơ, đưa độ chân

không này vào khoang A của bộ cường hóa, còn khoang B khi phanh được

thông với khí trời. Khi tác dụng một lực cần thiết vào bàn đạp phanh nhờ sự dẫn động dầu tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa phía trước và phía sau màng đẩy của bộ phận trợ lực  từ đó tạo ra lực đẩy thông qua đòn đẩy tác dụng lên piston của bộ trợ lực để thực hiện quá trình phanh.

Nguyên lý làm việc:

     Khi không phanh cần đẩy 8 dịch chuyển sang phải kéo van khí 5 và

van điều khiển 6 sang phải, van khí tì sát van điều khiển đóng đường thông với khí trời, lúc này buồng A thông với buồng B qua hai cửa E và F và thông với đường ống nạp. Không có sự chênh lệch áp suất ở 2 buồng A, B, bầu cường hoá không làm việc

     Khi phanh dưới tác dụng của lực bàn đạp, cần đẩy 8 dịch chuyển sang trái đẩy các van khí 5 và van điều khiển 6 sang trái. Van điều khiển tì sát van chân không thì dừng lại còn van khí tiếp tục di chuyển tách rời van khí. Lúc đó đường thông giữa cửa E và F được đóng lại và mở đường khí trời thông với lỗ F, khi đó áp suất của buồng B bằng áp suất khí trời, còn áp suất buồng A bằng áp suât đườngg ống nạp (= 5 N/cm²). Do đó giữa buồng A và buồng B có sự chênh áp suất (=5 N/cm²). Do sự chênh lệch áp suất này mà màng cường hoá dịch chuyển sang trái tác dụng lên pittông 1 một lực cùng chiều với lực bàn đạp của người lái và ép dầu tới các xi lanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh .

        Nếu giữ chân phanh thì cần đẩy 8 và van khí 5 sẽ dừng lại còn piston 1 tiếp tục di chuyển sang trái do chênh áp. Van điều khiển 6 vẫn tiếp xúc với van chân không 4 nhờ lò xo nhưng di chuyển cùng piston 1, đường thông giữa  lỗ E, F vẫn bị bịt kín. Do van điều khiển 6 tiếp xúc với van khí 5 nên không khí bị ngăn không cho vào buồng B. Vì thế piston không dịch 1 chuyển nữa và giữ nguyên lực phanh hiện tại.

Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo 9 kéo đòn bàn đạp phanh về vị trí ban đầu, lúc đó van 5 bên phải được mở ra thông giữa buồng A và buồng B qua cửa E và F, khi đó hệ thống phanh ở trạng thái không làm việc.

Ưu điểm:

Tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất của động cơ, vẫn đảm bảo được trọng tải chuyên chở và tốc độ khi ôtô chuyển động. Ngược lại khi phanh có tác dụng làm cho công suất của động cơ có giảm vì hệ số nạp giảm, tốc độ của ôtô lúc đó sẽ chậm lại một ít làm cho hiệu quả phanh cao. Bảo đảm được quan hệ tỷ giữa lực bàn đạp và với lực phanh .So với phương án dùng trợ lực phanh bằng khí nén, thì kết cấu bộ cường hoá chân không đơn giản hơn nhiều, kích thước gọn nhẹ,dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ bố trí trên xe.

Nhược điểm:

Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 (KG/cm²), áp suất khí trời là 1 (KG/cm²), do đó độ chênh áp giữa hai buồng của bộ cường hoá không lớn. Muốn có lực cường hoá lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thước của bộ trợ lực tăng lên. Phương án này chỉ thích hợp với phanh dầu loại loại xe du lịch, xe vận tải, xe khách có tảo trọng nhỏ và trung bình .

Phương án 3:  

Sơ đồ cường hoá bằng năng lượng điện từ  (hình 3.3)

Phần cường hoá điện gồm lõi thép 2 được đặt trong ống thép. Phía trên ống thép là cuộn dây từ hoá 3. Khi cuộn dây được cấp những chuỗi xung điện từ khác nhau từ bộ điều khiển thì dòng điện trung bình trong cuộn dây cũng thay đổi, nó từ hoá ống thép làm cho ống thép trở thánh một nam châm điện hút lõi thép tiến về phía phải, thông qua cần đẩy 4 đẩy các piston di chuyển tạo áp lực dầu trong hệ thống phanh. Khi chân phanh dừng lại ở một vị trí nào đó thì cảm biến sẽ xác định vị trí của lõi thép, đồng thời một cảm biến thứ 2 trên đường áp suất dầu gửi tín hiệu về hộp điều khiển để hộp điều khiển xác định mức chuỗi xung đã được xác lập giữ nguyên lực phanh hiện thời. Nếu tiếp tục đạp phanh thêm nữa thì 2 cảm biến trên thay đổi tín hiệu và hộp điều khiển sẽ tạo ra một chuỗi xung khác để tăng thêm dòng điện vào cuộn dây.

Hình 3.3.  Sơ đồ cường hoá điện

         1- Bộ cường hoá điện; 2- Lõi thép; 3- Cuộn dây; 4- Cần đẩy; 5- Xilanh phanh chính; 6- Bộ điều khiển; 7- Xilanh phanh bánh xe .

         Ưu điểm: Có thể thiết kế đồng hoá cho nhiều loại xe chỉ cần thay đổi phần lập trình.

       Nhược điểm:  Giá thành cao.

       Kết luận:

Trong 4 phương án cường hoá nói trên , phương án nào cũng đảm bảo được quan hệ tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp và lực phanh , như vậy là đã đảm bảo được yêu cầu trước tiên đối với bộ trợ lực . Vấn đề còn lại là ta phải chọn ra một phương án phù hợp với bố trí trên xe và đạt hiệu quả về kinh tế . Trên thực tế , hệ thống phanh được thiết kế cho xe du lịch 5 chỗ có ABS có kích thước bao là L₀ x B₀ x H_0­ = 4520x1817x1424. Với kích thước đó thì cả 4 phương án trợ lực trên đều có thể bố trí được trên xe và đều có thể tạo ra được lực phanh yêu cầu . Như vậy 3 phương án trên trong trường hợp này chỉ khác nhau hiệu quả kinh tế . Từ những phân tích ưu nhược điểm đã nói ở trên nhận thấy , phương án 2 là phương án có tính kinh tế hơn hẳn vì những lí do sau :

 Bộ trợ lực chân không mà phương án đưa ra có kết cấu đơn giản nhất , không phức tạp như trợ lực khí nén với quá nhiều các cụm chi tiết như van phanh , máy nén khí, bì hợp thuỷ lực. Điều này cho phép hạ giá thành sản xuất và tạo thuận lợi cho việc bảo dưỡng sửa chữa .

Với lực phanh yêu cầu như đã tính toán ta hoàn toàn có thể thiết kế được một bộ trợ lực có kích thước nhỏ ,từ đó có thể có nhiều phương án bố trí .

 Do sử dụng độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp khi động cơ làm việc nên không ảnh hưởng đến công suất của động cơ , khác với trợ lực khí nén phải trích công suất động cơ để dẫn động máy nén khí nên gây tổn hao công suất động cơ . Hơn nữa việc sử dụng độ chân không còn làm tăng hiệu quả phanh vì khi phanh sẽ làm hệ số nạp giảm do đó  công suất của động cơ có giảm , lúc đó tốc độ của ôtô sẽ chậm lại một ít.

2.2. Thiết kế bộ trợ lực

2.2.1  Hệ số trợ lực:

Từ công thức xác định lực trên bàn đạp :

Trong đó:

Q_bđ - Lực do người lái sinh ra tại bàn đap. Chọn: Q_bđ = 150 (N)

D - Đường kính xilanh chính: D = 17 (mm) = 1,7 (cm)

p_i - Áp suất dầu sinh ra trong hệ thống: p_i = 800 (N/cm²)

l, l’ - Kích thước các đòn của bàn đạp phanh.

 - Hiệu suất dẫn động:  = 0,92

Khi có  bộ trợ lực ta chọn lực bàn đạp cực đại của người lái 150 (N). Kết hợp với lực của bộ trợ lực sinh ra trên hệ thống phanh tạo ra áp suất cực đại ứng với trường hợp phanh gấp vào 800 ().

Do đó áp suất dầu do người lái sinh ra là:

Áp suất do bộ trợ lực sinh ra là:

 - Áp suất tổng cực đại cần thiết sinh ra khi phanh ngặt: =800(N/cm²)

Hệ số trợ lược:

Chọn điểm bắt đầu làm việc của bộ trợ lực : Q_bđ = 30 (N) thì bộ trợ lực bắt đầu làm việc.

Ta xây dựng được đường đặc tính của bộ trợ lực như sau

Hình 3.4.   Đường đặc tính của bộ trợ lực.

2.2.2  Xác định kích kích thước màng trợ lực:

Lực do bộ cường hoá sinh ra là:

Xét sự cân bằng của màng cường hoá:

Trong đó:

- Lực do bộ cường hóa sinh ra.

- Áp suất khí quyển.

- Áp suất chân không.

 - Độ chênh áp giữa buồng trước và buồng sau.     

 = 0,5(KG/cm²) = 5(N/cm²)

- Diện tích màng trợ lực.

- Đường kính màng trợ lực.

- Lực lò xo hồi vị. = 3(KG) = 30 (N)

Do đó:

2.2.3  Tính lò xo bộ cường hóa                                                                                                                                                                                                                                                                                              

 a.   Đường kính dây lo xo:

Trong đó:

         D- Đường kính của vòng lò xo: D=100 (mm)

         P_lx- Lực ép lò xo. P_lx= 30 (N)

         k- Hệ số tập chung ứng suất.

          c - Hệ số đường kính,chọn c= 33

       - Ứng suất xoắn cho phép. =600 (N/mm²)

Vậy ta có

Do đó chọn d = 3 (mm).

b .  Tính số vòng làm việc của lò xo:

 - Độ chuyển vị của lò xo. = 1,5 (cm)

G - Mô đun đàn hồi của vật liệu. G = 8,5.10⁶ (N/cm²)

c.   Tính số vòng toàn bộ của lò xo:      

d.   Tính bước của lò xo:

e.   Chiều dài toàn bộ của lò xo:

f.   Tính bền lò xo:

             K - Hệ số tập trung ứng suất

             D - Đường kính vòng lò xo.

Do  nên lò xo đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.

CHƯƠNG 4 

   MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH CÓ ABS

4.1. GIỚI THIỆU VỀ STATE FLOW

          State flow là môi trường xây dựng hình và mô phỏng các cơ cấu máy hữu hạn trạng thái. Nghĩa là mô phỏng hệ thống tự biến đổi theo các sự kiện(reactive system ). Hệ thống như vậy sẽ thực hiện sự chuyển đổitừ một trạng thái sang trạng thái được mô tả khác mỗi khi điều kiện xác định sự thay đổi được thoả mãn.

Bộ điều khiển được thiết kế là bộ điều khiển gồm 4 trạng thái hoạt động: Khi ABS không được kích hoạt nó hoạt động ở trạng thái phanh bình thường. Khi ABS được kích hoạt, nó hoạt động ở 3 trạng thái : Tăng áp, giữu áp và giảm áp. Tại một thời điểm nó có thể hoạt động ở 1 trong 3 trạng thái đó, nhưng sau 1 thời gian nó có thể chuyển sang hoạt động ở 1 trạng thái khác tuỳ vào điều kiện chuyển đổi giữa các trạng thái. Đến cuối quá trình phanh (xe đã dừng lại) thì hệ thống trở về làm việc ở trạng thái phanh bình thường.

4.2. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH

Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh (hình 4.1)

Ở đây ta sẽ đơn giản hoá mô hình toán học và xây dựng sơ đồ mô phỏng của các phần tử cơ bản trong hệ thống dẫn động thuỷ lực. Ta có sơ đồ mô hình mô phỏng của hệ dẫn động thủy lực như sau.

Theo sơ đồ ta có: Khi người lái đạp bàn đạp phanh 1 lực nào đó , thì bàn đạp sẽ dịch chuyển một đoạn là X_bđ. Sự dịch chuyển đó tác động tới bầu trợ lực và ở đầu ra có lực F_mc tác động vào xy lanh chính. Như vậy, đầu vào ở Xy lanh chính là F_mc. Xy lanh chính gồm có 2 khoang. Khi có F_mc ở đầu vào, pitston sơ cấp sẽ dịch chuyển một lượng  X₁ và tại piston thứ cấp sẽ có dịch chuyển một lượngX₂. Từ khoang 1 sẽ phát sinh lưu lượng dầu Q₁ để đến dòng phanh thứ nhất. Từ khoang 2 sẽ phát sinh lưu lượng dầu Q₂ đến dòng phanh thứ 2.

Hình 4.1. Sơ đồ khối mô hình mô phỏng hệ thống

          Trong dòng phanh thứ nhất: Lưu lượng dầu Q₁ đi tới cụm 2 van tăng, giữ áp  của cơ cấu chấp hành của ABS và qua các van đó đến 2 cơ cấu phanh ở cầu trước. Nhánh 1 đi tới cơ cấu phanh bánh trước bên trái, nhánh 2 đi tới cơ cấu phanh bánh trước bên phải.

          Trong dòng phanh thứ hai: Lưu lượng dầu Q₂ đi tới cụm 2 van tăng, giữ áp  của cơ cấu chấp hành của ABS và qua các van đó đến 2 cơ cấu phanh ở cầu sau. Nhánh 3 đi tới cơ cấu phanh bánh sau bên trái, nhánh 4 đi tới cơ cấu phanh bánh sau bên phải.         

Dầu từ sau các van của cơ cấu chấp hành của ABS để tới cơ cấu phanh, tức là tới xy lanh công tác và làm cho xy lanh công tác dịch chuyển một lượng x tác động vào guốc phanh và tạo ra mô men phanh M_p  ở các bánh xe. Guốc phanh tác dụng ngược lên piston xy lanh công tác một lực. Lực này làm cho xy lanh công tác sinh ra một áp suất P_xl phản hồi lại van điều khiển. Qua van điều khiển sẽ sinh ra một áp suất P₁ tác động lại xy lanh chính tạo thành một dòng kín trong hệ thống phanh thuỷ lực

4.2.1. Bộ trợ lực chân không