MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU........... 2

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN.............. 3

Chương 1: Phân tích đặc điểm kết cấu cơ cấu phanh............. 4

1. Công dụng hệ thống phanh............. 4

2. Yêu cầu hệ thống phanh............. 4

3. Phân loại hệ thống phanh. .........4

a. Theo chức năng sử dụng:............. 4

b. Theo cách bố trí ............5

c. Theo kết cấu của cơ cấu phanh............ 5

d. Theo dẫn động phanh. ........5

4. Phân tích đặc điểm kết cấu của cơ cấu phanh.......... 5

5. Phân tích đặc điểm kết cấu của dẫn động phanh........... 12

5.1 Hệ thống dẫn động phanh cơ khí ...........12

5.2 Hệ thống dẫn động phanh thủy lực........13

5.3 Hệ thống dẫn động phanh khí nén........ 16

5.4. Hệ thống phanh thủy khí...........18

6. Chọn phương án thiết kế. ........18

6.1 Chọn dạng cơ cấu phanh cầu trước......... 19

6.2 Chọn dạng cơ cấu phanh cầu sau. ........19

Chương 2:Tính toán, thiết kế cơ cấu phanh. ..........20

1. Mục đích và nhiệm vụ tính toán............. 20

1.1 Mục đích......... 20

1.2 Nhiệm vụ tính toán thiết kế. ..........20

2. Thông số ban đầu dùng tính toán thiết kế cơ cấu phanh........... 20

3. Xác định mômen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh.......... 20

4. Xác định các thông số của cơ cấu phanh. ........23

4.1 Cơ cấu phanh cầu trước. ..........23

4.2. Cơ cấu phanh cầu sau. .........26

5. Kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh....... 28

5.1.Tính toán xác định công ma sát riêng. ........28

5.2. Tính toán xác định áp suất trên bề mặt má phanh.............. 30

5.3 Tính toán xác định tỷ số khối lượng toàn bộ ôtô trên tổng diện tích ma sát má phanh ........... 30

5.4. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh........... 31

5.5  Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh......... 32

KẾT LUẬN.. ..........35

TÀI LIỆU THAM KHẢO............. 36

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, ô tô chiếm một vị trí quan trọng trong ngành kinh tế quốc dân. Nó đảm bảo khả năng vận chuyển hàng hoá cũng như hành khách ở mọi lúc, mọi nơi và ở mọi thời điểm.

Đối với một người học viên thì vấn đề việc làm một đồ án đặc biệt của môn chuyên ngành là một công việc rất quan trọng. Qua đó đánh giá được khả năng, và trình độ thật sự của người học viên. Chỉ có làm đồ án môn học người học mới có thể hiểu một cách đầy đủ và thật sâu sắc những vấn đề lí thuyết.  Đồng thời nó cũng cho phép phát triển tư duy sáng tạo của người học.

Hệ thống phanh trên ô tô là một hệ thống rất quan trọng và cơ cấu phanh của nó có vai trò quyết định trong việc bảo đảm an toàn cho người lái. Nó còn có khả năng nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của xe.

Do vậy, đồ án “Tính toán thiết kế cơ cấu phanh chính cho xe ô tô”  là một đồ án rất quan trọng.

Nội dung của đồ án bao gồm:

- Phần thuyết minh:

+ Phân tích đặc điểm kết cấu của cơ cấu phanh.             

+ Tính toán thiết kế cơ cấu phanh.                  

- Phần bản vẽ:

+ Bản vẽ kết cấu cơ cấu phanh sau (A0).

Trong quá trình làm đồ án tôi nhận được sự hướng dẫn tận tình thầy giáo TS. ……...…... Nhưng do trình độ bản thân, thời gian còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn thiếu nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy giáo, cùng sự góp ý kiến của các bạn trong lớp. Chúng tôi xin chân thành cảm ơn.

                                                                                                    Hà nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                      Học viên thực hiện              

                                                                                                        ……….………

Chương 1

PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CƠ CẤU PHANH

1. Công dụng hệ thống phanh.

- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đấy. Ngoài ra hệ thống phanh còn được dùng để giữ cố định xe trong thời gian dừng xe.

- Đối với ôtô, hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất  bởi vì nó đảm bảo cho ôtô chuyển động an toàn ở tốc độ cao, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển động hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm.

2. Yêu cầu hệ thống phanh.

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Phải đảm bảo hiệu quả phanh ở bất kì trường hợp nào cả khi tiến, khi  lùi và dừng lại.

- Đảm bảo thời gian chậm tác động của phanh phải nhỏ, thường chủ yếu quyết định chính bởi dẫn động phanh .

- Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm. Muốn có quãng đường phanh ngắn nhất cần đảm bảo gia tốc chậm dần cực đại.

3. Phân loại hệ thống phanh

a. Theo chức năng sử dụng:

+ Hệ phanh chính.

+ Hệ phanh phụ.

+ Hệ thống phanh chậm dần.

+ Hệ thống phanh bổ trợ.

b. Theo cách bố trí:

+ Phanh ở bánh xe.

+ Phanh ở truyền lực.

d. Theo dẫn động phanh

+ Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.

+ Hệ thống phanh dẫn động động thuỷ lực.

+ Hệ thống phanh dẫn động khí nén.

+ Hệ thống phanh dẫn động điện.

+ Hệ thống phanh dẫn động hỗn hợp.

4. Phân tích đặc điểm kết cấu của cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh có nhiệm vụ tạo ra mô men phanh cần thiết và giữ ổn định về chất lượng phanh trong quá trình sử dụng.

Cơ cấu phanh thường chia làm 3 loại cơ bản: Cơ cấu phanh guốc, cơ cấu phanh đĩa và cơ cấu phanh dải.

4.1.1 Cơ cấu phanh guốc có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên guốc bằng nhau:

Đặc điểm của của cơ cấu này là có lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau P1 = P2 do đường kính piston xilanh công tác như nhau. Nhưng mômen ma sát của guốc phanh trước lớn hơn guốc phanh sau. Do mômen ma sát ở trên guốc phanh trước (do phản lực tiếp tuyến Y1 gây ra) có xu hướng cường hoá cho lực dẫn động, còn mômen ma sát ở guốc phanh sau (do phản lực tiếp tuyến Y2 gây ra) có xu hướng chống lại lực dẫn động.

4.1.2 Cơ cấu phanh guốc có chốt tựa khác phía, lực tác dụng lên guốc bằng nhau.

Đặc điểm của cơ cấu này là có hai xilanh phanh bánh xe đặt riêng rẽ cho từng guốc và chốt tựa riêng rẽ được bố trí khác phía. Các phản lực pháp tuyến tiếp tuyến và mômen ma sát ở các guốc phanh là bằng nhau.

X₁ = X₂

Y₁ = Y₂

M_{ms_1} = M_{ms_2}

4.1.3 Cơ cấu phanh guốc có chốt tựa một phía và chuyển dịch của các guốc bằng nhau.

Đặc điểm của cơ cấu phanh theo sơ đồ này là thuờng áp dụng cho hệ thống phanh khí nén với cơ cấu doãng má phanh sử dụng cam phanh đối xứng. Khi cam quay thì chuyển dịch của hai guốc về hai phía là như nhau, do vậy mà đảm bảo giá trị của phản lực tiếp tuyến và lực ma sát như nhau đối với cả guốc trước và guốc sau, vì thế cơ cấu phanh được cân bằng. Lực đẩy từ cam phanh tác dụng lên guốc được nhận là khác nhau: P1>P2

5. Phân tích đặc điểm kết cấu của dẫn động phanh

Trên ô tô hiện nay người ta thường sử dụng kết hợp hoặc độc lập các dẫn động sau: dẫn động cơ khí, dẫn động thủy lực, dẫn động khí nén.

5.1 Hệ thống dẫn động phanh cơ khí

Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, dây cáp... Hiện nay thường dùng dẫn động phanh cơ khí điều khiển bằng tay ở hệ thống phanh dừng(phanh tay).

Hệ thống phanh dẫn động cơ khí được dùng để điều khiển đồng thời nhiều cơ cấu phanh phải thông qua nhiều khớp, thời gian tác dụng lâu,nhanh mòn.

5.2 Hệ thống dẫn động phanh thủy lực

Là hệ thống phanh làm việc dựa vào tính chất không chịu nén của chất lỏng để dẫn động.

Hệ thống phanh thủy lực thường gặp trên ôtô con, ôtô tải nhẹ. Đặc điểm quan trọng của hệ thống phanh thủy lực là các bánh xe được phanh cùng một lúc với áp suất trong đường ống chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ộp sát vào tang trống phanh không phụ thuộc vào đường kính xilanh công tác và khe hở giữa trống phanh và má phanh. Lực trên các má phanh phụ thuộc vào đường kính pittông ở các xilanh làm việc. Muốn các mômen phanh ở bánh trước khác bánh xe sau chỉ cần làm đường kính làm việc của pittông khác nhau.

a. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không.

Phanh thủy lực có trợ lực chân không sử dụng độ chân không lấy từ đường ống nạp sau hoặc hút của bộ chế hòa khí. Đối với hệ thống Diesel hoặc động cơ phun xăng người ta dùng bơm tạo độ chân không riêng.

Trợ lực chân không dẫn động phanh thủy lực được dùng cho những xe vận tải hạng trung. Nếu bướm ga có độ mở nhỏ nhất thì áp suất trong đường ống nạp vào khoảng 0,03 – 0,035 MPa (0,3 – 0,35Kg/cm²).

b. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén:

Phanh dầu trợ lực khí nén thường được dùng trên các loại xe tải trung bình, xe tải hạng nặng, các xe móc kéo…. Không khí nén tạo ra lực dẫn động, cũng dẫn động thủy lực truyền lực dẫn động tới cơ cấu phanh.

5.3 Hệ thống dẫn động phanh khí nén

Hệ thống phanh khí nén sử dụng năng lượng của khí nén để tiến hành phanh, người điều khiển không cần mất nhiều lực để tác động phanh mà chỉ cần đủ lực thắng lò xo ở tổng van khí nén để điều khiển cung cấp khí nén hoặc làm thoát khí nén ở các bộ phận làm việc. Nhờ thế mà phanh khi điều khiển sẽ nhẹ hơn. Phanh khí nén được sử dụng trên một số ô tô tải hạng nặng, xe khách hạng lớn như: ZIL-150, ZIL-131, ZIL-157, MAZ-200, MAZ-530…

5.4. Hệ thống phanh thủy khí

Phanh thủy khí thường được dùng trên ô tô vận tải tải trọng trung bình và lớn. Nó phối hợp cả ưu điểm của phanh khí nén và phanh thủy lực, cụ thể là lực tác dụng lên bàn đạp bé, độ nhạy cao, hiệu suất lớn và có thể sử dụng cơ cấu phanh nhiều loại khác nhau.

6. Chọn phương án thiết kế

Khi thiết kế cơ cấu phanh cần phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hiệu quả hoạt động.

- Độ ổn định làm việc.

- Độ tin cậy làm việc.

Ngoài ra cơ cấu phanh cần có khả năng hấp thụ và khuyếc tán năng lượng nhiệt để không làm giảm hiệu quả của cơ cấu phanh khi phanh liên tục. Cần đảm bảo độ cứng của kết cấu, khả năng làm việc êm và mất mát năng lượng nhỏ khi phanh.

Do vậy khi chọn dạng cơ cấu phanh cần phải căn cứ vào các chuẩn sau: 

- Căn cứ vào kết cấu cụ thể của ô tô và bánh xe tương ứng.

- Căn cứ vào mômen phanh cần thiết ở cỏc cầu. 

 - Căn cứ vào ưu nhược điểm của từng cơ cấu phanh.

Chương 2

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH

1. Mục đích và nhiệm vụ tính toán.

1.1 Mục đích

Mục đích của tính toán thiết kế cơ cấu phanh là xác định các thông số kích thước và thông số cơ bản của cơ cấu phanh nhằm thoả mãn các yêu cầu về hiệu quả phanh ôtô.

1.2 Nhiệm vụ tính toán thiết kế.

- Xác định mômen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh

- Chọn dạng cơ cấu phanh và các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh gồm:

+ Bán kính tang phanh ( Rt ).

+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến xilanh    ( a ). 

+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh tới chốt tựa hoặc thanh nối ( c ).

+ Hệ số ma sát ( μ ).

+ Chiều rộng tấm ma sát ( b ) …

- Xác định lực đẩy cần thiết tác dụng lên các guốc phanh ( P, P’).

+ Tính toán kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh.

2. Thông số ban đầu dùng tính toán thiết kế cơ cấu phanh.

- Trọng lượng toàn bộ ôtô :G   = 2150  [kG]

- Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu trước: a = 1,382 [m]

- Khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm cầu sau: b = 1,068 [m]

- Chiều cao trọng tâm xe:                         hg  = 0,85  [m]

- Chiều dài cơ sở ôtô:                                L    = 2,45[m]

3. Xác định mômen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh.

Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh của ôtô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc dừng ôtô hoàn toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.

Thay số vào các công thức (2.1) và (2.2) ta được

m₁  = 1,487

m₂ = 0,624

 - Lực phanh cực đại có thể tác dụng lên một bánh xe ở các cầu là:

Thay số vào ta được:

P_p1 = 557,461        [N]

P_p2= 302,709       [N]

- Bán kính tính toán của bánh xe :

r_k=l_l.r  ( m )

Trong đó:

+ r  là bán kính tính toán của bánh xe

+ l_l là hệ số biến dạng lốp

Do bánh xe sử dụng lốp áp suất thấp nên ta có: l_l = 0,93 … 0,935

Ta chọn :  l_l = 0,932

Từ kí hiệu lốp:  8,4 – 15 ta có:

+ Đường kính trong lốp:  d=15.25,4=381     [mm]

+ Chiều rộng lốp: B=8,4.25,4=213,36[mm]

Thay số vào ta được:

Mp₁ = 557,461. 0,376  = 209,605 [Nm]

Mp₂ =302,709. 0,376 = 113,819 [Nm]

4. Xác định các thông số của cơ cấu phanh.

4.1 Cơ cấu phanh cầu trước.

4.1.1. Chọn thông số hình học của cơ cấu phanh.

* Chọn các thông số của cơ cấu phanh:

- Dạng của cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực đẩy lên  chốt bằng nhau.

- Bán kính tang phanh :    R_t = 150 [mm].

-  Chiều rộng má phanh :   b  = 60  [mm].

- Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến xilanh phanh:   a= 120  [mm]

 * Guốc trước:

- Góc từ trục đứng đến điểm đầu tấm ma sát b₁=40 ⁰

- Góc từ trục đứng đến điểm cuối tấm ma sát b₂=140 ⁰

 * Guốc sau:

- Góc từ trục đứng đến điểm đầu tấm ma sát b’₁= 40 ⁰

- Góc từ trục đứng đến điểm cuối tấm ma sát b’₂=140 ⁰

4.2. Cơ cấu phanh cầu sau.

4.2.1.Thông số hình học của cơ cấu.

* Chọn các thông số của cơ cấu phanh:

 - Dạng cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên guốc bằng nhau.

 - Bán kính tang phanh:     R_s = 150  [mm]

 - Chiều rộng má phanh :   b  =  60   [mm]

 - Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến xilanh phanh: a = 120 [mm]

 - Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến chốt tựa:    c = a = 120 [mm]

 - Khoảng cách từ chốt tựa đến tang phanh:  e = 130 [mm]

* Guốc trước:

 - Góc từ trục đứng đến điểm đầu tấm ma sát:  b₁ = 40 ⁰

- Góc từ trục đứng đến điểm cuối tấm ma sát:  b₂ = 140 ⁰

* Guốc sau:

- Góc từ trục đứng đến điểm đầu tấm ma sát:  b’₁ = 40 ⁰

- Góc từ trục đứng đến điểm cuối tấm ma sát:  b’₂ = 130⁰

 4.2.2.  Xác định mômen phanh do mỗi guốc phanh sinh ra.

 Trường hợp áp suất phân bố đều lên bề mặt má phanh (p = const )

Thay số vào ta được:

A = cos(40) – cos(140) = 1,532

 B =sinb₂ - sinb_1­

Thay số vào ta được:

A’ = cos(40) – cos(130) = 1,409

B’ =sinb₂ - sinb_1­

Thay số vào ta được:

B’ = sin(130) - sin(40) = 0,123

Thay số vào ta được: M_P1’  = 33,156 [Nm]

5. Kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh.

5.1.Tính toán xác định công ma sát riêng.

* Diện tích cơ cấu phanh cầu trước.

Thay R_t, b’₀, b₀ và b vào ta được: F_{ccp trước} = 0,064[m²]

* Diện tích cơ cấu phanh cầu sau.

Thay R_s, b’₀, b₀ và b vào ta được: F_{ccp sau} = 0,060  [m²]

Vậy ta có tổng diện tích má phanh ở các cơ cấu phanh là: F_å = 0,064 + 0,060 = 0,124    [m²]

Thay số vào công thức (2.4) ta được:

l_ms  = 2408,250 [KNm/m² ] 

Trị số công ma sát riêng cho phép đối với cơ cấu phanh của xe là: [l_ms] =3000 … 7000  [ KNm/m² ]

 Thời gian phục vụ của má phanh phụ thuộc vào công ma sát riêng, công này càng lớn thì nhiệt độ phát ra khi phanh càng cao, tang phanh càng bị nóng nhiều và má phanh chóng bị hỏng.

5.2. Tính toán xác định áp suất trên bề mặt má phanh.

* Đối với cầu trước.                              

Thay Mt_t, R_t, b_t, μ và b_0t vào công thức (2.5) ta được: p₁ = 0,254 [MN/m² ]

* Đối với cầu sau.

Thay Mt_s, R_s, b_s, μ và b_0s vào công thức (2.5) ta được p_2­  = 0,138  [MN/m² ]

5.3 Tính toán xác định tỷ số khối lượng toàn bộ ôtô trên tổng diện tích ma sát má phanh .

Thay số vào ta được: q  = 1,734.10⁴  [kG/m²]

Theo quy định đối với xe  thì: q = 2,5 … 3,5.10⁴ [kG/m²]

So sánh với tiêu chuẩn cho phép ta đánh giá tỷ số khối lượng toàn bộ ôtô trên tổng diện tích ma sát của má phanh xe nằm trong khoảng cho phép, do đó đảm bảo yêu cầu về độ bền các chi tiết và tuổi thọ của cơ cấu phanh. Trên cơ sở này kết luận má phanh của xe đảm bảo độ bền để làm việc lâu dài.

5.5 Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh.

Hiện tượng tự xiết (tự phanh) xảy ra khi má phanh ép sát vào tang phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của xilanh công tác lên guốc  phanh. Trong trường hợp như vậy thì mô men phanh M_t về phương diện lý thuyết mà nói sẽ tiến đến vô cùng. Guốc phanh trước sẽ xảy ra hiện tượng tự xiết khi thoả mãn điều kiện.

5.5.1. Đối với cơ cấu phanh cầu trước.

a. Trường hợp p = const.

Thay số vào (2.8) ta được: μ_TT  = 0,706

Ta nhận thấy:    μ_TT > μ_C = 0,35

Vậy cơ cấu phanh trước không có hiện tượng tự xiết xảy ra khi phanh

 b. Trường hợp p = p_max.sinb.

Thay số vào (2.8) ta được: μ_TT  = 0,686

Ta nhận thấy:      μ_{TT  >}  μ_C = 0,35

 Vậy cơ cấu phanh trước không có hiện tượng tự xiết xảy ra khi phanh.

5.5.2. Cơ cấu phanh cầu sau

Ta nhận thấy:       μ_TT  > μ_C = 0,35

Vậy cơ cấu phanh sau không có hiện tượng tự xiết xảy ra khi phanh.

Thông qua quá trình tính toán, xác định các thông số của cơ cấu phanh,và qua quá trình tính toán kiểm nghiệm đánh giá khả năng làm việc của cơ cấu phanh, ta nhận thấy các thông số cần kiểm nghiệm đều nằm trong giới hạn cho phép đảm bảo các yêu cầu về độ bền, tuổi thọ, độ tin cậy …

Do đó cơ cấu phanh đã thiết kế ở trên hoàn toàn có khả năng làm việc tốt trong mọi điều kiện và đảm bảo tốt các yêu cầu đã đề ra.

KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu thu thập tài liệu, vận dụng những kiến thức đã học và tính toán nội dung của đồ án, đồng thời được sự hướng dẫn kiểm tra tận tình, chu đáo, tỉ mỉ của thầy giáo: TS. …………… với sự giúp đỡ của các thầy trong Bộ Môn ô tô quân sự và các bạn trong lớp cùng với sự nỗ lực của bản thân, đồ án của chúng tôi đã hoàn thành.

Mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít. Cho nên trong quá trình tính toán thiết kế và thực hiện các bản vẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót, kính mong được sự giúp đỡ của các thầy giáo và các bạn để tôi có thể rút kinh nghiệm cho những lần sau.

Một lần nữa chúng tôi xin chân thành cảm ơn!

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Hữu Cẩn, Phạn Đình Kiên, Thiết kế và tính toán ô tô máy kéo, NXB đại học và trung học chuyên nghiêp, 1971.

2. Vũ Đức Lập, Phạm Đình Vi, Cấu tạo ô tô quân sự, Nhà xuất bản HVKTQS, 1995.    

3. Vũ Đức Lập,  Hướng dẫn thiết kế môn học,  “Kết cấu tính toán ô tô quân sự ”, ch­ương 5: Hệ thống phanh, Nhà xuất bản HVKTQS, 1998.   

4. Vũ Đức Lập, Cơ sở kết cấu ô tô quân sự và bọc thép bánh hơi,

 Nhà xuất bản HVKTQS, 1999. 

5. Sổ tay vẽ kĩ thuật cơ khí, Nhà xuất bản quân đội nhân dân, 2001.  

6. Tập bản vẽ chi tiết máy, Nhà xuất bản HVKQS, 2001.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"