MỤC LỤC

1. Tính mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh…………...…….........................................……..1

2. Chọn sơ đồ cơ cấu phanh………………………………………..…............................................…....5

2.1 Phân tích………………………………………………………………......................................………...5

2.2 Lựa chọn sơ đồ cơ cấu phanh…………………………………….....................................……….…...5

3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh…………………………………….…...............................................7

3.1 Chọn các kích thước s, h, α₁, α₂......................................................................................................7

3.2 Moment phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu……………….......................................8

3.2.1 Moment phanh do cơ cấu phanh cầu trước sinh ra…………………......................................…..11

3.2.2 Moment phanh do cơ cấu phanh cầu sau sinh ra……………………....................................…....11

3.3 Kiểm tra hiện tượng tự siết…………………………………………………....................................…..11

3.4 Xác định kích thước má phanh……………………………………………......................................….11

3.5 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh, tính toán nhiệt và mài mòn…12

3.5.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng……………………………………....................................……12

3.5.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh………………....................................….13

4. Tính toán thiết kế dẫn động phanh…………………………………….............................................15

4.1 Hành trình dịch chuyển của cơ cấu phanh…………………………………...................................…15

4.2 Hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh………………………..................................…..….15

4.3 Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh…………………………………………...................................….…16

4.4 Đường kính bầu phanh……………………………………………………................................…...….17

4.5 Thể tích bình chứa khí nén và số lượng bình chứa khí nén……………….....................................18

4.5.1 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu trước…………………….....................................…19

4.5.2 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu sau……………………....................................…....20

4.6. Tổng thể tích các đường ống dẫn………………………………………….…....................................21

4.7 Số bình chứa cơ bản cho hệ thống phanh khí nén………………………............................….....…22

KẾT LUẬN………………………………………………………………................................................…..23

TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………..............................................…......24

MỤC LỤC…………………………………………………………………................................................…25

1. Tính mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh

G_a: Trọng lượng toàn bộ của ô tô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều như vẽ

G_at, G_as: Tải trọng toàn bộ của ô tô tác dụng lên cầu trước, sau

Z₁, Z₂: Phản lực từ mặc đường lên bánh trước, sau của xe

L: Chiều dài cơ sở của xe

H_g: Chiều cao trọng tâm của xe

a, b: Khoảng cách từ cầu trước, sau đến trọng tâm G

m₁, m₂: Hệ số phân bố tải trọng cầu trước và cầu sau khi phanh

Với:

Z₁ = G_at = 3360 ( Kg )

L₀ = 4000 ( mm )

G_a = 10500 ( Kg )

Suy ra :

a = L₀ – b = 4000 -1280 = 2720  ( mm )

Vậy ta đã tính được:

a = 2720 mm

b = 1280 mm

Bỏ qua lực cản gió P_w và lực cản lăn P_f1, P_f2 vì khi phanh vận tốc giảm dần rất nhanh nếu như phanh đến vận tốc V=0 thì lực (P_f1+P_f2) rất nhỏ so với (P_P1+ P_P2). Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe G_bxi chính bằng phản lực pháp tuyến Z_i tại bánh xe khi phanh.

Từ đó ta có lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và cầu sau là

- Lực phanh sinh ra ở cầu trước khi phanh [1]/115:

P_Pt = j.Z₁                                                                     (1-5)

- Lực phanh sinh ra ở cầu sau khi phanh:

P_Ps = j.Z₂                                                                       (1-6)

Với

G_a = 102900 (N)

L = 4             (m)

b = 1,28        (m)

hg = 1,7        (m)

Vậy lực phanh sinh ra của mỗi cơ cấu phanh (đối với ô tô hai cầu) là:

Ở cơ cấu phanh trước: P_p1 = P_Pt/2 = 18613,0665(N)

Ở cơ cấu phanh sau: P_p2 = P_Ps/2 = 13285,9335 (N)

Moment phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là :

- Ở cơ cấu bánh xe trước:

M_bx1 =18613,0665.0,45 = 8375,88( N.m )

- Ở cơ cấu bánh xe sau:

M_bx2 = 13285,9335.0,45 = 5978,67( N.m )

Trong đó : R_bx = 0,45 ( m ) là bánh kính làm việc trung bình của bánh xe

2. Chọn sơ đồ cơ cấu phanh

2.1 Phân tích

Thực tế moment phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở bánh xe sinh ra. Cơ cấu phanh sinh ra ở các bánh xe có nhiều kiểu, vì vậy nói chung trên một chiếc xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh xe trước và trục bánh xe sau. Ngay cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kích thước cụ thể vẫn có thể khác nhau tùy theo moment phanh yêu cầu phân bố trên các trục như đã tính ở trên.

=> Thay số được: K₁₂ = 1,4 

Với xe khánh, do phân bố tải trọng tỉnh lên trước là 30% và trục sau là 70%, nhưng do trọng tâm cao nên hệ số phân bố lực phanh K12 ≈1 nên cơ cấu phanh ở trục trước và trục sau của xe có thể chọn hoàn toàn giống nhau, nên hệ số phân bố lực phanh K₁₂ = 1,4 là hợp lý.

2.2 Lựa chọn sơ đồ cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản làm việc chủ yếu theo nguyên lý ma sát nên kết cấu của nó có hai phần chính là phần từ ma sát và cơ cấu ép.

- Chọn phần tử ma sát loại trống guốc

- Cơ cấu ép chọn cơ cấu cam ép

Qua việc phân tích các loại cơ cấu trên, để phù hợp với loại xe ta thiết kế thì tốt nhất ta chọn cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía, chuyển dịch các guốc phanh như nhau ( Cơ cấu phanh cam ép).Việc chọn như vậy thỏa mãn được yêu cầu rằng có thể chế tạo thống nhất các chi tiết trong cơ cấu phanh như: guốc phanh, xylanh con, trống phanh... 

- Dẫn động bằng khí nén, chốt tựa cùng phía

- Chuyển dịch các guốc phanh như nhau

- Dẫn động guốc phanh bằng cam phanh với biên dạng đối xứng để đảm bảo chuyển dịch các guốc như nhau (P₁=P₂)

- Phản lực của phanh tác dụng lên guốc, lực ma sát và góc ôm tấm ma sát bằng nhau (Y₁=Y₂; T₁= T₂; β₁=β₂)

3. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh

3.1 Chọn các kích thước s, h, α₁, α₂

a. Bánh trước:

- Góc cuối của má phanh trước và sau của bánh xe trước: α_2t = α_2s =130^o

- Góc đầu của má phanh trước và sau của bánh xe trước: α_1t = α_1s =30^o

(Theo kinh nghiệm chọn α₂ và α₁ sao cho hiệu số α₂ – α₁ =(90^o-110^o)

- Góc đặt quay tâm điểm tựa cố định của chốt cố định guốc phanh α₀ = 30^o (α₀ =25^o- 30^o)

- Đường kính của trống phanh d_t = (0,8 ¸ 0,85).450 = 360 ¸ 382,5 (mm). Chọn d_t = 382 mm suy ra r_t = 191 mm

b. Bánh sau: Chọn tương tự như bánh trước

- Chọn β = 100^o.

- α_2t = α_2s =130^o

- α_1t = α_1s =30^o

- α₀ = 30^o (α₀ =25^o-30^o)

- Chọn d_t = 382 mm suy ra r_t = 191 mm

3.2 Moment phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu

Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh bao gồm :

+ Moment phanh do cơ cấu phanh tạo ra

+ Lực ép của cơ cấu phanh

3.2.1 Moment phanh do cơ cấu phanh cầu trước sinh ra

Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống guốc với hai guốc đều tự siết có cơ cấu ép bởi hai xi lanh đơn bố trí hai phía khác nhau.

Cơ cấu phanh trống guốc cầu trước của xe khách:

P₁, P₂:                       Lực ép cơ cấu phanh                                        (N)

N₁, N₂:                      Phản lực pháp tuyến                                         (N)

Góc đặt của phương hợp lực tổng hợp: δ = 0,715 [rad]

Vây lực ép ở cơ cấu phanh trước là :

P₁ = 19537,98 [N]

P₂ = 43108,34 [N]

3.2.2 Moment phanh do cơ cấu phanh cầu sau sinh ra

Cơ cấu phanh cầu sau cũng tương tự, chỉ khác ở momen phanh yêu cầu:

M_P = 5978,67[N.m]

Thay tất cả các thông số vừa tính toán vào công thức tính lực ép yêu cầu ta có:

P₁ = 13946,13 [N]

P₂ = 30770,92 [N]

3.4 Xác định kích thước má phanh

Bề rộng má phanh sẽ xác định diện tích làm việc của má phánh ép lên tang trống. Bề rộng má phanh tăng làm cho diện tích làm việc tăng, điều này nói chung có lợi cho sự mài mòn của tấm ma sát vì diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực tác dụng lên một đơn vị diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm trong mỗi lần phanh ( mỗi lần phanh diễn ra là một lần qua trình trượt giữa má phanh và tang trống diễn ra mãnh liệt, vừa làm mài mòn má phanh, vừa sinh nhiệt lớn làm nóng tang trống cũng như má phanh và các chi tiết liên quan đến truyền nhiệt với chúng). Tuy vậy bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm tính đồng đều của áp lực phân bố theo chiều rộng của má phanh, dẫn đến mòn má phanh không đều và giảm hiệu quả phanh.

Để thuận tiện cho việc lắp ráp và sửa chửa, ta thống nhất chọn bề rộng má phanh của các cơ cấu phanh trước/sau đều bằng nhau và không lớn hơn 100 (mm)

b = 0,096 (m) = 96 (mm)

3.5 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh, tính toán nhiệt và mài mòn

3.5.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng

Kích thước má phanh không chỉ xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ hơn hoặc bằng áp suất cho phép [ q ] nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má phanh, mà còn xác định theo tiêu chí công ma sát trượt riêng nhằm bảo đảm cho má phanh làm việc trong thời gian lâu dài. Bởi vì với cùng áp suất làm việc của má phanh trong quá trình phanh như nhau nhưng tốc độ khi xe bắt đầu phanh càng lớn thì má phanh sẽ càng mau mòn.

m_a : là khối lượng khi đầy tải của ô tô khi phanh ( kg )

G_a : là trọng lượng của ô tô ( N )

V₁ : là vận tốc của ô tô khi bắt đầu phanh ( m/s )

g : là gia tốc trọng trường

Suy ra : L = 5,7 (MJ/m²)

3.5.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh

Trong quá trình phanh, động năng ô tô bị tiêu tán bởi công ma sát trượt và biến thành nhiệt năng làm nung nóng má phanh và một phần truyền ra môi trường không khí. Tuy nhiên, khi phanh ngặt trong thời gian ngắn nhiệt sinh ra không kịp truyền ra môi trường không khí hoặc truyền ra không đáng kể nên trong tính toán thiết kế, để an toàn về nhiệt, chúng ta có thể xem tang trống nhận hết nhiệt năng này trong quá trình phanh.

m_p : là tổng khối lượng các tang trống

C : là nhiệt dung riêng của vật liệu làm tang trống ( vì vật liệu làm tang trống là thép nên C = 500 ( J/kg )

AT: là độ tăng nhiệt độ của tang trống ( độ tăng nhiệt độ của tang trống khi phanh với tốc độ của ô tô v₁ = 8,33 (m/s) cho đến khi dừng hẳn (v₂=0) không được vượt quá 15⁰. Khi phanh ngặt với tốc độ trung bình bằng nửa tốc độ cực đại thì độ tăng nhiệt độ cũng không được vượt quá 125⁰.

+/ Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v = 8,33 ( m/s ). Suy ra khối lượng tổng cộng của trống phanh phải đủ lớn để tăng nhiệt độ không quá 10⁰ khi phanh với vận tốc v = 8,33 (m/s)

=> m_p = 72,86 (kg)

+/ Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v = 0,5.v_max. Suy ra khối lượng tổng cộng của trống phanh phải đủ lớn để tăng nhiệt độ không quá 100⁰ khi phanh với vận tốc v = 20,833 (m/s)

=> m_p = 29,18 (kg)

4. Tính toán thiết kế dẫn động phanh

4.1 Hành trình dịch chuyển của cơ cấu phanh

Hành trình dịch chuyển công tác của cơ cấu ép:

Trong truyền động phanh khí nén thì cơ cấu phanh chủ yếu kiểu tang trống với cơ cấu ép tác dụng lên guốc phanh nhờ một cam ép cơ khí.

Vậy ta chọn s = 1,0 (mm)

Và a = b = 152,8 (mm)

Suy ra : X = 3 (mm)

4.2 Hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh

Giá trị dịch chuyển của đầu guốc di động được thực hiện nhờ hành trình nâng của cam ép. Hiện nay góc quay của cam tương ứng với hành trình dịch chuyển x (hành trình nâng cam) nằm trong khoảng 5÷10^o. Chọn φ_q = 7^o

Tương ứng với góc quay đó là hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh hb [mm] được xác định:

hb = lq. φq

Trong đó: lq : là chiều dài của cánh tay đòn dẫn động cam ép. Trong thiết kế lq có thể lấy vào khoảng 110÷150 [mm]. Chọn lq = 140 [mm]

Ta được: h_b = 11,7 (mm)

4.3 Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh

Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh Pb ở các cơ cấu phanh khí nén được xác định từ lực ép yêu cầu tương ứng của cam ép P1 và P2 như sau:

Với bầu phanh trước: P₁ = 19537,98[N]; P₂ = 43108,84 [N]

=> P_b1 = 12529,364 ([N]

Với bầu phanh sau: P1 = 13946,13[N]; P2 = 30770,92[N]

=> P_b2 = 8943,41 ([N]

4.4 Đường kính bầu phanh

P_b: là lực đẩy yêu cầu của bầu phanh

P_kn: là áp suất khí nén cung cấp cho bầu phanh khi phanh khẩn cấp. Khi phanh với lực phanh lớn thì áp suất khí nén trong bầu phanh hiện nay nằm trong khoảng 0,55 ÷ 0,8 [MN/m²]. Chọn P_kn = 0,8 [MN/m²] ta có:

- Đường kính bầu phanh trước (P_b1 = 12529,364 [N]):

=> D_b = 0,141 (m)

- Đường kính bầu phanh sau (P_b2 = 8943,41 [N]):

=> D_b = 0,119 (m)

Chọn đường kính bầu phanh D_b= 142 mm ( Chọn theo tiêu chuẩn D_b=147mm)

4.5 Thể tích bình chứa khí nén và số lượng bình chứa khí nén

Bình chứa khí nén phải có dung tích đủ lớn để có thể thực hiện quá trình phanh gấp liên lục trong ít nhất 10 lần mà áp suất phanh trong bình chứa không giảm quá 50% so với áp suất yêu cầu ban đầu p_o khi mà máy nén không khí không còn hoạt động.

D_bi (i = 1,2): là đường kính bầu phanh.

h_bi: là hành trình dịch chuyển cần đẩy piston bầu phanh.

n₁,₂: là số trục bánh xe trước/sau.

L_∑: là chiều dài tổng cộng của tất cả các đoạn đường ống dẫn khí nén tính từ bình chứa đến các bầu phanh.

d_od: là đường kính ống dẫn khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh.

4.5.1 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu trước

Đường kính bầu phanh Db1 ở các cơ cấu phanh khí nén của cầu trước        (Db1 = 0,142[m]).

Số 2 chỉ hai bầu phanh cho hai cơ cấu phanh trên một trục bánh xe.

h_b1: Hành trình dịch chuyển piston bầu phanh (h_b1 = 17.1[mm]).

n₁: Số trục bánh xe cầu trước (n₁ = 1).

=>V_b1 = 5,42.10^-4 (m³)

4.5.2 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu sau

Đường kính bầu phanh Db1 ở các cơ cấu phanh khí nén của cầu trước (Db1 = 0,142[m]).

Số 2 chỉ hai bầu phanh cho hai cơ cấu phanh trên một trục bánh xe.

h_b2: Hành trình dịch chuyển piston bầu phanh (h_b2 = 17.1[mm]).

n₂: Số trục bánh xe cầu trước (n₁ = 1).

=>V_b2 = 5,42.10^-4 (m³)

4.6. Tổng thể tích các đường ống dẫn

Thể tích các đường ống dẫn khí nén phụ thuộc vào bố trí đường ống từ các bình chứa qua tổng van phân phối rồi đến các bầu phanh.

Chú ý rằng từ đường ống chính phân nhánh đến các bầu phanh phải có chiều dài và đường kính cũng như bố trí hoàn toàn giống nhau để tránh sai lệch quá lớn về dòng chảy khí nén đến hai bầu phanh, nhằm bảo đảm sự phanh cùng lúc đối với tất cả các bầu phanh.

Chiều dài tổng cộng của tất cả các đoạn đường ống dẫn khí nén tính từ bình chứa đến các bầu phanh có thể xác định gần đúng bằng:

L_∑ = K_L.(L₀ + [n₁ + n₂].B₀)

Suy ra tổng thể tích cần cung cấp khí nén cho mỗi xilanh khi phanh:

ΔV = V_b1 + V_b2 + V_od = 2,874.10^-3[m³]

4.7 Số bình chứa cơ bản cho hệ thống phanh khí nén

Sau khi tính được tổng dung tích cần cung cấp cho mỗi lần phanh ta suy ra tổng dung tích bình chứa thứ cấp (sau máy nén hoặc sau van bảo vệ) phải có là:

V_c = 14.ΔV = 14.2,874.10^-3 = 0,040 [m³]

Số lượng bình chứa thực tế sẽ nhiều hơn do phải dùng thêm ít nhất 01 bình chứa chung trước van bảo vệ. Vậy số lượng bình chứa là 03 bình.

KẾT LUẬN

Với nhiệm vụ “Thiết kế hệ thống phanh xe khách”, sau hơn một tháng nghiên cứu, tìm hiểu, cộng với sự hướng dẫn tận tình của giảng viên hướng dẫn, em đă hoàn thành xong đồ án của mình.

Trong Đồ án, em đă khái quát, cũng như giới thiệu tổng quan một cách đơn giản và dễ hiểu nhất về hệ thống phanh. Từ công dụng, phân loại đến yêu cầu của hệ thống phanh cũng được phân tích và giúp người đọc hiểu rõ được phần nào về hệ thống phanh. Đồng thời qua đồ án thiết kế hệ thống phanh xe khách, nhận xét về hệ thống phanh trên xe khách là hệ thống phanh hoàn thiện và phức tạp. Qua việc này, chúng ta hiểu hơn được các bước thiết kế một hệ thống phanh hoàn chỉnh trên xe khách. Tuy nhiên, thời gian làm đồ án có hạn mà khối lượng công việc thiệc nhiều, mặc dù bản thân em đã tìm hiểu và cố gắng nhiều trong công việc nhưng củng không thể tránh khỏi sai sót do đây là lần đầu tiên phải giải quyết một khối lượng công việc tương đối lớn và phức tạp, mong các thầy, cô thông cảm.

Qua Đồ án này, đă giúp em nắm rõ những kiến thức về hệ thống phanh trên ô tô, một hệ thống đặc biệt quan trọng, ngoài ra trong quá trình làm Đồ án cũng giúp em nâng cao được những kiến thức tin học như: Word, Exeel, AutoCAD để phục vụ công việc sau này. Đồng thời, qua đó bản thân em cảm thấy phải tìm và nghiên cứu nhiều hơn nữa về chuyên nghành của mình, nhất là vấn đề thực tế để đáp ứng yêu cầu của một cán bộ kỹ thuật sau này.

Cuối cùng em xin chân thanh cảm ơn thầy giáo hướng dẫn : TS………………. đă nhiệt tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm Đồ án.

Em xin chân thành cảm ơn!

                                                                                                                           TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                                     Sinh viên thực hiện

                                                                                                                    ………………..

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. LÝ THUYẾT Ô TÔ – Nguyễn Nước, Phạm Văn Thức. Tài liệu lưu hành nội bộ của khoa cơ khí ô tô. Đại Học GTVT thành phố Hồ Chí Minh, 2014

[2]. THIẾT KẾ Ô TÔ – Phạm Xuân Mai (Chủ biên), Nguyễn Phụ Thượng Lưu, Nguyễn Văn Đông, Phạm Văn Hà, Trần Thị Mỹ Tiên. Nhà xuất bản Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh.

[3]. KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ – Ngô Hắc Hùng. Nhà xuất bản giao thông vận tải Hà Nội - 2008

[4]. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ MÁY KÉO - Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Nhà xuất bản Đại Học và Trung Học chuyên nghiệp. Hà Nội- 1985.

[5]. LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO - Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Hà Nội - 1998

[6]. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ô TÔ. Phạm Xuân Mai. NXB Đại học Quốc gia TP HCM. 2020.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"