MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN...…………….….........................................................................................……...................…..…i
LỜI CẢM ƠN...…………….….........................................................................................…….......................…..…ii
DANH MỤC HÌNH ẢNH..…………….….........................................................................................….......….…..…v
DANH MỤC BẢNG BIỂU..…………….….............................................................................................………..…vi
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH…………….…....................................................………....…1
1.1 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu đối với hệ thống phanh..................................................................................1
1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống phanh..............................................................................................................................1
1.1.2 Phân loại hệ thống phanh..............................................................................................................................1
1.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống phanh trên ô tô.......................................................................................................2
1.2 Kết cấu chung....................................................................................................................................................2
1.2.1 Cơ cấu phanh.................................................................................................................................................2
1.2.2 Dẫn động phanh.............................................................................................................................................8
1.2.3 Trợ lực phanh................................................................................................................................................15
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE KIA K3…............................................................17
2.1 Giới thiệu tổng quan về xe KIA K3...................................................................................................................17
2.1.1 Khái quá tổng quan về xe KIA K3.................................................................................................................17
2.1.2 Thông số cơ bản của xe KIA K3...................................................................................................................19
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế..........................................................................................................................20
2.2.1 Chọn loại dẫn động phanh............................................................................................................................20
2.2.2 Chọn loại cơ cấu phanh................................................................................................................................22
2.2.3 Chọn sơ đồ phân dòng chính của dẫn động phanh.....................................................................................23
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE KIA K3…….............................................................25
3.1 Tính momen phanh yêu cầu............................................................................................................................25
3.2 Tính toán thiêt kế cơ cấu phanh......................................................................................................................27
3.2.1 Tính toán lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra..............................................................................................27
3.2.2 Tính toán xác định bề rộng của má phanh...................................................................................................29
3.3 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan của các cơ cấu phanh..................................................................31
3.3.1 Tính toán kiểm tra công ma sát riêng...........................................................................................................31
3.3.2 Tính toán áp suất trên các bề mặt ma sát....................................................................................................32
3.3.3 Tính toán kiểm tra sự biến nhiệt độ của đĩa phanh......................................................................................33
3.4 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động..............................................................................................................35
3.4.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xilanh công tác của cơ cấu ép..............................................................35
3.4.2 Xy lanh chính và xy lanh công tác................................................................................................................35
3.4.3 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực..................................................................37
3.4.4 Lực trợ lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi có bộ trợ lực.............................................................37
3.4.5 xác định thông số màng trợ lực....................................................................................................................38
3.4.6 Xác định thông số lo xo màng cường hóa...................................................................................................39
CHƯƠNG 4: HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHANH XE KIA K3……....................…42
4.1 Dấu hiệu hệ thống phanh cần bảo dưỡng......................................................................................................42
4.2 Quy trình khai thác bảo dưỡng.......................................................................................................................42
4.2.1 Kiểm tra tổng hợp hệ thống phanh..............................................................................................................42
4.2.2 Bảo dưỡng thường xuyên............................................................................................................................44
4.2.3 Bảo dưỡng định kỳ cấp một.........................................................................................................................44
4.2.4 Bảo dưỡng định kỳ cấp hai..........................................................................................................................44
4.3 Các hiện tượng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục hư hỏng của hệ thống phanh trên xe KIA K3..........45
KẾT LUẬN............................................................................................................................................................49
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................................................................58
LỜI CẢM ƠN
Được sự hướng dẫn tận tình và xuyên suốt của giảng viên: Th.S. …….....……, sự giúp đỡ các thầy cô trong bộ môn cơ khí, em đã hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình. Tuy nhiên, do kiến thức, kinh nghiệm, điều kiện có hạn, nên đề tài của em còn nhiều sai xót và nhiều vấn đề chưa giải quyết triệt để. Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các thầy cô để em có thể hoàn thành tốt hơn nữa đề tài của mình.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô trong bộ môn cơ khí ô tô, trong trường Đại học Thủy Lợi đã tận tình dạy bảo, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học tập.
Em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến : Th.S. …………… đã dành không ít thời gian và công sức để chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đồ án.
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1 Nhiệm vụ, phân loại và yêu cầu đối với hệ thống phanh
1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống phanh
Hệ thống phanh trên ô tô dùng để giảm vận tốc chuyển động của ô tô cho đến một tốc độ yêu cầu hoặc dừng hẳn, ngoài ra giúp ô tô đứng được trên mặt đường có độ dốc nhất định.
Hệ thống phanh đảm bảo cho xe ô tô chạy an toàn ở tốc độ cao, và khi dừng xe tại chỗ, nhất là trên dốc, nâng năng xuất vận hành xe [1].
1.1.2 Phân loại hệ thống phanh
a) Phân loại theo chức năng:
Hệ thống phanh chính (phanh chân): Được điều khiển bằng bàn đạp phanh và được sử dụng ở tất cả chế độ chuyển động của ô tô để giảm tốc độ hoặc dừng xe [1].
Hệ thống phanh dừng (phanh tay): Giữ xe đứng yên khi đỗ, đặc biệt là trên dốc. Phanh tay thường được điều khiển bằng cần phanh tay hoặc nút bấm điện tử.
Hệ thống phanh dự phòng: Sử dụng trong trường hợp phanh chính bị hỏng hoặc không hoạt động. Phanh dự phòng thường là một phần của phanh tay hoặc có thể là một hệ thống phanh riêng biệt [1].
c) Phân loại theo dẫn động phanh:
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
Hệ thống phanh dẫn động khí nén
Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén - thuỷ lực.
1.1.3 Yêu cầu đối với hệ thống phanh trên ô tô
Hệ thống phanh ảnh hưởng đến an toàn chuyển động của ô tô, vì vậy phải thoả mãn các yêu cầu sau:
Quãng đường thực hiện phanh ngắn nhất hoặc gia tốc phanh lớn nhất khi phanh ngặt trong trường hợp nguy hiểm.
Quá trình phanh êm dịu để đảm bảo sự ổn định của xe ô tô khi phanh.
Thời gian chậm tác dụng nhỏ.
Đảm bảo việc phân bố momen phanh đồng đều ở các bánh xe của từng cơ cấu.
Điều khiển thuận tiện nhẹ nhàng, bảm đảm tỷ lệ giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh.
1.2 Kết cấu chung
Cấu tạo chung hệ thống phanh trên ô tô gồm:
Cơ cấu phanh: Thực hiện chức năng của các cơ cấu ma sát nhằm tạo ra momen hãm trên các bánh xe khi phanh.
Dẫn động phanh: gồm các bộ phận liên kết từ cơ cấu điều khiển ( bàn đạp phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh.
Trợ lực phanh: Để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoạt động của cơ cấu phanh.
1.2.1 Cơ cấu phanh
a) Cơ cấu phanh đĩa
- Cơ cấu phanh đĩa má kẹp cố định:
- Cơ cấu phanh đĩa má kẹp tỳ động:
b) Cơ cấu phanh tang trống
* Cơ cấu phanh trống - guốc đối xứng qua trục sử dụng xylanh thủy lực:
Cơ cấu phanh Trống - guốc sử dụng xilanh thủy lực như hình 2.3.
+ Nguyên lý hoạt động:
Khi chưa phanh: lò xo hồi vị (7) giữa cho guốc phanh (3) ở trạng thái ban đầu, tồn tại khe hở nhỏ giữa má phanh (6) và trống phanh (5).
Khi đạp phanh, thông qua hệ thống dẫn động thủy lực, dầu được cấp vào xilanh (1), dưới tác dụng của dầu áp suất cao. Ban đầu, áp suất chất lỏng còn nhỏ, lực đẩy hai đầu piston (2) vẫn chưa thắng lực đàn hồi của lò xo, guốc phanh giữa vị trí cân bằng, áp xuất dầu trong xy lanh (1) tiếp tục tăng lên, đến khi lực đẩy piston (2) thắng lực cản lò xò (7) ép hai đầu guốc phanh (3) tỳ sát má phanh (6) vào trống phanh (5), các guốc phanh chuyển động quay quanh chốt tựa (4) và quá trình phanh bắt đầu [2].
* Cơ cấu phanh trống - guốc đối xứng qua trục sử dụng khí nén:
Cơ cấu phanh Trống-guốc sử dụng cam xoay như hình 1.4.
+ Nguyên lý hoạt động:
Khi chưa phanh: dưới tác dục của lò xo hồi vị (3) hai đầu trên của guốc phanh (2) được kéo sát về cam xoay (1), giữa má phanh và trống phanh có một khe hở nhất định.
Khi đạp phanh, thông qua hệ thống dẫn động khí nén làm cho trục cam (1) ở cơ cấu phanh quay. Đẩy 2 đầu guốc phanh (2) dịch chuyển về hai phía ngược nhau. Lúc đầu, khi khe hở giữa má phanh và trống phanh còn lớn, quá trình phanh chưa diễn ra. Nhưng khi cam ép (1) quay biên dạng ở chỗ tiếp xúc giữa cam ép (1) và guốc phanh (2) thay đổi, ép guốc phanh (2) vào trống phanh (5) và quá trình phanh được thực hiện.
* Cơ cấu phanh loại bơi:
Cơ cấu phanh trống - guốc loại bơi như hình 1.6.
+ Nguyên lý hoạt động:
Khi chưa phanh, lò xo hồi vị (4) giữa cho guốc phanh (3) ở trạng thái ban đầu, tồn tại khe hở nhỏ giữa má phanh (6) và trống phanh (5).
Khi đạp phanh thông qua hệ thống dẫn động thủy lực dầu được cấp vào xilanh (1), dưới tác dụng của dầu áp suất cao. Ban đầu, áp suất chất lỏng còn nhỏ, lực đẩy hai đầu piston (2) vẫn chưa thắng lực đàn hồi của lò xo (4), guốc phanh giữa vị trí cân bằng, áp xuất dầu trong xy lanh (1) tiếp tục tăng lên, đến khi lực đẩy piston (2) thắng lực cản lò xò (4) piston (2) ép các guốc phanh (3) dịch chuyển theo chiều ngang và ép má phanh (6) tỳ vào trống phanh (5) và quá trình phanh bắt đầu [2].
c) Cơ cấu phanh dừng
Phanh dừng Giữ xe đứng yên khi đỗ, đặc biệt là trên dốc. Phanh dừng thường được điều khiển bằng cần phanh tay hoặc nút bấm điện tử..
1.2.2 Dẫn động phanh
Dẫn động phanh gồm:
Dẫn động phanh cơ khí
Dẫn động phanh thủy lực
Dẫn động phanh khí nén
1.2.2.1 Dẫn động cơ khí
Dẫn động cơ khí ít khi được sử dụng để điều khiển đồng thời các cơ cấu phanh, vì:
Khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau.
Khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu.
Do những đặc điểm trên nên dẫn động phanh bằng cơ khí không được sử dụng ở hệ thống phanh chính mà chỉ được sử dụng ở hệ thống phanh dừng.
1.2.2.2 Dẫn động thủy lực
Dẫn động phanh thủy lực là loại sử dụng phổ biến trên hầu hết các dòng ô tô con, ô tô bán tải và ô tô loại nhỏ hiện nay. Đối với loại dẫn động thủy lực, chất lỏng được sử dụng để truyền lực từ bàn đạp tới các cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh.
1) Dẫn động phanh thủy lực tác dụng trực tiếp
Khi tác dụng lực lên bàn đạp phanh (5), piston (4) trong xilanh (6) sẽ dịch chuyển sang trái, áp suất khoang A tăng lên đẩy piston (3) dịch chuyển sang trái, dẫn đến áp suất trong khoang B cũng tăng lên. Chất lỏng ép đồng thời theo các ống dẫn (2) và (7) đi đến các xilanh làm việc (1) và (8) để thực hiện quá trình phanh.
2) Dẫn động tác dụng gián tiếp
* Dẫn động thủy lực trợ lực chân không:
Khi phanh: Người lái tác dụng lực lên bàn đạp phanh (7) đẩy cần (8) dịch chuyển sang phải, van chân không (5) đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí (9) mở ra để không khí qua lọc (6) đi vào khoang A.
Độ chênh áp suất giữa hai khoang A, B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) (11) của bầu trợ lực, và tạo nên lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên piston trong xi lanh chính (2), ép theo các ống dẫn (1), (3) đi đến các xi lanh các bánh xe để thực hiện quá trình phanh.
* Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực:
Khi tác dụng lên bàn đạp: kênh nối đường cao áp (3) của bơm với đường hồi (4) trong van (5) đóng lại, còn kênh nối (5) với khoang làm việc của xy lanh trợ lực (6) mở ra, cho chất lỏng đi vào ép piston của xy lanh lực đẩy piston của xy lanh chính dịch chuyển, ép dầu đến các xy lanh bánh xe (8, 9) để thực hiện quá trình phanh. Lực tác dụng lên bàn đạp càng mạnh, áp suất làm việc càng cao, momen phanh sinh ra càng lớn. Ở trạng thái nhả phanh, van (5) nối các đường (3) và (4) với nhau nên bơm làm việc không tải.
1.2.2.3 Dẫn động phanh thủy khí
Sơ đồ hệ thống phanh thủy khí như hình 1.3.
+ Nguyên lý làm việc:
Máy nén khí (1) qua bình lọc (2) cung cấp khí nén đến bình chứa (3). Khi phanh, người lái tác dụng lực lên bàn đạp (9) van sẽ mở để khí nén từ bình (3) đến xilanh lực sinh lực ép trên pittông của xilanh chính (4), dầu dưới áp lực cao sẽ truyền qua ống dẫn (5) đến các xilanh (6) do đó sẽ dẫn động đến các má phanh (7) và tiến hành quá trình phanh.
1.2.3 Trợ lực phanh
Trợ lực phanh được dùng là loại trợ lực chân không. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
Sơ đồ cấu tạo bầu trợ lực chân không như hình 1.15.
+ Nguyên lý làm việc:
- Khi chưa phanh: Van khí (3) và cần đẩy (6) được đẩy sang phải nhờ lò xo hồi vị cần đẩy (9), van điều khiển (4) đẩy sang trái nhờ lò xo hồi vị van điều khiển(10), van khí (3) được tiếp xúc với van điều khiển (4), không khí bên ngoài đi qua lọc khí (8), bị chặn lại không vào được buồng áp suất thay đổi.
- Khi phanh: người lái đạp phanh, lực truyền tới cần (6), đẩy van khí (3) dịch chuyển sang trái, làm van điều khiển (4) tiếp xúc với cửa van chân không làm đóng cửa thông giữa hai buồng áp suất, khi van phí (3) tiếp tục dịch chuyển sang trái, tách van điều khiển (4) cho phép không khí đi qua lọc vào buồng áp suất thay đổi.
- Nhả phanh: khi nhả bàn đạp phanh, cần điều khiển (6) và van khí (3) được đẩy sang phải nhờ lò xo hồi van khí và phản lực của xylanh phanh chính, van khí (3) tiếp xúc với van điều khiển (4) đóng đường thông khí của buồng áp suất thay đổi, van khí (3) nén lò xo van điều khiển lại làm mở cửa van chân không, không khí từ buồng áp suất thay đổi di chuyển sang buồng áp suất không đổi và được hút chân không ra ngoài, làm triệt tiêu chênh lệch áp suất giữa hai buồng. Piston đẩy sang bên phải nhờ lò xo màng và bầu trợ lực về trạng thái không hoạt động.
CHƯƠNG 2: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE KIA K3
2.1 Giới thiệu tổng quan về xe KIA K3
2.1.1 Khái quá tổng quan về xe KIA K3
KIA K3 1.6 là mẫu xe sedan hạng C chủ lực của hãng KIA Motors Hàn Quốc.
Về phần ngoại thất xe có thiết kế hiện đại với lưới tản nhiệt "mũi hổ" đặc trưng, được trang bị cụm đèn LED phía trước và sau, cùng với các chi tiết mạ chrome tạo nên vẻ ngoài sang trọng và thể thao.
Thân xe nổi bật với bộ mâm hợp kim kích thước 17” được thiết kế dạng đa chấu mới, không chỉ mang đến sự mạnh mẽ, hiện đại mà còn làm tăng tính thể thao, tinh tế cho Kia K3. Các đường gân dập nổi xuyên suốt từ đầu xe đến đuôi xe tô điểm cho vẻ đẹp nam tính nhưng vẫn không làm mất đi nét quyến rũ của mẫu C-sedan thời thượng.
Ở hàng ghế sau của xe rộng rãi, có khoảng trống để chân và không gian trần xe tương đối thoáng, được trang bị 2 cửa gió tích hợp với cổng sạc USB, trang bị bệ tỳ tay.
Để đảm bảo tính an toàn cho người lái và hành khách khi sử dụng, KIA K3 được trang bị 6 túi khí. Với cảm biến đỗ xe trước và sau, tích hợp camera lùi hỗ trợ đỗ xe an toàn, và tránh va trạm khi tham gia giao thông.
2.1.2 Thông số cơ bản của xe KIA K3
- Sơ đồ tổng thể:
Các Thông số kỹ thuật cơ bản của xe KIA K3 như bảng 2.3.
2.2 Lựa chọn phương án thiết kế
2.2.1 Chọn loại dẫn động phanh
Trên ôtô có thể thấy các loại dẫn động phanh: cơ khí, thủy lực, điện và khí nén.
Dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng vì hiệu quả phanh thấp và khó phanh đồng thời các bánh xe.
Dẫn động điện: Trên các đoàn xe kéo moóc ta có thể gặp loại dẫn động điện này vì đoàn xe khá dài nên phải dùng dẫn động điện để thời gian dẫn động thấp mới phanh được đồng thời các bánh xe.
Dẫn động thuỷ lực mặc dù có nhiều ưu điểm như:
+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
+ Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong các đường ống chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh ép sát vào các trống phanh mà không phụ thuộc vào đường kính xylanh làm việc và khe hở giữa má phanh và trống phanh.
+ Kết cấu đơn giản, kích thước khối lượng và giá thành nhỏ.
+ Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Qua phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của loại dẫn động trên ta thấy đối với loại xe sedan (tải trọng chỉ có 1720kg) mà ta cần thiết kế ta không cần dùng loại dẫn động khí nén mà sẽ dùng loại dẫn động thuỷ lực.
2.2.2 Chọn loại cơ cấu phanh
Trong hệ thống phanh cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, vì thế kết cấu của nó bao giờ cũng có hai bộ phận chính là: các phần tử ma sát và cơ cấu ép.
1) Phanh Đĩa (Disc Brake)
+ Ưu điểm:
Hiệu suất phanh cao: khả năng tản nhiệt tốt, giúp duy trì hiệu suất phanh ổn định.
Phản hồi nhanh: phản hồi nhanh và chính xác, giúp người lái dễ dàng kiểm soát lực phanh.
Bảo dưỡng dễ dàng: dễ dàng kiểm tra và thay thế má phanh.
+ Nhược điểm:
Chi phí cao: chi phí sản xuất và bảo dưỡng cao hơn so với phanh trống.
Dễ bị mòn: mòn nhanh hơn trong điều kiện sử dụng khắc nghiệt.
2) Phanh Trống (Drum Brake)
+ Ưu điểm:
Chi phí thấp: chi phí sản xuất và bảo dưỡng thấp hơn so với phanh đĩa.
Độ bền cao: tuổi thọ cao hơn do diện tích ma sát lớn hơn, giúp giảm mài mòn.
2.2.3 Chọn sơ đồ phân dòng chính của dẫn động phanh
Để tăng độ tin cậy khi làm việc dẫn động phanh bao giờ cũng có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập để nếu có một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm việc với một hiệu quả xác định nào đó. Hiện nay phổ biến nhất là các loại dẫn động hai dòng với sơ đồ phân dòng như hình 2.6.
Sơ đồ phân dòng như hình 2.6.
Qua phân tích các sơ đồ trên ta chọn sơ đồ 2.6a để có kết cấu đơn giản, không có hiện tượng mất đối xứng lực phanh trong mọi trường hợp.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH XE KIA K3
3.1 Tính momen phanh yêu cầu
G: trọng lượng toàn bộ của xe
Jp: gia tốc chậm dần khi phanh
Pw: lực cản gió sinh ra khi xe hoạt động.
a: khoảng cách từ vị trí trọng tâm xe đến vị trí tâm bánh xe ở cầu trước.
b: khoảng cách từ vị trí trọng tâm xe đến vị trí tâm bánh xe ở cầu sau.
L: chiều dài cơ sở xe.
hg: khoảng cách từ trọng tâm xe đến mặt đường.
hw: chiều cao lực cản gió.
V: tốc độ của xe.
Xe được trang bị cơ cấu phanh đĩa ở tất cả bánh xe. Khi phanh xe với cường độ phanh lớn nhất, động cơ được tách khỏi hệ thống truyền lực, lực cản lăn, lực cản không khí, lực quán tính của các khối lượng chuyển động quay tác dụng rất nhỏ lên xe nên coi bằng không.
G là trọng lượng toàn tải đặt ở trọng tâm xe:
G = 1670.9,81 = 16382 (N)
Z1 và Z2: phản lực thẳng góc lên bánh xe trước và sau của ô tô khi phanh, vì xe có hệ thống truyền động đặt phía trước nên ta có:
Z1 = 0,49.16382 = 8027,18 (N)
Z2 = 0,51.16382 = 8354,82 (N)
L: chiều dài cơ sở của ô tô, L = 2700mm
Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe trước / sau khi phanh khẩn cấp:
Gbx1 = 5659,6 (kN).
Gbx2 = 2531,73 (kN).
Lực phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau:
Pbx1 = 3961,7 (N).
Pbx2 = 1772,21 (N).
Thông số lốp xe: 225/45 R17
225 : bề rộng của lốp: B = 225(mm)
45 : tỷ lệ độ cao với bề rộng của lốp: H = 225.45% = 101,25 (mm)
R : viết tắt của Radial (kết cấu lốp tỏa tròn)
17 : đường kính lazang ( inch): d = 17 (inch)
Vậy bán kính thiết kế của bánh xe là: R0 = 317,21 (mm)
Vậy: Rb= 317,15.0,935 300 (mm)
Thay vào ta có: Mpbx1 = 1188,52 (N.m) ; Mpbx2 = 531,66 (N.m)
3.2 Tính toán thiêt kế cơ cấu phanh
3.2.1 Tính toán lực phanh do cơ cấu phanh sinh ra
P1, P2 : như nhau và bằng lực ép P của piston thì momen phanh tổng cộng do hai má phanh tạo ra cho đĩa.
R2 : bán kính ngoài của đĩa và được xác định như bán kính đĩa.
R1 : bán kính trong của đĩa phanh, chọn theo kinh nghiệm (0,55 ÷ 0,73). R2
Ta có:
R1 = 0,55. R2 = 0,55. 0,12 = 0,066 (m)
Thay số ta có lực ép cơ cấu phanh đĩa ở cầu trước:
Mpbx1= 1188,52 (N.m)
R2 = 0,12(m)
R1 = 0,066 (m)
P1 = 188834,15 (N).
Với cơ cấu phanh sau:
Mpbx2= 5311,66 (N.m)
R2= 0,12(m)
R1 = 0,066 (m)
P2 = 8425,07 (N).
3.2.2 Tính toán xác định bề rộng của má phanh
Xác định theo momen yêu cầu thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đối với má phanh trong quá trình phanh.
R1, R2 : đường kính trong và ngoài của đĩa phanh.
α : góc ôm của tấm ma sát theo chu vi hình vành khăn của đĩa, [rad]
[q] : áp suất làm việc trung bình giữa má phanh và đĩa phanh trong quá trình phanh.
Để đảm bảo tuổi thọ của má phanh thì giá trị áp suất làm việc của má phanh q[N/m2] phải nhỏ hơn giá trị cho phép [q] nằm trong giới hạn từ 1,5 2,0 (MN/m2).
theo kinh nghiệm chọn [q] = 1,5 2,0 (MN/m2), chọn [q] = 2.106 (N/m2).
Thay tất cả số liệu đã biết, ta có bề rộng má phanh:
Với cơ cấu phanh trước:
Thế số, ta có:
C1 = 0,096.1,875 = 0,18(m)
So với bề rộng vành ma sát của đĩa phanh với bán kính ngoài R2=0,12(m) và bán kính trong R1=0,066(m) là:
e = (R2-R1) = (0,12-0,066) = 0,054 (m)
Độ dày của đĩa phanh
Thông số cho cơ cấu phanh trước, như sau:
Bán kính ngoài đĩa phanh là R2 = 0,12(m)
Bán kính trong đĩa phanh là R1 = 0,066(m)
Bán kính trung bình là Rtb = 0,096(m)
Bề rộng vành ma sát của đĩa phanh là e = 0,054(m)
Lực ép của piston là P1 = 18834,15 (N)
Tính theo chiều dài cung tại bán kính trung bình :
Ta có : C2 = 0,838.0,096 = 0,08(m)
Ta tìm được bộ thông số cho cơ cấu phanh sau, như sau:
Bán kính ngoài đĩa phanh là R2 = 0,12(m)
Bán kính trong đĩa phanh là R1 = 0,066(m)
Bán kính trung bình là Rtb = 0,096(m)
Bề rộng vành ma sát củ đĩa phanh là e = 0,054(m)
Lực ép của piston là = 8425,07(N)
Chiều dài cung trung bình là C2 = 0,08(m)
3.3 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan của các cơ cấu phanh
3.3.1 Tính toán kiểm tra công ma sát riêng
Công của lực ma sát riêng từ má phanh được xác định trên cơ sở má phanh thu nhận toàn bộ động năng của ô tô với tốc độ khi bắt đầu phanh:
Khi xe được người lái điều khiển chuyển động chậm lại với vận tốc v0 cho tới khi dừng hẳn, thì toàn bộ động năng của xe có thể coi như là đã chuyển thành công ma sát L tại các cơ cấu phanh [3].
Ga : trọng lượng của ô tô (N)
v1 : tốc độ ô tô bắt đầu phanh (m/s)
g : gia tốc trọng trường (g=9,81(m/s2))
Đối với đĩa phanh trước:
Thế số, ta có: ATƩ = 0.0095 (m2)
Đối với cơ cấu phanh đĩa sau:
Thế số, ta có: ATƩ = 0.0043 (m2)
Tổng diện tích ma sát của xe là : AƩ = 550 (cm2)
Công trượt riêng là :
Trong đó:
Ga : trọng lượng của ô tô (N), Ga = 16382 (N)
AƩ : tổng diện tích tất cả các má phanh (cm2)
v1 : tốc độ trung bình khi xe bắt đầu phanh, ở đây.
v1=0,5Vmax = 0,5.120 (km/h) = 16,66(m/s)
Thế số vào (3.12) ta được: Lp = 446 (J/cm2)
So với giá trị cho phép [Lr] = 400 1000 [J/cm2] thì thỏa mãn.
3.3.2 Tính toán áp suất trên các bề mặt ma sát
Cơ cấu phanh trước:
Áp suất trên bề mặt ma sát của phanh được giới hạn bởi sức bền vật liệu do mỗi loại vật liệu chỉ chịu được một áp suất nhất định, áp suất trên bề mặt má phanh trước:
P1 : lực ép má phanh vào đĩa phanh ở cầu trước
ATZ : diện tích một má phanh trước
Từ (3.13) ta có: qt = 1,98 (MN/m2) ≤ [q] = 2 (MN/m2)
Vậy qt ≤ [q] = 2 (MN/m2) áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh trước nằm trong giới hạn cho phép.
Cơ cấu phanh sau:
P2 : lực ép má phanh vào đĩa phanh ở cầu sau
ASZ : diện tích một má phanh sau
Từ (3.14) ta có: qs= 1,95(MN/m2) ≤ [q] = 2 (MN/m2)
Vậy qs ≤ [q] = 2 (MN/m2) áp suất trên bề mặt cơ cấu phanh trước nằm trong giới hạn cho phép.
3.3.3 Tính toán kiểm tra sự biến nhiệt độ của đĩa phanh
Trong quá trình ô tô phanh, động năng ô tô bị tiêu tán bởi công ma sát trượt và biến thành nhiệt năng, làm nóng má phanh – đĩa phanh và một phần truyền ra ngoài không khí. Tuy nhiên khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, năng lượng không kịp truyền ra môi trường không khí ( hoặc truyền không đáng kể ) nên tính toán thiết kế ta coi đĩa phanh nhận hết nhiệt năng này.
Cơ cấu đĩa phanh trước:
Z1 : trọng lượng phân bố lên cầu trước khi phanh, Z1 = 8027,18(N)
v1, v2 : tốc độ ban đầu và tốc độ cuối của quá trình phanh
mp : khối lượng đĩa phanh và chi tiết liên quan bị nóng, chọn mp = 4 (kg)
C : nhiệt dung riêng của vật liệu làm đĩa phanh đối với gang thép C≈500(J/kg), còn đối với hợp kim thì lấy C≈950[J/kg]
Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v = 8,33 [m/s]. từ (3.14) sự tăng nhiệt độ không quá 150 khi phanh với vận tốc v = 8,33 [m/s].
=>Thay số được: τt = 70 ≤ 150
Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v1 = 20,833 (m/s) = 75 (km/h), từ (3.14) khối lượng tổng cộng của đĩa phanh phải đủ lớn để độ tăng nhiệt độ không quá 1000 khi phanh với vận tốc v1 =20,833[m/s].
=> τt ≈ 44,390 ≤ 1000
Vậy Cơ cấu phanh đĩa trước đảm bảo thoát nhiệt tốt.
Cơ cấu đĩa phanh sau:
=>Thay số được: τs = 8,40 ≤ 150
Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh của cơ cấu phanh đĩa sau với vận tốc v1 = 20,833 (m/s) = 75 (km/h), từ (3.14) sự tăng nhiệt độ không quá 1000 khi phanh với vận tốc v1 =20,833[m/s].
=> τs ≈ 52,80 ≤ 1000
=> Cơ cấu phanh đĩa sau đảm bảo thoát nhiệt tốt.
3.4 Tính toán thiết kế hệ thống dẫn động
3.4.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xilanh công tác của cơ cấu ép
Trong truyền động phanh dầu, để tạo cơ cấu ép cho cơ cấu phanh ta dùng piston để truyền lực ép P lên đĩa phanh.
Đối với cơ cấu phanh đĩa: hành trình chuyển dịch pis ton công tác x (mm) của cơ cấu ép phanh đĩa được xác định bằng x=δ0
Với cơ cấu phanh đĩa, khe hở hướng trục δ0 khá nhỏ với giá trị khoảng (0,3÷0,6 )(mm)
Chọn: δ0= 0,5 (mm) thì ta có: x = 0,5 (mm)
3.4.2 Xy lanh chính và xy lanh công tác
3.4.2.1 Đường kính xilanh công tác
Đường kính xy lanh công tác dk của cơ cấu phanh được xác định từ lực ép yêu cầu tướng ứng Pk.
Với cơ cấu phanh đĩa trước, có lực ép P1 = 18834,15 (N) và với áp suất dầu phanh pd=7(MN/m2) thì ta có đường kính của 2 xy lanh công tác ở cơ cấu phanh trước: d1 = 0,041 (m) = 41 (cm)
Với cơ cấu phanh đĩa sau có lực ép P2 = 8425,07 (N) và với áp suất dầu phanh ở cơ cấu phanh sau pd=7(MN/m2), số xy lanh công tác ở mỗi cơ cấu phanh sau n = 1
ta có đường kính xy lanh công tác ở cơ cấu phanh sau: d2 = 0,039 (m) = 39 (cm)
3.4.2.2. Đường kính xilanh chính
Pbd : lực tác dụng của người lái lên bàn đạp phanh
Dxl : đường kính xy lanh chính
pd : áp suất làm việc của dầu trong hệ thống, chọn pd= 7 [MN/m2]
l1, l2 : các thước của đòn bàn đạp lần lượt là 180 và 45
xác định đường kính xy lanh Dxl bằng cách chọn sao mà Sb ≤ [Sb]
[Sb] : dịch chuyển của đầu bàn đạp phanh, [Sb] = 150 (mm) đối với ô tô con, chọn Sb = 30 (mm)
Đối với xe này ta sử dụng cơ cấu phanh đĩa ở cả 2 cầu, ta chọn: x1 = 0,5 (mm), x2 = 0,5 (mm)
Ta có: Dxl = 19 (mm)=> Ta chọn Dxl = 19 (mm)
3.4.4 Lực trợ lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi có bộ trợ lực
Khi có trợ lực thì công thức tổng quát tính lực cần thiết phải có để thực hiện quá trình phanh:
Pbd : lực tác dụng lên bàn đạp khi có trợ lực do người lái tác dụng, chọn Pbd = 200(N)
l1, l2 : các thước của đòn bàn đạp lần lượt là 180 và 45
Dxl : đường kính của xy lanh chính, Dxl = 0,019 (m) = 1,9 (cm)
Khi đó, ta xác định được áp suất dầu thực tế yêu cầu của bộ phận trợ lực: Pi = 360,72 (N/cm2)
Để giảm nhẹ lực điều khiển phanh cho người lái, thường lắp thêm hệ thống trợ lực phanh, chọn lực bàn đạp của người lái là 200 (N). Kết hợp lực đạp phanh với bộ trợ lực phanh tạo ra áp suất cực đại, tương ứng với trường hợp phanh ngặt pt = 800 (N/cm2).
Áp suất mà bộ cường hóa tạo ra:
pc = pt – pi = 800 – 360,72 = 439,28 (N/cm2) (3.26)
3.4.6 Xác định thông số lo xo màng cường hóa
Lò xo mag cường hóa được tính toán theo chế độ chịu nén:
3.4.6.1 Tính toán xác định đường kính trung bình của lò xo
d : đường kính dây lò xo
Flx : lực lớn nhất tác dụng lên lò xo, chọn Flx = 150 (N)
c: hệ số đường kính, chọ c = 15
τ =(0,4÷0,5). = 0,4.1500 = 600 (Mpa)
Từ (3.27) ta có: d = 3,23 (mm)
Chọn đường kính dây lò xo: d = 4 (mm)
Từ (3.28) ta có: D = c.d = 60 (mm).
3.4.6.2 Tính toán xác định số vòng làm việc của lò xo
x : chuyển vị làm việc của lò xo khi chịu tác động lực từ giá trị Fmin đến Fmax, x được xác định dựa vào hành trình của piston xylanh chính.
Ta có hành trình của piston xylanh chính là Sb = 30 (mm), chọn x bằng hoặc lớn hơn Sb. Chọn x = 45mm
S : tổng hành trình dịch chuyển của piston sơ cấp và piston thứ cấp
G : modun đàn hồi của vật liệu, G = 8.104 (Mpa)
d : đường kính dây lò xo
c : hệ số đường kính
Fmax, Fmin : giá trị lớn nhất và nhỏ nhất, tham khảo ta có: Fmax = 180 (N), Fmin = 140 (N)
Thay số ta có: n = 4 (vòng).
Tính toán toàn bộ số vòng của lò xo: n = n0 + (1÷2) = 4 + 2 = 6 (vòng)
CHƯƠNG 4: HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA, BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG PHANH XE KIA K3
4.1 Dấu hiệu hệ thống phanh cần bảo dưỡng
Khi ô tô hoạt động liên tục có thể sẽ phát sinh nhiều tình huống đối với phanh như:
- Bàn đạp phanh chạm sàn,
- Khi người lái phanh thì tay lái của xe bị rung
- Phát hiện ra tiếng kêu rít do má phanh bị mòn,
- Phanh bị nghẹt... lác,
Phát hiện ra những dấu hiệu này tức là đã đến lúc người lái cần nhanh chóng mang ô tô của mình đến gara và kịp thời kiểm tra, sửa chữa, thay mới để đảm bảo an toàn cho chính mình và những hành khách trên xe. Ngoài ra, trong khi kiểm tra toàn bộ hệ thống phanh của chiếc xe ô tô người lái cần nên chú ý đến các ống dẫn dầu và ống dẫn kim loại xem chúng có bị rò rỉ hoặc va chạm với những bộ phận khác trên xe hay không.
+ Dấu hiệu nhận biết khi theo dõi và kiểm tra dầu phanh:
Để biết được khả năng hoạt động của hệ thống phanh ô tô thì người lái cần theo dõi và kiểm soát lượng dầu phanh thường xuyên.
Nếu phát hiện lượng dầu phanh bị thiếu hụt, đèn cảnh báo dầu sáng. Đặc biệt, khi thấy lượng dầu thường xuyên thiếu dù đã bảo dưỡng thay mới thì điều đó có nghĩa là hệ thống ống dẫn dầu đã bị rò rỉ hoặc tắc nghẽn. Việc bạn cần làm là hãy đưa xe đi kiểm tra, sửa chữa ngay khi phát hiện để đảm bảo hoạt động của xe.
+ Kiểm tra đĩa phanh:
Khi xe đã chạy đến km cần bảo dưỡng đĩa phanh, thay mới; người lái cần mang xe ra garage để các kĩ thuật viên kiểm tra, sửa chữa. Làm vậy để đảm bảo tính an toàn khi hoạt động cho xe và tránh gây hỏng liên quan tới các bộ phận khác.
4.2 Quy trình khai thác bảo dưỡng
4.2.1 Kiểm tra tổng hợp hệ thống phanh
a) Kiểm tra tổng hợp khi xe dừng
1) Kiểm tra bàn đạp phanh
Đạp phanh: Đạp bàn đạp phanh và giữ trong vài giây. Bàn đạp phanh không được lún quá sâu và phải có độ cứng nhất định.
Kiểm tra hành trình: Hành trình của bàn đạp phanh không được quá dài, nếu không có thể hệ thống phanh đang gặp vấn đề.
3) Kiểm tra hệ thống ống dẫn dầu
Rò rỉ: Kiểm tra các ống dẫn dầu phanh xem có bị rò rỉ hay không. Nếu phát hiện rò rỉ, cần thay thế ngay lập tức.
Tình trạng ống: Ống dẫn dầu không được nứt, gãy hoặc bị mòn.
4) Kiểm tra má phanh và đĩa phanh
Độ mòn: Kiểm tra độ mòn của má phanh và đĩa phanh. Nếu má phanh mòn quá mức, cần thay thế.
Bề mặt: Bề mặt đĩa phanh phải nhẵn, không có vết nứt hoặc rãnh sâu.
b) Kiểm tra tổng hợp cho xe chạy:
Trước khi cho xe chạy chính thức trên mặt đường để điều chỉnh và thử hệ thống phanh cần cho xe chạy chậm (tốc độ 10 – 15[km]/hệ thống phanh) đạp thử phanh chân bỏ hờ tay lái xem hệ thống phanh chân có ăn tốt không hệ thống tay lái có làm lệch xe khi phanh không.
1) Kiểm tra hệ thống phanh chân:
Cho xe chạy một quãng đường rồi từ từ dừng lại (không sử dụng phanh chân). Kiểm tra đĩa phanh nếu thấy nóng tức là điều chỉnh khe hở bị bó sát cần điều chỉnh lại khe hở giữa má phanh và đĩa phanh.
2) Kiểm tra hệ thống phanh tay:
Đỗ xe trên dốc: Đỗ xe trên một đoạn dốc nhẹ và kéo phanh tay. Xe phải giữ nguyên vị trí mà không bị trôi thì đạt yêu cầu. Nếu xe bị trôi, phanh tay có thể không hoạt động hiệu quả.
4.2.3 Bảo dưỡng định kỳ cấp một
Thực hiện khi xe chạy được 1800 đến 3000 km. Làm hết những công việc của bảo dưỡng thường xuyên và làm thêm những công việc sau:
Kiểm tra điều chỉnh hành trình tự do bàn đạp phanh.
Bổ sung dầu cho hệ thống thủy lực.
4.2.4 Bảo dưỡng định kỳ cấp hai
Thực hiện khi xe chạy được 7000-12000 km. Làm hết các công việc của bão dưỡng kỹ thuật hàng ngày, bão dưỡng kỹ thuật cấp một và làm thêm các công việc sau:
Tháo phần bổ trợ chân không và xilanh chính. Rửa các chi tiết bằng dầu hoả.
Các chi tiết của xilanh phanh chính phải rửa bằng cồn và bôi trơn bằng dầu.
4.3 Các hiện tượng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục hư hỏng của hệ thống phanh trên xe KIA K3
Hư hỏng và cách khắc phục hệ thống phanh chính như bảng 4.1.
Hư hỏng và cách khắc phục hệ thống phanh dừng như bàng 4.2.
KẾT LUẬN
Trong thời gian gần hai tháng được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài tốt nghiệp “ Tính toán thiết kế hệ thống phanh trên xe KIA K3 2023” gồm có: các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh, dẫn động phanh, trợ lực phanh, .... Em đã cố gắng sưu tầm tài liệu từ các nguồn giáo trình giảng dạy và internet, .... và vận dụng kiến thức đã học tập trong những năm vừa qua để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Qua nghiên cứu và tính toán thiết kế, em thấy rằng các cụm thiết kế đều được đảm bảo về thông số làm việc và đủ bền.
Trong suốt quá trình làm đồ án, tuy thời gian có hạn nhưng em đã cố gắng tìm hiểu một cách đầy đủ nhất các thông tin và số liệu để đảm bảo hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Tuy nhiên, em cũng còn nhiều hạn chế và thiếu sót khó tránh khỏi. Em rất mong được thầy cô trong hội đồng bảo vệ đồ án tốt nghiệp ngành Kỹ thuật ô tô - Khoa Cơ Khí - Trường đại học Thủy Lợi thông cảm và góp ý để em bổ sung nâng cao chất lượng đồ án tốt nghiệp này.
Cuối cùng em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến: Th.S ………....….. - Giảng viên hướng dẫn đã giúp em hoàn thành đồ án. Kính chúc cô luôn mạnh khỏe, tiếp tục gặt hái được nhiều thành công trong công tác giảng dạy.
Em xin chân thành cảm ơn!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. GS. TS. Vũ Đức Lập, TS. Nguyễn Đức Ngọc, TS. Nguyễn Ngọc Linh, Giáo trình thiết kế các hệ thống trên ô tô tập 2, Hà Nội: Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2023.
[2]. TS. Nguyễn Đức Ngọc, ThS. Bùi Đức Tiến, ThS. Đặng Ngọc Duyên. ThS. Nguyễn Tuấn Anh, Giáo trình cấu tạo ô tô tập 2, Hà Nội: Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2023.
[3]. GS. TS. Vũ Đức Lập, TS. Nguyễn Đức Ngọc, TS. Nguyễn Ngọc Linh, Giáo trình Động lực học ô tô, Hà Nội: Nhà xuất bản Bách Khoa Hà nội, 2023.
[4]. Đặng Quý, Đỗ Văn Dũng, Dương Tuấn Tùng, Giáo trình thiết kế ô tô, Hồ Chí Minh: Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh, 2021.
[5]. PGS. TS. Nguyễn Khắc Trai, Kỹ thuật chẩn đoán ô tô, Hà Nội: Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải, 2005.
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"