ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE MAZDA CX5 2019
MỤC LỤC
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH.. 1
1.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI1
1.1.1 Công dụng. 1
1.1.2 Yêu cầu. 1
1.1.3 Phân loại1
1.2 Các dạng cơ cấu phanh và các dạng dẫn động. 2
1.2.1 Cơ cấu phanh trống guốc. 3
1.2.2 Cơ cấu phanh đĩa. 7
1.2.3 Các dạng dẫn động phanh. 10
1.2.4 Hệ thống phanh có bộ trợ lực chống hãm cứng bánh xe (ABS)20
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ.. 22
2.1 Số liệu cho trước. 22
2.2 Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh ô tô thiết kế. 22
2.2.1 Chọn sơ đồ dẫn động phanh. 22
2.2.2 Chọn sơ đồ phân dòng chính. 23
2.2.3 Chọn kiểu, loại cơ cấu phanh. 23
2.3 Tính toán xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh. 24
2.3.1 Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh. 24
2.3.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe. 27
CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH................................28
3.1 Tính toán thiết kế cơ cấu phanh. 28
3.1.1 Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu trước sinh ra và lực ép yêu cầu. 28
3.1.2 Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu sau sinh ra. 30
3.1.3 Tính toán bề rộng má phanh. 30
3.2 Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh. 32
3.2.1 Tính toán kiểm tra công trượt riêng. 32
3.2.2 Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh. 33
CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH.. 35
4.1 Hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh. 35
4.2 Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh. 35
4.3 Đường kính bầu phanh. 36
4.4 Thể tích bình chứa khí nén và số lượng bình chứa khí nén. 37
4.4.1 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu trước. 37
4.4.2 Thể tích bầu chứa khí ở các bầu phanh cầu sau. 38
4.4.3 Tổng thể tích các đường ống dẫn. 38
4.4.4 Số bình chứa cơ bản cho hệ thống phanh khí nén. 39
4.5 Mô tả chi tiết kết cấu hệ thống phanh thiết kế. 40
4.5.1 Máy nén khí40
4.5.2 Van bảo vệ ba ngã. 41
4.5.3 Tổng van phân phối 41
4.5.4 Bộ điều chỉnh áp suất 42
4.5.5 Van tăng tốc. 43
4.5.6 Bầu phanh. 44
KẾT LUẬN.. 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 47
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Trên ô tô
1.1 CÔNG DỤNG, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI
1.1.1 Công dụng
- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đó hoặc dừng hẳn ôtô.
- Giữ ôtô dừng hoặc đỗ tại một vị trí nhất định trong thời gian không giới hạn.
- Đối với ôtô hệ thống phanh là một trong những cụm quan trọng nhất, bởi vì nó bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, do đó có thể nâng cao được năng suất vận chuyển (tức là tăng được tốc độ trung bình củaxe).
1.1.2 Yêu cầu
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao, nghĩa là đảm bảo gia tốc phanh lớn, quãng đường phanh nhỏ và ổn định khi phanh nhiều lần liên tục.
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo nguyên tắc sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với mọi cường độ.
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp không lớn.
- Hoạt động êm dịu để đảm bảo sự ổn định của xe ô tô khi phanh.
- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh.
- Cơ cấu phanh thoát nhiết tốt.
- Có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp khẩn cấp.
- Có độ tin cậy, độ bền và tuổi thọ cao.
1.1.3 Phân loại
a. Theo cách bố trí
Hệ thống phanh được chia thành 2 loại sau:
- Phanh ở bánh xe.
- Phanh truyền lực.
b. Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành các loại sau:
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dãi.
c. Theo dẫn động phanh
Theo dẫn động phanh hệ thống phanh được chia ra:
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí.
- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực.
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén.
- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp.
- Hệ thống phanh dẫn động có cường hoá.
d. Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh
Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh
e. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Theo khả khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS).
f. Theo công dụng
-Hệ thống phanh chính(phanh chân).
-Hệ thống phanh dừng(phanh tay).
-Hệ thống phanh dự phòng.
-Hệ thống phanh rà hay phanh chậm dần(phanh bằng động cơ,thuỷ lực hay điện từ)sử dụng trên các ô tô cở lớn và trên các dốc dài.
1.2 Các dạng cơ cấu phanh và các dạng dẫn động
Hệ thống phanh ôtô gồm có phanh chính và phanh dừng trong đó phanh chính thường là phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân còn phanh dừng thường là phanh tay, phanh tay thường được bố trí ở ngay sau trục thứ cấp của hộp số hoặc bố trí ở các bánh xe.
Việc dùng cả hai phanh, phanh chính và phanh phụ đảm bảo độ an toàn của ôtô khi chuyển động và dừng hẳn. Hệ thống phanh có hai phần cơ bản đó là cơ cấu phanh và dẫn động phanh.
- Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp làm giảm tốc độ góc của bánh xe ô tô , được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
- Dẫn động phanh: dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Ví dụ nếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí. Nếu là dẫn động thuỷ lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
1.2.1 Cơ cấu phanh trống guốc
Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu cơ cấu phanh bao giờ cũng phải có hai phần chính là: Các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Ngoài ra, cơ cấu phanh còn có một số bộ phận phụ khác, như : Bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối với dẫn động thủy lực...
1.2.1.1 Cơ cấu phanh trống guốc loại 1
Hình 1.1 Cơ cấu phanh trống guốc loại 1
1- Piston ép; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Chốt cố định ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh ; 11- Lò xo xy-lanh
- Loại cơ cấu phanh trống guốc này có cơ cấu ép bằng xy-lanh kép và có hai điểm tựa cố đinh của guốc được bố trí cùng phía.
- Cấu tạo của cơ cấu phanh loại này là hai chốt cố định có bố trí bạc lệnh tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh ở phái trước khe hở, phía trên điều chỉnh bằng cam lệch tâm.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, hai guốc đối xứng qua trục, chỉ dùng một xy-lanh ép.
- Mô-men phanh chạy tiến như chạy lùi.
Nhược điểm:
- Mô men ma sát được tạo ra bởi các guốc có giá trị khác nhau do tính chất tách/siết của các guốc đối với tang trống phụ thuộc vào chiều quay của xe.
1.2.1.2 Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
Hình 1.2 Cơ cấu phanh trống guốc loại 2.
1- Piston ép; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Chốt cố định ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh; 11 Lò- xo xy-lanh
- Đây là loại trống guốc có cơ cấu ép băng xy-lanh đơn và có hai điểm tựa cố định của tâm quay guốc được bố trí khác phía.
- Loại này có tính chất đối xứng hoàn toàn về phương diện kết cấu qua tâm quay bánh xe. Vì vậy mô men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau và có đặc điểm như sau:
+ Hai guốc sử dụng hai cơ cấu ép riêng biệt bởi hai xy-lanh đơn bố trí vể hai phía khác nhau.
+ Hai guốc của cơ cấu phanh có tâm quay của điểm tựa cố định được bố trí về hai phía khác nhau.
Ưu điểm:
- Hiệu quả phanh khi ôtô chuyển động tiến tăng lên nhiều
Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp vì phải dùng hai xy-lanh.
- Hiệu quả phanh khi ô tô chuyển động lùi là rât kém.
1.2.1.3 Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại cường hóa)
Hình 1.3 Cơ cấu phanh trống guốc loại 3
1- Piston ép ; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Thanh cường hóa ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh; 11- Lò xo xy-lanh
- Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống guốc có cơ cấu ép băng xy-lanh kép và thanh cường hóa.
- Đây là kiểu đặc biệt, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng. Tuy vậy mô men ma sát được tạo ra bởi hai guốc có giá trị tăng lên đáng kể nhờ guốc này cường hóa cho guốc kia.
Đặc điểm
- Đầu trên hai guốc sử dụng chung một xy-lanh kép để tạo lực ép chính cho hai guốc.
- Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy động.
- Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều thêm một tâm quay tùy động được bố trí cùng phía xy-lanh kép.
- Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép nên các lực tác dụng lên các guốc là cùng song song nhau.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo, dể bảo dưỡng.
Nhược điểm:
- Kích thước lớn, giá thành cao.
1.2.1.4. Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 (loại cam ép)
Hình 1.4 Cơ cấu phanh trống guốc loại 4
1- Cam ép; 2- Guốc phanh trước; 3- Má phanh trước; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước; 5- Chốt cố định; 6- Guốc phanh sau; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau; 8- Má phanh sau; 9- Lò xo hồi vị guốc
- Đây là kiểu đặc biệt, có tính đối xứng về phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng. Tuy vậy mô men ma sát được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn bằng nhau.(hai guốc được ép cưỡng bức với cùng hành trình nâng cam làm cho chúng có cùng biến dạng và do đó có cùng áp lực và cùng mô men ma sát).
Đặc điểm
- Hai guốc sử dụng cùng một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo lưc ép cho hai guốc.
- Hai guốc có tâm quay của điểm tỳ cùng bố trí về một phía.
Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo, dể bảo dưỡng.
Nhược điểm:
- Kích thước lớn, giá thành cao.
1.2.2 Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch (chủ yếu ở các bánh trước) và máy kéo. Gần đây loại phanh này bắt đầu được sử dụng trên một số ôtô vận tải và chở khách.
Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay, vòng ma sát quay.
Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau.
Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏ quay. Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay.
Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi.
Phương án lắp cố định có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn. Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh cao hơn.
Hình 1.5 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định
1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston; 4- Vòng làm kín; 5- Đĩa phanh
Để khắc phục kiểu lắp má kẹp cố định có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động. Má kẹp có thể làm tách rời hay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định. Kết cấu như vậy có độ cứng vững thấp.
Khi các chốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm cho các má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gây rung động. Tuy vậy nó chỉ có một xi lanh thủy lực với chiều dài lớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốt hơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm việc có thể giảm được 30 ¸ 50 oC.
Ngoài ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe. Nhờ đó giảm được cánh tay đòn tác dụng của lực cản lăn đối với trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng.
Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xi lanh cố định
1- Đĩa phanh; 2- Má kẹp; 3- Đường dầu; 4- Piston;
2- 5- Thân xi lanh; 6- Má phanh
|
Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xylanh bố trí trên má kẹp 1. Má kẹp; 2. Piston; 3. Chốt dẫn hướng; 4. Đĩa phanh; 5. Má phanh. |
- Ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc
+ Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 ¸ 0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.
+ Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều.
+ Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở.
+ Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe.
+ Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn.
+ Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với loại đĩa quay (xem hình 1.37).
- Nhược điểm hạn chế sự sử dụng
+ Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
+ Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh.
+ Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước.
+ Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng.
1.2.3 Các dạng dẫn động phanh
1.2.3.1 Dẫn động phanh cơ khí
Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các thanh, các đòn bẩy và dây cáp. Dẫn động phanh cơ khí ít dùng để điều khiển nhiều cơ cấu phanh vì nó khó đảm bảo phanh đồng thời tất cả các bánh xe, vì độ cứng vững của các thanh dẫn động phanh không như nhau, khó đảm bảo sự phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu phanh. Do những đặc điểm trên nên dẫn động cơ khí không sử dụng cho hệ thống phanh chính mà sử dụng ở hệ thống phanh dừng.
Các chi tiết của cơ cấu phanh dừng (hình 1.8).
Hình 1.8 Cơ cấu phanh dừng
Đòn quay một đầu được liên kết bản lề với phía trên của một guốc phanh, đầu dưới liên kết với cáp dẫn động. Thanh nối liên kết một đầu với đòn quay một đầu với guốc phanh còn lại.
Khi điều khiển phanh tay thông qua hệ thống dẫn động, cáp kéo một đầu của đòn quay quay quanh liên kết bản lề với phía trên của guốc phanh bên trái. Thông qua thanh nối mà lực kéo ở đầu dây cáp sẽ chuyển thành lực đẩy từ chốt bản lề của đòn quay vào guốc phanh bên trái và lực đẩy từ thanh kéo vào điểm tựa của nó trên guốc phanh bên phải. Do đó hai guốc phanh được bung ra ôm sát trống phanh thực hiện phanh bánh xe.
Để điều khiển cơ cấu phanh hoạt động cũng cần phải có hệ thống dẫn động. Hệ thống dẫn động của cơ cấu phanh dừng loại này thông thường bao gồm: một cần kéo hoặc tay kéo (hình 1.9a và 1.9b); các dây cáp và các đòn trung gian (1.9c).
Hình 1.9 Dẫn động của cơ cấu phanh dừng
1.2.3.2 Dẫn động phanh thuỷ lực
* Cấu tạo chung
Sơ đồ cấu tạo hệ thống dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực được thể hiện trên hình bên. Cấu tạo chung của hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực bao gồm : bàn đạp phanh, xi lanh chính (tổng phanh), các ống dẫn, các xi lanh công tác.
Hình 1.10 Dẫn động phanh chính bằng thuỷ lực
Dẫn động phanh thủy lực (chất lỏng chủ yếu được dùng là dầu) có ưu điểm độ nhạy cao (do dầu không bị nén), dễ bố trí trên xe.
Có thể phân bố lực phanh giữa các bánh xe hoặc giữa các guốc phanh theo đúng yêu cầu thiết kế.
Nhược điểm là lực phanh sinh ra bị hạn chế phụ thuộc vào lực tác dụng lên bàn đạp của người láinên lực phanh sinh ra không lớn. Vì vậy hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
Khi lực đẩy lên guốc phanh lớn thì áp suất thuỷ lực phải cao, do tỷ số kích thước giữa piston ở xi lanh công tác và xi lanh chính bị hạn chế dẫn tới làm tăng lực tác dụng lên bàn đạp, vì vậy nếu muốn dùng dẫn động phanh thủy lực cho xe cỡ lớn thì phải dung thêm trợ lực.
Trong hệ thống phanh dẫn động phanh bằng thuỷ lực tuỳ theo sơ đồ của mạch dẫn động người ta chia ra dẫn động một dòng và dẫn động hai dòng.
1.2.3.3 Dẫn động phanh thuỷ lực một dòng
* Cấu tạo
Hình 1.11 Dẫn động phanh thuỷ lực một dòng
1- Xi lanh phanh trước; 2- Xi lanh chính; 3- Trợ lực chân không;
4- Bàn đạp phanh; 5- Xi lanh phanh sau
* Nguyên lí làm việc
Khi phanh người lái tác dụng vào bàn đạp (4) một lực sẽ đẩy piston của xilanh chính (2), do đó dầu được ép và áp suất dầu tăng lên trong xilanh và các đường ống dẫn dầu, chất lỏng với áp suất lớn ở các xilanh bánh xe sẽ thắng lực lò xo và tiến hành ép guốc phanh vào với trống phanh.
Khi không phanh nữa, người lái không tác dụng vào bàn đạp, các lò xo hồi vị của bàn đạp, của piston làm cho piston trở về vị trí cũ, lò xo hồi vị cũng kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu.
1.2.3.4 Dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng
* Cấu tạo
Hình 1.12 Dẫn động phanh thuỷ lực hai dòng
1- Xi lanh phanh trước; 2- Bộ chia dòng; 3- Xi lanh chính;
4- Bàn đạp phanh; 5- Xi lanh phanh sau
I. Đường dầu ra phanh trước; II. Đường dầu ra phanh sau
* Nguyên lý làm việc
Khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh (4), sẽ tác dụng đến piston ở xilanh chính (3)làm việc, đẩy dầu vào bộ chia dòng (2), từ bộ chia dòng (2) này sẽ phân chia ra hai đường dầu I và II.
- Đường dầu I sẽ dẫn động các cơ cấu phanh trước.
- Đường dầu II sẽ dẫn động các cơ cấu phanh sau.
* So với dẫn động phanh 1 dòng thì loại dẫn dộng 2 dòng có ưu điểm là trong quá trình sử dụng hệ thống phanh, nếu như có một đường ống nào đó bị rò rỉ hoặc bị hư hỏng thì đường ống kia vẫn hoạt động bình thường để điều khiển xe dừng. Nhưng nó cũng có nhược điểm là kết cấu cồng kềnh phức tạp hơn.
1.2.3.5 Dẫn động phanh bằng khí nén
Dẫn động phanh bằng thuỷ lực có ưu điểm dễ bố trí, độ nhạy cao nhưng lực điều khiển trên bàn đạp bị hạn chế.
Để giảm lực điều khiển trên bàn đạp, đối với ôtô tải trung bình và lớn người ta thường sử dụng dẫn động phanh bằng khí nén. Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu dùng để điều khiển van phân phối còn lực tác dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh thực hiện.
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.
* Cấu tạo
Hình 1.13 Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén
1- máy nén khí; 2- bầu lọc khí; 3- bộ điều chỉnh áp suất; 4- đồng hồ áp suất; 5- bàn đạp phanh; 6- van an toàn; 7- bình chứa khí; 8- van phân phối (tổng phanh); 9- bầu phanh; 10- cam phanh; 11- lò xo cơ cấu phanh; 12- guốc phanh
Qua sơ đồ cấu tạo của dẫn động phanh khí nén chúng ta thấy hệ thống bao gồm các phần tử cơ bản sau:
- Máy nén khí, van áp suất và các bình chứa khí : là bộ phận cung cấp nguồn khí nén có áp suất cao ( 0,6 - 0,7 MN/m2 ) 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 có nhiệm vụ biến áp suất khí nén thành lực cơ học tác dụng lên cam ép để thực hiện quá trình phanh.
- Cơ cấu phanh bao gồm : guốc phanh, trống phanh, mâm đĩa, lò xo hồi vị, trục cam. Cụm chi tiết này được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh ôtô.
* Nguyên lý hoạt động
Khi đạp lên bàn đạp phanh khí nén từ bình chứa qua van phân phối đến các bầu phanh, qua màng phanh tác động lên ty đẩy, ty đẩy tác động lên đòn quay làm xoay cam phanh của cơ cấu phanh, ép sát guốc phanh vào trống phanh thực hiện quá trình phanh xe.
Khi nhả phanh, van phân phối khóa khí nén ngừng cấp tới các bầu phanh, nhờ các lò xo hồi vị đẩy ty đẩy về vị trí ban đầu. Khí nén thoát ra ngoài khí quyển qua van phân phối.
1.2.3.6 Dẫn động phanh khí nén một dòng
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (1), qua van điều chỉnh áp suất (2), qua bộ lọc tách nước (3) tới bình chứa khí nén (4), sau đó khí nén được dẫn tới túc trực ở van điều khiển (10).
Khi người lái xe tác dụng vào bàn đạp phanh (11) sẽ điều khiển mở van (10), dòng khí nén từ van (10) đi theo đường ống dẫn tới các bầu phanh để thực hiện quá trình phanh.
Khi nhả bàn đạp van (10) đóng, ngắt liên hệ giữa bình chứa khí với các bầu phanh, đồng thời mở đường ống ở van (10) thông với không khí bên ngoài, khí nén từ bầu phanh thoát ra ngoài và lò xo hồi vị kéo guốc phanh trở về vị trí ban đầu kết thúc quá trình phanh.
Khi người lái điều khiển phanh tay, bầu tích năng của các bầu phanh sau 6,8 được nối thông với khí quyển qua van phanh tay 5, các lò xo tích năng được giải phóng, thực hiện việc phanh các bánh xe cầu sau. Khi muốn nhả phanh, người lái gạt tay gạt của van 5. Khí nén được đưa từ bình khí 4 tới các bầu phanh tích năng của các bầu 6,8 ép lò xo tích năng lại , thực hiện việc nhả phanh
Hình 1.14 Dẫn động phanh khí nén một dòng
1- Máy nén khí; 2- Van điều áp; 3- Bộ lọc tách nước; 4- Bình chứa khí;
5- Van điều khiển phanh tay; 6,8- Bình tích năng; 7,9,12- Bầu phanh;
10- Van điều khiển;11- Bàn đạp phanh
* Ưu điểm dẫn động phanh khí nén một dòng
- Điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệ thống dẫn động phanh thủy lực.
- Có khả năng cơ khí hoá quá trình điều khiển ôtô.
* Nhược điểm dẫn động phanh khí nén một dòng
- Độ chậm tác dụng lớn hơn so với dẫn động thuỷ lực.
- Số lượng các cụm khá nhiều, kích thước và trọng lượng của chúng khá lớn, giá thành cao.
1.2.3.7 Dẫn động phanh khí nén hai dòng
* Cấu tạo
Hình 1.15 Dẫn động phanh khí nén hai dòng
1-Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3-Bộ điều chỉnh áp suất; 4- Bộ lọc tách nước;
5-Van một chiều: 6,8,14,16-Bình chứa khí nén; 7-Van bảo vệ; 9- Van tăng tốc;
10- Bầu tích năng; 11- Tổng van phân phối; 12- Bầu phanh;13- Van điều khiển phanh tay 15- Đồng hồ đo áp suất;
* Nguyên lý làm việc
- Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí (1), qua bộ điều chỉnh áp suất (3), qua bộ lọc tách nước (4) qua bình chứa khí nén (6) qua van bảo vệ (7) và được đưa tới bình chứa khí nén (8,15,16). Van bảo vệ (7) đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí cho 2 dòng dẫn động phanh.
Dẫn động phanh chính gồm có 2 dòng độc lập với nhau. Dòng dẫn động phanh cầu trước bắt đầu từ bình chứa khí (14) đi qua khoang trên của tổng van phân phối (11) tới các bầu phanh (12).Dòng dẫn động cầu sau đi từ bình chứa khí (8) qua khoang dưới của tổng van phân phối (11), qua van tăng tốc(9)tới bầu tích năng (10).
Chức năng phanh dừng và phanh dự phòng được thực hiện bởi một hệ thống chung, gồm có các bình chứa khí (16) van điều khiển (13), và các bầu tích năng dạng lò xo (10) bố trí tại các cầu sau của ôtô. Nguyên lí làm việc tương tự như đã nói ở trên cho dẫn động một dòng.
* Ưu điểm của hệ thống dẫn động phanh khí nén hai dòng
Ngoài những ưu điểm dẫn động phanh khí nén một dòng thì loại dẫn động hai dòngđảm bảo độ an toàn và tin cậy cao hơn vì một trong hai dòng khí nén bị rò rỉ thì ta vẫn có thể sử dụng dòng khí nén còn lại.
* Nhượng điểm của hệ thống dẫn động phanh khí nén hai dòng
Nhược điểm dẫn động phanh khí nén hai dòngphương án này có kết cấu phức tạp, van bảo vệ hai ngả, van phân phối hai tầng, trang thiết bị cồng kềnh hơn dẫn động phanh một dòng.
1.2.3.8 Dẫn động phanh liên hợp
Dẫn động phanh liên hợp là kết hợp giữa thuỷ lực và khí nén, trong đó phần thuỷ lực đảm bảo cho độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe. Phần khí nén cho phép điều khiển nhẹ nhàng.
* Cấu tạo và nguyên lý làm việc
Khi phanh người lái điều khiển tác động một lực vào bàn đạp phanh (11) để mở van phanh, lúc này khí nén từ bình chứa (5)(6) đi vào hệ thống qua van phân phối đến các xilanh chính.
Tại xilanh chính, lực tác động của dòng khí có áp suất cao (0,8 - 1 MN/m2) đẩy piston thuỷ lực tạo cho dầu phanh trong đường ống có áp suất cao đi vào xilanh bánh xe thực hiện quá trình phanh. Van an toàn kép (4) đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí cho 2 dòng dẫn dộng phanh.
Hình 1.16 Hệ thống phanh liên hợp
1-Máy nén khí; 2- Van điều áp; 3- Bộ lọc tách nước; 4- Van an toàn kép; 5,6,18,19-Bình chứa khí; 7,8- Các đường ống dẫn khí; 10- Bàn đạp phanh; 11- Van phân phối; 12,15- Xi lanh chính; 13,16- Xilanh công tác; 14- Bộ điều hòa lực phanh; 17- Van bảo vệ; 20- Van điều khiển phanh tay; 21- Van gia tốc
Khi nhả phanh, khí nén ngừng cấp tới các xilanh chính, phần khí nén còn lại theo đường ống trở về và thoát ra ngoài khí quyển qua bộ điều chỉnh lực phanh 14 và van phân phối. Đồng thời với đó nhờ các lò xo hồi vị được bố trí trong từng cụm chi tiết, cơ cấu trở về vị trí ban đầu.
Trong hệ thống phanh dẫn động liên hợp, cơ cấu dẫn động là phần khí nén và cơ cấu chấp hành là phần thuỷ lực, cơ cấu dẫn động thì được chia làm hai dòng riêng biệt để điều khiển các bánh trước và sau. Nếu có một trong hai dòng có sự cố thì dòng còn lại phải đảm bảo hiệu quả phanh nhất định.
* Ưu điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực
- Kết hợp được nhiều ưu điểm của hai hệ thống phanh thuỷ lực và khí nén, khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc độc lập.
- Vừa tạo được lực phanh lớn ở các cơ cấu phanh, lại vừa giảm thời gian chậm tác dụng, giảm lực tác dụng lên bàn đạp phanh cho người lái.
* Nhược điểm của hệ thống phanh khí nén – thuỷ lực
- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp là rất cồng kềnh và phức tạp.
- Khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa.
- Giá thành cao.
1.2.4 Hệ thống phanh có bộ trợ lực chống hãm cứng bánh xe (ABS)
Hình 1.17 Sơ đồ nguyên lý chung của hệ thống phanh có bộ điều khiển ABS.
1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xylanh chinhd hoặc tổng van khí nén; 6- Xylanh bánh xe hoặc bầu phanh
Mục đích của bộ chống hãm cứng bánh xe là duy trì hệ số trượt giữa bánh xe với mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trog khoảng 10%-30% để đảm bảo hệ số bám dọc và ngang điều cao. Do đó đảm bảo được hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh cao.
.
Hình 1.18 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh dầu có điều khiển ABS.
1- Bộ điều khiển ABS-ECU; 2- Cảm biến tốc độ sau; 3- Công tắc đèn phanh;
4- Van P; 5- Bộ chấp hành ABS; 6- Cơ cấu phanh;
7- Cảm biến tốc độ trước; 8- roto cảm biến.
Chức năng các bộ phận
- Cảm biến tốc độ bánh xe: Nhằm phát hiện tốc độ góc của bánh xe và gởi tín hiệu đến bộ ABS-ECU.
- ABS-ECU: theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ oto và sự thay đổi tốc độ của bánh xe từ tốc độ góc. ABS-ECU điều khiển các bộ phận chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho mỗi xylanh bánh xe.
- Bộ chấp hành ABS: hoạt động theo lệnh từ ECU, để tăng, giảm hay giữu nguyên áp suất dầu cần thiết để đảm bảo hệ số trượt tốt nhất tránh bó cứng bánh xe.
Hình 1.19 Sơ đồ nguyên lý ABS điều khiển điện tử và dẫn động khí nén.
1- Bầu phanh; 2- Đường dẫn khí; 3- Mođun chấp hành; 4- Bình chứa khí; 5- Tổng van phanh; 6- Bàn đạp; 7- Nối với khí quyển; 8- Khối điều khiển điện tử;
9- Đường dẫn điện; 10- Cảm biến tốc độ
CHƯƠNG 2. PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
2.1 Số liệu cho trước
Bảng 2.1.Các thông số kỹ thuật xe tham khảo
|
Thông số |
Kích thước |
Đơn vị |
|
Khối lượng toàn bộ |
105000 |
N |
|
Phân bố tải trọng ra cầu trước |
33600 |
N |
|
Phân bố tải trọng ra cầu sau |
71400 |
N |
|
Tốc độ cực đại của ô tô |
120 |
Km/h |
|
Chiều dài cơ sở |
4000 |
mm |
|
Chiều cao trọng tâm(hg) |
1700 |
mm |
|
Bán kính làm việc trung bình của bánh xe(Rbx) |
0.45 |
m |
2.2 Phân tích lựa chọn cơ cấu phanh và dẫn động phanh.
2.2.1 Chọn sơ đồ dẫn động phanh
Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén cho ô tô đơn
1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- bộ điều chỉnh áp suất; 4- bộ lắng lọc và tách ẩm; 5- Van bảo vệ kép; 6,10- các bình chứa khí nén; 7,9- các bầu phanh; 8- Van phân phối
- Từ những phân tích ưu nhược điểm cùng phạm vi sử dụng của các sơ đồ dẫn động phanh được sử dụng trên ô tô (ở mục 1.3.2.4 thuộc chương 1) em chọn dẫn động phanh bằng khí nén.
- Sở dĩ chọn sơ đồ dẫn động như vậy vì loại ô tô thiết kế là ô tô khách có trọng lượng toàn bộ 7200 [kg].
2.2.2 Chọn sơ đồ phân dòng chính
- Từ những phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ phân dòng (được trình bày ở chương 1) ta chọn sơ đồ phân chính trên xe khách như sau:
Hình 2.2 Sơ đồ phân dòng chính trên ô tô khách
3- Bộ phận phân dòng ( Van phân phối ); 1,5- Các bánh xe trước, sau;
2,4- Các dòng dẫn động
- Với sơ đồ phân dòng chính ở trên, tuy hiệu quả sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh ở cầu trước. Nhưng đây là sơ đồ dẫn động phanh đơn giản nhất, đồng thời mức độ bất đối xứng lực phanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép khi một trong hai dòng dẫn động bị hỏng.
2.2.3 Chọn kiểu, loại cơ cấu phanh
- Với xe khách do phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước là 30% và trục sau là 70%. chọn cơ cấu phanh sử dụng ở cầu trước và cầu sau giống nhau là cơ cấu phanh trống- guốc, sử dụng cơ cấu ép là cam kép như hình 2.3 bên dưới.
Hình 2.3 Cơ cấu phanh trống - guốc sử dụng cơ cấu ép cam ép
2.3 Tính toán xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh
2.3.1 Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh
- Xét các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên như hình 2.1.
Hình 2.4 Các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên trên mặt đường nằm ngang
+ Trong đó:
- a, b: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trước/sau
- L : Chiều dài cơ sở của xe
- Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe
- Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và sau
- hg : Chiều cao trọng tâm của xe
- O : Trọng tâm của xe
- Viết phương trình cân bằng momen khi bánh xe đứng yên: (Hình 2.1)
+ Phương trình cân bằng momen tại O1:
Z2.L - Ga.a = 0 => a = (2.1)
Với Z2 = 4680[kg]
L = 4200 [mm]
Ga = 7200 [kg]
Thay các giá trị vào (2.1) ta được:
a == 2720 [mm] = 2,72 [m]
Ta có: L = a + b => b = 4000 - 2720 = 1280 [mm] = 1,28 [m]
- Để xét điều kiện đảm bảo phanh tối ưu ( phanh hiệu quả nhất ) chúng ta dùng sơ đồ ở hình 2.2 trình bày các lực tác dụng lên ô tô khi phanh ở trường hợp xe ở trên mặt phẳng nằm ngang.
...
KẾT LUẬN
Đối với hệ thống phanh xe khách tính toán các thông số của cơ cấu phanh và dẫn động phanh như trên là khá hợp lý. Cơ cấu phanh trước và sau giống nhau là cơ cấu phanh trống - guốc ,đảm bảo độ an toàn và tính đơn giản gọn nhẹ thuận lợi trong quá trình bảo dưỡng sửa chửa. Qua đồ án này ta có thể hình dung cách tính toán và thiết kế lựa chọn các thông số và lựa chọn sơ đồ cơ cấu phanh, dẫn động phanh phù hợp với mục đích công dụng và đặc biệt là tính an toàn của hệ thống. Ta có thể phân tích các ưu nhược điểm từng phương án để có hướng đi trong 1 quá trình thiết kế. Tuy đồ án này chưa hoàn chỉnh lắm nhưng cũng đã góp phần cho em hiểu được toàn bộ về thiết kế một hệ thống trên ô tô, rèn luyện khả năng tư duy, phân tích logic để đưa ra quyết định phù hợp với yêu cầu thiết kế. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy T.S .... đã hướng dẫn cho em hoàn thành đồ án này.
Em xin chân thành cảm ơn !
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. KẾT CẤU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ VÀ THIẾT KẾ ÔTÔ – TS. Nguyễn Hoàng Việt. Giáo trình mạng nội bộ Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
[2]. HƯỚNG DẪN TÍNH TOÁN THIẾT KẾ MÔN HỌC HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ – TS. Lê Văn Tụy. Giáo trình mạng nội bộ Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
[3]. THIẾT KẾ TÍNH TOÁN ÔTÔ MÁY KÉO (TẬP III) – Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp.
[4]. LÝ THUYẾT ÔTÔ MÁY KÉO – Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội -2005.
[5]. KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN Ô TÔ – Trường đại học Giao Thông Đường Sắt và Đường Bộ.
