Nhu cầu sở dụng ô tô trong giao thông hiện nay đang phát triễn mạnh mẽ .Trong ngành động lực chuyên nghiên cứu để chế tạo động cơ ,đề tạo ra công suất có ích rất lớn và giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Nhưng để sở dụng hiệu gủa công suất đó trên ô tô thì lại phụ thuộc vào cấu tạo của ô tô. Để ô tô hoạt động được những thông số kỹ thuật cũng như tính ổn định của ô tô trong qúa trình làm việt . Đồ án môn học tính toán và thiết kế ô tô phải đảm nhận nhiệm vụ này. Dựa trên lý thuyết ô tô và máy kéo.
Nay em nhận thiết kế hệ thống phanh của ô tô nhằm mục đích ôn lại kiến thức đã học và nâng cao kỹ năng linh hoạt trong tính toán và thiết kê.
Được sự giảng dạy của giáo viên bộ môn và sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy
hướng dẫn, Nay em đã hoàn thành đồ án, nhưng trong qúa trình tính toán không tránh khỏi sai sót , mong thầy cô chỉ dẫn . Em xin chân thành cảm ơn.
................................................
MỤC LỤC
Trang.
1.CÁC SỐ LIỆU VÀ THÔNG SỐ DÙNG TRONG THUYẾT MINH................3
1.1CÁC SỐ LIỆU CHO TRƯỚC...............................................................................3
1.2.CÁC THÔNG SỐ DÙNG TRONG THUYẾT MINH.........................................3
2.CHỌN LOẠI PHANH VÀ TÍNH MÔMEN PHANH CẦN THIẾT.................4
2.1.CHỌN LOẠI PHANH..........................................................................................4
2.1.1.Ưu và nhược điểm của dẫn động phanh dầu.................................................5
2.1.2.Ưu và nhược điểm của dẫn động phanh khí nén...........................................5
2.2.CHỌN DẪN ĐỘNG PHANH VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH......................5
2.3.TÍNH MÔMEN PHANH CẦN THIẾT................................................................7
3.CHỌN VÀ TÍNH CƠ CẤU PHANH....................................................................9
3.1 CHỌN SƠ ĐỒ CƠ CẤU PHANH........................................................................9
3.2. TÍNH TOÁN CƠ CẤU ÉP................................................................................10
3.2.1. Tính lực tác dụng lên guốc phanh................................................................10
3.2.2. Kiểm tra hiện tượng tự xiết..........................................................................12
3.2.3. Xác định kích thước má phanh....................................................................13
3.2.4. Tính công ma sát riêng.................................................................................14
3.2.5. Tính toán nhiệt..............................................................................................14
4. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH..................................................................16
4.1. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XI LANH CHÍNH VÀ XI LANH BÁNH XE..............17
4.2. TÍNH TOÁN HÀNH TRÌNH LÀM VIỆC VÀ LỰC BÀN ĐẠP......................19
4.2.1. Tính toán hành trình làm việc.....................................................................19
4.2.2. Tính toán lực bàn đạp...................................................................................21
4.2.3. Tính toán trợ lực............................................................................................21
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ
1. CÁC SỐ LIỆU VÀ CÁC THÔNG SỐ DÙNG TRONG THUYẾT MINH
1.1. SỐ LIỆU CHO TRƯỚC.
1. Loại ôtô Xe khách
2. Chiều dài cơ sỡ 4200 [mm]
3. Chiều cao trọng tâm 1050 [mm]
4. Trọng lượng toàn bộ 11600 [kg]
5. Bán kính bánh xe 500 [mm]
6. Đường kính trống phanh 440 [mm]
1.2. CÁC THÔNG SỐ DÙNG TRONG THUYẾT MINH.
STT Tên gọi Ký hiệu Đơn vị
1 Trọng lượng toàn bộ của ôtô Ga Kg
2 Lực pháp tuyến của cầu trước Z1 N
3 Lực pháp tuyến của cầu sau Z2 N
4 Lực quán tính Pj N
5 Vận tốc của ôtô V Km/h
6 Lực cản của không khí Pw N
7 Lực cản lăn của cầu trước Pf2 N
8 Lực cản lăn của cầu sau Pf2 N
9 Lực phanh của cầu trước Pp1 N
10 Lực phanh của cầu sau Pp2 N
11 Chiều dài cơ sở L mm
12 Chiều dài từ cầu trướcđến trọng tâm G của ôtô A mm
13 Chiều dài từ cầu sau đến trọng tâm G của ôtô B mm
14 Gia tốc chậm dần khi phanh J m/s2
15 Tải trọng phân bố lên cầu trước Gat Kg
16 Tải trọng phân bố lên cầu sau Gas Kg
17 Chiều cao trọng tâm hg mm
18 Gia tốc trọng trường g m/s2
19 Hệ số bám
20 Bán kính thiết kế của bánh xe Rtk mm
21 Bán kính của bánh xe rbx mm
22 Hệ số kể đến biến dạng của lốp
23 Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh Jmax m/s2
24 Mômen phanh cầu trước Mpt Nm
25 Mômen phanh cầu sau Mps Nm
26 Ký hiệu của lốp B-d Inch
27 Bán kính vành xe rv mm
28 Bán kính trống phanh rt mm
29 Khe hỡ giữa má phanh và trống phanh o mm
30 Số nhánh của xilanh chính m
31 Lực bàn đạp Pbđ N
32 Hành trình bàn đạp Sbđ mm
33 Hành trình tự do So mm
34 Hành trình của cần xilanh chính Scần mm
35 Tỉ số truyền của bàn đạp r2/r1
36 Hành trình không tải của Piston , ” mm
37 Khe hỡ giữa cần đẩy và Piston xi lanh chính mm
38 Góc ôm của má phanh Độ
39 Góc đầu má phanh 1 Độ
40 Góc cuối má phanh 2 Độ
41 Mômen phanh của một cơ cấu phanh bánh trước M1 Nm
42 Mômen phanh của một cơ cấu phanh bánh sau M2 Nm
43 Mômen phanh của một guốc trước bánh sau M1st Nm
44 Công ma sát riêng Lms J/cm2
45 Diện tích của các má phanh F m2
46 Diện tích của các má phanh trước Ft m2
47 Diện tích của các má phanh sau Fs m2
48 Khối lượng của trống phanh mt Kg
49 Nhiệt dung riêng của vật liệu làm trống phanh C J/Kg.độ
50 Khối lượng riêng của vật liệu làm trống phanh Kg/m3
51 Đường kính các xilanh bánh xe dki mm
52 Đường kính các xilanh bánh xe trước dt mm
53 Đường kính các xilanh bánh xe sau ds mm
54 Đường kính xilanh chính dc mm
55 Ap suất cho phép của dẫn động pmax N/m2
56 Hệ số tính đến sự giãn nỡ của các đường ống K
57 Hành trình của xilanh bánh xe thứ nhất xi mm
58 Hiệu suất của dẫn động phanh
2. CHỌN LOẠI PHANH VÀ TÍNH MÔMEN PHANH CẦN THIẾT.
2.1. CHỌN LOẠI PHANH.
Đối với xe khách có trọng lượng toàn bộ là Ga = 11600 [kg], căn cứ vào phạm vi sữ dụng của từng loại phanh để đạt được yêu cầu các hệ thống phanh thì chọn loại phanh đẩm bảo các yêu cầu sau :
Có độ tin cậy cao
Có tính ổn định khi phanh
Điều khiển nhẹ nhàn thuật tiện
2.1.1.Ưu và nhược điểm của dẫn động phanh dầu.
*.Ưu điểm .
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
- - Luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dẫn động phanh bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh áp sát vào trống phanh.
- Hiệu suất phanh cao ( = 0,8 0,9)
- Kích thước đơn giản, gọn nhẹ, khối lượng nhỏ.
- Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau, mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh
*Nhược điểm.
- Yêu cầu độ kín khít cao, có một chổ rò rỉ thì cả dòng không làm việc được
- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn, thường dùng các bộ trợ lực để giảm lực đạp.
- Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị rung động và mômen phanh không ổn định.
2.1.1.Ưu và nhược điểm của dãn động phanh khí nén.
* Ưu điểm.
- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.
- Làm việc tin cậy hơn dẫn động phanh thuỷ lực.
- Dể phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như: phanh rơ mooc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén.
* Nhược điểm.
- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
- Do hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn so với dẫn động phanh thuỷ lực.
- Số lượng các cụm chi tiết nhiều.
- Kết cấu giá thành cao.
*Để đảm bảo các yêu cầu trên ta chọn hệ thống phanh thủy lực là hợp lý nhất vì nó đảm bảo các yêu cầu trên.
2. 2. CHỌN DẪN ĐỘNG PHANH VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH.
Dẫn động phanh để điều khiển cơ cấu phanh làm việc phải tin cậy nên chọn dẫn động phanh ít nhất có hai dòng để cho một dòng bị hỏng thì còn dòng kia hoạt động được để cho ôtô có hiệu quả phanh nhất định.
* Các loại sơ đồ dẫn động phanh:
........................................
Hình 2-2 . Các loại sơ đồ dẫn động phanh.
a)-Sơ đồ phân dòng theo 2 cầu.
b)-Sơ đồ phân 2 dòng cầu trước và 1 dòng cầu sau.
c)-Sơ đồ phân dòng chéo.
d)-Sơ đồ phân dòng chéo 2 dòng cầu trước.
e)Sơ đồ 2 dòng cho mỗi cầu.
Mỗi sơ đồ trên diều có ưu khuyết điểm của nó nên khi ta chọn cần đảm bảo các yêu cầu chính sau :
- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng.
- Mức độ bất đối xứng lực phanh.
- Mức độ phức tạp của kết cấu.
Theo sơ đồ (a) ta thấy đơn giản nhất và nếu như một dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh còn lại bé hơn 50%.
Sơ đồ (b) nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh còn lại luôn lớn hơn 50% không bất đối xứng lực phanhnhưng kết cấu hơi phức tạp.
Sơ đồ (c) khi một trong 2 dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh luôn còn 50% nhưng bất đối xứng lực phanh.
Sơ đồ (d) nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh còn lại luôn lơn hơn 50% nhưng kết cấu phức tạp và có sự bất đối xứng lực phanh.
Sơ đồ (e) là loại sơ đồ hoàn thiện nhấtn nếu một trrong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh luôn đẩm bảo 100% nhưng kết cấu phức tạp và giá thành cao.
Theo phân tích ưu nhược điểm của các sơ đồ trên và theo điều kiện làm việc của loại xê trên ta chọn sơ đồ (a) là hợp lý nhất.
2.3. TÍNH MÔMEN PHANH CẦN THIẾT.
Để đảm bảo phanh đạt hiệu quả cao nhất thì hệ thống phanh phải có độ nhạy lớn tức là khe hỡ tự do giảm độ cứng dẫn động tăng và lực phanh sinh ra phải lớn tức là phải tận dụng hết lực bám để tạo lực phanh. Để đảm bảo được điều đó thì lực phanh phân bố ra các bánh xe phải tỉ lệ thuận với lực bám.
Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh
/.............................
Hình 2-1 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh
Tọa độ trọng tâm của xe a, b, hg
Tải trọng phân bố lên các cầu trước và sau : m1, m2
m1 = m2 =
Trong đó : m1, m2 :Hệ số phân bố tải trọng cầu trước và sau khi phanh.
G1, G2 : Tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau
G - :Tải trọng toàn bộ
a :Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm G
b :Khoảng cách từ cầu trước đến trọng tâm G
Z1, Z2 : Lực pháp tuyến tác dụng lên bánh trước và sau
L : Chiều dài cơ sỡ
Theo sơ đồ (hình 2-1)
Lấy mômen tại O1 ta có :
G.a - Z2.L = 0 Z2 = (1-1)
Mà Z2 = G2 m2 =
Þ a = m2.L
Þ a = [mm]
Theo sơ đồ (hình 2-1) ta có :
a+b = L (1-2)
b = L - a = 4100 - 2715.52 = 1484,48 [mm]
Vậy ta đã tính được :
+ a = 2715,52 [mm]
+ b = 1484,48 [mm]
Khi phanh bỏ qua lực cản gió Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 vì khi phanh vận tốc giảm dần rất nhanh nếu như phanh đến vận tốc V = 0 thì lực (Pf1+ Pf2 )rất nhỏ so với (PP1+ PP2 ).
Từ (hình 2-1) ta viết phương trình cân bằng mômen
Đối với trục trước
Z2.L - Ga.b + Pj. hg = 0 (1-3)
Đối với trục sau
Z1.L - Ga.a - Pj. hg = 0 (1-4)
Theo tài liệu [1] ta có :
Trong đó :
Ga -Trọng lượng toàn bộ của ô tô (1-5)
g -Gia tốc trọng trường
Jmax -Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh.
hg -Chiều cao trọng tâm
Từ các phương trình (1-3), (1-4) và (1-5) ta suy ra :
(1-6)
(1-7)
Để sử dụng hết trọng lượng bám của ôtô thì cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe trước và sau. Lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe tức là phanh có hiệu quả nhất khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỉ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng.
Từ đó ta có lực phanh cực đại tác dụng lên bánh xe ở cầu trước và sau là :
Lực phanh sinh ra ở cầu trước khi phanh.
PPt = .Z1 (1-8)
Lực phanh sinh ra ở cầu sau khi phanh.
PPs = .Z2 (1-9)
Từ phương trình (1-6) và (1-8) ta có lực phanh sinh ra ở cầu trước là :
Với : Ga = 113796 [N]
L = 4,2 [m]
b = 1,485 [m]
hg = 1,05 [m]
- Hệ số bám giữa lốp và đường.
Theo tài [2] thì = (0,6 0,7) nên ta chọn = 0,62
PPt = 35864,7 [N]
Từ phương trình (1-9) và (1-7) ta có lực phanh sinh ra ở cầu sau là :
Với : a = 2,715 [m]
PPs = 34672 [N]
* Vậy lực phanh sinh ra của mỗi cơ cấu phanh (đối với ôtô hai cầu) là:
Ở cơ cấu phanh trước :Pp1 = PPt/2 = [N]
Ở cơ cấu phanh trước :Pp2 = PPs/2 = [N]
* Vậy mômen phanh cần sinh ra của mỗi cơ cấu phanh (đối với ôtô hai cầu).
+ Ở cơ cấu phanh trước :
Mp1 = Pp1.rbx
Trong đó : rbx - Bán kính của bánh xe
rbx = 0,5 [m]
Mp1 = 17932,50,5 = 8966
Mp1 = 7806,8 [Nm]
+ Ở cơ cấu phanh sau :
Mp2 = Pp2.rbx = 17336 0,5
Mp2 = 8668 [Nm]
3. CHỌN VÀ TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH.
3.1. 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 ná có hai phần chính là phần tử ma sát và cơ cấu ép.
+ Chọn phần tử ma sát loại trống guốc.
+ Cơ cấu ép chọn xilanh thủy lực.
Theo tính toán trên thì mômen sinh ra ở cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau tương đương nhau .Nên chọn cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau có cùng cơ cấu ép bằng xilanh thủy lực và có cùng kích thước.
.............................
3.2.5. Tính toán nhiệt.
Trong quá trình phanh động năng của ô tô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh và một phần thoát ra ngoài môi trường không khí .Phương trình cân bằng năng lượng có dạng như sau:
(3-9)
Ở đây :G - Khối lượng của ô tô [Kg]
g - Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2)
v1 và v2 - Tốc độ ban đầu và tốc độ cuối quá trình phanh [m/s]
mt - Khối lượng các tang trống [kg]
c - Nhiệt dung riêng của chi tiết bị nung nóng (J/kg.độ), đối với thép thì c = 500( J/kg.độ) ,theo tài liệu [2].
- Sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trường không khí (0K)
Ft - Diện tích làm mát của trống phanh [m2]
k - Hệ số truyền nhiệt cúa trống phanh và không khí
t - thời gian phanh [s]
Khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, nhiệt truyền ra không khí không đáng kể :
Nên Ft
Tính toán nhiệt nhằm hạn chế không cho nhiệt độ của trống phanh tăng quá giới hạn cho phép .
Từ biểu thức (3-9) ta có công thức tính lượng tăng nhiệt độ của trống phanh trong một lần phanh :
(3-10)
Trong đó :
G- Trọng lượng toàn bộ của xe G = 11600 [Kg]
V1- Vận tốc khi bắt đầu phanh
V1 = 8,33 [m/s]
V2 - Vận tốc khi đã phanh và phanh đến khi dừng hẳn V2 = 0
Từ biểu thức (3-10) ta suy ra khối lượng các tang trống như sau :
mt = (3-10)
Theo tài liệu [2] thì không vượt quá 150K
Chọn = 80K
mt =
m t= 10,25 [Kg]
* Khối lượng của trống phanh tính như sau:
mt = [(rt + )2 - rt2].bt. (3-10)
Với :
rt - Bán kính của trống phanh9
rt = 0,22 [m]
- Bề dày của trống phanh
b - Bề rộng của trống phanh
b = 60 [mm] = 0,06 [m]
- Khối lượng riêng của vật liệu làm trống phanh
Theo tài liệu [2] và trống phanh được làm bằng thép nên chọn
= 7,8.103 [kg/m3]
Từ biểu thức (3-10) ta suy ra bề dày của trống phanh
=
= 8 [mm]
* Vậy bề dày của trống phanh = 8 [mm]
4. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH
..............................
Hình 4.1. Cơ cấu phah.
1. Vít điều chỉnh khe hở. 7. Vòng tỳ
2. Má phanh. 8. Lò xo hồi vị
3. Lò xo. 9. Xi lanh.
4. Bộ phận điều chỉnh khe hơ. 10. Dẫn động phanh dừng.
5. Piston. 11.Guốc phanh.
6. Vòng làm kín. 12 Guốc phanh.
7. Vòng tỳ. 13. Guốc phanh.
Tính toán dẫn động phanh bao gồm tính toán tĩnh học và động lực học của dẫn động.
Ta cần tính toán những vấn đề sau :
Xác định đường kính xilanh chính (dc) và đường kính xilanh bánh xe (dk)
Tính tỉ số truyền của dẫn động (idđ)
Tính toán trợ lực (nếu có )
4.1. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH XILANH CHÍNH (dC) VÀ ĐƯỜNG KÍNH XILANH BÁNH XE (dK)
