ĐỒ án môn học TÍNH TOÁN THIẾT kế ô tô THIẾT kế hệ THỐNG PHANH CHO ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN MƠN HỌC: TÍNH TỐN THIẾT KẾ Ô TÔ

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH CHO Ô TÔ

Ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
Lớp:

19DOTD1 VÀ 19DOTC4

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thanh Tùng
Sinh viên thực hiện; Nguyễn Thành Đông ;MSV;1911252631;Lớp;19DOTC4
Sinh viên thực hiện; Ngô Minh Đức

;MSV;1911256061;Lớp;19DOTD1

Sinh viên thực hiện; Nguyễn Chí Dưỡng ;MSV;1911250943;Lớp;19DOTC4
Sinh viên thực hiện; Đặng Nhật Duy

;MSV;1911255553;Lớp;19DOTD1

Sinh viên thực hiện; Nguyễn Anh Duy

;MSV;1911255559;Lớp;19DOTD1

Tp.HCM, ngày … tháng … năm
1

Mục Lục
Bảng các chữ viết tắt ……………………………………………………….4
Bảng sơ đồ và hình vẽ………………………………………………………6
LỜI NĨI ĐẦU………………………………………………………………7
PHẦN 1 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ……………….7
1.1.Công dụng, phân loại yêu cầu hệ thống phanh……………………………...7

1.1.1.Công dụng
…………………………………………………………….7
1.1.2. Yêu cầu kết cấu ……………………………………………………..7
1.1.3. Phân loại……………………………………………………………………8
1.2.Phân tích kết cấu chung của hệ thống phanh…………………………9
1.2.1.Hệ thống phanh thủy lực……………………………………………..9
1.2.2.Hệ thống phanh khí nén……………………………………………..10
1.2.3 Hệ thống phanh liên hợp…………………………………………….12
1.3.Phân tích kết cấu cơ cấu phanh……………………………………… 13
1.3.1. Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng
nhau…………………………………………………………………………13
1.3.2. Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh
bằng nhau…………………………………………………………………..17
1.3.3. Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực chuyển dịch của các guốc
phanh bằng nhau (Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi)…………………18
1.3.4. Cơ cấu phanh có cường hóa và có chốt tựa chung cho cả hai guốc
phanh………………………………………………………………………..19
1.4. Chọn phương án thiết kế………………………………………………20
1.4.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh………………………………..20
1.4.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh tang trống……………….21

PHẦN 2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH………..21
2.1. Mục đích và nhiệm vụ tính tốn…………………………………….. 21

2.1.1. Mục đích……………………………………………………………..21
2


2.1.2. Nhiệm vụ tính tốn thiết kế…………………………………………21
2.1.3. Thơng số ban đầu dùng tính tốn thiết kế cơ cấu phanh…………22
2.2. Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh……………….22
2.3. Xác định các lực tác dụng lên guốc phanh: …………………………23
2.4. Tính tốn kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh……..25
2.4.1. Tính tốn xác định cơng ma sát riêng……………………………. 25
2.4.2. Tính tốn xác định áp suất trên bề mặt má phanh………………26
2.4.4. Tính tốn nhiệt phát ra trong q trình phanh………………….27
2.4.5. Kiểm tra hiện tượng tự xiết của cơ cấu phanh………………….. 28

PHẦN 3. TÍNH DẪN ĐỘNG PHANH …………………………28
3.1 Đường kính xilanh chính (DC) và đường kính xilanh bánh xe (DK)…29
3.2 Tính tốn hành trình làm việc và lực bàn đạp………………………30
3.2.1 Tính tốn hành trình làm việc của bàn đạp………………………30
3.2.2Tính lực bàn đạp …………………………………………………….33
3.2.3 Tính tốn phần trợ lực …………………………………………….33
3.3 Tính bầu phanh:………………………………………………………35
3.4.Tính chọn thể tích bình chứa:………………………………………..35
3.5 Tính năng suất máy nén:…………………………………………….37
PHẦN 4 KIỂM NGHIỆM (Nguyễn Chí Dưỡng khơng làm)…………38
PHẦN 5 BẢN VẼ ……………………………………………………….38

Tài liệu tham khảo……………………………………………..42

3

Bảng các chữ viết tắt
ST

Tên gọi

Ký hiệu

Đợn vị

T
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19

20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33

Trọng lượng toàn bộ của ô tô
Lực pháp tuyến của cầu trước
Lực pháp tuyến của cầu sao
Lực qn tính
vận tốc của ơ tơ
Lực cản của khơng khí
Lực cản lăn của cầu trước
Lực cản lăng của càu sao
Lực phanh của cầu trước
Lực phanh của cầu sau
Chiều dài cơ sở
Chiều dài cầu ttước đến trọng tâm ô tô
Chiều dài cầu sao đến trọng tâm ô tô
Gia tốc chậm dần khi phanh
Tait trọng phân bố lên cầu trước

Tải trộng phan bó càu sau
Chiều cao trọng tâm
Gia tốc trọng trường
Hệ số bám
Bán kính thiết ké của bánh xe
Bánh kính của bánh xe
Hệ số kể đến biến dạng của lớp
Gia tốc chậm dần cực địa khi phanh
Monmen phanh cầu trước
Mämen phanh cầu sau
Kí hiệu ucar lớp
Bánh kính vành xe
Bánh kính trống phnah
Khê hở giữa má phanh và trống phanh
Số nhánh của xilanh chính
Lực bàn đạp
Hành trình bàn đạp
Hành trình tự do

Ga
Z1
Z2
Pj
V
Pw
Pf2
Pf2
Pp1
Pp2
L

A
B
J
Gat
Gas
hg
G

Rtk
rbx

Jmax
Mpt
Mps
B-d
rv
rt
o
M
Pbâ
Sbâ
So

Kg
N
N
N
Km/h
N
N

N
N
N
mm
mm
mm
m/s2
Kg
Kg
mm
m/s2

4

mm
mm
m/s2
Nm
Nm
Inch
mm
mm
mm
N
mm
mm


34
35

36
37
38
39
40
41

Hành trình của cần xilanh chính
Tỷ số truyền của bàn đạp
Hành trình khơng tải Pistän
Khê hở giữa đồn bẩ Pistän
Góc ôm của má phanh
Gốc đàu của má phanh
gốc cuối của má phanh
Mämen phanh của một cơ cấu phanh bánh

Scáön
r2/r1
’, ”


1
2
M1t

mm

42

trước

Mämen phanh của một cơ cấu phnah bánh

M1s

Nm

43
44
45
46
47
48
49

sau
Mämen phanhcủa một guốc bánh sau
Cơng ma sát riêng
Diện tích của các má phanh
Diện tích của các má phanh trước
Diện tishc của các má phánh sau
Khối lượng của chống phanh
Nhietj dung riêng của vật liệu làm

M1st
Lms
F
Ft
Fs
mt
C

Nm
J/cm2
m2
m2
m2
Kg
J/Kg.âäü

50

troodndg phanh
Khối luoengj riêng của vật liệu làm trống



Kg/m3

51
52
53
54
55
56
57
58

lục sơ đồ

phanh

Đường kính các xilanh bánh xe
Đường kính các xilanh bánh xe trước
Đường kính các xi lnah bánh xe sa u
Đường kính xilanh chính
Áp xuaasst cho phếp của đãn động
Hệ thống tính giản nở của đường ống
Hành trình của xilanh bánh xe thứ nhất
Dẫn
động
Hiệu
suất
củamột
dẫn dòng
động phanh
Dẫn động hai dòng
Dẫn động khí nén
Dẫn động liên hợp
Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và
lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn
động phanh thủy lực
Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và
lực đẩy lên các guốc bằng nhau với dẫn
động phanh khí nén
Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và
lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau
Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi
sơ đồ tính tốn dẫng động hệ thống
5
phanh
Sơ đồ tính tốn dẫn dộng phanh thủy lực

dki
dt
ds
dc
pmax
K
xI
 10

mm
mm
Âäü
Âäü
Âäü
Nm

mm
mm
mm
mm
Mn/m2
mm

10
11
12
14

16

17
18
29
29

Bảng mục


Lời nói đầu
Giao thơng vận tải chiếm vị trí rất quan trọng trong nền kinh tế quốc
dân, đặc biệt là đối với các nước có nền kinh tế phát triển. Có thể nói rằng
mạng lưới giao thơng vận tải là mạch máu của một quốc gia, một quốc gia
muốn phát triển nhất thiết phải phát triển mạng lưới giao thông vận tải.
Trong hệ thống giao thông vận tải của chúng ta ngành giao thơng đường
bộ đóng vai trị chủ đạo và phần lớn lượng hàng và người được vận chuyển
trong nội địa bằng ôtô.
Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, ngành ôtô ngày càng phát
triển hơn. Khởi đầu từ những chiếc ôtô thô sơ, hiện nay ngành cơng nghiệp ơtơ
đã có sự phát triển vượt bậc nhằm đáp ứng những yêu cầu của con người.
Những chiếc ôtô ngày càng trở nên đẹp hơn, nhanh hơn, an toàn hơn, tiện nghi
hơn…để theo kịp với xu thế của thời đại.
6


Song song với việc phát triển ngành ơtơ thì vấn đề bảo đảm an toàn cho
người và xe càng trở nên cần thiết. Do đó trên ơtơ hiện nay xuất hiện rất nhiều
cơ cấu bảo đảm an toàn như: dây đai an tồn, túi khí, điều hịa lực phanh, bộ
ABS…trong đó cơ cấu phanh đóng vai trị quan trọng nhất. Cho nên khi thiết
kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, an tồn ở mọi tốc độ

nhất là ở tốc độ cao; để nâng cao được năng suất vận chuyển người và hàng
hoá là điều rất cần thiết.

PHẦN 1 PHÂN TÍCH CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1.1. Công dụng, phân loại yêu cầu hệ thống phanh

1.1.1. Công dụng
- Hệ thống phanh ơ tơ có cơng dụng giảm vận tốc của xe tới một tốc độ
nào đó hoặc dừng hẳn.
- Giữ xe lâu dài trên đường, đặc biệt là trên đường dốc.
- Trên máy kéo hoặc trên một số xe chuyên dụng hệ thống phanh còn
được kết hợp với hệ thống lái dùng để quay vòng xe.
1.1.2. Yêu cầu kết cấu

Hệ thống phanh trên ô tô cần đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, nghĩa là đảm bảo
quãng đường phanh ngắn nhất, khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy
hiểm.
- Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần
kéo điều khiển phù hợp với khả năng thực hiện liên tục của con người.
- Đảm bảo sự ổn định của ô tô và phanh êm dịu trong mọi trường hợp.
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa
lực bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh.
- Cơ cấu phanh thốt nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ cấu
phanh trong mọi điều kiện sử dụng.
- Hạn chế tối đa hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh với các cường độ
lực bàn đạp khác nhau.

7

- Có khả năng giữ ơ tơ đứng n trong thời gian dài, kể cả trên nền
đường dốc.
- Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong môi
trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng.
1.1.3 Phân loại
* Theo đặc điểm điều khiển
- Phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe chuyển động,
hoặc dừng hẳn xe.
- Phanh phụ (phanh tay), dùng để đỗ xe khi người lái rời khỏi buồng lái
và dùng làm phanh dự phòng.
- Phanh bổ trợ (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện từ), dùng để tiêu
hao bớt một phần động năng của ôtô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên
dốc dài, …).
* Theo kết cấu của cơ cấu phanh
- Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau
- Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh
bằng nhau
- Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực chuyển dịch của các guốc
phanh bằng nhau
* Theo dẫn động phanh
- Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực
- Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
- Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: cơ khí, thủy lực, khí nén, …
* Theo mức độ hồn thiện của hệ thống phanh
Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều
khiển ôtô khi phanh, do vậy trang bị thêm các bộ điều chỉnh lực phanh:
- Bộ điều chỉnh lực phanh (bộ điều hòa lực phanh)
- Bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh có ABS)

8


Trên hệ thống phanh có ABS cịn có thể bố trí các liên hợp điều chỉnh:
hạn chế trượt quay, ổn định động học ơ tơ… nhằm hồn thiện khả năng cơ động,
ổn định của ô tô khi không điều khiển phanh.
1.2.Phân tích kết cấu chung của hệ thống phanh
1.2.1Hệ thống phanh thủy lực
Hệ thống phanh sử dụng phương pháp truyền năng lượng thủy tĩnh với
áp suất lớn nhất trong khoảng 60 ÷ 120 bar. Áp suất được hình thành khi người
lái đạp bàn đạp phanh, thực hiện tạo áp suất trong xilanh chính. Chất lỏng (dầu
phanh) được dẫn theo các đường ống tới các xilanh bánh xe nằm trong cơ cấu
phanh. Với áp suất dầu, các pit tông trong xilanh thực hiện tạo lực ép má
phanh vào tang trống hoặc đĩa phanh, thực hiện sự phanh tại các cơ cấu phanh
bánh xe.
Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm: phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy
cao do dầu khơng bị nén. Nhược điểm của nó là: tỉ số truyền của dẫn động
không lớn, nên không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh. Vì vậy hệ
thống dẫn động phanh thủy lực thường được sử dung trên ô tô con hoặc ơ tơ tải
nhỏ.
Dẫn động một dịng sử dụng xilanh chính một buồng dẫn dầu đến tất cả
các xilanh bánh xe. Vì một lý do bất kỳ nào đó, nếu một đường ống dẫn dầu bị
hở, dầu trong hệ thống bị mất áp suất, tất cả các bánh xe đều bị mất phanh.
Dẫn động một dịng có kết cấu đơn giản, nhưng độ an tồn khơng cao, vì vậy
ngày nay, hệ thống phanh trên ơ tơ bố trí với tối thiểu hai dòng phanh dẫn động
độc lập.

9

Hình 1.17 Dẫn động một dịng
Dẫn động hai dịng được mơ tả ở hình dưới. Sự tách dịng được thực
hiện tại xilanh chính. Như vậy, bàn đạp tác động vào xilanh chính (hai buồng
nối tiếp) tạo ra hai dịng cung cấp chất lỏng tới bánh xe. Nếu bị hở dầu ở một
dịng nào đó, dịng cịn lại vẫn có thể phanh được xe.

Hình 1.18 Dẫn động hai dịng
1.2.2.Hệ thống phanh khí nén
Cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản bao gồm các phần
chính: nguồn cung cấp khí nén, van phân phối khí, bầu phanh và đường ống
dẫn khí. Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào chất
lượng khí nén. Do vậy khí nén phải đảm bảo sạch khơ, có áp suất ở mức an
toàn khi làm việc.
Lực điều khiển trên bàn đạp chủ yếu là điều khiển van phân phối, lực tác
dụng lên cơ cấu phanh do áp suất khí nén tác dụng lên bầu phanh. Cấu tạo đơn
giản, lắp ráp dễ dàng nhưng độ an toàn thấp, độ tin cậy không cao. Độ nhạy của
hệ thống không cao, do vậy thời gian chậm tác dụng lớn. Các cụm chi tiết khá
nhiều, kích thước và trọng lượng lớn nên thường dùng trên xe tải.

10


11


Hình 1.19 Dẫn động khí nén
1. Máy nén khí; 2. Bộ điều chỉnh áp suất; 3. Bình khí nén
; 4. Lò xo hồi vị; 5. Bầu phanh; 6. Tổng van phanh.
Khi người điều khiển tác dụng vào bàn đạp phanh một lực thì tổng van
6 sẽ được mở, khí có áp suất cao từ bình khí nén đi vào các đường ống dẫn đến

các bầu phanh 5. Áp suất khí nén tác động lên màng bầu phanh 5, đẩy cần đẩy
làm xoay cam của cơ cấu phanh. Do đó ép má phanh vào trống phanh. Bộ điều
chỉnh áp suất 2 hạn chế áp suất của hệ thống trong giới hạn xác định.
Khi nhả bàn đạp phanh, tổng van phanh ngắt mối quan hệ giữa bình
chứa khí với đường ống dẫn để ống dẫn mở thơng với khí quyển. Khí nén từ
các bầu phanh được thoát ra và guốc phanh tách khỏi trống phanh, kết thúc
phanh.
1.2.3 Hệ thống phanh liên hợp
Dẫn động bằng thủy lực có ưu điểm độ nhạy cao nhưng lực điều khiển
trên bàn đạp cần lớn. Ngược lại đối với dẫn động bằng khí nén có ưu điểm là
lực điều khiển trên bàn đạp nhỏ nhưng độ nhạy kém (thời gian chậm tác dụng
lớn do khí bị nén do chịu áp suất). Do đó để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn
động trên người ta sử dụng hệ thống dẫn động phối hợp giữa thủy lực và khí
nén trên các ơ tơ tải, ơ tơ bt trung bình và lớn.
Dẫn động khí nén đảm bảo tính năng điều khiển của hệ thống dẫn động,
còn dẫn động thuỷ lực đảm nhận chức năng bộ phận chấp hành. Phần khí nén
gồm có: tổng van phanh 1 kết hợp với những cơ cấu tuỳ động kiểu pittông và
xilanh 4 và 6, nối với nhau bằng đường ống 3 và với ngăn dưới của tổng van 1.
Ngăn trên của tổng van thơng qua đường ống dẫn 2 phanh khí nén của rơmooc.
áp suất khí nén tác động lên các pittơng ở trong hai xilanh tạo lực đẩy các
pittông các xi lanh thuỷ lực khí 4 và 6. Phần thuỷ lực dẫn động gồm 2 đường
dẫn dầu độc lập, xi lanh chính 4 nối với bốn xi lanh công tác 8 bằng các đường
ống dẫn. Xi lanh công tác này tác động lên guốc phanh 8 và 10 ở cầu giữa và
trước, xilanh chính 6 tác động lên hai guốc phanh 12 nhờ xi lanh công tác 11.

12


2

3
1
5

7

6

4

8
8

10

11
12

9
8

8
10

9

11
12

Hình 1.20 Dẫn động liên hợp

1- Tổng phanh liên hợp; 2- Đường ống dẫn tới phanh rơmooc; 3- Đường
ống dẫn tới phanh ô tô kéo; 4,6 – Xy lanh; 5,7 – Bình chứa dầu; 8 – Xy lanh
của cầu trước và cầu giữa; 9 – Guốc phanh của cầu trước; 10 – Guốc phanh
cầu giữa; 11 – Xy lanh phanh cầu sau
*Ưu điểm:
Đảm bảo độ nhạy cao, phanh đồng thời được tất cả các bánh xe, điều
khiển nhẹ nhàng. Đồng thời đảm bảo được khả năng tuỳ động và khả năng
điều khiển phanh rơmooc .
*Nhựơc điểm:
- Kích thước của hệ thống phanh liên hợp rất cồng kềnh và phức tạp, rất
khó khăn khi bảo dưỡng và sửa chữa.
- Khi phần khí dẫn động khí nén bị hỏng thì dẫn đến cả hệ thống ngừng
làm việc. Cho nên trong hệ thống phanh liên hợp ta cần chú ý đặc biệt tới phần
dẫn động khí nén.
- Khi sử dụng hệ thống phanh liên hợp thì giá thành rất cao và có nhiều
cụm chi tiết đắt tiền.
1.3.Phân tích kết cấu cơ cấu phanh
1.3.1. Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc
bằng nhau

13


Là cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục gồm hai guốc phanh bố trí
đối xứng qua đường trục, được sử dụng trên dẫn động phanh thủy lực và khí
nén.
* Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với
dẫn động phanh thủy lực
Cơ cấu phanh đối xứng qua trục với xilanh dẫn động phanh thủy lực
trình bày trên hình 1.3. Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu sau ơ tơ con và tải

nhỏ, có xilanh thủy lực 11 điều khiển ép guốc phanh vào trống phanh.

Hình 1.3 Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng
nhau với dẫn động phanh thủy lực
Cấu tạo cơ bản bao gồm:
Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống được bắt với moay ơ bánh xe.
Phần cố định là mâm phanh được bắt trên dầm cầu. Các tấm ma sát được tán
hoặc dán với guốc phanh. Trên mâm phanh bố trí 2 chốt cố định để lắp ráp với
lỗ tựa quay của guốc phanh. Chốt có bạc lệch tâm để thay đổi vị trí điểm tựa
guốc phanh và là cơ cấu điều chỉnh khe hở phía dưới giữa má phanh và trống
phanh. Đầu trên của hai guốc phanh được kéo bởi lò xo hồi vị guốc phanh,
tách má phanh khỏi tang trống và ép pit tông trong xilanh bánh xe về vị trí
khơng phanh.

14


Khe hở phía trên của má phanh và trống phanh được điều chỉnh bằng 2
cam lệch tâm. Hai guốc phanh được đặt đối xứng qua đường trục đi qua tâm
bánh xe.
Xilanh bánh xe là xilanh kép có thân chung và hai pit tơng bố trí đối
xứng. Xilanh được bắt chặt với mâm phanh, pit tông bên trong tựa vào đầu
guốc phanh nhờ chốt tựa. Pit tông nằm trong xilanh được bao kín bởi vành cao
su 10 và tạo nên khơng gian chứa dầu phanh. Dầu phanh có áp suất được cấp
vào thông qua đai ốc dẫn dầu. Trên xilanh bố trí ốc xả khí nhằm xả khơng khí
lọt vào hệ thống thủy lực khi cần.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục được
mô tả qua 3 trạng thái: không phanh, phanh, nhả phanh.
Ở trạng thái khơng phanh, dưới tác dụng của lị xo hồi vị, má phanh và tang
trống tồn tại khe hở nhỏ 0,3 ÷ 0,4 mm, đảm bảo tách hai phần quay và cố định

của cơ cấu phanh, các bánh xe được quay trơn.
Khi phanh, dầu có áp suất sẽ được đưa đến xilanh bánh xe (xilanh thủy
lực). Khi áp lực dầu trong xilanh lớn hơn lực kéo của lò xo hồi vị, đẩy đầu trên
của các guốc phanh về hai phía. Các guốc phanh chuyển động quay quanh
điểm tựa dưới (chốt phanh), ép má phanh sát vào trống phanh, phát sinh ma sát
giữa hai phần: quay (tang trống) và cố định (guốc phanh), tốc độ tang trống
giảm dần, hình thành sự phanh ô tô trên đường.
Khi xe tiến, chiều quay của tang trống ngược chiều kim đồng hồ, guốc
phanh bên trái đặt các lực đẩy của xilanh bánh xe cùng chiều quay được gọi là
“guốc siết”, ngược lại, guốc phanh bên phải là “guốc nhả”. Má phanh bên guốc
siết chịu áp lực lớn hơn bên guốc nhả, do vậy được chế tạo dài hơn, nhằm mục
đích tạo nên sự hao mịn hai má phanh như nhau trong quá trình sử dụng.
Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xilanh giảm, lò xo hồi vị kéo các guốc
phanh ép vào pit tông, guốc phanh và má phanh tách khỏi trống phanh. Lực ma
sát không tồn tại, bánh xe lại được lăn trơn.
Trong quá trình phanh, tang trống và má phanh bị nóng lên bởi lực ma
sát, gây hao mòn các tấm ma sát và bề mặt trụ của tang trống. Sự nóng lên quá
15


mức có thể dẫn tới suy giảm hệ số ma sát và làm giảm hiệu quả phanh lâu dài,
biến dạng các chi tiết bao kín bằng cao su, do vậy cơ cấu phanh cần thiết được
thốt nhiệt tốt. Sự mịn tấm ma sát và tang trống dẫn tới tăng khe hở má phanh,
tang trống, khi phanh có thể làm tăng độ trễ tác dụng. Do vậy, các cơ cấu
phanh đều bố trí các kết cấu điều chỉnh khe hở trên guốc phanh. Công việc
điều chỉnh lại khe hở trong cơ cấu phanh cần tiến hành theo định kỳ.
* Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng nhau với
dẫn động phanh khí nén

Hình 1.4 Cơ cấu phanh có chốt tựa cùng phía và lực đẩy lên các guốc bằng

nhau với dẫn động phanh khí nén
Cơ cấu phanh được bố trí trên cầu trước ơ tơ tải vừa và nặng, với dẫn
động phanh bằng khí nén, có xilanh khí nén điều khiển cam xoay ép guốc
phanh vào trống phanh. Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống. Phần cố
định bao gồm mâm phanh được bắt cố định trên dầm cầu.
Trên hai guốc phanh có tán các tấm ma sát (má phanh). Để tăng khả
năng tiếp xúc mỗi bên guốc phanh bố trí hai tấm ma sát với kích thước dày
bằng nhau 6 ÷ 10 mm. Trên mâm phanh có hai chốt để lắp đầu dưới của hai
guốc phanh. Hai chốt cố định này có bố trí trục lệch tâm để điều chỉnh khe hở
phía dưới giữa má phanh và trống phanh. Đầu trên của hai guốc phanh được lò
xo hồi vị kéo áp sát vào cam, thông qua con lăn. Cam quay và trục được chế
16


tạo liền, với các biên dạng Cycloit hoặc Acsimet. Khi cam quay dịch chuyển
quanh tâm trục, các đầu guốc phanh bị đẩy, ép má phanh sát vào tang trống.
Khe hở ban đầu phía trên của má phanh và trống phanh được thiết lập bằng vị
trí của cam. Cấu trúc hai guốc phanh được bố trí đối xứng qua trục đối xứng
của cơ cấu phanh.
Khi phanh, xilanh khí nén đẩy địn quay, dẫn động quay trục và cam
quay ngược chiều kim đồng hồ. Con lăn tựa lên biên dạng cam đẩy guốc phanh
về hai phía, ép má phanh sát vào trống phanh để thực hiện q trình phanh.
Khi nhả phanh, địn trục cam sẽ xoay cam trở về vị trí ban đầu, dưới tác
dụng của lò xo hồi vị, kéo các guốc phanh ép chặt vào cam, tách má phanh ra
khỏi trống phanh. Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị
như nhau, má phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả
hai guốc phanh của cơ cấu có kích thước bằng nhau.
Cơ cấu phanh bố trí đối xứng qua trục được bố trí phổ biến trên cơ cấu
phanh của cầu trước và cầu sau cho ô tô con, ô tô tải với hệ thống phanh thủy
lực và khí nén.

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

Hình 1.5 Cơ cấu phanh có chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh
bằng nhau

17


Trên một số ô tô con, ô tô tải và ô tô buýt nhỏ bố trí cơ cấu phanh đối
xứng qua tâm trục quay bánh xe. Sự đối xứng qua tâm ở đây được thể hiện trên
mâm phanh bố trí hai chốt guốc phanh, hai xilanh bánh xe, hai guốc phanh
hoàn toàn giống nhau và đối xứng với nhau qua tâm.
Mỗi guốc phanh được lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh và có bạc
lệch tâm để điều chỉnh khe hở phía dưới của má phanh với trống phanh. Đầu
cịn lại của guốc phanh ln tỳ vào pit tơng của xilanh bánh xe nhờ lò xo guốc
phanh. Khe hở phía trên giữa má phanh và trống phanh được điều chỉnh bởi
cam.
Khi phanh, dầu có áp suất sẽ được đưa đến các xilanh bánh xe qua ốc 4,
áp lực dầu tác động lên các pit tông thắng lực kéo của lị xo hồi vị sẽ đẩy pit
tơng cùng với đầu trên của guốc phanh, ép các má phanh vào trống phanh thực
hiện quá trình phanh. Khi nhả phanh, áp suất dầu trong xilanh giảm, lò xo hồi
vị guốc phanh kéo các guốc ép chặt vào pit tông, tách má phanh ra khỏi trống
phanh.
1.3.3. Cơ cấu phanh có chốt tựa một phía và lực chuyển dịch của các
guốc phanh bằng nhau (Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi)

Hình 1.6 Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi
18

Cơ cấu phanh tang trống dạng bơi có cả hai đầu các guốc phanh đều chịu
tác động trực tiếp của lực điều khiển và có thể di trượt. Cơ cấu phanh bố trí phía
cầu sau ơ tơ tải có trọng lượng đặt lên một cầu lớn, các xilanh bánh xe bố trí 2
pit tơng, đồng thời tác động vào cả đầu trên, dưới của các guốc phanh. Guốc
phanh chuyển động tịnh tiến và dịch chuyển ép sát vào tang trống phanh. Pit
tông liên kết ren với chốt đẩy, phục vụ mục đích điều chỉnh khe hở ban đầu của
má phanh với trống phanh. Trên pit tơng có vành răng điều chỉnh. Vị trí của pit
tơng được thiết lập tương đối đối với xilanh khi xoay vành răng điều chỉnh.
Vành răng được cố định nhờ thanh lò xo lá, đảm bảo khơng bị xoay khi hoạt
động. Hai lị xo hồi vị guốc phanh bố trí kéo hồi vị cả hai đầu guốc phanh.
Khi làm việc guốc phanh được đẩy ra ép sát vào trống phanh ở cả hai
đầu guốc phanh nên thời gian khắc phục khe hở giữa má phanh và trống phanh
nhỏ (giảm độ chậm tác dụng), hiệu quả phanh cao hơn loại guốc phanh cố định
một đầu. Sự liên kết lực điều khiển P thông qua các xilanh thủy lực, cho phép
các pit tông trong xilanh và điểm tỳ của guốc phanh có khả năng dịch chuyển
nhỏ (kết cấu bơi), đảm bảo đồng đều lực điều khiển kể cả khi tiến và lùi. Đặc
điểm khác biệt của guốc phanh kết cấu bơi ở biên dạng điểm tỳ guốc phanh
dạng tự lựa, khi làm việc giúp các má phanh mài mịn đều theo chiều dài guốc
phanh.
Lị xo hồi vị có độ cứng lớn, đảm bảo khả năng cố định guốc phanh khi
không phanh. Việc kiểm tra khe hở giữa má phanh và tang trống, được thực
hiện bằng thước lá. Khe hở ban đầu giữa má phanh và trống phanh thường
khoảng 0,12 mm.
1.3.4. Cơ cấu phanh có cường hóa và có chốt tựa chung cho cả hai
guốc phanh
Trên một số cơ cấu phanh tang trống sử dụng kết cấu với tác dụng tự
cường hóa 1 chiều quay hay tác dụng tự cường hóa hai chiều quay. Các dạng tự
cường hóa được hiểu theo khả năng gia tăng hiệu quả tạo nên mômen phanh
dưới tác dụng của lực điều khiển P.

19


Ở dạng tự cường hóa (a), khi lực điều khiển P cùng chiều với chiều quay
ω của tang trống, xuất hiện lực đẩy guốc phanh Q ở điểm nối liên kết hai guốc
phanh. Lực Q hình thành bởi cộng tác dụng của P và mômen ma sát giữa tang
trống và má phanh.
Trên guốc phanh có điểm tựa cố định, lực tác dụng được cường hóa và
thực hiện dịch chuyển ép má phanh với tang trống. Hiệu quả như vậy xảy ra
theo một chiều quay nhất định, nếu theo chiều ngược lại hiệu quả phanh sẽ thấp
hơn.
Ở dạng tự cường hóa (b) có bố trí thêm gối tựa cố định với tác dụng lực
điều khiển cả hai phía. Khi tang trống quay theo chiều ω, một guốc phanh được
tỳ lên điểm tựa, hiệu quả phanh giống như trường hợp tự cường hóa (a). khi
tang trống quay theo chiều ngược lại, tác dụng đảo chiều. Như vậy ở dạng tự
cường hóa này, hiệu quả phanh hai chiều đều được cường hóa và hiệu quả như
nhau.
Hiện tượng tự cường hóa trên kèm theo sự biến đổi nhanh mômen phanh
khi gia tăng lực điều khiển, do vậy tính chất ổn định mơmen kém. Các kết cấu
ngày nay chỉ sử dụng kết cấu tự cường hóa khi cần thiết. Trên ơ tơ sử dụng phổ
biến hơn cả với các dạng khơng cường hóa để đảm bảo khả năng ổn định điều
khiển mômen phanh.
1.4. Chọn phương án thiết kế
Chọn hệ thống phanh tang trống
1.4.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh

20

 Xi lanh bánh xe hay còn gọi là xi lanh phụ: là buồng chứa piston, dầu,
cuppen
 Piston: được nối với guốc phanh, khi có áp suất dầu sẽ đẩy ra làm cho má
phanh ép vào trống phanh giúp giảm tốc độ xe hoặc dừng xe.
 Cuppen:làm kín xi lanh khơng có khí lọt vào cũng như rị rỉ dầu. Ngồi
ra nó cịn có tác dụng hồi vị piston.
 Má phanh: là bộ phận trực tiếp ma sát với trống phanh.
 Lò xo hồi vị: Khi áp suất dầu giảm lị xo có tác dụng ép piston trở về vị
trí ban đầu.
1.4.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh tang trống
Khi người lái đạp bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực (phản lực của mặt
đường) làm cho các bánh xe dừng lại và khắc phục lực (quán tính) đang muốn
giữ cho xe tiếp tục chạy, do đó làm cho xe dừng lại. Nói khác đi, năng lượng
(động năng) của các bánh xe quay được chuyển thành nhiệt do ma sát (nhiệt
năng) bằng cách tác động lên các phanh làm cho các bánh xe ngừng quay.

21


 Phanh tang trống làm bánh xe ngừng quay bằng áp suất thuỷ lực truyền từ
xilanh chính đến xilanh phanh để ép guốc phanh vào trống phanh, trống
này quay cùng với lốp.
 Khi áp suất đến xilanh phanh của bánh xe khơng xuất hiện, lực của lị xo
phản hồi đẩy guốc rời khỏi mặt trong của trống trở về vị trí ban đầu của
nó.
 Vì trống phanh bao quanh guốc phanh, nên khó tiêu tán nhiệt phát sinh.
Loại phanh này chịu nhiệt kém.

PHẦN 2. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH
2.1. Mục đích và nhiệm vụ tính tốn

2.1.1. Mục đích.

- Mục đích của tính tốn thiết kế cơ cấu phanh là xác định các thơng số
kích thước và thơng số cơ bản của cơ cấu phanh nhằm thoả mãn các u cầu về
hiệu quả phanh ơtơ.
2.1.2. Nhiệm vụ tính tốn thiết kế

- Xác định mômen phanh cần sinh ra ở các cơ cấu phanh
- Chọn dạng cơ cấu phanh và các kích thước cơ bản của cơ cấu phanh
gồm:
 

+ Bán kính tang phanh
+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh đến xilanh
+ Khoảng cách từ tâm cơ cấu phanh tới chốt tựa hoặc thanh nối
+ Hệ số ma sát
+ Chiều rộng tấm ma sát
- Xác định lực đẩy cần thiết tác dụng lên các guốc phanh
+ Tính tốn kiểm nghiệm khả năng làm việc của cơ cấu phanh.
2.1.3. Thông số ban đầu dùng tính tốn thiết kế cơ cấu phanh

- Trọng lượng tồn bộ ơ tơ: 2450 kg
- Tọa độ trọng tâm ô tô:
Hg: 0.92
a: 1.395

22


b: 1.185

- Chiều dài cơ sở ô tô: 2,58 m
- Kích thước lớp xe: 8.4-15 inch
- Gia tốc phanh yêu cầu: Jmax=7m/s2
- Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường: φ = 0.8
2.2. Xác định momen phanh cần sinh ra ở cơ cấu phanh.
Xe có ký hiệu lốp là: 8,4-15 inch
d = 15 inch
H = B = 8,4 inch

( d2 ) 25,4=(8,4 + 152 )25,4=403,86 mm

r 0 = B+

rbx = 0,93.403,86 = 376 mm = 0,376 (m)
- Hệ số đặc trưng của cường độ phanh:
'

φ=

j max 7
=
=0,71
g
9,8

- Hệ số thay đổi tải trọng khi phanh:
m 1 p=1+
m 2 p=1 −

j max ℎg

7.0,92
=1+
=1,55
gb
1,185.9,8

j max ℎg
7.0,92
=1−
=0,52
ga
1,395.9,8

- Lực phanh cực đại của một bánh xe ở cầu trước và cầu sau khi phanh
đường phẳng:
Pp =
1

Pp =
2

-

Gb
2450.1,185
m 1 p φ=
1,55.0,8= 697,6 N
2L
2.2,58

Ga
2450.1,395
m2 p φ=
0,52.0,8= 275,5 N
2L
2.2,58

Mơmen phanh tính tốn cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh tại mỗi bánh

xe:
M p 1=

G
2450
(b+ φ' ℎ g )φ r bx =
( 1,185+0,71.0,92 ) 0,8.0,376=262 Nm
2L
2.2,58

M p 2=

G
2450
(a+ φ' ℎ g )φ r bx =
( 1,395 −0,71.0,92 ) 0,8.0,376=106 Nm
2L
2.2,58

2.3. Xác định các lực tác dụng lên guốc phanh:
23

o

/

o

P1

//

p2
x

x1

r

n1
t1

r

r

p
P

2

u2

y1

2

1

u

t2

n2

u1
u

2

1

2

y2

1

r
tg δ=

o

2

1

cos 2 β 1 −cos 2 β 2
2 β 0 +sin 2 β1 −sin 2 β 2

Với:
β1- góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến chỗ tán tấm ma sát
β1 = 14º.
β0-góc bo ơm cảu tấm ma sát. β0 ≈ 120º.
β2 = β1 + β0 = 14º + 120º = 134º
o

tg δ=

o

cos 2. 14 −cos 2 .134
=0 ,1622
120 o
o
o
2.
2 . π +sin 2 .14 −sin 2. 134
360 o

δ ≈ 9,20 .
Bán kính ρ xác định theo cơng thức sau:
ρ=

2 r 1 ( cos β1 −cos β 2 )
2
0

√ β +sin

2

β0 −2 β 0 cos ( β1 + β2 ) sin β 0

Víi:
r1 –bán kính của tang trống, với lốp chọn có lý hiệu là 8,4-15 inch
Vậy rt = 120 mm

24


ρ=

2 . 120 ( cos 14 o−cos134 o )
2

120
2 π ) +sin 120 −2 (
2 π cos ( 14+134 ) sin120
(√ 120

360
360 )
2

o

o

≈53 , 5 mm
o

Khi tính tốn cơ cấu phanh chúng ta cần xác định lực phanh P tác dụng
lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mô men phanh sinh ra ở guốc phanh
trước (M/P1 hoặc M//P1) và guốc sau (M/P2 hoặc M//P2) bằng mơ men phanh tính
tốn của mỗi cơ cấu phanh đặt tại bánh xe.
Khi đã chọn trước thông các số kết cấu (õ1, õ2, õ0, rt) chúng ta tính được
góc ọ và bán kính ủ nghĩa là xác định được hướng và điểm đặt lực N 1 (lực N1
hướng vào tâm 0). Lực R1 là lực tổng hợp của N1, và T1. Lực R1 tạo với lực N1
góc ử1.
Góc ử1 được xác định như sau:
tg ϕ1=

T1
=μ
N1

Với ỡ là hệ số ma sát giữa tấm ma sát với tang trống, thường ỡ = 0,3.
Như thế là chúng ta đã xác định được góc ử 1 ≈ 16,690, nghĩa là xác định
được hướng của R1. Góc ử1 má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì
có cùng hệ số ma sát như nhau.

Nếu guốc phanh bị ép bằng cam phanh (phanh khí) thì lực P 1, P2 tác
dụng lên hai guốc phanh sẽ khác nhau. Trong trường hợp này khi cam quay,
hai guốc phanh sẽ dịch chuyển như nhau, do đó áp suất tác dụng lên hai má
phanh bằng nhau và lực R1 = R2, vì vậy các thơng số của hai guốc phanh là như
nhau.
Như vậy mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của một bánh xe sẽ là:
M p  M "p  M p'  R1.r01  R2 r02

Trong đó bán kính r0 được xác định theo cơng thức:

r 0 =ρ sin ϕ=ρ

tgϕ
μ
0,3
=ρ
=53
,
5
=15 ,37 mm
2
2
2
√ 1+tg ϕ √ 1+μ
√1+0,3

Vì 2 má phanh có kích thước giống nhau ta có:

ρ'=ρ=ρ} {¿

và

r 01=r 02=r 0
25