Tiểu Luận Thiết Kế Ô Tô.docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC


TIỂU LUẬN MÔN: THIẾT KẾ Ô TÔ
GVHD:
SVTH:
MSSV:
Lớp:

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 2 tháng 12 năm 2022


ĐỀ SỐ 5
Hãy tính tốn cơ cấu phanh guốc ở cầu trước của xe tải có 2 cầu. Cho biết: Khối
lượng toàn bộ của xe 10 460 kg, g = 10 m/s2, hệ số phân bố tải trọng lên các cầu
là: n1 = 0,3, n2 = 0,7 (xem lại “Lý thuyết ơ tơ" - Chương 7 ), bán kính tính toán
của bánh xe rb = 392 mm, φ = 0,76, hệ số thay đổi tải trọng tác dụng lên các cầu
khi phanh là: m1p = 1,15, m2p = 0,93. Áp suất phân bố trên má phanh khi phanh
theo quy luật: q=q max sinββ
Cho trước các giá trị sau chung cho cả 2 guốc phanh:
+ Bán kính của trống phanh: rt =160 mm, khoảng cách từ O đến F´ 1 , ⃗F2: 145 mm
+ β 1=17 ° , β 2=127 ° , β o=110 ° ; khoảng cách OO1 đến OO2 = 130 mm
O1 OO2=36 ° (góc giữa 001 hoặc 002 với đường thẳng
+ Hệ số ma sát: μ=0,3 ;Góc ^
đứng đi qua tâm O là 18 °; O1, O2: điểm tựa của guốc phanh trái, phải)
Hãy tính các giá trị sau
l) Mômen phanh cần thiết tại các cơ cấu phanh
2) Xác định góc δ và bán kinh ρ của lực tổng hợp tác dụng vng góc lên má
phanh (khơng cần hình vẽ)
3) Tính tốn lực cần thiết tác dụng lên 2 guốc phanh F1, F2 và các lực R1, R2, U1,

U2 khi F1 = F2.(Phải có hình vẽ cơ cấu phanh, các lực tác dụng và 2 tam giác lực
phải được dựng hình chính xác)


Tóm tắt:
g = 10m/s2
m = 10460 kg => G = m.g = 104600 (N)
n1 = 0,3; n2 = 0,7
rb = 392 mm = 0,392 m
φ=0,76

m1p = 1,15; m2p = 0,93
rt = 160 mm
β o=110 °, β 1=17 ° , β 2=127 °
μ=0,3

F1, ⃗
F2 = 145 mm
Khoảng cách từ O đến ⃗
OO1 = OO2 = 130 mm
O1 OO 2=36 °
μ = 0,3; ^

1) Tính Momen cần thiết tại các cơ cấu phanh
Mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của ô tô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc
dừng ô tô hoàn toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Ngồi ra cịn phải đảm bảo giữ ơ tơ đứng ở độ dốc cực đại (mômen phanh sinh
ra ở phanh tay).
Đối với ơ tơ lực phanh cực đại có thể tác dụng lên một bánh xe ở cầu trước khi
phanh trên đường bằng phẳng là:

F p 1=

G1
Gb
m1 p φ=
m φ(1)
2
2L 1p

Ở cầu sau là:
F p 2=

G2
Ga
m2 p φ=
m φ(2)
2
2L 2p

Ở đây:
G
- Trọng lượng tồn bộ của ơ tơ khi tải đầy.
G1, G2
- Tải trọng tương ứng (phản lực của đường) tác dụng lên cầu trước
và sau ở trạng thái tĩnh, trên bề mặt nằm ngang.
m1p, m2p
- Hệ số thay đổi tải trọng tương ứng lên cầu trước và cầu sau khi
phanh.
a, b
- Khoảng cách tương ứng từ trọng tâm ô tô đến cầu trước

và cầu sau.
L
- Chiều dài cơ sở của ô tô.
φ
- Hệ số bám dọc giữa lốp và đường (φ = 0,7 ÷ 0,8)
Dựa theo lý thuyết ô tô ta có:


Z1
=0,3=¿ Z1 =G.0,3=104600.0,3=31380 ( N )=G 1
G
Z2
nβ2 = =0,7=¿ Z 2=G .0,7=104600.0,7=73220 ( N )=G 2
G
nβ1=

=> Lực phanh cực đại tác dụng lên hai cầu khi đường bằng phẳng là:
F p 1=

G1
31380
m φ=
.1,15.0,76=13713,06 ( N )
2 1p
2

F p 2=

G2
73220

m2 p φ=
.0,93.0,76=25875,95 ( N )
2
2

Ở ô tô cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe (phanh chân). Do đó
mơmen phanh tính tốn cần sinh ra của mỗi cơ cấu phanh ở cầu trước là:
M p 1=

G1
31380
m1 p φ r b =
.1,15.0,76 .0,392=5375,52 ( N . m ) (3)
2
2

Ở cầu sau là:
M p 2=

G2
73220
m2 p φ r b =
.0,93.0,76 .0,392=10143,37 ( N . m ) (4 )
2
2

Trong đó: rb – Bán kính làm việc trung bình của bánh xe.
Đứng về kết cấu của cơ cấu phanh guốc mà xét thì mơmen phanh Mp1 và Mp2
phải bằng:
M p 1=M ' p 1+ M ' ' p1 (5)

M p 2=M ' p 2+ M ' ' p 2( 6)

Ở đây:
M ' p 1 , M ' ' p 1 – Mômen phanh sinh ra ở má phanh trước và má phanh sau của mỗi

cơ cấu phanh ở cầu trước.
M ' p 2 , M ' ' p 2 – Mômen phanh sinh ra ở má phanh trước và má phanh sau của mỗi
cơ cấu phanh ở cầu sau.
2) Xác định góc δ và bán kinh ρ của lực tổng hợp tác dụng vng góc lên
má phanh
Mơmen phanh sinh ra trên trống phanh phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu phanh.
Ta xét trường hợp truyền động phanh là loại thủy lực (phanh dầu) thì lực ép F
lên các guốc phanh sẽ bằng nhau ( F 1=F2).
Gọi trục Y1 – Y1 đi qua hai tâm O và O1 và vng góc với trục X1 – X1 đi qua
điểm có áp suất cực đại.
Khi phanh mỗi phần tử của má phanh bị tác dụng từ phía trống phanh bởi lực
thẳng góc dN1 và lực ma sát dT1. Lực ma sát được tính:
dT 1=μ dN 1


Ở đây: Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh.
Chúng ta xét một phần tử của má phanh nằm cách trục Y1 – Y1 một góc . Phần
tử này chốn góc d.
Khi áp suất phân bố theo đường sin thì các phần tử lực dN1 và dT1 tác dụng lên
má phanh là:
dT 1=q max b r t sin β . d β (7)
dN 1 =μ qmax b r t sin β . d β (8)

Ở đây:
q1 – Áp suất phân bố trên má phanh trước (q1 = const theo giả thiết).

b – Chiều rộng má phanh.
rt – Bán kính trong của trống phanh.
d– Góc ơm của phần tử má phanh đang xét
Chiếu lực dN1 lên trục X1- X1 ta có:
dN 1 x =q max b r t sin2 β . d β

Từ đó:
β2

β2

N 1 x =∫ dN 1 x ¿ qmax b r t∫ sin2 β . dβ ¿ q max b r t
β1

β1

sin 2 β 2 sin 2 β 1
1
¿ q max b r t β2 −β1 −
+
2
2
2

(

¿

( β2 − sin42 β ) ¿ ¿

)

1
q b r ( 2 β o+ sin 2 β 1−sin 2 β 2 ) (9 a)
4 max t

Chiếu lực dN1 lên trục Y1 – Y1 ta có:
1
dN 1 y =qmax b r t sin βcosβ . d β= q max b r t sin 2 β . dβ
2
β2

β2

1

1

1
1
N 1 Y =∫ dN 1 Y ¿ q b r t ∫ sin 2 β . dβ ¿ q b r t sin2 β .d 2 β
2
4 max
max
β
β
1
¿ q b r t (−cos 2 β ) ¿
4 max

Góc δ tạo bởi lực N1 với trục X1-X1 là:
tgδδ=

1
q b r ( cos 2 β 1−cos 2 β 2)
4 max t

N1Y
=
(10)
N1x 1
q max b r t ( 2 β o +sin 2 β1 −sin 2 β 2 )
4

Đơn giản đi ta được:
tgδδ=

cos 2 β 1−cos 2 β 2
2 β o+ sin 2 β 1−sin 2 β 2


Thay β o =110 ° , β 1=17 ° , β2 =127° , ta được:
cos ( 2.17 ° )−cos ( 2.127 ° )
=0,206
π
2.110 ° .
+sin ⁡(2.17 ° )−sin ⁡(2.127 °)
180
=> δ =arctan ⁡(0,206)≈ 12°

tgδδ=

Mômen phanh sinh ra trên phần tử của má phanh là:
d M ' p 1=r t dT 1=μ q max b r 2t sin β . d β

Mômen phanh sinh ra trên cả má phanh trước là:
β2

β2

M ' p 1=∫ dM

'
p1

¿ μ q max b r

2
t

β1

∫ sin β d β =¿ μ qmax b r 2t ( cos β1 −cos β 2)(11)¿
β1

Lực tổng hợp N1 là:
N 1= √ N 21 x + N 21 y
1
¿ q b r t √ (2 β o +sin 2 β 1−sin2 β 2)2 +(cos 2 β1−cos 2 β 2 )2( 12)
4 max

Bán kính ρ xác định theo cơng thức:
ρ=

M ' p 1 M ' p1
=
T1
μN1

Thay các trị số M’p1 và N1 từ các công thức (11), (12) vào và đơn
giản đi ta có:
ρ=

4 r t (cos β1 −cos β 2)
2

o

¿

1

2

1

2

4 r t (cos β1−cos β 2)
2

√[ 2 β −2cos (β + β )sin ( β − β ) ] +[ 2 sin( β + β ) sin ( β −β ) ⁡]
o

¿

2

√(2 β +sin 2 β −sin 2 β ) +(cos 2 β −cos 2 β )

2

1

2

1

2

1

2

2

1

4 r t (cos β1 −cos β 2)
2

o

2

√ 4 β +4 cos ( β + β ) sin
2

1

2

β o−8 β o cos ( β 2 + β 1) sin β o +4 sin 2 ( β2 + β 1 ) sin2 β o

Cuối cùng ta có:
ρ=
¿

2 r t (cos β 1−cos β 2 )
2
o

√ β +sin

2

β o−2 β o cos (β 2 + β 1)sin βo
2.160( cos 17 °−cos 127 ° )

π 2
π

(110 °
) +sin 2 110 °−2.110 °
. cos ( 127 ° +17 ° ) sin110 °
180
180
¿ 182,21(mm)

√

3) Tính tốn lực cần thiết tác dụng lên 2 guốc phanh F1, F2 và các lực R1,
R2, U1, U2 khi F1 = F2.


R1 tạo với ⃗
N 1 góc φ . Góc φ xác định như
Lực R1 là lực tổng hợp của N 1 và T 1 . ⃗

sau:
tgδ φ1=

T1
=μ
N1

=> tgδ φ1=0,3 => φ 1=arctan ( 0,3 )=17 °.
R1 .
=> Xác định được hướng của ⃗

Góc ở má phanh trước và má phanh sau đều bằng nhau vì cùng một hệ số ma
sát như nhau.

=> φ 1=φ2=17°
R2
=> Xác định được hướng của ⃗
Từ đó ta dựng được sơ đồ tính tốn cơ cấu phanh guốc:

Mômen phanh của cơ cấu phanh là:
M p 1=M 'p 1+ M 'p' 1=R 1 r o+ R 2 r o=r o ( R 1+ R 2)

Với:
R1 , R 2 – Lực tổng hợp ở má phanh trước và sau.
r o – Bán kính (xem ở hình vẽ bên dưới)

Bán kính r o được xác định theo cơng thức:
r o =ρsinβφ=ρ

tgδφ

√1+tgδ

2

φ

=ρ

μ

√ 1+ μ2

¿ 182,21.

0,3

√ 1+0,32

=52,36(mm)

Ta xác định được tổng số lực R1 + R2 theo công thức sau:
R1 + R2=

M p1
5375,52
=
=102668,55 ( N )
ro
52,358. 10−3

Để xác định riêng rẽ lực R1 và R2 chúng ta dùng phương pháp họa đồ bằng cách
vẽ đa giác lực của guốc phanh trước và sau.
Guốc phanh trước và sau nằm ở vị trí cân bằng cho nên ba lực tác dụng phải gặp
nhau tại tâm O’ hoặc O’’.
Chọn F 1=F2=20(mm).
Áp dụng phương pháp hoạ đồ vẽ tam giác lực, ta dựng được các hình vẽ sau:

Tiến hành đo đạc, ta xác định được:
R1=66 ( mm ) ;U 1=47,3(mm)
R2=32 ( mm ) ; U 2=12( mm)

Từ đó ta xác định được:

R 1 66
= =2,0625
R 2 32

{

R =69144,13(N )

=> R1=33534,42(N )
2
Tacó :

F 1 20 10
10
= = =¿ F 1=R1 . =20952.77 ( N ) =F 2
R 1 66 33
33


Tương tự, ta có:
U 1 47,3
47,3
=
=¿ U 1=F 1 .
=49553,3 ( N )
F 1 20
20
U 2 12
12
= =¿U 2=F2 . =12571,66 ( N )

F 2 20
20