nghiên cứu, thiết kế hệ thống phanh ôtô 12 chỗ có abs và mô hình mô phỏng

Phần i
Tính toán thiết kế hệ thống phanh
I. Công dụng, phân loại, yêu cầu của Hệ thống phanh
1. Công dụng, phân loại, yêu cầu
1.1 Công dụng
- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào
đấy hoặc dừng hẳn ôtô.
- Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đờng dốc.
1.2. Phân loại
1.2.1 Theo công dụng
Theo công dụng hệ thống phanh đợc chia thành các loại sau:
- Hệ thống phanh chính (phanh chân)
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
- Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ).
1.2.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh đợc chia thành hai loại sau:
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
1.2.3 Theo dẫn động phanh
Theo dẫn động hệ thống phanh đợc chia ra:
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén - thuỷ lực
- Hệ thống phanh có cờng hoá.
1.2.4 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.
1.2.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
1
Theo 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).

2.1 Yêu cầu
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đ-
ờng phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trờng hợp nguy hiểm
- Phanh êm dịu trong mọi trờng hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của
ôtô
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển
không lớn
- Dẫn động phanh có độ nhạy cao
- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để
đảm sử dụng hết trọng lợng bám của khi phanh ở các cờng độ khác nhau
- Không có hiện tợng tự xiết phanh
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt
- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao và ổn định trong điều
kiện sử dụng
- Giữ đợc tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
- Có khả năng phanh khi ôtô đứng trong thời gian dài.
2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô đợc mô tả trên hình sau:
2
Hình1.1 Hệ thống phanh trên ôtô
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hên thống phanh bao gồm hai phần
chính:
- Cơ cấu phanh:
Cơ cấu phanh đợc bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe
khi phanh trên 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.
3. Cơ cấu phanh
3.1 Cơ cấu phanh guốc (phanh trống)
3.1.1 Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
3
b
a
Hình vẽ 1.2 Cơ cấu phanh đối xứng qua trục
Cơ cấu phanh loại tang trống với guốc phanh quay quanh chốt cố định
Trên hình 1.2 trình bày cơ cấu phanh loại guốc. Cơ cấu phanh này gồm có
đĩa phanh 7 đợc gắn lên mặt bích của dầm cầu. Các guốc phanh 1 đợc gắn lên chốt
lệch tâm 8. Dới tác dụng của lò xo 6, các mà phanh đợc ép chặt vào các cam lệch
tâm 3 và ép các đầu tựa 4 làm các piston trong xi lanh 5 sát lại gần nhau.
Xi lanh 5 đợc gắn chặt trên đĩa 7. Giữa các piston của xi lanh 5 có là xo nhỏ
để ép các piston luôn sát vào guốc phanh.
Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh. Để cho các má phanh
hao mòn đều hơn nên ở guốc phanh đằng trớc ngời ta thờng gắn má phanh dài hơn
so với guốc sau vì hiệu quả của má trớc theo kiểu bố trí của hình vẽ sẽ lớn hơn
nhiều so với má sau. Để giữ cho guốc phanh có hớng dịch chuyển ổn định trong
mặt phẳng đứng, trên đĩa 7 có gắn các tấm hớng 2. Khi tác dụng vào bàn đạp
phanh, chất lỏng với áp suất cao sẽ truyền đến xi lanh 5 tạo nên lực ép trên các
piston và đẩy các guốc phanh 1 ép sát vào trống phanh do đó quá trình phanh đợc
tiến hanh. Khi nhả bàn dạp phanh, lò xo 6 sẽ kéo các guốc phanh 1 trở lại vị trí ban
đầu, giữa má phanh và trống phanh có khe hở do đó quá trình phanh sẽ kết thúc.
Trong quá trình sử dụng, má phanh sẽ hao mòn làm cho khe hở giữa rống phanh và
má phanh tăng lên. Muốn cho khe hở trở lại nh cũ thì có thể điều chỉnh chốt lệch
tâm 8.
u điểm: của cơ cấu phanh loại này là đơn giản về kết cấu, dễ chế tạo, thuận

tiện trong việc bảo dỡng và sữa chữa.
Nhợc điểm: là có một má phanh làm việc không thuận lợi nên hiệu suất phanh
không cao.
3.1.2. Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm
4
Hình 1.3 Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm
Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm đợc thể hiện trên hình vẽ. Sự đối
xứng qua tâm ở đây đợc thể hiện trên mâm phanh 10 cũng bố trí hai chốt guốc
phanh, hai xi lanh bánh xe, hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau và chúng đối
xứng nhau qua tâm. Mỗi guốc phanh đợc lắp trên một chốt cố định ở mâm phanh
và cũng có bạc lệch tâm điều chỉnh khe hở phía dới của má phanh với trống phanh.
Một phía của guốc phanh luôn tì vào piston và của xi lanh bánh xe nhờ lò xo guốc
phanh. Khe hở phía trên má phanh và trống phanh đợc điều chỉnh bởi cơ cấu tự
động điều chỉnh khe hở lắp trong piston của xi lanh bánh xe. Cơ cấu phanh loại đối
xứng qua tâm thờng có dẫn động bằng thuỷ lực và đợc bố trí ở cầu trớc của ôtô du
lịch hoặc ôtô tải nhỏ. Ngời ta bố trí sao cho khi ôtô chuyển động tiến thì cả hai
guốc phanh đều là guốc xiết còn khi lùi thì lại trở thành hai guốc nhả. Nh vậy hiệu
quả phanh khi tiến thì lớn còn hiệu quả phanh khi lùi thì nhỏ. Tuy nhiên thời gian
lùi của ôtô rất ít và tốc độ chậm nên không cần hiệu quả phanh cao.
3.1.3 Cơ cấu phanh guốc loại bơi
Hình vẽ 1.4 Cơ cấu phanh loại bơi
5
Cơ cấu phanh loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốt quay
cố định mà cả hai đầu đều tựa trên mặt di trợt
Có hai loại cơ cấu phanh bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn, loại hai mặt tựa
tác dụng kép
- Loại hai mặt tựa tác dụng đơn:
ở loại này một đầu của guốc phanh đợc tựa trên mặt tựa di trợt trên phần vỏ
xi lanh, đầu còn lại tựa vào mặt di trợt của piston. ở trạng thái bình thờng dới tác
dụng của hai lò xo guốc phanh các guốc phanh ép sát vào các mặt tựa tạo khe hở

giữa má phanh và trống phanh. Khi làm việc, trớc hết một đầu của guốc phanh đợc
piston đẩy ra ép sát vào trống phanh và cuốn theo chiều quay của trống phnah làm
đầu còn lại của guốc phanh trợt trên mặt tựa để khắc phục hết khe hở giữa má
phanh và trống phanh và trở thành điểm tựa cố định. Loại này, nếu trống phanh
quay theo chiều mũi tên thì hai guốc phanh đều là guốc xiết (ứng với chiều tiến
của ôtô). Khi trống phanh quay theo chiều ngợc lại (chiều lùi của ôtô) thì hai guốc
phanh trở thành hai guốc nhả. Nh vậy có nghĩa là hiệu quả phanh khi tiến cũng lớn
hơn hiệu quả khi lùi. Loại này thờng đợc bố trí ở bánh trớc của ôtô du lịch hoặc
ôtô tải nhỏ.
- ở loại này trong mỗi xi lanh bánh xe có xu hớng và cả hai đầu của mỗi guốc
phanh đều ta trên hai mặt tựa di trợt của hai piston. Khi làm việc guốc phanh đợc
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 ngắn hơn nghĩa là thời gian chậm tác dụng giảm.
ở cơ cấu loại này hiệu quả phanh khi tiến và lùi nh nhau vì trong cả hai trờng hợp
hai guốc phanh đều là guốc xiết. Cơ cấu phanh loại này thờng đợc bố trí ở các
bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
3.1.4 Cơ cấu phanh guốc loại tự cờng hoá
6
Hình 1.5 Cơ cấu phanh loại tự cờng hoá
Cơ cấu phanh guốc loại tự cờng hoá có nghĩa là khi phanh bánh xe thì guốc
phanh thứ nhất sẽ tăng cờng lực tác dụng lên guốc phanh thứ hai
Cấu tạo và nguyên lý cơ cấu phanh tự cờng hoá đợc mô tả trên hình vẽ.
Có hai loại cơ cấu phanh tự cờng hoá: cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng đơn và
cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng kép.
- Cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng đơn
Cấu tạo của cơ cấu phanh loại này khác biệt với các cơ cấu phanh kể trên ở chỗ hai
đầu cảu hai guốc phanh đợc liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trợt của một cơ
cấu điều chỉnh tự động. Hai đầu còn lại của hai guốc phanh thì một đợc tựa vào
mặt di trợt trên vỏ xi lanh bánh xe còn một thì tựa vào mặt tựa di trợt của piston xi
lanh bánh xe. Cơ cấu điều chỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và

trống phanh của cả hai guốc phanh. ở trạng thái cha làm việc cả hai guốc phanh đ-
ợc các lò xo guốc phanh kéo ép sát vào các mặt tựa tạo khe hở giữa má phanh và
trông phanh. Khi làm việc một đầu của guốc phanh đợc piston đẩy ra ép sát vào
trống phanh và cuốn theo chiều quay của trống phanh, thông qua cơ cấu điều chỉnh
tác dụng lên guốc phanh còn lại và khi đã khắc phục hết khe hở cả hai guốc phanh
cùng có điểm tựa cố định là mặt tựa trên xi lanh. Nh vậy không những cả hai guốc
phanh đều là guốc xiết mà guốc thứ hai còn đợc guốc thứ nhất cờng hoá một lực
thông qua cơ cấu điều chỉnh.
Cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng đơn có hiệu quả phanh theo chiều quay của
trống phanh ngợc chiều kim đồng hồ (ứng với chiều tiến ôtô) là lớn, còn chiều
quay ngợc lại (ứng với chiều lùi của ôtô) là nhỏ. Cơ cấu phanh loại này thờng đợc
bố trí ở các bánh xe trớc của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
- Cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng kép
Khác với loại trên, loại cơ cấu phanh tự cờng hoá tác dụng kép có hai đầu
của hai guốc phanh tựa trên hai mặt tựa di trợt của hai piston trong một xi lanh
bánh xe. Vì vậy hiện tợng tự cờng hoá tác và hiệu quả phanh ở cả hai chiều quay
7
của trống phanh đều nh nhau. Cơ cấu phanh loại này đợc sử dụng ở các bánh xe
sau của ôtô du lịch và tải nhỏ đến trung bình.
3.1.5 Cơ cấu phanh loại có piston bậc
Trên hình 3 - 2 trình bày vơ cấu phanh với ống xi lanh làm việc có các đờng
kính khác nhau.
Lực tác dụng lên hai guốc phanh
trong trờng hợp này sẽ khác nhau. Với
chiều quay của trống phanh nh hình vẽ thì
má bên phải làm việc thuận lợi hơn vì có
hiện tợng tự siết, vì thế má bên phải cần ít
lực ép hơn có nghĩa là đờng kính piston
nhỏ hơn so với má bên trái.
Ưu điểm: của cơ cấu phanh loại này

là đảm bảo các má phanh mòn đều.
Hình 1.6
Cơ cấu phanh với piston bậc
Nhợc điểm: là có một má phanh làm việc không thuận lợi nên hiệu suất
phanh không cao. Cơ cấu phanh loại này thơng chỉ làm việc tốt khi xe tiến, còn
khi xe lùi thì cơ cấu phanh làm việc không tốt.
3.1.6 Cơ cấu phanh loại có hai ống xi lanh
riêng rẽ ở hai guốc phanh
Trên hình 3 - 3 trình bày cơ cấu phanh
loại có hai ống xi lanh riêng rẽ ở hai guốc
phanh.
Mỗi guốc phanh quay quanh một chốt
lệch tâm đối xứng nhau qua tâm guốc phanh.
Nhờ bố trí xi lanh làm việc và chốt lệch tâm
đối xứng nh vậy cho nên hiệu quả phanh
của hai má sẽ bằng nhau khi trống phanh Hình 1.7
quay theo bất kì chiều nào. So với cơ cấu Cơ cấu phanh có 2 xilanh riêng
phanh trên hình 3 - 1 thì cơ cấu phanh
8
này hiệu quả phanh gấp từ 1,6 - 1,8 lần.
u, nhợc điểm: Khi trống phanh quay ngợc chiều kim đồng hồ (ôtô tiến) thì
hiệu quả phanh tốt nhng khi quay cùng chiều kim đồng hồ thì hiệu quả phanh
giảm hơn 2 lần.
Tham khảo trong tài liệu [2] ta đa ra bảng so sánh hiệu quả phanh của các
loại cơ cấu phanh guốc khác nhau:
Loại cơ cấu phanh
Lực tác dụng
lên đầu các guốc
phanh
So sánh (nếu lấy mômen

của cơ cấu phanh thông th-
ờng hình là 100%)
Các
điểm
tựa ở
về
một
phía
Các guốc phanh dịch
chuyển nh nhau
(dẫn động bằng cam)
P
1
P
2
100
Lực tác dụng lên các
guốc phanh nh nhau dẫn
động bằng thuỷ lực)
P
1
= P
2
134
Các điểm tựa ở về các phía
khác nhau
P
1
= P
2

176
Cơ cấu phanh tự cờng hoá
P
1
P
2
361
P
1
- Lực do truyền động phanh tác dụng lên đầu guốc phanh thứ nhất
P
2
- Lực do truyền động phanh tác dụng lên đầu guốc phanh thứ hai
3.2 Cơ cấu phanh đĩa
Phanh đĩa ngày càng đợc sử dụng nhiều trên ôtô du lịch. Có hai loại phanh
đĩa đó là loại đĩa quay và loại vỏ quay.
3.2.1 Loại đĩa quay:
Đĩa phanh đợc bắt chặt với moayơ bánh xe nhờ các bu lông. Có hai tấm ma
sát (guốc phanh )đợc lắp vào càng phanh, càng phanh đồng thời là xi lanh phanh.
Khi ngời lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì dầu phanh từ xi lanh chính với áp
suất cao đợc đa vào xi lanh chính làm pittông đẩy má phanh ép vào đĩa phanh,
đồng thời với áp suất dầu cao làm cho càng phanh đợc đẩy với chiều lực đẩy ngợc
lại, làm càng phanh trợt trên chốt trợt ép má phanh còn lại vào tấm ma sát và thực
hiện quá trình phanh. Khi ngời lái nhả phanh làm áp suất dầu trong xi lanh chính
giảm dầu phanh từ xi lanh bánh xe hồi về xi lanh chính.Pittông và càng phanh đợc
hồi về vị trí ban đầu dới tác dụng của phớt pttông (cao su). Do khe hở phanh đợc
9
điều chỉnh tự động bởi phớt pittông nên khe hở phanh không cần phải điều chỉnh
bằng tay.
+ Cơ cấu phanh dạng đĩa có các dạng chính và kết cấu trên hình 3.1

Ưu điểm của phanh đĩa loại đĩa quay: Toả nhiệt tốt do phần lớn đĩa phanh
đợc tiếp xúc với không khí, nên nhiệt sinh ra bởi ma sát dễ dàng toả ra ngoài
không khí nên sự chai bề mặt má phanh khó xảy ra. Nó đảm bảo khả năng ổn định
phanh ở tốc độ cao. Phanh đĩa có cấu tạo tơng đối đơn giản nên việc kiểm tra và
thay thế má phanh đặc biệt dễ ràng. Phanh đĩa còn có u điểm là có khả năng thoát
nớc tốt, do nớc bám vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực li tâm nên tính năng
phanh đợc hồi phục trong thời gian ngắn. Phanh đĩa còn có u điểm nữa là không
cần phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh và đĩa phanh do khe hở phanh đợc điều
chỉnh tự động bởi phớt cao su giữa píttông với xi lanh.Phanh đĩa còn có trọng lợng
nhỏ hơn so với phanh tang trống. Lực chiều trục tác dụng lên đĩa đợc cân bằng.
Kết cấu đơn giản nên độ chính xác có thể cao bởi vậy có khả năng làm việc với
khe hở giữa đĩa phanh với má phanh nhỏ nên giảm thời gian chậm tác dụng và tăng
tỉ số truyền cho cơ cấu phanh.
Nhợc điểm của phanh đĩa loại đĩa quay: Má phanh phải chịu đợc ma sát và
nhiệt độ lớn hơn do kích thớc của má phanh bị hạn chế, nên cần có áp suất dầu lớn
hơn để tạo đủ lực phanh. Do gần nh không có tác dụng tự hãm nên cần có áp suất
10
a) loại hai pit tong
Hình 1.9 - kết cấu của cơ cấu phanh đĩa
b) loại một pit tong
dầu rất cao để đảm bảo đủ lực dừng xe cần thiết. vì vậy đờng kính pittông trong xi
lanh bánh xe phải lớn hơn so với pittông phanh tang trống. Phanh đĩa hở nên nhanh
bẩn các bề mặt ma sát.
3.2.2 Phanh đĩa loại vỏ quay: Cơ cấu phanh đợc đặt trong vỏ gang, vỏ gang đợc
bắt chặt với moayơ bánh xe bằng các bu lông. Các đĩa có các má phanh đặt ở giữa
bề mặt ma sát của vỏ và nắp. Các đĩa đợc ép sát vào bề mặt vỏ và nắp vỏ nhờ hai
ống xi lanh và các hòn bi. Loại này thờng đợc dùng trên máy kéo bánh bơm.
II. Tính toán thiết kế hệ thống phanh
1. Một số chi tiết chính của các cơ cấu phanh đã chọn
1.1 Trống phanh:

Trống phanh phải có độ cứng vững lớn và trọng lợng bé, đồng thời phải đảm
bảo diện tích cần thiết để truyền nhiệt đợc tốt. Nguyên liệu làm trống phanh phải
có hệ số ma sát cao và mòn đều đặn ở bất kỳ nhiệt độ nào. Nhiệt độ ở một số chỗ
tiếp xúc giữa trống phanh và má phanh có khi lên đến nhiệt độ chảy của gang. Kết
cấu của trống phanh phải đảm bảo ma sát tốt. Trống phanh thờng làm bằng gang
hoặc gang hợp kim( có thành phần Niken , đồng, Môdiphen).
Hiện nay, trống phanh đợc chế tạo bằng phơng pháp dập thép lá sau đó đúc
bề mặt bên trong bằng một lớp gang hợp kim. Lớp gang hợp kim này đợc đúc theo
phơng pháp li tâm.
Để cho bề mặt trống phanh khỏi bị vênh thì bề mặt làm việc của trống
phanh phải đợc gia công cùng moayơ. Sau khi gia công phải đem lên máy để cân
bằng lại trống phanh.
1.2 Guốc phanh:
Guốc phanh thờng đợc chế tạo bằng các phơng pháp hàn dập hoặc đúc, vật
liệu thờng bằng gang. Trên bề mặt guốc phanh có đặt má phanh. Má phanh đợc
ghép với guốc phanh bằng đinh tán hoặc phơng pháp dán. Các đinh tán phải bằng
kim loại mềm để khi má phanh mòn đến đinh tán thì bề mặt trống phanh không bị
xớc.
Để cho má phanh tì sát vào bề mặt làm việc của trống phanh thì sau khi
ghép vào guốc phanh mới đem gia công. Để cho guốc phanh không dịch chuyển
theo chiều ngang thì trên đĩa phanh có các tấm đỡ.
2. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh
11
2.1 Yêu cầu:
Mômen phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh phải đảm bảo giảm đợc tốc độ
hoặc dừng hẳn ôtô với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép.
Với cơ cấu phanh đặt trực tiếp ở tất cả các bánh xe thì mômen phanh tính
toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh
ở cầu trớc là:

bx
g
PT
r
g
hJ
b
L
G
M .
.
2
max









+=
(1)
ở cầu sau là:

bx
g
PS
r

g
hJ
a
L
G
M .
.
2
max









=
(2)
Trong đó :
G - Trọng lợng của ôtô khi đầy tải G = 24800 (N)
L - Chiều dài cơ sở của ôtô L = 2,580 (m)
a - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu trớc a =1,509 (m)
b - Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm cầu sau b =1,070 (m)
h
g
- Chiều cao trọng tâm xe h
g
=0,8 (m)

J
Pmax
- Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh
J
Pmax
=.g = 0,7.9,81=7(m/s
2
)
g - Gia tốc trọng trờng g = 9,81(m/s
2
)
- Hệ số bám của bánh xe với mặt đờng = 0,7
r
bx
- Bán kính làm việc trung bình của bánh xe
Ta có
r
bx
= .r
0

Trong đó :
- hệ số biến dạng lốp = 0,932
r
0
-bán kính thiết kế của bánh xe . Theo kí hiệu lốp của châu âu thì r
0
đợc xác định theo công thức r
0
=

4,25.
2
d
B +
với
B- bề rộng của lốp đơn vị (mm)
d -đờng kính vành bánh xe đơn vị (insơ)
Với xe tham khảo dùng loại lốp 215/70R14 ta có B = 215 (mm)
12
d =14 (insơ)
vậy r
bx
=
=+ 932,0)4,25.
2
14
215(
366(mm) = 0,366(m)
Thay các giá trị vào (1), (2) ta đợc :
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu cầu trớc là :
M
PT
=
4,2020366,0.7,0)
81,9
8,0.7
070,1(
580,2.2
24800
=+

(N.m)
Mômen phanh cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh sau là:
M
PS
=
2,1155366,0.7,0.
81,9
8,0.7
509,1
580,2.2
24800
=







(N.m)
3. Thiết kế tính toán cơ cấu phanh sau( phanh guốc )
3.1 Xác định bán kính của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh
Ta có biểu thức
=
( )
( )
0210
0
2
0

2
2
sin.cos.2sin
coscos2


++

T
r
Trong đó :
r
T
là bán kính tang trống ta có r
T
=130 (mm) =0,13(m)
1

-Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu cuối tấm ma sát
2

-Góc tính từ tâm chốt quay của guốc phanh đến đầu trên tấm ma sát
2

=
1

+
0

0

-Góc ôm của tấm ma sát
Với guốc phanh sau ta có
1

= 15
0
;
2

= 130
0
;
0

= 115
0

Với guốc phanh trớc ta có
1

= 20
0
;
2

= 125
0
;

0

= 105
0

Ta chọn guốc phanh sau có góc ôm lớn hơn guốc phanh sau là do kết cấu
phanh ta đã chọn thì khi xe chạy tiến và ta phanh thì guốc sau do là má tự cờng
hoá nên chịu lực ma sát lớn hơn guốc trớc nên guốc sau sẽ mòn nhanh hơn. Do đó
để đảm bảo tính bền đều cho hai guốc phanh ta nên chọn góc ôm của guốc phanh
sau lớn hơn góc ôm của guốc phanh trớc.
Thay các thông số vào ta đợc:
13


1
=
( )
( )
15,0
115sin.13015cos.
180
14,3.115
.2115sin
180
14,3.115
130cos15cos13,0.2
2
2
=
++

( m)

2
=
( )
( )
147,0
105sin.12520cos.
180
14,3.105
.2105sin
180
14,3.105
125cos20cos13,0.2
2
2
=
++

(m)
bán kính r
0
xác định theo công thức
r
0
=
2
1
.
à
à

+
Với
1
= 0,15 (m) thay vào công thức trên ta đợc
r
01
=
043,0
3,01
3,0
.15,0
2
=
+
(m)

Với
2
= 0,147(m) thay vào công thức trên ta đợc
r
02
=
042,0
3,01
3,0
.147,0
2
=
+
(m)

3.2 Xác định lực tác dụng lên cơ cấu phanh tự cờng hoá
Cơ sở xác định: Khi tính toán cơ cấu phanh ta cần xác định lực P tác dụng
lên guốc phanh để đảm bảo cho tổng mômen phanh sinh ra ở guốc phanh trớc và
sau bằng mômen phanh tính toán của mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe.
ở cơ cấu phanh tự cờng hoá thì hiệu quả phanh đợc tăng lên nhờ dùng lực
ma sát giữa má phanh trớc và trống phanh để ép thêm má phanh sau vào trống
phanh. Hai guốc phanh đợc nối với nhau bằng một thanh trung gian. Nh vậy guốc
phanh sau đợc ép vào trống phanh không những bằng lực P mà còn bằng lực U
2
có
trị số bằng lực U
1
.
Lực P và U
1

song song thì lực R
1
cân bằng với các lực trên cũng phải song
song và đồng thời tiếp tuyến với vòng tròn bán kính r
0
.
14
U
2
U
1
U
3
PP
R
?
C
b
a


o
1 1


o
Chúng ta có các phơng trình sau:
R
1
= P + U

1
M
PS1
= R
1
.r
0
(1)
điều kiện cân bằng guốc phanh sau, khi lực U
2
=U
1
sẽ là:
R
2
= P+U
1
+U
3
do đó mômen phanh ở guốc sau là:
M
PS2
=R
2
.r
0
=(R
1
+U
3

).r
0
(2)
So sánh công thức (1)và(2) chúng ta thấy mômen phanh sinh ra ở guốc sau lớn hơn
mômen phanh sinh ra ở guốc trớc.
Điều kiện cân bằng mômen ở tất cả các lực tác dụng lên guốc phanh trớc đối
với điểm đặt lực U
1
là
P(b+c) = R
1
(c-r
01
)

R
1
= P.
01
rc
cb

+
U
1
= R
1
- P = P
01
rc

cb

+
từ đấy :
M
PS1
= P
01
rc
cb

+
.r
01
(3)
15
Điều kiện cân bằng mômen ở tất cả các lực tác dụng lên guốc phanh sau đối
với điểm đặt lực U
3
là
P(a-b) - R
2
(a-r
02
) + U
2
(a+c) trong đó U
2
= U
1

= P
02
rc
cb

+

R
2
=
[ ]
))((
))(())((
0202
02
rcra
cacbrcbap

+++
từ đấy ta có:
M
PS2
=
[ ]
))((
))(())((
0202
02
rcra
cacbrcbap

+++
.r
02
Ta có tổng mômen phanh sinh ra của má phanh trớc và má phanh sau phải
bằng mômen phanh tính toán cần sinh ra ở mỗi cơ cấu phanh
M
PS
= M
PS1
+M
PS2
M
'
PS
= P
01
rc
cb

+
.r
01
+P
[ ]
))((
))(())((
0202
02
rcra

cacbrcba

+++
.r
02
Trong đó ta có các thông số :a=0,1 (m)
b=0,065(m)
c=0,105(m)
r
01
=0,043(m)
r
02
=0,042(m)
M
'
PS
=577,6(N.m)
Thay các thông số trên vào các biểu thức trên ta xác định đợc
P= 1062 (N) U
1
= U
2
= 2865 (N)
R
2
= 10769 (N) U
3
= 5785 (N)
R

1
= 3927(N)
Xác định đờng kính xi lanh phanh của bánh xe
Từ công thức tính lực ép cần thiết tác dụng lên guốc phanh
4/
2
pdP

=
ta suy ra đờng kính xi lanh phanh bánh xe:
d =
p
P
.
.4

=
)(2
10.7.
1062.4
2
cm
=


Đờng kính xi lanh bánh xe là d
2
= 20 (mm)
16
4. Tính toán cơ cấu phanh trớc (phanh đĩa)

Mômen phanh sinh ra trên một cơ cấu phanh loại đĩa quay đợc xác định nh
sau:
M
PT
= m..Q.R
tb
Trong đó:
m - số lợng bề mặt ma sát : m=2
Q - lực ép má phanh vào với đĩa phanh
- hệ số ma sát giữa đĩa phanh và má phanh
R
tb
- bán kính trung bình của tấm ma sát
R
tb
=
2
21
RR +
R
1
- bán kính bên ngoài của tấm ma sát R
1
= 0,13 (m)
R
2
- bán kính bên trong của tấm ma sát R
2
= 0,085 (m)

R
tb
=
2
21
RR +
=
108,0
2
085,013,0
=
+
(m)
Từ đó ta cần lực ép tác dụng lên má phanh là:
Q=
tb
PT
Rm
M

'
à
=
15589
108,0.3,0.2
2,1010
=
(N)
Xác định đờng kính xi lanh bánh xe

Từ công thức Q = p
o
.n..d
1
2
/4

.
.4
0
1
np
Q
d =
Trong đó :
d
1
- đờng kính xi lanh bánh xe trớc
n - số xi lanh trên một cơ cấu phanh n=2
p
0
- áp suất dầu trong hệ thống khi phanh p
0
=50
ữ
80 KG/cm
2
Thay các số liệu trên vào ta đợc:
d
1

=
14,3.2.10.7
15589.4
2
= 0,04 (cm)=40(mm)
5. Kiểm tra hiện tợng tự xiết cho cơ cấu phanh sau
17
Hiện tợng tự xiết chỉ sảy ra đối với phanh tang trống. Hiện tợng tự xiết sảy ra
khi má phanh bị ép sát vào tang trống phanh chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác
động lực P của pittông lên guốc phanh. Khi hiện tợng tự xiết sảy ra lúc đó mômen
phanh M
P
đứng về phơng diện lý thuyết sẽ dẫn đến vô cùng dẫn đến phá huỷ cơ
cấu phanh
Từ công thức xác định mô men phanh
M
PS
= P
01
rc
cb

+
.r
01
+P
[ ]
))((
))(())((
0202

02
rcra
cacbrcba

+++
.r
02
ta thấy khi hiện tợng tự xiết sẩy ra thì M
PS
=

có nghĩa với cơ cấu phanh tự cờng
hoá thì hiện tợng tự xiết sẩy ra với má trớc khi : c = r
01
với má sau khi : c=r
02
hoặc a=r
02
với các thông số của cơ cấu phanh a=0,1 (m)
c=0,105(m)
r
01
=0,043(m)
r
02
=0,042(m)
thì ta thấy hiện tợng tự xiết không thể sảy ra.
Kết luận: Với các thông số đã chọn đảm bảo cơ cấu phanh sẽ không sảy ra hiện t-
ợng tự xiết khi phanh.
6. Kiểm bền cơ cấu phanh

6.1. Xác định chiều rông má phanh theo điều kiện áp suất
Ta có áp suất giới hạn trên bề mặt má phanh
[q]= 1,5 2,0 ( MN/m
2
).
Theo biểu thức ta có
q =
[ ]
q
rb
M
T
P

0
2

à
[ ]
qr
M
b
T
P
0
2
.
à

Vì má phanh sau của cơ cấu phanh sau là má tự xiết nên ta tính cho má phanh này.
Với : M
P
= R
2
.r
o2
=10769.0.042=452(N.m)
r
T
=0,13(m).

0
=115./180 =2(rad)
18
[q]=1,5 MN/m
2
= 15 00000N/m
2
.
=0,3
)(03,0
1500000.2.13,0.3,0
452
2
mb =
Ta lấy b = 0,05( m).
6.2 Kiểm bền theo kích thớc má phanh
6.2.1 Tính bền máphanh theo công ma sát riêng L
Công ma sát riêng đợc tính theo công thức

L=

Fg
VG
2
.
0
2
Trong đó: G - trọng lợng xe khi đầy tải G =24800(N)
V
0
-Tốc độ của xe khi bắt đầu phanh lấy
V
0
= V
max
=180 (km/h)=50(m/s)
g=9,81(m/s
2
)
F

=F
1
+F
2
trong đó: F
1
tổng diện tích má phanh sau
F

1
=
0i
.r
t
.b
i
(i là số má phanh có i= 4 (má))
= 2.2.0,13.0,05+2.1,8.0,13.0,05= 0,05(m
2
).
F
2
tổng diện tích má phanh trớc
F
2
=
( )
90

180

.2

4
0
2
2
2
1

2
2
2
1



xRRx
RR
o
=

x
0
-góc ôm của tấm ma sát : x
0
=60
0
R
1
-Bán kính ngoài của tấm ma sát : R
1
=0,13(m)
R
2
-Bán kính trong của tấm ma sát :R
2
=0,085(m)
Thay các giá trị trên vào biểu thức ta tính đợc F
2

=0,02(m
2
)
Vậy tổng diện tích ma sát F


= 0,05+0,02 =0,07 (m
2
)
Thay số vào công thức ta đợc:

)/(677)/(67715159
07,0.81,9.2
50.24800
2
2
cmJmNL ===
Vậy L=677(J/cm
2
) < [L] =1000(J/cm
2-).

19
Kết luận: Kích thớc má phanh đã chọn đảm bảo công ma sát riêng.
6.1.2 Kiểm tra áp suất trên bề mặt ma sát
Kiểm tra với má phanh sau
áp suất trên bề mặt ma sát đợc tính theo công thức P=
1
Fr
M

t
PS
à
Trong đó :
M
PS
-Mômen sinh ra của cơ cấu phanh sau của xe khi đầy tải
M
PS
=1155(N.m)
F
1
- tổng diện tích má phanh sau F

= 0,05( m
2
)
- hệ số ma sát giữa trống phanh với má phanh =0,3
thay vào biểu thức trên ta đợc
P=
)/(48,0
05,0.13,0.3,0
1155
2
mMN=
áp suất giới hạn cho phép đối với má phanh xe con là
[ ]
)/(5,1
2
mMNP =

Kết luận: Vậy với má phanh đã chọn thì áp suất riêng trên bề mặt ma sát của guốc
phanh trớc và guốc phanh sau nằm trong giới hạn cho phép.
Kiểm tra má phanh trớc
Ta có diện tích của một má phanh: S = F
2
/2 = 0,02/2 = 0,01 (m
2
)
Lực ép tác dụng lên má phanh : Q = 12663(N)
Vậy ta có áp suất tác dụng lên má phanh là
P=
)/(2,1
01,0
12663
2
mMN=
áp suất giới hạn cho phép đối với má phanh xe con là
[ ]
)/(5,1
2
mMNP =
Vậy với má phanh đã chọn thì áp suất riêng trên bề mặt ma sát của má
phanh trớc nằm trong giới hạn cho phép.
Kết luận: Má phanh trớc đủ bền theo điều kiện áp suất.
6.1.3 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Khi phanh, động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng. Một phần năng l-
ợng nhiệt này làm nóng các cơ cấu, một phần toả ra môi trờng xung quanh.
Nếu nhiệt lợng làm nóng các cơ cấu lớn có thể dẫn đến làm hỏng các chi tiết của
cơ cấu phanh nh làm mất tính đàn hồi của lò xo mặt khác nhiệt độ cao ở má phanh
20

sẽ ảnh hởng đến hệ số ma sát giã má phanh với trống phanh và vì vậy sẽ ảnh hởng
đến hiệu quả phanh.Với phanh trớc là phanh đĩa nên toả nhiệt tốt, nên ta chỉ tính
toán nhiệt cho cơ cấu phanh sau.
Phơng trình cân bằng năng lợng trong quá trình phanh là:


+=

t
tttt
dKFtCm
vv
g
G
0
.
0
2
2
2
1

2
.

do khi phanh đột ngột ở thời gian ngắn nên thời gian t nhỏ có nghĩa lợng nhiệt toả
ra ngoài không khí là rất nhỏ

0
0

t
t
TT
dkF
nên bỏ qua .
nên sự tăng nhiệt độ đợc xác định bằng công thức sau

0
2
2
2
1

2
. tCm
vv
g
G
t
=

Trong đó: G -Trọng lợng của xe G= 24800(N)
V
1
- Vận tốc ban đầu khi phanh
V
2
- Vận tốc xe sau khi phanh V

2
= 0
g = 9,81(m/s
2
).
m
t
-khối lợngcủa các trống phanh
C -Nhiệt dung của chi tiết nung nóng C = 500(J/kg.độ)
Yêu cầu với vận tốc v
1
=30(km/h), v
2
=0 thì t
0
phải < 15
0
từ công thức trên ta có : t
0
=
0
2
1
15
2
.
<
Cmg
vG
t

)(6,11
500.15.81,9.2
3,8.24800
2
.
2
0
2
1
kg
Ctg
vG
m
t
==
Trên thực tế tổng khối lợng của các chi tiết bị nung nóng gồm hai tang
trống phanh sau và hai điã phanh trớc là lớn hơn 11,6 kg do vậy với cơ cấu phanh
đã chọn đảm bảo sự thoát nhiệt theo yêu cầu.
7. Tính bền một số chi tiết của cơ cấu phanh
7.1 Tính bền trống phanh
21
Giả thiết : Coi trống phanh là một ống dầy chịu lực, ta có:
ứng suất hớng tâm tác dụng lên trống phanh:
)1.(
.
2'
2'
2'2'
2'

r
b
ab
aq
n


=

ứng suất tiếp tuyến tác dụng lên trống phanh:
)1.(
.
2'
2'
2'2'
2'
r
b
ab
aq
t
+

=

Trong đó : - a
'
là bán kính trong của trống phanh
- b
'

là bán kính ngoài của trống phanh
- q áp suất tác dụng lên má phanh
- r
'
Khoảng cách từ tâm đến điểm cần tính ứng suất
Từ biểu thức ta thấy
t
và
n
đạt giá trị max khi r
'
=a
'
. Lúc đó ta có

q
n
=


2'2'
2'2'
)(
ab
baq
t

+
=

Với cơ cấu phanh đã chọn và các giá trị đã tính toán ở phần trên
ta có a
'
= 130 mm
b
'
=140 mm
q= 0,6 MN/m
2
Thay số vào biểu thức ta xác định đợc:

)/(6,0
2
mMN
n
=


)/(1,8
13,014,0
)14,013,0(6,0
2
22
22
mMN
t
=

+
=

ứng suất tơng đơng:
)/(2,161,8.46,04
222
22
mMN
tntd
=+=+=

Để đảm bảo an toàn ta tính thêm hệ số an toàn n=1,5
Khi đó ta có
)/(3,242,16.5,1
2
mMN
td
==

22
Với trống phanh làm bằng gang 18-36 thì có
[ ]
)/(180
2
mMN
K
=

ta thấy
[ ]
Ktd

Vậy trống phanh đủ bền.
Kết luận: Với cơ cấu phanh đã chọn thì trống phanh thoả mãn điều kiện bền
theo ứng suất.
7.2 Tính bền xi lanh phanh bánh xe
Tính tơng tự đối với trống phanh, coi xi lanh phanh là ống dầy chịu lực. Khi
tính toán ta coi áp suất trong ống là p = 10
7
N/m.
7.2.1 Tính bền cho xi lanhphanh bánh sau
Ta có:
ứng suất pháp:
)1.(
.
2'
2'
2'2'
2'
r
b
ab
aq
n


=

ứng suất tiếp tuyến:
)1.(
.

2'
2'
2'2'
2'
r
b
ab
aq
t
+

=

Trong đó : - a
'
là bán kính trong của xilanh phanh bánh xe sau
- b
'
là bán kính ngoài của xilanh phanh bánh xe sau
- q áp suất trong xilanh phanh
- r
'
Khoảng cách từ tâm xilanh đến điểm cần tính ứng suất
Từ biểu thức ta thấy
t
và
n
đạt giá trị max khi r
'
=a

'
. Lúc đó ta có

q
n
=


2'2'
2'2'
)(
ab
baq
t

+
=

Với cơ cấu phanh đã chọn và các giá trị đã tính toán ở phần trên
ta có a
'
= 10mm
b
'
=15 mm
q= 10 MN/m
2
Thay số vào biểu thức ta xác định đợc:
23

)/(10
2
mMN
n
=


)/(26
01,0015,0
)015,001,0(10
2
22
22
mMN
t
=

+
=

ứng suất tơng đơng:
)/(5326.4104
222
22
mMN
tntd
=+=+=

Để dảm bảo an toàn ta tính thêm hệ số an toàn n=1,5
khi đó ta có

)/(7953.5,1
2
mMN
td
==

Với xi lanh phanh làm bằng gang 18-36 thì có
[ ]
)/(180
2
mMN
K
=

ta thấy
[ ]
Ktd


Vậy trống phanh đủ bền.
Kết luận: Với cơ cấu phanh đã chọn thì xilanh phanh bánh sau thoả mãn điều kiện
bền theo ứng suất.
7.2.2 Tính bền cho xi lanh phanh bánh trớc
Với xi lanh phanh bánh trớc ta tính tơng tự nh xilanh phanh bánh sau
trong đó: - a
'
là bán kính trong của xilanh phanh bánh xe trớc
- b
'
là bán kính ngoài của xilanh phanh bánh xe trớc

- q áp suất trong xilanh phanh
- r
'
Khoảng cách từ tâm xilanh đến điểm cần tính ứng suất
Từ biểu thức ta thấy
t
và
n
đạt giá trị max khi r
'
=a
'
. Lúc đó ta có

q
n
=


2'2'
2'2'
)(
ab
baq
t

+
=

Với cơ cấu phanh đã chọn và các giá trị đã tính toán ở phần trên

ta có a
'
= 20mm
b
'
=25 mm
q= 10 MN/m
2
Thay số vào biểu thức ta xác định đợc:
24

)/(10
2
mMN
n
=


)/(45
02,0025,0
)025,002,0(10
2
22
22
mMN
t
=

+
=

ứng suất tơng đơng:
)/(9045.4104
222
22
mMN
tntd
=+=+=

Để dảm bảo an toàn ta tính thêm hệ số an toàn n=1,5 khi đó ta có
)/(13590.5,1
2
mMN
td
==

Với xi lanh phanh làm bằng gang 18-36 thì có
[ ]
)/(180
2
mMN
K
=

ta thấy
[ ]
Ktd


Vậy trống phanh đủ bền.

Kết luận: Với cơ cấu phanh đã chọn thì xilanh phanh bánh trớc thoả mãn điều kiện
bền theo ứng suất.
7.2.3 Tính bền guốc phanh
Guốc phanh đợc làm bằng thép C40 và đợc làm theo hình chữ T
Xác định các yếu tố hình học của guốc phanh
R
1
=122 mm R'
2
=102,5 mm b = 6 mm
25