thiết kế cải tiến hệ thống phanh trên xe zil 130

Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Lời nói đầu
Trong công cuộc xây dựng cơ sơ vật chất cho chủ nghĩa xã hội của
đất nớc ta, chúng ta đang tiến hành công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại
hoá. Trong các ngành nghề, thì phơng tiện vận tải ôtô hiện nay là một
khâu quan trọng trong nền kinh tế quốc dân, với khả năng chuyên chở đa
dạng các loại hàng hoá và phạm vi hoạt động đợc trên mọi địa hình khác
nhau.
Để đảm bảo đợc các yêu cầu an toàn trong chuyển động trên các
địa hình phức tạp và vận dụng tối đa khả năng vận chuyển của ôtô. Thì
các hệ thống trên ôtô nh hệ thống lái, hệ thống phanh, hệ thống truyền
lực, ngày càng phải đợc nâng cao chất lợng và độ tin cậy để đáp ứng đợc
các yêu cầu đặt ra.
Trong tất cả các hệ thống, thì hệ thống phanh giữ vai trò quan
trọng, nó quyết định đến khả năng bảo đảm an toàn cho ôtô, nâng cao đ-
ợc tốc độ trung bình của xe khi chuyển động, cũng nh năng suất vận
chuyển và giảm đợc giá thành vận chuyển.
Với những yêu cầu đòi hỏi đó, em đợc giao đề tài: thiết kế cải
tiến hệ thống phanh trên xe ZIL 130 . Đối với xe ZIL130 là xe có hệ
thống phanh khí nén đẫn động một dòng . Với đặc điểm nh vậy cho nên
trong thực tế sử dụng thì hệ thống phanh của xe ZIL 130 độ an toàn
không cao. Bởi vì do đẫn động một dòng cho nên nếu các đờng ống dẫn
khí nén bị dò rỉ, bục màng bầu phanh, các đầu mối bị hở thì hiệu quả
của cả hệ thống phanh sẽ kém đi rất nhiều. Hơn nữa do sự phân bố lực
phanh không đều cho cả cầu trớc và cầu sau cho nên bánh xe sinh ra trợt
lết trên đờng dẫn đến hiện tợng lốp mòn không đều và tăng lợng tiêu hao
nhiên liệu, giảm tính kinh tế của xe.
Để khắc phục các nhợc điểm cơ bản của hệ thống phanh xe ZIL
130, em đi vào hớng thiết kế cải tiến hệ thống phanh dẫn động khi nén
một dòng thành dẫn động khí nén hai dòng làm việc độc lập, đợc bảo vệ
1

Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
bằng van bảo vệ đôi. Dòng I dẫn động cho cơ cấu phanh cầu trớc, dòng II
dẫn động cho cơ cấu phanh cầu sau.
Đồng thời để đảm bảo phân bố lực phanh hợp lý cho các cầu xe,
nâng cao kinh tế cho xe. Em sẽ bố trí bộ điều hoà lực phanh cho cầu sau.
Với hớng cải tiến này sẽ tăng hiệu quả phanh, bảo đảm tính an toàn cho
xe cao hơn và tăng đợc năng suất vận chuyển.
Trong quá trình thực hiện đồ án bằng sự cố gắng của bản thân tìm
hiểu và vận dụng các kiến thức đã học, tìm hiểu thực tế. Rất mong đợc sự
giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy trong bộ môn ôtô, đặc biệt là thầy Phạm
Hữu Nam để đồ án của em đợc hoàn thành đúng kế hoạch.
Em xin chân thành cảm ơn !

2
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Chơng i
tính toán kiểm nghiệm hệ thống phanh
xe ZIL130
I.Các thông số kỹ thuật cơ bản xe ZIL130
1 Trọng lợng bản thân G
0
= 42183 N
Phân bố tải trọng khi không tải
G
1
= 20797 N, G
2
= 21386 N
2 Trọng lợng toàn bộ xe khi đầy tải: G
= 93440 N

3 Phân bố tải trọng khi đầy tải
Cầu trớc: 25260 N
Cầu sau : 68179 N
4 kích thớc lốp 9.00 - 20
5 đờng kính trong của tang trống: 420
mm
6 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến tâm
cam đẩy má phanh : 160 mm
7 Khoảng cách từ tâm bánh xe đến điểm
tựa chốt quay : 165 mm
8
Góc ôm tấm ma sát
0
- Bánh xe trớc : 120
o
- Bánh xe sau : 126
o
9 Góc bố trí tấm ma sát: Trớc 30
o
Sau 35
o

10 Chiều rộng tấm ma sát : Trớc 70 mm và
sau 100 mm
11 Chiều rộng cam mở các má phanh 36.5
mm và 40.7 mm
12 Số lợng bình chứa khí : 02
13 Dung tích 1 bình chứa khí : 35 lít
14 Chiều dài cơ sở xe : L= 3800 mm
15 Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải :

hg = 1340 mm
16 Công suất
3
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Ne max = 150 mã lực / 3200 (v/p)
17 áp suất lốp khi đầy tải: 35 N/cm
2
18 Quãng đờng phanh(m)/ tốc độ bắt đầu
phanh (Km/h) = 27(m)/50(Km/h)
19 Khoảng sáng gầm xe : hs = 270 mm
20 Vận tốc lớn nhất 90 Km/h
21 kích thớc xe Dài x Rộng X cao (mm) =
6675 x 2500 x 2100
22 Kích thớc thùng xe Dài x Rộng X cao
(mm) = 3752 x 2325 x 575
23 Năng suất máy nén khí 222 (l/ph)
24 áp suất van điều hoà 0,65- 0,75
(MN/m
2
)
25 áp suất van an toàn 0,9-0,95 (MN/m
2
)
26 Hành trình tự do bàn đạp phanh 10-15
(mm)
27 Đờng kính làm việc màng cao su tr-
ớc:129, sau: 148 (mm)
II.Xác định toạ độ trọng tâm xe ZIL130 ở chế toàn tải
Toạ độ trọng tâm xe xác định theo công thức :
mmL

GG
G
a 27733800.
6817925260
68179
.
21
2
=
+
=
+
=
a = 2773 mm
b = L a = 3800 2773 = 1027 mm
h
g
= 1340 mm
III.Xác định mô men phanh sinh ra ở các cơ cấu phanh
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 cầu trớc
là:
Theo công thức (1-1) HDTKHTP.
bx
gmax
'
p
r.
b.g
h.J

1
L2
b.G
M








+=
Trong đó:
4
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
G : Trọng lợng ô tô khi đầy tải G=93440 N
L : Chiều dài cơ sở của ô tô L= 3800 mm
J
max
: Gia tốc chậm dần cực đại của ô tô khi phanh J
max
= 6
m/s
2

g : Gia tốc trọng trờng g = 9.81 m/s
2

: hệ số bám của bánh xe = 0.6

r
bx
: bán kính lăn của bánh xe r
bx
=r. =1/2.D.
: hệ số biến dạng của lốp = 0.93
mm 448,82 .25.4
2
20
9,000,93 25.4
2
d
b0,93.r
bx
=






+=






+=
hg : toạ độ trọng tâm của xe h

g
= 1340 mm
a = 2773 mm
b = 1027 mm
Vậy ta có mômen phanh của :
1. Đối với cầu trớc:
82,448.6,0.
1027.81,9
1340.6
1
3800.2
1027.93440
'






+=
p
M
NmM
p
6406
'
=
2. Đối với cầu sau:
NmM
M

r
ag
hJ
L
aG
M
p
p
bx
g
p
6339
82,448.6,0.
2773.81,9
1340.6
1
3800.2
2773.93440

.
.
1
.2
.
"
"
max
"
=

=








=

IV. Tính toán cơ cấu phanh:
1. Xác định góc và bán kính của lực tổng hợp tác dụng
lên mômen phanh
a. Xác định góc :
Theo công thức (2-1) HDTKHTP ô tô
5
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
210
21
2sin2sin.2
2cos2cos
+

=

cầu trớc:
1
: Góc tính từ tâm guốc phanh tới chỗ tán tấm
ma sát

1
= 30
o

0
: Góc ôm tấm ma sát.

0
= 120
o


2
=
0
+
1
= 150
o
0
1
1
0)0(
0
150.2sin30.2sin14,3.

180
120
.2
150.2cos30.2cos
==
=
+

=
arctg
tg
oo
oo


Cầu sau:

0
= 126
o


1
= 35
o

2
= 161
o
o

oo
oo
arctg
tg
4)0749,0(2
0749,0
161.2sin35.2sin14,3.
180
126
.2
161.2cos35.2cos
2
==
=
+

=


b. Xác định bán kính
Theo công thức (2-2) HDTKHTP ta có:
02100
22
0
211
sin).cos( 2sin
)cos(cosr.2
++

=

Trong đó : r
t
: Bán kính tang trống r
t
= 210 mm
Cầu trớc:
mm246
120sin.180cos14,3.
180
120
.2120sin14,3.
180
120
)150cos30(cos210.2
0002
2
00
1
=
+







=

Cầu sau :

6
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
mm247
126sin.196cos14,3.
180
150
.2125sin14,3.
180
120
)161cos35(cos210.2
0002
2
00
2
=
+







=


2. Xác định lực cần thiết tác dụng lên guốc phanh bằng ph-
ơng pháp hoạ đồ
hoạ đồ lực phanh tr"ớc
r1'

p1'
r2'
p2'
u1'
u2'
o2'
o1'
n1'
r1'
x1'
y1'
y2'
u2'
u1'
p2'
p1'
r2'
n2'
x2'
Hình 1
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
(M
p1

,M
p1

) và guốc phanh sau (M
p2

,M
p2

) bằng mômen phanh tính toán
mỗi cơ cấu phanh đặt ở bánh xe.
7
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
x2''
u1''
r1''
p1''
o1''
o2''
hoạ đồ lực phanh sau
u2''
r2''
p2''
r1''
n1''
x1''
y1''
y2''
u1''
u2''
p1''
p2''
n2''
r2''
Hình 2

Khi đã chọn các thông số kết cấu
1
,
2
,
0
, r
t
ta đã tính đợc góc và
bán kính nghĩa là ta đã xác định đợc hớng và điểm đặt lực N (hớng vào
tâm). Lực R là lực đẩy tổng hợp của N và T lực R tạo với lực N một góc

Theo công thức (2-3) HDTKHTP ta tính đợc góc
à==
1
1
1
N
T
tg
à : hệ số mát giữa tấm ma sát với tang trống à = 0,3 ta chọn
cùng chỉ số à cho cả má trớc và má sau của cơ cấu phanh.
à =0,3 = tg = 16,7
o
Bán kính r
0
đợc xác định theo công thức (2-5) HDTKHTP
2
0
1

.r
à+
à
=
Với cầu trớc:
mmr 70
3,01
3,0
.07,245
1
.
22
1
'
0
=
+
=
+
=
à
à

8
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Với cầu sau:
mmr 71
3,01
3,0
.89,247

1
.2
22
"
0
=
+
=
+
=
à
à

Nh vậy : Mômen sinh ra ở cơ cấu phanh của 1 bánh xe , theo
công thức (2-4)
'
0
'
2
'
1
'
2p
'
1p
'
p
R)RR(MMM +=+=
"
0

"
2
"
1
"
2p
"
1p
"
p
R)RR(MMM +=+=
Ta xác định các lực : U, R , P bằng hoạ đồ lực.
Do cơ cấu sử dụng cam ép (phanh khí) thì lực P
1
và P
2
tác dụng lên
hai guốc phanh sẽ khác nhau . ở trờng hợp này khi cam quay 2 guốc
phanh sẽ dịch chuyển nh nhau, do áp suát tác dụng lên 2 má phanh bằng
nhau R
1
= R
2
, R
1
, R
2
đợc xác định theo công thức (2-7) HDTKHTP:
Phanh trớc:
N

r
M
RR
p
45757
07,0.2
6406
'2
0
'
'
2
'
1
====
Tỷ lệ
mm
N
mm
R
105
45757
==
à
Đo trên hoạ đồ ta có :
)(16995.3939
)(33990.7878
)(30504
105
45757

.7070
)(13073
105
45757
.3030
'
2
'
2
'
1
'
1
'
2
2
'
'
1
'
1
NUmmU
NUmmU
NPmmP
NPmmP
===
===
===
===
à

à
Phanh sau:
)(44640
071,0.2
6339
2
N
r
M
RR ====
tỷ xích
mm
N
mm
R
94
44640
==
à
9
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Đo trên hoạ đồ ta có:
)(149663030
)(334246767
)(339236868
)(14966.3030
2
"
"
2

"
1
"
1
"
2
"
2
1
"
1
"
NUmmU
NUmmU
NPmmP
NPmmP
===
===
===
===
à
à
à
à
3.Hiện tợng tự xiết
Hiện tợng tự xiết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh
chỉ bằng lực ma sát mà không cần tác động lực P của dẫn động lên guốc
phanh.
Hiện tợng tự xiết xảy ra khi
22

b
b



à

007,1
1027246
1027
2222
=

=
b
b

Nên à = 0,3 <1,007
từ kết quả trên ta thấy cơ cấu phanh không xảy ra hiện tợng tự xiết.
4.Kiểm tra kích thớc má phanh
Để đảm bảo công ma sát riêng, áp suất trên má phanh, tỷ số trọng lợng
toàn bộ của ôtô trên diện tích toàn bộ của các má phanh và chế độ làm
việc của phanh.
a.Công ma sát riêng L
Xác định trên cơ sở má phanh thu toàn bộ năng lợng của ôtô chạy với
vận tốc khi bắt đầu phanh.
Theo công thức (2- 39) HDTKHTP ta có:
)(4000][
2
.

2
2
0
m
kNm
L
gF
vG
L ==


Trong đó :
G: trọng lợng toàn bộ của ôtô khi đầy tải G =93440 (N)
10
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
V
o
: vận tốc của ôtô lúc bắt đầu phanh, lấy V
o
=50 Km/h =13,88
m/s
g : gia tốc trọng trờng g =9,81 (m/s
2
)
F

: diện tích toàn bộ các má phanh ở các cơ cấu phanh
it
n
i

oi
brF
1

=

=

Trong đó:
m: số lợng các má phanh m =8

oi
: góc ôm của má phanh thứ i, tính theo radian:

01
=
02
=
03
=
04
=
0

=
)(09.214,3.
180
120
rad=

05
=
06
=
07
=
08
=
0

=
)(19,214,3.
180
126
rad=
R
t
: bán kính trống phanh 210 (mm)
b
i
: chiều rộng má phanh thứ i
b
1
= b
2
= b
3
= b
4
= 70 (mm)

b
5
= b
6
= b
7
= b
8
= 140 (mm)
F

= 4.70.2,09.210 + 4.2,19.210.140 = 3068.10
-4
(m
2
)
L =
)/(4000][)/(304
10.3068.81,9.2
88,13.93440
22
4
2
mkNmLmkNm ==

Nên công trợt L thoả mãn điều kiện cho phép
5.Kiểm tra áp suất lên bề mặt ma sát
Theo công thức (2- 42) HDTKHTP ta có
)/(2][
2

2
mMNq
br
M
q
ot
p
==
à

a.với phanh trớc
M

p1
= M
p2

=
)(3203
2
6406
2
'
Nm
M
p
==
][)/(57,1
09,2.)10.210.(10.70.3,0
3203

2
233
'
qmMNq ==

11
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
b. với phanh sau
)/(78,0
19,2.)10.210(10.140.3,0
5,3169
)(5,3169
2
6339
2
2
233
"
"
"
2
"
1
mMNq
Nm
M
MM
p
pp
==

====

do đó áp suất trên bề mặt ma sát đều thoả mãn yêu cầu
6. Đánh giá thời gian làm việc của má phanh
Thời gian làm việc của má phanh đợc đánh giá bằng tỷ số
)/(10.5,3][
25
cmNP
F
M
P ==


M: trọng lợng ôtô 93440 N
F

: diện tích bề mặt ma sát của tất cả các cơ cấu phanh F

=
0,3068 m
2
Thay số ta có P = 3.10
5
(N/cm
2
) < [P] nên má phanh làm việc tốt trong
thời gian dài
7.Tính nhiệt phát ra trong quá trình phanh
Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở
trống phanh và một phần thoát ra môi trờng không khí. Phơng trình cân

băng năng lợng là:

+=

t
ttt
o
t
dkFctm
g
VVG
0
2
2
2
1
2
)(

G: khối lợng của ôtô khi đầy tải 9525 (kG)
G: gia tốc trọng trờng 9,81 (m/s
2
)
V
1
,V
2
: tốc độ đầu và cuối khi phanh V
1
= 30 (km/h) = 8,33 (m/s), V

2
=0
m
t
: khối lợng các trống phanh và các chi tiết bị nung nóng 70 (kG)
c: nhiệt dung của chi tiết bị nung nóng, đối với thép và gang
c =50( kGm/kG độ)
t
o
: sự tăng nhiệt độ của trống phanh so với môi trờng không khí
F
t
: diện tích làm mát của trống phanh
t: thời gian phanh
k
t
: hệ số truyền nhiệt giữa trống phanh và không khí
12
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Trong công thức trên số hạng thứ nhất là phần năng lợng làm nung
nóng trống phanh ( m
t
, c, t
o
). Số hạng thứ hai là phần năng lợng chuyển
ra ngoài không khí. Khi phanh ở thời gian ngắn, số hạng thứ hai có thể
bỏ qua, do đó ta xác định đợc sự tăng nhiệt độ của trống phanh nh sau:
Theo công thức (2-44) HDTKHTP :
0
22

2
2
1
2
62,9
50.70.81,9.2
)033,8(9525
2
)(
=

=

=
o
t
o
t
cgm
VVG
t

Vậy t
o
= 9,62
o
< [ t ] =15
o
thoả mãn điều kiện cho phép, đảm bảo chế
độ nhiệt của cơ cấu phanh.

V.Tính bền guốc phanh:
Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy rằng guốc phanh trớc của cơ cấu
phanh sau chịu lực lớn nhất vì vậy ta tiến hành tính toán bền cho guốc phanh
trớc của cơ cấu phanh sau.
1.tìm tọa độ trọng tâm của mặt cắt ngang guốc phanh.
a: Kích thớc từ trục X-X đến trọng tâm G:
Y
C1
=
21
12
.
FF
FY
+
(1)
Trong đó:
Y
2
: kích thớc chế tạo guốc phanh, trên hình 3 ta có:
a=100 mm.
b=10 mm.
c=22 mm.
R
1x
=R
1
=195 mm.
d=60 mm.
Y

2
=
=+
22
bd
35 mm.
R
2
= 190 mm.
R
3
=130 mm.
R
1x1
=R
2
=R
2
-
2
d
=160 mm.
13
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
F
1
: diện tích phần trên chữ T.
F
1
=a.b=100.10=1000 mm

2
.
F
2
: diện tích phần dới chữ T.
F
2
=c.d=22.60=1320 mm
2
.
Thay số tìm đợc vào công thức (1) ta có:
Y
C1
=15,09 mm.
Y
C2
=Y
2
-Y
C1
=19,91 mm.
b. tính bán kính đờng trung hòa.
R
th
=
2
2
1
1
21

'' R
F
R
F
FF
+
+

(2)
Trong đó:
R
1
: bán kính trọng tâm phần diện tích trên tính đến tâm tang trống.
R
2
: bán kính trọng tâm phần diện tích dới tính đến tâm tang trống.
Thay các giá trị tìm đợc vào (2) ta có:
R
th
=173,4 mm.
Kích thớc từ trọng tâm guốc đến tâm tang trống là:
Y
G
=R
1x1
+Y
C2
=R
1
-Y

C1
=180 mm.

a
R1x
R
th
R
G
R1x
Yc2
Yc1
Y2
R2
R1
d
b
c
R3
Hình 3: sơ đồ guốc phanh.
2.tính bền guốc phanh
14
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
ở đây em trình bày cách tính gần đúng, vì tính chính xác guốc phanh là rất
phức tạp. Để xác định đợc tiết diện nguy hiểm nhất của guốc phanh ta phải vẽ
đợc biểu đồ nội lực:
ở trên ta đã xác định đợc họa đồ lực phanh ta dựng lên guốc phanh trớc
của cơ cấu phanh trớc là :
P=14966 (N).
R=44640 (N).

U=33424 (N).
Ta đặt các giá trị lực này vào guốc phanh trớc của cơ cấu phanh trớc, ở tại
điểm đặt lực tổng hợp R
1
ta phân tích thành 2 thành phần lực : lực hớng tâm
N
1
và lực tiếp tuyến T
1
. Tại chốt quay ta cũng phân ra hai thành phần U
1Y
và
U
1x
. Sau đó guốc phanh này ở vị trí lực thành phần hớng tâm N
1
ta cắt ra thành
2 thành phần và thay vào mặt cắt đó các nội lực Q
Y
, N
2
,và U
u1
, ở nửa dới là
Q
Y1
,N
z2
và U
u2

cùng giá trị nhng ngợc với phần trên.

Nz
Mu1
?
a
P
Nz
Qy
A
f 1
f
hình 16
0
Hình 4:
a. ta xét cân bằng đoạn trên của guốc phanh (hình 4).
ở đây : góc tạo bởi trục Y-Y và tia OA.
= 26
0

: góc tạo bởi trục X-X và phơng của điểm cần xét.
= (XOB+BOA) = (8,63
0
+58,25
0
).
: góc tạo bởi tia OA và điểm đang xét trên guốc phanh.
= (0
0
+AOB) = (0

0
+56,75
0
).
Ta có hệ phơng trình cân bằng các đoạn trên là:
15
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp






=++
=++
=++
0)]( [
0)sin(.
0)(.
1
2
1



CosRaPM
PQ
CosPN
tu
Y

Z

r
t
: bán kính tang trống: r
t
=210 mm.
- Xét cân bằng tại điểm A ta có:
= 0.






=
=+
=+
0
0.
0.
1
1
1
u
y
z
M
SinPQ
CosPN

(3)
-Xét cân bằng tại điểm B ta có:
= 56,75
0
.






+=
=++
=++
)75,5625(.[
0)75,5625(.
0)75,5625(.
00
1
00
1
00
1
CosRaPM
SinPQ
CosPN
tu
y

z
(4)
Thay các giá trị :
P=14966 N.
=25
0
.
Vào công thức (3) và (4) tính ra ta đợc bảng sau:
Bảng : Giá trị lực và mô men
Vị trí
Lực và momen
A B
N
x1
(N) -11777 -1865
Q
y1
(N) -5492 -10205
M
u1
(N.m) 0 -1687
b. Xét cân bằng cho đoạn dới (hình 5).
ở đây :
: góc tạo bởi tia OC và tia nối O với điểm cần xét trên guốc phanh.
= 0
0
+(90
0
-
1

) = (0
0
+ 86,25
0
).
16
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp

Nz2
MU2
B
Qy2
O
X
U1x
U1y
Y
C
c
X
d

Hình 5.
-Xét cân bằng tại điểm B ta có :
=83,25
0
; C=165 mm.

+=
=
+=



SinUCosCUM
SinUCosUQ
USinUN
yxu
yxY
Yxz
.)1.(.

cos
112
11112
11112
(5)
-Xét cân bằng tại điểm C ta có:
=0
0
; C=0 mm.

=
=
+=
0


2
01012
01012
u
YXY
YXZ
M
SinUCosUQ
CosUSinUN


(6)
Theo họa đồ ta có:
U
1Y
=U
1
.Cos71
0
=10881 (N).
U
1X

=U
1
.Sin71
0
=31603 (N).
Thay các giá trị tìm đợc vào (5) và (6) ta đợc bảng sau:
Bảng : Giá trị lực và mô men
Vị trí
Lực và momen
A B
N
Z2
(N) -13889 -16041
Q
Y2
(N) -30032 -28940
M
U2
(N.m) -2790 0
17
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp

1865
13889
16041
10884,7
n
o
c
Nz

1687
2790
o
c
M
u
n.m

33032
o
n
10205
5492
28940
c
Q
y

Hình 6: Biểu đồ nội lực.
c. Vẽ biểu đồ ứng suất tác dụng lên guốc phanh.
Từ kết quả ở 2 bảng ta vẽ đợc biểu đồ nội lực của guốc phanh là:
N
Z
, Q
Y
, M
u
(hình 6).
Từ biểu đồ nội lực trên hình 6 ta thấy rằng trong quá trình phanh thì mặt

cắt B-B là mặt cắt nguy hiểm nhất vì vậy khi tính bền ta chỉ cần tính bền cho
guốc phanh tại mặt cắt B-B đợc thể hiện trên hình 7.
18
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp

c
a
b
3
1
2
Hình 7 : Mặt cắt ngang của guốc phanh.
Đối với tiết diện hình chữ T, để kiểm nghiệm bền ta cần tính ứng suất tại
các điểm 1,2,3.
-ứng suất pháp do Q
Y
và M
u
gây ra đợc xác định theo công thức sau:

Z
=
)1.(
i
th
U
Y
R
R
F

M
F
Q

+
(7)
Trong đó:
Z
: ứng suất pháp dô N
Z
và M
u
gây ra.
F: diện tích tiết diện chữ T.
R
i
: bán kính cong tại điểm đang xét.
R
th
: bán kính đờng trung hòa.
+ Tại điểm 1:
R
1
=200 mm.
Q
Y
=-33032 (N).
F=1480 mm
2
.

M
U
=-2794 (N.m).
Thay các số vầo (24) ta có:

Z
= -37,6 (N/mm
2
).
+Tại điểm 2:
R
2
=190 mm.
Nên
Z2
=-30,08 (N/mm
2
).
19
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
+Tại điểm 3:
R
3
=130 mm.
Nên
Z3
=-100,2 (N/mm
2
).
ứng suất tiếp do N

z
gây ra:
Theo DuRapxki thì ứng suất tiếp đợc tính theo công thức
=
CX
XZ
J
SN
.
.
(8)
Trong đó:
: ứng suất tiếp do Q
Y
gây ra.
N
Z
: lực cắt theo biểu đồ nội lực.
S
X
: mômen quán tính của tiết diện đối với trục quán tính.
J
X
: mômen quán tính của tiết diện.
C: Chiều dầy phần bị cắt.
+ Xác định mômen quán tính J
X
:
J
X

=
1
1
2
3
21
2
2
2
3
32
.
12
).(
.
12
).(
FY
aRR
FY
CRR
CC
+

++

(9)
Thay các giá trị vào ta có:
J
X

=4934000 mm
4
.
+ Xác định mômen tĩnh tại tiết diện S
X
:
S
X
=

C
F
dFY.
(10)
Trong đó:
F
C
: diện tích phần bị cắt.
Y: tọa độ trọng tâm phần bị cắt đối với trục trung hòa.
Trên hình vẽ ta thấy tại điểm 1 và 3 có:
d
F
=0 do đó S
X
=0
Tại điểm 2 ta có:
S
X2
=Y
2

.F
C
Trong đó:
Y
2
: là khoảng cách từ trọng tâm phần II đến đờng trung hòa.
Y
2
=R
1
-R
th
=195-182 =13 mm.
F
C
: diện tích phần dới của tiết diện cắt.
F
C
=480 mm
2
.
20
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Vậy : S
X2
=13.480 =6240 mm
3
.
+ Tại điểm 1 và 3 có S
X

= 0 do đó = 0.
+Tại điểm 2 ta có:

2
= 6,2 (N/mm
2
).
-Xét ứng suất tại đờng trung hòa ta có:
S
th
= Y.F
C
.
Với: Y=
2
3
RR
th

= 26 mm.
F
C
=22.(182-130 )=2678 (mm
2
).
Vậy: S
th
=26.2687=10816 (mm
2
).

Ta có:
th
=
8,10
8.493369
10816.13889
=
N/mm
2
.
Với kết quả tính toán ứng suất trên mặt cắt ngang của guốc phanh tại tiết
diện B-B ta lập đợc bảng .
Điểm
Trị số
1 2

3

Z
(N/mm
2
)
-37,6 -30,8 100,2

Z
(N/mm
2
)
0 6,2 0
(N/mm

2
)
37,6 32,5 100,2
3
2
1
G
10,8
6,2
37,9
30,08
100,2
Đừơng trung hòa
Nz
21
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Hình 8 : Biểu đồ phân bố ứng suất.
d: Nhận xét:
Từ biểu đồ nội lực ta thấy:
Tại điểm 1: phân tố chịu ứng suất đơn ( chịu nén ).
Tại điểm 2: phân tố chịu trạng thái ứng suất phẳng.
Tại điểm 3: phân tố chịu ứng suất đơn ( trạng thái chịu kéo ).
Theo thuyết bền ứng suất tiếp lớn nhất khi đó ứng suất tổng hợp tại điểm 3
là:

2
2
2
4

+=
Z
(11)
Thay các giá trị vào (11) ta có:

2
=100,2 (N/mm
2
).
Guốc phanh đợc chế tạo bằng thép có [
Z
]=400N/mm
2
. Vì vậy các giá trị
ứng suất tại các điểm đã xét đều thỏa mãn điều kiện bền.
VI.Máy nén khí
Máy nén khí dùng để tạo ra khí nén có áp suất cao cung cấp cho hệ
thống phanh và các hệ thống tiêu thụ khí nén khác.
Năng suất của máy nén khí đợc xác định theo công thức (3-21)
HDTKHTP
4

2

nSdi
Q =
(l/p)
Trong đó
i: số xylanh máy nén khí i =2
d: đờng kính xylanh d = 60 mm = 6 cm

s: hành trình các pitông s = 45 mm = 4,5 cm
n: số vòng quay của máy nén khí n = 1250 (v/p)

v
: hiệu suất truyền khí của máy
v
= 0,7
thay số ta đợc
66,222
4
7,0.1250.5,4.6.14,3.2
2
==Q
(l/p)
Số vòng quay của máy nén khí là 1250 (vòng/phút). Năng suất của máy
nén khí trên ôtô hiện nay khoảng 60 ữ 250 ( lít/phút). Vậy máy nén khí đủ
cung cấp khí nén cho hệ thống phanh.
22
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Trên thực tế máy nén khí chỉ làm việc trong khoảng 10% ữ 20% thời
gian làm việc của toàn bộ ôtô, thời gian còn lại máy nén khí chạy không tải để
tăng tuổi thọ làm việc

Chơng ii
chọn phơng án cải tiến
I. Đặt vấn đề
Nh chúng ta đã biết hệ thống phanh xe ZiL 130 là phanh khí nén
dẫn động một dòng có cơ cấu phanh đặt ở tất cả các bánh xe , là loại
phanh guốc có bầu phanh có cụm ép.
Để nâng cao tính an toàn, tốc độ chuyển động trung bình cho xe

hớng cải tiến tập trung vào thiết kế thêm bộ chia dòng và bộ điều hoà lực
phanh.
ở xe ZIL130 do hệ thống phanh khí nén đã dẫn động một dòng cho nên
do điều kiện sử dụng, điều kiện đờng xá, khí hậu nên các đờng ống dẫn khí
nén dễ rò rỉ, thủng bầu phanh dẫn đến cả hệ thống phanh mất tác dụng khi
phanh xe.
Bởi vậy để nâng cao tính an toàn cho xe khi chuyển động , nên từ hệ
thống phanh dẫn động khí nén một dòng cải tiến thành hệ thống phanh khí nén
dẫn động hai dòng độc lập : Dòng 1 dẫn động cho cơ cấu phanh cầu trớc,
Dòng 2 dẫn động cho cơ cấu phanh cầu sau. Trong quá trình phanh tải trọng
tác dụng lên các cầu xe có sự thay đổi do lực quán tính khi phanh trọng lợng
đợc dồn về phía cầu trớc gia tốc chậm dần dầu khi phanh càng lớn. Tải trọng
23
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
tác dụng lên các bánh xe càng lớn và hệ số bám của các bánh xe với mặt đờng
càng lớn thì lực phanh thay đổi càng lớn. Để phanh có hiệu quả cao cần thiết
phải có bộ phận phân phối áp suát khí nén và các bầu phanh làm việc ở các
bánh xe sao cho phù hợp với trọng lợng bám ở các bánh xe trong quá trình
phanh.
Bộ điều hoà lực phải có nhiệm vụ tự động điều chỉnh áp lực phanh ở các
bánh xe cho thích hợp để tăng hiệu quả phanh.
Với phơng án này thì hiệu quả phanh sẽ cao hơn nhiều so với khi không
lắp bộ điều hoà lực phanh.
1
2
3
4
5
9
6

7
8
10
Hình 9:Sơ đồ hệ thống phanh xe ZIL130
1-máy nén khí 2-van điều chỉnh áp suất 3,4- bình chứa khí nén 5van an
toàn 6-van phân phối 7-bầu phanh cầu trớc 8-bầu phanh cầu sau 9-van xả nớc
10-cơ cấu phanh
Xe ZIL130 có hệ thống phanh khí nén dẫn động một dòng, có cơ cấu
phanh đặt ở tất cả các bánh xe là loại phanh guốc có bầu phanh có cam ép.
Nguyên lý làm việc:
24
Vũ Văn Nhân Ôtô K44 Đồ án tốt nghiệp
Máy nén khí (1) đợc dẫn động từ động cơ cung cấp khí nén có áp suất
cao vào bình chứa (3,4) Van điều chỉnh áp suất(2) sẽ duy trì áp suất khí nén
trong hệ thống ở trong một giới hạn quy định từ 0.55 0.74 MN/m
2
. Khi cha
đạp phanh các bầu phanh (7,8) đợc nối thông với khí trời qua van phân phối
(6).
Khi đạp phanh khí nén từ bình chứa đợc dẫn qua van phân phối (6) tới
các bầu phanh (7,8) áp lực khí nén tác dụng lên màng của bầu phanh làm
xoay cam phanh ở các cơ cấu phanh, đẩy hai má phanh tỳ sát vào trống phanh,
thực hiện phanh ô tô.
Khi nhả phanh : Các chi tiết trong van phân phối (6) đợc trở về vị trí ban
đầu. khí nén từ các bầu phanh đợc xả ra khí trời qua van phân phối.
Nhận xét:
Đối với hệ thống phanh xe ZIL130 dẫn động phanh khí nén một dòng
có u điểm-nhợc điếm sau:
u diểm:
Tạo nên lực phanh lớn mà lực tác dụng lên bàn đạp nhỏ, vì lực đạp của

ngời lái chỉ để đóng khoá điều khiển còn lực phanh ở bánh xe do áp lực khí
nén tạo nên.
Các cụm , bộ phận bố trí thuận lợi , gọn
Nhợc diểm: Hệ thống phanh xe ZIL130 có những nhợc điểm cơ bản
sau :
Do dẫn động khí nén một dòng cho nên khi có sự cố trong hệ thống
phanh nh rò rỉ đờng ống dẫn, thủng màng phanh, lò xo van phân phối bị hỏng,
van mòn hở Thì cả hệ thống phanh mất tác dụng,
Phân bố lực phanh không đều, không hợp lý, Vì vậy phanh làm cho
bánh xe bị trợt lết làm hao mòn lốp, tiêu hao nhiên liệu ảnh hởng đến tính kinh
tế.
II. Các phơng án cải tiến:
25