ĐỒ ÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH XE DU LỊCH

MỤC LỤC
MỤC LỤC.................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU...........................................................................................2
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN ÔTÔ.....................3
1.1. Công dụng..........................................................................................3
..................................................................................................................15
III. CHỌN LOẠI/KIỂU VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH ..............20
IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH................................24
V. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH THỦY LỰC..........................34
5.1. Hành trình dịch chuyển đầu piston xi lanh công tác của cơ cấu
ép .............................................................................................................34


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong các phương tiện giao thông thì ô tô chiếm một số lượng lớn
phục vụ các nhu cầu của con người. Do đo, đòi hỏi ngành ô tô luôn cần có sự
đổi mới, tối ưu hoá về mặt kỹ thuật, hoàn thiện hơn về mặt công nghệ, để nâng
cao tính hiện đại, tính kinh tế trong quá trình vận hành. Để đạt được các yêu
cầu đó các nhà sản xuất, các kỹ sư, trong ngành Cơ khí động lực cần phải có
một kiến thức sâu rộng, tiếp cận nhiều trong thực tế để tìm ra các biện pháp tối
ưu trong quá trình nghiên cứu. Đối với các sinh viên, để thực hiện được các
điều đó thì đồ án môn học nói chung và đồ án thiết kế ô tô nói riêng nhằm giúp
sinh viên có thể vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế, phát huy khả
năng tư duy và sáng tạo trong quá trình nghiên cứu và công tác về sau này.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Văn Đông và các thầy trong
bộ môn, cùng với sự cố gắng của bản thân đã giúp em hoàn thành đồ án: “Thiết
kế hệ thống phanh ô tô” một cách tốt nhất. Tuy vậy, do thời gian và kiến thức
còn hạn chế, sự tiếp xúc với thực tế còn ít nên trong đồ án thiết kế không thể
tránh khỏi những sai xót. Mong được các thầy góp ý để đồ án được hoàn thiện
hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, tháng 5 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Hữu Nghĩa


I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN ÔTÔ
1.1. Công dụng
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn
hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra, hệ thống phanh còn giữ cho ô tô
máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt đường dốc nghiêng hay trên mặt đường
ngang.
Với công dụng như vậy hệ thống phanh là hệ thống đặc biệt quan trọng. Nó
đảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc. Nhờ đó
mới có khả năng phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và khả năng
vận chuyển của ô tô.
1.2. Yêu cầu
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp
nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an
toàn cho hành khách và hàng hóa.
- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.
- Ðảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô - máy kéo khi phanh.
- Không có hiện tượng tự siết phanh khi bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi
quay vòng.
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều
kiện sử dụng.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt.

- Ðiều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng trên bàn đạp hay đòn
điều khiển phải nhỏ.
1.3. Phân loại
Theo tính chất điều khiển:
- Phanh chân
- Phanh tay


Theo cách bố trí cơ cấu phanh ở bánh xe hay ở trục của hệ thống truyền lực:
- Phanh bánh xe
- Phanh truyền lực
Theo bộ phận chấp hành phanh:
- Phanh đĩa:
+ Một đĩa quay
+ Nhiều đĩa quay
- Phanh trống - guốc:
+ Phanh cân bằng
+ Phanh không cân bằng
- Phanh dải

a)

b)

c)

Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính
a - Phanh trống - guốc; b – Phanh đĩa; c – Phanh dải
Theo đặc điểm hình thức dẫn động:
- Phanh cơ khí

- Phanh thủy lực ( phanh dầu )
- Phanh khí nén ( phanh hơi )
- Phanh điện từ
- Phanh liên hợp
1.4. Cơ cấu phanh
1.4.1. Loại trống guốc
Đây là loại cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:
- Trống phanh: Là một trống quay hình trụ gắn với moayơ bánh xe.
- Các guốc phanh: Trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi là má
phanh).


- Mâm phanh: Là một đĩa cố định bắt chặt với dầm cầu, là nơi lắp đặt và
định vị hầu hết các bộ phận khác của cơ cấu phanh.
- Cơ cấu ép: Khi phanh cơ cấu ép do người lái điều khiển thông qua dẫn
động, sẽ ép các bề mặt ma sát của guốc phanh tỳ chặt vào mặt trong của trống
phanh, tạo ra lực ma sát để phanh bánh xe lại.
- Bộ phận điều chỉnh khe hở: Khi nhả phanh, giữa trống phanh và má
phanh cần phải có một khe hở tối thiểu nào đó, khoảng (0,2 ÷ 0,4) mm để cho
phanh nhả được hoàn toàn. Khe hở này tăng lên khi các má phanh bị mài mòn,
làm tăng hành trình của cơ cấu ép, tăng lượng chất lỏng làm việc cần thiết hay
lượng tiêu thụ không khí nén, tăng thời gian chậm tác dụng,... Để tránh những
hậu quả xấu đó, phải có cơ cấu để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống
phanh.
Có hai phương pháp để điều chỉnh: Bình thường bằng tay và tự động.

a
fN1

a)

fN1
c)

fN1

N1

c

rt

P1

P

P

a

N1

e
b)

e

P
N1

e

fN1

fN1

rt

N1

P
e

P2
fN2

rt

N1

a

e

a

e

N2

c

c

fN1

rt

N1

N2

P2
fN2

a

rt

N1

P1

N2

c

fN2

a

P2

P1

1

fN

e

d)

e
e)

Hình 1.2. Sơ đồ các cơ cấu phanh thông dụng loại trống - guốc và lực tác dụng
a - Ép bằng cam; b - Ép bằng xilanh thủy lực; c - Hai xilanh ép, guốc phanh
một bậc tự do; d - Hai xilanh ép, guốc phanh hai bậc tự do; e - Cơ cấu phanh tự
cường hóa.
1.4.2. Loại đĩa
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch.


Phanh đĩa có các loại: Kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và
vòng ma sát quay.
Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay
ghép hai kim loại khác nhau.

R’

V
a
2f
N

C

P

θ

P

R
’C

B

θ
B

RX R
Z

R

a)

X

2f
N

RZ
b)

Hình 1.3. sơ đồ nguyên lý của phanh đĩa
Phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống guốc như sau:
- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều và
ít phải điều chỉnh.
- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở.
- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ (0,05÷0,15)mm nên rất nhạy, giảm
được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.
- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng, nên cho phép tăng giá
trị của chúng để tăng hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều
kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kết cấu nhỏ gọn và dễ bố trí
trong bánh xe.
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn.
- Điều kiện làm mát tốt hơn, nhất là đối với dạng đĩa quay.
Tuy vậy phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ôxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn
nhanh.
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt xước.

.


- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi
động cơ không làm việc, hiệu quả phanh dẫn động thấp và khó sử dụng chúng

để kết hợp làm phanh dừng.
1.4.3. Loại dải
Loại phanh này chủ yếu được sử dụng trên máy kéo xích. Vì nó dùng phối
hợp với ly hợp chuyển hướng tạo được một kết nối rất đơn giản và gọn.
Phanh dải có một số loại, khác nhau ở phương pháp nối đầu dải phanh và do
đó khác nhau ở hiệu quả phanh.

p
l
S

p

a b
S
S
2

ω

1

R

2

l
S
S

q

1

p
l
S
S

3

a

S

2

ω

2

α

α

a
)

b
)

p

a b
S
ω

3

α

1

R

S

S
1

q

2

α

1

2

c
)

S

ω

S
q

1R

S
R

1

α

2

d
)
Hình 1.4. Sơ đồ các loại phanh dải.

a - Phanh dải đơn giản không tự siết; b - Phanh dải tự siết một chiều; c - Phanh
dải loại kép; d - Phanh dải loại bơi.


Phanh dải đơn giản không tự siết: Khi tác dụng lực, cả hai đầu dải phanh

được rút lên siết vào trống phanh. Ưu điểm của loại này là phanh êm dịu, hiệu
quả phanh không phụ thuộc chiều quay. Nhược điểm là hiệu quả phanh không
cao.
Phanh dải đơn giản tự siết một chiều: Nhờ có một đầu được nối cố định nên
hiệu quả phanh theo chiều tự siết cao hơn chiều ngược lại tới gần 6 lần. Tuy vậy
khi phanh thường dễ bị giật, không êm.
Phanh dải loại kép: Là loại mà bất kỳ trống phanh quay theo chiều nào thì
hiệu quả phanh của nó cũng không đổi và luôn luôn có một nhánh tự siết.
Phanh dải loại bơi: Nó làm việc tương tự như phanh dải đơn giản tự siết,
nhưng hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay.
1.5. Dẫn động phanh
Dẫn động phanh là một hệ thống dùng để điều khiển cơ cấu phanh.
Dẫn động phanh thường dùng hiện nay có ba loại chính: cơ khí, chất lỏng thủy
lực và khí nén. Nhưng dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng và hiệu
suất thấp và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe. Nên đối với hệ thống
phanh làm việc của ô tô được sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và
khí nén.
1.5.1. Dẫn động thủy lực
Dẫn động phanh bằng thủy lực được dùng nhiều cho xe ô tô du lịch, ô tô vận
tải có tải trọng nhỏ và cực lớn, gồm các cụm chủ yếu sau: xylanh phanh chính,
bộ trợ lực phanh, xylanh làm việc ở các bánh xe...
Dẫn động phanh thủy lực có những ưu điểm là:
- Ðộ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe và áp suất trong dòng dẫn
động chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh đã ép vào trống phanh.
- Hiệu suất cao.
- Kết cấu đơn giản, kích thước nhỏ, giá thành thấp.
- Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu
phanh.

Nhược điểm của dẫn động thủy lực:
- Yêu cầu độ kín khít cao. Khi có một chỗ nào bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động
không làm việc được.
- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng các bộ phận trợ
lực để giảm lực bàn đạp, làm cho kết cấu thêm phức tạp.
- Sự dao động áp suất của chất lỏng có thể làm cho các đường ống bị rung động
và mômen phanh không ổn định
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp và độ nhớt tăng.
Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động:
Theo hinh thức dẫn động phanh thủy lực có thể chia làm hai loại :
- Truyền động phanh một dòng: Truyền động phanh một dòng được sử dụng
rộng rãi trên một số ôtô trước đây vì kết cấu của nó đơn giản.
- Truyền động phanh nhiều dòng: Dẫn động hệ thống phanh làm việc nhằm
mục đích tăng độ tin cậy, cần phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập có cơ
cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh. Trong trường hợp một dòng bị hỏng thì
các dòng còn lại vẫn phanh được ô tô - máy kéo với một hiệu quả phanh nào đó.

a)

d)

b)

e)

Hình 1.5. Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh thủy lực
1.5.5.1 Dẫn động phanh thủy lực tác động trực tiếp

c)

5

4

3
2

1

8
B

A

6
7

Hình 1.6. Dẫn động phanh thủy lực tác động trực tiếp
1,8 - Xilanh bánh xe; 3,4 - Piston trong xilanh chính; 2,7 - Ðường ống dẫn dầu
đến xilanh bánh xe; 5 - Bàn đạp phanh; 6 - Xilanh chính
Nguyên lý làm việc:
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh 5, piston 4 trong xilanh chính 6 sẽ
dịch chuyển, áp suất trong khoang A tăng lên đẩy piston 3 dịch chuyển sang trái.
Do đó áp suất trong khoang B cũng tăng lên theo. Chất lỏng bị ép đồng thời theo
các ống 2 và 7 đi đến các xylanh bánh xe 1 và 8 để thực hiện quá trình phanh.
Khi người lái nhả bàn đạp phanh 5 thì dưới tác dụng của các lò xo hồi vị, các
piston trong xilanh của bánh xe 1 và 8 sẽ ép dầu trở về xylanh chính 6, kết thúc
một lần phanh.

1.5.5.2 Dẫn động tác động gián tiếp.
* Dẫn động thủy lực dùng bầu trợ lực chân không.
Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong
đường nạp của động cơ để tạo lực phụ cho người lái. Vì vậy, để đảm bảo hiệu
quả trợ lực, kích thước của các bộ trợ lực chân không thường phải lớn hơn và
chỉ thích hợp với các xe có động cơ xăng cao tốc.
9

10

12

11

1

8
Pc
5

A

Pbđ
6

7

B

2

3
4

Hình 1.7. Dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không


1,2 - Ðường ống dẫn dầu phanh đến xilanh bánh xe, 3 - Xilanh chính, 4 - Ðường
nạp động cơ, 5 - Bàn đạp, 6 - Lọc, 7 - Van chân không, 8 - Cần đẩy, 9 - Van
không khí, 10 - Vòng cao su của cơ cấu tỷ lệ, 11 - Màng trợ lực, 12 - Bầu trợ lực
chân không
Nguyên lý làm việc:
Bầu trợ lực chân không 12 có hai khoang A và B được phân cách bởi piston
11 (hoặc màng). Van chân không 7, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B
khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh. Van không khí 9,
làm nhiệm vụ: cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và
mở đường thông của khoang A khi đạp phanh. Vòng cao su 10 là cơ cấu tỷ lệ:
Làm nhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ 4 qua
van một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không.
Khi nhả phanh: van chân không 7 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B
qua van này và có cùng áp suất chân không.
Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 8 dịch chuyển sang phải làm
van chân không 7 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không
khí 9 mở ra cho không khí qua phần tử lọc 6 đi vào khoang A. Ðộ chênh lệch áp
suất giữa hai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (măng) của
bầu trợ lực và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các
piston trong xilanh chính 3, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các
xilanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Khi lực tác dụng lên piston 11 tăng
thì biến dạng của vòng cao su 10 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía

trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không
đổi, tức là lực trợ lực không đổi. Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp
mạnh hơn, cần 8 lại dịch chuyển sang phải làm van không khí 9 mở ra cho không
khí đi thêm vào khoang A. Ðộ chính áp tăng lên, vòng cao su 10 biến dạng nhiều
hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 8, làm cho van không khí 9 đóng
lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp. Khi
lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực
trợ lực cũng đạt giá trị cực đại.


Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô
tô du lịch và tải nhỏ.
* Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén.
Bộ trợ lực khí nén là bộ phận cho phép lợi dụng khí nén để tạo lực phụ, thường
được lắp song song với xilanh chính, tác dụng lên dẫn động hỗ trợ cho người lái.
Bộ trợ lực phanh loại khí có hiệu quả trợ lực cao, độ nhạy cao, tạo lực phanh lớn
cho nên được dùng nhiều ở ô tô tải.
9
6

5

7

10
8
1

2

3
4

Hình 1.8. Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén
1 - Bàn đạp, 2 - Ðòn đẩy, 3 - Cụm van khí nén, 4 - Bình chứa khí nén, 5 - Xilanh
lực, 6 - Xilanh chính, 7 - Ðường ống dẫn dầu đến xilanh bánh xe, 8 - Xilanh
bánh xe, 9 - Ðường ống dẫn dầu đến xilanh bánh xe, 10 - Xilanh bánh xe, 11Máy nén
Nguyên lý làm việc:
Bộ trợ lực gồm cụm van khí nén 3 nối với bình chứa khí nén 4, xilanh trợ lực
5, máy nén khí 11.
Trong cụm van 3 có các bộ phận sau :
- Cơ cấu tỷ lệ: đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.
- Van nạp: cho khí nén từ bình chứa đi vào khi đạp phanh.
- Van xả: cho khí nén trong dòng dẫn động thoát ra ngoài khí quyển khi
nhả phanh.
Khi tác dụng lên bàn đạp 1, qua đòn 2, lực sẽ truyền đồng thời lên các cần của
xilanh chính 6 và của cụm van 3. Van 3 dịch chuyển mở đường nối khoang A


của xilanh lực với bình chứa khí nén 4. Khí nén từ bình chứa 4 sẽ đi vào khoang
A tác dụng lên piston của xilanh trợ lực, hỗ trợ cho người lái ép các piston trong
xilanh chính 6 dịch chuyển đưa dầu đến các xilanh bánh xe. Khi đi vào khoang
A, khí nén đồng thời đi vào khoang phía sau piston của van 3, ép lò xo lại, làm
van dịch chuyển sang trái. Khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo thì van dừng
lại ở vị trí cân bằng mới, đồng thời đóng luôn đường khí nén từ bình chứa đến
khoang A duy trì một áp suất không đổi trong hệ thống, tương ứng với lực tác
dụng và dịch chuyển của bàn đạp. Nếu muốn tăng áp suất lên nữa thì phải tăng
lực đạp để đẩy van sang phải, mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào. Như vậy
cụm van 3 đảm bảo được sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và
lực phanh.

* Dẫn động thủy lực trợ lực dùng bơm và các bộ tích năng.
Bơm thủy lực là nguồn cung cấp chất lỏng cao áp cho dẫn động. Trong dẫn
động
phanh chỉ dùng loại bơm thể tích, như : bánh răng, cánh gạt, piston hướng
trục. Bơm thủy lực cho tăng áp suất làm việc, cho phép tăng độ nhạy, giảm kích
thước và khối lượng của hệ thống. Nhưng đồng thời, yêu cầu về làm kín về chất
lượng đường ống cũng cao hơn.
Bộ tích năng thủy lực: Ðể đảm bảo áp suất làm việc cần thiết của hệ thống
trong trường hợp lưu lượng tăng nhanh ở chế độ phanh ngặt, bên cạnh bơm thủy
lực cần phải có các bộ tích năng có nhiệm vụ: tích trữ năng lượng khi hệ thống
không làm việc và giải phóng nó cung cấp chất lỏng cao áp cho hệ thống khi cần
thiết.


2

4

3

1

5

6
7

9
8

10

11

Hnh 1.9. Dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích năng
1 - Bàn đạp, 2 - Xilanh chính, 3 - Van phanh, 4 - Van phanh, 5 - Xilanh bánh xe,
6 - Xilanh bánh xe, 7 - Bộ tích năng, 8 - Bộ điều chỉnh tự động kiểu áp suất rơle,
9 - Bộ tích năng, 10 – Van an toàn, 11 - Bơm
Nguyên lý làm việc:
Trên các ô tô tải trọng cực lớn thường sử dụng dẫn động thủy lực với bơm và
các bộ tích năng 3 và 4 là hai khoang của van phanh được điều khiển từ xa nhờ
dẫn động thủy lực hai dòng với xilanh chính 2. Khi tác dụng lên bàn đạp 1, dầu
tác dụng lên các van 3 và 4, mở đường cho chất lỏng từ các bộ tích năng 7 và 9,
đi đến các xilanh bánh xe 5 và 6. Lực đạp càng lớn, áp suất trong các xilanh 5 và
6 càng cao. Bộ điều chỉnh tự động áp suất kiểu rơle 8 dùng để giảm tải cho bơm
11 khi áp suất trong các bình tích năng 7 và 9 đã đạt giá trị giới hạn trên, van an
toàn 10 có tác dụng bảo vệ cho hệ thống khỏi bị quá tải.
1.5.2. Dẫn động khí nén
Dẫn động phanh bằng khí nén được dùng nhiều ở ô tô vận tải có tải trọng cỡ
trung bình và lớn, gồm các cụm chủ yếu như: máy nén khí, van điều chỉnh áp
suất, bình chứa, van phân phối, bầu phanh....
Ưu điểm:
- Ðiều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.
- Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực (khi có rỉ rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có
thể lảm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm).


- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác nhau, như:
phanh rơ moóc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén,....
- Dễ cơ khí hóa, tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động.

Nhược điểm:
- Ðộ nhạy thấp thời gian chậm tác dụng lớn
- Do bị hạn chế bởi điều kiện rì rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn
của chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới (10-15) lần. Nên kích thước và khối
lượng của dẫn động lớn.
- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều.
- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn.
Sơ đồ dẫn động chính :
Dẫn động phanh trên ôtô đơn.
4
6

3

2

1

5

10

9

7
8

Hình 1.10. Sơ đồ dẫn động ôtô đơn không kéo moóc
1 - Máy nén khí, 2 - Van an toàn, 3- Bộ điều chỉnh áp suất, 4 - Bộ lắng lọc và
tách ẩm, 5 - Van bảo vệ kép, 6,10 - Các bình chứa khí nén, 7,9 - Các bầu phanh

xe kéo, 8 - Tổng van phân phối
Nguyên lý làm việc:
Không khí nén được nén từ máy nén 1 qua bộ điều chỉnh áp suất 3, bộ lắng
lọc và tách ẩm 4 và van bảo vệ kép 5 vào các bình chứa 6 và 10. Van an toàn 2
có nhiệm vụ bảo vệ hệ thống khi bộ điều điều chỉnh áp suất 3 có sự cố. Các bộ
phận nói trên hợp thành phần cung cấp (phần nguồn) của dẫn động.


Từ bình chứa khí nén đi đến các khoang của van phân phối 8. Ở trạng thái
nhả phanh, van 8 đóng đường không khí nén từ bình chứa đến các bầu phanh và
mở thông các bầu phanh với khí quyển.
Khi phanh: Người lái tác dụng lên bàn đạp, van 8 làm việc, ngắt đường thông
các bầu phanh với khí quyển và mở đường cho khí nén đi đến các bầu phanh 7 và 9,
tác dụng lên cơ cấu ép, ép các guốc phanh ra tỳ sát trống phanh, phanh các bánh lái
xe lại.

II. TÍNH MOMENT PHANH YÊU CẦU

Mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh của ôtô phải đảm bảo giảm tốc độ hoặc
dừng ôtô hoàn toàn với gia tốc chậm dần trong giới hạn cho phép. Ngoài ra còn
phải đảm bảo giữ ôtô đứng yên ở độ dốc cực đại ( mômen sinh ra ở cơ cấu
phanh tay ).
Các lực tác dụng lên ôtô khi phanh được biểu diễn ở hình sau.
Trong đó:

+ Ga là trọng lượng toàn bộ của ôtô đặt tại trọng tâm
+ Pf1 là lực cản lăn của bánh xe trước
+ Pf2 là lực cản lăn ở bánh xe sau
+ Ppt là lực phanh ở bánh xe trước
+ Pps là lực phanh ở bánh xe sau

+ Pω là lực cản của không khí
+ Pj là lực quán tính của xe sinh ra khi phanh
+ L chiều dài cơ sở của ôtô
+ Hg chiếu cao trọng tâm
+ a, b toạ độ trọng tâm


v
Pw

Pj
hg
Pf1

O1

Ppt

Ga

a
Z1

Pf2

O2

Pps

b

Lo

Z2

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Khi xe đứng yên tức là lúc này lực cản lăn, lực phanh, lực cản không khí
đều bằng 0. Viết phương trình cân bằng môment khi xe đứng yên ta có toạ độ
trọng tâm theo chiều dọc a,b :
L.Z 1 = b.Ga
=> b =

L.Z 1
Ga

Trong đó : Ga là trọng lượng toàn bộ của xe (Kg)
Z1 là phản lực pháp tuyến ở cầu trước khi xe đứng yên
Theo đề bài ta có : Ga = 2800 Kg = 28000 N
L = 2500 mm
Z1 = Ga/2 (do trọng lượng phân bố lên 2 cầu là như nhau
1400/1400)


Z1 = 2800/2 = 1400 Kg = 14000 N
Thay vào công thức trên ta có :
b=

L.Z 1 2500 ∗ 1400
=
= 1250(mm)
Ga

2800

Mà ta lại có : L = a + b => a = L – b = 2500 -1250 = 1250 (mm)
Khi phanh ta sẽ bỏ qua lực cản không khí Pω và lực cản lăn Pf1 và Pf2.
Vì khi phanh vận tốc của xe giảm nhanh cho đến khi vận tốc băng 0. Nên Pf1 +
Pf2 nhỏ hơn rất nhiều so với Pp1 và Pp2.


Viết phương trình cân bằng moment đối với điểm O1 :
Z 2 .L + Pj .hg − Ga .b = 0
=> Z 2 =

a.Ga − Pj .H g
L

Với Pj = Ga.Jp/g
Suy ra =>
Trong đó :

Z2 =

Ga
L

J
.H

 a − p max g
g






(1)

Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe

Z2 : Phản lực pháp tuyến tại bánh xe sau khi phanh
L : Chiều dài cơ sở của xe
Jp : Gia tốc chậm dần khi phanh
G : Gia tốc trọng trường
Với

L = 2500 ( mm )

Ga = 2800( Kg )
Phương trình cân bằng môment đối với điểm O2:
− Z 1 .L + Pj .H g + b.Ga = 0
=> Z 1 =

Trong đó :

Pj .H g + b.Ga
L

=

Ga

L

J
.H

 b + p max g
g






(2)

Z1 : Phản lực pháp tuyến tại bánh xe trước khi phanh
Jp : Gia tốc chậm dần khi phanh
J p = g.ϕ bx (3)

Với ϕ bx là hệ số bám giữa lốp với mặt đường khi ô tô được phanh khẩn cấp
Với hệ thống phanh không trang bị kiểm soát và điều chỉnh độ trượt bánh xe
( xe không có trang bị hệ thống chống hãm cứng ABS Anti – look Brake
System, hay trang bị hệ thống phanh điều khiển điện tử EBS - Electronic Brake
System ) thì hệ số bám khi phanh khẩn cấp chỉ có thể đạt được
ϕ bx = ( 0,75 ÷ 0,80 )ϕ max

Suy ra ϕ bx = ( 0,56 ÷ 0,68)
Như vậy để đảm bảo hiệu quả phanh cao với gia tốc chậm dần lớn mà các bánh
xe không bị trượt thì ta có thể chọn ϕ bx = 0,66

Thay (3) vào (1) và (2) ta có:
Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước khi phanh là:
Z1 =

Ga
(b + ϕ bx .H g )
L

(4)

Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe trước khi phanh là:
Z2 =

Với

Ga
( a − ϕ bx .H g )
L

(5)

Ga = 2800 ( Kg )
L0 = 2500 ( mm )
Hg = 550 ( mm )
a = 1250 ( mm )
b = 1250 ( mm )

Thì ta có lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe trước/ sau khi phanh khẩn
cấp như sau :

Z1 =

2800.9,81
.(1250 + 550.0,66 )
2.2500

= 8861,177 ( N )
Z2 =

2800.9,81
.(1250 − 550.0,66 )
2.2500

= 4872,823 ( N )
Suy ra lực phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/ sau là :

Ppt = Z1 .ϕ bx
= 8861,177.0,66
= 5848,375 ( N )

Pps = Z 2 .ϕ bx
= 4872,823.0,66
= 3216,065 ( N )
Moment phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là :

M pt = Ppt .Rbx
= 5848,375.0,33
= 1929,960 ( N.m )

M ps = Pps .R bx

= 3216,065.0,33
= 1061,301 ( N.m )
Trong đó : Rbx = 0,33 ( m ) là bánh kính làm việc trung bình của bánh xe.

III. CHỌN LOẠI/KIỂU VÀ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHANH
Kết cấu hệ thống phanh của ôtô buộc phải có hai phần chính :
+ Cơ cấu phanh : là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý
ma sát
+ Dẫn động phanh : là bộ phận để diều khiển cơ cấu phanh
3.1. Chọn kiểu/ loại cơ cấu phanh
Thực tế môment sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở banh xe .
Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu loại vì vậy nói chung trên một chiếc
xe có thể có các cơ cấu phanh khác nhau đối với các trục bánh xe trước và bánh
xe sau. Ngay cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kích thước
cụ thể vẫn có thể khác nhau tuỳ theo môment phanh yêu cầu phân bố trên các
trục như đã tính ở phần trước.
Vì vậy để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, trước hết cần tính toán đánh giá
tý số phân bố môment phanh hay lực phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số
phân bố lực phanh K12 như sau :

K12 =
=

M pt
M ps

=

Ppt
Pps

=

b + hg .ϕ bx
a − hg .ϕ bx

1929,960
= 1,818
1061,301

Xe chúng ta đang thiết kế là xe du lịch, tải trọng tĩnh phân bố lên trục trước và
trục sau là bằng nhau ( 1400 Kg/ 1400 Kg). Do đó hệ số phân bố lực phanh K 12
= 1,818 là hợp lý.
Ta thấy môment phanh yêu cầu ở cầu trước lớn hơn nhiều so với cầu sau. Vì
vậy loại cơ cấu phanh trước sau thường khác nhau rõ rệt. Đối với cầu trước của


xe du lịch cơ cấu phanh cần đạt hiệu quả phanh lớn, ta chọn cơ cấu phanh trống
guốc với hai guốc đều có tính chất tự siết. Với cầu sau ta chọn cơ cấu phanh
trống guốc với một guốc có tính chất tự siết và một guốc có tinh chất tự tách.
Với cách chọn này ta sẽ đảm bảo được môment phanh yêu cầu của cầu trước
lớn hơn cầu sau, vì nếu moment bánh sau lớn hơn bánh trước thì làm cho xe mất
tính điều khiển , quay đầu xe, gây mòn lốp.

P1

a

fN2

N

2

b

N
1

fN1
p
2
e

Hình 3.1 Cơ cấu phanh trước xe du lịch

p
2
fN2

a

P1

N

2

b

N
1

fN1

e

e


Hình 3.2 Cơ cấu phanh sau xe du lịch
3.2. Chọn sơ đồ hệ thống phanh
a/ Chọn loại dẫn động phanh
Hiện nay ôtô thường dung hai loại dẫn động chính là thuỷ lực và khí nén, còn
dẫn động cơ khí chỉ dung cho phanh dừng vì hiệu suất thấp và không đảm bảo
phanh đồng thời các bánh xe. Dẫn động điện chỉ dung cho các đoàn xe.
Dựa vào phần tổng quan về hệ thống phanh, trong mục dẫn động phanh ta chọn
loại dẫn động bằng thuỷ lực cho hệ thống phanh của xe du lịch ta đang thiết kế.
Vì loại dẫn động này có những ưu điểm phù hợp loại xe du lịch.
b/ Chọn sơ đồ phân dòng :
Để tăng độ an toàn làm việc của hệ thống phanh thì xe phải có hai dòng hai
đường dẫn có cùng cơ cấu điều khiển chung là bàn đạp phanh
Hiện nay đối với hệ thống phanh thì dẫn động phanh cũng có các loại sô
đồ khác nhau

a

c

b

d

e

Hình 3.3 Các loại sơ đồ phân dòng dẫn động phanh


Các dòng dầu
Xilanh công tác
Xilanh chính

Ở hình a phân dòng theo 2 cầu mỗi dòng một cầu đơn giản khi 1 dòng
hỏng không gây ra mất đối xứng lực phanh.nhưng hiệu quả phanh giảmđi nhiều
có thể <50% nhưng nó có ưu điểm là kết cấu đơn giản nhất dễ chế tạo nên giá
thành rẻ, được sử dụng phổ biến
Ở hình b : phân dòng chéo, nó có ưu điểm là kết cấu tương đối đơn giản.
Khi một dòng hỏng thì hiệu quả phanh luôn luôn còn 50 %. Nhưng có hiện
tượng mất đối xứng lực phanh khi một dong hỏng nên loại này ít dùng.
Ở hình c : hai dòng cầu trước một dòng cầu sau. Nếu một trong hai dòng bị
hỏng thì hiệu quả phanh luôn giữ ≥ 50%. Không mất đối xứng lực phanh như kết
cấu phức tạp.
Ở hinh d : phân dòng theo hai dòng, mỗi dòng cầu trước và nữa cầu sau.
Loại này có ưu điểm khi một trong hai dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh còn >
50%, kết cấu phức tạp, có khả năng mất đối xứng lực phanh.
Ở hình e : phân dòng có hai dòng, mỗi dòng cho cầu trước và cho cầu
sau. Kiểu này độ an toàn cao, nếu một trong hai dong bị hỏng thì hiệu quả phanh
vẫn 100%.Kết cấu phức tạp giá thành đắt.

Qua phân tích các sơ đồ trên để phù hợp với xe du lịch đang thiết kế thì ta chọn
loại sơ đồ 1 ( hình a ) vì kết cấu đơn giản, dễ bố trí giá thành rẻ.
c/ Sơ đồ hệ thống phanh chọn :


5
4

1

6

9

7

3
2

8

Hình 3.4. Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực
1 - Cơ cấu phanh trước; 2,8 - Đường ống trước sau; 3,4 - Piston của xilanh
chính; 5- Bình chứa dầu; 6 - Bàn đạp; 7- Xilanh chính; 9 - Cơ cấu phanh sau.
Nguyên lý làm việc của hệ thống phanh thủy lực: Khi người lái tác dụng lên bàn
đạp 6 qua hệ thống đòn sẽ đẩy piston nằm trong xilanh 7, do đó dầu bị ép và tạo
ra áp suất cao trong xilanh 7 và trong các ống dẫn 2,8. Dầu trong đường ống áp
suất cao sẽ tác dụng lên bề mặt các piston của các cơ cấu phanh 1 và 9. Các
piston này thắng lực lò xo, đẩy hai má phanh ép sát vào trống phanh và tiến
hành phanh, vì trống phanh gắn chặt với mayơ bánh xe. Khi nhả phanh bàn đạp,

nghĩa là lúc ngắt phanh lò xo kéo guốc phanh về vị trí ban đầu. Dưới tác dụng
của lực lò xo các piston trong xilanh làm việc, sẽ ép dầu trở lại xilanh chính 7.

IV. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH
4.1. Moment phanh do cơ cấu phanh cầu trước sinh ra
Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống guốc với hai guốc đều tự siết có cơ
cấu ép bởi hai xi lanh đơn bố trí hai phía khác nhau.

P1

a

fN2

N

2

b

N
1

fN
1
p
2
e

Hình 4.1 Cơ cấu phanh trống guốc cầu trước của xe du lịch
Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống có tính đối xứng hoàn toàn về
phương diện kết cấu qua tâm quay bánh xe. Vì vậy moment ma sát của tang
trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau.

M g1 =

P1 .h1 .µ
A1 − µ .B1

M g2 =

P2 .h2 .µ
A2 − µ .B2

Giả sử đường kính hai piston trong hai xi lanh là như nhau thì các lực ép
P1 và P2 bằng nhau và bằng lực ép P do áp suất dầu trong xi lanh tạo ra cho
piston. Và giả thiết kích thước của hai guốc và cả hai má phanh đều giống nhau (
A1 = A2 = A và B1 = B2 = B và h1 = h2 ) thì moment phanh do hai guốc tạo ra
cho trống phanh được xác định như sau :
M P = M P1 + M P 2 = 2.

P.h.µ
A − µ .B

Suy ra công thức tính lực ép yêu cầu đối với cơ cấu phanh là :

P=

M P ( A − µ .B )

2.h.µ

Trong đó :
µ : là hệ số ma sát trượt giữa má phanh và tang trống. Theo kinh nghiệm
µ = 0,30 ÷ 0,33 . Vậy chọn µ = 0,30

h : là khoảng cách từ tâm quay của điểm tỳ cố định đến phương lực ép P.
Với bánh bính bánh xe Rbx = 330 ( mm ), thì theo kinh nghiệm có thể chọn Dt =
0,8.Rbx
Vậy : Dt = 0,8.330