Tính toán cơ cấu phanh guốc

Phụ lục 3:
Quan hệ của mômen trên cơ cấu phanh
và áp suất điều khiển
1. Cơ CấU PHANH GUốC
Tính toán cơ cấu phanh guốc có thể sử dụng các giả thiết sau đây:
Phân bố lực tác dụng giữa má phanh và tang trống được tính tương đương bằng lực đặt
tại điểm giữa của góc ôm má phanh trên guốc phanh.
- Quy luật biến dạng tuân theo định luật Húc,
- Guốc là tuyệt đối cứng,
Trên cơ sở đó sơ đồ tính toán mô tả ở hình vẽ P3.1.
a- Khi tang trống quay cùng chiều với lực tác dụng Fp (hình P3.1a).
F
N
và µF
N
là tổng lực pháp tuyến và tiếp tuyến của tang trống tác dụng lên guốc phanh;
Fp - lực tác dụng của xy lanh điều khiền hoặc cam quay F
x
, F
z
là lực tác dụng của gối tựa guốc tác
dụng lên quốc phanh.
Viết các phương trình cân bằng lực và mômen:
F
x
+ Fp – F
N
= 0
F
z
- µF

N
= 0
F
p
h - F
N
.a + µF
N
r
t
= 0
Giải ra ta có: F
N
=
p
t
F
ra
h
µ
−
Mômen phanh sinh ra dưới tác dụng của lực tiếp tuyến tác dụng lên tang trống (ngược
chiều ω) và có giá trị bằng:
M
p
=µF
N
r
t
=

p
t
F
ra
h
µ
−
µr
t
(P3.1)
b- Khi tang trống quay ng ược chiều của F
p
(hình P3.1b)
Tính toán tương tự:
Giải ra ta có: F
N
=
p
t
F
ra
h
µ
+
M
p
=µF
N
r
t

=
p
t
F
ra
h
µ
+
µr
t
(P3.2)
Hình P3.1 Tính toán cơ cấu phanh guốc có xy lanh thủy lực
Khi có cùng µ, h, a, Fp thì trường hợp a có hiệu quả sinh mômen phanh cao hơn. Với một
cơ cấu phanh có hai guốc (dạng a) guốc trước sẽ có hiệu quả phanh cao hơn guốc sau.
Mômen phanh của một cơ cấu phanh:
M
ccp
= M
gt
+M
gs
hay M
ccp
= (
ps
t
pt
t
F
ra

h
F
ra
h
µµ
+
+
−
)µr
t
Trong hệ thống phanh thuỷ lực nếu xylanh bánh xe có kích thước không đổi:
F
pt
= F
ps
= F
p
, thì: C
*
=
2
t
22
ra
.a.h.2
µ
µ
+
[-] (P3.3)
và M

ccp
= C
*
r
t
F
p
= p C
*
r
t
πD
2
/4 = F
pb
r
bx
(P3.4)
biến đổi tiếp: M
ccp
=
p
4
D
ra
.a.h.2
2
2
t
22

π
µ
µ
+
F
pb
=
bx
ccp
r
M
= k
p
.p (P3.5)
với k
p
=
4
D
r
r
C
2
bx
t
*
π
[m
2
] (P3.6)

c- Cơ cấu phanh dạng a (hình P3.2) trong hệ thống phanh khí nén có cam quay
Sơ đồ tính toán miêu tả trên hình *.
áp dụng kết quả phần trên:
F
Nt
=
pt
t
t
F
ra
h
µ
−
F
Ns
=
ps
t
s
F
ra
h
µ
+
Với h
t
= h + d
1
; h

s
: h- d
2
;
Nếu biến dạng cam tạo nên chuyển
vị guốc là như nhau, thì F
Nt
= F
Ns
(theo định
luật Húc), và F
pt
≠F
ps
.
Mômen phanh sinh ra sẽ là:
M
ccp
= (
pt
t
t
F
ra
h
µ
−
+
ps
t

s
F
ra
h
µ
−
)µr
t
ở đây h
t
tăng lên, nhưng F
pt
giảm còn ở guốc phanh sau h
s
giảm và F
ps
tăng, bởi vậy kết
cấu cho thấy sự sai khác mômen phanh của cơ cấu phanh dẫn động thuỷ lực và dẫn động khí nén
trong tính toán là không đáng kể.
Nếu coi F
pt
=F
ps
=F
p
và d
1
= d
2
= d thì:

M
ccp
= C*F
p
µr
t
C* ≈
2
t
22
ra
.a.h.2
µ
µ
+
[-] (P3.7)
Công thức tính toán gần đúng trở về dạng cơ bản trình bày ở trên. Với quan hệ của lực F
p
với áp suất khí nén p, có thể viết qua quan hệ:
2F
p
d=p
4
D
2
π
c suy ra F
p
= p.c
d8

D
2
π
và quan hệ của lực phanh tính tại bánh xe F
pb
viết qua quan hệ của áp suất khí nén dẫn động:
F
pb
=
bx
ccp
r
M
= k
p
.p
Hình P3.2 Tính toán cơ cấu phanh guốc có
cam quay (khí nén)
với k
p
=
4
D
r
r
C
2
bx
t
*

π
[m
2
]
Hệ số k
p
chỉ phụ thuộc vào kết cấu của cơ cấu phanh. Với các loại cơ cấu phanh nhất định
k
p
là hệ số tỷ lệ với áp suất điều khiển.
d- Cơ cấu phanh bố trí đối xứng qua tâm (dạng b hình *)
Khi ω cùng chiều Fp: M
ccp
=
p
t
F
ra
h2
µ
−
µr
t
Khi ω ngược chiều Fp: M
ccp
=
p
t
F
ra

h2
µ
−
µr
t

Như vậy hiệu quả phanh (khi đổi chiều quay ω) sẽ khác nhau. ôtô tiến cần có giá trị M
ccp
lớn, còn khi lùi thì hiệu quả phanh thấp.
Trên ôtô thường bố trí dạng cơ cấu phanh này ở các bánh xe trước.
e. Cơ cấu phanh tự cường hoá (hình P3.3).
Nhờ hai guốc phanh nối với nhau bởi
một đòn ngang nên: F
xt
= F
xs
= F
x
. Theo chiều
ma sát tác dụng lên guốc phanh nên F
Nt
dịch
chuyển điểm đặt xuống một đoạn r
o
; F
xt
và F
p
song song nên F
Nt

cũng song song với F
xt
, F
p
.
Do tính chất của kết cấu, nên guốc sau chịu
thêm lực đẩy F
xs
làm tăng hiệu quả phanh cho
cơ cấu.
2. TíNH TOáN Cơ CấU PHANH ĐĩA
Sơ đồ tính toán phanh điã được trình
bày trên hình P3.4. Lực điều khiển của xylanh
bánh xe là Fp, lực ma sát là µF
p
, và đặt tại bán
kính r
d
. Mômen phanh sinh ra khi đó sẽ bằng:
M
ccp
= 2. µ.F
p
.r
d
(P3.8)
Như vậy tỷ số truyền trong là: C* = 2µ.
Sự phụ thuộc C vào µ là tuyến tính.
3. Hiện tượng tự xiết và đánh giá ổn định mômen phanh.
Trong các biểu thức xác định M

p
và M
ccp
nhận thấy:
Mp tăng lên ∞ khi mẫu số của biểu thức tiến tới không. Với cơ cấu phanh dạng đối xứng
qua mặt phẳng:
Guốc trước có Mp → ∞ khi (a- µ.r
t
) → 0; muốn không có tự xiết cần
t
r
a
< µ .
Guốc sau luôn có mẫu số > 0. Vậy hiện tượng tự xiết cần kiểm tra với guốc trước (ω
cùng chiều với Fp).
Hình P3.3 tính toán cơ cấu phanh tự
cường hoá
Hình P3.4 Tính toán cơ cấu phanh đĩa
Mômen phanh sinh ra cần phải ổn định trước sự thay đổi của hệ số µ. Thông qua
µ
d
*dC
khi
µ
d
*dC
đạt giá trị lớn, mômen phanh biến động lớn gây nên phanh không êm dịu và mất khả
năng ổn định, tức là có độ nhạy cảm lớn với biến động của hệ số ma sát (do nhiệt độ).
Các dạng cơ cấu phanh có quan hệ C* và µ trên hình P3.5.
Khi sử dụng kết cấu tự cường hoá cho phép cơ cấu phanh có kích thước nhỏ gọn song

khả năng biến động Mp lớn, có thể ảnh hưởng tới chất lượng phanh. Với cơ cấu phanh đĩa có biến
động dC* nhỏ nhất (hình *), do vậy hiện nay hay dùng hơn.
Hình P3.5 Hệ số kết cấu C*và quan hệ
µ