TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô - TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH

TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng
LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của nghành ô tô thế giới có những chuyển mình mạnh mẽ vào
những thập kỷ cuối của thế kỷ XX.
Trong giai đoạn hiện nay nghành công nghiệp ô tô ngày một hoàn thiện nó
cải tạo hệ thống truyền thống, tìm nguồn năng lượng mới,tăng cường cải tiến kết
cấu ,khả năng tự động hoá nhờ sử dụng các phần mềm vi sử lý và hệ thống chẩn
đoán kỹ thuật giúp con người sử dụng khai thác ô tô giảm sức lao động tiện lợi
trong sử dụng và đạt hiệu quả kinh tế cao.
Hoà chung với sự phát triển của nghành ô tô thế giới , ở nước ta nghành ô tô
cũng có những chuyển biến vượt bậc.Từ chỗ chúng ta chỉ tập chung bảo dưỡng sửa
chữa ô tô đến nay chúng ta đã chế tạo vầ lắp ráp đóng mới thành công nhiều loại ô
tô để phục vụ thị trường trong nước.Trong đó chúng ta đã đi sâu nghiên cứu cải
tiến các kết cấu ô tôcho phù hợp với điều kiện sự dụng và nhu cầu của thị trường
trong nước .
Việc sản xuất và lắp ráp ô tô ở trong nước đã đem lại những lợi ích rất lớn
- Hạ giá thành sản phẩm.
-

Tận dụng nguồn năng lực trong nước.

-

Tận dụng được các tổng thành của các xe ô tô đời cũ hiện đang tồn
đọng rất nhiều trên thị trường.

Mặc dù đã cố gắng, nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên trong bài thiết kế
môn học này sẽ không tránh những thiếu sót. Em rất mong thầy góp ý, chỉ bảo tận

tâm để kiến thức của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy
giáo Th.S Trương Mạnh Hùng đã hết sức tận tình giúp đỡ hướng dẫn em hoàn
thành tốt nội dung thiết kế môn học kết cấu và tính toán ô tô của mình!
Hà Nội, ngày 19 tháng 06 năm 2011
Sinh viên
Giáp Văn Đợi


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
I. Công dụng của hệ thống phanh
- Hệ thống phanh dùng để làm giảm tốc độ chuyển động của Ô tô cho đến khi
dừng hẳn hoặc tới một tốc độ nào đó theo sự điều khiển của người lái xe.
- Giữ cho xe có thể dừng, đỗ trên đường có độ dốc nhất định trong một khoảng
thời gian dài mà không cần sự có mặt của người điều khiển.
- Hệ thống phanh giúp xe chuyển động an toàn ở tốc độ cao làm giảm thiểu
những tai nạn nguy hiểm xảy ra trên đường, nâng cao năng suất vận chuyển và tính
đông lực.
II. Phân loại hệ thống phanh
- Theo công dụng của hệ thống phanh.
Hệ thống phanh chính ( phanh chân)
Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
Hệ thống phanh phụ( trong tập lái và trong trường hợp khẩn cấp)
Hệ thống phanh dự phòng
- Theo kết cấu của hệ thống phanh
Cơ cấu phanh guốc
Cơ cấu phanh đĩa

- Theo phương thức dẫn động
Dẫn động cơ khí
Dẫn động thủy lực
Dẫn động khí nén
Dẫn động liên hợp
- Theo mức độ tối ưu hóa.
Hệ thống phanh có điều hòa
Hệ thống phanh điều khiển điện tử ( ABS; EBD; BA..)


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

III. Yêu cầu của hệ thống phanh
Nhằm nâng cao hiệu quả phanh trong quá trình làm việc của hệ thống phanh thì
nó phải đảm bảo các yêu cầu sau:
-

Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe, đảm bảo quãng đường
phanh ngắn nhất khiphanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm.

-

Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự êm dịu, ổn định Ô tô khi
phanh. Khi phanh hệ thống phanh không gây tiếng ồn, tiếng gõ và các
momen phanh như nhau ở tất cả các bánh xe cùng trục của Ô tô để tránh
hiện tượng lệch lực phanh.

-

Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp phanh phải nhỏ,
làm giảm cường độ lao động cho người lái xe.

-

Dẫn động phanh có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp
nguy hiểm.

-

Không có hiện tượng tự xiết khi phanh và nhả phanh tức thời khi người lái
nhả bàn đạp phanh.

-

Cơ cấu phanh phải có khả năng thoát nhiệt tốt .

-

Có hệ số ma sát giữa má phanh vàtrống phanh hoặc đĩa phanh cao, ổn định
trong mọi điều kiện sử dụng.

-

Giữ được tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp phanh hoặc đòn điều
khiển với lực phanh trên bánh xe.

-

Với hệ thống phanh dừng phải đảm bảo khả năng giữ cho xe đứng yên trên
dốc trong thời gian dài.

-

Đảm bảo việc phân bố momen lên các bánh xe phải tuân theo nguyên tắc sử
dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh trong mọi trường hợp.

-

Dễ bố trí lắp đặt, thuận tiện trong bảo dưỡng sửa chữa.

-

Đảm bảo an toàn, tin cậy và độ bền cao.


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

IV. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh trên ô tô
1. Cơ cấu phanh:
a. Cơ cấu phanh guốc:
- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía các lực dẫn động bằng nhau

Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía các lực dẫn động bằng nhau
- Cơ cấu phanh có điểm đặt riên rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch chuyển
như nhau :

Sơ đồ phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 1 phía và các guốc phanh có dịch
chuyển như nhau
- Cơ cấu phanh có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía và lực dẫn động bằng nhau :


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Cơ cấu phanh guốc có điểm đặt riêng rẽ về 2 phía
- Cơ cấu phanh tự cường hóa :

Cơ cấu phanh tự cường hóa
b. Cơ cấu phanh đĩa:

a
b
a. Phanh đĩa có giá đặt xilanh cố định
b. Phanh đĩa có giá đăt xilanh di động
1.Đĩa phanh; 2. Giá đặ phanh; 3.Ống trượt


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

2. Dẫn động phanh:
a. Dẫn động phanh cơ khí :
Dẫn động phanh cơ khí là loại cần, kéo, đòn, cáp và các cơ cấu điều khiển trong
cơ cấu phanh. Sử dụng đòn cơ khí hoặc dùng dây cáp để dẫn động.

Dẫn động cơ khí có ưu điểm là độ tin cậy cao, nhưng lực phanh tác dụng vào
bàn đạp lớn. Nên phanh cơ khí chỉ được dùng trong phanh tay.

b. Dẫn động phanh thủy lực (hệ thống phanh dầu):

Hệ thống phanh dầu
1.Bàn đạp phanh; 2.Trợ lực phanh; 3.Xilanh phanh chính; 4.Càng phanh đĩa;
5.Má phanh đĩa; 6.Đĩa phanh; 7.Phanh trống; 8.Má phanh guốc
Dẫn động thủy lực có ưu điểm là phanh êm dịu, dễ bố trí, có độ nhạy cao. Tuy
nhiên nó cũng có nhược điểm là tỷ số truyền của dẫn động dầu không cao nên
không thể tăng lực điều khiển trên cơ cấu phanh.
Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực thường được sử dụng trên ôtô du lịch
hoặc ôtô tải nhỏ.


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

c. Dẫn động phanh khí nén :

.Sơ đồ dẫn động phanh khí nén
Trên sơ đồ là một loại dẫn động phanh khí nén, cụm a) là cụm nguồn cung cấp khí
nén gồm máy nén khí (1), bộ điều chỉnh áp suất ( 2), bộ lọc và làm khô khí (3), van
chia và van bảo vệ (4), bình chứa khí nén (5), (6). Cụm b) van phân phối (7). Các
đường dẫn khí nén d) và cụm c) là cơ cấu chấp hành.
d. Dẫn động phanh khí nén – thủy lực:
Để tận dụng ưu điểm của hai loại dẫn động thủy lực và khí nén người ta sử dụng hệ
thống dẫn động phối kết hợp giữa thủy lực và khí nén. Loại này được sử dụng trên
các xe tải trung bình.

V. Lựa chọn phương án thiết kế
Căn cứ vào nhiệm vụ thiết kế môn học được giao.Ta thiết kế hệ thống phanh ô
tô dẫn động phanh bằng khí nén, cơ cấu phanh tang trống cả ở cầu trước và sau.
Hệ thống phanh dẫn động khí nén sử dụng năng lượng của khí nén để tiến hành
phanh, người điều khiển không cần mất nhiều lực mà chỉ cần thắng lò xo đàn hồi
của van phanh khí nén để mở đường cấp khí nén từ bình chứa hoặc làm thoát khí ở
các cơ cấu chấp hành. Nhờ vậy mà hệ thống phanh khí cho phép điều khiển nhẹ
nhàng, tuy nhiên trên kết cấu van phanh khí nén còn có các lò xo đàn hồi đóng vai


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

trò tạo cảm giác bàn đạp cho người điều khiển. Hệ thống phanh khí nén còn có
nhược điểm như: hệ thống dẫn động phức tạp, nhiều van điều khiển, kích thước
lớn, độ chạm tác dụng của khí nén lớn.

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén
1. Máy nén khí; 2. Bình nắng nước và dầu; 3. Bình nén khí;
4. Van phanh;5,6. Bầu phanh trước, sau;7. Bàn đạp;
8. Đồng hồ đo áp suất; 9. Cam quay; 10. Guốc phanh; 11. Tang trống
Nguyên lý hoạt động:
Máy nén khí cung cấp khí nén được dẫn động từ động cơ sẽ bơm khí nén qua
bình lắng (2) đến bình chứa khí nén (3). Áp suất được khống chế qua đồng hồ (8).
Khi phanh, người lái đạp bàn đạp phanh đồng thời mở đường khí nén từ van phanh
(4), khí nén từ bình chứa (3) qua van phân phối (4) đến các bầu phanh (5,6). Màng
bầu phanh bị ép qua cơ cấu dẫn động phanh làm cam phanh (9) quay. Vấu cam tỳ
vào đầu guốc phanh, ép guốc phanh sát vào trống phanh thực hiện quá trình phanh.

TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH
I. Xác đinh moment phanh cần thiết
1. Số liệu đã biết :
-

Bán kính bánh xe 260 - 20

• Bán kích thiết kế: r0 = B +

d
2

. 25,4 = 260 +

20
2

. 25,4 = 514(mm)

• Bán kính làm việc trung bình của bánh xe: rbx = λ.r0

Trong đó λ = 0,94 là hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
⇒ rbx = 0,94 . 514 = 483,16 (mm ) .
-

Tải trọng toàn bộ: Ga = 9525 (kg)
• Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga1 = 2575 (kg)
• Tải trọng phân bố lên cầu trước: Ga2 = 6950 (kg)

-

Tọa độ trọng tâm theo chiều cao: hg = 1100 (mm)

-

Chiều dài cơ sở: L = 3800 (mm)

2. Khoảng cách từ tâm cầu trước và sau đến trọng tâm của ô tô:

-

Ta có:

a=

Ga 2 .L
Ga

;

b=

Ga1.L
Ga

TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô
-

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Thay số ta được:

a=

6950.3800
= 2772, 7
9525

(mm)

;

b=

2575.3800
= 1027,3
9525

(mm)

3. Mô men phanh cần thiết ở cầu trước và cầu sau:
M pct1

-

và

M pct 2

được xác định từ hệ phương trình sau:

ϕ .Ga .rbx

 M pct1 + M pct 2 =
2

M
b + ϕ .hg
 pct1 =
 M pct 2 a − ϕ .hg

• Với

ϕ

chọn

là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường đá dăm.
ϕ

= 0,55
0,55.9525.9,8.483,16
= 12402, 7
2

1207,3 + 0.55.1100
=
=A
2772, 7 − 0.55.1100

M pct1 + M pct 2 =
M pct1

• Vậy:

M pct 2

Mpct1=5647,4 (Nm)
Mpct2=6755,3 (Nm)
Ta có tỉ số A = 0,836 đạt yêu cầu thiết kế: A =

0, 5 ÷ 1

với ô tô tải.

II. TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
1. Chọn các kích thước s, h, α1, α2
Ta chọn được α1,

α2 dựa vào giới hạn của β, (β
P

=90o ÷ 120o )

h’

r
h

O

C
1

h”

s

2


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Sơ đồ tính chọn các thông số cơ bản của cơ cấu phanh
Bánh trước:
Chọn β1t = β2t = βt =110o
Chọn góc đầu của má phanh guốc trước và guốc sau của bánh xe:
α1t = 25o
Chọn góc cuối của má phanh guốc trước và guốc sau của bánh xe:
α2t = 135o
Với bánh sau ta cũng chọn tương tự như bánh trước:
Góc ôm của má phanh βs = 110o
Góc đầu của má phanh α1s = 25o

Góc cuối của má phanh α2s = 135o
Đường kính của trống phanh được tính như sau:
dt =

(0,8 ÷ 0,85 )rbx

=(0,8 ÷ 0,85).483,16 = 386,53 ÷ 410,67 (mm)

Vậy chọn đường kính tang trống: dt= 410 (mm)
rt =

Suy ra bán kính tang trống:

dt 410
=
= 205
2
2

(mm)

Khoảng cách giữa hai điểm tỳ guốc phanh:
h = (0,8÷ 0,85).dt
⇒ h = (0,8 ÷ 0,85).410 = 328 ÷ 348,5 (mm)
Chọn h = 340 (mm)

⇒ h’ = h” =

h 340
=

= 170
2
2

(mm)


l

TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng




Khoảng cách từ tâm O của cơ cấu phanh đến điểm tuỳ cố định của guốc phanh:

s=

h"
170
=
= 174
o
cos12,5
cos12,5o

(mm)

2. Tính lực dẫn động phanh P

Sơ đồ lực dẫn động P
Để tính lực dẫn động cần thiết P tạo ra momen phanh yêu cầu tại các cơ cấu
phanh, ta cần xây dựng mối quan hệ giữa lực dẫn động và momen phanh tạo ra.
Xét cân bằng guốc phanh với các giả thiết:
Áp suất phân bố điều theo chiều rộng má phanh.
Quy luật phân bố áp suất theo chiều dài má phanh không phụ thuộc vào giá trị
lực ép tác dụng lên guốc và có dạng tổngC quát:

q = qmax .Ψ( α )

Trong đó: qmax là áp suất cực đại trên má phanh


ψ(α) là hàm phân bố áp suất
Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh
Khi phanh, phần tử vô cùng bé dα sẽ chịu tác dụng của lực:
Lực pháp tuyến: dN = q.b.r. dα
Lực ma sát:

dFt = µ.dN = µ.q.b.r.dα


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Lực ma sat tạo ra moment phanh:
dMp = dFt.r = µ.q.b.r2.dα = µ.qmax.b.r2.Ψ(α).dα

Tích phân biểu thức trên từ α1 đến α2 ta được momen tổng do các guốc phanh
α2

∫ Ψ(

tương ứng tạo ra:

Mp = µ.qmax.b.r2

α1

α)

.dα

Sau khi tìm được qmax bằng cách viết phương trình cân bằng momen đối với điểm
quay (C) ta tính được mômen tổng của hai guốc phanh:
P1 .h1 .μ

MpΣ = (MP1+ MP2 ) =

A1 − μ.B1

+

P2 .h2 .μ
A2 + μ.B2

Trong đó:
MP1 : mômmen phanh sinh ra ở má phanh trước

MP2 : mômmen phanh sinh ra ở má phanh sau
P1 : lực tác dụng lên guốc trước
P2 : lực tác dụng lên guốc sau
µ : Hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh, chọn µ = 0,35
 α2

A =  s ∫ Ψ ( α ) .sin α .d ( α ) ÷
 α1


 α2

 rt . ∫ Ψ ( α ) .d( α ) ÷
 α1


 α 2

B = 1 −  s ∫ Ψ ( α ) .cos α .dα ÷

 α 1

 α2

 rt ∫ Ψ ( α ) .dα ÷
 α1
 

Xe thiết kế với dẫn động khí nén có các guốc bố trí đối xứng thì:
Cơ cấu phanh trước có P1t = P1s = P1

Cơ cấu phanh sau có P2t = P2s = P2
A1 = A2 = A; B1 = B2 = B vaì h’ = h” = h.


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Vậy lực tác dụng lên guốc phanh trước bằng lực tác dụng lên guốc phanh sau và
bằng lực tác dụng lên guốc phanh của mỗi cơ cấu phanh.

(

Do đó:

M P ∑ . A 2 − µ 2 .B 2
P =
2. A.h.µ

)

Chọn phân bố áp suất theo chiều dài má phanh là đều, Ψ(α) = 1
A=

s ( cos α1 − cos α 2 )
rt
α 2 − α1

o
o

174 ( cos 25 − cos135 ) 180
A=
.
= 0,714
205
(135 − 25)
3,14

⇒

B = 1−

s ( sin α 2 − sin α1 )
rt
α 2 − α1

B = 1− (

⇒

174 (sin135o − sin 25o ) 180
.
.
) = 0,874
205
(135 − 25)
3,14

Vậy, lực tác dụng lên má phanh ở cơ cấu phanh cầu trước:
P1 =

M pct1. ( A2 − µ 2 .B 2 )

P1 =

⇒

2. A.h.µ

5647, 4. ( 0, 714 2 − 0,352.0,874 2 )
2.0,35.0,34.0, 714

= 13832, 4

(N)

Lực tác dụng lên má phanh ở cơ cấu phanh sau:
P2 =

P2 =

⇒

M pct 2 . ( A2 − µ 2 .B 2 )
2. A.h.µ

6755,3. ( 0, 714 2 − 0,352.0,874 2 )
2.0,35.0,34.0, 714

= 16546

(N)


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Vậy lực tác dụng lên guốc phanh ở cơ cấu trước và cơ cấu sau là:
13832, 4

P1 =
P2 =

(N)
16546

(N)

3. Kiểm tra hiện tượng tự siết
Hiện tượng tự siết xảy ra khi má phanh bị ép sát vào trống phanh chỉ bằng lực ma
sát mà không cần lực dẫn động. Lúc này trên phương diện lý thuyết mà nói thì Mp
sẽ tiến đến vô cùng.

Ta có:

MP1 =

P1 .µ.h
A − µB

Do vậy để tránh hiện tượng tự siết phải đảm bảo điều kiện:
A - µB > 0

Tức là : µ <

A 0, 714
=
= 0,82
B 0,874

Thoả mãn với hệ số ma sát khi ta chọn µ = 0,35
4. Xác định kích thước má phanh
Chiều rộng của má phanh được xác định trên cơ sở đảm bảo công ma sát riêng, áp
suất trên bề mặt ma sát và tải trọng riêng quy ước.
Từ điều kiện phân bố áp suất theo chiều dài là đều (Ψ(α)=1), ta có:
α2

α2

α1

α1

M P = ∫ dM P = ∫ µ .qmax .b.rt .dα

⇒

2

M P = µ .qmax .rt 2 .b.β

Trong đó: Mp là moment phanh do một má phanh sinh ra.
Vì momen phanh yêu cầu sinh ra ở cơ cấu phanh sau lớn hơn cơ cấu phanh trước và
hiện tượng tự siết nên ta chỉ cần tính toán tìm b của má phanh trước ở cơ cấu phanh


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

cầu sau. Sau đó ta chọn bề rộng các má còn lại như nhau để tiêu chuẩn hoá sản phẩm.
M P2 =

P2 .h.µ
16546.0,34.0,35
=
= 4824, 7
A − µ .B 0, 714 − 0, 35.0,874

(Nm)

Áp suất sinh ra trên toàn bộ bề mặt ma sát phải thỏa mãn điều kiện:
q=

M P2
≤ [ q]
μ.b.rt 2 .β

Trong đó: [q]: áp suất cho phép phân bố trên má phanh, [q] = 1,5 (MN/m2)

b: bề rộng má phanh
b≥

M P 2 .180
µ .rt 2 .β .π .[ q ]

b ≥

4824, 7.180
= 0,114
0,35.0, 2052.110.3,14.1, 5.106

⇒

(m)

Vậy ta chọn bề rộng của má phanh trước và sau bằng nhau:
bt = bs = b = 120 (mm)
5. Kiểm tra chiều rộng má phanh theo tải trọng
P=

Ga .g
≤ [ P]
F
∑

Trong đó :
[ P]

: tải trọng riêng lớn nhất cho phép

F∑: tổng diện tích tất cả các má phanh
F = 8.rt .β .π .b /180 = 8.0,12.0, 205.110.3,14 180 = 0,378
∑

q=

Suy ra :

9525.9,8
= 0, 25.106
0,378

(N/m2)

(m2)


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

So với điều kiện thỏa mãn. Vậy chọn b = 120 (mm).
6. Tính công ma sát riêng
Công ma sát riêng

L ms

bằng tỉ số giữa công ma sát sinh ra khi phanh ôtô từ tốc độ

trung bình đến khi dừng và tổng diện tích FΣ của tất cả các má phanh. Ta có công

Lms =

thức tính công ma sát riêng :

GaVa 2
2 gF∑

(KG/m)

Với Va là vận tốc của ôtô khi bắt đầu phanh, chọn Va = 60 (km/h) = 16,66 (m/s)
Lms =

⇒
Ta thấy:

Ga .Va 2 9525.16, 662
=
= 35, 7.104
2.g .F∑ 2.9,8.0,378

Lms ≤ [ Lms ] = ( 400 ÷ 1000 )

(KG/m) = 357 (J/cm2)

(J/cm2)

→

Thỏa mãn

7. Kiểm tra sự tăng nhiệt của tang trống
Trong quá trình phanh động năng của ôtô chuyển thành nhiệt năng ở trống phanh
và một phần thoát ra ngoài không khí. Sự tăng nhiệt ở trống phanh là:
∆t =

Trong đó:

GaV0
≤ [ ∆t ]
2 gmt C

[ ∆t ] ≤ 150 K
mt
V0

là khối lượng của tang trống, chọn

mt

= 10 kg

= 8,3 (m/s)

9525.8.32
∆t =
2.9,8.10.482

Vậy:

; C = 482 (J/kg.K)

=6,95

< [ ∆t ]

. Như vậy sự tăng nhiệt độ của trống phanh trong

quá trình làm việc đạt yêu cầu kỹ thuật.


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

I. TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH
II
1. Tính toán lượng khí nén
Máy nén khí được chọn sao cho đảm bảo các yêu cầu sau:
- Nạp nhanh các bình chứa sau khi khởi động động cơ.
- Giữ được áp suất trong hệ thống gần với áp suất tính toán khi phanh liên
tục.
Trên thực tế máy nén khí chỉ làm việc khoảng 10 20% thời gian làm việc của
ôtô, khi các bình chứa được nạp đầy thì máy nén khí chuyển sang chế độ chạy
không tải.
Các thông số kỹ thuật của máy nén khí:
Chọn máy nén khí loại piston hai xy lanh có các thông số sau:
- Số lượng xilanh: i = 2 đặt thẳng hàng
- Đường kính xilanh: d = 52 mm
- Hành trình piston: S = 38 mm
- Số vòng quay của máy nén khí: n = 1700 v/p

- Tỷ số truyền của đai: itđ = 2.
η

- Hiệu suất truyền khí của máy nén khí = 0,6
Năng suất của máy nén khí (lưu lượng):
Xe thiết kế sử dụng 4 bình khí nén, dung tích mỗi bình 140 lít.
Vậy tổng lượng khí nén trong các bình là: 4 x 140 = 560 (l).
Năng suất của máy nén khí được tính theo công thức kinh nghiệm sau:
(l/ph)
Q=

3,14.0,52 2
.0,38.2.1700.0, 6 = 164,5
4

(l/ph)
Kết luận: Sau 4 phút máy nén nạp được: 4 x 164,5 = 658 (l), khí nén đảm bảo nạp
đầy tất cả các bình chứa.

2. Van phân phối dẫn động hai dòng
Van phân phối dùng để đóng mở hệ thống phanh (cung cấp hoặc ngừng cung cấp
khí nén) theo yêu cầu của người lái. Van phân phối là bộ phận rất quan trọng của
truyền động phanh bằng khí. Nó đảm bảo độ nhạy của truyền động quá trình phanh
được tốt.


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Sơ đồ nguyên lý làm việc của van phân phối

1

2

3
4

5
6

7

8
9
33
10
32
31

11

30

12
13

A

II

14

III

15

29

16

28
27

17
18

26
19
25

I

IV

20
24
21

23
22

Van phân phối
1:đòn mở; 2:Vít chỉnh; 3:Chụp cao su; 4:Chốt; 5:Con lăn; 6:Cốc ép;
7:Nắp; 8:Đai ốc; 9:Bích chặn; 10,16,20,27:Phớt làm kín; 11:Bulông điều chỉnh;
12:Lò xo piston tuỳ động; 13,24:Lò xo van; 14,19:Tấm bạc lót; 15:Piston nhỏ;
17:Van dưới; 18:Ty đẩy piston nhỏ; 21:Cửa xả; 22:Vòng hãm; 23:Vỏ van xả;
25:Vỏ ngăn dưới;26:Lò xo piston nhỏ;28:Piston lớn; 29:ống van; 30:Piston tuỳ
động; 31:Phần tử đàn hồi; 32:Vỏ ngăn trên ; 33:Mặt bích; I,II: Cửa vào từ bình
khí; III,IV: cửa ra các bầu phanh.
Nguyên lý hoạt động của van phân phối dẫn động hai dòng:


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Để tăng tính an toàn cho hệ thống phanh thì đối với dẫn động khí nén ta sử dụng
loại van phân phối dẫn động hai dòng. Có nghĩa là có hai dòng khí dẫn động từ
bình chứa khí qua van phân phối đến các bầu phanh bánh xe.
Van có hai ngăn được gọi là ngăn trên và ngăn dưới trong mỗi ngăn đều có các van
nạp và van xả và các piston điều khiển.
Khi chưa phanh lò xo 13 và 24 giữ cho van của ngăn trên và ngăn dưới đóng cửa
nạp nên khí nén từ bình khí tới các cửa I,II bị chặn lại và thường trực ở đó. Khi
phanh đòn mở 1 quay quanh chốt cố định ép con lăn 5 tì lên cốc ép 6 làm cốc ép 6
đi xuống. Khi đã khắc phục xong khe hở tự do giữa cốc ép và bích chặn 9 thì bích
chặn ép phần tử đàn hồi 31 tì vào piston tuỳ động 30 làm piston đi xuống. Khi đế
van xả ( nằm trên piston tuỳ động) đi hết khe hở giữa nó với nắp van thì van xả
đóng lại và van nạp trên bắt đầu mở. Khi đó ở ngăn trên khí nén từ cửa II qua van

nạp ngăn trên thông sang của III để dẫn đến các bầu phanh bánh xe. Đồng thời với
quá trình này do ở cửa III có một lỗ A thông với khoang B ( Phía trên piston lớn
28) nên một dòng khí có áp suất sẽ tác dụng nên mặt trên của piston lớn 28 làm nó
đẩy piston nhỏ đi xuống. Khi khe hở giữa đế van xả và nắp van được khắc phục thì
van nạp dưới bắt đầu được mở ra. Khi khe hở giữa đế van xả và nắp van được khắc
phục thì van nạp dưới bắt đầu mở ra. Khí nén từ của I qua van nạp ngăn dưới thông
sang cửa IV để dẫn đến các bầu phanh bánh xe. Như vậy cơ cấu cơ khí trực tiếp
điều khiển van nạp của ngăn trên còn van nạp ngăn dưới là do khí nén điều khiển
sau khi van nạp ngăn trên đã mở. Như vậy có nghĩa là dòng nối với ngăn trên sẽ có
tác dụng trước so với dòng nối với ngăn dưới. Vì vậy dòng nối với ngăn trên
thường được dẫn tới các bầu phanh của bánh xe phía sau nhằm mục đích giữ ổn
định cho ôtô khi phanh.
Khi thôi phanh dưới tác dụng của các lò xo hồi vị cốc ép 6, bích chặn 9 piston tuỳ
động 30 sẽ đi lên. Van nạp trên được đóng lại và van xả trên mở ra. Khí nén từ
bình chứa khí cung cấp còn khí nén từ các bầu phanh sẽ từ cửa III qua cửa xả theo
đường thoát ra ngoài. Còn ngăn dưới do khoang B mất áp suất nên piston lớn 28 và
piston nhỏ 15 bị lò xo hồi vị 26 đẩy về vị trí phía trên. Van nạp ngăn dưới được
đóng lại và van xả ngăn dưới được mở ra, ngắt khí nén từ bình chứa khí và thoát
khí nén từ bầu phanh theo đường thoát ra ngoài.

Tính toán van phân phối:
Ta xét sơ đồ tính toán sau:


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Pb

Pb
I

II

III

Iv

Q

Sơ đồ tính
Ph van phân phối

Ph

Lực Q ở trên hình là được truyền từ bàn đạp tới, do vậy: Q =Qbđ.ibđ
Trong đó: Qbđ là lực tác dụng lên bàn đạp phanh ([Qbđmax] = 600 700 N)
ibđ là tỷ số truyền dẫn động bàn đạp chọn ibđ = 5
Khi phanh lò xo tuỳ động nén lại một đoạn l
Vậy ta có: Q = l.c
Với hành trình bàn đạp: S = l.ibđ
Suy ra: Q = c.S/(i2bđ), với c: độ cứng của lũ xo
Vậy ta thấy lực bàn đạp tỷ lệ với hành trình bàn đạp.
Xét bằng hệ van và piston tuỳ động:
Q = Pm + Pv ; Pm = (p2- p1)Fm ; Pv = (p3- p2)Fv
Với: p1: áp suất khí quyển
p2- p1 = ph : áp suất làm việc trong hệ thống
p3- p1 = pb : áp suất bên trong bình chứa khí
Fp: diện tích màng phanh để điều khiển van

Fv: diện tích van điều khiển
Ta có: ph= [Qbđ.ibđ - (p3- p2)Fv]
Có thể coi gần đúng : ph = Qbđ = pb


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

Suy ra: Qbđ = Fm.pb/ibđ

Mà: Fm =

π2
4

(d22 – d1 2)

Trong đó: d1 là đường kính piston tầng trên, chọn d1= 30 (mm)
d2 là đường kính piston tầng dưới, chọn d2= 40 (mm)
Thay số ta được: Fm= 1,73 .10-3 (m2)
Để Qbđ đạt giá trị lớn nhất thì pb = pbmax = 7.105 (N/m2)
Thay vào công thức trên ta được: Qbđmax = 241 (N) < [Qbđmax]
Với giá trị bàn đạp như trên thì đảm bảo điều kiện phanh phù hợp cho người lái,
nhẹ nhàng mà cũng không gây mất cảm giác.
3. Tính toán bầu phanh
Kết cấu bầu phanh
5

6

7

4
3
2

1

10 3:Tấm
11 đẩy;
1:Vỏ trước bầu phanh;122:Thanh
9 8 đỡ lò xo; 4:Màng phanh;
5:Lò xo hồi vị; 6:Vỏ sau bầu phanh; 7:Bu lông lắp bầu phanh;
8:Thanh truyền động; 9:Tấm đỡ lò xo; 10:Đai ốc hãm; 11:Lò xo hồi vị;12:Bulông

Nguyên lý làm việc của bầu phanh:
Khí nén được cung cấp từ van phân phối dẫn động đến từng bầu phanh bánh trước
và bầu phanh bánh sau. Dưới tác dụng của áp suất khí nén tác dung lên màng
phanh 4 ở phía sau làm cho mang phanh dãn ra chạm vào tấm đỡ lò xo 3 ép lò xo 5
lại và làm cho thanh truyền 8 dịch chuyển theo sang bên phải tác dụng vào cam ở


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

cơ cấu phanh làm phanh bánh xe. Khi không phanh áp suất giảm xuống màng
phanh lại co lại nhờ vào lò xo hồi vị 5 đẩy thanh truyền 8 sang trái và thôi phanh.
Tính toán bầu phanh:

Ta có sơ đồ tính như sau:

p

ph

l

P1

h

Sơ đồ P2
tình bầu phanh

Từ sơ đồ tính ta có:
P.l = (P1 + P2).h/2
P=

π .D 2
p h .η1η 2 − Plx
4

.

Suy ra:

D=

h

1


2 ( P1 + P2 ) + Plx 
2l

 π phη1η2

Trong đó:
h1: Hệ số nạp, chọn h1 = 1
h2: Hiệu suất cơ khí, chọn h2 = 0,95
ph: áp suất làm việc trong hệ thống (ph = 2.105 N/m2)
Plx: lực của lò xo hồi vị piston
(Thường được chọn có độ cứng C =1,53,5 KN/m với lực lò xo là
Plx = 80150 N)
Chọn Plx = 100 N
h: Khoảng cách giữa hai điểm đặt lực h = 0,02 (m)
l: Khoảng cách từ thanh đẩy đến tâm cam. l = 0,1 (m)
P1,P2 : Lực tác dụng lên cam: P1 = 13832,4 (N) ; P2 = 16546 (N)


TKMH Kết Cấu Tính Toán Ô tô

GVHD: Th.s Trương Mạnh Hùng

0, 02
1


2 (13832, 4 + 16546)

+ 100 
5
2.0,1

 3,14.2.10 .1.0,95

Suy ra: D =
Lò xo hồi vị chọn số vòng làm việc n = 6 (vòng)
Đường kính dây lò xo: d = 0,004 (m)
Đường kính trung bình của vòng lò xo: Dtb = 0,038 (m)
Môđun đàn hồi của vật liệu G = 8.104 (Mpa)

= 0,075 (m)