Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh, Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

1. hệ thống phanh
1.1. Công dụng, yêu cầu, phân loại
1.1.1. Công dụng
Hệ thống phanh dùng để:
- Giảm tốc độ của ôtô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến
một tốc độ cần thiết nào đó.
- Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo
đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đờng ngang.
Với công dụng nh vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt
quan trọng:
- Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ
làm việc
- Nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc
độ và năng suất vận chuyển của xe máy.
1.1.2. 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 cờng độ lớn trong
trờng hợp nguy hiểm;
- Phanh êm dịu trong những trờng hợp khác, để đảm bảo tiện nghi
và an toàn cho hành khách và hàng hóa;
- Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian
không hạn chế;
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh;
- Không có hiện tợng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng
đứng và khi quay vòng;
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định
trong mọi điều kiện sử dụng;
- Có khả năng thoát nhiệt tốt;
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn
đạp hay đòn điều khiển nhỏ.

Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trờng hợp, hệ thống phanh của ôtô máy kéo bao giờ cũng phải có tối
thiểu ba loại phanh, là:

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

1


- Phanh làm việc: phanh này là phanh chính, đợc sử dụng thờng
xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thờng đọc điều khiển bằng
bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.
- Phanh dự trữ: Dùng để phanh ôtô máy kéo trong trờng hợp
phanh chính hỏng.
- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ cho ôtô máy
kéo đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này
thờng đợc điều khiển bằng tay đòn nên còn gọi là phanh tay.
- Phanh chậm dần: Trên các ôtô máy kéo tải trọng lớn (nh: xe
tải, trọng lợng toàn bộ lớn hơn 12 tấn; xe khách - lớn hơn 5 tấn) hoặc
làm việc ở vùng đồi núi, thờng xuyên phải chuyển động xuống các dốc
dài, còn phải có loại phanh thứ t là phanh chậm dần, dùng để:
- Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ôtô máy kéo không tăng quá
giới hạn cho phép khi xuống dốc;
- Để giảm dần tốc độ của ôtô máy kéo trớc khi dừng hẳn.
Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm
chức năng của nhau. Nhng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận điều
khiển và dẫn động độc lập.
Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn đợc
phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các

dòng còn lại vẫn làm việc bình thờng.
Để có hiệu quả phanh cao:
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn
- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận
dụng đợc toàn bộ trọng lợng bám để tạo lực phanh. Muốn vậy, lực
phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đờng tác dụng lên chúng.
- Trong trờng hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay
dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối
với các xe có trọng lợng toàn bộ lớn.
Để đánh giá hiệu quả phanh ngời ta sử dụng hai chỉ tiêu chính, là:
gia tốc chậm dần và quãng đờng phanh. Ngoài ra cũng có thể dùng
các chỉ tiêu khác, nh: Lực phanh hay thời gian phanh.
Giá trị yêu cầu của các chỉ tiêu này có thể tham khảo trong bảng
1-1, 1-2 và 1-3.
Cần chú ý rằng: các chỉ tiêu quy định về hiệu quả phanh cho phép
do từng quốc gia hay từng hiệp hội quy định riêng dựa vào nhiều yếu
tố, nh: nguồn gốc và chủng loại các ôtô đang lu hành, điều kiện đờng
xá , trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật, các trang thiết bị kiểm tra v.v.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

2


Bảng 1-1: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (của hệ thống phanh
chính)
cho phép ôtô lu hành trên đờng - Do Bộ GTVT Việt Nam quy
định năm 1995.

Stt

1
2

3

Chủng loại ôtô
Ôtô du lịch và các loại ôtô khác
thiết kế trên cơ sở ôtô du lịch
Ôtô vận tải trọng lợng toàn bộ
8 tấn và ôtô khách có chiều dài
toàn bộ 7,5 m
Ôtô vận tải hoặc đoàn ôtô có
trọng lợng toàn bộ > 8 tấn và ôtô
khách có chiều dài toàn bộ > 7,5
m

Quãng
đờng
phanh
Sp, m
()

Gia tốc chậm
dần ổn định
Jp, m/s2 ()

7,2

5,8

9,5

5,0

11

4,2

Tiêu chuẩn trình bày ở bảng trên đợc cho ứng với chế độ thử:
- Ôtô không tải, chạy trên đờng nhựa khô, nằm ngang
- Vận tốc bắt đầu phanh là 30 Km/h (8,33 m/s).
Do yêu cầu về tốc độ của ôtô ngày càng tăng, cho nên có xu hớng
tăng vận tốc thử phanh để cho phép ôtô lu hành trên đờng. Tuy vậy
thử phanh ở tốc độ cao là rất nguy hiểm, nhất là khi điều kiện cha
cho phép có những bãi thử chuyên dùng. Vì thế ở nớc ta hiện nay
vẫn đang áp dụng tốc độ thử hạn chế là 30 Km/h.
Số liệu cho ở bảng trên chỉ sử dụng để kiểm tra phanh định kỳ
nhằm mục đích cho phép ôtô lu hành trên đờng để đảm bảo an
toàn chuyển động. Đối với các các cơ sở nghiên cứu hay thiết kế
chế tạo thì cần áp dụng các tiêu chuẩn nghiêm ngặt hơn.
Bảng 1-2: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh
chính
(Tiêu chuẩn của Liên Xô).
Tốc
độ trKết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Lực

tác

Dạn
g

Quãn
g đ-

Gia tốc
chậm

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

3


Stt

1
2

3
4
5
6
7
8

Chủng loại ôtô

Ôtô du lịch và
Micrôbuys với số
chỗ ngồi 8
Ôtô buys > 8 chỗ
ngồi và trọng lợng toàn bộ 5
tấn
Ôtô buys với
trọng lợng toàn
bộ > 5 tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ < 3,5
tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ từ
3,5 tấn đến 12 tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ > 12
tấn
Đoàn ôtô với
trọng lợng toàn
bộ từ 3,5 đến 12
tấn
Đoàn ôtô với
trọng lợng toàn
bộ > 12 tấn

ớc khi
phanh
V0,K
m/h

dụng
lên

bàn
đạp
Pbđ, N
()

80

500

60

700

60

700

70

700

50

700

40

700

50

700

40

700

thử

ờng
phan
h
Sp, m
()

dần ổn
định
Jp, m/s2
()

0
I
II
0
I
II

43,2
54,0
57,5

25,8
32,3
34,3

7,0
5,4
5,0
7,0
5,3
4,9

0
I
II
0
I
II
0
I
II
0
I
II
0
I
II

32,1
40,1
42,7

44,8
56,0
59,6
25,0
31,3
33,3
17,2
21,5
22,9
26,5
33,1
35,2

6,0
4,5
4,1
5,5
4,1
3,8
5,5
4,0
3,7
5,5
4,0
3,6
5,5
4,0
3,7

0

I
II

18,4
23,0
24,5

5,5
3,9
3,6

Đối với hệ thống phanh chính, giá trị các chỉ tiêu đợc cho tơng ứng
với ba dạng thử khác nhau, là:
Bảng 1-3: Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh
dự trữ
(Tiêu chuẩn của Liên Xô).

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

4


Stt

Chủng loại ôtô

Tốc
Lực tác

độ tr- dụng lên
ớc khi bộ phận
phanh
điều
V0,K
khiển
m/h
N ()

Quãng
đờng
phanh
Sp, m ()

Gia tốc
chậm
dần ổn
định
Jp, m/s2
()

90,1

3,0

60

52,2

3,0

60

52,2

3,0

70

79,0

2,8

50

42,5

2,8

40

28,4

2,8

50

44,0

2,8

40

29,6

2,8

Tay
đòn
1
2

3
4
5
6
7

8

Ôtô du lịch và
Micrôbuys với số
chỗ ngồi 8
Ôtô buys > 8 chỗ
ngồi và trọng lợng toàn bộ 5
tấn
Ôtô buys với
trọng lợng toàn
bộ > 5 tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ < 3,5

tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ từ
3,5 tấn đến 12 tấn
Ôtô tải, trọng lợng toàn bộ > 12
tấn
Đoàn ôtô với
trọng lợng toàn
bộ từ 3,5 đến 12
tấn
Đoàn ôtô với
trọng lợng toàn
bộ > 12 tấn

80

Bà
n
đạp
400 500

600 700

- Thử 0: Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi
các cơ cấu phanh còn nguội và thờng tiến hành cho hai trờng hợp:
động cơ đợc tách và không tách khỏi hệ thống truyền lực.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

5


- Thử I: Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi
các cơ cấu phanh đã làm việc nóng lên. Đạng thử này bao gồm hai
giai đoạn:
- Thử sơ bộ: Để cho các cơ cấu phanh nóng lên
- Thử chính: Để xác định hiệu quả phanh.
- Thử II: Để xác định hiệu quả của hệ thống phanh chính, khi
ôtô máy kéo chuyển động xuống các dốc dài.
Khi phanh bằng phanh dự trữ hoặc bằng các hệ thống khác thực
hiện chức năng của nó, gia tốc chậm dần lớn nhất cần phải đạt 3 m/s 2
đối với ôtô khách và 2,8 m/s2 đối với ôtô tải.
Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh đợc đánh giá bằng
tổng lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó có thể tạo ra. Khi
thử (theo cả 2 chiều: đầu xe hớng xuống dốc và ngợc lại - quay lên
dốc) phanh dừng cần phải giữ đợc ôtô máy kéo chở đầy tải và động cơ
tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên mặt dốc có độ nghiêng
không nhỏ hơn 25%.
Hệ thống phanh chậm dần cần phải đảm bảo cho ôtô máy kéo, khi
chuyển động xuống các dốc dài 6 Km, độ dốc 7%, tốc độ không vợt
quá 302 Km/h (8,330,6 m/s), mà không cần sử dụng các hệ thống
phanh khác. Khi phanh bằng phanh này, gia tốc chậm dần của ôtô
máy kéo thờng đạt khoảng 0,6ữ2,0 m/s2.
Để quá trình phanh đợc êm dịu và để ngời lái cảm giác, điều
khiển đợc đúng cờng độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm
bảo quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều
khiển với lực phanh tạo ra ở bánh xe. Đồng thời không có hiện tợng tự
xiết khi phanh.
Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi

phanh, sự phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải
thỏa mãn các điều kiện chính sau:
- Lực phanh trên các bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải
bằng nhau. Sai lệch cho phép không đợc vợt quá 15% giá trị lực phanh
lớn nhất.
- Không xảy ra hiện tợng khóa cứng, trợt các bánh xe khi phanh.
Vì: Các bánh xe trớc trợt sẽ làm ôtô máy kéo bị trợt ngang; Các bánh
xe sau trợt có thể làm ôtô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe.
Ngoài ra, các bánh xe bị trợt còn gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh
do giảm hệ số bám.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

6


Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ôtô máy kéo hiện đại ngời ta sử
dụng các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh
xe (Antilock Braking System - ABS).

Hình 1.1. Sự thay đổi hệ số bám dọc
x và hệ số bám ngang y theo độ trư

ợt tương đối của bánh xe ( được
tính theo công thức:
; ở đây:
Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của
ôtô.

b - Tốc độ góc của bánh xe.
rb - Bán kính lăn của bánh xe.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

7


x=X/Z

y=Y/Z
Hình 1.2. Sơ đồ lực tác dụng ở vết tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường và
quan hệ giữa các hệ số bám dọc và ngang.

Hình 1.3. Các trường hợp bánh xe bị trượt ngang khi phanh.
a- Cầu sau bị trượt; b- Cầu trước bị trượt; c- Quá trình giảm trượt.

Hình
Sơkếđồ
ngang
ôtô
Kết cấu, tính
toán 1.4.
và thiết
ôtôtrượt
- Hệ thống
phanh

khi Biên
các soạn
bánh
sau
bị hãm
cứng
mặt
: TS.
Nguyễn
Hoàng
Việttrên 8
đường có hệ số bám nhỏ.


Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện đợc đánh giá
bằng lực lớn nhất cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và
hành trình tơng ứng của chúng. Giá trị quy định của những chỉ tiêu
này cho trong bảng 1-4.
Bảng 1- 4: Giá trị tối đa cho phép của lực tác dụng lên bàn
đạp hay đòn điều khiển và hành trình tơng ứng của chúng
đối với hệ thống phanh ôtô (Tiêu chuẩn của Liên Xô).
Phơng pháp
Hệ thống
điều khiển
phanh
Bằng bàn đạp Làm việc, dự
trữ và phanh
dừng
Bằng tay đòn Dự trữ và
dừng

Chủng loại
ôtô
- Du lịch
- Vận tải và
khách
- Du lịch
- Vận tải và
khách

Pbđmax
(N)
500
700

Sbđmax
(mm)
150
180

400
600

160
220

1.1.3. Phân loại
- Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: Phanh
bánh xe và phanh truyền lực.
- Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia

ra: Phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải.
- Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh cơ khí, phanh thủy lực,
phanh khí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác
nhau).

a)

b)

c)

Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính.
a- Phanh trống-Guốc; b- Phanh đĩa; c- Phanh dải.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

9


1.2. Kết cấu hệ thống phanh chính
Để thực hiện nhiệm vụ của mình, hệ thống phanh luôn phải có hai
phần kết cấu chính sau:
- Cơ cấu phanh: Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản. Trong quá trình
phanh động năng của ôtô máy kéo đợc biến thành nhiệt năng ở cơ cấu
phanh rồi tiêu tán ra môi trờng.
- Dẫn động phanh: Để điều khiển các cơ cấu phanh.
1.2.1. Cơ cấu phanh
Là bộ phận trực tiếp tạo lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát,

kết cấu cơ cấu phanh bao giờ cũng phải có hai phần chính là: Các
phần tử ma sát và cơ cấu ép.
Ngoài ra, cơ cấu phanh còn có một số bộ phận phụ khác, nh: Bộ
phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí đối
với dẫn động thủy lực...
Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống - Guốc, Đĩa
hay Dải. Mỗi dạng có đặc điểm kết cấu riêng biệt.
1.2.1.1. Loại trống - guốc:
a. Thành phần cấu tạo:
Đây là loại cơ cấu phanh đợc sử dụng phổ biến nhất. Cấu tạo gồm:
- Trống phanh: là một trống quay hình trụ gắn với moay ơ 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 ngời 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 nên lực ma sát phanh bánh xe lại.
- Bộ phận điều chỉnh khe hở và xả khí (chỉ có đối với dẫn động
thủy lực).
b. Các sơ đồ và chỉ tiêu đánh giá:
Có rất nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh (Hình
1.6). Các sơ đồ này khác nhau ở:
- Dạng và số lợng cơ cấu ép
- Số bậc tự do của các guốc phanh
- Đặc điểm tác dụng tơng hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ
cấu ép
Và do vậy, khác nhau ở:
- Hiệu quả làm việc
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

10


- Đặc điểm mài mòn các bề mặt ma sát của guốc
- Giá trị lực tác dụng lên cụm ổ trục của bánh xe
- Mức độ phức tạp của kết cấu

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

11


H×nh 1.6. C¸c s¬ ®å phanh trèng guèc.

H×nh 1.7. C¸c c¬ cÊu phanh th«ng dông vµ s¬ ®å
lùc t¸c dông:
a- Ðp b»ng cam; b- Ðp b»ng xi lanh thñy lùc; cHai xi lanh Ðp, guèc phanh mét bËc tù do; d- Hai
xi lanh Ðp, guèc phanh hai bËc tù do.
KÕt cÊu, tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ «t« - HÖ thèng phanh

H×nh 1.8. C¸c c¬ cÊu
phanh guèc tù c­êng hãa.

Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt

12


KÕt cÊu, tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ «t« - HÖ thèng phanh

Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt

13


Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, đợc sử dụng thông
dụng nhất là các sơ đồ trên hình 1.7a và 1.7b .Tức là sơ đồ với loại
guốc phanh một bậc tự do, quay quanh hai điểm quay cố định đặt
cùng phía và một cơ cấu ép. Sau đó là đến các sơ đồ trên hình 1.7c và
1.7d.
Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài các chỉ tiêu
chung, ngời ta sử dụng ba chỉ tiêu riêng, đặc trng cho chất lợng của cơ
cấu phanh, là: tính thuận nghịch (đảo chiều), tính cân bằng và hệ số
hiệu quả.
- Cơ cấu phanh có tính thuận nghịch là cơ cấu phanh mà giá trị
mô men phanh do nó tạo ra không phụ thuộc vào chiều quay của
trống, tức chiều chuyển động của ôtô máy kéo.
- Cơ cấu phanh có tính cân bằng tốt là cơ cấu phanh khi làm
việc, các lực từ guốc phanh tác dụng lên trống phanh tự cân bằng,
không gây tải trọng phụ lên cụm ổ trục của bánh xe.
- Hệ số hiệu quả là một đại lợng bằng tỷ số giữa mô men phanh
tạo ra và tích của lực dẫn động nhân với bán kính trống phanh.(hay
còn gọi một cách quy ớc là mô men của lực dẫn động).
Sơ đồ lực tác dụng lên các guốc phanh trên hình 1.7 là sơ đồ
biểu diễn đã đợc đơn giản hóa nhờ các giả thiết sau:

- Các má phanh bố trí đối xứng với đờng kính ngang của cơ cấu
- Hợp lực của các lực pháp tuyến (N) và của các lực ma sát (fN)
đặt ở giữa vòng cung của má phanh trên bán kính r t..
Từ sơ đồ ta thấy rằng:
- Lực ma sát tác dụng lên các guốc trớc (tính theo chiều chuyển
động của xe) có xu hớng phụ thêm với lực dẫn động, ép guốc phanh
vào trống phanh, nên các guốc này đợc gọi là guốc tự siết.
- Đối với các guốc sau, lực ma sát có xu hớng làm giảm lực ép,
nên các guốc này đợc gọi là guốc tự tách. Hiện tọng tự siết và tự tách
là một đặc điểm đặc trng của các cơ cấu phanh guốc.
Sơ đồ trên hình 1.7a có cơ cấu ép cơ khí, dạng cam đối xứng. Vì
thế độ dịch chuyển của các guốc luôn luôn bằng nhau, và bởi vậy - áp
lực tác dụng lên các guốc và mô men phanh do chúng tạo ra có giá trị
nh nhau:
N1 = N 2 = N và Mp1 = Mp2 =Mp
Do hiện tợng tự siết nên khi N 1 = N2 thì P1 < P2 . Đây là cơ cấu
phanh vừa thuận nghịch vừa cân bằng. Nó thờng đợc sử dụng với dẫn
động khí nén nên thích hợp cho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và
lớn.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

14


Sơ đồ trên hình 1.7b dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động
hai guốc bằng nhau: P1 = P2 = P . Tuy vậy do hiện tợng tự siết nên áp
lực N1 > N2 và Mp1 > Mp2 . Cũng do N 1 > N2 , nên áp suất trên bề mặt

má phanh của guốc trớc lớn hơn của guốc sau, làm cho các guốc mòn
không đều. Để khắc phục hiện tợng đó, ở một số kết cấu đôi khi ngời
ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xi lanh ép có dờng kính làm việc hai phía khác nhau: phía guốc tự siết - đờng kính xi
lanh nhỏ hơn.
Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhng
không cân bằng. Nó thờng đợc sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa
hoặc ở các bánh sau của ôtô du lịch.
Về mặt hiệu quả phanh, nếu thừa nhận hệ số hiệu quả của sơ đồ
1.2a:
Khq = Mp/(P1 + P2).rt = 100%, thì hệ số hiệu quả của cơ cấu
phanh dùng cơ cấu ép thủy lực (1.7b) sẽ là 116% ữ 122%, khi có cùng
các kích thớc chính và hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh f =
0,30 ữ 0,33.
Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, ngời ta dùng cơ
cấu phanh với hai xi lanh làm việc riêng rẽ. Mỗi guốc phanh quay
quanh một điểm cố định bố trí khác phía, sao cho khi xe chạy tiến thì
cả hai guốc đều tự siết (H1.7c). Hiệu quả phanh trong trờng hợp này
có thể tăng đợc 1,6 ữ 1,8 lần so với cách bố trí bình thờng. Tuy nhiên
khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu không có tính
thuận nghịch.
Cơ cấu loại này dùng kết hợp với cơ cấu kiểu bình thờng đặt ở
các bánh sau, cho phép dễ dàng nhận đợc quan hệ phân phối lực
phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trớc và
sau có cùng kích thớc. Vì thế nó thờng đợc sử dụng ở cầu trớc các ôtô
du lịch và tải nhỏ, nh: GAZ-66, UAZ-452, MATXCƠVICH, GAZ-24
(VONGA), ...
Để nhận đợc hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi,
ngời ta dùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi nh trên
hình 1.7d. Các guốc phanh của sơ đồ này có hai bậc tự do và không có
điểm quay cố định. Cơ cấu ép gồm hai xi lanh làm việc tác dụng đồng

thời lên đầu trên và dới của các guốc phanh. Với kết cấu nh vậy cả hai
guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều nào. Tuy
nhiên nó có nhợc điểm là kết cấu phức tạp.
Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa, ngời ta còn dùng các cơ
cấu phanh tự cờng hóa. Tức là các cơ cấu phanh mà kết cấu của nó
cho phép lợi dụng lực ma sát giữa một má phanh và trống phanh để c-

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

15


ờng hóa - tăng lực ép, tăng hiệu quả phanh cho má kia. Ví dụ kết cấu
nh trên hình 1.8 hay các sơ đồ VI đến IX trên hình 1.6.
Các cơ cấu phanh tự cờng hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao,
hệ số hiệu quả có thể đạt 360% so với cơ cấu phanh bình thờng dùng
cam ép. Nhng mô men phanh kém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân
bằng kém và làm việc không êm nên ít đợc sử dụng. Xu hớng hiện nay
là: sử dụng cơ cấu phanh loại bình thờng với các guốc có điểm quay
cố định, cùng phía. Trờng hợp cần thiết thì dùng thêm các bộ trợ lực
để tăng lực dẫn động và tăng hiệu quả phanh.
Để đánh giá mực độ tự cờng hóa, ngời ta sử dụng hệ số tự cờng
hóa: Kc= N/No
ở đây: N và No - tơng ứng là tổng các lực pháp tuyến tác
dụng lên má phanh khi trống phanh quay và khi trống phanh
đứng yên.
Cơ cấu phanh với cơ cấu ép bằng cam hay chêm và các guốc
một bậc tự do không có tính chất tự cờng hóa (nên Kc = 1). Cơ cấu

phanh với sơ đồ I và II trên H1.6 có mức tự cờng hóa nhỏ (Kc = 1,2 ữ
1,4). Các sơ đồ III, X, XI có mức tự cờng hóa trung bình (Kc = 1,8 ữ
2,2). Các sơ đồ VI đến IX với các guốc tự cờng hóa có hệ số tự cờng
hóa cao (Kc = 4,0 ữ 4,5).
c. Kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:
- Trống phanh: là một chi tiết cần phải có độ cứng vững cao, chịu
mài mòn và nhiệt dung lớn, nên đối với các ôtô tải và khách tải trọng
trung bình và lớn, trống phanh thờng đợc đúc bằng gang xám hay
gang hợp kim với các nguyên tố, nh: Niken, Môlípđen, Đồng và Titan
(Hình 1.9a). Mặt ngoài các trống đúc thờng đợc làm các gân dày để
tăng độ cứng và tăng diện tích tản nhiệt.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

16


a)

b

c)

Hình 1.9. Các
loại trống phanh.
a- Đúc liền; b và
c- Ghép; 1- Đĩa
thép; 2- Vành

gang.

a)

b)

c)

Hình 1.10. Kết cấu guốc phanh : a- Guốc đúc : 1- Đinh tán; 2- Má
phanh; 3- Xương guốc; 4- Gân tăng cứng; 5- Đầu tỳ ; b- Phanh trước
ZIL-130 : 1- Cam ép; 2- Giá lắp cam; 3- Bánh vít; 4- Trục vít; 5- Đòn
điều chỉnh; 6- Cần đẩy; 7- Bầu phanh; 8- Trống phanh; 9- Guốc; 10Gối lắp chốt; 11- Vòng chặn; 12- Chốt lệch tâm; 13- Tấm nối; 14- Đĩa
tỳ; 15- Lò xo. c- Phanh GAZ-53A : 1- Bạc lệch tâm; 2,10- Guốc; 3Vòng kẹp; 4- Mâm phanh; 5- Lò xo; 6- Cam điều chỉnh; 7- Màn ngăn
nhiệt; 8- Xi lanh; 9- Lò xo trả; 10- Xương guốc; 11- Chốt quay.
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

17


Đối với các ôtô cỡ nhỏ, để giảm lợng kim loại chế tạo, ngời ta thờng
sử dụng trống phanh kết cấu ghép (Hình 1.9b), gồm mặt bích 1 đợc
dập từ thép lá và vành trụ 2 bằng gang đúc.
Đối với ôtô du lịch còn sử dụng phổ biến loại trống đúc bằng hợp
kim nhôm hay dập từ thép lá, phía trong lót một vòng bằng gang
(Hình 1.9c). Các mối ghép giữa mặt bích với vành gang, giữa trống
ngoài và vòng lót đợc thực hiện ngay trong quá trình đúc
Các trống phanh đợc định tâm với moay ơ khi lắp ghép theo bề mặt
hình trụ có dờng kính dđt. Bề mặt làm việc (trụ trong) của trống phanh,

sau khi gia công cơ đợc lắp với moay ơ và cân bằng động. Độ mất cân
bằng cho phép đối với ôtô du lịch là 15 ữ 20 N.Cm, đối với ôtô tải và
khách - 30 ữ 40 N.Cm.
- Guốc phanh: Có thể đợc chế tạo bằng phơng pháp đúc hay
hàn dập.
Guốc phanh của các ôtô tải trọng lớn thờng đợc đúc bằng gang
xám hay hợp kim nhôm. Guốc phanh của ôtô du lịch và các ôtô tải
trọng nhỏ đợc dập từng phần bằng thép rồi hàn nối lại.
Các guốc loại hàn - dập có khối lợng nhỏ, tính công nghệ cao,
ngoài ra còn có độ đàn hồi lớn, tạo điều kiện làm đồng đều áp suất
trên bề mặt các má phanh. Vì thế chúng đợc sử dụng khá phổ biến.
Trên hình 1.10 là kết cấu một số loại guốc phanh của ôtô. Mặt
ngoài của guốc có gắn vành ma sát - còn gọi là má phanh. Má phanh
thờng đợc gắn lên guốc phanh bằng đinh tán. Một số trờng hợp má
phanh có thể đợc gắn lên guốc phanh bằng phơng pháp dán.
Guốc thờng có một hoặc hai gân tăng cứng, một đầu đợc nối
bản lề với mâm phanh nhờ các chốt quay, đầu kia tỳ vào cơ cấu ép qua
chốt tỳ hay tấm thép chịu mài mòn.
Đinh tán đợc chế tạo bằng vật liệu mềm, nh: đồng đỏ, đồng thau
hay nhôm.
Vành ma sát đợc chế tạo bằng phơng pháp ép định hình hỗn
hợp sợi átbét cùng với các chất phụ gia, nh: ôxýt kẽm, minium sắt và
các chất kết dính nh: cao su, dầu thực vật, dầu khoáng hay nhựa tổng
hợp.
Các chốt quay thờng chế tạo bằng thép 45 tôi cao tần.
- Mâm phanh: Là một chi tiết có dạng đĩa, đợc dập từ thép lá
hay đúc bằng gang và bắt chặt với dầm cầu nhờ bu lông.
Đây là một chi tiết đơn giản nhng quan trọng vì nó là nơi lắp đặt và
định vị tất cả các chi tiết khác của cơ cấu phanh. Kết cấu của mâm
phanh xem trên các hình 1.10, 1.11, 1.12 và 1.13.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

18


KÕt cÊu, tÝnh to¸n vµ thiÕt kÕ «t« - HÖ thèng phanh

Biªn so¹n : TS. NguyÔn Hoµng ViÖt

19


2

4

3

7

1

8
9

6

10

11

5
12
18

13

17

16

15

14

Hình 1.11. Cơ cấu phanh loại thuỷ lực 1 cơ cấu ép.
1- Bu lông lắp xi lanh bánh xe; 2- Đai ốc hãm; 3- mâm phanh; 4- Xi janh
bánh xe; 5- Lò xo trả; 6- Đầu nối cáp; 7- Đai ốc; 8- Cần phanh dừng; 9Bu lông; 10- Má phanh sau; 11- Dẫn hướng cáp; 12- Lò xo; 13- Cần điều
chỉnh; 14- Đai ốc điều chỉnh; 15- Lò xo trả; 16- Bu lông điều chỉnh; 17Xương guốc trước; 18- Má phanh trước.
1
2

4

3

5

10

6

9
8
7

Hình 1.12. Cơ cấu phanh loại thuỷ lực 2 cơ cấu ép.
1- Mâm phanh; 2- Bu lông nối ống; 3- Xi lanh bánh xe; 4- Guốc phanh;
5- Tấm dẫn hướng; 6- Chốt; 7- Lò xo; 8- Đòn chêm; 9- Cần đẩy; 10Má phanh.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

20


2
1
3

11
10

4
9
8
5
7

6

Hình 1.13. Lắp nối cơ cấu phanh với dầm cầu.
1- Thanh đẩy; 2- Bầu phanh; 3- Mâm phanh; 4- Chốt quay; 5- Chi
tiết định vị; 6- Guốc phanh; 7- Lò xo trả; 8- Con lăn; 9- Cam ép;
10- Cơ cấu điều chỉnh; 11- Vít điều chỉnh.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

21


- Cơ cấu ép: Có ba loại tùy thuộc kiểu dẫn động là: xi lanh thủy
lực, cam và chêm ép (hình 1.14).
Cơ cấu ép bằng xi lanh thủy lực (hình 1.15), còn gọi là xi lanh
con hay xi lanh bánh xe, có kết cấu đơn giản, dễ bố trí. Thân của xi
lanh đợc chế tạo bằng gang xám, bề mặt làm việc đợc mài bóng.
Piston chế tạo bằng hợp kim nhôm, phía ngoài có ép các chốt thép làm
chỗ tỳ cho guốc phanh. Xi lanh đợc làm kín bằng các vòng hay nút
cao su.

Hình 1.14. Các loại cơ cấu ép
của cơ cấu phanh trống guốc.
a- Cam ép; b- Xi lanh thủy lực;
c- Chêm ép

Hình 1.15. Kết cấu xi lanh

bánh xe và guốc phanh
a- 2 Piston; b- 1 Piston
c- Bộ phận xả khí và nối ống
d và e - Định vị guốc phanh
theo chiều trục.
1- Vòng (nút) làm kín; 2- Lò xo; 3- Thân xi lanh; 4- Chốt tỳ; 5- Nắp
che; 6- Vít xả khí; 7- Đầu nối ống.
Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

22


Cơ cấu ép bằng cam (hình 1.14a) cũng có kết cấu đơn giản, làm
việc tin cậy nhng hiệu suất dẫn động cam thấp (c = 0,6 ữ 0,8). Để
tăng hiệu suất, ở các đầu tỳ của guốc ngời ta lắp con lăn bằng thép 45
tôi cao tần để giảm ma sát và mài mòn. Cam đợc chế tạo bằng thép 45
liền một khối với trục quay và sau khi gia công cơ đợc tôi cao tần.
Profin cam đợc làm theo dạng thân khai hay xoắn ốc ácximét để tổng
lực tác dụng từ phía cam lên guốc không phụ thuộc vào góc đặt cam,
mặc dù góc này bị thay đổi trong quá trình mài mòn má phanh.

Hình 1.16. Profin cam ép của phanh ô tô ZIL-130.
a- Phanh trước; b- Phanh sau.

Cơ cấu ép dạng chêm (hình 1.14b và 1.17) có kết cấu phức tạp
và giá thành cao hơn loại cam. Tuy vậy nó có một lạot các u điểm, là:
nhỏ gọn hơn, hiệu suất cao hơn, thời gian chậm tác dụng bé hơn.

Hình 1.17. Sơ đồ làm việc của chêm ép.
a- Vị trí ban đầu; b- Trụ trượt bắt đầu dịch chuyển
Kết cấu, tính toán và
- Hệ
thống
phanh d- Biên
soạntính
: TS.toán
Nguyễn Hoàng Việt
c-thiết
Vị kế
tríôtô
làm
việc
(phanh);
Sơ đồ

23


- 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 ữ 0,4 mm để cho phanh nhả đợc hoàn toàn. Khe hở này tăng lên
khi các má phanh bị mài mòn, làm tăng hành trình của cơ cấu ép, tăng
lợng chất lỏng làm việc cần thiết hay lợng 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 phơng pháp điều chỉnh: Bình thờng bằng tay và tự động.
Điều chỉnh bình thờng là dùng dụng cụ tác động lên cơ cấu điều
chỉnh để thay đổi vị trí tơng đối giữa má phanh và trống phanh, nhờ đó

thay đổi đợc khe hở giữa chúng. Các cơ cấu điều chỉnh loại này có
một số dạng kết cấu khác nhau phụ thuộc vào loại dẫn động.
+ Đối với dẫn động thủy lực (hình 1.19 và 1.20):
- Dùng cam lệch tâm dạng quả đào để điều chỉnh khe hở trên
(hình 1.19);
- Dùng chốt với bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở dới (hình
1.20d);
- Dùng mối ghép ren vít thay đổi chiều dài thanh nối giữa các
guốc phanh (hình 1.20c,f).
- Dùng côn đẩy (hình 1.20c).
+ Đối với cơ cấu ép bằng cam (hình 1.20b): Khe hở đợc điều
chỉnh bằng cách thay đổi góc giữa cam và đòn quay nhờ cơ cấu trục
vít - bánh vít.

Hình 1.18. Thao tác điều chỉnh khe hở trên.
1- Vít điều chỉnh; 2- Trống phanh; 3- Má phanh; 4- Guốc phanh; 5- Thước
đo.

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

24


Khi dùng phơng pháp điều chỉnh tự động, vấn đề bảo dỡng sử
dụng sẽ đơn giản hơn, chất lợng làm việc của hệ thống phanh cũng đợc nâng cao.
Phụ thuộc vào nguyên lý làm việc, các bộ phận điều chỉnh tự
động khe hở có thể chia làm hai loại:
+ Loại I: Bộ phận điều chỉnh chỉ làm việc khi áp suất trong

buồng phanh hay trong các xi lanh bánh xe đạt giá trị max, tức là khi
phanh ngặt. Hành trình điều chỉnh phụ thuộc vào hành trình toàn bộ
của cơ cấu ép khi phanh, bao gồm cả hành trình tăng lên do biến dạng
đàn hồi của các chi tiết bị ép.
+ Loại II: Bộ phận điều chỉnh làm việc với các áp suất khác
nhau, tức là cả khi phanh ngặt và khi phanh với cờng độ nhỏ. Hành
trình điều chỉnh chỉ phụ thuộc vào khe hở tự do giữa má phanh và
trống phanh mà không phụ thuộc vào biến dạng đàn hồi của các chi
tiết.
Các bộ điều chỉnh loại I có nhiều dạng kết cấu khác nhau, nh:
ma sát, cóc, răng và chêm (hình 1.21).
Kết cấu trên hình 1.21a dùng trên xe VAZ-2103. ống lót 2 của
bộ điều chỉnh đợc đặt trong lỗ làm trên gân guốc phanh 4 với khe hở
lớn hơn chiều dày má phanh. Chốt 1 đợc lắp chặt trên mâm phanh,
một đầu nằm trong lỗ của ống

Kết cấu, tính toán và thiết kế ôtô - Hệ thống phanh

Biên soạn : TS. Nguyễn Hoàng Việt

25