đồ án phanh ô tô

Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

MỤC LỤC

1


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp Ô tô nước ta có nhiều sự
phát triển vượt bậc, Ô tô đã không còn là quá xa lạ với mỗi chúng ta. Để đáp ứng
nhu cầu của xã hội trong thời kì hội nhập, việc đào tạo ra các bậc kỹ sư, các thợ
máy có trình độ tay nghề, có kiến thức vững chắc về Ô tô là một nhiệm vụ quan
trọng. Trong trường Kỹ thuật, các Đồ án giúp các sinh viên tổng hợp lại các kiến
thức đã học, đi sâu hơn vào việc thiết kế, tính toán... và với sinh viên ngành Cơ khí
Động Lực thì Đồ án Ô tô là một trong những Đồ án quan trọng nhất.
Là sinh viên ngành cơ khí động lực, sau khi học các học phần Hệ thống truyền
lực ôtô, Hệ thống phanh… thì việc tìm hiểu, nghiên cứu, tính toán và thiết kế các bộ
phận, cụm máy, chi tiết trong xe là rất thiết thực và bổ ích. Để giúp sinh viên rèn
luyện được kỹ năng tìm hiểu thông tin, củng cố, ứng dụng lý thuyết vào thực tế và
bước đầu làm quen với việc nghiên cứu, thiết kế các chi tiết và cụm chi tiết trong
ôtô, mỗi sinh viên đều được nhận Đồ án Ôtô. Trong khuôn khổ nhiệm vụ được
giao, em xin trình bày nhiệm vụ Tính toán và thiết kế hệ thống phanh xe tải.
Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Th.S Nguyễn Việt Hải.
Dưới sự giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nổ lực của bản thân, em đã
hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian quy định. Tuy nhiên, do kiến thức hiểu
biết có hạn, điều kiện tham khảo thực tế chưa có nhiều nên trong đồ án không thể
không có sự sai sót, nhầm lẫn. Do vậy, em mong các thầy thông cảm và chỉ bảo
thêm để em hoàn thiện hơn trong quá trình học tập và công tác sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày…tháng…năm 2015.
Sinh viên

2


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ÔTÔ

1.1. Công dụng, yêu cầu của hệ thống phanh ô tô
1.1.1. Công dụng
- Hệ thống phanh dùng để:
+ Giảm tốc độ của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó.
+ Ngoài ra, hệ thống phanh ô tô còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô, máy kéo đứng
yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang.
- Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng trên ô
tô, nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc nhờ đó mới có
thể phát huy được hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển
của xe.
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 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 đứng yên khi cần thiết trong thời gian không hạn chế.

+ Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh.
+ Không có hiện tượng 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 trường hợp, hệ
thống phanh của ô tô bao giờ cũng có tối thiểu ba loại phanh là:

3


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

+ Phanh làm việc: đây là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi
chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh
chân.
+ Phanh dự trữ: dùng để phanh ô tô, máy kéo trong trường hợp phanh chính
hỏng.
+ Phanh dừng: còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ khi
dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn
nên còn gọi là phanh tay.
+ Phanh chậm dần: Trên các ô tô tải trọng lớn hoặc làm việc ở vùng đồi núi,
thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài. Loại phanh này giữ cho tốc độ
của ô tô không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc và giảm dần tốc độ của ô
tô trước khi dừng hẳn.
- Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức năng của
nhau. Nhưng chúng phải có ít nhất hai bộ phận là điều khiển và dẫn động độc lập.

- Ngoài ra để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân thành các
dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn hoạt động
bình thường.
- Để có hiệu quả phanh cao:
+ Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn.
+ Phân phối momen trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng toàn bộ trọng lượng
bám để tạo lực phanh. Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỉ lệ thuận với
phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng.
+ Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí
nén hoặc dùng bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng
toàn bộ lớn.
- Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái cảm giác, điều khiển được đúng
cường độ phanh, dẫn động phanh phải có cơ cấu đảm bảo quan hệ tỉ 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 tượng tự siết khi phanh.

4


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô khi phanh, sự phân bố lực phanh
giữa các bánh xe phải hợp lí, cụ thể phải thõa mãn các điều kiện chính sau:
+ Lực phanh trên các bánh xe trái và phải của cùng một cầu phải bằng nhau, sai
lệch cho phép không vượt quá 15% giá trị lực phanh lớn nhất.
+ Không xảy ra hiện tượng khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh, vì các bánh
xe ở cầu trước trượt sẽ làm ô tô bị trượt ngang, các bánh xe ở cầu sau trượt sẽ làm
ôtô mất tính điều khiển, quay đầu xe. Ngoài ra các bánh xe bị trượt còn gây mòn
lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám.
- Để đảm bảo các yêu cầu này, trên ô tô hiện đại người ta sử dụng các bộ điều chỉnh

lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS.
- Yêu cầu về điều khiển nhẹ nhàng và thuận tiện được đánh giá bằng lực lớn nhất
cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển và hành trình tương ứng của
chúng.
1.2. Phân loại hệ thống phanh ô tô
- 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 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)

c)

b)

Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lí các loại phanh chính
a- Phanh Trống; b- Phanh dĩa; c- Phanh dải

5


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

1.3. 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 ô tô được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường.

+ Dẫn động phanh: để diều khiển cơ cấu phanh.
1.3.1. Cơ cấu phanh
- Là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát, kết cấu gồm
hai phần chính là: phần tử ma sát và cơ cấu ép.
- Ngoài ra cơ cấu phanh còn có các bộ phận khác như: bộ phận điều chỉnh khe hở
giữa các bề mặt ma sát, bộ phận để xả khí dối với dẫn động thủy lực.
- Phần tử ma sát của cơ cấu phanh có thể có dạng: Trống- Guốc, đĩa hay dải. Mỗi
loại có đặc điểm riêng biệt.
1.3.1.1. Loại trống- guốc

Hình 1.2: Các cơ cấu phanh loại trống- guốc thông dụng
a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xi lanh thủy lực;

6


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

c- Ép bằng hai xi lanh ép; d- Ép bằng hai xi lanh ép, guốc phanh hai bậc tự do
- Đây là cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất, cấu tạo gồm:
+ Trống phanh: là một trống quay hình trụ gắn với may ơ bánh xe.
+ Các guốc phanh: trên bề mặt gắn các tấm ma sát (còn gọi tấm 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 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).
- Để đánh giá, so sánh các sơ đồ khác nhau, ngoài chỉ tiêu chung người ta sử dụng
ba chỉ tiêu riêng, đặc trưng cho chất lượng cơ cấu phanh là:

+ Tính thuận nghịch (đảo chiều)
+ Tính cân bằng
+ Hệ số hiệu quả
1.3.1.2. Loại dĩa

5

Hình 1.3: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kép cố định
1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston; 4- Vòng làm kín; 6- Đĩa phanh
- Cơ cấu phanh loại dĩa thường được sử dụng trên ô tô du lịch. Gần đây loại phanh
này bắt đầu được sử dụng trên một số loại xe vận tải và chở khách.

7


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay, vòng ma
sát quay.
- Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa có xẻ các rãnh thông gió, đĩa có một lớp kim loại hay
ghép hai kim loại khác nhau.
- Trên ô tô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít dùng loại vỏ quay.
- Đặc điểm kết cấu các chi tiết cà và bộ phận chính:
+ Đĩa phanh: thường được chế tạo bằng gang. Đĩa đặc có chiều dày 8÷13 mm,
đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16÷25 mm. Đĩa ghép có thể có lớp lõi bằng nhôm hay
đồng còn lớp mặt ma sát bằng gang xám.
+ Má kẹp: được đúc bằng gang rèn.
+ Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm để tăng tính chống mòn và
giảm ma sát, bề mặt làm việc của xinh lanh được mạ một lớp cờ rôm.
+ Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá.

+ Tấm ma sát: của loại phanh đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt khoảng
12÷16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi.
1.3.2. Dẫn động phanh
1.3.2.1. Các loại dẫn động phanh
- Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô người ta chủ yếu sử dụng hai loại dẫn
động thủy lực và khí nén.
- Dẫn động cơ khí thường được dùng cho phanh dừng (hiệu suất từ 0,4÷0,6%)
- Dẫn động điện chỉ dùng cho xe kéo móc nhưng cũng rất hiếm.
- Dẫn động thủy lực thường được dùng để dẫn động phanh của rơ-moóc kéo theo
sau.

8


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

1.3.2.2. Các sơ đồ phân dòng chính

Hình 1.4: Các sơ đồ phân dòng dẫn động phanh
1- Bộ phận phân dòng (xi lanh chính hoặc tổng van khí nén); 2,3- Các bánh xe

trước sau; 4,5- Các dòng dẫn động
- Khi chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa trên ba yếu tố chính là:
+ Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng.
+ Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép.
+ Mức độ phức tạp của dẫn động.
- Để đảm bảo những yêu cầu cunh đặt ra đối với hệ thống phanh, dẫn động phanh
phải đảm bảo những yêu cầu cụ thể sau:
+ Đảm bảo sự tỉ lệ giữa mômen phanh sinh ra với lực tác dụng lên bàn đạp và
hành trình của nó.

+ Thời gian chậm tác dụng của cơ cấu phanh không vượt quá 0,6s, khi nhả
phanh không được vượt quá 1,2s.
+ Phải có ít nhất hai dòng độc lập, khi một dòng bị hỏng thì hiệu quả phanh phải
đạt tối thiểu 50%.
+ Khi kéo moóc, nếu moóc tuột thì phải tự động phanh lại.
- Thường sử dụng nhất là sơ đồ phân dòng theo các cầu (hình 1.5a, đây là sơ đồ đơn
giản nhất nhưng hiệu quả phanh sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng phanh cầu trước).

9


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Khi dùng các sơ đồ b, c, d hiệu quả phanh giảm ít hơn. Hiệu quả phanh đảm bảo
không thấp hơn 50% khi bị hỏng một dòng nào đó. Tuy vậy, khi dùng sơ đồ b và d
lực phanh sẽ không đối xứng, làm giảm tính ổn định khi phanh nếu một trong hai
dòng bị hỏng. Điều này cần phải tính đến khi thiết kế hệ thống lái (dùng cánh tay
đòn âm).
- Sơ đồ e là hoàn thiện nhất nhưng cũng phức tạp nhất.
1.3.2.3. Dẫn động thủy lực
a. Ưu nhược điểm:
- Dẫn động phanh thủy lực có ưu điểm quan trọng là:
+ Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,4s).
+ Luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất dẫn động chỉ bắt đầu tác
dụng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát vào trống phanh.
+ Hiệu suất cao từ 0,8÷0,9%.
+ Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng nhỏ, giá thành rẻ.
+ Có khả năng sử dụng trên nhiều loại xe khác nhau.
- Nhược điểm:
+ Yêu cầu độ kín khít cao, khi có một chỗ nào đó bị rò rỉ thì cả dòng không hoạt

động được.
+ Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường sử dụng bộ trợ lực để giảm
lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp.
+ Sự dao động áp suất chất lỏng làm việc có thể làm cho đường ống bị rung
động và mô men phanh không ổn định.
+ Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp.

10


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

Hình 1.5 Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp
1,8- Xi lanh bánh xe; 2,7- Ống dẫn; 3,4- Piston; 5- Xi lanh chính; 6- Bầu phanh
b. Phạm vi sử dụng
- Với các đặc điểm đó, dẫn động thủy lực được sử dụng rộng rãi trên ô tô du lịch, ô
tô tải cỡ nhỏ hoặc cỡ đặc biệt lớn.
1.3.2.4. Dẫn động khí nén
a. Ưu nhược điểm:
- Dẫn động khí nén có các ưu điểm quan trọng là:
+ Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ.
+ Làm việc tin cậy hơn dẫn động thủy lực.
+ Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác như: phanh rơmoóc, đóng mở của xe, hệ thống treo khí nén.
- Tuy vậy, dẫn động khí nén có các nhược điểm lớn là:
+ Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
+ Do bị hạn chế bởi điều kiên rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn của
chất lỏng trong dẫn động thủy lực tới 10÷15 lần.
+ Số lượng các cụm chi tiết nhiều.
+ Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn.
a- Ô tô đơn; b- Phanh rơ

moóc một đường; c- Phanh
rơ moóc hai đường
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; 6,10,11,16- Các
bình chứa khí nén; 7,9Các bầu phanh xe kéo;
8- Tổng van phân phối;
12- Các van cắt nối
11


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

đường ống; 13- các đầu ống nối giữa xe kéo và rơ moóc; 14- Đường nối giữa xe
kéo và rơ moóc trong dẫn động một đường; 15- Van phân phối phanh rơ moóc;
17- các bầu phanh rơ moóc; 18, 21- Van điều khiển phanh rơ moóc.

Hình 1.6: Các sơ đồ dẫn động phanh khí nén
b. Phạm vi sử dụng
- Với các đặc điểm đó, dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các
ôtô cỡ trung bình và lớn cũng như trên các đoàn xe kéo moóc.
1.3.2.5. Dẫn động liên hợp.
- Dẫn động phanh liên hợp là liên kết giữa thủy lực và khí nén:
+ Phần thủy lực có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ và đồng thời đảm bảo cho
độ nhạy của hệ thống cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe.
+ Phần khí nén cho phép điều khiển nhẹ nhàng và khả năng huy động, điều
khiển phanh rơ moóc.

Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý của mạch dẫn động thủy khí điều khiển phanh của một
cầu xe
1- Van an toàn; 2- Bình chứa; 3- Van phân phối khí;
4- Xi lanh thủy khí; 5- Xi lanh bánh xe; 6- Máy nén khí
12


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Dẫn động liên hợp thủy khí được sử dụng rộng rãi trên các ô tô và đoàn xe kéo
moóc tải trọng lớn và đặc biệt lớn (như các ô tô URAL - 375, MAZ - 7310…).

Chương 2:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ

2.1. Số liệu cho trước
- Các thông số ban đầu của xe được cho trong bảng 2-1:
Bảng 2-1: Thông số ban đầu của xe thiết kế
ST
T
1
2
3
4
5
6
7
8

Tên thông số
Loại ô tô
Loại động cơ
Trọng lượng toàn bộ
Phân bố trên trục trước/sau
Tốc độ cực đại của xe
Chiều dài cơ sở
Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải
Bán kính làm việc của xe

13

Giá trị

Đơn vị

Xe tải
Diesel
7000
2100/4900
100
3000
1000
400

KG
KG
Km/h
mm

mm
mm


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

2.2. Tính toán xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh
2.2.1. Momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh

o
G

hg

o1
Z1

b

a
L0

o2
Z2

Hình 2.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi ô tô đứng yên trên mặt đường nằm ngang
- Trong đó:
•
•
•

•
•

a, b: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến trục bánh xe trước/sau
Ga : Trọng lượng toàn bộ của xe
Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước và sau
hg : Chiều cao trọng tâm xe
O : Trọng tâm xe

- Viết phương trình cân bằng momen khi bánh xe đứng yên: (Hình 2.1)
+ Phương trình cân bằng momen tại O1:
Z 2 .L
Z2.L - Ga.a = 0 => a = Ga (2.1)

Với Z2 = 4900 [KG] = 48069 [N]
L = 3000 [mm] = 3 [m]
G = 7000 [KG] = 68670 [N]
Thay các giá trị vào (2.1) ta được:
48069.3
a = 68670 = 2,1 [m]

Ta có:

L = a + b => b = 3- 2,1 = 0,9 [m]

14


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

V

Pω
hω

o

Pj
G

hg

o1
Pf1

Z1

Pp1

a

b

Pf2

o2

L0

Z2

Pp2

Hình 2.2: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
- Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe:
+ Trọng lượng toàn bộ Ga đặt tại trọng tâm O
+ Lực cản lăn pf1 và pf2
+ Phản lực thẳng góc Z1 và Z2
+ Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước/sau Pp1 và Pp2
+ Lực cản không khí Pω
+ Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần
- Ở đây lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường, chiều
ngược chiều chuyển động của ô tô. Lực quán tính P j đặt tại trọng tâm xe và có chiều
cùng chiều chuyển động của ô tô.
- Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức sau:
Ga
Pj = g .jp
•
•

(2.2)

g: gia tốc trọng trường (g=9,81 m/s2)
Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh

- Khi phanh thì lực cản không khí P ω và lực cản lăn Pf1, Pf2 không đáng kể, có thể bỏ
qua. Sự bỏ qua này chỉ gây ra sai số 1,5÷2%. Khi đó phương trình cân bằng lực khi
xe phanh theo phương song song với mặt đường là:
Pj = Pp1 + Pp2 (2.3)
- Để sử dụng hết trọng lượng bám của ô tô thì cơ cấu phanh được bố trí ở bánh sau

và trước, lực phanh lớn nhất đối với toàn bộ xe là:

15


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

Ppmax = Ga.φ (2.4)
- Với hệ thống phanh không có trang bị hệ thống kiểm soát và điều chỉnh độ trượt
của bánh xe (ABS) thì hệ số bám khi phanh khẩn cấp chỉ có thể đạt φ= 0,56÷0,68.
Để đám bảo hiệu quả phanh cao nhất với giá trị gia tốc chậm dần lớn nhất mà các
bánh xe không bị trượt ta chọn φ= 0,68.
- Xét khi ô tô phanh khẩn cấp với tốc độ bất kì cho đến khi dừng hẳn (v=0) thì gia
tốc khi phanh đạt cực đại, jpmax sẽ được xác định từ phương trình cân bằng lực quán
tính khi phanh:
Ga
Ga
Pj = g . j pmax => Ga.φ= g . j pmax

=> j pmax = φ.g (2.5)
- Phương trình cân bằng momen tại O1 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
Zp2.L + Pjmax.hg – Ga.a = 0
 Zp2.L + Ga. φ.hg – Ga.a = 0
Ga .(a − ϕ.hg )

 Zp2 =

L

(2.6)

- Phương trình cân bằng momen tại O2 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
-Zp1.L + Pjmax.hg + Ga.b = 0
 -Zp1.L + Ga. φ.hg + Ga.b = 0
Ga .(b + ϕ.hg )

 Zp1 =

L

(2.7)

- Trọng lượng tác dụng lên mỗi bánh xe trước (G bx1) và bánh xe sau (Gbx2) khi phanh
là:
Ga .(b + ϕ.hg )

Gbx1 =

2L

(2.8)

Ga .(a − ϕ .hg )

Gbx2 =

2L

(2.9)

Thay các giá trị vào (2.8) và (2.9) ta được:
68670.(0,9 + 0, 68.1)
2.3
Gbx1 =
= 18083,1 [N]

16


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

68670.(2,1 − 0,68.1)
2.3
Gbx1 =
= 16251,9 [N]

- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe trước được xác định bằng:
Pbx1 = Gbx1.φ = 18083,1.0,68 = 12296,4 [N]
- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe sau:
Pbx2 = Gbx2.φ = 16251,9.0,68 = 11051,3 [N]
- Momen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước là:
Mbx1 = Pbx1.Rbx1 = 12296,4.0,4 = 4918,6 [N.m]

(2.10)

- Momen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe sau là:
Mbx2 = Pbx2.Rbx2 = 11051,3.0,4 = 4420,5 [N.m]

(2.11)

2.2.2. Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe
- Thực tế momen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở các bánh
xe sinh ra. Cơ cấu phanh ở các bánh xe có nhiều kiểu, vì vậy nói chung trên một
chiếc xe có thể có các cơ cấu khác nhau đối với các trục bánh xe trước và sau. Ngay
cả khi kiểu cơ cấu phanh giống nhau nhưng kết cấu và kích thước khác nhau tùy
theo momen phanh yêu cầu phân bố trên các trục đã tính như ở trên.
- Vì vậy để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lí, trước hết cần đánh giá tỷ số phân bố
momen phanh lên trục trước và trục sau theo hệ số phân bố lực phanh K12 như sau:
M bx1
4918, 6
K12 = M bx 2 = 4420,5 = 1,1

2.3. Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh ô tô thiết kế
2.3.1. Chọn sơ đồ phân dòng chính
- Từ những phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ phân dòng (được trình bày ở
mục 1.3.2.2 thuộc chương 1) ta chọn sơ đồ phân chính trên xe tải như sau:

17


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

1
4
2

3
5
Hình 3.1. Sơ đồ phân dòng chính trên ô tô tải

1 - Bộ phận phân dòng (Xilanh chính )
2,3 – Các bánh xe trước, sau; 4,5 – Các dòng dẫn động.
- Với sơ đồ phân dòng chính ở trên, tuy hiệu quả sẽ giảm nhiều khi hỏng dòng
phanh ở cầu trước. Nhưng đây là sơ đồ dẫn động phanh đơn giản nhất, đồng thời
mức độ bất đối xứng lực phanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép khi một trong hai
dòng dẫn động bị hỏng.
2.3.2. Chọn sơ đồ dẫn động phanh
- Từ những phân tích ưu nhược điểm cùng phạm vi sử dụng của các sơ đồ dẫn
động phanh được sử dụng trên ô tô (ở mục 1.3.4.2 thuộc chương 1) em chọn dẫn
động phanh bằng khí nén.
- Sở dĩ chọn sơ đồ dẫn động như vậy vì loại ô tô thiết kế là ô tô tải có tải trọng lớn
có trọng lượng toàn bộ 7000 [KG].

Hình 2.3: Sơ đồ dẫn động phanh khí nén cho ô tô đơn

18


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

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; 8- Van phân
phối.
2.3.3. Chọn kiểu, loại cơ cấu phanh
- Với xe vận tải do phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước là 30% và trục sau là 70%,
nhưng do trọng tâm cao nên hệ số phân bố lực phanh K 12=1,1 (Đã tính ở mục 2.2.2
ở trên) là hợp lý. Vì vậy ta chọn cơ cấu phanh sử dụng ở cầu trước và cầu sau
giống nhau là cơ cấu phanh trống- guốc, sử dụng cơ cấu ép là cam kép.

Hình 2.4: Cơ cấu phanh trống- guốc sử dụng cơ cấu ép cam ép

2.4. Tính toán thiết kế cơ cấu phanh
2.4.1. Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu trước sinh ra và lực ép yêu cầu
- Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống- guốc có cơ cấu ép kiểu cam kép.
- Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống có tính đối xứng hoàn toàn về phương
diện kết cấu mặt phẳng thẳng đứng và được ép cưỡng bức bởi cam kép có hành
trình nâng của cam giống nhau, vì vậy momen ma sát của tang trống được tạo ra
bởi hai guốc có giá trị hoàn toàn giống nhau, tức là:
Mg1 = Mg2 = Mp/2
- Tuy vậy do hai guốc được ép bởi một cam kép nên một guốc có tính tự siết và
một guốc có tính tự tách, nên ta có:

19


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

P1 .h1 .µ
Mg1 = A1 − µ B1

(2.12a)

P2 .h2 .µ
Mg2 = A2 − µ B2

(2.12b)

- Với giả thiết kích thước của hai guốc và cả hai má phanh đều giống nhau (A 1 =
A2 = A; B1 = B2 = B và h1 = h2) thì lực ép do cam tạo ra cho hai guốc được xác định
như sau:
M p .( A − µ B )

P1 =

2.h.µ

M p .( A + µ B )

(2.13a); P2 =

2.h.µ

(2.13b)

Hình 2.5: Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh trống- guốc
- Trong đó: μ là hệ số ma sát trượt giữa má phanh và tang trống, theo kinh nghiệm
có thể chọn μ= 0,3; h là khoảng cách từ tâm quay của điểm tỳ cố định đến phương
lực ép P và được xác định theo kinh nghiệm như sau:
+ Với R bx = 400 [mm]; Dt = 0,8.Rbx = 320 [mm]; a = 0,8.rt = 0,8.(320/2) = 0,128
[m]; L = a + b = 0,128+0,128 = 0,256 [m]
+ Với α0 = 10o là góc đặt tâm quay điểm tựa cố định của guốc phanh thì ta có
khoảng cách từ tâm quay điểm tựa cố định của guốc phanh đến tâm quay bánh xe
bằng:
S = b/cos10o = 0,130 [m]

20


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

+ Các thông số kích thước A và B có thể được xác định theo giả thuyết áp suất

trên má phanh là phân bố đều (q = const)
S
(c os δ + µ sin δ )
rt

A=

α 2 − α1
)
2
α 2 − α1
2

sin(

(2.14)

- Trong đó: α1, α2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu, cuối của tấm ma sát tính
bằng [rad]. Trong tính toán thiết kế, có thể chọn các góc α 1 và α2 theo kinh nghiệm
sao cho hiệu số (α1- α2) = 90o ÷ 110o. Chọn α1 = 25o và α2 = 130o
+ Góc đặt của phương hợp lực tổng hợp
π − (α1 + α 2 ) π − (25 + 130)π /180
=
= 0,305
2
2
δ=
[rad]

(2.15)

+ Thay số liệu đã có vào (2.14) ta được:
 130 − 25  π 
sin 
÷

2
0,130
 180 

(c os 0,305 + 0,3sin 0,305)
0,16
 130 − 25  π

÷
2

 180 = 0,79
A=

Và B bằng 1
+ Thay tất cả các thông số vào (2.13a) ta có:
M p1.( A − µ B)

P1 =

2.h.µ
M p1.( A + µ B )

P2 =

2.h.µ

4918, 6. ( 0, 79 − 0, 3.1)
= 15690,8
2.0
,
25
6.0,3
=
[N]
4918, 6. ( 0, 79 + 0, 3.1)
= 34904,1
2.0, 256.0,3
=
[N]

Suy ra momen phanh do các guốc tạo ra cho tang trống cầu trước:
Mp

Mg1 = Mg2 = 2

=

4918, 6
= 2459,3
2
[N.m]

2.4.2. Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu sau sinh ra

- Cơ cấu phanh cầu sau cũng tương tự, chỉ có khác momen phanh yêu cầu nhỏ hơn
Mp = 4420,5 [N.m]
- Thay tất cả các thông số vào công thức (2.13) ta có lực ép ở cơ cấu phanh trước
kiểu trống- guốc ở cầu sau:
21


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

M p 2 .( A − µ B )

P1 =

2.h.µ
M p 2 .( A + µ B )

P2 =

2.h.µ

4420,5. ( 0, 79 − 0, 3.1)
= 14101,8
2.0, 256.0,3
=
[N]
4420, 5. ( 0, 79 − 0, 3.1)
= 31369, 4
2.0
,
25

6.0,3
=
[N]

Suy ra momen phanh do các guốc tạo ra cho tang trống ở cầu sau:
Mp

Mg1 = Mg2 = 2

=

4420,5
= 2210, 25
2
[N.m]

2.4.3. Tính toán bề rộng má phanh
- Bề rộng má phanh sẽ xác định diện tích làm việc của má phanh ép lên tang trống.
Bề rộng má phanh tăng làm cho diện tích làm việc tăng, điều này nói chung có lợi
cho sự mài mòn của tấm ma sát vì diện tích làm việc tăng đồng nghĩa với áp lực
tác dụng lên một đơn vị diện tích giảm, dẫn đến mức độ mài mòn giảm trong mỗi
lần phanh. Tuy vậy, bề rộng má phanh không nên tăng lớn quá vì như vậy sẽ làm
giảm tính đồng đều của áp lực phân bố theo chiều rộng má phanh, dẫn đến mòn má
phanh không đều và giảm hiệu quả phanh.
- Khi các thông số khác đã được chọn và xác định theo momen yêu cầu nêu trên
thì bề rộng má phanh sẽ được xác định theo áp suất cho phép [q] hình thành đối
với má phanh Mg do mỗi guốc tạo ra cho tang trống như sau:
Mg

b = q.µ.rt (α 2 − α1 )

2

=

Mg
q.µ.rt 2α

- Trong đó: rt là bán kính tang trống, α = α 2 − α1 là góc ôm của má phanh, q là áp
suất tác dụng lên má phanh trong quá trình phanh.
- Áp suất làm việc của bề mặt ma sát được chọn đủ nhỏ với giá trị giới hạn q =
1,0.106 [N/m2]. Thế tất cả các thông số đã biết ta được bề rộng má phanh:
+ Với các guốc của cơ cấu phanh cầu trước (Mg1 = 2459,3 [N.m])
2459,3.180
= 0, 096
2
b = 1, 0.10 .0,3.0,16 (130 − 25)π
[m]
6

+ Với các guốc của cơ cấu phanh cầu sau (Mg2 = 2210,25 [N.m])

22


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

2210, 25.180
= 0, 086
2
1,

0.10
.0,3.0,16
(130
−
25)
π
b=
[m]
6

- Thống nhất chọn bề rộng má phanh trước/sau của các cơ cấu phanh cầu trước và
sau đều bằng 0,096 [m]
2.5. Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh
2.5.1. Tính toán kiểm tra công trượt riêng
- Kích thước má phanh không chỉ xác định theo tiêu chí áp suất làm việc phải nhỏ
hơn hoặc bằng áp suất cho phép [q] đã nêu trên nhằm đảm bảo tuổi thọ cho má
phanh; mà còn được xác định theo tiêu chí công ma sát trượt riêng nhằm đảm bảo
cho má phanh làm việc trong thời gian lâu dài. Bởi vì với cùng áp suất làm việc
của má phanh trong quá trình phanh như nhau nhưng tốc độ xe tải khi bắt đầu
phanh càng lớn thì má phanh sẽ mau mòn.
- Theo định nghĩa công ma sát trượt riêng chính là công ma sát trượt của má phanh
trong quá trình phanh tính trên một đơn vị diện tích làm việc của má phanh. Giả sử
công ma sát trượt L trong quá trình phanh sẽ thu toàn bộ động năng của ô tô khi
bắt đầu phanh với vận tốc v1 cho đến khi ô tô dừng hẳn (v2=0), tức là:
ma (v12 − v22 ) Ga .v12
=
2
2g
L=

(2.15)

- Trong đó: ma là khối lượng toàn bộ của ô tô đầy tải khi phanh; G a là trọng lượng
toàn bộ của ô tô [N]; v1 là tốc độ ô tô khi bắt đầu phanh [m/s]; g là gia tốc trọng
trường (g = 9,81 [m/s2])
- Tổng diện tích làm việc của tất cả các má phanh có thể được xác định:
A∑ = 2.b.rt . ( α 2 − α1 ) .4 = 2.0, 096.0,16. ( 120 − 25 )

π
.4
180 = 0,204 [m2]

- Suy ra công trượt riêng:

Lr =

G .v 2
L
= a 1
A∑ 2.g . A∑

- Trị số công ma sát riêng tính theo các công thức trên khi bắt đầu phanh với tốc độ
trung bình bằng nửa tốc độ cực đại (v 1=0,5vmax) cho đến khi xe dừng hẳn (v2=0)
phải nằm trong giới hạn cho phép [Lr] = 3÷7 [MJ/m2] đối với ô tô vận tải.
23


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Với v1 = 100 [Km/h] = 27,78 [m/s] thì ta có:

(7000.9,81).(27, 78 / 2) 2
= 3,31
2.9,81.0, 204
Lr =
[MJ/m2]

- So với giá trị cho phép là thõa mãn.
2.5.2. Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh
- Trong quá trình ô tô bị phanh, động năng ô tô bị tiêu tán bởi công ma sát trượt và
biến thành nhiệt năng, làm nung nóng má phanh, trống phanh và một phần truyền
ra môi trường không khí. Tuy nhiên khi phanh ngặt trong thời gian ngắn, năng
lượng nhiệt không kịp truyền ra cho môi trường không khí hoặc truyền ra không
đáng kể nên trong tính toán thiết kế, để an toàn về nhiệt chúng ta có thể coi tang
trống nhận hết nhiệt năng này trong quá trình phanh. Vì vậy ta có phương trình cân
bằng nhiệt như sau:
ma (v12 − v22 )
= m p .c.∆T
2
Lr =

(2.16)

- Trong đó: mp là tổng khối lượng của tang trống; C là nhiệt dung riêng của vật liệu
làm tang trống (đối với thép hoặc gang thì C ≈ 500 [J/Kg]); ∆T là độ tăng nhiệt độ
của tang trống.
+ Tính kiểm tra độ tăng nhiệt độ khi phanh với vận tốc v = 0,5v max = 13,889
[m/s], từ công thức (2.16) suy ra khối lượng tổng cộng của trống phanh phải đủ lớn
để độ tăng nhiệt độ không quá 100o
ma v12
7000.13,8892

=
= 13,5
o
mp = 2.C.∆T 2.500.[100 ]
[Kg]

- Vậy để đảm bảo điều kiện bền nhiệt, thì khối lượng của mỗi trống phanh của ô tô
du lịch phải bằng:
mt = 48,57/4 = 12 [Kg]
- Cùng với bài toán kiểm tra nhiệt, bài toán tính toán thiết kế bề dày δ tang trống
có thể được suy ra từ công thức khối lượng trống phanh như sau:
π ( rt + δ ) − rt 2  ( b + δ ) ρ = mt


2

24


Tính Toán thiết kế hệ thống phanh ô tô tải

- Trong đó rt = 0,16 [m] là bán kính của tang trống, còn b là bề rộng của má phanh
b = 0,096 [m] và ρ là khối lượng riêng của vật liệu làm tang trống. Với gang hoặc
thép thì ρ = 7800 [Kg/m3].
- Với số liệu đã có ta tính được: δ = 0,013 [m] = 13 [mm].
Chương 3:

TÍNH TOÁN DẪN ĐỘNG PHANH

3.1. Hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh

- Giá trị dịch chuyển của đầu guốc di động được thực hiện nhờ hành trình nâng của
cam ép. Hiện nay góc quay của cam tương ứng với hành trình dịch chuyển x (hành
trình nâng cam) nằm trong khoảng 5÷10o. Chọn φq = 5o
- Tương ứng với góc quay đó là hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh h b
[mm] được xác định:
hb = lq. φq

(3.1)

- Trong đó: lq là chiều dài của cánh tay đòn dẫn động cam ép. Trong thiết kế l q có
thể lấy vào khoảng 110÷150 [mm]. Chọn lq = 130 [mm]
 π 
130. 
÷ = 11,345
180


- Ta được: hb =
[mm]

3.2. Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh
- Lực đẩy yêu cầu của bầu phanh P b ở các cơ cấu phanh khí nén được xác định từ
lực ép yêu cầu tương ứng của cam ép P1 và P2 như sau:
Pb =

(P

1

+ P2 ) ro

lq

(3.2)

- Trong đó: P1 và P2 lần lượt là lực ép yêu cầu của cam ép đối với hai guốc phanh
được xác định từ chương 2 (mục 2.4.2 và 2.4.3); l q là chiều dài cánh tay đòn dẫn
động cam ép; ro là bán kính vòng tròn cơ sở của cam ép (r o = 20÷40 mm). Chọn ro
= 25 [mm].
- Với bầu phanh trước: P1 = 15690,8 [N]; P2 = 34904,1 [N]
=>

Pb =

(15690,1 + 34904,1).25
= 9729,8
130
[N]

- Với bầu phanh sau: P1 = 14101,8 [N]; P2 = 31369,4 [N]

25