Đồ án ô tô thiết kế và tính toán hệ thống phanh

Thiết kế hệ thống phanh
MỤC LỤ
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH................................2

1.1. Công dụng, yêu cầu của hệ thống phanh........................................................2
1.1.1. Công dụng...............................................................................................2
1.1.2. Yêu cầu....................................................................................................2
1.2. Phân loại.........................................................................................................3
1.2.1. Cơ cấu phanh...........................................................................................3
1.2.1.1. Loại trống guốc.................................................................................3
1.2.1.2. Loại đĩa.............................................................................................7
1.2.1.3. Loại dải.............................................................................................9
1.2.2. Dẫn động phanh.......................................................................................9
1.2.2.1. Dẫn động cơ khí................................................................................9
1.2.2.2. Dẫn động thủy lực.............................................................................9
1.2.2.3. Dẫn động khí nén............................................................................13
1.2.2.4. Phanh dẫn động liên hợp.................................................................14
Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÊ HỆ THỐNG PHANH CHÍNH TRÊN
ÔTÔ........................................................................................................................ 16
2.1. Tính toán cơ cấu phanh.................................................................................16
2.1.1. Tính momen phanh yêu cầu ở cơ cấu phanh..........................................16
2.1.2. Hệ số phân bố lực phanh trên các trục bánh xe:.....................................19
2.1.3. Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh ô tô thiết kế....................20
2.1.3.1. Chọn sơ đồ phân dòng chính...........................................................20
2.1.3.2. Chọn sơ đồ dẫn động phanh............................................................20
2.2. Thiết kế hệ thống phanh................................................................................21
2.2.1. Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu trước sinh ra và lực ép yêu cầu.. 21
2.2.2. Momen phanh sinh ra ở cầu sau và lực ép yêu cầu................................25

2.2.3 Tính toán xác định bề rộng má phanh.....................................................25


Thiết kế hệ thống phanh
2.2.4. Tính toán kiểm tra các thông số liên quan khác của cơ cấu phanh.........27
2.2.4.1. Tính toán kiểm tra công trượt riêng................................................27
2.2.4.2. Tính toán kiểm tra nhiệt độ hình thành ở cơ cấu phanh .................28
2.3. Kiểm tra độ bền các chi tiết..........................................................................30
2.3.1. Các bulong ghép trống...........................................................................30
2.3.2. Các đầu tỳ của guốc, chốt quay..............................................................30
2.4. Tính toán điều khiển truyền động phanh.......................................................30
2.4.1. Hành trình dịch chuyển của đầu guốc di động.......................................30
2.4.2. Hành trình dịch chuyển của cần đẩy bầu phanh.....................................31
2.4.3. Lực đẩy yêu cầu của phanh....................................................................31
2.4.4. Đường kính bầu phanh...........................................................................32
2.4.5. Thể tích bình chứa khí nén và số lượng bình chứa khí nén....................32
Chương 3.

MÔ TẢ CHI TIẾT KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH THIẾT KẾ....35

3.1. Các bộ phận chính của cơ cấu phanh............................................................35
3.1.1 Bộ phận chức năng.................................................................................35
3.1.1.1. Má phanh........................................................................................35
3.1.1.2. Guốc phanh.....................................................................................36
3.1.1.3. Trống phanh....................................................................................36
3.1.2. Bộ phận tạo lực......................................................................................36
3.1.2.1. Tổng van phân phối........................................................................36
3.1.2.2. Cam ép............................................................................................37
3.1.3. Bộ phận điều chỉnh khe hở....................................................................38
3.1.3.1 Chốt với bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở dưới............................38

3.1.3.2 Bộ điều chỉnh khe hở theo hành trình tự do của guốc phanh...........38
3.2 Cơ cấu dẫn động............................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO:......................................................................................41


Thiết kế hệ thống phanh

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm trở lại đây ngành công nghiệp Ôtô nước ta có nhiều sự
phát triển vượt bậc, Ôtô 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 Ôtô 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 Ôtô 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 buýt.
Em xin cảm ơn sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy TS. Lê Văn Tụy. Dưới sự
giúp đỡ, chỉ bảo của thầy cùng sự cố gắng, nỗ 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, tháng 05 năm 2018

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Anh Văn

1


Thiết kế hệ thống phanh
Chương 1.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH

1.1. Công dụng, yêu cầu của hệ thống phanh
1.1.1. Công dụng
Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến
một tốc độ cần thiết nào đó.
Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ ô tô đứng yên tại chỗ trên các
mặt dốc nghiêng.
Hệ thống phanh đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.
1.1.2. Yêu cầu
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Hệ thống phanh có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn.
- Phanh êm dịu trong các trường hợp khác nhau, đảm bảo tiện nghi và an
toàn cho hành khách cũng như 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
quay vòng.
- Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định trong mọi điều

kiện sử dụng.
- Khả năng thoát nhiệt tốt.
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực cần thiết để tác dụng lên bàn đạp hay
bàn 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 phải có tối thiểu ba loại loại phanh:
- Phanh làm việc: Là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi
chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp, được gọi là phanh chân.
- Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô trong trường hợp phanh chính bị hỏng.

2


Thiết kế hệ thống phanh
- Phanh dừng: Dùng để giữ ô tô đứng yên tại chỗ khi dừng xe hay khi không
làm việc, được điều khiển bằng tay đòn nên gọi là phanh tay.
Ngoài ra, trên các ô tô tải trọng lớn (xe tải có tải trọng toàn bộ lớn hơn 12
tấn, xe khách có trọng lượng toàn bộ trên 5 tấn) hoặc làm việc ở vùng đồi núi,
thường xuyên phải chuyển động xuống dốc dài, phải sử phanh chậm dần.
Các loại phanh này có thể có cùng bộ phận và kiêm nhiệm chức năng của
nhau nhưng chúng phải có ít nhất hai bộ phận độc lập là: điều khiển và dẫn động.
1.2. Phân loại
- Theo vị trí bố trí, cơ cấu phanh phân 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
trống guốc, phanh đĩa và phanh dải (phanh dải thường chỉ sử dụng trên máy kéo).
- Theo loại dẫn động, phanh chia ra: Phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanh khí
nén và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau).
1.2.1. Cơ cấu phanh
1.2.1.1. Loại trống guốc

Cơ cấu phanh trống guốc là cơ cấu phanh được sử dụng phổ biến nhất. Cơ
cấu phanh này có cấu tạo gồm:
- Trống phanh: là một trống quay hình trụ được gắn với moay-ơ bánh xe.
- Các guốc phanh: trên bề mặt gắn các tấm ma sát hay còn gọi là má phanh.
- Mâm phanh: là một đĩa cố định bắt chặt vào 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 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: bộ phận này chỉ có đối với cơ cấu
phanh dẫn động thủy lực.
Có nhiều sơ đồ để kết nối các phần tử của cơ cấu phanh. Các sơ đồ này khác
nhau về:

3


Thiết kế hệ thống phanh
- Dạng và số lượng cơ cấu ép.
- Số bậc tự do của guốc phanh.
- Đặc điểm tác dụng tương hỗ giữa guốc với trống, giữa guốc với cơ cấu ép.
Vì có những sự khác nhau như vậy nên dẫn đến sự khác nhau về:
- Hiệu quả phanh, làm việc.
- 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.
a, Cơ cấu phanh trống guốc loại tang trống( Ép bằng xi lanh kép):

Hình 1.1: Cơ cấu phanh trống guốc ép bằng xi lanh kép.
1, Má phanh; 2, Guốc phanh; 3, Chốt lệch tâm; 4, Lò xo hồi vị; 5, Xi lanh

kép; 6, Piston.
Đây là loại cơ cấu phanh tang trống đơn giản nhất, có tính đối xứng qua mặt
phẳng đối xứng thẳng đứng về phương diện kết cấu.
+ Ưu điểm:
- Đối xứng về kết cấu.
- Có tính thuận.
- Thay đổi cấu trúc để tang momen phanh trong khi kích thước phanh không
đổi.
+ Nhược điểm:
- Kết cấu phức tạp, nhiều chi tiết.
- Độ nhạy kém, khe hở lớn.
- Momen tác dụng lên hai guốc khác nhau.
b, Cơ cấu phanh trống guốc loại 2:

4


Thiết kế hệ thống phanh

Hình 1.2: Cơ
guốc ép bằng xi

cấu phanh trống
lanh đơn.

1, Má phanh; 2, Guốc phanh; 3, Chốt lệch tâm; 4, Lò xo hồi vị; 5, Xi lanh
đơn; 6, Piston.
Kết quả: Hiệu quả phanh rất cao vì luôn có guốc tự siết.
+ Nhược điểm :
- Không điều chỉnh được khe hở vì hai guốc tự di chuyển trong quá trình

phanh. Sau một thời gian má phanh mòn, khe hở tăng lên dẫn đến hiệu quả thấp.
c, Cơ cấu phanh trống guốc loại cam ép.

Hình 1.3: Cơ cấu

phanh trống
guốc loại cam ép.

1, Má phanh; 2, Guốc phanh; 3, Điểm tỳ cố định; 4, Cam ép; 5, Lò xo hồi vị.
+ Hai guốc sử dụng chung một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo
lực ép cho hai guốc.
+ Hai guốc có tâm quay của điểm tỳ cùng bố trí về một phía.
5


Thiết kế hệ thống phanh
d, Cơ cấu phanh trống guốc loại cường hóa:

Hình 1.4: Cơ

cấu phanh
trống guốc loại cường hóa

1, Má phanh.; 2, Guốc phanh.; 3, Lò xo hồi vị.; 4, Thanh cường hóa; 5, Piston.; 6,
Xi lanh.; 7, Lò xo tỳ piston.
- Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống đặc biệt, có tính đối xứng về
phương diện kết cấu qua mặt phẳng đối xứng.
Cơ cấu phanh loại 3 này có các đặc điểm như sau:
+ Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xy lanh kép để tạo lực ép
chính cho hai guốc.

+ Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy
động.
+ Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động cùng
được bố trí cùng phía với xy lanh kép.
+ Momen ma sát của tang trống được tạo ra bởi 2 guốc phanh có giá trị
tăng lên đáng kể nhờ guốc này cường hóa cho guốc kia.
1.2.1.2. Loại đĩa
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ô tô du lịch (chủ yếu ở các
bánh trước). Gần đây, loại này bắt đầu được sử dụng trên một số loại ô tô vận tải và
chở khách.

6


Thiết kế hệ thống phanh
Phanh đĩa có các loại: kín, hở, một đĩa, nhiều đĩa và loại vỏ quay.
Đĩa có thể là đĩa đặc, đĩa xẻ rãnh thông gió, đĩa một lớp kim loại hay ghép
hai kim loại với nhau.
Trên ô tô chủ yếu dùng loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏ quay.

Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lí của phanh đĩa [1].
Cơ cấu phanh đĩa cấu tạo gồm:
- Đĩa phanh, Má kẹp, Các xy-lanh lực, Các thân má phanh, Tấm ma sát.

Hình 1.6: Sơ đồ kết

cấu phanh đĩa (loại
má kẹp cố định).

1, Má phanh. 2, Má kẹp. 3, Piston. 4, Vòng làm kín. 5, Đĩa phanh.

+ Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động. Má kẹp có thể làm tách
rời hay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt dẫn hướng cố định. Kết cấu
như vậy có độ cứng vững thấp. Khi các chốt dẫn hướng bị biến dạng, mòn rỉ sẽ làm
cho các má phanh mòn không đều, hiệu qủa phanh giảm và gây rung động. Tuy vậy
nó chỉ có một xi lanh thủy lực với chiều dài lớn gấp đôi, nên điều kiện làm mát tốt
hơn, dầu phanh ít nóng hơn, nhiệt độ làm việc có thể giảm được 30  50 oC. Ngoài

7


Thiết kế hệ thống phanh
ra nó còn cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe. Nhờ đó giảm được cánh tay
đòn tác dụng của lực cản lăn đối với trụ quay đứng của các bánh xe dẫn hướng.

Hình 1.7: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động.
1, Đĩa phanh. 2, Má kẹp. 3, Đường dầu. 4, Piston. 5, Thân xilanh. 6, Má
phanh.
+ Ưu điểm của phanh đĩa so với phanh trống guốc là:
- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 – 0,15mm nên rất nhạy, giảm
được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỉ số truyền dẫn động.
- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó mà phanh mòn đều.
- Bảo dưỡng đơn giản, không phải điều chỉnh khe hở.
- Lực ép tác dụng lên chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của
chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng
của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ dàng bố trí trong bánh xe.
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc vào chiều quay và ổn định hơn.
- Điều kiện làm mát tốt hơn.
+ Nhược điểm:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ô xi hóa, bị làm bẩn, làm các má phanh mòn

nhanh.
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt và xước.

8


Thiết kế hệ thống phanh
1.2.1.3. Loại dải
Phanh dải chủ yếu sử dụng trên bánh xích.Phanh có một số loại, khác nhau ở
phương pháp nối các đầu dải phanh và do đó khác nhau về hiệu quả phanh. Gồm:
- Phanh đơn giản không tự siết.
- Phanh đơn giản tự siết một chiều.
- Phanh dải loại kép.
- Phanh dải loại bơi.
1.2.2. Dẫn động phanh
1.2.2.1. Dẫn động cơ khí
Thường chỉ được sử dụng cho phanh dừng vì có hiệu suất thấp và khó đảm
bảo phanh đồng thời các bánh xe.
+ Dẫn động phanh cơ khí gồm hệ thống các đòn bẩy và dây cáp. Dẫn động
cơ khí ít khi được dùng để điều khiển đồng thời các cơ cấu phanh, bởi vì:
- Khó đảm bảo việc phanh đồng thời các bánh xe vì độ cứng vững của các
thanh dẫn động khác nhau.
- Khó đảm bảo phân bố lực phanh cần thiết giữa các cơ cấu.
+ Ưu điểm:
- Độ tin cậy cao.
- Độ cứng vững hệ thống dẫn động không thay đổi hoặc thay đổi nhỏ khi làm
việc lâu dài.
+ Nhược điểm:
- Hiệu suất truyền lực không cao.
- Thời gian lớn.

1.2.2.2. Dẫn động thủy lực
+ Ưu nhược điểm:
Dẫn động thủy lực có ưu điểm quan trọng là:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0,4 s).
- Luôn luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe vì áp suất trong dẫn động
chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đã ép sát trống phanh.

9


Thiết kế hệ thống phanh
- Hiệu suất cao (η = 0,8 ÷ 0,9).
- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ.
- Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu
phanh.
Nhược điểm của dẫn động thủy lực là:
- Yêu cầu độ kín khít cao. Khi có một chỗ nào đó bị dò rỉ thì cả dòng dẫn
động không làm việc được.
- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường phải sử dụng các bộ trợ
lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp.
- Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống
bị rung động và mô men phanh không ổn định.
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp.
+ Phạm vi sử dụng.
Với các đặc điểm đó, dẫn động thủy lực được sử dụng rộng rãi trên các ôtô
du lịch, ô tô tải cỡ nhỏ hoặc cỡ đặc biệt lớn.
+ Các sơ đồ dẫn động.
Theo loại năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thuỷ lực có thể chia thành ba
loại:
- Dẫn động tác dụng trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ

bằng lực tác dụng của người lái.
- Dẫn động tác dụng gián tiếp: Cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ
lực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp.
- Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: Lực tác dụng lên các cơ cấu
phanh là áp lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực. Người
lái chỉ điều khiển các van, qua đó điều chỉnh áp suất và lưu lượng chất lỏng đi đến
các cơ cấu phanh tùy theo cường độ phanh yêu cầu.
Hình 1.8. Dẫn động thuỷ lực tác dụng trực tiếp.

10


Thiết kế hệ thống phanh
1,

8-

Xi

lanh bánh xe trước/sau; 2, 7- Ống dẫn dầu đến các xi lanh; 3- Piston xi lanh phụ;
4- Piston xi lanh chính; 5- Bàn đạp; 6- Xi lanh chính.

Hình 1.9. Dẫn động thuỷ lực trợ lực chân không.
1- Xi lanh chính kiểu kép; 2- Các piston; 3- Các bình chứa dầu; 4- Bầu trợ lực chân
không; 5- Piston (hoặc màng) của bầu trợ lực chân không; 6- Lọc không khí; 7Cụm lò xo và nắp van kết hợp (vừa là nắp van không khí–đang đóng kín với đế van
không khí gắn ở đầu cần đẩy; vừa là nắp van chân không–đang mở với đế van chân
không 11); 8- Van không khí; 9- Bàn đạp; 10- Lò xo hồi vị cần đẩy từ bàn đạp kiêm
chức năng đóng kín đế van không khí với nắp van 7; 11- Đế van chân không;
12- Bình chân không; 13- Van một chiều; 14,15- Các đường dẫn đến các xi lanh
bánh xe sau/trước.

11


Thiết kế hệ thống phanh

Hình 1.10. Sơ đồ dẫn động thuỷ lực trợ lực khí nén.
1- Bàn đạp; 2- Đòn điều khiển; 3- Cụm van; 4- Bình chứa khí nén; 5- Xi lanh lực;
6- Xi lanh chính; 7- Dòng dầu đến các xi lanh bánh xe sau; 8- Các xi lanh bánh xe
sau; 9- Dòng dầu đi đến các xi lanh bánh xe trước; 10- Các xi lanh bánh xe trước.
Hình 1.11. Sơ đồ dẫn động thuỷ lực trợ lực bằng bơm thuỷ thuỷ lực [2]
1- Bơm dầu; 2- Van an toàn; 3- Đường dầu cao áp; 4- Đường dầu hồi; 5- Van phân
phối; 6- Xi lanh trợ lực; 7- Xi lanh chính; 8,9- Các xi lanh của bánh sau/trước.

12


Thiết kế hệ thống phanh
Hình 1.12. Dẫn động thuỷ lực dùng bơm và các bộ tích năng.
1- Bàn đạp; 2- Xi lanh chính; 3,4- Hai khoang của van phanh; 5- Các xi lanh của
bánh sau; 6- Các xi lanh bánh trước; 7,9- Bình tích năng; 8- Rơ-le điều khiển; 10Van an toàn ; 11- Bơm thuỷ lực.
1.2.2.3. Dẫn động khí nén.
+ 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 (khi có rò rỉ nhỏ, hệ thống vẫn có
thể tiếp tục làm việc được, tuy hiệu quả phanh giảm).
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác, 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.

Tuy vậy dẫn động khí nén có các nhược điểm là:
- Độ nhạy thấp, thời gian chậm tác dụng lớn.
- Do bị hạn chế bởi điều kiện rò 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.
+ Phạm vi sử dụng.
Với các đặc điểm đó, dẫn động khí nén hiện nay được sử dụng rộng rãi trên các
ôtô máy kéo cỡ trung bình và lớn, cũng như trên các đoàn xe kéo moóc.
1.2.2.4. Phanh dẫn động liên hợp
- Dẫn động liên hợp thủy khí.
Hình 1.13. Sơ đồ nguyên lí dẫn động liên hợp thủy khí
1- Van an toàn; 2- Bình chứa; 3- Van phân phối; 4- Xi lanh thuỷ khí; 5- Xi lanh
bánh xe; 6- Máy nén khí.
- Dẫn động liên hợp điện từ khí nén.

13


Thiết kế hệ thống phanh

Dẫn động liên hợp điện từ khí nén là loại dẫn động triển vọng nhất sử dụng
cho các đoàn xe kéo moóc.
Trong dẫn động này chức năng điều khiển được thực hiện bởi phần điện có
độ nhạy cao, còn chức năng sinh lực do phần khí nén đảm nhận. Trong những năm
gần đây trên các ô tô và đoàn xe kéo moóc, sử dụng rộng rãi các bộ vi xử lý để thực
hiện thao tác tính toán và xử lý khác nhau. Sử dụng các bộ vi xử lý như vậy trong
dẫn động điện khí nén cho phép tạo được các dẫn động có độ nhạy, tính đồng bộ và
độ chính xác cao.

Hình 1.14. Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh điện khí nén 2 đường của đoàn xe kéo
moóc

14


Thiết kế hệ thống phanh
1-Van phân phối; 2- Van điều khiển phanh rơ mooc; 3- Bầu phanh trước của xe kéo;
4- Bộ điều chỉnh lực phanh xe kéo; 5- Van tăng tốc; 6- Bầu phanh sau của xe kéo;
7,8- Các đầu ống nối; 9,19- Cảm biến áp suất; 10- Bình chứa nửa móoc; 11-Đường
điều khiển; 12- Đường cung cấp; 13- Van phanh; 14- Van ngắt; 15- Bộ điều chỉnh
lực phanh nửa móoc; 16- Van xả; 17- Van giữ; 18- Bầu phanh nửa móoc; 20- Cụm
phân phối nửa móoc; 21- Khối so sánh điện tử (bộ vi xử lý); 22, Máy nén khí; 23,
Bình chứa; 24, Van an toàn; 25, Van bảo vệ.

Chương 2: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KÊ HỆ THỐNG PHANH CHÍNH TRÊN
ÔTÔ
2.1. Tính toán cơ cấu phanh.
- 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

Giá trị

Đơn vị

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

Xe buýt
Diesel
14000
4200/9800
120
4400
1200
500

KG
KG
Km/h
mm

mm
mm

15


Thiết kế hệ thống phanh

2.1.1. Tính momen phanh yêu cầu ở cơ cấu phanh.

Pw
Pj

O

O1

O2

P1
Z1

P2
b

a
Lo

hg

Ga

Z2

Hình 2.1: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
- 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

Với :

(2.1)

Z2 = 9800 [KG] = 96138 [N]
L = 4400 [mm] = 4,4 [m]
Ga = 14000 [KG] = 137340 [N]

Thay các giá trị vào (2.1) ta được:
96138.4, 4
137340

a =
(2.2)
= 3,08 [m]
Ta có: Theo [1] L = a + b

16


Thiết kế hệ thống phanh
=> b = 4,4 – 3,08
= 1,32 [m]

( 2.3)

- 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. Theo[1]:
- Lực quán tính Pj được xác định theo biểu thức sau :

Ga
Pj = g .jp

(2.4)

 g : Gia tốc trọng trường (g=9,81 m/s2)
 Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh
- Khi phanh thì lực cản không khí Pω 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

(2.5)

- 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 :
Ppmax

=

Ga.φ

(2.6)
- Theo[1], ta có : Với hệ thống phanh 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=
0,7÷0,85. Để đảm 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= 0,7333.

17

Thiết kế hệ thống phanh
- 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. Theo [1] :
Ga
Ga
Pj = g . j pmax => Ga.φ= g . j pmax

=>

j

pmax

=

φ.g

(2.7)
- 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   .hg )

 Zp2 =

L

(2.8)

- 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   .hg )

 Zp1 =

L

Trọng lượng bám ở mỗi bánh xe

(2.9)

Gb chính bằng phản lực pháp tuyến Z tại

bánh xe khi phanh. Khi ô tô phanh khẩn cấp với tốc độ bất kỳ cho đến khi dừng hẳn
(v= 0) thì gia tốc phanh cực đại có thể được xác định từ lực quán tính lớn nhất khi
phanh Pj. Sau khi biến đổi ta có trọng lượng bám ở mỗi bánh xe trước/sau :
137340.(1,32  1, 2.0, 7333)
2.4, 4
Gbx1 =

(2.10)

= 34335 [N]
137340.(3,08  1, 2.0, 7333)
2.4, 4
Gbx2 =

(2.11)

= 34335 [N]
Suy ra lực phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/ sau là :
Pbx1  Pbx2  G b .bx  29675, 25.0, 735  21811, 309

18

(2.12)


Thiết kế hệ thống phanh
=34335 . 0,7333
= 25177,8 [N]
Momen phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau là :
M bx1  M bx2  Pbx .R bx  21811,309.0, 45  9815, 089

Trong đó :

(2.13)

R bx :là
 bánh kính làm việc trung bình của bánh xe.

Theo đề bài ra :

R bx = 0,5 [m]

M bx1  M bx2  Pbx .R bx  21811,309.0, 45  9815, 089

= 25177,8.0,5
= 12588,9 [N.m]

2.1.2. Hệ số phân bố lực phanh trên các trục bánh xe:
Thực tế momen phanh sinh ra ở các bánh xe là do cơ cấu phanh lắp đặt ở bánh
xe sinh ra. Cơ cấu phanh sinh ra ở các bánh xe có nhiều kiểu, 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 trục 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 tùy theo momen phanh yêu cầu phân bố trên
các trục.
Vì vậy để có cơ sở chọn cơ cấu phanh hợp lý, thì 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:

K12 

M bx1 Pbx1 b  h g . bx
868  1200.0,735



1
M bx2 Pbx2 a  h g .bx 2632  1200.0,735

(2.14)

12588,5
= 12588,5

=1

Với xe tải do phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước là 30% và trục sau 70%
nhưng do trọng tâm cao nên hệ số phân bố lực phanh K 12 = 1 là hợp lý. Vì vậy có
thể chọn cơ cấu phanh ở trục trước và sau của xe là giống nhau. Nên ta chọn phanh
trống guốc sử dụng cơ cấu ép là cam ép cho cả cầu trước và cầu sau của xe.

19


Thiết kế hệ thống phanh
2.1.3. Phân tích chọn kiểu, loại cho hệ thống phanh ô tô thiết kế
2.1.3.1. Chọn sơ đồ phân dòng chính

1
4
2

3
5
Hình 2.2. Sơ đồ phân dòng chính trên ô tô buýt.

1 - Bộ phận phân dòng (Xi lanh 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.
2.1.3.2. 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, ta chọn dẫn động phanh bằng khí nén.

Hình 2.3. Sơ đồ dẫn động phanh khí nén cho ô tô buýt.

20


Thiết kế hệ thống phanh
1- Máy nén khí; 2- Van an toàn; 3- Bộ điều chỉnh áp suất; 4- Bộ lắng lọc và tách
ẩm; 5- Van một chiều; 6;8;9;17;19- Các bình chứa khí nén; 7- Van bảo vệ 3 đầu; 10Van tăng tốc; 11;14- Bầu phanh; 12- Cơ cấu phanh sau; 13 – Tổng van phân phối;
15 – Cơ cấu phanh trước; 16- Phanh dừng; 18- Lỗ xả.
2.2. Thiết kế hệ thống phanh.
2.2.1. Momen phanh do cơ cấu phanh ở cầu trước sinh ra và lực ép yêu cầu.
- Cơ cấu phanh ở cầu xe trước là cơ cấu phanh trống guốc với cơ cấu ép là cam ép.

Hình 2.4. Cơ cấu phanh trống guốc loại cam ép.
Kiểu cơ cấu phanh cầu trước là kiểu trống guốc có tính đối xứng hoàn toàn
về phương diện kết cấu mặt phẳng thẳng đứng và được ép cưỡng bức bởi cam ép có
hành trình nâng của cam giống nhau.
Vì vậy mô-men ma sát của tang trống được tạo ra bởi hai guốc có giá trị
hoàn toàn giống nhau: Theo[1], ta có:
M g1 =M g2 =

Mp
2

M p �  M P1  M P2 

P1h1
Ph 
 2 2
A1  B1 A 2  B2

21

(2.15)


Thiết kế hệ thống phanh
Theo[1], Với 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 lực ép do cam tạo ra cho hai guốc được xác
định như sau:
P1 =

M p .(A-μ.B)
2.h.μ

(2.16)
P2 =

M p .(A+μ.B)
2.h.μ

(2.17)
Trong đó : + P1 , P2 : Lực ép do cam ép tạo ra cho 2 guốc.
+ Mp : Momen phanh do các guốc tạo ra. Theo kết quả tính từ công thức
(2.13) ta được : Mp= 12588,9 [N.m].
+ μ : là hệ số ma sát trượt giữa má phanh và tang trống, theo [1]

  0,30 �0,33 có thể chọn μ= 0,3.

Hình 2.5. Sơ đồ tính toán cơ cấu phanh trống- guốc

+ h là khoảng cách từ tâm quay của điểm tỳ cố định đến phương lực ép P
Với bán kính bánh xe Rbx = 0,5 [m], theo [1], ta có thể chọn:
rt = 0,4. Rbx

(2.18)

= 0,4.0,5
= 0,2[m]

22


Thiết kế hệ thống phanh
Lúc này khoảng cách từ tâm quay bánh xe đến phương lực ép P được xác
định theo [1] là :
a = 0.8. rt

(2.19)

= 0,8.0,2
= 0,16 [m]
h=a+b

(2.20)

= 0,16 + 0,16
= 0,32 [m]
Với αo= 15o 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:
S

b
cos(15o )

(2.21)

0,16
o
= cos(15 )

= 0,165 [m]
Theo[1], các thông số kích thước A và B có thể xác định theo giả thuyết áp
suất phân bố đều (q = const) như sau:
α 2 -α1
)
s
2
A= (cosδ+μ.sinδ).
α -α
rt
( 2 1)
2
sin(

(2.22)

Trong đó: các góc α1, α2 là các thông số kết cấu về góc đặt đầu – cuối của
tấm ma sát [rad] . Theo [1]:
(α2-α1) ≈ 90o-110o
Chọn α1=25o và α2 =135o tức là (α2-α1)=110o

Theo [1], góc đặt của phương hợp lực pháp tuyến δ khi áp suất phân bố đều
được xác định bằng:
δ=

π-(α1 +α 2 )
2

(2.23)

Thay số vào, ta có:

23