CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 1.1 Công dụng và yêu cầu 1.1 Công dụng Hệ thống phanh của ôtô dùng để làm cho ôtô đang chạy được giảm bớt tốc độ hoặc được dừng bánh nhanh, nó còn giữ cho ôtô đứng yên tại chỗ kể cả khi đang nằm trên đường dốc. Hệ thống phanh bảo đảm cho ôtô chạy an toàn ở tốc độ cao, nhờ đó mà nâng cao năng suất vận chuyển. Trên các ôtô đều sử dụng hai hệ thống phanh độc lập, một loại được điều khiển bằng bàn đạp, còn một loại được điều khiển bằng tay đòn. Phanh chân tạo ra lực tác động lên các guốc phanh, còn phanh tay gây lực hãm phụ trên bánh sau chủ động hoặc hãm ở khu vực giữa hệ thống truyền động.
Phanh chân là phanh chính và được dùng trong suốt quá trình ôtô lăn bánh, còn phanh tay dùng để hãm ôtô dừng tại chỗ và được dự phòng thay cho phanh chân khi phanh chân bị hỏng.2 Yêu cầu Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho ôtô.Do vậy phải đáp ứng những yêu cầu khắt khe, nhất là đối với ôtô thường xuyên hoạt động ở tốc độ cao. Các yêu cầu như sau: Phải đảm bảo nhanh chóng cho ôtô dừng khẩn cấp trong bất kỳ tình huống nào. Khi phanh đột ngột, ôtô phải dừng sau quãng đường phanh ngắn nhất, tức là có gia tốc cực đại. Phải đảm bảo phanh giảm tốc độ ôtô trong mọi điều kiện sử dụng, lực phanh trên bàn đạp phải tỷ lệ thuận với hành trình bàn đạp, có khả năng rà phanh khi cần thiết.
Hiệu quả phanh cao phải kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều giữ ổn định chuyển động của ôtô. Tối thiểu trên ô tô phải có hai hệ thống phanh là: phanh chính (phanh chân) và phanh dự phòng (phanh tay). Hai hệ thống phải sẳn sàng làm việc khi cần thiết. 11 Dẫn động phanh chân và phanh tay làm việc độc lập không ảnh hưởng đến nhau.
Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh có sự cố. Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí ôtô trên đường bằng cũng như trên đường dốc nghiêng theo thiết kế ban đầu. Lực điều khiển không quá lớn và điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng kể cả điều khiển bằng chân hoặc bằng tay. Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa các lần phanh.
Độ chậm trong tác động phải nhỏ, và phải có thể làm việc nhanh chóng tạo hiệu quả phanh ôtô ngay sau khi vừa mới thôi phanh. Khi phanh lực phanh sinh ra giữa các bánh ôtô trên một cầu phải bằng nhau, nếu có sai lệch thì phải nhỏ trong phạm vi cho phép, khi thử phanh trên đường phải giữ đúng quỹ đạo chuyển động mong muốn theo điều khiển. Các hệ thống điều khiển có bộ trợ lực phanh, khi hư hỏng bộ trợ lực, hệ thống phanh vẫn được điều khiển và có tác dụng lên ôtô Đảm bảo độ tin cậy sử dụng của ôtô trong cả hệ thống và các chi tiết trong hệ thống, nhất là các chi tiết bao kín bằng vật liệu cao su, nhựa tổng hợp. Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moayơ).
Phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết khi hư hỏng. Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh là: Phanh làm việc: Phanh này 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. 12 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 máy kéo đứng yên tại chổ khi dừng xe hoặc khi không làm việc.
Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn nên gọi là phanh tay. Ngoài ra còn có phanh chậm dần: Trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn (như xe tải, trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách- lớn hơn 5 tấn) hoặc làm việc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động lên xuống các dốc dài còn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để. Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ô tô máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc. Để giảm dần tốc độ của ô tô máy kéo 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 là hai bộ phận 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 làm việc bình thường. 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 được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh. Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng. Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thuỷ lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe cói trọng lượng toàn bộ lớn. Để đánh giá hiệu quả phanh người ta sử dụng người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính là.
Gia tốc chậm dần và quãng đường phanh. Ngoài ra cũng có thể dùng 13 các chỉ tiêu khác như. Lực phanh hay thời gian phanh.2 Lực phanh: Hình 1.1 Sơ đồ lực phanh trên bánh xe của ôtô Khi phanh, ma sát giữa tang trống với má phanh ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô men phanh ( Mp ) ,trên moay ơ bánh xe sẽ chịu tác dụng bởi mô men phanh ( Mp ),tại nơi tiếp xúc của bánh xe với mặt đường sẽ chịu tác dụng bởi phản lực tiếp tuyến ( Pp ) và chiều của phản lực ngược với chiều chuyển động của ôtô. Phản lực tiếp tuyến ( Pp ) được gọi là lực phanh, tính theo biểu thức sau: Với rbx - là bán kính làm việc của bánh xe.
Tùy thuộc vào lực tác động lên bàn đạp phanh của người điều khiển mà lực phanh ( Pp ) có thể điều chỉnh từ giá trị ( 0 max ) và khi ( Pp Pmax ) tương ứng với trường hợp phanh khẩn cấp. Nhưng lực phanh ( P p ) ở mỗi bánh của ôtô luôn bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa lốp xe với mặt đường, mà đặt trưng là hệ số bám ( ) theo mối quan hệ sau: Pp P Như vậy lực phanh lớn nhất ( Pp .max ) , phải được tính theo biểu thức sau: P - lực bám của bánh xe với mặt đường. Zb - lực tác dụng lên bánh 14 xe - Hệ số bám của bánh xe với mặt đường. Như vậy, khi ôtô đang di chuyển người điều khiển tác động lực phanh ( Pp ) sẽ làm cho tốc độ ôtô thay đổi chậm dần hoặc dừng lại, xuất hiện gia tốc chậm dần sinh ra mô men quán tính tác dụng lên bánh xe.
Vì vậy, khi phanh ở mỗi bánh xe sẽ có các mô men sau: Mf – Mô men cản lăn, có chiều ngược chiều với chuyển động. Mjb – Mô men quán tính, có chiều cùng chiều với chuyển động. Vì vậy, lực phanh tổng cộng ( Pp ) tại mỗi bánh xe phải thỏa mãn : Khi tác dụng phanh, má phanh nóng lên. Lượng nhiệt năng được xác định bằng cách thay đổi vận tốc và trọng lượng ôtô.
Tổng số nhiệt độ tăng lên trong má phanh và guốc phanh được xác định bằng vùng diện tích tiếp xúc của má phanh với bề mặt đĩa phanh hay tang trống, nhiệt độ môi trường và lưu lượng dòng khí thổi qua. Quan trọng nhất là vùng diện tích tiếp xúc của má phanh vì nó ảnh hưởng tới độ hấp thụ nhiệt năng. Nếu chúng ta giảm diện tích tiếp xúc của má phanh xuống một nửa, sẽ làm tăng nhiệt độ lên gấp đôi ở phần má phanh còn lại. Giữa má phanh và đĩa phanh dễ đạt được mối tiếp xúc tốt vì tiếp xúc mặt đĩa phanh, còn ở phanh tang trống thì khó hơn, vì tang trống có mặt cong, độ cong của má phanh phải phù hợp với độ cong của tang trống.
Đối với các má phanh mới thay, khi phanh gấp, má lắp không chính xác dễ gây ra quá nhiệt ở vùng diện tích tiếp xúc của má phanh. Sự quá nhiệt làm cho má phanh sớm bị hỏng. Một thuật ngữ kỹ thuật được dùng để mô tả công suất phanh là diện tích quét. Đây là vùng diện tích của đĩa phanh hay tang trống bị tiếp xúc hay bị cọ sát bởi má phanh.
Diện tích tiếp xúc của đĩa phanh Để tính toán diện tích tiếp xúc của đĩa phanh, ta sử dụng công thức sau: SA = 2.Pr x – 2[(Pr – Pw) x n] Trong đó: SA : Diện tích tiếp xúc Pw : Chiều rộng của bố phanh Pr : Bán kính má phanh tính ở cạnh ngoài 16 Để tính toán diện tích tiếp xúc của phanh trống, ta sử dụng công thức: S A = D x n x Sw Hình 1. Diện tích tiếp xúc của phanh tang trống Trong đó: D : Đường kính phanh trống Sw : Chiều rộng của phanh Diện tích quét của cả hai loại phanh đĩa và phanh trống đều bị hạn chế bởi đường kính trong của bánh xe. Rõ ràng là diện tích tiếp xúc liên quan đến diện tích bề mặt má phanh. Đây cũng là một đặc điểm quan trọng và được các nhà chế tạo lưu ý.
Cơ cấu phanh là một bộ phận trực tiếp tạo ra lực phanh cũng chính là lực cản, trong quá trình phanh khi ô tô chuyển động, động năng của ô tô sẽ được biến thành nhiệt năng ở cơ cấu phanh rồi tiêu tán ra môi trường. Cơ cấu phanh trên ô tô chủ yếu làm việc theo nguyên lý ma sát. Do vậy kết cấu của nó gồm có hai phần chính: cơ cấu ép và phần tử ma sát. Bên cạnh đó còn có 17 thêm các phần tử phụ như cơ cấu điều khiển khe hở giữa má phanh và trống phanh của loại phanh trống - guốc, bộ phận xả khí của phanh 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.