CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH 1.1 Lịch sử phát triển Phanh lần đầu tiên được sử dụng trên xe ngựa. Loại xe này chạy rất nhanh, nhưng ngựa không thể tự dừng lại. Cơ chế phanh đầu tiên làm chậm bánh xe bằng cách kéo một đòn bẩy bằng tay. Đôi khi những miếng gỗ nhỏ bọc da sẽ chạm trực tiếp vào vành xe khiến bạn giảm tốc độ.
Tuy nhiên, trong thời tiết ẩm ướt, cơ chế phanh này không hoạt động. Sau đó, vào đầu thế kỷ 20, sự phát triển của ô tô và khả năng vượt quá 100 km/h đòi hỏi phải ra đời các hệ thống phanh hiệu quả hơn. Phanh đĩa lần đầu tiên được phát minh vào năm 1902 bởi William Lanchester, người Anh. Tuy nhiên, phanh đĩa không thực sự được sử dụng cho đến cuối thế kỷ 20.
Vấn đề chính là đĩa phanh phát ra tiếng ồn khi cọ xát với má phanh bằng đồng. Vì lý do này và những lý do khác, hệ thống phanh không được áp dụng phổ biến tại thời điểm đó. Để làm cho Model T trở nên dễ dàng và rẻ tiền hơn, Henry Ford đã cách mạng hoá việc sử dụng bàn đạp để điều khiển phanh và sau đó sử dụng phanh tay để điều khiển xe trong tình huống nguy cấp. Louis Renault đã lắp ráp hệ thống phanh tang trống với miếng đệm amiăng và guốc phanh cải tiến bằng tang trống thép.
Mặc dù hiệu suất của phanh thủy lực và phanh tang trống đã được cải thiện đáng kể theo thời gian nhưng nó vẫn có nhược điểm là dễ bị nóng. Phanh đĩa đã được sử dụng rộng rãi từ năm 1949 và có kẹp phanh thủy lực và miếng đệm làm bằng vật liệu có độ ma sát cao. Hệ thống phanh ABS được phát triển vào những năm 1970 với sự xuất hiện của bộ điều khiển thuỷ lực và cảm biến tốc độ bánh xe. Hệ thống phanh khẩn cấp an toàn và chính xác hơn.
Ngoài ra còn có các hệ thống an toàn như TCS, EBD, BSA giúp việc phanh khẩn cấp an toàn và chính xác hơn. Trong những năm gần đây, xe điện đã phát triển với sự xuất hiện của hệ thống phanh tái sinh, tận dụng nhiệt từ quá trình ma sát để chuyển hoá năng lượng thành điện. Trang 1 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí 1.2 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh 1.1 Công dụng Hệ thống phanh trang bị trên ô tô nhằm mục đích hạ vận tốc của xe hoặc ngừng hẳn xe khi cần thiết. Nhờ có hệ thống phanh mà người lái xe có thể nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của xe và đảm bảo sự an toàn khi chuyển động.
Khi phanh cần đảm bảo hiệu suất phanh và độ ổn ứng của ô tô trong khi phanh.2 Yêu cầu – Có khả năng phanh với cường độ phanh lớn nhất. – Quãng đường phanh ngắn nhất. – Thời gian chậm tác dụng là nhỏ nhất. – Điều khiển thuận tiện, nhẹ nhàng (được đánh giá bằng lực đặt trên bàn đạp phanh và hành trình của bàn đạp phanh).
– Lực phanh được phân bố đều giữa các bánh xe. Cơ cấu phanh không có hiện tượng tự phanh. – Các bộ phận và cụm hệ thống phanh có trọng lượng nhẹ hơn nhưng bền hơn và đáng tin cậy hơn. – Có khả năng chống bụi bẩn và bùn bám vào kết cấu.
– Có khả năng thoát nhiệt tốt. – Có khả năng chống mài mòn cao trên bề mặt làm việc. – Cấu tạo đơn giản, thuận tiện trong việc bảo trì kỹ thuật. – Hệ thống phanh tay phải hoạt động tin cậy và có khả năng giữ xe (đầy tải) trên độ dốc ≥ 16%, bất kể thời tiết.1 Phân loại theo cơ cấu phanh - Cơ cấu phanh guốc (Phanh tang trống).
+ Phanh tang trống đối xứng qua trục: là cơ cấu phanh đối xứng qua trục thẳng đứng, có điểm đặt riêng ở một bên cho lực dẫn động bằng nhau. Trang 2 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí Hình 1.1 Sơ đồ cơ cấu phanh tang trống đối xứng qua trục • Ưu điểm: Kết cấu phanh đơn giản, lực phanh mở 2 guốc bằng nhau. • Nhược điểm: Cơ cấu phanh không được cân bằng, các ổ trục bánh xe sẽ chịu các tải trọng phụ phát sinh khi phanh xe, khi xe tiến hoặc lùi thì hiệu quả phanh chỉ đạt 50% lực tác dụng. + Phanh tang trống có điểm đặt cố định về một phía, dịch chuyển góc như nhau.
2 Phanh tang trống có điểm đặt cố định về một phía, dịch chuyển góc như nhau • Ưu điểm: Hiệu quả phanh tiến và lùi là như nhau, sự cân bằng của cơ cấu phanh và mô men phanh do má phanh trước và sau tạo nên chất lượng phanh ổn định. • Nhược điểm: Do cam phanh có biên dạng là đường thân hoặc axitmet nên điểm đẩy không ổn định. Vì vậy, khi phanh gấp, cam sẽ nhanh bị mòn. Trang 3 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí + Phanh tang trống có điểm đặt cố định về hai phía lực dẫn động bằng nhau.3 Phanh tang trống có điểm đặt cố định về hai phía lực dẫn động bằng nhau • Ưu điểm: Cơ cấu phanh cân bằng, độ mòn của má phanh như nhau, hiệu quả phanh về phía trước cao hơn so với phanh đối xứng dọc trục.
• Nhược điểm: Hiệu quả phanh giảm khi lùi. + Phanh tang trống loại bơi.4 Phanh tang trống loại bơi • Ưu điểm: Hiệu quả phanh ở phía trước và phía sau là như nhau. • Nhược điểm: Lực phanh tăng mạnh khi bánh xe bị trượt, chất lượng phanh giảm khi phanh liên tục do hệ số ma sát giảm khi bị nung nóng, các đĩa ma sát mòn không đều. - Cơ cấu phanh đĩa: + Phanh đĩa loại càng phanh cố định.
Trang 4 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí Hình 1.5 Phanh đĩa loại càng phanh cố định • Ưu điểm: Cả hai má phanh đều mòn đều do áp suất do dầu thủy lực tạo ra trên hai piston. • Nhược điểm: Cần phải có các xi lanh bánh xe có thể tích bằng nhau, không gian không được bố trí, lượng khí nạp vào làm mát đĩa kém và giá thành cao. + Phanh đĩa loại càng phanh di động.6 Phanh đĩa loại càng phanh di động • Ưu điểm: Việc bố trí xi lanh làm việc chỉ cho phép một dòng dầu thủy lực được đưa vào xi lanh, tạo điều kiện thuận lợi cho luồng không khí làm mát đĩa phanh và má phanh nhằm tránh hiện tượng sôi dầu khi phanh liên tục. • Nhược điểm: Hai má phanh mòn không đều do áp suất do dầu thủy lực tạo ra trong piston chỉ tác dụng lên một má.
Trang 5 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí 1.2 Phân loại theo dẫn động phanh - Dẫn động phanh bằng cơ khí.7 Dẫn động phanh bằng cơ khí • Ưu điểm: Kết cấu đơn giản nhưng không tạo ra mô men phanh lớn do lực điều khiển của người lái hạn chế nên ít được sử dụng trong hệ thống phanh chính mà chỉ dùng trong hệ thống phanh dừng. Độ tin cậy làm việc cao, độ cứng của bộ truyền động không thay đổi khi phanh không hoạt động trong thời gian dài. • Nhược điểm: Bộ dẫn động phanh cơ có hiệu suất truyền công suất thấp và thời gian phanh dài. – Dẫn động phanh bằng thuỷ lực.8 Dẫn động phanh bằng thuỷ lực 1 – Dẫn động một chiều; 2 – Dẫn động hai chiều • Ưu điểm: Khi thực hiện phanh êm dịu, dễ bố trí, độ nhạy cao.
• Nhược điểm: Trong trường hợp bị rò rỉ, phanh sẽ mất hiệu quả, phải tác dụng một lực lớn lên cơ cấu phanh. Trang 6 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí – Dẫn động phanh bằng khí nén.9 Dẫn động phanh bằng khí nén • Ưu điểm: Giảm lực điều khiển lên bàn đạp phanh, không cần sử dụng dầu phanh. • Nhược điểm: Độ nhạy kém do không khí bị nén khi chịu lực. – Dẫn động phanh bằng trợ lực khí nén.10 Trợ lực khí nén • Ưu điểm: Lực cường hóa lớn vì áp suất khí nén có thể từ 5-7 KG/cm2.
• Nhược điểm: Số lượng cụm trong hệ thống phanh nhiều, kết cấu phức tạp. Đối với xe không có máy nén khí thì không sử dụng loại máy trợ lực này. - Dẫn động phanh bằng trợ lực chân không, loại đồng trục. Trang 7 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí Hình 1.11 Bộ trợ lực chân không • Ưu điểm: Tận dụng sự chênh lệch áp suất giữa không khí và đường ống nạp khi động cơ hoạt động, không ảnh hưởng đến công suất động cơ, đồng thời đảm bảo khả năng chịu tải và tốc độ khi xe chuyển động.
• Nhược điểm: Độ chân không khi thiết kế lấy là 0,5 KG/cm2, áp suất khí trời là 1 KG/cm2, do đó độ chênh áp giữa buồng của bộ trợ lực không lớn. Muốn có lực trợ lực lớn thì phải tăng tiết diện của màng, do đó kích thước của bộ trợ lực tăng lên. - Dẫn động phanh bằng trợ lực chân không kết hợp với thuỷ lực.12 Trợ lực chân không kết hợp với thuỷ lực • Ưu điểm: Tận dụng được độ chênh áp giữa khí trời và đường ống nạp đảm bảo được quan hệ tỷ lệ giữa lực bàn đạp với lực phanh. • Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, phải cần thêm xi lanh thủy lực.
Trang 8 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí CHƯƠNG 2 KẾT CẤU VÀ SƠ ĐỒ CẤU TẠO HỆ THỐNG PHANH 2.1 Đặc điểm kết cấu Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh ô tô 1-Xilanh làm việc của phanh sau; 2-Dây cáp cầu sau của phanh đứng yên; 3- Dẫn hướng dây cáp sau; 4-Dây cáp cầu trước của phanh đứng yên; 5-Cần phanh đứng yên; 6-Bàn đạp phanh; 7-Bộ khuếch đại chân không; 8-Ống dẫn; 9-Xilanh chính; 10-Bộ xilanh làm việc của phanh cầu trước; 11-Thùng xilanh chính; 12-Bộ điều áp; 13-Cần dẫn động bộ điều áp Trang 9 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí 2.1 Kết cấu phanh guốc (tang trống) Hình 2.2 Các loại cơ cấu phanh guốc a- Phanh guốc kiểu chốt tựa một phía và lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau b- Phanh guốc kiểu chốt tựa khác phía và lực tác dụng lên guốc phanh bằng nhau c- Phanh guốc kiểu chốt tựa về phía và có dịch chuyển guốc phanh bằng nhau d- Phanh guốc kiểu bơi – Đặc điểm từng bộ phận Hình 2.3 Cấu tạo phanh tang trống 1 – Xilanh phanh bánh xe; 2 – Guốc phanh; 3 – Má phanh; 4 –Trống phanh; 5 – Pit tông; 6 – Cupen Trang 10 Luận văn tốt nghiệp Nguyễn Quang Trí + Trống phanh.4 Trống phanh • Nhiệm vụ: Trống phanh có nhiệm vụ tương đối đơn giản, là mặt quay để guốc phanh cọ xát vào. • Cấu tạo: Hầu hết các trống phanh bằng gang xám điểm cứng đều có khả năng chống mài mòn khá tốt, một phần là do hàm lượng carbon cao trong gang xám.