4. THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH
4.3. Chọn loại và sơ đồ dẫn động của hệ thống phanh
4.3.3. Chọn loại cơ cấu phanh
Trong hệ thống phanh, cơ cấu phanh là bộ phận trực tiếp tạo ra lực cản và làm việc theo nguyên lý ma sát. Vì thế kết cấu của nó bao giờ cũng có hai bộ phận chính là: các phần tử ma sát và cơ cấu ép. Trong đó phần tử ma sát có thể có các dạng như: trống guốc, đĩa hay dãi. Loại dãi chỉ dùng trên máy kéo, còn loại đĩa thường chỉ dùng trên cơ cấu phanh ở cầu trước xe du lịch, loại trống quốc là phổ biến hơn cả.
Mặt khác, đối với các loại xe du lich và khách thường có phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước và trục sau bằng nhau, do có sự phân bố lại khi phanh nên hệ số phân bố lực phanh K12 lớn hơn hẳn giá trị một (K12 > 1). Vì vậy loại cơ cấu phanh trước/sau thường khác nhau rõ rệt : nếu dùng kiểu cơ cấu phanh trống guốc thì cơ cấu phanh sau có thể dùng loại một guốc có tính chất tự siết và một guốc có tính tự tách; trong khi cơ cấu phanh trước dùng loại hai guốc đều có tính tự siết; hoặc có
Đường dây điện Đường dầu phanh
thể dùng kiểu cơ cấu phanh khác như cơ cấu phanh đĩa cho cầu trước (còn trục sau thì vẫn dùng cơ cấu phanh kiểu trống guốc).
Vì vậy cơ cấu phanh trước ta chọn cơ cấu phanh đĩa, cơ cấu phanh sau ta chọn loại trống guốc.
Với cơ cấu phanh trước:
Cơ cấu phanh loại đĩa thường được sử dụng trên ôtô du lịch (chủ yếu ở các bánh trước) và máy kéo. Gần đây loại phanh này bắt đầu được sử dụng trên một số ôtô vận tải và chở khách.
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 một lớp kim loại hay ghép hai kim loại khác nhau.
Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏ quay. Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay.
Phanh dạng đĩa quay hở có hai phương pháplắp ghép má kẹp : lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi. Phương pháp lắp có định có độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn. Tuy vậy điều kiện làm mát kém, nhiệt độ làm việc của cơ cấuphanh cao hơn. Để khắc phục có thể dùng kiểu má kẹp tùy động. 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 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. Trên hình 1-19 là sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định.
Qua phân tích ta chọn phanh đĩa loại má kẹp cố định cho cơ cấu phanh trước.
Hình 4 − 3 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.
Với cơ cấu phanh sau:
Hiện nay, đối với hệ thống phanh làm việc, được sử dụng thông dụng nhất là các sơ đồ trên hình 4 − 4a và 4 − 4b .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 4 − 4c và 4 − 4d.
Sơ đồ trên hình 4 − 4a 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 như nhau:
N1 = N2 = N và Mp1 = Mp2 =Mp
Do hiện tượng tự siết nên khi N1 = N2 thì P1 < P2 . Đây là cơ cấu phanh vừa thuận nghịch vừa cân bằng. Nó thường được sử dụng với dẫn động khí nén nên thích hợp cho các ôtô tải và khách cỡ trung bình và lớn.
5
1 2 3 4
Hình 4 − 4 Sơ đồ cơ cấu phanh thông dụng và sơ đồ lực tác dụng.
a- Ép bằng cam; b- Ép bằng xylanh thủy lực; c- hai xylanh ép, guốc phanh 1 bậc tự do; d- hai xylanh ép, gốc phanh 2 bậc tự do.
Hình 4 − 5 Các cơ cấu phanh guốc tự cường hóa.
Sơ đồ trên hình 4 − 4b dùng cơ cấu ép thủy lực, nên lực dẫn động hai guốc bằng nhau: P1 = P2 = P . Tuy vậy do hiện tượng tự siết nên áp lực N1 > N2 và Mp1 > Mp2 . Cũng do N1 > N2 , nên áp suất trên bề mặt má phanh của guốc trước lớn hơn của guốc sau, làm cho các guốc mòn không đều. Để khắc phục hiện tượng đó, ở một số kết cấu đôi khi người ta làm má phanh của guốc tự siết dài hơn hoặc dùng xi lanh ép có dường kính làm việc hai phía khác nhau: phía guốc tự siết - đường kính xi lanh nhỏ hơn. Cơ cấu phanh loại này là cơ cấu phanh thuận nghịch nhưng không cân bằng. Nó thường được sử dụng trên các ôtô tải cỡ nhỏ và vừa hoặc ở các bánh sau của ôtô du lịch.
Để tăng hiệu quả phanh theo chiều tiến của xe, người 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 (Hình 4 − 4c). Hiệu quả phanh trong trường hợp này có thể tăng được 1,6 1,8 lần so với cách bố trí bình thường. Tuy nhiên khi xe chạy lùi hiệu quả phanh sẽ thấp, tức là cơ cấu không
1 2 3 4
có tính thuận nghịch. Cơ cấu loại này dùng kết hợp với cơ cấu kiểu bình thường đặt ở các bánh sau, cho phép dễ dàng nhận được quan hệ phân phối lực phanh cần thiết Ppt > Pps trong khi nhiều chi tiết của các phanh trước và sau có cùng kích thước. Vì thế nó thường được sử dụng ở cầu trước các ôtô du lịch và tải nhỏ, như: GAZ-66, UAZ-452, MATXCƠVICH, GAZ-24 (VONGA), ...
Để nhận được hiệu quả phanh cao cả khi chuyển động tiến và lùi, người ta dùng cơ cấu phanh thuận nghịch và cân bằng loại bơi như trên hình 4 − 4d. 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 dưới của các guốc phanh. Với kết cấu như vậy cả hai guốc phanh đều tự siết dù cho trống phanh quay theo chiều nào. Tuy nhiên nó có nhược điểm là kết cấu phức tạp.
Để nâng cao hiệu quả phanh hơn nữa, người ta còn dùng các cơ cấu phanh tự cường 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 cường hóa - tăng lực ép, tăng hiệu quả phanh cho má kia. Ví dụ kết cấu như trên hình 4 − 5. Các cơ cấu phanh tự cường hóa mặc dù có hiệu quả phanh cao, hệ số hiệu quả có thể đạt 360% so với cơ cấu phanh bình thường dùng cam ép. Nhưng mô men phanh kém ổn định, kết cấu phức tạp, tính cân bằng kém và làm việc không êm nên ít được sử dụng.
Xu hướng hiện nay là: sử dụng cơ cấu phanh loại bình thường với các guốc có điểm quay cố định, cùng phía. Trường hợp cần thiết thì dùng thêm các bộ trợ lực để tăng lực dẫn động và tăng hiệu quả phanh.
Qua phân tích ta chọn cơ cấu phanh sau là loại dùng cơ cấu ép thủy lực. Kết cấu thể hiện ở hình 4 − 6.
Hình 4 − 6 Cơ cấu phanh sau
1- Trống phanh; 2- Xilanh bánh xe; 3- Guốc phanh; 4- Má phanh.