Дисковый тормозной механизм

Оглавление

 

 

 

Введение

 

Одним из показателей эффективности автомобиля является средняя скорость его движения. Скорость автомобиля ограничивается, в первую очередь, не мощностью двигателя, а качеством тормозов. Несоответствие их характеристик скоростному режиму в значительной мере понижает безопасность автомобиля. От тормозной системы автомобиля требуется, прежде всего, точность (легкая дозируемость усилия), скорость срабатывания и эффективность торможения.

Эффективность тормозов определяется по средней длине тормозного пути или времени движения автомобиля до полной остановки. Торможение необходимо не только для быстрой остановки автомобиля при внезапном появлении препятствия, но и как средство управления скоростью его движения. Структура тормозного управления автомобилем и требования, предъявляемые к нему, обусловлены ГОСТ 22895-95.

Согласно этому стандарту, тормозное управление должно состоять из следующих систем: рабочей, запасной, стояночной и вспомогательной. Системы могут иметь общие элементы, но не менее двух независимых органов управления. Каждая из этих систем включают в себя  тормозные механизмы, обеспечивающие создание сопротивления движению автомобиля и тормозной привод, необходимый для управления тормозными механизмами.

В настоящее время на автобусах применяются тормозные системы с барабанными и дисковыми тормозными механизмами.

Главное преимущества барабанных тормозов – механизм закрыт для попадания влаги и грязи.

Целью данной курсовой работы является расчет дискового тормозного механизма автобуса МАЗ-231062 большого класса (расчет тормозной динамики, проверка тормозных качеств на соответствие международным нормативным требованиям, проектный расчет и расчет тормозного механизма).

 

 

1.Обзор аналогов проектируемого автомобиля

 

Приведем основные показатели автомобилей-аналогов проектируемого автомобиля. Все приведенные ниже автомобили имеют колесную формулу 4х2.

 

Таблица 1 – Краткая техническая характеристика аналогов 

Автомобиль	ГолАЗ 5291 «Круиз»	НЕФАЗ-5299	МАЗ-231062	Higer KLQ6118GS	Mercedes Citaro C
Колесная формула	4х2	4х2	4х2	4х2	4х2
Общее количество мест (в т.ч. посадочных)	47+1	26+1	51+1	31+1	28-32
Двигатель	Scania DC921	КамАЗ-820.53-260	Mercedes-Benz OM 926 LA (E-5)	Cummins ISDe 210-30, Евро-3	Mercedes OM 457 hLA
Мощность двигателя, кВт (л.с.)	228 (310) - 2000 мин-1	191 (260) / 2200	240(326)	150 кВт (210 л.с.) при 2500 об/мин	252 / 2200
Макс. крутящий момент, Нм	1550 при 1200 мин-1	766	1000	800 Нм при 1200…1700 об/мин	1100 / 1000
Масса снаряженная/полная, кг	13560/18000	12280/18000	18000	10890/16500	18000

 

 

2.Обзор конструкции проектируемого узла

 

В настоящее время наибольшее распространение получили тормозные механизмы фрикционного типа. Принцип действия тормозного механизма фрикционного типа основан на силах трения, которые возникают между вращающимися и не вращающимися деталями механизма. В зависимости от формы вращающиеся детали тормозного механизма делятся на дисковые и барабанные.

Эти тормозные механизмы, как правило, применяются на легковых автомобилях. На легковых автомобилях высокого класса дисковые тормозные механизмы ставятся на все колеса; на легковых автомобилях среднего и малого класса дисковые тормозные механизмы, как правило, ставят только на передние колеса, а на задние колеса ставят барабанные тормозные механизмы. В последнее время ряд зарубежных фирм начали применять дисковые тормозные механизмы на грузовых автомобилях и автобусах.

Рисунок 1. Дисковый тормозной механизм

1.тормозной диск; 2.направляющая  колодок; 3.суппорт; 4.тормозные колодки; 5.цилиндр; 6.поршень; 7.сигнализатор  износа колодок; 8.уплотнительное кольцо; 9.защитный чехол направляющего пальца; 10.направляющий палец; 11.защитный кожух.

 

Тормозной диск закрепляется на ступице переднего колеса. Скоба закрепляется на фланце поворотного кулака при помощи кронштейна. Она изготавливается из высокопрочного чугуна. В пазах скобы находятся тормозные легкосъемные колодки. В скобе размещены два алюминиевых тормозных цилиндра, которые находятся по разные стороны тормозного диска. Очень часто при раздельном или дублированном приводе тормозных механизмов в скобе размещают по два тормозных цилиндра с каждой стороны тормозного диска. Тормозные цилиндры соединяются между собой при помощи соединительной резиновой трубки. Внутри тормозного цилиндра находятся стальные поршни, которые уплотняются резиновыми кольцами. Благодаря этим кольцам стальные поршни возвращаются в свое исходное положение при растормаживании колес. Кроме этого при износе тормозных колодок резиновые кольца позволяют поршню перемещаться, сохраняя между колонкой и диском минимальный зазор (примерно 0,1 мм).

В дисковом тормозном механизме с плавающей скобой скоба может перемещаться в пазах кронштейна, который закрепляется на фланце поворотного кулака. В таких тормозных механизмах тормозной цилиндр располагается только с одной стороны, а в некоторых случаях ставят два или три цилиндра, которые также располагаются с одной стороны.

Кроме вышеперечисленных видов тормозных систем существуют дисковые тормозные механизмы с качающейся на маятниковом подвесе скобой. В такой конструкции тормозные цилиндры также располагаются с одной стороны, кроме этого в таких тормозных механизмах исключается возможность заедания скобы, что иногда наблюдается в конструкциях с плавающей скобой.

Дисковый тормозной механизм с пневматическим приводом 
На рисунке показан дисковый тормозной механизм, который применяется на автомобилях и прицепах с пневматическим приводом тормозов.

 
Рисунок 2. Дисковый тормозной механизм с пневматическим приводом 

Дисковые тормоза перед барабанными имеют целый ряд преимуществ:

1. пониженную чувствительность к изменению коэффициента трения;
2. возможность уменьшения удельного давления в трущихся парах за счет значительного увеличения поверхности трения;
3. более равномерный износ фрикционных накладок;
4. одинаковую эффективность тормоза при движении автомобиля вперед и назад;
5. пониженную температуру обода колеса и прилегающей к нему бортовой части шины;
6. простоту обеспечения одинакового тормозного момента правых и левых колес;
7. меньшую чувствительность тормоза к изменениям температуры накладок;

9. большую жесткость конструкции, достаточную компактность колесного тормоза, простоту обслуживания и регулировок;
10. возможность установки небольших зазоров, что позволяет увеличить передаточное число в приводе и сократить время срабатывания тормозов;

Поначалу дисковые тормоза предлагали в качестве опции, в настоящее время на множестве моделей грузовиков с различной допустимой полной массой они стали стандартным оборудованием. Задержка применения дисковых тормозов в Европе объяснялась двумя причинами: их более высокой ценой и действующими нормами ЕЭК ООН, которые можно было выполнить, имея барабанные тормоза. Ситуация изменилась к концу 1980-х, когда допустимая нагрузка на передний мост выросла с 6 – 6,5 до 7 – 7,5 т, а на задний – до 13 – 14 т. При постоянном росте мощности двигателей автомобилей резко возросли динамические нагрузки на передний мост при торможении.

Распространение шин с малым сопротивлением качению и улучшение аэродинамических свойств магистральных автопоездов также ужесточили требования к эффективности тормозов. Снижение центра тяжести транспортных средств и стремление к уменьшению погрузочной высоты привели к замене ставших привычными 22,5-дюймовых шин покрышками с посадочным диаметром 19,5 дюйма. Сокращение (в среднем на 25%) объема внутри колеса, где размещался тормозной механизм, практически свело на нет применение барабанных тормозов на машинах, оснащенных 19,5-дюймовыми колесами.

Перед конструкторами тормозных систем встала сложная задача создания надежного привода дисковых тормозов. Гидравлический привод ввиду возможного «залипания» из-за перегрева скоб грозил лишить грузовик тормозов в сложной дорожной ситуации. В итоге он не применяется на машинах с полной массой свыше 12 т, а также на туристических и междугородных автобусах. Получил распространение механический привод с пневмокамерой, освоенный в производстве компаниями Bendix, Rockwell, Perrot и Lucas Girling. К примеру, Bendix применил в приводе клиновый розжим, отличающийся высоким КПД (94%) и легкостью подбора развиваемого усилия регулировкой угла конуса.

У нас в стране дисковые тормоза для вездеходов были разработаны на ЗИЛе еще в 1972 г. Рабочие тормозные механизмы на трехосном автомобиле с бортовым приводом размещались на внутреннем конце приводного вала, передававшего крутящий момент от раздаточной коробки к колесному редуктору.

Эффективность торможения обеспечивалась применением жесткой подвижной скобы, вентилируемого диска, автоматической регулировки зазора между колодками и диском. Рабочий и стояночный тормоза были совмещены в едином агрегате.

Стоит отметить, что дисковые тормоза, разработанные по заданию автомобилестроительных компаний специальными фирмами, уже прошли стадию «детских пеленок» – они полностью отработаны и, несмотря на их более высокую стоимость, востребованы транспортниками, заказывающими их во все возрастающих количествах при покупке новых грузовиков.

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3. Изменение тормозного момента по времени: а) – колодочный барабанный тормоз; б) – дисковый тормоз с полным охватом без серводействия

Дисковые тормозные механизмы подразделяются на механизмы с фиксированной скобой и плавающей скобой.

Тормозной механизм с плавающей скобой имеет лишь один колесный цилиндр. Его колодка нагревается меньше (30...50°С), чем в механизме с фиксированной скобой, но имеет существенный недостаток — при деформации,

коррозии направляющих возникает одностороннее изнашивание накладок и диска (со стороны колесного цилиндра). Эффективность торможения снижается, появляется вибрация скобы и тормозной колодки.

Тормозные диски изготовляются из чугуна. В однодисковых механизмах сплошные диски имеют толщину 8...13 мм, вентилируемые—16…25 мм. Биметаллический тормозной диск может выполняться с алюминиевым или медным основанием. Фрикционный слой выполняется из серого чугуна.

Для тормозов автомобилей используются фрикционные материалы на асбокаучуковой основе, в основном формованные и прессованные, а также спеченные материалы на железной или медной основе.

Дисковые тормозные механизмы имеют следующие преимущества перед колодочными:

• меньшие зазоры между дисками и колодками в незаторможенном состоянии (0,005...0,1 мм) и ход колодки, что позволяет повысить быстродействие и передаточное число тормозного привода;
• меньшую массу и габариты;
• более равномерное изнашивание фрикционных материалов, так как распределяется равномерно давление по поверхности пары трения диск — колодка;
• больший тормозной момент, развиваемый за счет уравновешивания сил, действующих со стороны колодок на диск;
• возможность обеспечения эффективного теплоотвода от трущихся элементов;
• большую стабильность развиваемого тормозного момента.

К недостаткам дисковых тормозных механизмов относятся:

• трудность обеспечения герметизации (незащищенный диск может подвергаться абразивным воздействиям, окислению и коррозии, способствующим быстрому изнашиванию тормозных накладок);
• высокое давление на фрикционную накладку вызывает ее неустойчивую работу: вибрацию, непостоянство коэффициента трения, концентрацию температурных напряжений, появление задиров и трещин;
• повышенная интенсивность изнашивания фрикционных накладок;
• обязательное применение в тормозном  приводе усилителя по давлению.

На легковых автомобилях барабанные тормозные механизмы находят ограниченное применение, в основном тип "Simplex" на колёсах задней оси.

Дисковые механизмы с фиксированной скобой распространены на

легковых автомобилях большой массы, а также на спортивных автомобилях, так как они обладают высокой механической прочностью. Их недостатком является повышенная термочувствительность при длительных нагрузках (например, при торможении на спуске или подъёме).

Дисковые тормозные механизмы с плавающей скобой благодаря своей компактности применяются на легковых автомобилях с ограниченным пространством в ступице колеса, а также имеющих отрицательное плечо обкатки.

На грузовых автомобилях в настоящее время наблюдается тенденция к постепенному переходу на дисковые тормозные механизмы, однако, на многих автомобилях, в особенности имеющих большую грузоподъёмность или работающих в тяжелых эксплуатационных условиях, барабанные тормозные механизмы ещё находят широкое применение.