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:
- пониженную чувствительность к изменению коэффициента трения;
- возможность уменьшения удельного давления в трущихся парах за счет значительного увеличения поверхности трения;
- более равномерный износ фрикционных накладок;
- одинаковую эффективность тормоза при движении автомобиля вперед и назад;
- пониженную температуру обода колеса и прилегающей к нему бортовой части шины;
- простоту обеспечения одинакового тормозного момента правых и левых колес;
- меньшую чувствительность тормоза к изменениям температуры накладок;
|
|
- большую жесткость конструкции, достаточную компактность колесного тормоза, простоту обслуживания и регулировок;
- 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.
Тормозной суппорт
Тормозной суппорт играет важную роль в конструкции тормозной системы автомобиля – от него во многом зависит безопасность передвижения. Он воспринимает нагрузки, передающиеся от тормозных колодок при сжатии тормозного диска, и передает их деталям ходовой системы.
Конструкция тормозного суппорта представляет собой две соединяющиеся между собой части. Первая – неподвижная скоба, которая при помощи болтов крепится к цапфе. Вторая – подвижный тормозной суппорт, крепящийся к скобе при помощи болтов и ремкомплекта и имеющий возможность перемещаться по горизонтали (для того, чтобы колодки имели возможность разжиматься при отпускании педали тормоза).
Рисунок 4. Суппорт
Принцип работы тормозного суппорта
Суппорт соединен с гидравлической системой автомобиля и имеет цилиндр, который при нажатии на педаль тормоза сжимает тормозные колодки. Таким образом, нагрузки от торможения передаются через суппорт скобе и другим деталям ходовой системы. Сам процесс представляет собой превращение кинетической энергии в тепловую. Это происходит за счет трения колодок с диском и за счет трения колес с поверхностью дороги.
Аналогами тормозных суппортов являются барабанные тормоза, но они реже встречаются в современных автомобилях. Все объясняется тем, что они менее
эффективны и быстрее выходят из строя. Если раньше на переднеприводных автомобилях на задней оси применялись барабанные тормоза, то в современных авто даже на безприводных колесах используются тормозные суппорта.
3.Патентный полис
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ДИСКОВЫЙ Т (57) Реферат: Изобретение относится к пневматическому дисковому торм
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.Проверочный расчёт тормозных механизмов
4.1.Расчёт дисковых тормозных механизмов
Зависимость тормозного момента, развиваемого однодисковым механизмом, рис. 8, от прижимающей силы Fs может быть выражена следующей формулой:
где rs , м - средний радиус приложения сил трения.
Рис. 8. Расчётная схема дискового тормозного механизма
Радиус rs может в соответствии со схемой из рис. 8 быть определён как
где R и r - соответственно наружный и внутренний диаметры тормозной накладки.
4.2.Расчёт показателей износо- и теплостойкости тормозных механизмов
Удельная нагрузка на тормозные накладки
Удельная нагрузка на тормозные накладки рассчитывается по формуле
где Ga, Н - полный вес автомобиля; - суммарная площадь тормозных накладок всех механизмов рабочей тормозной системы.
В зависимости от материала и типа автомобиля величина q не должна превышать 0,12…0,5 МПа. Большие значения относятся к грузовым автомобилям и дисковым тормозным механизмам.
Удельная работа трения
Удельная работа трения тормозного механизма i-ой оси транспортного средства определяется как отношение кинетической энергии автомобиля, приходящейся на соответствующее колесо, при торможении с максимальной скорости к площади тормозной накладки:
где , кг – масса автомобиля, приходящаяся на одно колесо
, м/с – максимальная начальная скорость при торможении (V=17 м/с);
.
Значение L для наиболее нагруженного механизма должно находится в пределах 10…20 .
Нагрев тормозного диска (барабана) за одно торможение
Нагрев тормозного диска или тормозного барабана за одно торможение определяется как отношение кинетической энергии автомобиля, приходящейся на соответствующее колесо, при торможении с максимальной скорости к количеству теплоты, необходимому для нагревания диска или барабана массой Qm.
где С – теплоемкость материала диска, равная 460 Дж/кг·К для стали;
, кг – масса диска кг;
, м/с – начальная скорость торможения м/с
Нагрев тормозного диска не должен превышать 80 С0. Начальная скорость торможения выбирается исходя из .
Удельная нагрузка в контакте пары трения.
Учитывая, что в контакте пары трения "накладка-барабан" или "накладка-диск" существует скольжение, фрикционный материал проверяется на удельную нагрузку в контакте пары трения. Её величина определяется как
, Н – сила, с которой накладка
прижимается к поверхности
Значение должно быть не более 5 МПа для дисковых тормозных механизмов.
Прочностные расчёты деталей тормозных механизмов
Изгиб скобы дискового тормозного механизма
Скоба дискового тормозного механизма рассчитывается на изгиб и на раскрытие при изгибе. При этом скоба представляется на расчётной схеме в виде кривого бруса, рис. 9. (Усилие Q можно принимать равным Fs).
Рис. 9. Расчётная схема скобы дискового тормозного механизма
Изгибающий момент определяется как:
Наибольшее напряжение в сечении скобы будет определяться как
где W, м3 - момент сопротивления изгибу сечения скобы; [W] = 250…450 МПа
для чугунных и стальных скоб, 200…300 МПА для алюминиевых скоб.
По энергетическому методу Мора рассчитывается перемещение концевых сечений скобы, так называемое раскрытие скобы, которое должно учитываться при компоновке колёсного узла:
где E - модуль Юнга, J - момент инерции сечения скобы.
Е = 1,15…1,55х105 МПа для чугунов, 2,0…2,1х105 МПа для сталей; 0,69…0,71х105 МПа для алюминия.
Если сечение скобы представить прямоугольником с шириной В и высотой Н, то W=ВН2/6, J=ВН3/12.
4.3.Прочностные расчеты деталей тормозного механизма
Срез болтов крепления тормозного диска.
Болты крепления барабана проверяются на срез для усилия, определяемого по формуле:
,
Напряжение среза:
,
где , м – радиус окружности расположения болтов ( ;
n – число болтов;
, м2, - площадь поперечного сечения болтов по окружности впадин резьбы ( );
[ ] – допустимое напряжение среза для материалов болтов, для болтов из качественной углеродистой стали 90…110 МПа .
Прочность болтов на срез обеспечена.
Заключение
В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована тормозная система грузового автомобиля МАЗ-231062. Пневматическая система тормозов двухконтурная с осевым разделением тормозных контуров, действующая раздельно на тормоза передних и задних колес. Передние и задние рабочие тормоза с вентилируемыми тормозными дисками. Диаметр диска 360мм.
В результате выполнения расчета тормозной системы автобуса по удельной нагрузке на тормозные накладки, удельной работе трения, нагреву тормозного диска за одно торможение, удельной нагрузке в контакте пары получили, что значения не превышают допустимых величин.
Разработанная конструкция отвечает требованиям производственной и эксплуатационной технологичности. В качестве конструкционных материалов использовались дешевые марки сталей и чугунов, прочность обеспечивалась за счет рационального выбора конструктивных схем и решений. Формы деталей соответствуют типовым способам производства и обработки. По сравнению с используемой ранее барабанной конструкцией тормозов, снижены расходы на сборку узла, а так же на ремонт и техническое обслуживание. Функциональность механизма отвечает зарубежным аналогам.
Список использованной литературы
- Анурьев В.Н. Справочник конструктора-машиностроителя. – М., Машиностроение, 1980. – 816 с.
- Бочаров И.Ф., Цитович И.С. и др. Конструирование и расчет колесных машин высокой проходимости. – М., Машиностроение, 1983. – 302с.
- Бухарин Н.А., Прозоров В.С., Щукин М.М. Автомобили. Конструкция, нагрузочные режимы, рабочие процессы, прочность агрегатов автомобиля. – М., Машиностроение, 1973. – 504 с.
- Лукин П.П., Гаспарянц Г.А., Родионов В.Ф. Конструирование и расчет автомобиля. Учебник для студентов втузов. – М., Машиностроение, 1984. – 376 с.
- Дисконтирование и методы оценки инвестиционных проектов
- Дисконтная форма валютной политики
- Дискотека-как феномен культуры
- Дискотека как форма молодежного досуга
- Дискретная обработка сигналов
- Дискретная фильтрация сигналов
- Дискретне вейвлет перетворення
- Дисграфия как разновидность нарушений письменной речи
- Диски и файловые системы
- Дискинезия желчевыводящих путей
- Дисковые ножницы
- Дисковые тормоза КАМАЗ 65115
- Дисковые устройства ПК
- Дисковые утилиты
