Разработка дисковых тормозных механизмов для автомобиля КамАЗ-53212

Размещено на http://www.allbest.ru/

Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая академия Вооружённых Сил Российской Федерации» (филиал, г. Омск)

Кафедра № 3

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ № 98

Тема: «Разработка дисковых тормозных механизмов для автомобиля КАМАЗ-53212»

Руководитель подполковник С. Новосадов

Разработчик Курсант И. Исканцев

Омск 2012



Реферат

Пояснительная записка 80, рисунков 19, таблиц 5, формул 42, источников 15.

Ключевые слова: разработка, автомобильКАМАЗ-53212, тормозная система, рабочая тормозная система, дисковый тормозной механизм, барабанный тормозной механизм.

Объектом исследования является рабочая тормозная система автомобиля КАМАЗ-53212.

Многолетний опыт эксплуатации автомобилей семейства КАМАЗ как в России, так и во многих странах мира подтвердил их соответствие высоким требованиям эксплуатации техники многоцелевого назначения, незаменимость при выполнении различных задач в любое время года, в любых дорожных условиях. В связи с этим эксплуатация автомобиля должна быть максимально безопасна.

Рабочая тормозная система оказывает решающее влияние на активную безопасность транспортных средств, характеризующую возможность избежать возникновения дорожно-транспортного происшествия.

Разработан вариант дискового тормозного механизма. Произведён его расчёт.

Обоснование новой конструкции на основании произведенных расчетов показывает, что она отвечает современным требованиям, предъявляемым к тормозным системам. В силу многих преимуществ разработанная тормозная система целесообразна для использования на автомобиле КАМАЗ-53212.

Цель работы: Разработать вариант дисковых тормозных механизмов для автомобиля КАМАЗ-53212, обеспечивающие повышение эффективности РТС.

В данном дипломном проекте показана модернизация рабочей тормозной системы автомобиля КАМАЗ-53212 с целью повышения показателей надежности, эффективности срабатывания, быстродействия и при этом уменьшения массово-габаритных показателей.

Спроектированная тормозная система может быть использована на автомобиле КАМАЗ-53212 и его модификациях.



Содержание

Введение

1. Анализ тормозного механизма КАМАЗ-53212, предъявляемые требования, направления совершенствования

1.1 Назначение и условия эксплуатации тормозных механизмов

1.2 Классификация и требования, предъявляемые к тормозным механизмам

1.3 Критерии оценки тормозных механизмов

1.4 Требования, предъявляемые к рабочей тормозной системе

1.5 Анализ конструкций тормозных механизмов автомобиля КАМАЗ-53212

1.6 Направление совершенствования тормозных механизмов

1.7 Барабанный тормозной механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор

1.8 Барабанный тормозной механизм с равными тормозными силами и разнесенными опорами

1.9 Барабанный тормозной механизм с плавающими опорами (сервотормоз)

1.10 Барабанный тормозной механизм с равным перемещением колодок (с фиксированным разжимным кулаком)

2. Обоснование применения дисковых тормозных механизмов

2.1 Дисковые тормозные механизмы

2.2 Применение дисковых тормозных механизмов их преимущества и недостатки

2.3 Дисковые тормозные механизмы с двухсторонним приложением нажимного усилия

2.4 Дисковые тормозные механизмы с односторонним приложения нажимного усилия

2.5 Пневматический тормозной привод

3. Расчет тормозного механизма

3.1 Расчет тормозной системы автомобиля КамАЗ-53212 44

3.2 Расчет геометрических параметров дискового тормозного механизма

3.3 Расчет деталей тормозного механизма и пневмопривода на прочность

3.4 Расчет деталей пневмопривода

3.5 Расчет параметров пневмокамеры

4. Военно-техническое обоснование

Заключение

Список использованных источников

тормозной автомобиль усилие механизм



Введение

Одним из основных направлений экономического и социального развития страны и перспектив развития автомобильной промышленности и автомобильного транспорта является задача по совершенствованию конструкции тормозных систем, повышение их производительности, снижение эксплуатационных затрат, повышение всех видов безопасности. Несмотря на всю важность развернувшейся сейчас борьбы за экономию топлива, по-прежнему серьезной проблемой является безопасность эксплуатации подвижного состава. Автомобиль был и остается самым опасным транспортным средством современности. Его опасность заключается в том, что этот материальный объект имеет массу от 1 до 50 тонн и более, может двигаться с высокими скоростями, удерживаясь на дороге за счет трения колес о ее поверхность. Практически единственным доступным способом справиться с критической ситуацией, с огромной энергией автомобиля это своевременно снизить его скорость, т.е. притормозить.

Тормозные механизмы обеспечивают безопасность работы всего автомобиля. Тормозные механизмы уменьшают скорость машины с заданным замедлением или останавливают ее на определенном тормозном пути.

Значение тормозных устройств возрастает с увеличением движущихся масс, скоростей перемещения и частоты торможения. В течение короткого времени тормозные устройства должны преобразовывать в тепловую энергию значительное количество механической энергии и передавать ее в окружающую среду без снижения работоспособности, как устройства, так и машины в целом.

Разнообразие назначения тормозов, условий их использования и параметров машин привело к появлению большого количества тормозных устройств различных видов. В данной работе для повышения безопасности, эффективности тормозной системы автомобиля КАМАЗ-53212, как вариант рассматривается установка дискового тормозного механизма на переднюю ось автомобиля КАМАЗ-53212 вместо барабанных тормозных механизмов, что позволит повысить безопасность движения.

Он постоянно совершенствуется, его конструкцию пытаются вывести на международный уровень в соответствии с требованиями к тормозным системам по ГОСТ 22895 и Правилам №13 ЕЭК ООН.

1. Анализ тормозного механизма КАМАЗ-53212, предъявляемые требования, направления совершенствования

1.1 Назначение и условия эксплуатации тормозных механизмов

Тормозной механизм-это совокупность устройств, предназначенных для непосредственного создания и изменения искусственного сопротивления движению транспортного средства.

Автомобиль КАМАЗ-53212 относится к армейским автомобилям многоцелевого назначения повышенной проходимости. Он используется для перевозки различных грузов, вооружения, во всех климатических зонах, по всем видам дорог и бездорожью. Из условий применения автомобиля КАМАЗ-53212 можно сделать вывод, что тормозной механизм работает в крайне тяжелых условиях эксплуатации.

Тормозные механизмы работают в различных условиях:

1. При преодолении брода, движению по бездорожью в весеннее-осеннюю распутицу на рабочие поверхности попадает вода, грязь.

2. При движении по степям, пустыням, в жарких климатических зонах в тормозные механизмы попадает пыль, так же на них действует большой перепад температур днем и ночью.

З. В условиях крайнего севера низкие температуры воздействуют на материалы тормозного механизма.

4. Воздействие высокой температуры и сильный нагрев при затяжных спусках.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что тормозной механизм подвергается воздействию пыли, грязи, воды, больших перепадов температур, вибрации, динамическим и статическим нагрузкам, все это оказывает большое влияние на работу тормозных механизмов, которые работают в крайне тяжелых условиях.

1.2 Классификация и требования, предъявляемые к тормозным
механизмам

Схема классификации показана на рисунке 1.1.

К тормозным механизмам предъявляются требования:

1. Высокая стабильность действия и уравновешенность.

2. Обеспечивать установленную эффективность торможения без регулировки зазоров после нагрева тормозного механизма при допустимой степени износа.

3. Иметь большую энергоемкость на единицу массы.

4. Простота и долговечность конструкции.

5. Гарантированная прочность тормозных механизмов.

6. Удобство осмотра, регулирования и замены трущихся элементов и легкость технического обслуживания.

7. Температура поверхностей трения в процессе работы не должна превышать предельно установленную для устройства данного типа при данном фрикционном материале.

8. Отсутствие скрипа при торможении.

9. Минимальные габаритные размеры и масса.

10.Общетехнические требования.

Рисунок 1.1 Схема классификации тормозных механизмов

1.3 Критерии оценки тормозных механизмов

Для того, что бы провести анализ, дать оценку и сравнить различные виды
тормозных механизмов необходимо определить ряд критериев оценки.

Коэффициент эффективности - это отношение тормозного момента к суммарной тормозной силе умноженной на радиус приложения сил, характеризует тормозную эффективность. Рассчитывается по формуле:

Кэ =Mt/?Pnp-rmp; (1.1)

где, Кэ - коэффициент эффективности;

Мt - тормозной момент, Н*М;

?Рпр- суммарная приводная сила, Н;

rтр - радиус приложения приводной силы, м.

Реверсивность - характеризует тормозную эффективность при движении вперед и назад, т.е. если тормозная эффективность одинакова вперед и назад, то тормозной механизм реверсивный.

Уравновешенность - характеризует нагрузку на подшипники ступицы колеса при торможении. Если такое воздействие есть, то тормозной механизм неуравновешен, когда воздействие отсутствует - тормозной механизм уравновешен.

Стабильность - зависимость коэффициента эффективности от коэффициента трения. Этот параметр определяется графической зависимостью этих величин.

Для рабочей тормозной системы желательно иметь тормозной механизм высокой стабильности, т. к. машины эксплуатируются в тяжелых условиях, обладающий реверсивностью, т.е. одинаково эффективно производивший торможение вперед и назад; для увеличения срока эксплуатации автомобиля необходимо, чтобы тормозной механизм был уравновешен. Требуемую величину тормозного момента при применении тормозных механизмов с недостаточной эффективностью, можно обеспечивать с помощью современных средств усиления.

1.4 Требования, предъявляемые к рабочей тормозной системе

Рабочая тормозная система должна обеспечивать уменьшение скорости и остановку транспортного средства независимо от его начальной скорости, величины уклона дороги и прочих условий эксплуатации. Рабочая тормозная система должна действовать на все колеса, ее действие должно быть плавным, а распределение тормозных моментов по колесам рациональным.

Водитель должен иметь возможность управлять рабочей тормозной системой, не отрывая обеих рук от рулевого колеса. Привод рабочей тормозной системы транспортных средств категории М и N должен иметь не менее 2-х контуров.

Каждый контур должен при отказе остальных контуров обеспечивать торможение с эффективностью не менее 30 % нормативной величины, предписанной для всей рабочей тормозной системы. В том случае, когда контуры привода должны выполнять роль запасной тормозной системы, каждый из них должен обеспечивать эффективность торможения около 50 % нормы, установленной для всей рабочей тормозной системы.

В целях безопасности движения каждый контур рабочей тормозной системы с пневматическим приводом должен иметь автономный рессивер. При этом при повреждении одного из контуров должно сохраняться пополнение сжатым воздухом исправных контуров.

Рабочая тормозная система должна действовать с заданной эффективностью при первом нажатии на педаль тормоза.

Критериями оценки эффективности рабочей тормозной системы в соответствии с ГОСТ 22895-77 являются величина тормозного пути, величина установившегося замедления и время срабатывания. Для транспортных средств, находящихся в эксплуатации, критерий оценки эффективности рабочей тормозной системы установлены ГОСТ 25478-91. При этом для полностью груженого автомобиля нормируется только величина тормозного пути, а для снаряженного автомобиля - величина тормозного пути и установившегося замедления. И тот и другой стандарт для каждой категории транспортных средств устанавливает свои численные значения нормируемых показателей, а также задает величины начальной скорости торможения и усилия на педаль тормоза.

1.5 Анализ конструкций тормозных механизмов автомобиля КАМАЗ-53212

На двух колесах передней оси автомобиля КАМАЗ-53212 установлены
одинаковые тормозные механизмы.

Характеристики тормозного механизма - барабанного типа с двумя
тормозными колодками и S-образным разжимным устройством.

Тормозной механизм состоит: тормозной барабан, две тормозные
колодки, стяжные пружины, суппорт, две эксцентриковые оси, два ролика, кулак разнесенного механизма, рычаг.

1. Высокая стабильность действия и уравновешенность.

Требование выполняется частично, статическая характеристика данного тормозного механизма показана на рисунке 2, она не линейна, что свидетельствует о недостаточной стабильности. При повышении коэффициента трения тормозная эффективность резко возрастает, что может привести к самозаклиниванию колеса и снижению сцепных свойств с дорогой. Тормозной механизм не создает дополнительных нагрузок на подшипники колеса, то есть он уравновешен. Коэффициент эффективности Кэ=0.8, что не достаточно для автомобиля КАМАЗ-53212.

2. Обеспечивать установленную эффективность торможения без регулировки зазоров после нагрева тормозного механизма при допустимой степени износа. Требования выполняются частично, за счет установки первоначального зазора между тормозным барабаном и тормозной накладкой с помощью регулировочного рычага и эксцентриковых пальцев. В ходе эксплуатации тормозной механизм требует регулировки зазора между тормозным барабаном и тормозной накладкой.

Рисунок 1.2 Схема тормозного механизма с равным перемещением колодок и его статическая характеристика

3. Иметь большую энергоемкость на единицу массы.

4. Энергоемкость данного тормозного механизма достаточна для обеспечения торможения автомобиля с заданной эффективностью.

5. Простота и долговечность конструкции.

Конструкция данного тормозного механизма достаточно проста, для эксплуатации. Долговечность достигается за счет конструкционных материалов.

6. Гарантированная прочность тормозных механизмов.

Обеспечивается применением конструкционных материалов и технологий их изготовления. В данном тормозном механизме применяются следующие материалы: тормозной барабан - чугунный, тормозные колодки - штампованные, из листовой стали, с ребрами жесткости, пружины - стальные, тормозные накладки - асбестовые, разжимной кулак - стальной.

7. Удобство осмотра, регулирование и замена трущихся элементов и легкость технического обслуживания,

Требования выполняются частично, так как регулировка тормозного механизма требует больших трудозатрат и времени, а замена трущихся элементов требует полной разборки тормозного механизма, что связанно с большими трудозатратами и большим временем.

8. Температура поверхности трения в процессе работы не должна превышать предельно установленную для устройства данного типа при данном фрикционном материале.

Требования выполняются частично за счет применения асбестовых тормозных накладок, имеющих большую теплостойкость применение чугунного тормозного барабана с большой теплопроводностью, но т. к. тормозные колодки расположены внутри тормозного барабана, то присутствует нагрев всего тормозного механизма.

9. Отсутствие скрипа при торможении.

Требование не выполняются при работе тормозного механизма возникают посторонние шумы и скрипы.

10. Минимальные габариты и масса.

Требования выполняются частично, габариты тормозного механизма вписываются в колесо автомобиля, а масса довольно большая из-за применения конструкционных материалов (тормозной барабан выполнен из чугуна.)

11. Общетехнические требования. Ремонтопригодность - при ремонте и замене тормозных накладок производится, полная разборка тормозного механизма, может производиться расточка тормозного барабана и перезаклепка тормозных накладок.

Надежность -- данный тормозной механизм надежен за счет своей простоты и применяемых конструкционных материалов.

Основываясь на анализе тормозного механизма автомобиля КАМАЗ - 53212 можно сделать вывод, что применяемый тормозной механизм в основном удовлетворяет предъявляемым требованиям, но имеет ряд недостатков:

а) Установленные тормозные механизмы склонны к заклиниванию;

б) Необходимы эксплуатационные регулировки;

в) Высокий уровень шума при работе;

г) Требует относительно больших трудозатрат при техническом
обслуживании, текущем ремонте и при регулировках.

Для сравнения рассмотрим достоинства дисковых тормозных механизмов сухого трения:

1) Высокая стабильность и плавность действия при изменении условий трения (благодаря отсутствию эффекта самоусиления), что способствует сохранению устойчивого движения при торможении,

2) Незначительное изменение эффективности при нагреве тормозного механизма.

3) Равномерное распределение тормозных сил, по площади трения в различных дорожных условиях, что позволяет применять в них фрикционные материалы с более высоким коэффициентом трения.

4) Дисковые тормозные механизмы имеют лучшую способность к охлаждению, за счет распределения тепла тормозным диском.

5) Обладают меньшей чувствительностью к попавшей на накладки воды, пыли масла, за счет увеличенного давления на тормозные накладки в 3 - 4раза.

6) Меньшая масса и размеры по сравнению с барабанными тормозными механизмами.

7) Бесшумность при работе.

8) Небольшие трудозатраты при выполнении технического обслуживания.

9) Высокое быстродействие, из-за малых зазоров между тормозными накладками и тормозным диском (0.05....0.1 мм).

10) Наличие такого недостатка как небольшой создаваемый тормозной момент из-за малой площади трения, может быть компенсирован созданием достаточно большой силы прижатия поверхностей трения.

1.6 Направление совершенствования тормозных механизмов

Барабанный тормозной механизм - это фрикционный механизм, в котором используется трение неподвижных элементов о внутренние или наружные поверхности цилиндра.

Тормоза с внутренним расположением колодок нашли широкое применение в автомобилях, колесных тракторах, электро-тягачах и прицепных тракторных средствах, где они хорошо вписываются колесное пространство. Тормоз состоит из барабана, закрепленного внутри колеса на вращающийся его части или на ведущей оси транспортного средства, тормозного щита, жестко связанного с шасси автомобиля и несущие тормозные колодки с фрикционными накладками приводного устройства, размещенного на тормозном щите и взаимодействующего с колодками устройства для регулировки зазора между фрикционными накладками и барабаном.

Две тормозные колодки, закреплены на тормозном щите и имеют одну или две степени свободы, под действием одного или двух приводных устройств, выполняемых в виде гидроцилиндров, поворотных кулаков, выдвижных клиньев, прижимаются к внутренним поверхностям трения барабана и создают силы трения барабана и тормозной момент на колесо.

Ленточные барабанные тормозные механизмы применяются как трансмиссионные для стояночной тормозной системы автомобиля МАЗ, БелАЗ. Ленточные барабанные тормозные механизмы применяются на гусеничных машинах в качестве тормозов поворота и остановок. Существуют несколько типов барабанных тормозных механизмов.



1.7 Барабанный тормозной механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор

Применяются на задних осях автомобиля ГАЗ-24, УАЗ-452, ГАЗ-66, схема показана на рисунке 3. В этих тормозных механизмах две колодки нижними концами установлены на эксцентриках опорных пальцев, закрепленных на тормозном щите и снабженных накладкой от проворачивания. Верхние концы колодок, стягиваются пружиной, прижимаются к опорным штифтам двух поршней с уплотнительными кольцами двухстороннего рабочего цилиндра, закрытого с обоих сторон резиновыми чехлами, который закреплен на тормозном щите, В боковом направлении каждая колодка фиксируется пружиной, установленной на тормозном щите. Каждый поршень рабочего гидроцилиндра тормоза снабжен устройством для автоматического регулирования зазора между барабаном и фрикционной накладкой, которая представляет собой пружинное кольцо. При увеличении зазора, вследствие изнашивания фрикционной накладки, поршень при очередном торможении перемещается на величину большую, чем зазор, подтягивая за собой пружинное кольцо, и таким образом восстанавливает номинальный устойчивый зазор, компенсируя износ накладки. Так же существует периодичная ручная регулировка зазора между фрикционной накладкой и барабаном, выполняемая с помощью эксцентриков, закрепленной на тормозном щите. Тормозные механизмы, выполненные по данной схеме, имеют одну прижимную и одну отжимную колодки, получили довольно широкое распространение из-за простоты конструкции, и ее малой стоимости, высокого коэффициента эффективности, реверсивности механизма. Однако при равных тормозных силах, тормозной момент прижимной колодки в два три раза больше тормозного момента отжимной колодки, как следствие больше энергонагруженности и износ прижимной фрикционной накладки. Поэтому на основании опыта эксплуатации для обеспечения большего срока службы накладок, увеличивают толщину фрикционной накладки прижимной накладки, уменьшают толщину или площадь (путем уменьшения длины) фрикционной накладки отжимной колодки или применяют гидроцилиндр с двумя разными по диаметру поршнями.

Тормозной механизм с равными приводными силами и односторонним расположением опор имеют достаточно высокий коэффициент эффективности, который равен Кэ=0.8.

Тормозная эффективность одинакова не зависимо от направления движения, то есть тормозной механизм реверсивен.

Статическая характеристика показана на рисунке 3, она не линейна, что свидетельствует о недостаточной стабильности тормозного механизма. Силы, действующие на колодки, не равны и они оказывают дополнительную нагрузку на ступицу колеса, тормозной механизм не уравновешен.

1.8 Барабанный тормозной механизм с равными тормозными силами и разнесенными опорами

Применяются такие тормозные механизмы на передних осях автомобилей ГАЗ-24, УАЗ-452, ГАЗ-66. Схема показана на рисунке 4.

В этих тормозах каждая колодка одним концом устанавливается шарнирно на латунном регулировочном устройстве опорного пальца, закрепленного на тормозном щите. Другой конец каждой колодки под действием стяжной пружины упирается в опорный штифт поршня отдельного цилиндра одностороннего действия, который прикреплен к тормозному щиту. Гидроцилиндры соединены между собой трубкой, к верхнему присоединена тормозная магистраль. Способ для саморегулирования и устройство для автоматического регулирования зазоров между фрикционными накладками и барабаном и способ фиксации опорных пальцев относительно эксцентриков аналогичны тормозным механизмам, рассмотренным в пункте 1.5.2.

Тормоза, выполненные по данной схеме имеют две прижимные колодки (при вращении барабана вперед) и две отжимные колодки (при вращении барабана назад), таким образом, механизм не реверсивный, у тормозного механизма отсутствуют силы, нагружающие опорно-приводную систему, то есть механизм уравновешен, равенство тормозных моментов на обоих накладках, их одинаковая энергонагруженность и износ, высокий коэффициент эффективности (Кэ = 1.08). Однако из-за наличия двух гидроцилиндров стоимость их несколько возрастает, при работе чаще возникает вибрация и писк, во время движения транспортного средства снижается коэффициент эффективности. Статическая характеристика тормозного механизма с равными приводными силами и разнесенными опорами показан на рисунке 4, она не линейна, поэтому его стабильность недостаточна.

Рисунок 1.3 Схема тормозного механизма с равными приводными силами и односторонним расположением опор и его характеристиками

Рисунок 1.4 Схема тормозного механизма с равными приводными силами и разнесенными опорами и его статистическая характеристика

1.9 Барабанный тормозной механизм с плавающими опорами (сервотормоз)

Применяется в качестве стояночного тормоза ГАЗ-66, ГАЗ-53 А, схема показана на рисунке 1.5. В данном тормозном механизме литой чугунный барабан закреплен на фланце карданного вала коробки передач. Тормозные колодки с фрикционными накладками притянуты каждая двумя пружинами и механизмами разжима и регулировки зазоров. Нижние концы колодок через пальцы опираются на конический плавающий сухарь регулировочного винта механизма регулирования зазоров, корпус которого закреплен на тормозном щите. Верхние концы колодок через пальцы опираются на шарики, размещенные в разжимном штоке, который смонтирован в корпусе разжимного механизма,

При затормаживании, приводной рычаг через разжимное устройство воздействует на верхние концы колодок. При этом к барабану в начале прижимается колодка, имеющая пружины меньшей жесткости, которая вследствие трения между барабаном и фрикционной накладкой смещается по направлению вращения и через плавающий сухарь передает дополнительное усилие на отжимную колодку, способствуя более сильному ее прижатию к тормозному барабану и повышает эффективность тормоза в целом. Зазоры регулируются с помощью регулировочного устройства. Тормозные механизмы данной схемы обладают большим коэффициентом усиления, большим коэффициентом эффективности.

Однако эти тормозные механизмы нестабильны в работе, не уравновешенны и нереверсивные.

Рисунок 1.5 Схема сервотормоза и его статистическая характеристика

1.10 Барабанный тормозной механизм с равным перемещением колодок (с фиксированным разжимным кулаком)

Применяются на автомобилях КАМАЗ, МАЗ, ЗИЛ, схема показана на рисунке 1.3. В тормозном механизме, внутри литого барабана, расположены две колодки стянутыми пружинами. Одним концом каждая колодка опирается на эксцентриковый палец; другой конец колодки снабжен роликом и прижат к разжимному профилированному, имеющему спиральные поверхности кулаку.

Пальцы и разжимной кулак смонтированы на тормозном щите, закрепленном на балке фланца моста. Вал разжимного кулака установлен в тормозном щите на антифрикционных втулках, через насаженный на его шлицевой конец рычага, связан со штоком тормозной камеры. Колодки литые, чугунные, с прикрепленными к ним профилированными фрикционными накладками, с наибольшей толщиной в средней части колодки. В период эксплуатации зазор между фрикционными накладками и тормозным барабаном регулируется с помощью регулировочного устройства, а при замене накладок дополнительно поворотом эксцентриковых осей.

Тормоза по этой схеме имеют одну прижимную и одну отжимную колодки (свободно опирающихся на оси) и приводимые в действие фиксированным разжимным кулаком. Широкое распространение тормозные механизмы получили, потому что благодаря высокой стабильности в работе, есть возможность создавать значительные приводные усилия при малых габаритах внутрибарабанного разжимного механизма, отсутствия дополнительных нагрузок на подшипники колеса, равенство тормозных моментов при движении вперед и назад. Колодки тормозов данной схемы имеют равные перемещения, определяемые формой разжимного кулака, вследствие чего равны тормозные моменты, создаваемые обеими колодками, равенство энергонагруженности и интенсивности изнашивания фрикционных накладок.

Вывод: К недостаткам тормозных механизмов с равными перемещениями колодок (с фиксированным тормозным кулаком) относится низкий КПД (0.6-0.8) их раздвижных устройств, повышается трудоемкость технического обслуживания, нагруженность опорно-приводной системе.

.

Рисунок 1.6 Барабанный тормозной механизм с равным перемещением колодок (с фиксированным тормозным кулаком), и его характеристика



2. Обоснование применения дисковых тормозных механизмов

2.1 Дисковые тормозные механизмы

Дисковые тормозные механизмы - это фрикционные тормозные механизмы, в которых используются трение неподвижных элементов о плоские поверхности вращающегося диска.

Общий вид дискового тормозного механизма показан на рисунке В. В основном дисковые тормозные механизмы применяются на легковых автомобилях. На грузовых автомобилях дисковые тормозные механизмы в нашей стране серийно почти (КАМАЗ-4308, 09 ) не применяются из-за недостаточной эффективности и большой теплонапряженности, но, несмотря на это многие зарубежные фирмы, производители тормозных механизмов такие как «VOLVO», «MERSEDES», сейчас интенсивно разрабатывают дисковые тормозные механизмы для грузовых автомобилей.

Дисковые тормозные механизмы подразделяются на: тормозные механизмы с односторонним приложением замыкающего усилия; двухсторонним приложением замыкающего усилия. Дисковые тормозные механизмы колодочного типа выполнены: стопорными, комбинированными и смешанными.

По степени защищенности дисковые тормозные механизмы подразделяют на открытые и закрытые.

По конструкции диска на тормозные механизмы: со сплошным тормозным диском и с вентилируемым тормозным диском.

По количеству дисков: однодисковые и многодисковые.

В большинстве случаев в конструкции дисковых тормозных механизмов используют устройства для автоматической компенсации износа фрикционных накладок. Крепление тормозных колодок может шарнирное или на жестких направляющих.

Рисунок 2.1 Дисковый тормоз

2.2 Применение дисковых тормозных механизмов их преимущества и недостатки

Ведущие мировые фирмы - производители грузовых автомобилей уже с начала 80-х годов устанавливали дисковые тормозные механизмы на передние, а иногда на задние колеса автомобилей малой и средней грузоподъемности, Такой переход от традиционных к дисковым тормозным механизмам объясняется рядом преимуществ последних. К ним можно отнести: способность воспринимать перегрузки; высокая степень уравновешенности; малое время срабатывания и растормаживания.

Дисковые тормозные механизмы значительно легче барабанных. Например тормоз серии IV фирмы ДВА (Франция), более чем на 20 % легче барабанного; его полная масса (с цилиндром о 58 мм, который установлен на автомобилях полной массы 6-7.5 тонн) составляет 25.5 кг., а барабанного эквивалента 29.2 кг. Дисковые тормозные механизмы фирмы «Келси- Хейес (США), установленные на автомобиле К120 СОЕ 4X4 фирмы «Кенворд» (США), снижают его массу примерно на 45 кг. Дисковый тормозной механизм фирмы «VOLVO», установленный на автомобилях фирмы «Рено» уменьшают величину их неподрессоренных масс на 55 кг.

Существенным преимуществом дисковых тормозов является их лучшая тепловая характеристика и простота технического обслуживания.

Например у тормозных механизмов фирмы «Бендикс» (США) предназначенных для грузовых автомобилей полной массы 11-14 тонн (по классу равным семейству «УРАЛ»), теплоотдача в два раза больше, чем у барабана, а допустимая температура составляет 970° К (для барабана 620° К).

Сравнительные испытания грузовых автомобилей с передними дисковыми тормозными механизмами фирмы «ДВА» и со всеми барабанными тормозами показали, что несмотря на температуру поверхности трения диска, равную 770 К (против 570 К у барабана), эффект первых в конце спуска с горы уменьшается на 25 %, тогда как у вторых на 75%.

Дисковые тормозные механизмы отличаются гораздо большей стабильностью тормозного механизма при нагреве поверхности трения по сравнению с барабанным тормозным механизмом. Применение дисковых тормозных механизмов создает лучший тепловой режим для шин (происходит более интенсивная циркуляция воздуха в объеме колеса и нет горячего барабана в близи бортов шины, как у барабанного тормоза). Так, при температуре поверхности трения диска, равной 810 К, температура у стенки борта шины составила 330 К, а у наружной поверхности обода 370 К ( у барабанного соответственно 850 К, 440 К и 520 К).

Указанное преимущество позволяет увеличить пробег шин, так как температура борта шины, а значит и внутреннее давление у шин, работающих с дисковым тормозом, будут меньше.

Кроме того, дисковый тормозной механизм в определенной степени лишен таких недостатков как: нестабильность по температуре из-за серводействия (в виду отсутствия самоусиления), недостаточного охлаждения узла, малого зазора между барабана и ободом колеса; конусная деформация барабаном, ведущая к неравномерному износу накладок; местные перегревы рабочей поверхности, что является причиной появления трещин; сложное техническое обслуживание, особенно замена колодок.

К недостаткам дисковых тормозным механизмов можно отнести применение дорогостоящих высококачественных материалов для тормозных накладок. Такие материалы уже созданы. Это металлокерамические полимеры фрикционных накладок, не содержащих в своем составе токсичный асбест.

2.3 Дисковые тормозные механизмы с двухсторонним приложением нажимного усилия

Усилие прижатия фрикционной накладки к тормозному механизму создается двухприводным механизмом, размещенном в силовой скобе по одной оси и диаметрально противоположно по отношению к диску. Схема дискового тормозного механизма с двухсторонним приложением замыкающего усилия показана на рисунке 2.2. Магистрали прижимных механизмов соединены с общей магистралью, что обеспечивает автоматическое выравнивание усилий прижатия фрикционных накладок к диску. Силовая скоба жестко закреплена на неподвижных частях механизма, а тормозной диск жестко закреплен на тормозном валу. Тормозные колодки перемещаются в корпусе скобы в направляющих пазах или вдоль направляющих пальцев, что исключает поворот колодок относительно поверхности трения диска в процессе торможения. Тормоза этого типа отличаются повышенной долговечностью и простотой конструкции, что обеспечивает их широкое применение на транспортных средствах. Дисковый тормоз имеет ряд преимуществ: меньшую массу, большую энергоемкость (за счет лучшего охлаждения), повышенную стабильность характеристик. Статическая характеристика дисковых тормозных механизмов показана на рисунке 2.3.

Однако исследования выявили и специфические особенности дискового тормоза, устранение которых представляет серьезные трудности, особенно с пневмоприводом. К основным из этих недостатков относится меньшая площадь контакта и более высокие нормативные давления, что предъявляет повышенные требования к фрикционным материалам; отсутствие серводействия, вследствие чего приходится увеличивать приводные усилия или повышать передаточное число приводного механизма, сложность механического привода для стояночной тормозной системы.

Рисунок 2.2 Схема дискового тормозного механизма с двухсторонним приложением замыкающего усилия

Рисунок 2.3 Статистическая характеристика дискового тормозного механизма



2.4 Дисковые тормозные механизмы с односторонним приложения нажимного усилия

Схемы дисковых тормозных механизмов с односторонним приложением замыкающего усилия неподвижной и подвижной скобой показаны на рисунках 2.2 и 2.3. Скоба рассматриваемых тормозов может быть подвижной и неподвижной в осевом направлении.

В процессе замыкания тормоза, вначале в контакт с тормозным диском вступает колодка, закрепленная на штоке привода. Для прижатия к тормозному диску второй колодки необходимо обеспечить относительное перемещение диска или скобы. В тормозах с неподвижной в осевом направлении скобой используется принцип относительного перемещения диска, ступица которого имеет шлицевое перемещение с тормозным валом. Из-за повышенного износа элементов шлицевого соединения диска с валом, значительного шума и вибрации тормозного диска при работе механизма, применение этого вида тормозов является не перспективным.

В тормозах с подвижной скобой в осевом направлении диск жестко закреплен на тормозном валу, а скоба может перемещаться параллельно ему и перпендикулярно поверхности трения диска или проворачиваться относительно шарнира крепления на неподвижных частях механизма.

Так же очень важно заметить, то что при нагреве характеристики дисковых тормозов довольно стабильны; температурная стойкость выше; в частности из-за того, что диски лучше охлаждаются.

Так применение вентилируемых дисков позволяет справиться с большой нагрузкой, что соответственно повысило их применение на грузовиках полной массы свыше 12 тонн и автобусах свыше 5 тонн.

Исходя из всего выше сказанного, целесообразно применить дисковый тормозной механизм с двухсторонним приложением замыкающего усилия, плавающей скобой и вентилируемым тормозным диском на автомобиле КАМАЗ - 53212.

Рисунок 2.4 Схема дискового тормозного механизма с односторонним приложением замыкающего усилия и плавающей скобой

Рисунок 2.5 Схема дискового тормозного механизма с односторонним наложением замыкающего усилия и неподвижной скобой

2.5 Пневматический тормозной привод

Несмотря на имеющиеся недостатки, создание дисковых тормозных механизмов для грузовых автомобилей с пневмоприводом является актуальной задачей и решением занимаются такие фирмы как «Рено», «ВОЛЬВО» и другие. В нашей стране эти работы ведутся в МАМИ, ХАДИ.

В настоящее время на вновь выпускаемых военных и народнохозяйственных автомобилях применяются в основном, многоконтурные пневмоприводы тормозов автомобиля с двухпроводной (комбинированной) схемой привода тормозов прицепа. Такая схема и применяется на автомобиле КАМАЗ-53212. Схема тормозного привода показана на рисунке 2.6.

Такой тормозной привод КАМАЗ- 53212 имеет пять независимых контуров: привода тормозных механизмов передних колес; контур привода тормозных механизмов задних колес; контур привода стояночной тормозной системы; контур привода тормоза замедлителя и питание других потребителей сжатого воздуха.

Для исключения неравномерного срабатывания, в контуре задней
тележки установлен ускорительный клапан. Кроме того, тормозной механизм
задней оси приводится в действие при парковке автомобиля на стояночный тормоз, за счет применения энергоаккумуляторов.

Существуют наиболее перспективные приводы такие как: пневматический тормозной привод высокого давления; быстродействующий и электропневмопривод с электронным управлением.

По сравнению с гидравлическим, пневмопривод имеет ряд преимуществ:

- возможность создания больших разжимных сил на колодках при малом усилии на педаль тормоза;

- высокая надежность;

- удобство привода тормозных систем прицепов и полуприцепов;

- отсутствие затрат на приобретение рабочего тела.

Недостатки:

- значительно большое время срабатывания (в пять десять раз больше гидравлического);

- большие габариты и масса приборов пневмопривода в сравнении с гидроприводом;

- дополнительные затраты мощности двигателя на привод компрессора.

Исходя из выше сказанного можно сделать вывод, что целесообразно оставить пневмопривод автомобиля КАМАЗ- 53212 без значительных изменений так как он имеет ряд значительных преимуществ по сравнению с гидроприводом, с применением на передних и задних колесах дисковых тормозных механизмов, что позволит улучшить его тормозные свойства при движении в тяжелых дорожных условиях и эксплуатации автомобиля в различных климатических зонах.

Рисунок 2.6 Схема тормозного привода



3. Расчет тормозного механизма

3.1 Расчет тормозной системы автомобиля КамАЗ-53212

Исходные данные:

Вес снаряженного автомобиля:

Распределение веса автомобиля:

На переднюю ось:

На заднюю ось:

Вес водителя и пассажира:

Полезная нагрузка: Q = 4000 кг

Полный вес автомобиля:

Распределение веса автомобиля:

На переднюю ось:

На заднюю ось:

Колёсная база: L = 5010 мм

Радиус качения колеса:

Высота центра тяжести:

Снаряженного автомобиля:

Автомобиля с полной нагрузкой:

Полный вес прицепа

1.Снаряженный автомобиль с водителем и пассажиром:

	(3.2)
	(3.3)
	(3.4)

Расстояние центра тяжести:

До передней оси АL0=3006 мм.

До задней оси BL0=1344 мм.

При условии полного использования сцепного веса автомобиля при торможении:

Тормозной момент на заднем колесе:

Значение моментов приведены в таблице 3.1:

Таблица 3.1

Тормозные моменты в зависимости от коэффициента сцепления с дорогой

Ф	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Мt1°, кгм	63,25	134,44	214	301	396	499	610	728
Мt2°, кгм	129	249	362	467	564	653	734	807

2.Автомобиль полной массы

Ga=19650 кг,

G1=4420 кг,

G2=15230 кг,

aL=3006 мм,

BL=1344 мм,

hq=1400 мм.

Высота центра тяжести автомобиля полной массы принимается, исходя из условия равномерного заполнения грузом всего объёма платформы.

При условии полного использования сцепного веса автомобиля при торможении имеем: Тормозной момент на переднем колесе:

Тормозной момент на заднем колесе:

Значение моментов приведены в таблице 7.

Таблица 3.2

Тормозные моменты в зависимости от коэффициента сцепления с дорогой

Ф	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8
Мф1, кгм	65	143	233	336	451	578	717	869
Мф2, кгм	126	240	341	430	507	571	624	663



3.2 Расчет геометрических параметров дискового тормозного механизма

3.2.1 Выбор материалов изготовления диска и фрикционной накладки, и их параметров

В настоящее время наибольшее распространение получили три основных типа тормозных дисков:

1.Сплошной тормозной диск с креплением по внутреннему диаметру;

2.Сплошной тормозной диск с креплением по внешнему диаметру;

3. Вентилируемый диск с креплением по внутреннему диаметру.

В дисково-колодочных тормозах применяют сплошные несамовентилируемые и самовентилируемые диски с развитой системой вентиляционных каналов в их теле между поверхностями трения. Использование радиальных вентиляционных каналов позволяет снизить температуру рабочей зоны пары трения на 30 % и более. Воздух забирается через отверстия 4.

В соответствии с рисунком 3.1, в ступице 2 или в основании диска 1. Он всасывается внутрь вентиляционных каналов 3 и проходит через них, выбрасывается, наружу охлаждая диск 1.

Подбором радиального сечения каналов можно повысить теплоотдачу в различных точках диска на 9-50 %. Для обеспечения максимальной теплоотдачи рекомендуется снабжать диск радиальными каналами, расположенными по его образующей с постоянным шагом Коэффициент теплоотдачи диска с криволинейными, например спиральными вентиляционными отверстиями, вдвое больше, чем сплошного. При средних частотах вращения диска со спиральными каналами на последние приходится до 30% суммарной теплоотдачи, а при высоких частотах вращения до 60%. Для создание турбулентного воздушного потока в вентиляционных каналах их стенки выполняют криволинейными, а сами каналы пересекаются, образуя участки местных сопротивлений воздушных потоков.

Для повышения эффективности самовентиляции диска при его реверсивном вращении, вентиляционные каналы образуют двумя группами криволинейных ребер. Одна, из которых эффективна при вращении диска по часовой стрелке, а другая при вращении в противоположном направлении.

Работоспособность и долговечность фрикционной пары тормоза во многом зависит от материала элемента сопряженного с фрикционной накладкой. В качестве материала тормозного диска применяют преимущественно сталь и чугун. Так как дисковые тормозные механизмы на автомобиле сухого трения, то наиболее полно этому условию отвечают легированные чугуны. Лучшими фрикционными свойствами обладают легированные чугуны перлитного состава, имеющие перлитно-графитовую структуру. Максимальную износостойкость имеют чугуны содержащиие:

а) углерода от 2,8до 3,1 %,

б) фосфора от 0,7 до 0,9 %,

в)марганца от 1,6 до 1,9 %,

г) кремния от 1,4 до 2,1 %,

д) серы не более 0,1 %,

Поэтому целесообразно применить тормозной диск из легированного чугуна, вентилируемый.

Конструктивно выберем тормозной диск с толщиной обода 12 мм, общей толщиной 40 мм, числом каналов вентиляции 40 штук, наружным радиусом 200 мм, весом 21 кг.

Из-за запрета санитарных служб на использование асбеста в изделиях и товарах народного хозяйства, связанных с установленной на него концерогенностью, предлагаю на автомобиле KAMA3-53212 использовать безасбестовые фрикционные материалы на основе минеральных волокон.

Рисунок 3.1 Вентилируемый тормозной диск

Так искусственные минеральные волокна получают методом раздува струи доменного шлака вытекающей из печи - вагранки, и имеют плотность 2474 кг/м³, длину от 4,1 до 8,2 мм; диаметр 9,1 мкм. Модуль упругости и прочности при растяжении 733·10³ и 751,7·10³ мН/м² волокон полученных из доменного шлака. Для асбеста эти показатели составляют 160x10³ и от 1100·10³ до 1400х10³ мН/м² соответственно.

Хотя прочностные показатели искусственных минеральных волокон уступают асбесту, тем не менее они на порядок выше фенольных смол и могут их упрочнять до необходимых прочностных характеристик фрикционных материалов.

Приготовление прессматериалов включает:

1. дозирование фенол фтолииновой смолы и пропитку наполнителя

2. вальцевание массы (измельчение и просеивание)

3. горячее прессование при температуре 175° С, удельном давлении прессования 45 мПа и две минуты выдержки на 1 мм толщины.

Состав композиции фрикционного назначения:

1. искусственные минеральные волокна

2. фенол формальдегидные смолы- 50%;

3. бронзовая стружка-10%;

4. каучук СКН-5%.

Свойства фрикционного материала по сравнению с асбестом содержащим приведены в таблице 8.

Из таблицы видно, что композиции на основе искусственных минеральных волокон имеют малый износ, высокую прочность.

Доведение до требуемых показателей фрикционных свойств и водопоглащения может быть достигнуто введением барита (фрикционной добавки) и повышением давления прессования.

Крепление фрикционного состава на основе искусственных минеральных волокон к тормозной колодке будет осуществляться приклеиванием, клеем ВК-2. Характеристика клея ВК-2 приведена в таблице 3.4.

Приклеивание накладок позволяет повысить срок службы фрикционной пары на 30 %, так как накладка может быть изношена до остаточной толщины 1-2 миллиметра. Перед приклеиванием поверхность колодки необходимо подвергнуть гидропескоструйной или дробеструйной обработке и обезжирить. После нанесения клея, колодку в специальном зажиме помещают в нагревательную печь, где при определенной обработке происходит отвердение клея. Давление при склеивании для различных клеев от 5 до 150 мПа.

Таблица 3.3

Свойства фрикционных материалов

Свойства	Базовая марка Ф6-337-67	Безасбестовая композиция
Предел прочности при сжатии, мПа	63,3	154,0
Коэффициент трения	0,33	0,30
Износостойкость, %	23,2	7,05
Ударная вязкость, кДж/м	12,3	11,3
Водопоглащение за 24 часа, %	1,43	1,83
Плотность, кг/м	2440	2075



Таблица 3.4

Характеристика клея ВК-2

Область применения	Условия склеивания	Показатели клеевого шва
	Температура, С°	Время выдержки, ч	Рабочая температура, С°	Прочность, мПа
				При сдвиге	При отрыве
Склеивание стали, стеклопластиков и керамики	240-275	3	1000	15-25	22

3.2.2 Определение прижимной силы

Прижимную силу определим по формуле:

где, Mt1 - тормозной момент, возникающий на колесе передней оси, его берем из таблицы, так как зависимость ц от µ прямопропорциональна, что видно из графика статистической характеристики дискового тормозного механизма рисунок 2.3, поэтому Мт, принимают равный 8690 Нм;

µ - коэффициент трения зависящий от материала накладки, смотри таблицу 3.3 свойства фрикционных материалов, µ =0.3;

г_ср- средний радиус поверхности трения накладки, г_ср =0,155 м;

Подставим значения, найдем прижимную силу:

Р=8690 /(2 х 0,3 х 0,155) =79900 Н;

3.2.3 Расчет площади тормозной накладки

Площадь трения накладки определяется по формуле:

где, А_н - площадь накладки, м²

р - постоянная, р=3,14

ц - центральный угол образуемый сторонами сектора накладки, ц =90°;

R_н- наружный радиус диска, м; R_в- внутренний радиус диска, м;

Подставим числовые значения в формулу:

А_н = (3,14·90 /360)·(0,200²- 0,120²) = 0,20 м².

? Ан - суммарная площадь тормозных накладок, так как на одно колесо устанавливают две тормозные накладки, то на ось устанавливают четыре тормозные накладки, их суммарная площадь равна:

? Ан = 4·0,20= 0,80 м².

3.2.4 Расчет удельной нагрузки на тормозные накладки передней оси КАМАЗ-53212

Удельная нагрузка находится из выражения:

P_наг=P/?Aн

Ан - суммарная площадь тормозных накладок, ?Ан=0,80.

Получаем, что удельная нагрузка на тормозные накладки передней оси автомобиля KAMA3-53212 равна:

Р_наг= 99677,4 / 0,80 = 124597 Н/м².



3.2.5 Расчет удельной силы трения

Удельная работа силы трения рассчитывается из выражения:

L тр = Ек/?Ан

где, Ek- кинетическая энергия, приходящаяся на переднюю ось автомобиля при максимальной скорости торможения;

?Ан - суммарная площадь тормозных накладок считая, что кинетическая энергия полностью поглощается тормозными механизмами, рассчитаем её:

Е_к=(m_alxV²)/2,

где mаl- масса приходящаяся на переднюю ось автомобиля, mа1=4420кг;

V - максимальная скорость автомобиля, V = 100 км/ч = 27.777 м/с;

Ek=(4420·27,777²)/2=1705247 Дж.

Найдем числовое значение удельной работы трения:

L тр = 1705247 / 0,80 = 2131559 Дж/м².

От удельной работы зависит износ и нагрев элементов тормозного механизма, тормозного диска и тормозных накладок. Для уменьшения удельной работы необходимо увеличить площадь тормозных накладок, установить вентилируемый диск. При этом увеличение поверхности охлаждения благоприятно сказывается на режиме торможения.



3.2.6 Расчет нагрева тормозного диска за одно торможение

Рассчитаем нагрев тормозного диска за одно экстренное торможение при скорости 100 км/ч:

Т_д=Еk/(2mдc);

где Ек - кинетическая энергия автомобиля, при максимальной скорости торможения считая, что она полностью поглощается тормозным диском, Дж;

тд - масса тормозного диска, принята конструктивно, тд= 21 кг;

mд - масса тормозного диска, принята конструктивно, mд=21 кг;

с - удельная теплоемкость чугуна, Дж / (кг·с); с = 481,5 Дж / (кг·с).

Найдем числовое значение нагрева тормозного диска за одно экстренное торможение:

Т_д = 1705247 /( 2·21·481,5 )= 84С°.

Согласно ГОСТ 22895-77 года, автомобили, относящиеся к категории N₃, эффективность тормозов проверяют с начальной скоростью равной 40 км/ч.

При движении со скоростью равной 40 км /ч кинетическая энергия будет равна:

Е_к = ( 4420·11,11²) / 2= 272839,5 Дж.

Рассчитаем нагрев диска за одно торможение при V = 40 км / ч:

Т_д = 272839,5 / ( 2·21·481.5)= 13,5 С⁰.

Из расчета видно, что нагрев диска за одно торможение не превышает [T_а]= 20 С°.

3.2.7 Расчет геометрических размеров тормозной накладки

Рассчитаем длину тормозной накладки:

L=(р·x·R_cpx·ц)/180,

где ц - центральный тормозной угол, ц= 90°;

R_ср - средний радиус накладки, R_ср= 0,155 м;

р - постоянная, р=3,14;

L=(3,14·0,155 ·90)/180= 0,244 м,

Рассчитаем ширину тормозной накладки:

B=Aн/L

...