Разработка дисковых тормозных механизмов для автомобиля КамАЗ-53212

где А_н - площадь тормозной накладки, А_н = 0,20 м;

L - длина тормозной накладки, L = 0,244 м;

В = 0.20/0.244 = 0,0488 м;

а- кольцевой сектор; б- прямоугольный сектор; в- круглая вставка; г- овальная вставка.

Рисунок 3.2 Формы фрикционных накладок

3.3 Расчет деталей тормозного механизма и пневмопривода на прочность

3.3.1 Проверочный расчет на срез болтов крепления тормозного диска к ступице колеса

Крепление тормозного диска к ступице осуществляется с помощью четырех болтов диаметром 12 мм изготовленных из стали марки СТ-5, должны отвечать условию:

ф_с=(4·F1)/(р·D²)<[ф],

где ф_с - расчетное напряжения среза болта, мПа;

[ф] - Допустимое напряжение на срез болта, мПа;

F1- сила приходящаяся на один болт, Н;

D - диаметр стержня в опасном сечении, мм.

Найдем силы среза приходящихся на один болт:

F1=F/Z

где F - сила возникающая в результате тормозного момента, в тормозно механизме;

Z - число болтов соединения.

F=Mф1/R_э; (3.19)

uде Mф1 - тормозной момент, возникающий в одном тормозном механизме передней оси, Mф1=8690 Н·м.

R_э- эффективный радиус торможения находим по формуле:

Rcp=(Rн+Rв)/2, (3.20)

где Rн- наружный радиус диска, Rн=0,200 м;

Rв - внутренний радиус диска, Rв= 0,120 м;

Rcp=(0.200+0.120)/2= 0.160 м.

Найдем эффективный радиус торможения, где л - коэффициент, зависящий от отношения p = Rв/Rн=0,120/0,200=0.6 соответственно л принимаем равным 1,021; в - коэффициент зависящий от центрального угла ц=90°, принимаем в=0,801;

R_э=0,160·( 1,021 /0,891)=0,183.

Найдем силу возникающую в тормозном механизме в результате действия тормозного момента:

F =8690/0,183= 47486,3 H,

Найдем силу среза приходящуюся на один болт:

Fl= 47486,3/4=11871,6 Н.

Подставив значения, найдем расчетное напряжение болта на срез:

ф = (4· 11871,6)/(3.14х18²)=46,6МПа.

Сравним полученное значение с допустимым, допустимое [ф] для стали

СТ-5 = 100 МПа, то есть [11];

ф _с =50 мПа <[ ф]=100 Мпа.

Условие выполняется, таким образом, болты крепления тормозного диска к ступице колеса отвечают предъявляемым требованиям.

3.4 Расчет деталей пневмопривода

Посредством рычага пневмопривода происходит передача прижимного усилия от пневмокамеры к тормозному механизму.

Принимаю: материал рычага СТ 15; длина 60 мм; ширина h - 20 мм; толщина b -- 18 мм.

Определим усилие создаваемое в пневмокамеры.

Конструкция и схема эпюры нагружения рычага изображены на рисунке 17. 1.Составим уравнение суммы моментов:

?M_a=Pкам·l₂-P_приж·l₁=0; (3.21)

Отсюда найдем усилие передаваемое штоком пневокамеры:

Ркам =( Рприж· l1) /12 (3.22)

Подставим значения в выражение 3.2.2:

Р_кам = (79900·30) / 60 = 39950 Н.

Проверим рычаг на изгиб:

G_max = M/W, (3.23)

где W - момент сопротивления при изгибе.

Рисунок 3.3 Рычаг

Gmax=(Pкам·l2·6)/(b·h2), (3.24)

где P_кам -усилие передаваемое штоком камер, Н;

l₂ - длина рычага, l₂= 30 мм;

b- толщина рычага, b=18 мм;

h - ширина рычага, h = 20 мм.

Подставим значения, найдем максимальное напряжение G_max:

Gmax=(39950 ·30 ·6) /(18·20²) = 998,7 МПа.

Допустимое напряжение на изгиб [Gmax] для стали из которой изготовлен рычаг 1000 МПа.

Максимальное расчетное напряжение в опасном сечении рычага меньше допустимого, следовательно удовлетворяет прочностью и своими параметрами.

Рассчитаем винтовую цилиндрическую пружину пневмопривода.

Данная пружина является возвратной в пневмоприводе и способствует возврату механизма пневмопривода в исходное состояние.

Основные параметры винтовой цилиндрической пружины с витками круглого сечения показаны на рисунке 18:

Рисунок 3.4 Возвратная пружина

Для выбора возвратной пружины необходимо определить диаметр проволоки пружины и средний диаметр.

Изготовление пружины предусматривается из пружинной стали первого класса по ГОСТ 9889-78.

Полагая, что диаметр проволоки пружины равен 4 мм, ориентируюсь на кривую графика из источника, причем допускаемое напряжение для проволоки [ф]=800 МПа по ГОСТ 140059-69.

Найдем силу, действующую на пружину при рабочей деформации по формуле:

Рр=Р/(1.1...1.3), (3.24)

где Р - максимальная осевая сила, Н

Р_р=680Н

Силу действующую на пружину при начальной деформации определяют по соотношению:

P=P_p(0,1….0,5). (3.25)

Принимаем индекс пружины С = 4, коэффициент влияния кривизны витков К=1.37.

Находим диаметр проволоки пружины по формуле:

, (3.26)

где К - коэффициент влияния кривизны витков;

С - индекс пружины; P- сила действующая на пружину, H; [ф]допустимое напряжение, мПа.

В соответствии с ГОСТ 0389-75 принимаем самое близкое значение к полученному расчетом диаметру проволоки d = 4 мм. Средний диаметр пружины находится по формуле:

D=Cx·d, (3.27)

где С - индекс пружины, мм;

d - диаметр проволоки пружины, мм.

D =4·4= 16 мм,

где D- средний диаметр, мм; d- диаметр проволоки, мм.

D_H=16 + 4 = 20 мм

Наружный диаметр определяется по формуле:

Dh= D+d, (3.28)

Выбор пружины осуществляем в соответствии с ГОСТ 13766-68. Ближе всего подходит пружина первого класса, первого разряда № 87.

Для этой пружины соответствуют значения действующей силы F₃= 670 Н; наружный диаметр D=20 мм; жесткость одного витка С1= 623.10 Н/мм; наибольший прогиб одного витка лз = 1.093 мм.

Проверим выбранную пружину по значению жесткости одного витка:

C1 =(104·x·d)/c3; (3.29)

С1=(10⁴)·4/4³ =540Н/мм.

Это значение приемлемо для рассчитываемой пружины. Жесткость пружины определяют по формуле:

Cф=(Pp - Pн)/h; (3.30)

где P_p- рабочая сила,Н;

Р„- сила действующая при начальной деформации пружины, мм;

h - рабочий ход пружины, мм;

С=(680-68)/3,4=180 Н/мм.

Определим число рабочих витков пружин по формуле.

N_B=d/C. (3.31)

Подставим значения в формулу;

Nв= 540/180-3

Рассчитаем максимальную деформацию пружины по формуле:

л=P/C, (3.32)

где Р - сила действующая на пружину, Н;

С - жесткость пружины, Н/мм.

л= 680/180 = 3.7 мм.

Из полученного значения видно, что оно приемлемо для нашего случая, так как:

лф3=л3/n; (3.33)

лф3=3,7/3=1,2 мм.

Полученное значение примерно соответствует значению выбранного образца в ГОСТ 23766 -78.

Полное число витков пружины определяется по формуле:

Ni=N+N₂. (3.34)

Где Ni - полное число витков;

N - число рабочих витков;

N2 - число опорных витков, принимается от 1.5 до 2, принимаем

N₂=2.

Ni=3+2=5.

Шаг пружины в ненагруженном состоянии находится по формуле:

t=л3+C. (3.35)

Подставляем значения и получаем:

t=12 +4=52мм.

Высота пружины определяется по формуле:

L₃= (N1 + 1-N₃)·d, (3.36)

Где N₃ - число зашлифованных витков, принимаем N₃=2;

L₃=(5 + 1-2)х4=16мм.

Высоту пружины в свободном состоянии находим по формуле:

Lo=L₃+ л3; (3.37)

Lo= 16+ 3,7 = 21,7 мм.

Длина развернутой пружины определяют по формуле:

L=3.2·xD·х·nl; (3.38)

L=3.2 х 16 х 5=256 мм

Рассчитаем выбранную пружину на прочность. Расчет винтовой цилиндрической пружины производиться по формуле:

ф=8xKxPxC/(PxC2)<[ф] (3.39)

где [ф] - допускаемое напряжение для проволоки пружины, мПа;

ф - расчетное максимальное напряжение в поперечных сечениях витков;

Р - прижимная сила, Н;

х = 8·137·680·4/(3,14·4² )=593МПа.

Принятое допускаемое напряжение соответствует [ф] =800 мПа. Отсюда:

[ф] = 800 МПа > ф =593 мПа.

Что в свою очередь удовлетворяет условию.

3.5 Расчет параметров пневмокамеры

Q=AxSaxPв. (3.40)

Для определения параметров пневмокамеры необходимо найти активную площадь, которую мы определяем из выше приведенной формулы:

S_a=AxQ/P_в, (3.41)

где S_a- активная площадь, мм²;

A=const= 1/3;

Q - осевая сила Q =Р _кам =39950 Н.

Р - давление воздуха в пневмосистеме. P_в =0,8 МПа;

Подставив значения в формулу, найдем активную площадь:

Sa=39950/(0,8·3)=16645,8 мм² =166,5 см².

Исходя из полученного значения активной площади выбираем необходимую по своим параметрам пневмокамеру 24-го типа. Согласно ОСТ, в отечественном автомобилестроении существует два вида тормозных камер: три типа фланцевых (не соответствует размерами с международными) и пять типов безфланцевых -9, 12, 16, 20 и 24. Кроме того, для автомобилей МАЗ изготавливаются безфланцевые камеры, которые по размерности не соответствуют международным. Камеры типов 10, 12 и 16 применяются на тормозных механизмах с клиновым разжимным устройством, а типов 16-36 на тормозных механизмах с кулачковым разжимом. На рисунке 19 показана конструкция безфланцевой камеры КАМАЗ, которая подходит для проектируемого дискового тормозного механизма размерами и параметрами что видно из таблицы 4 - параметры безфланцевых тормозных камер.

Таблица 3.3

Параметры тормозных камер

Тип	Активная площадь, мм2	Объём, см3	Диаметр, мм	Ход штока, мм	Применяемость на автомобилях
			Наружный	Задержки мембраны	Опорного диска	max	Рабочий	Толщина мембраны
А	58	330	146	ПО	80	45	35	4	КАЗ
12	77	430	150	126	80	45	35	4	ЛиАЗ
16	103	640	160	140	100	57	45	4	ЗИЛ
20	129	800	182	150	ПО	57	45	4	ЗИЛ
24	155	970	184	160	120	57	45	4	ЗИЛ
30	195	1310	206	182	140	64	57	4	КамАЗ
36	232	1880	235	-	-	76	64	-	-

Для тормозных камер защита от внешних загрязнений является менее критической, чем для тормозных цилиндров, так как в камерах отсутствуют трущиеся части. Однако и в камере загрязнение не желательно, так как они могут повредить мембрану. Поэтому во многих случаях отверстия под шток в крышке, которое заведомо большего диаметра с учетом криволинейного движения штока, закрывают гофрированным защитным чехлом, надевающимся на шток.

Внешний объем камеры переменен, вследствие чего находящийся в крышке атмосферный воздух при торможении и перемещении мембраны должен свободно выйти, иначе создается дополнительное вредное сопротивление. Для этого в крышке камеры выполняется несколько, обычно четыре, отверстия диаметром 4-6 мм.

Рисунок 3.5 Тормозная камера

Они расположены равномерно по окружности у фланца крышки по цилиндрической части крышки вблизи перехода в торец. Эти отверстия служат так же д ля слива попавшей во внутрь воды, так как ее замерзание в крышке может нарушать ее нормальную работу мембраны.

Из выше сказанного можно сделать вывод, что для проектируемого дискового тормозного механизма на передние и задние колеса автомобиля KAMA3-4350 по своим размерам и параметрам наиболее подходит пневмокамера устанавливаемая на автомобилях КАМАЗ, что видно из таблицы 4 и полученные при расчетах данных.



4. Военно-техническое обоснование

В результате установки дисковых тормозных механизмов на переднюю и заднюю ось автомобиля КАМАЗ - 53212, а так же замены во всех тормозных накладках асбестосодержащего фрикционного состава на тормозные накладки с фрикционным составом на основе искусственных минеральных волокон изменится периодичность технического обслуживания и регулировочных работ. Из таблицы 2 видно, что износостойкость тормозных накладок с фрикционным составом на основе минеральных волокон, в среднем в 3.29 раза больше, чем у базовых тормозных накладок с асбестосодержащим фрикционным материалом.

Это свидетельствует об увеличении срока эксплуатации тормозных накладок с фрикционным составом на основе искусственных минеральных волокон в среднем так же в 3 раза по сравнению с базовыми тормозными накладками. Таким образом, если периодичность замены базовых тормозных накладок в среднем происходила при сезонном техническом обслуживании после 4000 километров пробега, то периодичность замены тормозных накладок с фрикционным составом на основе искусственных минеральных волокон будет происходить после 16000 километров пробега. Из всего выше сказанного, можно сделать вывод о том, что при использовании нового фрикционного состава снижается трудоемкость и время проведения технического обслуживания и регулировочно-настроечных работ, замены тормозных колодок тормозного механизма.

Колодки тормозного механизма подлежат замене, при следующих неисправностях:

1) Износ фрикционных накладок, при котором расстояние от поверхности тормозной колодки менее 2-х миллиметров;

2) Механические повреждения колодок, нарушающие нормальную работу тормозного механизма,

Замена тормозных накладок на переднем и заднем мосту осуществляется в следующем порядке:

Инструмент и принадлежности: лопатка монтажная 43-3901223, молоток, плоскогубцы.

Трудозатраты: 0.25 ч.

Снятие колодки тормозного механизма:

1) Ослабить гайки крепления колеса на ступице, установить под картер моста подставку.

2) Отвернуть гайку и снять колесо. Выполняют два человека.

3) Расшплинтовать штифт, вытащить фиксатор тормозных колодок,

4) Вытащить износившиеся тормозные колодки.

Установка колодок тормозного механизма:

1) становить тормозные накладки со стороны прижимного механизма.

2) Установить тормозные накладки со стороны скобы.

3) Проверить, как вращается тормозной диск. Он должен вращаться свободно и равномерно, не касаясь тормозных накладок.

4) Установить и закрепить колеса,

5) Проверить эффективность тормозов

Действия тормозной системы должно обеспечивать одновременное торможение всех колес. Путь торможения автомобиля, движущегося со скоростью 40 км/ч на горизонтальном участке сухой дороги с твердым покрытием под действием рабочего тормоза не должен превышать 17.2 м для автомобиля.

Проектируемая рабочая тормозная система принципиально отличается от базовой конструкции тормозной системы. Для подтверждения проведем сравнительный анализ проектируемой тормозной системы.

Основным достоинством проектируемой конструкции является то, что на передней оси автомобиля KAMA3-53212 вместо барабанных тормозных механизмов применены дисковые тормозные механизмы.

Чтобы провести более полный сравнительный анализ рассчитаем тормозной путь с барабанными тормозными механизмами, применяемыми на автомобиле КАМАЗ-53212 и дисковыми тормозными механизмами на проектируемом автомобиле.

Схема сил действующих на автомобиль при торможении показана на рисунке 4.

Для определения тормозного пути автомобиля, необходимо знать характерный изменения замедлений его во; времени. Эта зависимость называется тормозной диаграммой.

На рисунке 4.1 показаны тормозные диаграммы автомобиля KAMA3-53212 и проектируемого автомобиля:

На диаграммах Начало координат фиксирует момент обнаружения препятствия водителем. Время подготовки к торможению и торможение разбито на следующие составляющие:

t₀- общее время реакции водителя, это время составляет 0,3-0,18 секунд;

t_i и t'₁ - время срабатывания привода; для тормозов с пневмоприводом оно составляет 0,5 - 0,75 секунд.

t₂ и t'₂-время нарастания давления. Для тормозов с пневмоприводом оно составляет 0,5 - 0,75 секунд.

Рисунок 4 Схема сил действующих при торможении

t₃ и t'₃-время торможения с максимальным замедлением j_{ф max};

t₄ и t'₄-время оттормаживания после остановки автомобиля t4=0,1-0,5 секунд.

Тормозной путь автомобиля находим по формуле:

S_T=V₀(t₀+t₁+t₂/2)+(V₀²/2 j_{ф max})-( j_{ф max}·t₂²/24),(4.42)

где j_{ф max} - максимальное замедление автомобиля, j_{ф max}=7,5 м/с;

V₀-начальная скорость по ГОСТ 22895 V₀=45 км/ч=11,11 м/с.

Произведём расчет тормозного пути автомобиля КАМАЗ-53212 с барабанными тормозными механизмами:

S_Tб=11,11·(0,3+0,3+0,5/2)+(11,111²/2·7,5)-(7,5·0,5²/24)=17,2.

Произведём расчет тормозного пути автомобиля КАМАЗ-53212 с дисковыми тормозными механизмами:

S_TД=11,11·(0,3+0,2+0,5/2)+(11,111²/2·7,5)-(7,5·0,5²/24)=16,085.

Получили значение тормозного пути при барабанном тормозном механизме и дисковом тормозным механизме, для автомобиля категории N₃ величина тормозного пути должна составлять не более 17.2 м в соответствии с ГОСТ 22895-77. Таким образом, усовершенствованная тормозная система автомобиля KAMA3-53212 имеет более короткий тормозной путь при установке на переднюю и заднюю ось дисковых тормозных механизмов, чем при использовании барабанных тормозных механизмов этой же модели, что видно из проведенного расчета тормозного пути.

Предложенные дисковые тормозные механизмы создают большое тормозное усилие на переднем и заднем мосту, чем барабанные тормозные механизмы и обладают рядом преимуществ:

1. Сохранение высокой стабильности работы в течении всего периода эксплуатации;

2. Характеризуются малой зависимостью к изменению коэффициента трения, исключает разницу в тормозных силах правого и левого колеса заднего и переднего моста;

3. Предложенная конструкция, значительно уменьшает вес всего тормозного механизма (масса барабанного механизма 30,5 кг, а масса дискового тормозного механизма 25.5 кг;

4. Увеличивает быстродействие, за счет малого зазора между тормозным диском и фрикционными накладками;

5. Автоматическая регулировка зазора;

6. Большая энергоемкость, за счет лучшего охлаждения.

Так как применяются новые фрикционные материалы на основе искусственных минеральных волокон значительно увеличивается срок службы тормозных колодок, увеличилась периодичность технического обслуживания и ремонта, проведения регулировочных работ.

Но из-за меньшей площади контакта в дисковых тормозных механизмах присуще высокое удельное давление на поверхности трения. В дисковом тормозном механизме происходит равномерное распределение давления по поверхности трения, вследствие чего равномерный износ фрикционных накладок.

Замена тормозных накладок происходит без разбора тормозного механизма, при снятых колесах.

Периодичность в среднем составляет 100 - 120 тысяч километров пробега.

К обслуживанию привода рабочей тормозной системы добавляется осмотр крепления его элементов, их очистки от грязи проверка на утечку воздуха.

Рисунок 4.1 Тормозные диаграммы



Заключение

Задание на дипломный проект предусматривает модернизацию тормозного управления автомобиля KAMA3-53212 путем установки дисковых тормозных механизмов на переднюю ось автомобиля.

Главной целью дипломного проекта является повышение надежности, эффективности и стабильности рабочей тормозной системы автомобиля КАМАЗ- 53212 путем разработки и применения дисковых тормозных механизмов на переднюю ось автомобиля.

При дипломном проектировании были рассмотрены условия использования автомобиля КАМАЗ в различных условиях эксплуатации. Предъявляемые требования к тормозным Механизмам, как они выполняются, рассмотрены достоинства и недостатки различных типов тормозных механизмов.

На основе требований проведен анализ существующих конструкций тормозных механизмов. Было установлено и доказано, что тормозной механизм, устанавливающийся в настоящее время на автомобили семейства КАМАЗ, не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к тормозным механизмам.

Проведенное обоснование с последующим расчетом разрабатываемой конструкции тормозного механизма, с тормозными накладками из нового фрикционного состава на основе искусственных минеральных волокон, периодичность технического обслуживания и ремонта, проведения регулировочных работ, что связано с уменьшением времени и трудоемкости проведения технического обслуживания и ремонта. Сконструированная конструкция тормозного механизма значительно повышает стабильность работы, эффективность и надежность тормозного управления автомобиля и соответствует значениям показателей требований ГОСТ 22895-77.



Список использованных источников

1. Автомобили КАМАЗ 4350, 5350,6350 техническое описание. Руководство по эксплуатации М. Автоэкспорт 2001.

2. Автомобильная промышленность США журнал №2 М. Машиностроение. 1989.

3. Александров М.П. Тормозные устройства Справочник М. Машиностроение, 1989.

4. Антонов А. С.., Голяк В. К., Запрягаев М. М.. и др. Армейские автомобили. Конструкция и расчет. Часть вторая М. Воениздат 1970.

5. Балабай И.В., Васильченков В. М. идр. Безаварийная эксплуатация автомобилей М. Машиностроение 1981.

6. Бургер И.А., Шафт Б.Ф., Шнейденов P.M., расчет на прочность деталей машин. М. Машиностроение 1986.

7. ГОСТ 22895-77 «Тормозные системы и тормозные свойства автотранспортных средств. Нормативы эффективности. Общие технические сведения» М., Издательство стандартов, 1983.

8. Гуревич Н. В., Меламуд Р. А., Тормозное управления автомобиля М. Транспорт 1988 год.

9. Лемперт. Н. Е. Анализ теплового состояния тормозного диска.

10. Ложевич П.М. Расчет фрикционных тормозов М. М-ностроение 1964.

11. ОСТ 37.001.016-70. Тормозные свойства автомобильного подвижного состава. Технические требования и условия проведения испытаний, М.,Минавтопром, 1973.

12. ОСТ37.001.412-85 «Тормозные системы и тормозные свойства автотранспортных средств. Термины и определения.» М., Издательство стандартов, 1983.

13. Сущев В. Я. Исследования теплового баланса дискового тормоза. Харьков, Наука 1980.

Размещено на Allbest.ru

...