Момент на валу рычага тормоза с клиновым разжимным механизмом автомобили газ будет зависеть от

По форме вращающихся элементов, различают барабанные и дисковые тормозные механизмы. Барабанные механизмы различаются по типам разжимного устройства колодок: гидравлические, кулачковый, клиновой.

Дисковые тормозные механизмы применяют на легковых автомобилях и реже на грузовых. Они могут быть открытыми и закрытыми, одно и многодисковые, со сплошным и вентилируемым диском.

В зависимости от способа крепления скобы, различают тормозные механизмы с фиксирующей и плавающей скобой. С фиксированной большее приводное усилие и повышенную жесткость механизма.

Недостаток дискового механизма с плавающей скобой: одностороннее изнашивание накладки и диска со стороны колесного цилиндра при деформации и коррозии направляющих.

Тормозные диски изготовляют в основном из чугуна, применяют биметаллические диски, у которых фрикционный слой из чугуна, а основание из алюминия. В качестве накладок используются прессованные материалы на асбокаучуковой основе и спеченные материалы.

Преимущество дисковых тормозных механизмов:

2) Меньшая масса и габаритные размеры.

3) Равномерное изнашивание накладок.

4) Лучшее условие теплообмена.

Недостатки:

1) Трудность обеспечения герметизации и соответственно повышенная интенсивность изнашивания прокладок.

Барабанный тормозной механизм имеет симметричный колодоч­ный тормоз (рис. 1), состоящий из вращающегося барабана 1 и двух внутренних колодок 2, шарнирно подвешенных на неподвиж­ных опорах 5. Разжимное устройство 4 гидравлического типа рас­положено между другими концами колодок. Поршни рабочего ци­линдра, находясь под давлением тормозной жидкости, прижимают обе колодки к барабану с одинаковой силой Р.

Для ориентировочных расчетов можно приближенно допустить, что после приработки удельное давление распределяется по длине накладки равномерно, а результирующая нормальной силы dN и силы трения μdN (μ — коэффициент трения между поверхностью накладки колодки и барабана). Результирующая нормальных сил, действующих между барабаном и колодкой, расположена посреди­не дуги накладки и может быть выражена зависимостью

р — давление в контакте барабана с накладкой;

β— угол охвата накладки;

r_б — радиус барабана;

b_н — ширина накладки.

При указанных допущениях на колодки симметричного тормо­за (рис. 1) действуют результирующие нормальные силы N₁ и N₂ и тангенциальные силы трения (μN₁ и μN₂ Силы трения направ­лены у левой и правой колодок в противоположные стороны). В опо­рах действуют соответствующие реакции— горизонтальные R_x и вертикальные R_у с индексами, указывающими номера колодок.

Из уравнения момента относительно осей 3 имеем:

где а, с и е – плечи сил, действующих на колодки.

Рис. 1 Схема простого симметричного колодочного тормоза.

Сила N₁ значительно больше силы N₂, так как у левой колодки момент μN₁е прижимает колодку к барабану, а правую колодку мо­мент μN₂e отжимает от барабана. Соответственно будут различать­ся и тормозные моменты, развиваемые каждой из колодок. Так как в механизме действуют равные силы Р₁ = Р₂ = Р, то суммарный тор­мозной момент обеих колодок определяется как

где r_б — радиус барабана.

Различают колодки активные и пассивные. К первым относятся колодки, у которых эффективность торможения под действием мо­мента сил трения возрастает; пассивными считаются колодки, на которые момент сил трения оказывает отрицательное влияние.

В качестве разжимного устройства у тормозов с односторонним расположением опор колодок на валу закрепляют кулачки (рис. 2).

Рис.2 Схема колодочного тормоза с разжимным кулачком

Колодки 2 и 3 поворачиваются кулачком 1 на одинаковый угол, при этом усилия Р₁ и Р₂, передаваемые соответственно на активную и пассивную колодки, получаются разными. На схеме они показа­ны применительно ко вращению барабана 4 по направлению стрел­ки со. После приработки тормоза, когда удельное давление на обе колодки выравнивается, соотношения между силами Р₁ и Р₂ долж­ны быть пропорциональными действующим на колодки результи­рующим нормальным силам N₁ и N₂. У симметричных колодок при этих условиях N₁ = N₂, поэтому

Автоматическая регулировка зазоров в тормозных механизмах позволяет сократить объем технического обслуживания и повысить стабильность регулировок.

Наиболее просто решается вопрос автоматизации регулировки зазора между колодкой и барабаном в тормозных механизмах с гидравлическим приводом. В конструкции, показанной на рис. 14.14 а, на поршень рабочего цилиндра надевается разрезное пружинящее кольцо 7. Между кольцом и поршнем имеется ради­альный и осевой зазоры. Величина осевого зазора нормируется и соответствует необходимой величине зазора между колодкой и ба­рабаном. Радиальная упругость кольца также нормируется с целью получения определенной величины силы трения между кольцом и цилиндром. Указанная сила трения должна гарантированно пре­вышать силу возвратных пружин, приведенную к поршню, но не быть чрезмерной, чтобы не слишком сильно снижать приводную силу поршня.

Для того чтобы во время сборки механизма колодки не создавали препятствия для надевания барабана, их предварительно макси­мально сближают друг с другом. В результате в собранном механизме образуется чрезмерно большой зазор. Для регулировки механизма

Рис. 14.14. Механизмы автоматической регулировки зазора в барабанных тормозах с гидравлическим приводом

необходимо нажать на педаль тормоза. Поршни рабочих цилиндров, перемещаясь наружу под действием давления жидкости, выберут имевшийся между ними и упругими кольцами осевой зазор, после чего потянут кольца за собой. Движение поршней будет продол­жаться до тех пор, пока колодки не упрутся в барабан. При от­пускании педали возвратные пружины смогут переместить поршни назад только на величину, соответствующую осевому зазору между поршнем и кольцом, так как сдвинуть кольцо они не в состоянии. Величина же зазора, как было сказано выше, соответствует необ­ходимому зазору между колодкой и барабаном. Таким образом, по мере изнашивания накладок кольцо будет перемещаться вдоль ци­линдра, поддерживая постоянную величину зазора в механизме.

Рис. 14.15. Механизм автома­тической регулировки зазора в дисковом тормозе с гидравли­ческим приводом

Пневматическая камера, использующаяся в подавляющем боль­шинстве случаев в качестве исполнительного устройства пневма­тических тормозных приводов, имеет ограниченный рабочий ход штока. С другой стороны, для обеспечения требуемых приводных сил в тормозных механизмах с пневматическим приводом между штоком пневматической камеры и колодками обязателен механизм с большим передаточным числом. Сочетание этих обстоятельств приводит к тому, что ход колодок тормозных механизмов, приво­димых сжатым воздухом, не может быть большим и иногда ока­зывается меньше реального зазора между колодкой и барабаном. Поэтому в данном случае для автоматической регулировки прихо­дится применять существенно более сложные механизмы. Вариант

Рис. 14.16. Механизм автоматической регулировки зазора в барабанном тормозе с рычажно-кулачковым разжим­ным устройством

конструкции такого механизма показан на рис. 14.16. Как и обычный рычажно-кулачковый механизм, он содержит последовательно взаи­модействующие между собой пневматическую камеру 12, шток //, рычаг /, червяк 9, червячное колесо 8 и вал разжимного кулака 7. Для осуществления автоматической регулировки на вал распо­ложенного в рычаге червяка свободно посажена втулка 3. Втулка и вал имеют конусные поверхности, образующие фрикционную муфту, осевое усилие в которой создается пакетом тарельчатых пру­жин 'lO. Эта же втулка через муфту свободного хода 13 (муфта образуется изменяющей диаметр при закручивании спиральной пру­жиной и соответствующей цилиндрической поверхностью) может соединяться с шестерней 2, свободно сидящей на валу червяка и находящейся в зацеплении с зубчатой рейкой 4. Между рейкой 4 и корпусом рычага / установлена пружина 14. При вращении шес­терни 2 рейка 4 перемещается вдоль рычага 1. Отогнутый конец рейки входит в угловой паз кольца 5, удерживаемого от вращения рычагом 6. Ширина паза больше ширины входящей в него рейки, что допускает их относительное перемещение в пределах угла а. Если зазор между колодками и барабаном невелик и угол по­ворота рычага 1 меньше угла а, то при срабатывании тормоза рейка 4 не доходит до противоположного конца паза неподвижного кольца 5 и никаких изменений внутри механизма регулировки зазора не происходит. Если же указанный зазор превысил установленную величину и угол поворота рычага станет больше угла а, то рейка, повернувшись на угол а, остановится и при дальнейшем движении рычага начнет вращать шестерню 2, сжимая пружину 14. Начало вращения шестерни сопровождается размыканием муфты 13, по­этому движение не передается на втулку 3.

Когда колодки касаются барабана, реактивная сила, приложенная со стороны червячного колеса 8 к червяку 9, сжимает комплект тарельчатых пружин 10 и размыкает конусную фрикционную муфту, связывавшую до этого втулку 3 с червяком 9.

На первой фазе растормаживания шестерня 2 и втулка 3 со­единяются между собой замкнувшейся муфтой 13, но продолжают быть отделены от вала червяка разомкнутой конусной муфтой. Когда после снятия упругих деформаций деталей тормозного механизма колодки отойдут от барабана и исчезнет приложенная к червяку реактивная сила, произойдет замыкание конусной муфты и под действием возвратной пружины 14 втулка вместе с шестерней будет вращаться, поворачивая вал червяка и устраняя таким образом лиш­ний зазор между колодками и барабаном.

Возможны два режима работы такого механизма. Если зазор между колодками и барабаном, например, после сборки чрезмерно велик, то угол поворота рычага / не будет зависеть от величины зазора, а будет определяться ходом штока //. В этом случае угол, на который при растормаживании будет поворачиваться вал 7 от­носительно рычага /, будет одинаков при каждом срабатывании механизма. Когда зазор между колодками и барабаном^ уменьшится настолько, что угол поворота рычага будет определяться упором колодок в барабан, величина угла поворота вала 7 относительно рычага при растормаживании будет уменьшаться при каждом по­следующем срабатывании механизма, стремясь к нулю.

В тормозах с клиновым разжимным механизмом часто приме­няют регулировочное устройство, показанное на рис. 14.17. В корпус ведомого клина 6 свободно вставлена регулировочная втулка 4. На ее наружной поверхности имеется специальная многозаходная резьба с большим (порядка 45°) углом подъема спирали. Указанная резьба взаимодействует с линейным храповиком 5, представляющим собой подпружиненный стержень, торец которого является фрагментом гайки, имеющей резьбу, соответствующую специальной наружной резьбе втулки 4. Внутрь втулки при помощи обычной резьбы ввернут толкатель 2. После сборки механизма вращение толкателя пред­отвращается болтом /, цилиндрический конец которого свободно скользит внутри продольного паза толкателя.

В том случае, если ход толкателя при торможении не превышает шага наружной резьбы втулки, взаимодействие втулки с храповиком

Рис. 14.17. Механизм автоматической регулировки зазора в барабанном тормозе с клиновым разжимным устройством

Иногда для поддержания требуемого зазора применяют более простую ступенчатую регулировку. В конструкции, показанной на рис. 14.13 б, она выполняет одновременно две функции. Во-первых, регулирует зазор между колодками и диском. Во-вторых, по мере изнашивания накладок удлиняет последнее звено привода стояноч­ной тормозной системы.

В тело поршня 2 запрессован стержень 10 с большим количеством упорных гребней, имеющих шаг Хг. Стержень 10 упруго обнимает цанга 4, имеющая ответные гребни. Цанга 4 свободно вставлена в плунжер 5 с осевым зазором Х<. Плунжер 5 через сухарь 6, вал 7 и рычаг 8 связан с приводом стояночной системы. Пружина 11 выбирает зазоры между деталями 5, 6, 7 и 8, 9.

Во время торможения автомобиля рабочей тормозной системой давление жидкости в цилиндре 3 будет сдвигать поршень 2 влево, а скобу 7 вместе с валом 7, сухарем 6 и плунжером 5 — вправо. Минимальный суммарный зазор между колодками и диском рав­няется величине зазора Х^ По мере изнашивания накладок сум­марный зазор будет увеличиваться. Это приведет к тому, что при каждом торможении гребни цанги за счет ее упругости будут слегка расходиться. После увеличения суммарного зазора до величины Х< + Х2 произойдет перескок гребней цанги на один гребень стержня 10с одновременным уменьшением суммарного зазора до величины Х

В приведенных выше конструкциях барабанных тормозных ме­ханизмов привод (разведение) колодок осуществляется с помощью одностороннего или двустороннего гидравлического цилиндра. Та­кой способ естествен при использовании гидравлического привода тормозов. При иных типах привода используются другие механизмы разведения колодок (разжимные устройства).

При механическом и пневматическом приводе чаще всего ис­пользуют рычажно-кулачковые разжимные механизмы. Пример та­кого механизма приведен на рис. 14.7. Шток пневматической камеры воздействует на рычаг 2, который поворачивает вал кулака J, раз­жимающего колодки 1 и 4. Эксплуатационная регулировка зазоров в тормозном механизме производится путем вращения кулака. Угол поворота кулака, необходимый для регулировки, довольно велик. Рычаг же не должен далеко отклоняться от положения, перпенди­кулярного штоку камеры, во избежание заметного уменьшения плеча действия силы, прикладываемой к нему со стороны этого штока. Поэтому вращение кулака при регулировке осуществляют не путем удлинения штока при помощи резьбового регулировочного устрой­ства, что было бы проще, а за счет изменения положения вала кулака относительно рычага. Для этого, как показано на рис. 14.8, между рычагом и валом кулака встраивают червячный механизм.

При вращении червяка кулак поворачивается относительно непо­движного рычага и раздвигает колодки. Вал червяка 2 имеет не­сколько лунок 7, в которые при вращении попадает подпружиненный шарик. Попадая в лунку, шарик издает характерный щелчок. Такое устройство имеет двойное назначение. Первое состоит в облегчении регулировки, так как ее в данном случае можно выполнить, подведя колодки вплотную к барабану, а затем повернуть вал червяка назад — на заранее установленное число щелчков. Второе назначение -фиксирование вала червяка после регулировки.

Тормозной механизм с кулачковым разжимным устройством на первый взгляд парадоксален с точки зрения самоусиления. С одной стороны, элементарные касательные силы трения, действующие на колодки со стороны барабана, должны создавать на одной колодке эффект самоусиления, а на другой колодке эффект самоослабления. Но, с другой стороны, разжимающий колодки кулак имеет два симметричных профиля, обуславливающих одинаковое перемещение и одинаковый износ колодок. По этому признаку данную конст­рукцию называют механизмом с равными перемещениями, в отличие от конструкции, показанной на рис. 14.2, которую называют меха­низмом с равными приводными силами. Если колодки имеют оди­наковую длину и одинаковый износ, значит, они совершают оди­наковую работу и, следовательно, у них отсутствует эффект само­усиления и самоослабления.

Рис. 14.8. Рычаг разжимного устройства барабанного тормоза с червячным регулировочным механизмом

Для уточнения этого вопроса рассмотрим приведенную на рис. 14.9 схему нагружения раз­жимного кулака. Подводимый к кулаку крутящий момент М_КУЛ ре­ализуется в виде суммы крутящих моментов Р₁ • h + P₂ • h = М_КУЛ, при этом оба слагаемых суммы вовсе не должны быть равны. Практически левая колодка /, имеющая самоусиление и в силу чего прижимающаяся к барабану сильнее из-за наличия упругой податливости барабана, накладки,

Рис. 14.9. Схема нагружения разжим­ного кулака барабанного тормоза

колодки и т.п., ослабляет свое взаимодействие с кулаком, уменьшая силу Pi. Высвободившаяся вследствие этого сила перекладывается с левого профиля кулака на правый профиль, увеличивая силу Р2 и компенсируя имеющийся на правой колодке 2 эффект самоос­лабления, в результате чего тормозной механизм в целом начинает работать без самоусиления, а на опору кулака действует сила Рг- Р₁

Однако странности рассматриваемого механизма на этом не кончаются. Несмотря на симметричный профиль кулака и логич­ность приведенных выше рассуждений, на практике наблюдается повышенный износ левой колодки по сравнению с правой, как это и должно было бы быть при наличии эффекта самоусиле­ния-самоослабления. Данная странность объясняется большой ве­личиной опорной силы /2 - pi и консольной установкой кулака. Эти обстоятельства приводят к заметному упругому смещению кулака и, следовательно, к проявлению в реальных механизмах эффекта самоусиления-самоослабления, хотя и в меньшей степени прояв­ляющегося.

Альтернативой рычажно-кулачковому механизму разжима ко­лодок является клиновой механизм. Конструкция барабанного тор­мозного механизма с пневматическим приводом и клиновым раз­жимным устройством показана на рис. 14.10. При поступлении сжа­того воздуха в камеру 3 шток 2 давит на клин 1, который через ролики 4, уменьшающие трение, воздействует на плунжеры 5. Плун­жеры 5, в свою очередь, через регулировочные устройства 8 приводят в действие толкатели 7 колодок. Сепаратор 6 определяет положение роликов при отсутствии давления воздуха в камере 3.

Помимо увеличения быстродействия тормозов, что определяется в основном большей жесткостью механизма привода, механизмы с клиновыми разжимными устройствами имеют ряд других пре­имуществ по сравнению с механизмами с кулачковым разжимом. Клиновые разжимные устройства имеют меньшую массу, лучше приспособлены для автоматической регулировки, их проще защитить от грязи и воды, следовательно, трение в них будет меньше и стабильнее.

Нетрудно видеть, что в первом варианте конструкции на клин, как и на кулак в механизмах с кулачковым разжимом, будет дей­ствовать большая поперечная сила, которая вынудит конструктора резко увеличить сечение клина и заставит применить массивные направляющие, в которых к тому же создастся большое трение. Очевидно, что такой вариант конструкции нерационален, и тор­мозные механизмы с клиновым разжимом выполняются с плаваю­щим клином.

Рис. 14.10. Барабанный тормоз с одним клиновым разжимным устройством

Рис. 14.11. Барабанный тормоз с двумя клиновыми разжимными устройствами

Имеется возможность повысить степень самоусиления механиз­мов с клиновым разжимом, выполнив их, как показано на рис. 14.11, с двумя клиньями. В этом случае каждый клин, в зависимости от направления вращения тормозного барабана, приводит только одну из колодок. Плунжер другой колодки при этом остается прижатым к корпусу и служит ее опорой.

В барабанных тормозных механизмах применяется еще один способ разжима колодок - рычажный. Он используется на малых автомобилях в стояночной тормозной системе для привода колодок независимо от рабочей тормозной системы. Как показано на рис. 14.3, рычаг 5 установлен на колодке 3 с возможностью вращения. Ось вращения рычага 4 выполнена в виде регулировочного эксцентрика. Рычаг верхней частью взаимодействует с планкой 2, а нижней частью, с тросом, связанным с рукояткой привода стояночной тор­мозной системы. Планка 2 упирается в другую колодку 1. При вытягивании троса рычаг J поворачивается и раздвигает колодки. Регулировка зазоров в приводе в данной конструкции осуществляется поворотом эксцентрика 4, что позволяет после регулировки зазора между колодками и барабаном восстанавливать первоначальное по­ложение рычага 5.

Барабанные тормозные механизмы имеют весьма существенный недостаток, заключающийся в сложности обеспечения эффективного отвода выделяющегося при работе механизма тепла. Это объясняется несколькими обстоятельствами: внутренняя поверхность барабана примерно наполовину закрыта от охлаждающего воздуха фрикционными накладками; воздушный объем, заключенный внутри барабана, очень плохо обменивается с окружающим воздухом. Улучшить воздухообмен в данном случае затруднительно из-за опасности ухудшения грязезащиты тормозного механизма;

ограниченная, хотя и неплохая, теплопроводность металлов не позволяет тепловому потоку быстро достичь внешней поверх­ности барабана.

В результате энергоемкость барабанных тормозных механизмов оказывается невысокой. Поэтому на скоростных автомобильных транспортных средствах барабанные механизмы постепенно вытес­няются дисковыми.

На современных автомобилях механический тормозной привод применяется как ручной привод к стояночному тормозу.

В основных тормозных системах механический привод не применяется из-за присущих ему недостатков: конструктивной сложности, неравномерности распределения усилий по тормозным механизмам отдельных колес и сложности эксплуатационных регулировок.

В то же время для вспомогательных тормозных систем (для стояночного ручного тормоза) механический привод пока не имеет себе равных. Здесь доминирующим качеством, определяющим выбор типа привода, является постоянство жесткости привода при длительном торможении на стоянках. Гидравлический или пневматический привод таким качеством не обладает. В этих приводах первоначально заданное тормозное усилие по истечении некоторого времени будет снижаться из-за возможной утечки жидкости (или воздуха).

Между стояночным тормозом и ведущими колесами располагается главная передача, а на некоторых автомобилях – еще бортовые передачи и колесные редукторы. Поэтому расчетный момент трансмиссионного тормоза (М ) будет меньше расчетного момента колесного тормоза (М_τ) в число раз, равное произведению передаточных чисел главной передачи (i_г.п), бортовой передачи (i_б.п) и колесного редуктора (i_к.р).

Будем иметь М , (8.9)

где φ ' – коэффициент сцепления колес с дорогой;

G_м – вес, приходящийся на мост, через который передается момент на колеса от трансмиссионного тормоза.

Для удержания автомобиля на подъеме α должны соблюдаться условия

где L – база автомобиля;

h_g – вертикальная коэффициента центра тяжести;

α - расстояние от центра тяжести до затормаживающих колес.

Рассмотрим конструкцию механического привода на примере привода к трансмиссионному тормозу автомобиля ЗИЛ-131 (рис.8.3).

Рис. 8.3. Механический привод к трансмиссионному тормозу

1- разжимной кулак; 2, 13 – рычаг; 3,6,11,12 – тяги; 4 – двухплечий рычаг;

5 – кронштейн; 7 – вилка; 8 – ушко; 9 – зубчатый сектор; 10 – защелка;

Расчет механического привода

При конструировании привода необходимо выполнить условие: сумма сил Р₁ + Р₂, прижимающих колодки к барабану, должна быть пропорциональна усилию Q, приложенному к рычагу управления.

Коэффициент пропорциональности в этом уравнении называется силовым передаточным числом привода.

При расчете механического привода заданными величинами являются тормозной момент М , определенный по формуле (8.9), и предельное значение силы Q.

По величине тормозного момента М в зависимости от типа тормоза определяется требуемая величина суммы сил Р₁ и Р₂ , и по формуле (8.11) определяется силовое передаточное число привода .

Усилие на рычаге управления Q, требуемое для полной затяжки тормоза, принимается равным 30-40 кГ. Для прочностного расчета привода следует принять Q, равное 80-100 кГ ( с учетом возможностей более сильного водителя).

Расчетная схема рассмотренного привода дана на рис. 8.4.

Рис. 8.4. Расчетная схема привода

Момент на валу разжимного кулака определится по формуле

где п – плечо приложения сил Р₁ и Р₂.

Силовое передаточное число привода (рис. 4) определится по формуле

где - к.п.д. привода.

Для механического привода можно принять = 0,8 0,85.

По величине силового передаточного числа k и по условиям компоновки подбирается требуемая величина плеч l, a, в, с и е.

Момент на валу рычага 1 (рис. 5) тормоза с клиновым разжимным механизмом (автомобили ГАЗ) будет зависеть от тангенса угла α наклона рабочей поверхности клина.

М = 2 Р tg α e (8.14)

При расчете тормозного привода необходимо проверить ход рычага управления. Обозначим через δ нормальный зазор между фрикционной обшивкой колодки и тормозным барабаном и λ - допустимый в эксплуатации радиальный износ фрикционной обшивки.

Рис. 8.5. Клиновый разжимной механизм

Суммарное расхождение колодок может быть определено по формуле

где а – расстояние от центра тормоза до разжимного устройства;

с – расстояние от центра тормоза до оси опорных пальцев колодок.

Обозначим через i кинематическое передаточное число привода

где i₁ ,i₂ и т.д.- передаточные числа звеньев привода.

Так, передаточное число рычага управления

Передаточное число разжимного кулака (рис.8. 4)

и разжимного клина i_n = .

Отсюда полный ход S рычага управления будет равен

где ∆ - ход рычага, соответствующий выборке всех зазоров в звеньях механического привода.

Читайте также:

  
• Плохо работают стеклоподъемники газель
  
• Форестер кс го настройки
  
• Фиат альбеа разобрать фару
  
• Самодиагностика шкода суперб 2
  
• Установите соответствие между физическими величинами и единицами измерения напряжение тесла