Конструкция и принцип работы тормозных механизмов с суппортом

Суппорт представляет собой базовую несущую деталь тормозного механизма, обеспечивающую правильное взаимное расположение всех его элементов. Данный компонент изготавливают методом штамповки из листовой стали или отливкой из ковкого чугуна. Конструкция суппорта служит основой для крепления разжимных устройств и тормозных колодок, что хорошо иллюстрируют схемы на рисунках 189 и 190.

Тормозные колодки для автомобилей большой грузоподъемности обычно выполняют литыми из серого чугуна или алюминиевых сплавов. Для легковых автомобилей и техники малой грузоподъемности широкое распространение получили штампосварные колодки. Их преимущества заключаются в высокой технологичности, малой теплоемкости и податливости, которая способствует равномерному распределению давления по поверхности фрикционной накладки.

Рис. 189. Тормозной механизм колес автомобилей КамАЗ: 1 — колодка; 2 — разжимной кулак с валом; 3 — суппорт; 4 — регулировочный рычаг;5 — кронштейн вала разжимного кулака и тормозной камеры; 6 — ролик

Фрикционные накладки изготавливают методом формования из композитной смеси на основе волокнистого асбеста и связующих материалов. В качестве связующих компонентов применяют каучук, синтетические смолы, а также минеральные и растительные масла. Эти материалы обеспечивают необходимый коэффициент трения и устойчивость к высоким термическим нагрузкам.

Опорные узлы, на которых крепятся колодки, обеспечивают им две степени свободы для самоустановки относительно тормозного барабана. Для достижения точной соосности колодок с барабаном применяют производственную регулировку положения опор. С этой целью опорные пальцы часто выполняют эксцентричными, как показано на рисунке 191, либо на обычные пальцы устанавливают отдельные бронзовые эксцентрики (рис. 192).

Рис. 191. Тормозной колесный механизм колес автомобиля «Урал-375»: 1 — колодка; 2 — суппорт; 3 — кулачок регулятора рабочего зазора; 4 — эксцентриковые опорные пальцы

Рис. 192. Тормозной механизм заднего колеса автомобиля ГАЗ-24 «Волга»: 1 — поршень; 2 — упорное кольцо поршня; 3 — уплотняющие кольца; 4 — упор; 5 суппорт; 6 — колодка; 7 — опорные пальцы; 8 - бронзовый эксцентрик; 9 — фиксатор колодки; 10 — привод стояночного тормоза

Опорные пальцы обычно изготавливают из стали 45 с поверхностной закалкой ТВЧ (токами высокой частоты). Их кронштейны отливают из ковкого чугуна. Применение бронзовых эксцентриков способствует сохранности отверстий в ребрах колодок и предотвращает коррозионное изнашивание сопрягаемых деталей.

Для дополнительной фиксации колодок от боковых смещений в конструкции могут предусматриваться специальные прижимные устройства на самом суппорте. Кроме того, в наконечниках поршней или регулируемых толкателях выполняют пазы, куда входят приводные концы ребер колодок, обеспечивая надежное взаимодействие.

Поршневой разжимной механизм, или колесный тормозной цилиндр, отличается простотой конструкции и удобством компоновки. Его корпус отливают из серого чугуна, а рабочее отверстие выполняют сквозным с хонингованной поверхностью для обеспечения минимального трения. Поршни обычно изготавливают из алюминиевого сплава со стальным запрессованным наконечником.

Герметизация рабочей полости цилиндра обеспечивается резиновыми манжетными или кольцевыми уплотнительными устройствами, сопрягаемыми с поршнем. В паз стального наконечника поршня входит ребро тормозной колодки, передающее усилие. Такая конструкция широко применяется в гидравлических тормозных системах.

Кулачковый разжимной механизм (см. рис. 189) включает разжимной кулак, изготовленный из стали 45 за одно целое с валом. Рабочая поверхность кулака после механической обработки подвергается чеканке и закалке ТВЧ. Кронштейн вала, отлитый из ковкого чугуна, крепится к суппорту болтами или заклепками.

Для снижения трения и повышения коэффициента полезного действия (КПД) механизма на приводных концах колодок устанавливают ролики, также изготовленные из закаленной стали 45. Передача усилия через кулак и ролики обеспечивает эффективное разведение колодок, что характерно для пневматических тормозных систем грузовых автомобилей.

Клиновой разжимной механизм (см. рис. 190) состоит из корпуса, отлитого за одно целое с суппортом, двух плунжеров, клина и роликов. Усилие от тормозной камеры передается на клин, который, перемещаясь, через ролики раздвигает плунжеры, прижимая колодки к барабану. Этот механизм монтируется снаружи тормозного щита.

Несмотря на более сложную конструкцию и высокую стоимость по сравнению с кулачковым, клиновой механизм обладает существенными преимуществами. К ним относятся компактность, меньшая масса, более высокий КПД и меньшее время срабатывания, что повышает общую эффективность тормозной системы.

Принцип действия клинового механизма поясняют схемы на рисунке 193. В отторможенном состоянии плунжеры поджаты стяжной пружиной колодок к упорам корпуса. При торможении они синхронно перемещаются до контакта колодок с барабаном, после чего один плунжер становится опорным, а второй продолжает создавать приводное усилие, обеспечивая самоподводящий эффект.

Рис. 193. Схемы работы клинового разжимного устройства и схема для его расчета: а — исходное положение плунжера; б — положение при начальном синхронном перемещении; в — рабочее положение (торможение); г — расчетная схема

Расчет такого механизма начинают с определения осевой силы на клине, исходя из заданного приводного усилия и угла при вершине клина (около 12° для исключения самозаклинивания). Далее подбирают тормозную камеру и уточняют геометрические параметры. Осевой ход клина прямо зависит от необходимого хода плунжера и выбранного угла.

Для обеспечения эффективной работы в незаторможенном состоянии между барабаном и накладками должен сохраняться строго определенный рабочий зазор. Его увеличение вследствие износа фрикционных материалов приводит к росту хода деталей привода, повышению расхода рабочего тела и увеличению времени срабатывания тормозов.

Для компенсации износа в конструкцию тормозов интегрируют регулировочные устройства. При поршневом разжимном механизме применяют ручную регулировку с помощью регулировочного кулачка (см. рис. 191) или различные системы автоматической корректировки зазора. Автоматические регуляторы повышают безопасность и снижают затраты на обслуживание.

Один из методов автоматической регулировки (см. рис. 194, а) основан на использовании втулки регулятора и стойки, закрепленной на суппорте. Сила трения в регуляторе должна превышать усилие стяжной пружины колодок. При превышении допустимого зазора происходит ступенчатая или бесступенчатая компенсация.

Другой способ (см. рис. 194, б) заключается в ограничении возвратного хода поршня с помощью упорного кольца, установленного в его канавке. Осевой зазор кольца равен требуемому рабочему зазору. Сила трения, удерживающая кольцо в цилиндре, тщательно рассчитывается: она должна быть больше усилия пружины, но меньше максимального приводного усилия.

Рис. 194. Механизмы автоматической регулировки зазора между барабаном и колодками: а и б — бесступенчатой; в — ступенчатой

В кулачковом механизме регулировка осуществляется поворотом разжимного кулака относительно регулировочного рычага с помощью червячной пары (см. рис. 189). Более совершенные конструкции (см. рис. 194, в) предусматривают полностью автоматическую регулировку зазора посредством системы шестерен, зубчатой рейки и конусных полумуфт с тарельчатыми пружинами.

Клиновой механизм также оснащается автоматическим регулятором зазора (см. рис. 190). Его ключевыми элементами являются регулировочная втулка со спиральными храповыми зубьями, собачка и регулировочный винт. При превышении хода плунжера собачка перескакивает на следующий зуб, проворачивая втулку и выкручивая винт, тем самым компенсируя износ накладок.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. П. Лукин; Г. А. Гаспарян; В. Ф. Родионов; К. Ю. Чириков.

Источник: Конструирование и расчет автомобиля. Необычные двигатели.

Данные публикации будут полезны студентам автомобилестроительных и транспортных специальностей, начинающим инженерам-конструкторам и технологам автопрома, а также всем, кто интересуется глубоким пониманием процессов проектирования и компоновки современных автомобилей.