Дисковые тормозные механизмы: конструкция, принцип работы и расчет

Дисковые тормозные механизмы первоначально получили распространение на легковых автомобилях, преимущественно для передних колес. В современном автомобилестроении их применение расширилось на некоторые модели грузовых автомобилей и автобусов благодаря высокой эффективности. Принципиальная схема такого механизма представлена на рисунке 195, а. Основным преимуществом является стабильность характеристик в различных условиях эксплуатации.

Рис. 195. Схемы для расчета дискового тормозного механизма: а — расчетная схема; б — схема радиальных сил, действующих на подшипники колеса при торможении

Тормозной момент в дисковом механизме рассчитывается по формуле

где f — коэффициент трения накладок о диск, N — суммарная сила прижатия накладки, r_ср — средний радиус приложения сил трения. Сила N определяется давлением жидкости в приводе, количеством рабочих поверхностей трения i и диаметром цилиндров d_ц. Таким образом,

Радиус r_ср принимается равным среднему арифметическому наружного (r_н) и внутреннего (r_вн) радиусов фрикционной накладки, что справедливо при предположении о равномерном распределении давления. Линейная зависимость тормозного момента от силы прижатия и коэффициента трения обеспечивает предсказуемость и стабильность тормозных характеристик, что является ключевым отличием от барабанных механизмов.

Тормозные колодки дисковых тормозов отличаются малой длиной, а площадь их накладок составляет всего 12–16% от площади диска. Это способствует интенсивному охлаждению диска встречным потоком воздуха. Малые размеры колодок также положительно влияют на компактность и массу всего узла. Рабочий зазор между колодкой и диском поддерживается в пределах 0,05–0,15 мм, что минимизирует время срабатывания.

К основным достоинствам дисковых механизмов относят высокую энергоемкость на единицу массы, малую металлоемкость, простоту обслуживания и возможность реализации многоконтурных приводов. Они обеспечивают плавное и равномерное торможение на любой скорости. Однако широкому внедрению препятствуют чувствительность к загрязнению и сложность интеграции функции стояночного тормоза.

По конструктивному исполнению различают механизмы с неподвижной скобой и оппозитными цилиндрами, а также с плавающей (скользящей) скобой и односторонним расположением цилиндров. В механизме с оппозитными цилиндрами (рис. 196) цельная скоба 2 из ковкого чугуна жестко крепится к подвеске. Тормозной диск 1 фиксируется на ступице.

Рис. 196. Дисковый тормозной механизм автомобиля ВАЗ-2101: 1 — диск; 2 — скоба; 3 — цилиндр; 4 — колодка; 5 — пальцы фиксаций колодки

Тормозные цилиндры 3, отлитые из алюминиевого сплава с хромированной рабочей поверхностью, устанавливаются в пазах скобы с обеих сторон диска. Колодки 4 из листовой стали с фрикционными накладками воспринимают тангенциальное усилие через упор в корпус скобы. Для улучшения охлаждения диск может иметь внутренние вентиляционные каналы.

Использование алюминиевых сплавов для цилиндров и уменьшение площади контакта поршня с колодкой направлено на снижение нагрева тормозной жидкости. Дальнейшим развитием стала конструкция с плавающей скобой и одним рабочим цилиндром (рис. 197). В этом случае скоба перемещается на направляющих, обеспечивая прижатие обеих колодок к диску от одного поршня.

Рис. 197. Дисковый колесный тормозе плавающей скобой: а — компоновка; 6 привод стояночного тормоза и автоматическая регулировка

Такая компоновка, совместно с применением вентилируемого диска, позволяет отодвинуть цилиндр от наиболее нагретой зоны и улучшить его охлаждение. Это снижает температуру тормозной жидкости на 30–40 °C. Кроме того, плавающая скоба способствует уменьшению плеча обкатки и более компактной укладке механизма внутри колеса.

На рисунке 197, б показана схема автоматической регулировки зазора с цанговым устройством. Регулятор поддерживает суммарный зазор y₁ = x₁ + x₂, где x1 — зазор в цанге 5, а x2 — шаг резьбы на стержне 7. Данная система исключает необходимость ручной подстройки по мере износа накладок.

Расположение тормозной скобы влияет на радиальную нагрузку на подшипники ступицы колеса. Как видно из схемы на рис. 195, б, при размещении скобы сзади относительно центра колеса вертикальная нагрузка на подшипники снижается. Это учитывается при проектировании ходовой части для увеличения ресурса подшипниковых узлов.

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.