Барабанные тормозные механизмы

Барабанный тормозной механизм состоит из барабана, колодок с фрикционными накладками, опорного диска, разжимного устройства и регулятора зазора между тущимися поверхностями. По типу количеству разжимного устройства, по типу закрепления колодок, по степени самоусиления тормозные механизмы изготавливаются нескольких типов (табл. 10.1).

Таблица 10.1. Типы барабанных тормозных механизмов

Степени свободы	Количество разжимных устройств	Тип разжимного устройства
гидравлический	Кулачковый	клиновой
одна
две

Схемы барабанных тормозных механизмов, наиболее часто применяемых на автомобилях, приведены на рис.10.2…10.8:

• с гидравлическим приводом с равными приводными силами и односторонним расположением фиксированных опор (табл. 10.1, Ι-ΙΙ; рис. 10.2, 10.3, 10.4);

• с гидравлическим приводом с равными приводными силами и двухсторонним расположением фиксированных опор (табл. 10.1, ΙΙΙ; рис. 10.5, 10.6);

• с кулачковым разжимом и односторонним расположением фиксированных опор (табл. 10.1, XΙΙ… XΙV; рис. 10.7, 10.8);

• с клиновым разжимом и разнесенными опорами плавающего типа (табл. 10.1, XVΙΙ, рис. 10.9).

Рис. 10.2. Схема барабанного тормозного механизма с гидравлическим приводом, равными приводными силами и односторонним расположением фиксированных опор: 1 и 2 –тормозные колодки, 3 – колесный цилиндр

В барабанном тормозном механизме с гидравлическим приводом, равными приводными силами и односторонним расположением фиксированных опор (рис. 10.2) приводные силы P₁ и Р₂, создаваемые колесным гидроцилиндром равны. Под действием сил P₁ и Р₂ колодки прижимаются к вращающемуся барабану и на них со стороны барабана действуют нормальные N₁, N₂ и касательные F₁, F₂ реакции. При этом момент, создаваемый силой трения F₁ на колодке 1, совпадает по направлению с моментом приводной силы Р₁, что создает эффект прижатия колодки к вращающемуся барабану. Поэтому колодка 1 называется самоприжимной (первичной, активной).

Момент, создаваемый силой трения F₂ на колодке 2, противоположен по направлению моменту приводной силы Р₂, что препятствует прижатию колодки к вращающемуся барабану. Поэтому колодка 2 называется самоотжимной (вторичной, пассивной).

Активная колодка с большей силой прижимается к барабану и поэтому она нагружена больше, чем пассивная. Поскольку нормальмальные реакции барабана N₁ и N₂, а также касательные реакции F₁ и F₂, не равны между собой, тормоз такого типа является неуравновешенным и подшипники колес нагружены дополнительной силой.

При торможении автомобиля, движущегося задним ходом, особенности действия колодок меняется и колодка 1 становиться пассивной, а колодка 2 активной. Такой тормоз имеет одинаковую эффективность при вращении барабана вперед и назад, т.е. он полностью реверсивен. Наибольшее количество торможений происходит при движении автомобиля вперед, поэтому колодка 1 будет изнашиваться быстрее при одинаковых углах охвата накладок β₁ = β₂. Для выравнивания степени износа длину активной накладки делают меньше длины пссивной накладки, т.е. β₁ < β₂.

Такой тип тормозного механизма применяется на передних и задних колесах грузовых автомобилей средней грузоподъемности и на задних колесах легковых автомобилей.

Тормозной момент. создааемый активной и пассивной колодками данного тормоза рассмотрим при следующих условиях:

• приводные силы равны, т.е. P₁ Р₂;

• тормозной механизм симметричен, т.е. накладки симметричны относительно горизонтальной оси тормоза; нормальные реации барабана N₁ и N₂ направлены вдоль этой оси;

• закон распределения удельных давлений по длине накладки равномерный.

Тормозной момент активной и пассивной колодок данного томоза определяется из соотношений

М_Т1 = F₁∙ r_б = N₁∙ μ∙r_б ; (10.3^')

М_Т2 = F₂∙ r_б = N₂∙ μ∙r_б, (10.3'')

где µ - коэффициент трения фрикционной пары; обычно в расчетах принимается µ = 0,35.

Для определения N₁ и N₂ составим суммы моментов сил относительно центров опор колодок:

P₁ (a+c) + F₁r_б – N₁a = 0 или P₁ (a+c) + N₁µ r_б – N₁ a = 0; (10.4')

P₂ (a+c) – F₂r_б – N₂a = 0 или P₂ (a+c) + N₂µ r_б – N₂ a = 0, (10.4'')

где а, с и r_б – параметры тормоза, приведенные на рис. 10.2.

Решая уравнения (10.4') и (10.4'') относительно N₁ и N₂ и подставляя в выражения (10.3^') и (10.3''), находим значения тормозных моментов активной

М_Т1 = (10.5')

М_Т2 = (10.5'')

Отношение тормозных моментов активной и пассивной колодок составляет:

= . (10.6)

Тормозной момент всего механизма определиться путем сложения тормозных моментов активной и пассивной колодок:

М_Т = М_Т1 + М_Т2 = Р₁∙(а+с)∙µ∙r_б ( = Р₁∙(а+с)∙µ∙r_б . (10.7)

Коэффициент эффективности такого тормозного механизма равен

K_Э = = µ∙а . (10.8)

При условии а = с = r_б выражение (10.8) принимает вид:

K_Э = . (10.9)

Графическая зависимость K_Э = f(µ) для тормоза с одним гидроцилиндром представлена линией 3 на рис. 10.10.

На рис. 10.3 представлена конструкция барабанного тормозного механизма с одним цилиндром и фиксированными опорами. Такой тормозной механизм в основном применяется на грузовых автомобилях и на некоторых легковых автомобилях. Этот тормозной механизм с равными разжимными силами, с одной степенью свободы колодок. На рисунке представлен задний тормозной механизм, используемый одновременно в качестве стояночного тормозного механизма. Для приведения в действие как рабочего тормоза используется гидроцилиндр 2, действующий на переднюю актиную 1 и заднюю пассивную 4 колодки. Колодки поворачиваются вокруг опорных пальцев 6 и прижимают накладки к барабану.

Рис. 10.3. Конструкция тормозного механизма с одним цилиндром и фиксированными опорами колодок: 1 – передняя колодка; 2 – гидроцилиндр; 3 – толкатель стояночного тормоза; 4 – задняя колодка; 5 – рычаг стояночного тормоза; 6 – палец опоры колодки

Рис. 10.4. Конструкция тормозного механизма с одним цилиндром и двумя степенями свободы: 1 – передняя колодка; 2 - гидроцилиндр, 3 – задняя колодка; 4 – рычаг стояночного тормоза.

На рис. 10.4 представлена конструкция тормозного механизма с одним цилиндром и двумя степенями свободы. Колодки 1 и 3 стяжными пружинами поджаты верхней частью к поршням гидроцилиндра 2, а нижней частью опираются свободно на кронштейн, закрепленный на опорном диске. Такие колодки обладают свойством самоустанавливаться. что обеспечивает несколько больший угол охвата накладок, более раномерный их износ. Такие тормозные механизмы устанавливаются на задних колесах легковых автомобилей и могут использоваться в качестве стояночного тормоза, для чего с помощью тросика поворачивается рычаг 4, котрый прижимает заднюю колодку 3, а через толкатель и переднюю колодку 1 к барабану.

Барабанный тормозной механизм с разнесенными цилиндрами (рис.10.5) имеет две одинаковые колодки 1 и 2, которые активны при торможении автомобиля в движении вперед и пассивны при торможении в движении задним ходом. Отношение моментов торможения при движении автомобиля вперед и назад описывается зависимостью (10.6).

Тормозной момент при движении вперед равен двум моментам активной колодки

М'_Т = 2 (10.10')

при торможении в процессе движения задним ходом двум моментам пассивной колодки

М''_Т =2 (10.10'')

Коэффициент эффективности такого тормозного механизма при условии, что обе колодки активны равен

K_Э = = µ . (10.11) При условии а = с = r_б выражение (10.11) принимает вид:

K_Э = . (10.12)

Рис. 10.5. Схема барабанного тормозного механизма с гидравлическим приводом, равными приводными силами и двухсторонним расположением фиксированных опор: 1 и 2 –тормозные колодки, 3 – колесный цилиндр

Графическая зависимость K_Э = f(µ) для тормоза с разнесенными гидроцилиндрами представлена линией 4 на рис. 10.10. Поскольку нормальмальные реакции барабана N₁ и N₂, а также касательные реакции F₁ и F₂, равны между собой, тормоз такого типа является уравновешенным и подшипники колес в этом случае не нагружены дополнительной силой.

На рис. 10.6 представлена конструкция барабанного тормозного механизма с гидравлическим приводом, равными приводными силами и двухсторонним расположением фиксированных опор. Такой тормозной механизм используется для передних тормозов легковых автомобилей. Он имеет обе активные колодки при торможении движущегося вперед автомобиля. Поршни 9 цилиндров 2 действую на колодки 1, прижимая к барабану. За счет разрезных колец 8 поршней обеспечивается автоматическая регулировка зазора между трущимися деталями. Два разнесенных гидроцилиндра 2 сединены между собой трубкой 7.

Рис. 10.6. Конструкция барабанного тормозного механизма с гидравлическим приводом, равными приводными силами и двухсторонним расположением фиксированных опор: 1 – тормозные колодки; 2 - колесный цилиндр; 7 – соединительная трубка; 8 – разрезное упорное кольцо; 9 – поршень

Тормозной механизм с равными перемещениями колодок и кулачковым разжимом приведен на схеме, представленной рис. 10.7.

Рис. 10.7. Схема барабанного тормозного механизма с кулачковым разжимом и односторонним расположением фиксированных опор: 1 и 2 – колодки, 3 – разжимной кулак

В этом тормозном механизме разжимной кулак фиксированный в своей опоре. Тормозные моменты активной и пассивной колодок одинаковы, т.е. М_Т1 = М_т2. При этом приводные силы Р₁ и Р₂ не равны между собой. По аналогии с выражениями (10.5') и (10.5'') имеем:

М_Т1 = и М_Т2 = .

Приравняв моменты М_Т1 = М_Т2, находим соотношение приводных сил:

= . (10.13)

Тормозной момент такого тормоза равен:

М_Т = 2М_Т1 = 2М_Т2 = 2 = 2 . (10.14)

Коэффициент эффективности такого тормозного механизма определим с учетом уравнений (10.13) и (10.14):

K_Э = 2 = 2 = µ . (10.15)

Приняв равенство а=с, получим линейный характер зависимости коэффициента эффективности K_Э от коэффициента трения µ:

K_Э = 2µ. (10.16)

Графически эта зависимость представлена линией 2 на рис 10.10.

Конструкция тормозного механизма с равными перемещениями и кулачковым разжимом приведена на рис. 10.8.

Рис. 10.8. Конструкция тормозного механизма с равными перемещениями и кулачковым разжимом: 1 – тормозная колодка; 6 - опорный палец колодки; 10 – тормозная накладка; 11- ролик колодки; 12 – пневмокамера; 13 – разжимной кулак

Такие тормозные механизмы применяются на грузовых автомобилях с пневмоприводом. Подача сжатого воздуха в пневмокамеру 12 приводит к повороту разжимного кулака 13, который через ролики 11 действует на колодки 1, прижимая их к барабану.

На грузовых автомобилях с пневмоприводом в настоящее время широкое распространение получили тормозные механизмы с клиновым разжимом (рис. 10.9). Поступающий в пневмокамеру сжатый воздух через шток 2 и шток 1 действует на толкатель 4 разжимного устройства 3. Толкатели прижимают колодки к барабану, обеспечивая торможение.

Такой тормозной механизм может иметь один или два разнесенных разжимных устройства. Расчет тормозного механизма при плавающем штоке одного клинового разжимного устройства аналогичен тормозу с одним гидроцилиндром (рис.10.2…10.4).

Рис. 10.9. Барабанный тормозной механизм с разнесенным клиновым разжимом: 1 – шток толкателя; 2 – шток пневмокамеры; 3 – разжимное устройство; 4 - толкатель

Рис.10.10. Зависимость коэффициента эффективности тормозов от коэффициента трения: 1 -дисковый тормоз, 2 - барабанный тормоз с разжимным кулаком, 3 - барабанный тормоз с одним гидроцилиндром, 4 – барабанный тормоз с разнесенными опорами и гидроцилиндрами, 5 – барабанный тормоз с серводействием