Анализ тормозных механизмов

Для оценки конструктивных схем тормозных механизмов используют следующие основные оце­ночные параметры: коэффициент тормозной эффективности, стабильность, реверсивность, уравновешенность.

Коэффициент тормозной эффективности определяют как отношение тормозного момента, создаваемого тормозным механизмом, к приводному моменту:

, (14.1)

где – сумма приводных сил; – радиус приложения результирующей сил трения (в барабанных тормозных механизмах – радиус барабана, в дисковых – средний радиус фрикционной накладки).

Стабильность характе­ризует зависимость коэффициента тормоз­ной эффективности от изменения коэф­фициента трения. Эта зависимость пред­ставляется графиком статической харак­теристики тормозного механизма. Лучшей стабильностью обладают тормозные меха­низмы, характеризуемые линейной зависи­мостью, причем, чем слабее выражена эта зависимость, тем тормозной механизм стабильнее.

Поскольку тормозная эффективность должна оце­ниваться раздельно при движении вперед и назад используется критерий реверсивности, представляющий собой зависимость коэффициента тормозной эффективности от направления дви­жения автомобиля. При этом, если коэффициент тормозной эффективности при движении вперед равен коэффициенту при движении назад, то тормозной механизм счита­ется реверсивным.

Уравновешенность – свойство тормозного механизма при работе создавать нагрузки на подшипники ступицы колеса. Уравновешенными являются тормозные механизмы, в кото­рых силы трения не создают нагрузку на подшипники ступицы колеса.

Для оценки конкретных конструкций тормозных механизмов пользуются допол­нительными расчетными параметрами (давление на накладки, нагрев тормозного барабана за одно торможение и др.)

Тормозной момент дискового тормозного механизма определяют по формуле:

, (14.2)

где – коэффициент трения.

С учетом уравнения (14.1) при расчетном коэффициенте трения = 0,35 коэффициент эффективности дискового тормозного механизма – = 0,35.

Из этого можно заключить, что дисковый тормозной механизм обладает малой эффективностью (минимальной по сравнению с другими тормозными механизма­ми).

Основным достоинством дискового тормозного механизма является стабильность (минимальная по сравнению с другими тормозными механизма­ми), что отражено в его стати­ческой характеристике, которая имеет линейный характер. В настоящее время стабильности отдается предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно получить уве­личением приводных сил в результате применения рабочих цилиндров большего диаметра или усилителя.

Дисковый тормозной механизм является реверсивным, но неурав­новешенным, так как при торможении соз­дается дополнительная сила, нагружаю­щая подшипники ступицы колеса.

В настоящее время применяют несколько разновидностей барабанных тормозных механизмов, которые отличаются особенностями силового взаимодействия колодок с приводным устройством и барабаном.

При анализе силового взаимодействия тормозных колодок с тормозным барабаном принимают следующие допущения: накладки расположены симметрично относительно горизонтальной оси; равнодействующие элементарных тормозных сил проходят через центр тормозного механизма.

Расчетная схема тормозного механизма с равными приводными силами и односторонним расположением опор колодок показана на рисунке.

На каждую колодку, помимо опорных реакций, действуют силы: приводная – ; равнодействующая нормальных реакций тормозного барабана – N; сила трения – . Равенство приводных сил = обеспечивается одинаковыми размерами порш­ней рабочего цилиндра.

Из схемы сил, дейст­вующих в тормозном механизме, видно, что мо­мент силы трения относительно опор колодок оказывает на левую колодку действие, эквивалент­ное увеличению приводной силы, а на правую – эквивалентное уменьшению. Левую колодку (при вращении барабана против часовой стрелки, как показано на рисунке) называют первичной (активной, самоприжимной), а правую – вторичной (пассив­ной, самоотжимной).

Явление самоприжима и самоотжима являются важной принципиальной особенностью рабочего процесса барабанных тормозных механизмов.

Тормозной момент, развиваемый обеими колодками тормозного механизма, можно рассчитать по формуле:

. (14.3)

Для данного тормозного механизма

; (14.4)

. (14.5)

Таким образом, из-за неравенства и , отношение тормозных моментов, развиваемых активной и пассивной колодками будет равно:

≈ 2,

т.е. активная колодка обеспечивает примерно в 2 раза больший тормозной момент, что приводит к ускоренному ее изнашиванию. Для того чтобы уравнове­сить износ накладок, необходимо сделать одинаковыми давления на на­кладки, что достигается увеличением длины и толщины активной на­кладки.

Тормозной момент, развиваемый обеими колодками такого тормозного механизма, можно определить по формуле:

. (14.6)

Коэффициент тормозной эффективности данного тормозного механизма:

= 0,81.

Статическая характеристика данного тормозного механизма нелинейна, что свидетельствует о недостаточной его стабильности; разность не зависит от направления вращения барабана, что свидетельствует о его реверсивности; в результате неравенства и подшипники ступицы колеса нагружаются дополнительной силой, т.е. такой тормозной механизм неуравновешен.

Тормозные механизмы с равными приводными силами и односторонним расположением опор применяются на грузовых автомобилях средней грузоподъемности и в качестве тормозных механизмов задних колес на легковых автомобилях.

Для тормозного механизма с равными приводными силами и разнесенными опорами

; (14.7)

. (14.8)

В этом тормозном механизме обе колодки являются активными при вращении барабана против часовой стрелки; тормозные моменты, создаваемые обеими колодками – одинаковы, что обеспечивает одинаковый их износ.

Тормозной момент, развиваемый обеими колодками такого тормозного механизма, можно определить по формуле:

. (14.9)

Коэффициент тормозной эффективности данного тормозного механизма:

= 1,08,

т.е. тормозной момент несколько больше приводного.

Статическая характеристика такого тормозного механизма еще более нелинейна, чем предыдущего; на заднем ходу коэффициент тормозной эффективности снижается примерно 2 раза (нереверсивен); = , следовательно, данный тормозной механизм уравновешен.

Тормозные механизмы с равными приводными силами и разнесенными опорами применяются в качестве передних на легковых автомобилях и грузовых автомобилях малой и средней грузоподъемности. В этом случае в качестве задних ис­пользуются тормозные механизмы с равными приводными сила­ми и односторонним расположением опор.

Такое сочетание тормозных меха­низмов на автомобиле позволяет получить большие тормозные силы на передних колесах, чем на задних, в соответствии с на­грузкой, приходящейся на колеса при торможении.

У тормозного механизма с равными перемещениями колодок колодки разжимаются кулаком, имеющим симметричный профиль, поэтому = , что обеспечивает равенство износа фрикционных накладок.

Тормозной момент данного тормозного механизма рассчитывают по формуле:

. (14.10)

Коэффициент тормозной эффективности будет равен:

= 0,7.

Приводные силы в этом механизме не одинаковы – < :

; (14.11)

. (14.12)

Данный тормозной механизм является самым неэффективным из всех барабанных, но самым стабильным (линейная статическая характеристика); он реверсивен и уравновешен.

Тормозные механизмы с равными перемещениями колодок требуют зна­чительных приводных сил для поворота разжимного кулака и поэтому применяются на грузовых автомобилях и автобусах с пневматическим тормозным приводом.

Сводный график статических характеристик рассмотренных тормозных механизмов приведен на рисунке.