Розрахунок гальм автомобіля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розрахунок гальм автомобіля

1. Дискове гальмо автомобіля

гальмівний колодка диск автомобіль

Гальмівний механізм передніх коліс автомобілів дискового типу з автоматичним регулюванням зазору між колодками та гальмовим диском.

Привід робочого гальма в автомобіля гідравлічний.

Гальмівний механізм передніх коліс (рисунок 1) складається супорта 12 в зборі з робочими циліндрами, гальмівного диска 18, двох гальмівних колодок 16, з'єднувальних пальців 8 і трубопроводів.

Супорт кріпиться до кронштейна 11 двома болтами 9, які стопоряться відгинанням на грань болтів стопорних пластин. Кронштейн 11 в свою чергу кріпиться до фланця поворотною цапфи 10 разом із захисним кожухом 13 і поворотним важелем. В супорті виконано радіусний паз, через який проходить гальмівний диск 18 і два поперечних пази для розміщення гальмівних колодок 16. У приливах супорта два вікна з направляючими пазами, в яких установлено два протилежних циліндра 17.

У кожному циліндрі розташований поршень 3, який ущільнюється пружним гумовим кільцем 6. Воно розташоване в канавці циліндра і щільно охоплює поверхню поршня. Порожнина циліндра захищена від забруднення гумовим ковпачком 7.

Робочі порожнини циліндрів з'єднані між собою трубопроводом 2. У зовнішній циліндр укручено штуцер 1 для прокачування контуру приводу передніх гальм, у внутрішній - штуцер шлангу для підведення рідини.

Поршень 3 впирається в гальмівні колодки 16, на які наклеєні фрикційні накладки 5. Колодки встановлені на пальцях 8 і підтискаються до них пружинами 15. Пальці 8 утримуються в циліндрі шплінтами 14.

Гальмівний диск 18 кріпиться до маточини колеса двома установочними штифтами.

При гальмуванні поршні під тиском рідини висуваються з колісних циліндрів і підтискають гальмівні колодки до гальмівного диску. При русі поршні захоплюють за собою кільця ущільнювачів 6, які при цьому скручуються. При розгальмуванні, коли тиск в приводі падає, поршні за рахунок пружної деформації кілець всовуються назад в циліндри. При цьому накладки 5 перебуватимуть в легкому зіткненні з диском 18.

При зносі накладок, коли зазор в гальмівному механізмі збільшується, поршні під тиском рідини прослизають відносно кілець 6 і займають нове положення в циліндрах, яке забезпечує оптимальний зазор між колодками і диском.

Необхідно також зазначити, що фрикційні накладки приєднані до колодок шляхом склеювання, що більш технологічно в порівнянні з заклепками.

Рисунок 1. Гальмівний механізм передніх коліс автомобіля ВАЗ: 1 - штуцер прокачування, 2 - трубопровід, 3 - поршень, 4 - пружинний фіксатор; 5 - фрикційні накладки; 6 - гумове кільце; 7 - гумовий ковпачок; 8 - з'єднувальні пальці; 9 - болти кріплення супорта; 10 - поворотна цапфа; 11 - кронштейн; 12 - супорт; 13 - захисний кожух; 14 - шплінти; 15 - пружини; 16 - гальмівні колодки; 17 - колісний гальмівний циліндр; 18 - гальмівний диск

2. Функціональний розрахунок гальмівної системи

2.1 Розрахунок максимально можливого гальмівного моменту

Перш ніж проектувати гальма мобільних машин необхідно знати величину максимально можливого гальмівного моменту, який може бути реалізований в певних умовах експлуатації машини і вже потім, з урахуванням знайденої величини максимально можливого реалізованого моменту, приступити до проектування гальм.

Враховуючи сили, що діють на мобільну машину при сталому гальмуванні на горизонтальній ділянці дороги (рисунок 2), визначаємо максимальні моменти тертя переднього і заднього гальм проектованої машини, виходячи з умови повного використання зчеплення шин з дорогою:

M₁ = (ц • r •m •g / (n₁ • L)) • (b + ц • h), Н • м, (1)

M₂ = (ц • r • m •g / (n₂ •L)) • (a - ц • h), Н •м, (2)

де М₁, М₂ - максимально можливі моменти тертя передніх і задніх гальм відповідно в разі одночасного гальмування усіма колесами автомобіля;

ц - коефіцієнт зчеплення шин з дорогою, ц = 0.8;

r - радіус кочення колеса, (АЗЛК-2141, r = 0,32м);

m - повна маса автомобіля, ( m = 1470 кг, АЗЛК-2141);

а = 1,316 м, b = 1.264 м, h = 0.55 м - координати центру мас автомобіля (АЗЛК-2141);

L - база автомобіля, (АЗЛК-2141, L = 2.58 м);

n₁, п₂ - число коліс з гальмами, відповідно, на передній і задній осях.

Чисельні значення:

;

.

Таким чином, як видно з проведених розрахунків, момент тертя між колесами і дорогою на задніх колесах менше ніж на передніх.

Рисунок 2. Сили, що діють на автомобіль при гальмуванні на горизонтальній ділянці дороги

Отримані формули дозволяють визначити необхідні моменти тертя, які повинні розвивати проектовані гальма автомобіля для повного використання зчеплення шин з дорогою і, тим самим, забезпечення максимальної ефективності гальмування.

Граничні значення моменту тертя гальмівного механізму М_тр повинні відповідати значенню гальмівного моменту на колесі автомобіля М_ф, тобто

М_ф = М_тр. (3)

Граничне значення М_ф , H•м, визначається умовами взаємодії колеса з полотном дороги:

^, (4)

де - розрахункове значення коефіцієнта зчеплення,

, (5)

К_ф - коефіцієнт розподілу гальмівних сил Р_ф1 і Р_ф2 між колесами відповідно передньої та задньої осей;

К_ф = Р_ф1/ Р_ф2 - коефіцієнт розподілу гальмових сил Р_ф1 і Р_ф2 між колесами відповідно передньої та задньої осей (приймають K_ф = 1,3...І,6 для легкових і тих вантажних автомобілів, у яких a ? b; К_ф = 0,8...І,0 - для вантажних автомобілів, при a > b (числові значення величин a, b, h_д за тяговим розрахунком));

a, b, h_д - координати центра мас.

Вертикальні опорні реакції на передній Z_ф1 і задній Z_ф2 осях автомобіля, Н:

; (6)

; (7)

де Z_ф - вертикальна реакція полотна дороги;

G_a = М_а ?g - повна вага автомобіля, Н;

М_а - повна маса автомобіля, кг;

L - база автомобіля, м.

При гальмуванні лише задніх коліс автомобіля гальмівний момент, H•м, становить:

, (8)

де б ? 9,1⁰ (ухил I6%) - кут ухилу, на якому повинен бути загальмований автомобіль.

2.2 Розрахунок основних параметрів барабанних гальм

Момент тертя, який необхідно створити в гальмівному механізмі, визначають відповідно до типу і схеми гальмівного механізму (Рис. 3, табл. 1):

Рис. 3. Схема гальмівного механізму барабанного типу: а - заднього, б - переднього

де Z_ф - вертикальна реакція полотна дороги;

G_a = М_а ?g - повна вага автомобіля, Н;

М_а - повна маса автомобіля, кг;

L - база автомобіля, м.

Гальмівний момент.

Для гальм задніх коліс:

; (9)

Звідки, сила, що створює гальмівний момент:

, (10)

де Р - сила приводу, Н;

- радіус гальмівного барабану, м;

a, b, h - геометричні розміри (ширина, довжина, товщина) гальмівного барабану;

=0,3...0,35 - коефіцієнт тертя;

Для гальм передніх коліс:

; (11)

Звідки,

, (12)

Для стоянкового гальма, якщо використовується схема рис. 3 б, має виконуватись умова:

, (13)

де , - кути охоплення накладок гальмових колодок ();

В таблиці 1 наведено можливі схеми гальмівних механізмів та розрахункові формули для визначення моментів тертя

Таблиця 1. Схеми гальмівних механізмів та розрахункові формули для визначення моментів тертя

Схема механізму	Розрахункова формула
	Р2Р1;
	Р1= Р2=Р;
	Р1= Р2=Р;

де Р₁, Р₂, Р - приводні сили;

R_б - робочий радіус гальмівного барабана (визначають із можливості розміщення барабана всередині обода колеса);

a, b, h - геометричні розміри гальмівного барабана (a ? b ? 0,8 R_в);

м = 0,3...0,35 - коефіцієнт тертя;

в₁, в₂ - кути охоплення накладок гальмівних колодок (в = 80...140⁰);

z_п.т. - число поверхонь тертя;

r_ср - середній радіус гальмівної колодки дискового гальмівного механізму.

2.3 Розрахунок основних параметрів дискових гальм

Для визначення основних геометричних параметрів однодискового переднього гальма скористаємося формулою для розрахунку величини гальмівного моменту:

,Нм, (14)

де коефіцієнт тертя, ; середній радіус тертя; сила, що притискає накладку до диска.

, Н, (15)

де q - тиск рідини в гідроприводі гальм;

d - діаметр гальмівного циліндра, м;

Для розрахунків приймаються: середній радіус тертя Rc = 0.093 м; тиск рідини в гідроприводі q = 9 МПа. (для автомобілів q = 8 … 9 МПа).

З виразу (3) визначаємо силу, що притискує накладку до диска:

, (16)

З виразу (15) визначаємо діаметр гальмівного циліндра:

, (17)

Основним показником для остаточного вибору розмірів фрикціонних накладок є максимальне питоме навантаження, що створюється в контакті поверхонь тертя гальма:

, (18)

де F - площа поверхні тертя накладки.

Для дискових гальм допустиме значення питомого навантаження на накладку не повинно перевищувати 500 Н/см². Приймаємо . Тоді з виразу (7) площа поверхні тертя накладки дорівнює:

, (19)

Площу поверхні тертя накладки можна визначити також за формулою:

 (20)

де - центральний кут кільцевого сегменту накладки;

R, r - зовнішній і внутрішній радіуси кільцевого сегменту накладки.

Для визначення R і r складемо систему рівнянь:

. (21)

Прийнявши , отримуємо:

,

звідки:

.

Для визначення діаметра головного циліндра скористаємося відношенням:

, (22)

де діаметр головного циліндра, м;

діаметр колісного циліндра, м.

Приймаючи 3, отримуємо:

2.4 Розрахунок показників ефективності гальм

Знаходимо вираз для усталеного уповільнення:

j = ц * g = 0.8 * 9.81 = 7.848 м/с2, (23)

Максимально можливий шлях гальмування з початковою швидкістю 60 км / год при гідравлічному приводі гальм розраховують за формулою:

S = 0.125V0 + V02 / (2 • j), м, (24)

де S - гальмівний шлях, м;

V0 - початкова швидкість гальмування, м / с;

V0 = 60 км / г = 16.66 м / c;

S = 0.125 • 16.66 +16.662 / 2 •7.848 = 19.8 м.

Отримане значення справедливо для випадку одночасного гальмування передніми і задніми колесами автомобіля.

2.5 Розрахунок показників енергоємності гальм

Здатність гальм поглинати і швидко розсіювати накопичене тепло, без істотного зниження ефективності дії, називається енергоємністю, про яку судять, побічно, за питомою роботою тертя гальм і приростом температури за одне гальмування на фрикційні накладки.

Процес інтенсивного гальмування триває короткотерміново, тому нехтують тепловіддачею в навколишнє середовище і в сусідні, неробочі ділянки диска. Тоді питома робота тертя гальма виразиться як:

Lm = 0.051Z1 V02 / 2F, (25)

де Z1 - нормальна реакція дороги при гальмуванні на колеса;

V0 - початкова швидкість гальмування, V0 = 16.66 м / c;

F - площа накладок гальма, що розраховується; F = 0.00227 см2.

Розраховуємо нормальну реакцію дороги на переднє колесо:

Z1 = (m•g / (2L)) (b + ц•h), (26)

З раніше наведених розрахунків випливає, що найбільш навантаженим є переднє гальмо. Визначимо для нього питому роботу тертя, враховуючи, що питома робота тертя має бути меншою 2000 Н ·м/см2:

Z1 = (1470 • 9.81 / (2 • 2.58)) • (1.264 +0.8 • 0.55) = 4762,2 Н.

Lm = 0.051 •4762,2 •(16.66) 2 / (2 •0.00227) = 1485 Н * м/см2 <2000 Н * м/см2.

Нехтуючи тепловіддачею в навколишнє середовище, можна вважати що вся робота тертя перетворюється в тепло. Тоді приріст температури диска за одне гальмування визначиться за формулою:

(27)

де md - маса кільцевої частини диска, що примикає до поверхні тертя,

(28)

де R, r - зовнішній і внутрішній радіуси поверхні тертя диска, м;

b - товщина диска, м;

р - густина матеріалу диска, для сталi р = 7.83•103 кг/м3;

c - теплоємність матеріалу диска; для сталі .

кг

2.6 Міцнісний розрахунок барабанних гальм

Достатня жорсткість деталей барабанного гальма (рисунок 4) і перш за все барабана і колодок, є неодмінною умовою для забезпечення його надійності, стабільності та ефективності гальмування.

Рисунок 4. Геометричні параметри гальмівного барабана: L = 75 мм, L'= 17 мм, H = 5 мм, H0 = 10 мм, H0' = 5 мм, R = 150 мм, r = 35 мм.

Якщо виконується умова:

W = 2 · 108 ·((P·h·f(б) / (c·E·sin2б)) ·U(гi)·(R3 / (L·H03)) <= 0,0016 · R, (29)

де W - максимальний статичний прогин вільного краю гальмівного барабана, мм;

Р - розтискна сила, Н;

c - відстань між центрами обертання барабана і повороту колодки, мм;

Е-модуль Юнга, E = 1,6 х 1011 Н/м2;

а - половина кута охоплення колодки, б = 45 °;

R - радіус середнього кола ;

L - довжина оболонки;

Н0 - товщина оболонки;

R0 - опорне значення середнього кола циліндричної частини гальмівного барабану; R0 = 0,25 м.

Обчислюємо значення гі за такими формулами:

г1=H/R0=0,022, (30)

г2=r/R0=0,137, (31)

г3=R/R0=0,61, (32)

г4=L/R0=0,32, (33)

г5=H0/R0=0,041, (34)

г6=L'/R0=0,069, (35)

г7=H0'/R0 = 0,11, (36)

Визначаємо U(гi)згідно з виразом:

U(гi)=0,0146 / (г1• г4) - 0,002994 / (г1• г3) -1,93• г2+1,893• г22 -

- 0,5293/ г2• г3 - 1,924• г3+0,5576•г52+0,1089• г6+1,852• г7+1,58, (37)

Підставляючи значення гi у вираз (26), знаходимо:

U(гi)=-6,7.

Половина кута охоплення накладки гальма б = 45 °, тому f(б) визначається за формулою:

f(б)=sin2б/2+(cos4б -1)/4+(2/р)*((9/4)*cos3б - cos б/3 -1/9 -

- (б·sin3б)/3) (38)

Підставляючи значення б = 45 ° у вираз (27), отримуємо f(б)= - 0.00001324.

Підставимо значення параметрів у вираз (18).

W=0.235мм < 0,0016• R = 0,0016• 150 = 0,25 мм.

Отже, умова жорсткості виконується.

2.7 Гальмівний привід

Для забезпечення надійності роботи приводу робочої гальмівної системи його конструкція повинна мати не менше двох контурів. Стоянкова гальмівна система - конструкцію, яка дозволить використовувати її, як запасну.

Розрахункову схему гідравлічного гідроприводу наведено на рис. 5.

Рис. 5. Схема для розрахунку гідравлічного гальмівного приводу:1 - робочий циліндр; 2 - головний циліндр; 3 - педаль

Тиск у гальмівній системі з гідроприводом розраховують за формулою:

(39)

де - максимальний гальмівний момент на колесах;

- сили, приведені до поршнів гідроциліндра в колесі;

- відстані від шарнірів (табл. 1) до осей барабану і поршнів гідроциліндра відповідно;

- коефіцієнт тертя між колодками і барабаном;

- коефіцієнт, що враховує кут охоплення колодки заднього механізму; при розрахунках приймають = 0,84;

- кінематичний радіус колеса;

- коефіцієнт зчеплення; при розрахунках приймають = 0,1…0,8;

- повна вага автомобіля;

- відповідно відстань від заднього колеса до центра мас автомобіля, висота центра мас, база автомобіля;

р - тиск рідини в гідравлічній системі

Кінематичне передавальне число гальмівного привода ік визначають:

, (40)

де - робочий хід педалі або важеля гальма ();

- сумарне переміщення кінців колодок у місці їх з'єднання з поршнями ().

Силове передавальне число гальмівного приводу ір визначають виходячи з рівності тисків які виникають від дії сили на гальмову педаль і сил, які розтискають колодки гальмового механізму.

При гідравлічному гальмовому приводі силове передавальне число становить:

, (41)

де , - діаметр головного та колісного гальмових циліндрів, м;

=0,95...0,97 - ККД гідравлічного гальмівного приводу;

с, l - геометричні розміри (див. рис. 4).

Зусилля, яке повинен прикладати водій до педалі автомобіля:

, (42)

де - сумарна гальмова сила, яка діє на всі колеса автомобіля, Н;

Проведемо визначення силового передавального числа пневматичного гальмового привода ір автомобіля АЗЛК-2141, схему якого наведено на рис. 6.



Рис. 6. Розрахункова схема для визначення силового передавального числа приводу гальмової системи (пневматичний з гальмовою камерою та пружним енергоакумулятором)

При пневматичному гальмовому приводі:

(43)

де зпр - 0,92...0,95 - ККД механічних елементів пневматичного гальмового приводу;

Для існуючих конструкцій силове передавальне число пневматичного гальмового приводу іp = 100...300, тиск повітря в ресіверах

Pпов =(0,60...0,75) МПа; Рпед < 100Н.

Зусилля, яке повинен прикладати водій до педалі автомобіля:

; (44)

(45)

де Р1, Р2, - приводні сили;

Моменти тертя: Нм; Нм.

Rб - робочий радіус гальмівного барабану (визначається із можливості розміщення барабану в середині обода колеса);

а, b, h - геометричні розміри гальмівного барабану (а = b = 0.8Rб).

Зусилля, яке повинен прикладати водій до педалі автомобіля:

Для автомобіля КАМАЗ:

- сумарна гальмова сила,яка діє на всі колеса автомобіля. При робочому гальмуванні Рпед ? 100…150Н, а при аварійному Рпед ? 500Н.

Для зменшення зусилля на педалі, проектують підсилювач.

Схему пневматичного гальмівного приводу наведено на рис. 7.



Рис. 7. Схема для розрахунку пневматичного гальмівного приводу: 1 - педаль; 2 - гальмівний кран; 3 - гальмівна камера

Об'єм повітряних балонів (ресіверів) повинен бути в 20…25 разів більше обсягу виконавчих приладів пневмоприводу.

Після вибору та обґрунтування пневматичного типу гальмівного приводу визначають конструкцію основних механізмів і пристроїв (головного гальмівного циліндра, колісних циліндрів, гальмівного крана, гальмівного циліндра або камери, пружинного енергоакумулятора тощо).

Додаток

Завдання до виконання РГР з дисципліни «Автомобілі»

Варіанти завдань до РГР з дисципліни «Автомобілі» (група АТ-111, 4-й курс, 2014/2015 н.р.). Початкова при гальмуванні швидкість руху автомобіля - V0, км/год.

1. А Повна маса автомобіля, кг

1. Б На передню вісь, кг

1. С На задню вісь, кг

2. Автомобіль

3. База L, мм

4. Висота центра ваги з вантажем, м

5. Радіус колеса, r, м

Показники і параметри автомобілів

Вар.	V0, км/год	1	2	3	4	5	6
		А	Б	С
1	2	3	4	5	6	7	8
14	56	1470	750	720	АЗЛК-2141	2580	0,55	0,32

Базу автомобіля L приймають, орієнтуючись на існуючі конструкції, координати центра мас за базою знаходять із виразів:

- для двовісного автомобіля:

; (1)

;

де

а - відстань від передньої осі до центра мас автомобіля, мм;

b - відстань від задньої осі до центрамас автомобіля, м.

- згідно з [1] для тривісного автомобіля з балансирною підвіскою середнього та заднього мостів, які утворюють задній візок:

а = (М2 + М3) (L + 0,5 l) / Ма, м (2)

Координата b для такого автомобіля є відстанню від центра мас до осі балансира:

b = (L + 0,5 l) - а, м (3)

Для тривісного автомобіля з індивідуальною підвіскою середнього та заднього мостів:

а = М2 L + М3 (L + l ) / Ма, м (4)

Координата b для такого автомобіля є відстанню від центра мас до задньої осі:

b = (L + l ) - а, м (5)

За відсутності даних висоту центра мас hg приймають у межах (0,7 …0,8) м для легкових автомобілів та (0,9…1.1) м - для вантажних автомобілів і автобусів.

Размещено на Allbest.ru