Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13.КП-02068025.190603.10-3.066 ПЗ
Введение
Требования к конструкции тормозной системы
К тормозному управлению автомобили служащему для замедления его движения вплоть до полной остановки и удержания на месте на стоянке, предъявляются повышенные требования, так как тормозное управление является важнейший средством обеспечения активной безопасности автомобиля. Требования к тормозным системам регламентированы ГОСТ 22895-77 и международными правилами (Правила № 13 ЕЭК ООН).
Требования к тормозным системам следующие:
минимальный тормозной путь или максимальное установившееся замедление в соответствии с требованиями ГОСТ 22895- 77 для пассажирских автомобилей категорий М1, М2, М3 и грузовых автомобилей категорий Nb N2, N3 в зависимости от типа испытаний (ноль; I; II);
сохранение устойчивости при торможении (критериями устойчивости служат линейное отклонение, угловое отклонение,
угол складывания автопоезда);
стабильность тормозных свойств при неоднократных торможениях;
минимальное время срабатывания тормозного привода;
силовое следящее действие тормозного привода, т. е. пропорциональность между усилием на педали и приводным моментом;
малая работа управления тормозными системами - усилие на тормозной педали в зависимости от назначения автотранспортного средства должно лежать в пределах 500...700 Н (низший предел для легковых автомобилей); ход тормозной педали 80... 180 мм; отсутствие органолептических явлений (слуховых, обонятельных); надежность всех элементов тормозных систем; основные элементы (тормозная педаль и ее крепление, главный тормозной цилиндр, тормозной кран и др.) должны иметь гарантированную прочность, не должны выходить из строя на протяжении гарантированного ресурса; должна быть также предусмотрена сигнализация, оповещающая водителя о неисправности тормозной системы
В соответствии с ГОСТ 22895-77 тормозное управление должно включать следующие тормозные системы:
рабочую;
запасную;
стояночную;
вспомогательную (тормоз - замедлитель), обязательную для автобусов по ной массой свыше 5 т и грузовых автомобилей полной массой свыше 12 т, npeд назначенную для торможения на длительных спусках и поддерживающую скорость 30 км/ч на спуске с уклоном 7% протяженностью 6 км.
Данный курсовой проект посвящен анализу тормозных механизмов и их влиянию на эксплуатационные качества автомобиля Ford Focus.
1 Анализ конструкции автомобиля
1.1 Краткая характеристика автомобиля
Ford Focus II
Ford Focus II пришел на смену первому поколению в 2004 году. Новая модель ознаменовала собой новый виток развития автомобилестроения в компании Ford Focus II превосходил на тот момент все существующие требования безопасности водителя и пассажиров. Таким образом, этот автомобиль был признан одним из самых комфортных, качественных и безопасных в своём классе и ценовом сегменте.
Успех Ford Focus второго поколения подтверждает и рестайлинг, который прошел в 2008 году. Были подкорректированы внешний вид и некоторые технические начинки автомобиля. При этом если профиль автомобиля и его задняя часть визуально изменились незначительно, то в отношении переда конструкторы компании поработали очень и очень серьезно. Так, например, на передней части автомобиля были установлены новые и более эффектные фары, появился более рельефный капот и выделенные колесные арки. Кроме этого была заменена решетка радиатора. Все эти элементы кардинально поменяли переднюю часть автомобиля, которая стала смахивать на более дорогой Ford Mondeo.
Если говорить про заднюю часть автомобиля и его профиль, то здесь был добавлен спойлер, была существенно изменена форма зеркала заднего вида, слегка обновлен задний бампер, который стал более плавным, а также была добавлена подштамповка на дверях.
Подобные изменения позволили поддержать уровень продаж Ford Focus II на высоком уровне как в России, так и во всем мире, а также стали основой для создания Ford Focus III, которое появилось в продаже в 2011 году.
Салон Ford Focus II является воплощением принципов максимального удобства для пассажиров и водителя. Продуманные технологии и высококачественные материалы призваны окружить заботой каждого человека, находящегося внутри автомобиля.
Салон достаточно просторный, для того чтобы и водитель и пассажиры могли чувствовать себя комфортно. На заднем сидении автомобиля удобно и расслабленно могут путешествовать трое взрослых человек, при этом не задевая друг друга локтями и не упираясь головами в потолок автомобиля. Заднее сидение оборудовано регулируемыми по высоте подголовниками. Важным моментом для молодых родителей является наличие креплений для детских кресел.
Кресло водителя имеет развитую боковую поддержку, что является неоспоримым плюсом для любителей активной езды. Не смотря на то, что ему недостает диапазона перемещения по высоте, оно является достаточно удобным. Положение кресел переднего пассажира и водителя можно регулировать в соответствии с ростом и телосложением людей, изменяя угол наклона спинки, а также положение валика поясничного подпора. Подголовники также можно регулировать по высоте. Руль имеет регулировку, как по глубине, так и по углу наклона колонки.
Передняя часть салона автомобиля выглядит весьма презентабельной. Особенно стильной является центральная консоль. Приборная панель, имеет подсветку красного цвета, что делает процесс чтения показателей максимально комфортным.
В целом интерьер Ford Focus II впечатляет продуманностью мелких деталей и элегантным внешним видом. Однако при более близком знакомстве становятся заметны некоторые недостатки. Так, например, имеющая вполне респектабельный вид недорогая кожа салона, является слишком скользкой. А фенольный запах пластиковых панелей чрезмерно резким.
Технические характеристики Ford Focus II — это доказательство его безоговорочного лидерства в своём ценовом сегменте, выраженное посредством цифр. Даже короткого взгляда в технические данные Ford Focus II будет достаточно, чтобы понять — компания Ford Motor Company сделала пусть и не гигантский, но всё же твёрдый и уверенный шаг к улучшению динамики разгона, а также ходовых качеств столь популярного в России автомобиля. По мнению критиков, в невероятном сочетании динамики и управляемости вторая версия Ford Focus даже несколько превосходит знаменитые Volvo 40 и Mazda 3, использующие в своём основании всё ту же платформу Ford C1.
Рисунок 1 - Автомобиль Ford Focus
Основные технические данные автомобиля
Грузоподъемность, кг..............................................................................................400
Масса, кг: снаряженного.......................................................................................1495
полная.....................................................................................................................1895
Скорость макс., км/ч: автомобиля..........................................................................195
База, мм...................................................................................................................2640
Длина, мм............................................................................................................... 4488
Высота, мм..............................................................................................................1497
Ширина (с зеркалами), мм……………………………...……………...…….….1991
Колея колес, мм………….....................................................................................1535
Колёсная формула, тип привода……………………..…………………………..4х2
Допустимая нагрузка на переднюю ось, кг………………………….…………..920
Допустимая нагрузка на заднюю ось, кг………………..……………………….975
Радиус поворота, м……………………………………………………………...…5,2
Тормозной путь 100-0 км/ч, м……………………………………………………..35
Рисунок 2 - Основные размеры автомобиля
1.2 Элементы гидравлического привода тормозов автомобиля
Рисунок 3 - Схема действия гидравлического привода тормозов автомобиля
1 — передние дисковые тормоза; 2 — шланг гидропривода; 3 — индикатор тормозов; 4 — главный тормозной цилиндр; 5 — вакуумный усилитель; 6 — педаль тормоза; 7 — кнопка включения тормозных фонарей; 8— натяжитель; 9 — задние колодочные тормоза; 10 — кронштейн; 11 — индикаторная лампочка стояночного тормоза; 12 — рычаг стояночного тормоза; 13 — кнопка индикатора стояночного тормоза; 14 — соединительная головка; 15 — тросики натяжения стояночного тормоза; 16 — тормозные фонари
Автомобиль Ford Focus II оборудован двумя независимыми тормозными системами: рабочей и стояночной. Первая, оснащенная гидравлическим приводом, обеспечивает торможение при движении автомобиля, вторая затормаживает автомобиль на стоянке. Рабочая система двухконтурная, с диагональным соединением тормозных механизмов передних и задних колес. Один контур гидропривода обеспечивает работу правого переднего и левого заднего тормозных механизмов, другой — левого переднего и правого заднего.
При отказе одного из контуров рабочей тормозной системы используется второй контур, обеспечивающий остановку автомобиля с достаточной эффективностью.
В гидравлический привод включен вакуумный усилитель. По заказу на автомобиль может быть установлена антиблокировочная система (АBS), а при ее наличии — противобуксовочная система (TSC) и система курсовой устойчивости (ESP).
На автомобили, не оснащенные АBS, для предотвращения заноса при интенсивном торможении устанавливают регуляторы давления в гидроприводах тормозных механизмов задних колес, смонтированные на главном тормозном цилиндре. При отсутствии АBS на автомобили с кузовом универсал на балку задней подвески устанавливают регулятор тормозных сил, изменяющий давление жидкости в тормозных механизмах задних колес в зависимости от нагрузки на заднюю ось автомобиля.
Стояночная тормозная система имеет тросовый привод на тормозные механизмы задних колес.
Тормозной механизм переднего колеса дисковый, с автоматической регулировкой зазора между колодками 2 (рисунок 3) и диском 1, с плавающей скобой. Подвижная скоба образована суппортом 3 c однопоршневым рабочим цилиндром. Направляющая 4 колодок прикреплена болтами к поворотному кулаку. Подвижная скоба прикреплена направляющими пальцами 5, ввернутыми в резьбовые отверстия направляющей колодок. Направляющие пальцы смазаны консистентной смазкой и защищены пластмассовыми втулками. В полости рабочего цилиндра установлен поршень с уплотнительным кольцом. За счет упругости этого кольца поддерживается оптимальный зазор между колодками и вентилируемым диском. При торможении поршень под воздействием давления жидкости прижимает внутреннюю колодку к диску, под воздействием силы реакции суппорт перемещается на пальцах и наружная колодка тоже прижимается к диску, при этом сила прижатия колодок оказывается одинаковой. При растормаживании поршень за счет упругости уплотнительного кольца отводится от колодки, в результате между колодками и диском образуется небольшой зазор.
Рисунок 3 - Тормозной механизм переднего колеса
1 – тормозной диск; 2 – тормозные колодки (наружная не видна, так как закрыта суппортом); 3 – суппорт тормозного механизма; 4 – направляющая колодок; 5 – направляющий палец суппорта (находится внутри защитной втулки); 6 – клапан выпуска воздуха; 7 – тормозной шланг
Главный тормозной цилиндр (рисунок 4) с двумя последовательно расположенными поршнями крепится к крышке вакуумного усилителя двумя гайками с пружинными шайбами. Главный тормозной цилиндр создает давление в двух независимых гидравлических контурах. Объем жидкости между поршнями 5 и 12 используется для приведения в действие передних тормозных механизмов, а объем жидкости между поршнем 12 и торцом пробки 15 главного цилиндра для приведения в действие задних тормозных механизмов. При перемещении вперед первичного поршня 5 его манжета 8 перекрывает компенсационное отверстие Б, соединяющее первичную полость главного цилиндра с баком.
Пружина 10 между поршнями 5 и 12 главногоцилиндра сильнее пружины 14 между поршнем 12и пробкой 15, поэтому одновременно с первичны»поршнем начинает перемещаться и вторичныйпоршень 12, перекрывая манжетой компенсационное отверстие А, соединяющее вторичную полость цилиндра с баком. Дальнейшее перемещение поршней сопровождается увеличением давления впервичной и вторичной полостях, следовательно, в гидравлических контурах тормозной системы.При снятии усилия с педали тормоза поршнипод действием возвратных пружин возвращаютсяв первоначальное положение. При этом жидкость перетекает обратно в бак главного цилиндра, и давление в контурах снижается до атмосферного.
Если педаль тормоза освобождается резко, то поршни главного цилиндра возвращаются быстрее, жидкость из колесных цилиндров. В этом случае в полостях главного цилиндра создается разрежение и через отверстия в поршнях, отжимая края рабочих манжет, в полости поступает дополнительный объем жидкости из бачка через перепускные отверстия. Когда поршни достигнут своего первоначального положения, избыток жидкости из каждой полости через компенсационные отверстия перетечет в бачок.
Отказ в работе одного из контуров сопровождается увеличением хода тормозной педали. Однако запаса хода педали при этом достаточно для создания в исправном контуре давления тормозной жидкости, необходимого для торможения.
Рисунок 4 - Главный тормозной цилиндр с регуляторами давления в гидроприводах тормозных механизмов задних колес и бачком
1-крышка; 2-упорное кольцо; 3- наружная манжета; 4- стопорное кольцо; 5 и 12-поршни; 7- шайба поршня; 8-главная манжета; 9 и 13 - упорные шайбой; 10 и 14 - пружины; 11- разделительные манжеты; 15- пробка; 16- корпус главного цилиндра; 17-соеденительная втулка; 18- трубка; 19- бак; А и Б- компенсационные отверстия ; В- перепускное отверстие
Вакуумный усилитель (рисунок 5), установленный между механизмом педали и главным тормозным цилиндром, при торможении за счет разрежения во впускной трубе двигателя через шток и поршень первой камеры главного цилиндра создает дополнительное усилие, пропорциональное усилию от педали.
В шланге, соединяющем вакуумный усилитель с впускной трубой, установлен обратный клапан. Он удерживает разрежение в усилителе при его падении во впускной трубе и препятствует попаданию топливовоздушной смеси в вакуумный усилитель.
Рисунок 5 - Вакуумный усилитель
1 - крышка корпуса; 2- пружина; З и 5 - поршни; 4 - опорное Кольцо; 6 и 20 - диафрагмы; 7 - реактивная шайба; 8 - направляющее кольт. 9 - уплотнительная манжета; 10 - фильтр; 11 - корпус клапанов; 12 и 17 - толкатели; 13 - поршень; 14 - диафрагма клапанов; 15 - корпус усилителя; 16 - винт; 18 - упорная крышка; 19 - упорное кольцо; 21 - уплотнительное кольцо; 22 - обратный клапан; 23 - шланг; 24 - контргайка; 25 - регулировочный болт; 26 - главный цилиндр; 27 – бачок
Регуляторы давления (рисунок 6) корректирует давление тормозной жидкости в системе задних тормозных механизмов в зависимости от изменения нагрузки на задние колеса. Регулятор крепится к задней панели пола через переходный кронштейн. Короткий конец упругого элемента закреплен между нажимным рычагом и осью нажимного рычага при помощи фиксирующего болта и штифта. Длинный конец упругого элемента шарнирно закреплен в стойке при помощи резиновой втулки.
Рисунок 6 - Регулятор давления
1- регулятор; 2 и 19 - кронштейны регулятора; 3 - нажимной рычаг; 4 - ось нажимного рычага; 5 - штифт; 6 - фиксирующий болт 7 - гайка; 8 - ось; 9 - стойка регулятора; 10 - кронштейн стойки; 11 - гильза поршня; 12 - управляющий конус; 13 - прижимная пружина 14 - шарик; 15 - упорная скоба; 16 - возвратная пружина поршня; 17 - втулка; 18 - поршень; 20 - защитный чехол; 21 - упругий элемент 22 - регулировочный болт; 23 - контргайка
Рисунок 7 - Тормозной механизм заднего колеса
1 – задняя тормозная колодка; 2 – наконечник троса привода стояночного тормоза; 3 – щит тормозного механизма; 4 – прижимные скобы тормозных колодок; 5 – опорные стойки; 6 – разжимной рычаг привода стояночного тормоза; 7 – распорная планка; 8 – верхняя стяжная пружина; 9 – рабочий цилиндр; 10 – регулятор зазоров; 11 – трос привода стояночного тормоза; 12 – передняя тормозная колодка; 13 – нижняя стяжная пружина
Стояночный тормоз, приводимый в действие механически, состоит из рычага, установленного на основании кузова между передними сиденьями, переднего троса с регулировочным устройством и уравнителем, к которому присоединены два задних троса, и разжимных рычагов 6, установленных в барабанных тормозных механизмах задних колес. При перемещении разжимных рычагов они через распорную планку перемещают переднюю тормозную колодку до упора в тормозной барабан и затем, получив жесткий упор, прижимают к барабану заднюю колодку, блокируя барабан. Если на автомобиле установлены дисковые тормозные механизмы задних колес, в них предусмотрены поворотные рычаги, установленные в суппорте. При повороте рычага поршень тормозного цилиндра перемещается и колодки зажимают диск.
Стояночный тормоз не требует особого ухода. При текущем ремонте проверьте степень износа зубьев сектора и собачки. Чрезмерно изношенные детали замените.
Оболочки или проволоки тросов при обнаружении их обрыва нужно заменить новыми.
Антиблокировочная система тормозов (ABS) состоит из датчиков частоты вращения колес, выключателя стоп-сигналов, гидравлического блока, гидроэлектронного блока управления и сигнальной лампы. Кроме того, антиблокировочная система оборудована системой самодиагностики, выявляющей неисправности компонентов.
ABS служит для регулирования давления в тормозных механизмах всех колес при торможении в сложных дорожных условиях, что предотвращает блокировку колес.
Система ABS обеспечивает следующие преимущества:
– объезд препятствий с более высокой степенью безопасности, в том числе и при экстренном торможении;
– сокращение тормозного пути при экстренном торможении с сохранением курсовой устойчивости и управляемости автомобиля, в том числе и в повороте.
В случае неисправности системы предусмотрены функции диагностики и поддержания работы при отказах системы.
Гидроэлектронный блок управления (ГЭБУ) получает информацию о скорости движения автомобиля, направлении движения и дорожных условиях от датчиков частоты вращения колес. После включения зажигания модуль ABS подает напряжение на датчики. В датчиках используется эффект Холла, они генерируют выходной сигнал в виде прямоугольных импульсов. Сигнал изменяется пропорционально частоте вращения импульсного кольца датчика, встроенного в уплотнение подшипника передней ступицы и непосредственно в заднюю ступицу.
На основе этой информации ГЭБУ определяет оптимальный режим торможения колес.
Различают следующие режимы работы антиблокировочной системы:
– режим нормального торможения. При нормальном торможении электромагнитный клапан обесточен, входной клапан открыт, выходной клапан закрыт. При нажатии на педаль тормоза тормозная жидкость под давлением подается в рабочий цилиндр через электромагнитный клапан и приводит в действие тормозные механизмы колес. При отпускании педали тормоза тормозная жидкость возвращается в главный тормозной цилиндр через входной и обратный клапаны;
– режим экстренного торможения. Если при экстренном торможении начинается блокировка колеса, ГЭБУ выдает на электромагнитный клапан команду на уменьшение подачи тормозной жидкости, затем напряжение подается на каждый электромагнитный клапан. Входной клапан закрывается, и подача тормозной жидкости из главного цилиндра перекрывается; выходной клапан открывается, и тормозная жидкость поступает из рабочего цилиндра в главный, а затем в бачок, что вызывает снижение давления;
– режим поддержания давления. При максимальном снижении давления в рабочем цилиндре ГЭБУ выдает на электромагнитный клапан команду на поддержание давления тормозной жидкости, напряжение подается на входной клапан и не подается на выходной клапан. При этом входной и выходной клапаны закрыты и тормозная жидкость из рабочего цилиндра не уходит;
– режим повышения давления. Если ГЭБУ определяет, что колесо не заблокировано, то он обесточивает электромагнитный клапан. Напряжение на электромагнитные клапаны не подается, тормозная жидкость через входной клапан поступает в рабочий цилиндр, давление в котором возрастает.
Для диагностики и ремонта антиблокировочной системы тормозов требуются специальное оборудование и оснастка. Поэтому в случае выхода ее из строя обращайтесь на специализированную станцию технического обслуживания.
Гидравлическая система тормозов объединена в единое целое металлическими трубками и шлангами. Система заполнена специальной тормозной жидкостью класса не ниже DOT-4, которую необходимо периодически заменять.
1.3 Обзор и анализ патентной информации по проектируемым
конструкциям автомобиля
Для выбора наиболее рационального способа совершенствования конструкции тормозной системы автомобиля Ford Focus II был проведён поиск и анализ патентных источников.
Изобретение относится к области машиностроения.
Известен барабанно-колодочный тормоз, содержащий тормозной барабан, две подпружиненные друг к другу тормозные колодки и два установленных между ними клиновых механизма разжима с толкателями.
Однако в процессе прижатия колодок к барабану одна из сторон клина механизмов разжима является опорной и не влияет на величину силы прижатия колодки к барабану, а на поверхности трения толкатель клинового разжима – колодка действует большая сила трения. Это увеличивает энергетические затраты.
Целью изобретения является снижение энергетических затрат на привод тормоза.
Указанная цель достигается тем, что в барабанно-колодочном тормозе, содержащем неподвижный корпус, тормозной барабан, две подпружиненные друг к другу тормозные колодки и два установленных между ними клиновых механизма разжима с толкателями, она из колодок выполнена плавающего типа, другая колодка шарнирно закреплена одним концом на корпусе, а один из клиновых механизмов, расположенный со стороны шарнирного крепления, выполнен с односторонним клином и установлен с возможностью взаимодействия с одним концом плавающей колодки. Причем между толкателями механизмов разжима и концами колодки плавающего типа могут быть установлены ролики.
На фиг. 1 показан барабанно-колодочный тормоз, поперечный разрез; на фиг. 2 – узел клинового разжимного механизма с односторонним клином.
Барабанно-колодочный тормоз состоит из тормозного барабана 1, тормозной колодки 2 с одной степенью свободы, тормозной колодки 3 с двумя степенями свободы, разжимного механизма 4 с двусторонним клином, разжимного механизма 5 с односторонним клином, стяжных пружин 6.
Клиновой разжимной механизм с односторонним клином состоит из корпуса 7, толкателя 8, ролика 9, колодки 10, клина 11, роликов 12 клина, сепараторов 13. Штриховой линией показаны геометрические формы сопрягаемых деталей в случае закрепления цапф роликов 9 в теле колодки 10. Клин 11 имеет угол клина со стороны толкателя 8.
Барабанно-колодочный тормоз работает следующим образом.
При торможении усилие от пневмокамеры передается на разжимные механизмы 4 и 5, которые, перемещая колодки 2 и 3, прижимают их к барабану 1. Для тормозной колодки 3 при торможении «вперед» разжимной механизм 4 является опорным и обе тормозные колодки 2 и 3 работают в режиме самозатормаживания. При торможении «назад» опорным для тормозной колодки 3 является разжимной механизм 5, при этом тормозная колодка 3 работает в режиме самозатормаживания, а колодка 2 – самооттормаживания.
Разжимной механизм с односторонним клином является рабочим для тормозной колодки 3 в процессе торможения «вперед» и усилие передается от пневмокамеры через клин 11, ролики 12, толкатель 8 и ролик 9 на колодку 10, тем самым прижимая ее к барабану.
Рисунок 8 – Поперечный разрез барабанно-колодочного тормоза
Рисунок 9 - Узел клинового разжимного механизма с односторонним клином
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к транспортным средствам.
Известны барабанные тормоза с внутренними колодками, содержащие установленный на поворотной оси разжимной кулачок, взаимодействующий с концом каждой колодки посредством ролика, свободно установленного на валике с цапфами. Цапфы валика расположены в пазах на конце колодки, взаимодействующим с кулачком.
Недостатком известных тормозов является: невозможность применения классического типа тормозных колодок; несовершенная кинематика системы кулак – колодка; сложная форма профиля кулака.
Предлагаемый барабанный тормоз исключает указанные недостатки, в результате чего увеличивается надежность работы и упрощается конструкция.
Достигается это за счет того, что ролик размещен в вырезе, имеющемся в кулачке, и смонтирован на телах качения, а цапфы валика установлены в поперечном пазу, выполненном на поверхности кулачка, обращенной к колодке.
На фиг. 1 изображен тормоз с двумя односторонними кулачками; на
фиг. 2 – вариант выполнения тормоза с одним двусторонним кулачком; на
фиг. 3 – кулачок с расположенным в пазах валиком.
Тормоз содержит тормозной барабан 1, внутри которого расположены тормозные колодки 2, возвратные пружины 3 и разжимающий тормозные колодки кулачок 4. Тормозные колодки 2 имеют фрикционные накладки 5. Ось кулачка 4 поворотно установлена в опорном диске 6 и взаимодействует с концами 7 тормозных колодок 2 при помощи цилиндрического вращающегося валика 8, расположенного в пазах 9 и вырезе 10 кулачка 4. Для снижения коэффициента трения на валике 8 установлен, взаимодействующий с колодкой ролик 11, опирающийся на валик 8 посредством тел качения 12. Вырез 10 кулачка 4 ограничивает перемещение валика 8 и ролика 11 в осевом направлении.
При повороте кулачка 4 валик 8 передает усилие на концы 7 колодок 2 через ролики 11, которые катятся по поверхности конца 7 колодок 2, прижимает фрикционные накладки 5 к барабану 1, и происходит торможение.
Рисунок 10 - Тормоз с двумя односторонними кулачками
Рисунок 11 - Вариант выполнения тормоза с одним двусторонним кулачком
Рисунок 12 - Кулачок с расположенным в пазах валиком
1.4 Вывод по разделу
С целью улучшения эксплуатационных качеств и улучшения быстродействия проведено усовершенствование конструкции тормозной системы на основе патента № 3599763.
Барабанно-колодочный тормоз состоит из тормозного барабана, тормозной колодки с одной степенью свободы, тормозной колодки с двумя степенями свободы, разжимного механизма с двусторонним клином, разжимного механизма с односторонним клином, стяжных пружин.
2 Анализ тормозного механизма используемого на автомобиле
Audi A6
2.1 Расчет центра тяжести автомобиля Audi A6
Исходные данные:
Полная масса автомобиля: Ga = 19796 Н
Нагрузка на переднюю ось: RZ1 = 7918 Н
Нагрузка на заднюю ось: RZ2 = 11878 Н
Колесная база: L = 2760 мм
Рисунок 13 - Расчетная схема автомобиля
Определим расстояния А и B (А – расстояние от передней оси до центра тяжести автомобиля; В – расстояние от центра тяжести автомобиля до задней оси).
м;
м.
Рисунок 14 - Расчетная схема тормозного механизма
В данном разделе курсового проекта производится ознакомление с конструктивными особенностями тормозного механизма и тормозного привода автомобиля Audi A6.
Дается оценка параметров конструкции и рабочих процессов, реализации функциональных свойств элементов тормозной системы, надежности, формирования эксплуатационных свойств автомобиля.
2.2 Оценка схемы колодочного тормозного механизма
Для автомобиля движущегося по дороге с коэффициентом сцепления φ , определить погребное давление в гидравлическом приводе тормозной системы р , необходимое для обеспечения максимального тормозного момента на передних колесах Mт.max.
Для автомобиля движущегося по дороге с коэффициентом сцепления φ , определить потребное давление в гидравлическом приводе тормозной системы р, необходимое для обеспечения максимального тормозного момента на передних колесах Mт.max.
Исходные данные для расчета:
φ =0,35; 0,45; 0,65; Gа1=14406Н; Gа2=19796Н; L=2,76м; А=1,1м; В=1,65м; Н=1.45м; rк=0,203м; dр=0,036м; rб=0,13м; а=0,13м; h=0,26м; ко=0,84; μ=0,35.
Максимальный тормозной момент на передних колесах(без груза).
При φ =0,35
При φ =0,45
При φ =0,65
Максимальный тормозной момент на передних колесах(с грузом).
При φ =0,35
При φ =0,45
При φ =0,65
Потребное давление в тормозной системе
Потребное давление в тормозной системе (без груза):
При φ =0,35
При φ =0,45
При φ =0,65
Потребное давление в тормозной системе (с грузом):
При φ =0,35
При φ =0,45
При φ =0,65
По результатам расчета давления в тормозной системе строится график потребного давления в тормозной системе.
Рисунок 15 - График зависимости оценочных параметров Р от дорожных условий φ
2.3 Оптимальное распределение тормозных сил
Для автомобиля рассчитывается и строится график оптимального соотношения давлений в переднем Р1 и заднем Р2 контуре пневматического привода при заданном весе автомобиля и полном весе автомобиля.
Для различных тормозных условий (φ) определяется максимальные тормозные моменты на колесах:
;
,
где Rб- радиус барабана, м;
φ – коэффициент сцепления;
Gа – вес автомобиля;
L – расстояние между осями, м;
A – расстояние от центра тяжести до передней оси, м;
В – расстояние от центра тяжести до задней оси, м;
H – высота центра тяжести, м.
Максимальный тормозной момент на задних колёсах (без груза):
При φ =0,35
При φ =0,45
При φ =0,65
Максимальный тормозной момент на задних колёсах (с грузом):
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
С учетом заданной схемы тормозного механизма определяем давление в переднем и заднем контурах пневматического привода.
,
где dp – диаметр поршня тормозного цилиндра, м;
μ - коэффициент трения;
h–высота от центра тормозного цилиндра до опоры механизма, м;
a–высота от центра тормозного механизма до опоры, м;
K0 – коэффициент перехода от теоретических значений к практическим.
Определим давление в переднем и заднем контуре (без груза):
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
Определим давление в переднем и заднем контуре (c грузом):
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
По результатам расчетов автомобиля заданного веса и полного веса строится график оптимального распределения тормозных сил.
Рисунок 16 - График потребного оптимального соотношения давлений в контурах при торможении на различных дорогах
2.4 Статическая характеристика гидровакуумного
усилителя гидропривода
По усилию на педали тормоза рассчитать давление, создаваемое на входе и выходе гидровакуумного усилителя.
Рисунок 17 - Гидровакуумный усилитель с гидроприводом
Параметры усилителя :
d2=0,013м; d5 =0,022 м; C1=1,5 Н/мм; fД1=17 мм; fД2=2 мм; C2=0,37 Н/мм; fК1=222 мм; fК2= 4 мм; F3=30,3*10-4 м2 ; F4=24,05*10-4 м2 ;
F1=6,15*10-4 м2; F2=1,33*10-4 м2; F5=3,79*10-4 м2
Параметры привода :
dr=0,028 м; Un=5,2.
Для построения характеристики гидровакуумного усилителя автомобиля Ford Focus ограничимся нахождением параметров:
РЖ1; РЖ2; КУ = РЖ2/ РЖ1;
Точка 1- включение усилителя:
Точка 2 – давление в вакуумной камере достигло атмосферного:
= 0,1 МПа
Точка 3 – усилие на педали:
500 Н;
Для значения коэффициента сцепления колеса с дорогой φ =0,4; 0,6; 0,8 определить максимальные тормозные моменты на задних и передних колесах. Для веса автомобиля Ga=18571 H, данные величины были произведены в пункте 2.2.
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
Рисунок 18 – Характеристика гидровакуумного усилителя
Рассчитать и построить график оптимального соотношения давлений в переднем и заднем контурах автомобиля. Для веса автомобиля Ga2=18571 H, данные величины были произведены в пункте 2.2.
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
Рисунок 19 – График потребного усилия на педали для обеспечения максимальных тормозных сил
2.5 Оценка тормозной системы с гидравлическими приводами и динамическим регулятором тормозных сил
Для автомобиля Ford Focus II рассчитать и построить график оптимального состояния давлений в переднем и заднем контурах гидравлического привода.
По известным нам параметрам динамического регулятора тормозных сил заднего контура рассчитать потребное усилие корректирующей пружины РК для автомобиля заданной массы.
Рассчитать и построить характеристику регулятора тормозных сил.
Для значений коэффициента сцепления колеса с дорогой φ =0,4; 0,6; 0,8 определим максимальные тормозные моменты на задних и передних колесах
при Ga2=18571 Н:
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
Рассчитаем и построим график оптимального соотношения давлений в переднем и заднем контурах автомобиля:
При φ =0,4
При φ =0,6
При φ =0,8
Рисунок 20 – Характеристика регулятора тормозных сил
Рисунок 21 – График зависимости потребного усилия корректирующей пружины РК и усилия на педали РП для включения регулятора от Gа
3 Расчет на прочность деталей тормозного механизма
При торможении давление, оказываемое на педаль, передается тормозным колодкам, которые прижимаются к тормозному барабану или тормозному диску и не дают ему вращаться. Соединенный с колесом тормозной барабан или тормозной диск под действием трения замедляет собственное вращение и снижает скорость вращения колеса.
Рассчитаем тормозную колодку на прочность шва наклёпа тормозной колодки и удельную нагрузку на тормозные накладки.
3.1.1 Расчет удельной нагрузки на тормозные накладки
,
где ΣFнак- суммарная площадь тормозных накладок тормозной системы, м2;
Ga – вес автомобиля, Н.
Для автомобиля прототипа диаметр барабана 260 мм, а ширина накладки 50 мм, то найду площадь всех поверхностей накладок:
Lбарабана=2πrб=2*3,14*0,13=0,82 м;
L1накладки= Lбарабана* α/360o=0,82*120/360=0,27 м;
S1 накладки=L1накладки*b=0,27*0,05=0,0135 м2;
ΣFнак= S1 накладки*8 = 8*0,0135=0,108 м2.
=171453,7 H/м2=17,14537 Н/см2,
Для проектируемого автомобиля диаметр барабана 240 мм, а ширина накладки 70 мм. Найду площадь всех поверхностей накладок:
Lбарабана=2πrб=2*3,14*0,12=0,75 м;
L1накладки= Lбарабана* α/360o=0,75*120/360=0,25 м;
S1 накладки=L1накладки*b=0,25*0,07=0,0175 м2;
ΣFнак= S1 накладки*8 = 8*0,0175=0,140 м2.
=132264,29 H/м2=13,2264 Н/см2,
Полученные значения удельных нагрузок входят в пределы статистических данных для грузовых автомобилей равные 10…20 H/см2.
3.1.2 Расчет прочности шва наклепа накладки тормозной колодки
При торможении давление, оказываемое на педаль, передается тормозным колодкам, которые прижимаются к тормозному барабану или тормозному диску и не дают ему вращаться. Соединенный с колесом тормозной барабан или тормозной диск под действием трения замедляет собственное вращение и снижает скорость вращения колеса.
Сила Рτ, пытающаяся сорвать накладку представляет собой касательную силу возникающую при контакте накладки с тормозным барабаном. Она будет находиться по формуле:
Диаметр заклепки d при действии на заклепку поперечной силы Рτ определяется расчетом ее на срез по следующей формуле:
;
,
Принимаю диаметр заклепки d=10 мм
Определим количество заклепок:
Принимаем количество заклепок n=4.
Проверим диаметр заклепки на смятие
;
допускаемое напряжения смятие,
- берем из справочника сталей и сплавов,
= 170 Н/мм2 AL 1,
где s- наименьшая толщина наклепываемой накладки
d- диаметр клепки,
,
Полученное значение удовлетворяет условию.
Шаг заклепочного шва t :
T= 6d=6*10=60 мм.
Расположение заклепок до края шва:
e=(1,5-2)d=1.5*10=15 мм.
Расстояние между рядами заклепок:
е1=(2-3)d=2*10=20 мм.
С учетом того что длина тормозной накладки равна 250 мм, а ее ширина 70 мм , и с учетом выше приведенных расчетов располагаю заклепки по поверхности накладки в 2 ряда, число заклепок на одной накладке равно 4 штукам.
3.2 Расчет удельной работы трения тормозного барабана
,
где А=mаv2/2- кинетическая энергия автомобиля при максимальной скорости начала торможения автомобиля, считая что она полностью поглощается тормозным механизмом.
Рассчитаем данную величину сначала для автомобиля прототипа, а затем для проектируемого барабана.
.
Выше приведенные расчет входят интервал средних величин значения удельной работы для грузовых автомобилей 2…20 кДж/см2.
3.3 Расчет стяжной пружины
При торможении на стяжную пружину действует сила Р, которая находится по следующей формуле
Выбираем диаметр проволоки
При с=4; к=1,37
Приняв для пружины хромомарганцевую группу сталей сталь 50ХГ получим следующий диаметр проволоки:
Приму d = 5 мм
Средний диаметр пружины :
D = c*d = 4*5 = 20мм
Пружина устанавливается с действующей на неё с начальной нагрузки:
Р0 = (0,1-0,5)Р = 0,2*5192,81 = 1038,56Н
Рабочее число витков
Примем при работе пружины на растяжение рабочую осадку пружины λр=25 мм
,
где G-модуль сдвига.
Для пружины растяжения :
Полное число витков:
zn=z+(1,5-2)=46+2= 48
Длина пружины в нагруженном состоянии:
L0=znd+2hпр=48*5+2*30=300мм
где hпр- высота прицепа пружины.
Длина пружины при максимальной нагрузке:
L=L0+λр=300+25=325 мм
4 Тепловой расчет тормозного механизма автомобиля
Кинетическая энергия автомобиля при торможении расходуется на преодоление следующих сопротивлений:
3) сопротивления качению автомобиля;
4) трения в трансмиссии автомобиля;
5)скольжения шин по поверхности дороги.
Энергетический баланс торможения при качении всех колес без их блокировки будет:
где б' — коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс (при отключенном двигателе); mа — масса автомобиля, кг; vt— скорость в начале торможения, м/с; Σxср—среднее значение результирующей силы трения между барабаном и колодками; rби rк— радиусы тормозного барабана и колеса; σ— коэффициент скольжения заторможенного колеса; Ршср-— средняя величина силы сопротивления воздуха на пути торможения автомобиля; sτ—длина тормозного пути; g—ускорение силы тяжести; f— коэффициент сопротивления качению; Мr— средний момент сил трения трансмиссии, отнесенный к оси колес.
В случае блокировки (юза) всех колес первый, третий и четвертый члены правой части равенства обращаются в нуль. При этом формула примет следующий вид:
где Ga — сила тяжести (вес) автомобиля.
Так как член PWcpsτ при имеющих место скоростях движения весьма мал, то практически вся кинетическая энергия затормаживаемого автомобиля воспринимается работой трения шин о дорогу, что вызывает их перегрев и усиленный износ.
Заметное улучшение энергетического баланса торможения и снижение работы, расходуемой на скольжение шин, может быть достигнуто при применении противоблокирующих устройств и регуляторов тормозных моментов, подводимых к отдельным мостам.
Кинетическая энергия движущегося автомобиля при торможении превращается в тепло. Хороший теплоотвод от тормозных механизмов является важной задачей.
Отвод тепла с поверхности трения может быть улучшен:
Большую износостойкость и лучшие фрикционные качества имеют барабаны, изготовленные из алюминиевых сплавов, рабочая поверхность которых покрыта путем распыливания слоем марганцовистой стали или специальным медно-бериллиевым сплавом.
При единичном торможении баланс тепла выразится формулой
где v1 и v2—начальная и конечная скорости автомобиля, м/с; mб - масса нагреваемых деталей (в основном барабана), кг; с — теплоемкость материала барабана. Для чугуна и стали с = 500 Дж/(кг*К); Ти= Тб-Тв - разность температур барабана Тб и воздуха Тв; F6— поверхность охлаждения барабанов (дисков), м; k— коэффициент теплопередачи между барабаном и воздухом, Вт/(м2-К); t-время торможения, с.
Кроме расчета на нагрев определяется величина удельной работы трения Lтр(Дж/см2), приходящаяся на единицу поверхности фрикционной накладки
Допустимые величины LTp при скорости движения в начале торможения v= 195 км/ч (54,17 м/с) составляют 1000—2500 Дж/см2[100—250 (кг-м)/см2] в зависимости от типа автомобиля и удельной мощности двигателя.
Одним из показателей для выбора размеров тормозных накладок является масса груженого автомобиля mа (кг), приходящаяся на 1 м2 или 1 см2 поверхности трения фрикционных накладок. Для легковых автомобилей отношение ma/FΣ составляет (1,0-2,0) 104 кг/м2.
Исходные данные: ma=1895кг; mб=8кг; с=500Дж/(кг*К);
v=195 км/ч=54,17м/с; ma/FΣ=3*104кг/м2;α=120о;
Вариант1:v1=195км/ч=54,17м/с;v2=100км/ч=27,78м/с;
Вариант2:v1=100км/ч=27,78м/с;v2=0км/ч=0м/с;
Вариант 1
Вариант 2
Расчет остановочного пути:
St - тормозной путь;
v0 - начальная скорость автомобиля;
tрв - время реакции водителя.
Расчет тормозного пути:
vоус - начальная установившееся скорость;
jз - ускорение замедления;
jус - установившееся ускорение.
Ускорение замедления:
Ψ - коэффициент сцепления с дорогой;
Pa - нагрузка на заднюю ось автомобиля;
ma - масса автомобиля.
Начальная установившаяся скорость:
t3 - время запаздывания;
tH - время нарастания замедления.
Тормозной путь автомобиля Ford Focus II - 35м. Тормозной путь уменьшился на 1,02 м;
Остановочный путь автомобиля Ford Focus II – 46,5 м. Остановочный путь уменьшился на 1,47 м.
В ходе выполнения курсового проекта был разработан и описан привод тормозного механизма автомобиля Ford Focus II.
В проекте описаны требования к конструкции тормозного привода автомобиля, его краткая характеристика, принцип действия и описание его работы. В расчетной части были определены основные характеристики тормозного механизма в зависимости от условий эксплуатации, произведены проверочный расчет стяжной пружины и расчет теплового режима тормозного барабана.
В результате проведенной работы тормозная система была модернизирована следующим образом: был изменен гидропривод барабанно-колодочного тормоза . Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на привод тормоза, расхода тормозной жидкости, уменьшении хода педали и соответственно тормозного пути, а также в повышении долговечности уплотнительных манжет.
После внедрения в конструкцию тормозного механизма изменений, тормозной путь уменьшился на 1,02 м; остановочный путь уменьшился на 1,47 м.
Список используемой литературы
1. Анурьев В.И.. Справочник конструктора машиностроителя: В 3 т. Т.1-3.// В.И. Анурьев./ - М.: Машиностроение, 2001. - 864с.
2. Гузенков П.Г. Краткий справочник к расчету деталей машин 5-е изд. Дополненное и переработанное .//Гузенков П.Г./Высшая школа 1967 -198с
3.Литвинов А.С.,Фарабин, Я.Е. Автомобиль.Теория эксплуатационных свойств.//Литвинов А.С.,Фарабин, Я.Е./М.:Машиностроение,1989 – 314с
4. Осепчуков В.В.,Фрумкин А.К.Автомобиль, анализ конструкций и элементы расчета.//Осепчуков В.В.,Фрумкин А.К./М.:Машиностроение, 1989 - 304с
5.Методические указания к расчетным работам по теме “Рабочие процессы и расчеты агрегатов автомобиля» Тормозная система. Москва: МАДИ(ТУ),1993.- 20с.