25.2. Призначення, класифікація, загальна будова та робота гальмівних механізмів

Гальмівними називають механізми, які здійснюють процес гальмування автомобіля. Вони призначені для примусового сповільнення автомобіля. На сучасних автомобілях встановлюють гальмівні механізми, які можна класифікувати за рядом ознак: за формою поверхні тертя, за розташуванням, за принципом дії тощо.

Рис. 25.2. Класифікація гальмівних механізмів

Гальмівні механізми можуть здійснювати примусове сповільнення автомобілів різними способами – механічним (фрикційним), гідравлічним, електричним та позаколісним гальмуванням.

Фрикційні гальмівні механізми є найбільш поширеними на автомобілях. Вони складаються з таких основних елементів та частин:

• обертова частина (барабан або диск);

• гальмівний елемент (колодки або стрічка);

• притискний пристрій (кулачковий або поршневий);

• регулювальний пристрій (ексцентрик);

• охолоджувальний пристрій (ребра, канали тощо).

Найменш поширені на автомобілях барабанні стрічкові гальмівні механізми. Вони складаються з обертового барабана та нерухомої стрічки. Під час гальмування стрічка притискається до барабана, створюючи гальмівний момент.

Рис. 25.3. Стрічковий гальмівний механізм: 1 – важільний механізм; 2 – стрічка; 3 – барабан

Недоліком стрічкового гальмівного механізму є великі додаткові радіальні навантаження, які діють під час гальмування на опори барабану, та неможливість плавного гальмування. Через малу жорсткість стрічки проміжок між нею та барабаном повинен бути великим, що збільшує хід гальмівної педалі та знижує швидкодію гальма. Пристрої для регулювання проміжків в стрічкових гальмах мають складну конструкцію, є ненадійними та потребують постійного обслуговування. Тому такі механізми використовують тільки деколи в стоянкових гальмівних системах.

Барабанні колодкові гальмівні механізми складаються з обертового барабана та двох нерухомих колодок, розташованих в середині нього. Під час гальмування колодки розтискаються поршнями гідроциліндра або кулачком та притискаються до внутрішньої поверхні барабана, створюючи гальмівний момент.

Рис. 25.4. Барабанний колодковий гальмівний механізм: 1 – барабан; 2 – розтискний циліндр; 3 – поршень; 4 – колодки; 5 – пружина; 6 – колодки

Залежно від розташування опор колодок та характеру рушійних сил розрізняють такі типи колодкових гальмівних механізмів:

• з односторонніми опорами та рівними рушійними силами;

• з рознесеними опорами та рівними рушійними силами;

• з самопідсиленням;

• з розтискним кулаком.

Рис. 25.5. Барабанні колодкові гальмівні механізми: а) з односторонніми опорами; б) з рознесеними опорами; в) з самопідсиленням; г) з розтискним кулаком

Гальмо з рівними рушійними силами і одностороннім розташуванням опор. Рівні рушійні сили Р₁ і Р₂ виникають в результаті того, що площі поршнів циліндра однакові. Щоб оцінити роботу гальма, нам необхідно врахувати реакції барабана на колодки, зображені у вигляді зосереджених сил N₁ і N₂, сили тертя Т₁ і Т₂, а також реакції в опорах, розкладені на вертикальні Y і горизонтальні U складові. Якщо розглянути суму моментів сил, які діють на кожну з колодок, то виявиться, що гальмівний момент, який створюється колодкою 1, більший від моменту колодки 2.

Рис. 25.6. Схема колодкового гальма з рівними рушійними силами та одоностороннім розташуванням опор: 1 – колодка 1; 2 – колодка 2

Пояснюється це тим, що момент сили тертя, яка діє на колодку 1, збігається за напрямком з моментом рушійної сили, внаслідок чого колодка захоплюється барабаном. Момент сили тертя, яка діє на колодку 2, протилежний за напрямом до моменту рушійної сили, і тому сила тертя перешкоджає притисненню колодки до барабана. Колодка 1 називається первинною (самопритискною), а колодка – 2 вторинною (самовід-тискною). При обертанні колеса в протилежний бік функції колодок змінюються: колодка 2 – первинна, а колодка 1 – вторинна.

Розглянутий тип гальма застосовується у робочих гальмівних системах вантажних автомобілів з повною масою понад 7,5 т і легкових автомобілів (задні гальма).

У гальмівному механізмі з рознесеними опорами та рівними рушійними силами кожна з колодок приводиться в дію своїм гідроциліндром. Однакові розміри циліндрів забезпечують рівність рушійних сил.

Рис. 25.7. Схема колодкового гальма з рівними рушійними силами та двостороннім розташуванням опор

Під час переднього ходу кожна колодка працює як первинна, внаслідок чого ефективність дії гальма при однакових розмірах його основних деталей вища, ніж у гальм попереднього типу. Під час заднього ходу обидві колодки працюють як вторинні, ефективність гальма істотно знижується. Гальма з рівними рушійними силами і рознесеними опорами як правило встановлюють на передніх колесах автомобілів.

Колодковий гальмівний механізм з додатковою рушійною силою і однією опорою (сервогальмо). З’єднані шарніром передня і задня колодки притискаються стяжними пружинами до нерухомого опорного пальця. Гальмо приводиться в дію гідроциліндром. Під час гальмування поршні гідроциліндра переміщають колодки і між верхніми кінцями колодок і опорою з’являється зазор. Колодки притискаються до обертального барабана, захоплюються ним і повертаються до упору верхнього кінця задньої колодки в нерухомий палець. Після цього передня колодка працює як первинна, а її опорою слугує нижній кінець задньої колодки. Внаслідок тертя від передньої колодки на задню передається сила R. Задня колодка, спираючись на палець, також працює як первинна, а момент сили R, який збігається за напрямом з моментом рушійної сили Р₂, значно збільшує притискання колодки до барабана.

Рис. 25.8. Схема колодкового гальма з само підсиленням: 1 – нерухомий палець; 2 – гідроциліндр; 3 і 5 – колодки; 4 – шарнір

У розглянутому механізмі обидві колодки працюють як первинні, а рушійна сила, яка діє на задню колодку, створюється також силою тертя, яка передається від передньої колодки. Механізми такого типу називають гальмами з самопосиленням або серводією. Гальмо з серводією значно ефективніше в роботі, ніж кожен з розглянутих вище типів гальм. Ефективність його дії при задньому ході така сама, як при передньому, але ролі колодок змінюються.

Барабанний гальмівний механізм з розтискним кулаком виконаний так, що обидві колодки переміщаються навколо односторонніх опор однаково. Рушійні сили в такому гальмі не однакові Р₂>Р₁. Однакове переміщення колодок створює однакові реакції N₁ і N₂, а також сили Т₁ і Т₂, тобто забезпечує зрівноваженість гальмівного механізму. Ефективність гальма однакова під час переднього і заднього ходу. Вона дещо менша, ніж у гальма, з односторонніми опорами колодок та рівними рушійними силами. Барабанні гальмівні механізми з розтискним кулаком застосовуються на автомобілях з повною масою понад 8 т.

Рис. 25.9. Барабанний гальмівний механізм з розтискним кулаком

Дисковий гальмівний механізм складається з диска, який обертається, і двох нерухомих колодок, встановлених з обох боків диска. При гальмуванні гальмівний циліндр притискає колодки до диска, створюючи гальмівний момент.

Рис. 25.10. Дисковий гальмівний механізм: 1 – гальмівний диск; 2 – супорт; 3 – гальмівні колодки 4 – гальмівний циліндр; 5 – поршень циліндра

Дискові гальмівні механізми мають меншу масу, ніж барабанні, є компактнішими, стабільними та краще охолоджуються. Проте ефективність таких гальм нижча, ніж у барабанних.

Гідравлічні, електричні, компресорні та аеродинамічні гальмівні механізми використовують на автомобілях в якості гальма-сповільнювача.

Гідравлічне гальмо-сповільнювач є гідромуфтою, одне з коліс якої закріплене нерухомо, а інше встановлене на валу трансмісії (коробки передач) і обертається разом з валом. Гальмівний момент гідравлічного гальма-сповільнювача залежить від швидкості обертання робочого колеса та кількості рідини, яка подається. Такі механізми мають велику масу і є малоефективними при невеликих швидкостях руху автомобіля.

Рис. 25.11. Принцип роботи дискових гальмівних механізмів: 1 і 7 – гальмівний циліндр; 2 і 6 – поршні; 3 – з’єднувальний канал; 4 – диск; 5 – фрикційні накладки

Електричне гальмо-сповільнювач зазвичай розташовують за коробкою передач. Воно є масивним металевим диском, який закріплений на валу трансмісії і обертається разом з валом відносно нерухомих електромагнітів. Гальмування автомобіля відбувається завдяки роботі, що витрачається на подолання магнітної взаємодії між диском та електромагнітами. Електричні гальма-сповільнювачі є високоефективними та забезпечують плавність гальмування автомобіля. Проте вони мають велику масу та витрачають додаткову енергію акумуляторних батарей.

Компресорне гальмо-сповільнювач є моторним гальмом, яке використовує протитиск на випуску при роботі двигуна в компресорному режимі. Механізм моторного гальма встановлюється в приймальній трубі глушника. Для створення протитиску при гальмуванні автомобіля приймальна труба глушника перекривається заслінкою. Одночасно з цим припиняється подача пального в циліндри двигуна і він починає працювати в режимі компресора. Гальмівний момент при використанні такого механізму є вдвічі вищим, ніж при простому гальмуванні двигуном. Проте компресорне гальмо-сповільнювач є малоефективним при русі автомобіля на вищих передачах.

Аеродинамічні гальма-сповільнювачі виконуються у вигляді спеціальних щитів, закрилків, парашутів. Ними обладнуються швидкісні та гоночні автомобілі, які рухаються з високими швидкостями. Аеродинамічні гальмівні механізми збільшують опір повітря та використовуються для екстреного гальмування автомобіля.

Рис. 25.12. Аеродинамічне гальмо-сповільнювач