1.7. Расчет передних тормозных механизмов проектируемого автомобиля

Определим формулу для расчета необходимого тормозного момента передних колес автомобиля. Для удобства вывода формулы разделим статическую и динамическую составляющие давления на дорогу каждого заднего колеса.

Из уравнения равновесия действующих на автомобиль статических сил (см. рис. 2.1.) найдем статическую составляющую R_z1C:

2*R_z1c*L - G_a*b₁ = 0

Давление на дорогу каждого переднего колеса в статическом состоянии G₁:

G₁ = R_z1c = G_a*b₁ /(2*L) = 12000*1,5/(2*4,5)=15000 Н (1)

где G_a - полная масса автомобиля;

L =4,505 м - база автомобиля,

b_{1 =} 1,5 м - расстояние от задней оси до центра массы автомобиля.

В процессе торможения возникает динамическая сила инерции, приложенная к центру масс автомобиля и направленная в направлении движения транспортного средства. Из уравнения равновесия действующих на автомобиль динамических сил найдем динамическую составляющую R_z1д:

- М_а*j*h - 2*R_z1д*L = 0

Давление на дорогу каждого переднего колеса в динамическом состоянии G_1д:

G_1д=R_z1д=(-M_a*j*h)/(2-L)=(-12000*5,886*0,95)/(2-4,5) =20130 Н (2)

где М_а - масса автомобиля;

j - замедление автомобиля,

h =0,95 м - высота центра масс автомобиля от полотна дороги.

Тормозной механизм проектируют из условия получения максимальной эффективности торможения на сухом асфальтобетоне:

j = φ * g=0,6*9,81=5,886 м/с*с (3)

где φ = 0,6 - коэффициент сцепления колеса с дорогой;

g = 9,81 м/с*с - ускорение свободного падения.

С учетом выражения (3), выражение (2) можно представить в виде:

G_1д = (-G_a*φ*h) / (2*L) (4)

Тогда сила давления на дорогу каждого переднего колеса:

X1 = G₁ + G_1д = G_a*b1 /(2*L) + (-G_a*φ*h) / (2*L) = G_a*( b₁ - φ*h) / (2*L)=

120000*(1,5- 0,6*0,95)/(2*4,5)= 9300 Н (5)

Необходимый тормозной момент рассчитывают по формуле:

Mт = φ*R_к*X₁ = φ*R_к*G_a*(b₁ - φ*h) / (2*L) (6)

где R_к - радиус качения колеса.

Принимая G_a= 12000 Н, L=4,5 м, b₁=1,5 м, φ=0,6, R_к=0,367 м, h=0,95 м, определим необходимый тормозной момент для тормозных механизмов колес передней оси:

Мт = 2047,86 Н*м

В качестве усилителя для пневматической части привода в предлагаемой конструкции используется тормозная камера тип 16. Расчет проводят для давления в пневматической части привода Рп=0,6 МПа. Тогда, сила на штоке тормозной камеры, приложенная к рычагу:

Ршт = Рп*Fтк (7)

где: Fтк - площадь диафрагмы тормозной камеры

Ршт = 6* 103*10=6180 Н

Мкул=P*y –крутящий момент на расжимном кулачке

Мкул= 6180*0,1= 618 Н*м (8)

y= 0,1 - длина рычага,м

N - Нормальная сила, приложенная к тормозному диску

N=Мкул/e (9)

N=618/0,006=103000 Н

Рис. 2.2. Расчетная схема тормозного механизма.

Тормозной момент, реализуемый дисковым тормозным механизмом, можно определить по формуле:

Мт = μ*N*R_ср*z; (10)

где μ = 0,35 - коэффициент трения между тормозной накладкой и диском тормоза, N - нормальная сила, действующая на тормозную накладку,

R_ср - средний радиус трения тормозной накладки;

z = 2 - число пар фрикционных поверхностей.

В нашем случае:

Мт = 0,35*103000*0,145*2=10454,5 Н*м

В силу компоновочного решения тормозного узла выбираем средний радиус трения. Пусть R_ср = 0,145 м. Тогда, реализуемый механизмом тормозной момент на колесе:

Мт = 10454,5 (Н*м)

Тормозной момент спроектированного тормозного механизма превышает необходимый тормозной момент и обеспечивает торможение автомобиля с требуемой эффективностью. Определим наименьшую допустимую площадь тормозных накладок F.

F=N/q=120 (см²) (11)

где q=830 (Н/см²) - допустимое удельное давление на накладку.

Площадь тормозной накладки, используемой в тормозном механизме (см. рис. 2.3) составляет Fн = 130 см², что превышает минимально-допустимую величину.

Рис. 2.3. Эскиз тормозной накладки.

Определим повышение температуры тормозного диска в результате одного полного торможения автомобиля.

Т_н = (1/108500) * (G_a*V²) / (G_д*С_д) (12)

где Т_н - величина повышения температуры;

V=30 км/ч- скорость с которой осуществляется торможение;

G_д =900 Н - вес тормозных деталей;

С_л=0,115 - теплоемкость материала тормозных дисков.

Т = (1/108500) * (12000*30*30) / (900*0,115) = 7⁰ С

Повышение температуры не должно превышать 15° С.