Тормозная система легкового автомобиля

Содержание

Содержание

Список условных обозначений_______________________________________

Введение_________________________________________________________

1 Обзор схем и конструкций тормозных систем легковых автомобилей_____

2 Описание работы, регулировок и технических характеристик проектируемого узла______________________________________________

3 Проектный расчет тормозной системы______________________________

   3.1 Расчет тормозной динамики____________________________________

   3.2 Расчет тормозных механизмов__________________________________

   3.3 Показатели нагруженности тормозных механизмов________________

   3.4 Расчет главного тормозного цилиндра___________________________

   3.5 Расчет вакуумного усилителя___________________________________42  

   3.6 Расчет стояночной тормозной системы__________________________

4 Проверочный расчет тормозной системы____________________________

   4.1 Проверка автомобиля на соответствие правилу ЕЭК ООН № 13 _____

   4.2 Расчет антиблокировочной системы (АБС)_______________________

   4.3 Расчет скобы дискового тормозного механизма___________________

   4.4 Расчет болтов крепления тормозного диска на срез________________

5 Заключение____________________________________________________ 

6 Список использованной литературы________________________________

Список условных обозначений

AП – активная площадь поршня гидравлического усилителя;

AШ – площадь штока главного тормозного цилиндра;

AГТЦ – площадь главного тормозного цилиндра;

AKТЦi – площадь колесного тормозного цилиндра;

a – расстояние между передним мостом и центром тяжести автомобиля;

Bi – коэффициент преобразования тормозных механизмов;

В – ширина профиля шины;

b –расстояние между задним мостом и центром тяжести автомобиля;

С – удельная теплоемкость;

Dτμi – координаты тормозной диаграммы;

D –диаметр тормозного диска;

dII – наружный диаметр шины;

dу – диаметр поршня гидравлического усилителя;

dГТЦ – диаметр главного тормозного цилиндра;

db –диаметр тормозного барабана

dЦi – диаметр колесного тормозного цилиндра;

Е – модуль упругости;

FCP – усилие среза болтов;

Fτi – тормозная сила i-ого моста;

ΣFH – суммарная площадь тормозных накладок;

FHi– площадь тормозных накладок i-ого моста;

FS – нажимное усилие;

FПР – усилие пружины;

FТР – сила трения;

FШMAX – максимальное усилие на штоке;

FП – усилие на педали;

Fj – сила инерции автомобиля;

f – коэффициент трения фрикционных накладок;

G –полный вес автомобиля;

G2 – вес, приходящийся на задний мост автомобиля4

g – ускорение свободного падения;

H – высота автомобиля;

H/B – отношение ширины профиля шины к его высоте;

h – расстояние между точкой приложения силы к колодке от гидроцилиндра до точки опоры колодки;

hg – высота центра тяжести автомобиля;

hГТЦ – ход штока главного тормозного цилиндра;

J –момент инерции сечения;

j – замедление автомобиля;

jПР – предельное замедление автомобиля;

Кti – коэффициент преобразования тормозного механизма;

kУ – коэффициент усиления гидравлического усиления;

L – колесная база автомобиля;

Li – удельная работа трения;

l – расстояние от центра барабана до точки опоры колодки;

Mτi – тормозной момент i-ого моста;

MT2MAX – максимальный тормозной момент на заднем мосте автомобиля;

n –количество колес заднего моста;

p – давление в гидроприводе тормозной системы;

pСИСТ – давление, создаваемое насосом гидравлического усилителя;

RZi – реакция дороги, действующая на iый мост автомобиля;

RБ – радиус барабана;

rH – внутренний радиус фрикционных накладок дискового тормозного механизма;

rB – наружный радиус фрикционных накладок дискового тормозного механизма;

r0 – радиус качения колеса автомобиля;

rS – радиус трения дискового тормозного механизма;

Qmi – масса вентилируемого тормозного диска или тормозного барабана;

q – удельная нагрузка на тормозные накладки;

qS – удельная нагрузка в контакте пар трения;

S – толщина стенок барабана;

SБ – площадь среза одного болта; 

SПMAX – максимальный ход педали тормоза; 

∆ti – нагрев тормозного диска или барабана за одно торможение;

VГТЦ – максимальный объем главного тормозного механизма;

Vmax – начальная скорость автомобиля при определении удельной работы трения;

UП – Передаточное число от педали к штоку главного тормозного цилиндра;

W – момент сопротивления сечения;

Z –относительное замедление автомобиля;

α – угол охвата накладок;

βτ – коэффициент тормозного распределения;

β – коэффициент деформации привода;

χ –удельная нагрузка на задний мост;

∆КТЦ – ход поршня цилиндра тормозного механизма;

∆ГТЦ – зазор между ГТЦ и толкателем;

δ – раскрытие скобы;

ηП – КПД привода;

μ – коэффициент трения фрикционных тормозных накладок;

ρ – среднее удельное давление на стенку барабана;

σ – изгибное напряжение скобы дискового тормозного механизма;

τСР – напряжение среза болтов;

ψ – удельная нагрузка на задний мост;

Ф – показатель распределения.

Введение

Целью курсового проекта является закрепление приобретенных в процессе обучения теоретических знаний, и приобретение практических навыков в расчетах реальных тормозных механизмов легкового автомобиля, а также ознакомление с существующими схемами тормозных механизмов; установленными на сегодняшний день нормами и предъявляемыми требованиями в отношении торможения транспортных средств.

Задачей проекта является проектирование тормозных механизмов автомобиля Lexus GS300, которое  подразумевает собой изучение конструкторских решений реально существующих тормозных механизмов, и принятии на их основе конструкции тормозных механизмов для проектируемого автомобиля. Ознакомиться с производством тормозных механизмов и их особенностями. Проектирование тормозных механизмов передней и задней оси автомобиля, а также произвести проверку спроектированного автомобиля, по установленным требованиям, подробно изложенным в правилах №13 ЕЭК ООН. 

Обзор схем и конструкций тормозных систем легковых автомобилей

В современном автомобилестроении  безопасность автомобиля немыслима без эффективного тормозного управления, которое в соответствии с требованиями стран - членов ЕЭС должно состоять из следующих тормозных систем (ТС):

 - основная (рабочая), которая обеспечивает замедление легкового автомобиля не менее 5,8 м/с2,  движущегося со - скоростью не более 80 км/ч при усилии на педаль менее 50 кг; 

 - вспомогательная (аварийная), обеспечивающая замедление не менее 2,75 м/с2; - стояночная, которая может быть совмещена с аварийной.

Барабанный тормоз

Барабанные тормоза барабанные прилагается к ступице колеса, и торможение происходит с помощью тормозных колодок, расширение против внутри барабана. Барабанный тормоз, в котором трение обусловлено множеством ботинки или прокладки, которые прижимаются внутренней поверхности вращающегося барабана. Барабанный тормозной механизм был изобретен в 1902 году Луи Рено, хотя менее сложные барабанного тормоза было использовано Maybach годом ранее. В первом барабанные тормоза, обувь механическим приводом с рычагов и тяг или кабелей. С середины 1930х обувь эксплуатируется с давлением масла в небольшой цилиндр колеса и поршни (как на картинке), хотя некоторые транспортные средства продолжали с чисто механическими системами на протяжении десятилетий. Некоторые конструкции имеют два цилиндра колеса. Обувь в барабанные тормоза подвержены износу и тормоза необходимо скорректировать регулярно до 1950х годов введение отдельных барабанных тормоза. Тормоза Self настройки работают, храповой механизм занимается как ручными тормозами применяется. Если поездки ручного привода рычага превышает определенную сумму, Rachet оказывается винт, который перемещает тормозные колодки к барабану. В 1960 и 1970 тормозные барабаны на передние колеса автомобилей были постепенно заменены дисковыми тормозами и сейчас многие автомобили используют дисковые тормоза на всех колесах. Другой тип барабанного тормоза, где трение пояс обернут вокруг вне барабана и затянуть. Этот тип предшествовал  современной барабанного тормоза, а затем был часто используется для стояночного тормоза на центральном валу. Этот тип ленточный тормоз используется также в автоматических трансмиссиях  и аэробные упражнения оборудования велоспорт. Барабанные тормоза с внутренней ботинки имеют особенно невыгодное положение, когда барабаны нагревается резкого торможения диаметр барабана увеличивается за счет расширения материальной и тормоза должны быть еще больше снизило на эффективное торможение. Это увеличение педаль движения известен как ТОРМОЗОВ и может привести к неисправности тормозов в экстремальных обстоятельствах. По этой причине барабанные тормоза были заменены в большинстве современных автомобилей и легких грузовиков по крайней мере с переднего колеса (часто уже четыре колеса) дисковые тормоза.

Барабанные тормоза до сих пор используется в некоторых современных автомобилей из-за веса и стоимости преимуществ. Передовые технологии гибридного автомобиля с помощью барабанные задние тормоза является Toyota Prius. (Гибридные транспортные средства значительно уменьшить повседневного ношения на тормозной системы из-за их рекуперации энергии мотор-генераторов). Раннее типа тормозных колодок, содержащихся АСБЕСТА . При работе с тормозной системы старых автомобилей, забота должна быть взята, чтобы не вдыхать пыль присутствует в тормозной.

Дисковый тормоз

С дисковыми тормозами, диск прилагается к ступице колеса, может быть зажат между 2 тормозные колодки. На легковых автомобилей, обе эти системы являются гидравлическими. Педаль тормоза действует главного цилиндра. Гидравлические линии и шланги связаться главного цилиндра в тормозные цилиндры на колесах. Большинство современных легковых автомобилей либо дисковые тормоза на передних колесах и барабанные тормоза на задней, или, дисковые тормоза на всех 4 колесах. Дисковые тормоза требуют больше сил, чтобы управлять ими. Тормозной усилитель помогает водителю путем увеличения силы, приложенной к главного цилиндра, при включенном тормозе. Дисковый тормоз устройство для замедления или остановки вращения колеса. Тормозной диск (или ротора на английском языке), как правило, из стали, имеет связь с колеса или оси. Чтобы остановить колесо, тормозной колодке (установленный в устройство, называемое тормозной суппорт) сжаты механическим или гидравлическим усилием  с обеих сторон. Трение причин диска и придает колеса для замедления или остановки. Легковых автомобилей, мотоциклов, велосипедов и некоторых использовать дисковые тормоза. Дисковые тормоза были наиболее популярны на спортивных автомобилях, когда они впервые были введены, поскольку эти транспортные средства являются более требовательными о тормоза.  Многие ранние реализации расположен стационарных тормозных дисков, рядом дифференциальных, но большинство дисков сегодня находятся внутри колес. (Стационарных места снижает ВЕС АВТОМОБИЛЯ и устраняет источник тепла в шинах, важно в Formula One Racing.) Диски теперь стали стандартом в большинстве легковых автомобилей, хотя некоторые сохраняют использования барабанные тормоза на задних колесах, чтобы сохранить затрат и веса, а также для упрощения положения стояночного тормоза или экстренного торможения. Как передние тормоза выполняют большинство из тормозное усилие, это может быть разумный компромисс.  

Так как в проектируемой тормозной системе исследуемого авто применяются только дисковые тормозные механизмы, то в дальнейшем будем рассматривать только последние.

Тормоза наиболее важных частей безопасности в транспортных средствах. Вообще все транспортные средства имеют свои собственные устройства безопасности, чтобы остановить их машину. Тормоза функцию для замедления и остановки вращения колеса. Для остановки колеса, тормозные колодки вынуждены механически против ротора диска на обеих поверхностях. Они являются обязательными для всех современных автомобилей и безопасной эксплуатации транспортных средств. Короче говоря, тормоза преобразования кинетической энергии автомобиля в тепловую энергию, тем самым замедляя его скорость.

Тормоза были перенастроены и улучшения с момента их изобретения. Увеличение скорости движения, а также растущий вес машины сделали эти усовершенствования существенно. Чем быстрее автомобиль идет и чем она тяжелее, тем труднее его остановить. Эффективная тормозная система, необходимые для выполнения этой задачи со сложными термин где материал должны быть светлее, чем раньше и производительность тормоза должны быть улучшены. в современных автомобилях часто используют сочетание дисковые тормоза и барабанные тормоза. Для нормальной легковой машины, как правило, дисковые тормоза расположены на передней двух колесах и барабанные тормоза на двух задних колесах. Ясно показывает, что, вместе с рулевого управления и шины представляют собой наиболее важные системы предупреждения аварий на настоящем автомобиле, которые должны надежно работать при различных условиях. Однако, эффективность тормозной системы зависит от конструкции самого, а также право выбора материала. Важно сделать некоторый анализ на дисковый тормоз ротора, который был разработан, чтобы предсказать поведение системы, чем следовать с некоторыми улучшениями. 

Сегодня есть много программного обеспечения, которое было разработано в целях удовлетворения моделирования и анализа методом конечных элементов на транспортном средстве, таких компонентов, как MSC.ADAMS (автоматического динамического механических систем), CATIA, MSC Patran / NASTRAN, ANSYS, DYNA и ABAQUS.  Большинство программное обеспечения используется в широком спектре отраслей промышленности, таких как автомобилестроение, нефть и газ, аэрокосмической, морской, тяжелое машиностроение долг, строительство, электромеханического и общего машиностроительной промышленности. В рамках этого проекта, дизайн упаковки CATIA и конечных элементов пакета ABAQUS и МСЦ PATRANNASTRAN будет использоваться для создания модели и запуска выбранных компонентов.

Конструкция дисков

Самые распространенные на сегодняшний день автомобильные тормозные системы – дисковые тормоза. Из этого следует, что главным элементом тормоза такого типа является тормозной диск, к которому прикладывается усилие исполнительного механизма. Поскольку существующие автомобильные тормоза используют трение в качестве основного принципа действия, между диском и тормозным механизмом находится колодка, покрытая слоем фрикционного материала.  Как известно, росту эффективности любых тормозов препятствует температура в паре трения. Чем интенсивнее автомобиль тормозит, тем больше выделяется тепла и тем больше нагреваются детали тормозного механизма. Для обычной тормозной колодки это приводит к потере фрикционных свойств за счет снижения коэффициента трения. 

Можно пойти дальше и обнаружить, что тепло от колодки передается не только воздуху, но и собственно исполнительному тормозному механизму – скобе (суппорту), нагретые поршни которой бывают способны довести тормозную жидкость до кипения. Это может привести к образованию пузырьков воздуха в жидкости и, как следствие, потере ею упругих свойств и «провалу» тормозной педали. Самым логичным будет повысить температуру кипения тормозной жидкости и сделать колодки, способные не снижать коэффициент трения с ростом температуры. Именно так и поступили конструкторы тормозных систем, и сейчас есть колодки, работающие в диапазоне от 200 градусов и выше. Диск также нагревается, что приводит к нарушению формы его рабочей поверхности, ее короблению, следствием чего становится осевое биение диска, передаваемое на руль и тормозную педаль. Для начала рассмотрим причину деформации диска под действием температуры. Как правило, обычный тормозной диск представляет собой обод, выполненный в одно целое со ступицей П-образного сечения. При нагреве диск, напоминающий в разрезе шляпу, условно стремится вывернуться «наизнанку» за счет разницы длин наружного и внутреннего контуров. У внутреннего она больше, следовательно, и линейное тепловое расширение также больше. Это приводит к тому, что у «шляпы» приподнимаются поля. Именно череда таких подъемов и опусканий при остывании и приводит к деформации диска. Чтобы уменьшить такой эффект, у дисков в местах соединений обода со ступицей с наружной стороны делаются галтели или проводятся другие мероприятия, увеличивающие длину наружного контура. А что, если сделать диск более массивным, тогда он уж точно не покоробится. Хорошая идея, только вообразите, какая будет неподрессоренная масса у такого автомобиля, а наличие дополнительного маховика на каждом колесе сделает торможение проблематичным, добавив еще необходимость «гасить» их инерцию. К тому же проблема рассеивания тепла осталась. Так на сцену вышел диск с внутренней вентиляцией или просто вентилируемый. Он сразу позволил повысить эффективность торможения за счет более благоприятных температурных режимов паре трения. У вентилируемого диска существенно увеличена поверхность, с которой он отдает тепло окружающей среде. А если подвести дополнительный охлаждающий воздух к тормозному диску, то о перегреве тормозов можно даже забыть. Вентилируемый тормозной диск также уменьшает температурную нагрузку на ступичный подшипник. 

Увеличению поверхности рассеивания тепла способствует и перфорация дисков, при которой обод насчитывает не один десяток сквозных отверстий с зенковкой. Проделанные по всей рабочей плоскости диска сквозные отверстия снижают вес диска, способствуют более эффективному снижению его температуры при работе (что снижает риск коробления), удаляют газы, образующиеся при трении колодок о диск. Также перфорация не допускает «всплытия» тормозной колодки при попадании воды на рабочую поверхность диска в дождь или при проезде через лужи. Оказавшаяся на пути колодки вода выдавливается внутрь диска, откуда она выбрасывается наружу под действием центробежной силы. Вот здесь и кроется опасность для перфорированных дисков. Попавшая вода на раскаленный иногда тормозной диск может вызвать катастрофические последствия для его целостности, он может потрескаться и даже лопнуть. Отверстия станут дополнительными концентраторами напряжений и начальными точками этих самых трещин. Поэтому заявления о повышенной эффективности перфорированных дисков часто следует рассматривать как рекламный ход. Однако встречаются серийные автомобили, у которых такие диски стоят и хорошо себя чувствуют за все время эксплуатации, подвергаясь замене только по причине износа. Такую картину можно наблюдать, в частности, на автомобилях Ferrari и Porsche. Все дело в том, что диаметр отверстий не велик, их расположение сочетается с конфигурацией внутренних лопаток диска, а сам диск, как правило толстостенный и большого диаметра. Это снижает риск образования трещин, однако более правильным решением являются канавки на рабочей поверхности диска. Кроме воды, канавки отводят газообразные продукты "жизнедеятельности” колодки и продукты износа. Канавки бывают направленными в зависимости от вращения диска или симметричными, что позволяет ставить диск на левую и правую стороны автомобиля. Это относится и к лопаткам внутри диска. Обычный вентилируемый диск имеет радиально расположенные лопатки, что делает левый и правый тормозные диски одинаковыми, но существуют диски с наклоненными лопатками для лучшего удаления разогретого воздуха. При этом левый диск является зеркальной копией правого и наоборот. Указав все эти достоинства канавок, нельзя не сказать и о том, зачем они изначально были разработаны. Опять же, автоспорт с его повышенными нагрузками на тормоза потребовал эффективной очистки тормозных колодок. Дело в том, что при работе на больших нагрузках тормозные колодки очень быстро покрываются тонким слоем нагара – выгоревшего и отработанного фрикционного материала. Если его не снять принудительно, колодка превращается в скользкую лыжу. Канавки, шлицы практически срезают этот отработанный слой, обновляя колодку. Это позволяет поддерживать работоспособность колодок на протяжении всей гонки. Учитывая все вышесказанное, можно считать, что для обычных городских автомобилей тормозные диски со шлицами, конечно, являются предметом гордости владельца, но одновременно причиной более частой смены тормозных колодок.

Теперь мы добрались до высшей лиги тормозных дисков - вентилируемых сборных. Конечно, бывают и цельные диски с направленными лопатками, но их не так много. Это объясняется необходимостью иметь сложные оснастки для левого и правого диска, на что не каждый производитель может пойти. В результате диск с одной стороны выбрасывает воздух наружу, а с другой – захватывает его и пытается выдавить из центра внутрь колесной арки. 

Разборные диски (рисунок 4) изначально делятся на левые и правые и имеют крепежный фланец для ступицы, которая делается, как правило, из высококачественного авиационного алюминия. Такая конструкция позволяет еще больше рассеивать тепла, что благоприятно сказывается на эффективности тормозов и теплонагруженности подшипников ступицы. Понятно, что такой диск более легкий, чем его цельный аналог. Здесь тоже присутствуют подводные камни. Самый опасный – разница коэффициентов термической деформации материалов диска и ступицы. Для решения этой проблемы делают прорези на ступице, но самым эффективным способом борьбы с этим явлением можно назвать так называемые плавающие диски. Их суть – отсутствие жесткой связи между диском и ступицей, при этом диск может двигаться относительно ступицы обычно в осевом направлении в пределах нескольких десятых долей миллиметра. Плавающие диски обладают существенным недостатком – они боятся грязи, которая может лишить их подвижности, поэтому они главным образом применяются в кольцевом автоспорте.

Недавно, углерод-керамических и углерод-углеродных композиционных тормоза были использованы в гонках, спортивные машины, и даже высокая скорость приложений вагоны поезда. Это не следует путать с керамические тормозные колодки для использования со стандартными стальные диски, которые просто высокое качество тормозных колодок. Диски углерод-углерод тормоза состоят из углеродного волокна в углеродной матрице, используя отличную теплопроводность графита. Среди прочего, они были использованы в самолете тормоза. Влага может уменьшить мощность торможения углерод-углеродных тормозов. Еще одна серьезная проблема с углерод-углеродных заключается в его реактивности при высокой температуре. Кроме того, углерод-углеродных колодки не выполняют в полную силу, пока не достигнет 300 ° C (572 ° F). Выше 500 ° C (932 ° F) углерода вступает в реакцию с воздухом и горят, и даже при нормальной температуре тормозной там будут какие-то сжигание внешних слоев. Это можно уменьшить путем покрытия диска, иногда с углерод-керамических.

Углерод-керамические тормозные диски состоят из углеродного волокна в матрице карбида кремния (C / SiC). Углероднокерамические тормоза легкие и имеют очень высокую теплоемкость и теплопроводность, что делает их идеальными как тормозные диски способны выдерживать более 1600 ° C (2912 ° F). Они также очень дорогие и требуют специальной колодки, делегирования их для использования в основном на высоком приложений конце такие как Porsche Carrera GT.Продолжительность жизни углерод-керамические тормоза ограничено крекинга, что происходит из-за разной скорости расширения между углерода и карбида кремния. Эти трещины медленно пропускать воздух в контакте с углеродом, в результате горения.

Ранних Lotus Elise моделей пришли с алюминиевым металлической матрицы композита (MMC), тормозные диски. Эти тормоза были также легкий и экономически выгодной альтернативой графит / керамика вариации доступны, но они не могут работать при тех же температурах. Однако, для производителя этих дисков закрыты, и Lotus был вынужден перейти на железо.

Материал дисков

Чаще всего тормозные диски изготовляют из чугуна. Популярность этого материала объясняется хорошими фрикционными свойствами и невысокой стоимостью производства. Наряду с этими преимуществами, чугун имеет ряд существенных недостатков, которые ограничивают его использование в некоторых типах транспортных средств – спортивных машинах и мотоциклах. При регулярных интенсивных торможениях, вызывающих значительное повышение температуры (400 С и выше), возможно коробление диска, а если на его перегретую в таких режимах поверхность попадает вода, например, из лужи, чугунный диск покрывается сетью трещин и иногда даже рассыпается. Кроме того, такие диски очень тяжелые, и после длительных стоянок их рабочая поверхность покрывается коркой ржавчины. Чтобы избежать этих недостатков, диски, в большей степени мотоциклетные и значительно реже автомобильные, начали делать из «нержавейки». Более слабые фрикционные свойства этого материала компенсировали увеличением диаметра дисков и их рабочей поверхности. Для изготовления этой ответственной детали тормозной системы используют и обычную сталь, которая, как и «нержавейка», не столь чувствительна к перепадам температур и обладает несколько худшими фрикционными свойствами, чем чугун. В 70е годы на спортивные машины начали устанавливать тормозные диски из углепластика – карбоновые. Преодолев период роста, карбоновые тормоза оставили своих металлических коллег далеко позади. Посудите сами: вес тормозного диска из карбона на порядок меньше металлического, коэффициент трения на порядок выше, а рабочий диапазон, ограничивающийся на обычных тормозах 500600 С, здесь простирается далеко за отметку в 1000 С. Карбоновые диски не коробятся, а снижение неподрессоренных и вращающихся масс положительно сказывается на ходовых качествах автомобиля. Тем не менее путь к обычным дорожным автомобилям таким тормозам пока заказан. Стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать стоимости нового автомобиля малого класса, а нормально работать они начинают только после хорошего прогрева: до этого коэффициент трения тормозов даже ниже обычных! Нельзя забывать и об удобстве управления замедлением: если с традиционными тормозами все просто и понятно, то здесь контролировать замедление сверхсложно. Фактически в обычных условиях карбоновые тормоза будут аналогом переключателя «ехать/стоять».

Более радужные перспективы в автомобилестроении имеют керамические тормоза. Они не имеют такого ошеломляющего коэффициента трения, как карбоновые, но обладают целым рядом преимуществ. У керамики гораздо больше возможностей, чем у металла или различных композитов. Этот материал отличается отличной устойчивостью к высоким температурам, высокой стойкостью к коррозии и износу, небольшой удельной массой и высокой прочностью. Но это еще не все. Керамические тормозные диски, в сравнению аналогичным деталями из серого чугуна легче на 50%. Вес, например, керамического тормозного диска PORSCHE 911 в два раза легче обычного, значит, меньше и неподрессоренные массы, а следовательно, и нагрузка на подвеску. Уменьшается и так называемый гироскопический эффект, когда вращающееся с большой скоростью тело сопротивляется смене направления вращения. Кроме того, применение керамики позволяет увеличить на 25% коэффициент трения, а заодно резко повысить эффективность торможения в горячем состоянии. Еще одно преимущество – невероятная долговечность. Керамические диски обычно не требуют замены на протяжении 300 000 км. К сожалению, есть и недостатки. Вопервых, холодные керамические диски хуже останавливают машину, чем холодные тормозные диски из металла. Вовторых, керамика плохо работает при очень низких температурах. В третьих, такие диски при работе неприятно скрипят. И, наконец, в четвертых, цена у них ну просто непомерная.

Тормозные колодки

Тормозные колодки – наиболее важный элемент тормозной системы. Именно от них зависит эффективность работы тормозов. Хорошие, правильные колодки будут не только долго и надежно выполнять свои функции, но и сохранят тормозной диск или барабан целым и невредимым долгие годы. Наоборот, плохие, некачественные колодки могут испортить тормозной диск, проделав в нем глубокие канавы, и т. д. Тормозные колодки бывают разными. Причем речь идет не о конструкции и дизайне, а в первую очередь о материале фрикционных накладок, которые собственно и осуществляют торможение. Фрикционных смесей на сегодня существует превеликое множество. У каждой фирмы своя рецептура и свои ингредиенты. В состав смеси могут входить 15 и более различных компонентов. Их пропорции четко выдержаны. Любое изменение доли того или иного компонента может существенно изменить свойства будущих тормозных накладок, вплоть до их полной неработоспособности

Основа фрикционной смеси – армирующий компонент. Именно от него зависит прочность, термостойкость и стабильность тормозных свойств изделия. В последние годы сложились устойчивые виды фрикционных изделий, получивших свое название, именно основываясь на их армирующем компоненте. Выделяются асбестовые, безасбестовые и органические (на основе органических волокон) компоненты. Первые, как видно из названия, в качестве армирующего элемента используют асбест. Вредность этого материала для человека уже стала притчей во языцех. Во многих руководствах по ремонту и обслуживанию автомобилей говорится, что менять асбестосодержащие тормозные колодки и даже снимать колеса (если у вас такие тормоза) необходимо предельно осторожно, заблаговременно позаботившись о защите органов дыхания и зрения. Безасбестовые представляют собой фрикционный материал, в котором роль армирующего компонента выполняют иные составляющие. Это может быть стальная вата, медная, латунная стружка, различные полимерные композиции и т. д. В бюджетных колодках производители используют смесь органических и неорганических волокон, балансируя между коэффициентом трения, изностойкостью и конечной ценой колодки. Если речь идет о дорогих колодках, хотя и предназначенных для дорожных автомобилей, то производители могут включать гранулы мягких металлов и искусственного графита, кевларовых и карбоновых волокон, таким образом увеличивая термостабильность фрикционного материала. Самые современные на данный момент фрикционные материалы выполняют на основе органических волокон. У таких колодок наилучшие тормозные свойства. Недаром именно они устанавливаются на современные болиды Формула1, где нагрузки на тормоза (по меркам городских автомобилей) просто запредельные. Ведь им приходится за считанные секунды или даже доли секунды снижать скорость машины с 300 до 60 км/ч. К сожалению, как и любых высокотехнологичных и наукоемких изделий, стоимость таких колодок доступна лишь таким «денежным» видам автоспорта. И еще раз вспомним о тепле. Колодки также должны охлаждаться, но, в отличие от дисков, они как раз должны не пропускать тепло через себя. Нагреваясь, сами, они обязательно начнут греть рабочие тормозные цилиндры, а они, в свою очередь, тормозную жидкость, и если она закипит, тормоза перестанут работать, со всеми вытекающими последствиями. Вот почему столь важно обеспечить тепловой барьер между фрикционными накладками и металлической основой тормозной колодки.

Антиблокировочная тормозная система (ABS)

Антиблокировочная тормозная система (известный как ABS, от немецкого названия "Antiblockiersystem", предоставленным ему его изобретатели на Bosch) представляет собой систему на автомобилях, которая предотвращает блокировку колес при торможении. Целью этого является двоякой:

чтобы позволить водителю поддерживать рулевого управления, а также

сократить тормозной путь.

Типичная АБС состоит из:

центральный электронный блок,

четыре датчиков скорости (по одному на каждое колесо), и

двух или более гидравлических клапанов на тормоза цепи.

Электронный блок постоянно отслеживает скорость вращения каждого колеса. Когда он чувствует, что одно или несколько колес вращается медленнее, чем другие (условии, что будет довести его до блокировки) он движется клапаны, чтобы уменьшить давление на тормозной системы, эффективно уменьшая тормозного усилия на этом колесе.

Эффективности

С высокими сцепными свойствами поверхности, такие как битум, будь то мокрые или сухие, большинство ABS оборудованные автомобили способны достичь тормозной путь лучше (то есть меньше), чем те, которые были бы невозможны без интересах ABS. Умеренноопытный водитель без АБС могла бы, с помощью интонации торможения, чтобы соответствовать производительности начинающий водитель с ABS оборудованных транспортных средств. Однако для значительного числа водителей, ABS улучшит их тормозной путь в самых различных условиях. Рекомендовал техника для неспециалиста водителей в ABSоборудованный автомобиль, в типичном полного торможения чрезвычайного положения, нажать на педаль тормоза как можно плотнее и, при необходимости, направлять вокруг препятствий. В таких ситуациях, ABS позволит значительно снизить шансы заноса и последующей потери контроля, особенно с тяжелыми транспортными средствами.

В гравии и снегу, ABS имеет тенденцию к увеличению тормозного пути. На этих поверхностях, запер колеса копать и остановки транспортного средства быстрее. ABS предотвращает возникновение этого. Некоторые контроллеры ABS уменьшить эту проблему, замедляя Велоспорт времени, таким образом позволяя колеса неоднократно кратко блокировки и разблокировки. Основное преимущество ABS на таких поверхностях является повышение способности водителю сохранить контроль над автомобилем, а не идти в занос, хотя потери контроля остается больше шансов на мягких поверхностях, как гравий или скользкой поверхности, как снег или лед.

При активации, ABS причин педаль тормоза, чтобы пульс заметно. Как большинство водителей редко или никогда тормоза достаточно сильно, чтобы причиной блокировки тормозов, и значительное число редких потрудились прочитать руководство автомобиля, это не может быть обнаружена до чрезвычайной ситуации. Когда водители все же возникают чрезвычайные, что приводит к их тормоз жесткий и, таким образом сталкиваетесь с этой пульсирующей в первый раз, многие из них полагают, уменьшить педаль давление и таким образом удлинить тормозной путь, что способствует более высокий уровень несчастных случаев, чем начальник аварийной остановки возможности ABS в противном случае обещания. Некоторые производители Поэтому реализованы "Brake Assist" системы, которые определяют водитель пытается остановить крах и поддерживать тормозного усилия в этой ситуации. Тем не менее, АБС существенно повышает безопасность и контроль за водителями на дорогах ситуациях, если они знают, не выпускать тормоза, когда они чувствуют, пульсирующий АБС.

Стоит отметить, что тяжелее автомобиль, тем больше это пойдет на пользу из ABS. Это особенно верно в отношении транспортных средств с менее сложных гидравлических тормозных систем, где контроль над ними трудно не так просто, как с более развитыми тормозными системами. И наоборот, более легких автомобилей, особенно спортивных автомобилей с высоко развитой системы тормозов без АБС может outbrake сопоставимых транспортных средств, даже с ABS.

Система контроля тяги

Оборудование ABS может также быть использованы для реализации тяги на ускорение транспортного средства. Если, при ускорении, шина теряет сцепление с землей, контроллером ABS может обнаружить ситуацию и применять тормоза, чтобы уменьшить ускорение так, что тяга восстанавливается. Производители часто предлагают это как отдельно цене вариант, хотя инфраструктура в основном совместно с ABS. Более сложные версии этого можно также управления дроссельной заслонкой уровнях и тормоза одновременно, что приводит к тому, что Continental Teves терминов Электронный контроль стабильности или то, что Bosch терминов " Electronic Stability Program "(ESP).

Brake Assist

Dynamic Brake Control

Еще одна электронная система — DBC, Dynamic Brake Control разработана инженерами BMW. Она похожа на системы Brake Assist, которые применяются, например, на автомобилях MercedesBenz и Toyota. Система DBC ускоряет и усиливает процесс нарастания давления в приводе тормозов в случае экстренного торможения и обеспечивает - даже при недостаточной силе нажатия педали - минимальный тормозной путь. На основе данных о скорости нарастания давления и усилии, прикладываемом к педали, компьютер определяет возникновение опасной ситуации и немедленно устанавливает максимальное давление в тормозной системе, тем самым значительно сокращая тормозной путь вашего автомобиля. Управляющий блок дополнительно учитывает скорость автомобиля и уровень износа тормозов. Система DBC использует принцип гидравлического усиления, а не вакуумный принцип. Подобная гидравлическая система обеспечивает лучшее и значительно более точное дозирование тормозного усилия в случае экстренного торможения. Кроме того. компьютер DBC связан с системами АBS и DSC (Dynamic Stability Control). 

Cornering Brake Control (рисунок 7) – система контроля торможения в поворотах.

Система EBD предназначена для перераспределения тормозных усилий между передними и задними колесами, а также колесами правой и левой стороны автомобиля, в зависимости от условий движения. EBD действует в составе традиционной 4-канальной ABS с электронным управлением. При торможении прямолинейно движущегося автомобиля происходит перераспределение нагрузки - передние колеса нагружаются, а задние, в свою очередь, разгружаются. Поэтому, если задние тормозные механизмы будут развивать такое же усилие, как передние, увеличится вероятность блокировки задних колес. При помощи колесных датчиков скорости блок управления ABS определяет этот момент и регулирует подводимое усилие. Следует отметить, что распределение усилий между осями при торможении существенно зависит от массы груза и его размещения. Вторая ситуация, когда вмешательство электроники становится полезным, возникает при торможении в повороте. При этом нагружаются внешние колеса и разгружаются внутренние, соответственно, возникает риск их блокировки. Основываясь на сигналах колесных датчиков и датчика замедления (или датчика ускорения) EBD определяет условия торможения колес и при помощи комбинации клапанов регулирует давление жидкости, подводимое к каждому из колесных механизмов. 

Sensotronic Brake Control (SBC) (рисунок 9).

Разработанная инженерами Mersedes, на сегодняшний день это, пожалуй, самая передовая тормозная система, устанавливаемая серийно на современных автомобилях. Принципиальное отличие системы SBC – это электронная система взаимодействия между педалью тормоза и тормозными механизмами. При нажатии на педаль тормоза микрокомпьютер с помощью информации от различных систем и датчиков оценивает скорость переноса ноги с педали газа на педаль тормоза, силу нажатия на педаль, включенную передачу, особенности дорожного покрытия, траекторию движения, скорость, нагруженность автомобиля и другие параметры. В результате выдается оптимальное тормозное усилие, причем на каждое колесо — разное. В случае изменения параметров движения усилия мгновенно перераспределяются. Как и вышеописанные системы, SBC помогает водителю при интенсивном торможении и при прохождении поворотов. Система способна работать и в «пробочном» режиме, когда электроника сама останавливает автомобиль, как только водитель убрал ногу с педали газа, а функция «мягкой остановки» обеспечивает плавное торможение без «клевков». Есть и масса других преимуществ, связанных с внедрением системы SBC: время реакции тормозных колодок после нажатия педали тормоза значительно снизилось, благодаря тому, что при резко сброшенном газе, SBC распознает критическую ситуацию и заранее немного прижимает колодки к тормозному диску; в дождливую погоду, когда есть риск попадания влаги на тормозные механизмы, что ведет к снижению эффективности тормозов, SBC слегка подтормаживает колеса, подсушивая диски, поэтому эффективность тормозов сохраняется; отсутствие какой-либо вибрации на педали тормоза при работе АBS. Это не только повышение комфорта. На водительском симуляторе мерседесовцы провели специальное исследование и выяснили, что две трети водителей приходят в замешательство, когда при интенсивном торможении в дело вступает АBS и педаль тормоза начинает вибрировать. В лучшем случае они перестают наращивать усилие на педали, а в худшем — и вовсе снижают его. Тесты показали, что при торможении на снежной дороге одно только отсутствие вибраций при работе АBS позволило уменьшить тормозной путь более чем на два метра!

Приводы KnorrBremse тормозных цилиндров (рисунок 10)

Применение  Модульный подход KnorrBremse на тормозном цилиндре дизайн для автобусов, грузовых автомобилей и прицепов означает, что она может предложить решения практически для каждого типа ситуации, размеры, производительность и конструкция цилиндра. Модульный подход означает, что мы резко сократили количество отдельных компонентов, сократив клиентов запасные части и техническое обслуживание.

ABS (антиблокировочная система) (рисунок 11)

ABS (антиблокировочная система) предотвращает блокировку колес во время торможения, в то время как ASR (тяги) обеспечить, чтобы ни одно из колес на ведомой оси спину во время ускорения. ASR таким образом действует как дифференциал повышенного трения, обеспечивающий оптимальную тягу независимо от состояния дорожного покрытия.

Применение  Имея является пионером в разработке систем ABS для грузовых автомобилей, само собой разумеется, что KnorrBremse предлагает ABS и ASR систем для всех типов транспортных средств и их прицепов.

Адаптивная система круиз-контроль

Функция  Чтобы облегчить задачу водитель при интенсивном движении, KnorrBremse разработала адаптивный круиз-контроль система (ACC), который автоматически поддерживает на нужном расстоянии от впереди идущего транспортного средства, в зависимости от скорости, с которой он передвигается.

Блок тормозных накладок

- Одноместные и двухместные версии блока доступны  - Прочная конструкция для разнообразных климатических условиях  - Экономичное решение для множества приложений

Тормозные приводы

- Усилием смыкания от 10 кН до 110 кН, с чрезвычайно компактный и легкий дизайн  - Интеграция специальных функций, как аварийные передач релиз, датчики скорости и т.д. возможно

-Компактная, легкая конструкция

- Простой монтаж тележки 

- Низкая стоимость жизненного цикла

Тормозные диски

- Колеса или оси монтажа  - Из стали, серого чугуна, железа графитом, алюминия или из армированных волокном керамические  - Раскол или кольца нерасщепимого трения  - Модульная конструкция

- Высокотехнологичные материалы, например, с помощью Isobar ® высокой температуры тормозных колодок  - Низкий износ  - Легко заменить

Функция  Дисковый тормоз замедляет автомобиль с применением силы, создаваемой тормозного цилиндра к тормозному диску. KnorrBremse установил новые стандарты с пневматической тормозной диск для грузовых автомобилей с полной массой от 6 т до 44 т и более. Преимущества по сравнению с обычными системами являются: снижение веса, компактная конструкция, даже износа колодок, простота обслуживания, снижению затрат и повышению безопасности.

Knorr-Bremse дисковые тормоза (рисунок 19)

Позиция KnorrBremse, как ведущего поставщика дисковых тормозов и полных тормозных систем для грузовых автомобилей было дальнейшее закрепление на дальнейшие технологические разработки, такие как моноблок тормозные суппорты, шлицевых диски с промежуточных элементов и разделить диски для облегчения замены диска

  Описание работы, регулировок и технических характеристик проектируемого узла

Объектом исследования данного курсового проекта является автомобиль Lexus GS300. На данном автомобили все тормозные механизмы дисковые, следовательно описание барабанных тормозных механизмов не имеет смысла. Описываться будут только дисковые тормозные механизмы.

Дисковый тормозной механизм очень эффективен, так как он отлично рассеивает теплоту. Именно по этой причине дисковые тормозные механизмы устанавливаются на передних и задних колесах автомобиля.

Чугунный тормозной диск, закрепленный на ступице колеса. Тормозная скоба с тормозными колодками, жестко связанная со стойкой передней подвески. Поршни рабочих цилиндров тормозной скобы под действием давления тормозной жидкости прижимают тормозные колодки к тормозному диску, вызывая его затормаживание за счет сил трения.

Описание  работы тормозных механизмов:

Когда водитель нажимает на тормозную педаль, главный тормозной цилиндр преобразует это движение в давление тормозной жидкости. Это давление с помощью несжимаемой жидкости передается к четырем колесным тормозным механизмам.

В тормозной системе с дисковыми тормозными механизмами при нажатии на тормозную педаль тормозные колодки прижимаются с усилием к тормозному диску. В процессе торможения кинетическая энергия движущегося автомобиля превращается в теплоту за счет трения.

Описание  регулировок тормозных механизмов:

Для остановки автомобиля массой в одну тонну, движущегося со скоростью 130 км/ч, нужно затратить значительную мощность, около 150 кВт (200 л.с). Эта мощность в форме теплоты при температуре 300…800 C° должна быть рассеяна через незначительную площадь (порядка нескольких квадратных сантиметров) тормозных колодок!

Контроль износа : Материал накладок тормозных колодок более мягкий, чем материал тормозных дисков, и, следовательно, он будет изнашиваться быстрее. Поэтому накладки тормозных колодок должны регулярно подвергаться контролю и заменяться, как только их толщина уменьшится до 2мм. При износе тормозных колодок существует риск повредить тормозной диск, кроме того водитель рискует потерять контроль над автомобилем при резком торможении.

Тормозной диск является ответственной деталью тормозного механизма. При каждом торможении он находится под действием значительных нагрузок и, следовательно, должен отвечать очень высоким техническим требованиям.

ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ ДОЛЖНЫ БЫТЬ ВСЕГДА В ОТЛИЧНОМ СОСТОЯНИИ, ЧТОБЫ ТОРМОЗНЫЕ КОЛОДКИ МОГЛИ ВЫПОЛНИТЬ СВОЮ ЗАДАЧУ С МАКСИМАЛЬНОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ!

Поэтому  рекомендуется контролировать состояние тормозных дисков при каждой замене тормозных колодок. Если на рабочей поверхности тормозного диска имеются глубокие царапины, если он искривлен, покрыт трещинами или окислился, немедленно требуется заменить его. После замены тормозных дисков требуется заменить на новые и тормозные колодки. Необходимо заменять одновременно два диска одной и той же оси, для того чтобы избежать асимметрии торможения.

Тормозная жидкость представляет собой несжимаемую жидкость, которая с помощью главного тормозного цилиндра передает усилие от тормозной педали к четырем колесным тормозным механизмам. Слишком старая тормозная жидкость может привести к потере эффективности торможения, особенно при интенсивном торможении (например, в горах). Рекомендуется заменять тормозную жидкость каждые 2 года для предотвращения разрушения тормозной магистрали из-за коррозии.

Проверочный расчет тормозной системы

Проверочный расчет тормозных систем автомобилей проводится в следующей последовательности:

1) Расчет тормозной динамики автомобиля.

2) Расчет тормозных механизмов.

3) Проверка распределения тормозных сил на соответствие Правилам ЕЭК ООН №13.

4) Расчет тормозного привода.

5) Расчет аппаратов тормозного привода.

6) Расчет дополнительных устройств тормозного привода и взаимосвязанных систем.

7) Расчет стояночной тормозной системы.

Расчет тормозной динамики

Для торможения автомобиля с максимальной эффективностью при сохранении устойчивости и управляемости необходимо обеспечить определенное распределение тормозных сил между мостами. Оптимальным распределением считается такое, при котором в процессе торможения все колеса автомобиля одновременно доводятся до границы блокирования. Необходимое изменение соотношений тормозных сил определяется изменением нормальных реакций на колеса отдельных мостов при торможении. 

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта была спроектирована тормозная система легкового автомобиля Lexus GS300 1991 г. в., выполнен расчет тормозной динамики автомобиля в снаряженном и груженом состоянии, произведен выбор и расчет параметров тормозных механизмов. Была выполнена проверка на соответствие автомобиля нормам Правил  ЕЭК ООН №13 и произведен расчет ABS. Был выполнен расчет показателей износостойкости и теплостойкости тормозных механизмов, т.е. определена удельная нагрузка на тормозные накладки, удельная работа трения, нагрев тормозного диска за одно торможение. Произведен прочностной расчет деталей: скобы дискового тормозного механизма и болтов крепления тормозного диска. 

Все полученные численные значения вышеописанных расчетных величин не превышают допустимые пределы.