Параметры по которым оценивают совокупность тормозных механизмов рабочей тормозной системы и тормозные механизмы отдельно:
- удельная нагрузка на тормозные накладки.
- удельная работа трения.
1. Удельная нагрузка на тормозные накладки:
Рmах=G0 / åFнак;(4. 1.)
Где :åFнак- суммарная площадь тормозных накладок рабочей системы,
G0- вес автомобиля.
Среднее значение удельной нагрузки, по статистическим данным, составляет для легковых автомобилей 10…20 Н/см2; для грузовых автомобилей 20…40 Н/см2; для автобусов 25..40 Н/см2
Эти данные относятся к автомобилям с барабанными тормозными механизмами. Для автомобилей с дисковыми тормозными механизмами эти нагрузки соответственно выше.
2. Удельная работа трения.
gо=А / åFmах, (4.2.)
где: А=m0V2/2 – кинетическая энергия автомобиля при максимальной скорости начала торможения, считая, что она полностью поглощается тормозными механизмами.
Среднее значение удельной работы:
- для легковых автомобилей – 1…2 Дж/см2 .(большее значение для дисковых тормозных механизмов).
- Для грузовых автомобилей и автобусов – 0,6….0,8 Дж/см2 .
От удельной работы зависит износ и нагрев элементов тормозного механизма: тормозного барабана (диска) и тормозных накладок.
Для уменьшения удельной работы необходимо увеличить площадь тормозных накладок и соответственно ширину тормозных барабанов и их диаметр.
При увеличении размеров тормозного барабана идет увеличение поверхности охлаждения, что благоприятно сказывается на режиме торможения. Этим объясняется в последнее время тенденция увеличения размера колес автомобилей (особенно легковых) для возможности размещения тормозных барабанов увеличенного размера.
Нагрев тормозного барабана (диска) за одно торможение
Т=m¢0V2 / 2 mб С , (4.3.)
Где :m¢0 – масса автомобиля, приходящаяся на тормозящее колесо
mб – масса тормозного барабана
С»500 Дж/( кг. К) – удельная теплоемкость чугуна или стали.
По требованиям к тормозным механизмам нагрев тормозного диска за одно торможение не должен превышать 200С.
Система охлаждения тормозных механизмов.
Специалисты ЦНИАП НАМИ провели статистический анализ тормозных механизмов различных категорий автомобилей с точки зрения их способности к охлаждению.
Анализ тормозных механизмов с точки зрения их способности к охлаждению.
Таблица №1.
| Подкатегории | Темп охлаждения, мс-1 | Коэффициент вентиляции, мм-1 | ||
| переднего | заднего | переднего | Заднего | |
| М1 | 1 –1,4 | 0,9 – 1,2 | 0,9 – 0,14 | 0,025-0,12 |
| М 2-3N | 0,7 –1 | 0.5 –0,8 | 0,05 –0.1 | 0,02-0,06 |
| О2 - О4 | 0,6 –0,8 | 0,6 –0,8 | 0,03 –0,07 | 0,03 –0,07 |
Из таблицы видно, что лучше охлаждаются тормозные механизмы автотранспортных средств подкатегорий М и N и хуже всего – задние мосты, особенно легковых автомобилей, у которых они по отношению к встречному потоку воздуха почти полностью перекрыты передними.
Перечень конструктивных решений, улучшающих охлаждение и одновременно снижающих термонагруженность дискового тормозного механизма, приведены в таблице №2.
Конструктивные решения улучшающие охлаждение и снижающие термонагруженность дискового механизма.
Таблица№2.
| Тормозной механизм | Максимальная температура, К(С) | |
| Диска | Скобы | |
| С серийным грязезащитным щитком | 573 (300) | 388 (115) |
| Без грязезащитного щитка | 538 (265) | 368 (95) |
| С обрезанным грязезащитным щитком | 540 (267) | 370 (97) |
| С грязезащитным щитком и воздухозаборником | 473 – 510(200-237) | 348-358(75-85) |
Как из нее видно, обрезанный на четверть со стороны встречного потока грязезащитный щиток снижает температуру тормозов в среднем на 10%, т.е. дает те же результаты, что и демонтаж щитков.
Но наиболее эффективны щитки с раструбами (воздухозаборниками), направляющими воздух на тормозные механизмы. Они снижают температуру дискового тормозного механизма до 60…100 К.
Важным элементам, способствующим снижению энерго- и термонагруженности тормозных механизмов, является их постоянное совершенствование, в частности:
1. Применение рамных скоб.
2. Внедрение различных конструкций температурных компенсаторов.
3. Внедрение фрикционных накладок с меньшим коэффициентом теплопроводности и т.д.
К факторам, от которых зависит энерго- и термонагруженность дисковых тормозных механизмов, относятся также размеры шин, ободьев, расстояние между ободом и поверхностью охлаждения тормозного механизма, дорожный просвет под днищем автомобиля, передние и задние углы свеса.
Если все эти факторы оптимизировать, то по данным ЦНИАП НАМИ, термонагруженость тормозных механизмов может быть снижена на 15..30%.
Таким образом, проведенные исследования и анализ развития современных конструкций автомобилей позволяют сделать ряд практических выводов :
- для снижения энэрго- и термонагруженности тормозного механизма отношение его площади поверхности охлаждения и произведению массы и удельной теплопроводности должно находится в определенных пределах.
- специальные грязезащитные щитки с воздухозаборниками являются самым эффективным средством снижения температуры тормозных механизмов.
- в переднем фартуке автомобиля следует предусматривать щели, направляющие набегающий поток воздуха к тормозам.
- диски колес и их декоративные колпаки нужно делать вентилируемыми.
4.2. Расчет характеристик массы автомобиля.
Данный расчет производится по методике представленой в [11]. Полную массу любой проектируемой машины или агрегата можно представить в виде уравнения
m0= mр+mк.о+mо+mупр.+mт+mоп.+mдоп.+mсч.+mтр.+mп , (4.4.)
где m0 - полная масса машины с грузом, кг.
mр – масса рамы.
mк.о - масса колесных агрегатов.
mо – масса системы подрессоривания.
mупр – масса элементов управления машины.
mт - масса топлива с учетом топливных баков и аппаратуры.
mоп – масса опор вывешивания.
mдоп. – масса дополнительного оборудования.
mсу. – масса силовой установки.
mтр. – масса трансмиссии.
mп – масса полезной нагрузки.
Для удобства анализа и расчета характеристик масс на этапе проектирования заменим уравнение (4.4) в относительных параметрах, разделив левую и правую части на полную массу машины
mо, тогда
1=xр+xко+xупр+xт+xоп+xдоп+xсч+xтр+xп (4.5.)
где xI =mi/mo- относительные массы правой части уравнения (4.4).
На основании анализа данных, статистик и опыта проектирование базовых машин, все элементы управления массы можно разделить на три основных группы.
Правую группу элементов объединим в сумму
åxki=xр+xко+xo+xупр+xт+xоп+xдоп (4.6.)
Вторую группу элементов выделим через удельные параметры
xсч =mx.суNуэ (4.7.)
xтр=mу.тр Nэ (4.8.) , где
mx.су и mу.тр - удельные приведенные массы силовой установки и трансмиссии кг/к Вт.
Nуэ – удельная эффективная энерговооруженность машины, кВт/кг
Разделив уравнение (4.4.) относительно полезной нагрузки с учетом уравнений (4.5.,4.6.,4.7.) получим:
4.2.1. Определение относительных масс агрегата (машины).
1. Определение относительных масс рамы.
В качестве модели рамы примем балку, нагруженной эквивалентной, равномерно распределенной нагрузкой собственного веса и расположенных на ней элементов. Для расчета относительной массы будем считать
где
- коэффициент нагружения рамы
- коэффициент формы
- коэффициент соотношения подресоренных и неподрессоренных
- коэффициент конструкций
- коэффициент сосредоточенных сил
- запас прочности
- предел текучести материала рамы = 400 Мпа
- удельный вес материала рамы = 78000 Н/м3
- привиденная длина рамы
- высота рамы.
Получаем xр = 0,0319.
2. Определение относительной массы колесных агрегатов.
К колесным агрегатам относятся : ступицы колес, элементы системы центральной накачки шин (СЦНШ), ободы колес, – относительная масса ступиц.
– относительная масса ободъев.
Относительная масса шин в большей степени зависит от уровня проходимости, определяемого удельным минимальным давлением на грунт gmin , Мпа