Курсовая работа (т): Разработка задних дисковых тормозов легкового автомобиля

Скорость и путь разгона автомобиля.

.7 Топливно-экономическая характеристика

Топливной экономичностью называется совокупность свойств, определяющих расходы топлива при выполнении автомобилем транспортной работы в различных условиях эксплуатации. Топливная экономичность автомобиля определяется почасовым расходом топлива Gт(кг/ч) - масса топлива, расходуемая в один час, и удельным расходом топлива gе (г/кВт⋅ч) -

масса топлива, расходуемого в один час на единицу мощности двигателя.

Топливно-экономическую характеристику автомобиля строим для случая равномерного движения на высшей передаче по дорогам с тремя значениями коэффициента сопротивления дороги ψ .

Расход двигателя в литрах на 100 км пробега определим по формуле

= , л/100 км,

где gе − удельный расход топлива, г/кВт ч; Ne - мощность двигателя, необходимая для движения автомобиля в заданных условиях кВт;

γт − плотность топлива, кг/л; для бензина γт = 0,725 кг/л, для дизельного топлива γт = 0,825 кг/л.

2. Функциональный и прочностной расчет тормозной системы

.1 Расчет максимально возможного тормозного момента

Прежде чем проектировать тормоза мобильных машин необходимо знать величину максимально возможного тормозного момента, который может быть реализован в определенных условиях эксплуатации машины и уже потом, с учетом найденной величины максимально возможного реализуемого момента, приступить к проектированию тормозов.

Из рассмотрения сил, действующих на мобильную машину при установившемся торможении на горизонтальном участке дороги (рисунок 1), определяем максимальные моменты трения переднего и заднего тормозов проектируемой машины, исходя из условия полного использования сцепления шин с дорогой:

 =(φּrּmּg/(n1ּL))ּ(b+φּh), Нּм, =(φּrּmּg/(n2ּL))ּ(a-φּh), Нּм,

где М1 , М2 - максимально возможные моменты трения передних и задних тормозов соответственно в случае одновременного торможения всеми колесами автомобиля;

φ - коэффициент сцепления шин с дорогой, φ = 0.8;- радиус качения колеса, r= 0,282м ;

т - масса автомобиля, т = 975 кг;

а = 1.1068 м, b = 1.0732 м, h = 0.6374 м - координаты центра масс автомобиля;- база автомобиля, L = 2.18 м;

;

.

Таким образом , как видно из проведенных расчетов , момент трения на задних колесах меньше чем на передних.

Рисунок 1 - Силы, действующие на мобильную машину при торможении на горизонтальном участке дороги

Полученные формулы позволяют определить требуемые моменты трения, которые должны развивать проектируемые тормоза автомобиля для полного использования сцепления шин с дорогой и , тем самым, обеспечения максимальной эффективности торможения.

.2 Расчет основных геометрических параметров тормозов

Для определения основных геометрических параметров однодискового заднего тормоза воспользуемся формулой для расчета величины тормозного момента  ,Нм,

где коэффициент трения, ;  средний радиус трения;  сила прижимающая накладку к диску ,

, Н,

где q - давление жидкости в гидроприводе тормозов;- диаметр тормозного цилиндра , м;

Принимаем средний радиус трения Rc = 0.093 м. Давление жидкости в гидроприводе для автомобилей q = 8 - 9 МПа. Принимаем q = 9 МПа. Из выражения определяем силу прижимающую накладку к диску:

,

Из выражения определяем диаметр тормозного цилиндра:

 ,

Основным показателем для окончательного выбора размеров фрикционных накладок является максимальная удельная нагрузка, создаваемая в контакте поверхностей трения тормоза

 ,

где F - площадь поверхности трения накладки.

Для дисковых тормозов допустимое значение удельной нагрузки на накладку не должно превышать 500 . Принимаем . Тогда площадь поверхности трения накладки равна:

,          

Также площадь поверхности трения накладки можно определить по формуле

где  - центральный угол кольцевого сегмента накладки;,r - наружный и внутренний радиусы кольцевого сегмента накладки.

Для определения R и r составим систему уравнений:

.

Приняв , получаем

 ,

откуда:

 .

Для определения диаметра главного цилиндра воспользуемся отношением

 ,

где  диаметр главного цилиндра, м;

 диаметр колесного цилиндра, м.

Принимая  3 и получаем

.3 Расчет показателей эффективности тормозов

Эффективность тормозов оценивается в основном тормозным путем и установившемся замедлением. Приравнивая силу инерции автомобиля и суммарную тормозную силу, найдем выражение для установившегося замедления:

 = φ • g = 0.8 • 9.81 = 7.848 м/с2,

Максимально возможный путь торможения с начальной скоростью 60 км/ч при гидравлическом приводе тормозов рассчитывают по формуле:

=0.125V0 +V02 /(2ּj), м ,

где S - тормозной путь, м;- начальная скорость торможения, м/с;= 60 км/ч = 16.66 м/c;

=0.125ּ16.66+16.662/2ּּ 7.845 = 19.8 м.

Полученное выражение справедливо для случая одновременного торможения передними и задними колесами автомобиля.

2.4 Расчет показателей энергоемкости тормозов

Способность тормозов поглощать и быстро рассеивать накопленное тепло, без существенного снижения эффективности действия, называется энергоемкостью, о которой судят, косвенно, по удельной работе трения тормозов и приросту температуры за одно торможение на фрикционные накладки.

Процесс интенсивного торможения продолжается весьма краткое время, поэтому пренебрегают теплоотдачей в окружающую среду и в соседние, нерабочие участки диска. Тогда удельная работа трения тормоза выразится как:

=0.051Z1V02/ 2F ,

где Z1 - нормальная реакция дороги при торможении на колеса;- начальная скорость торможения, V0 = 16.66 м/c;площадь накладок рассчитываемого тормоза. Расчитываем нормальную реакцию дороги на заднее колесо:=(Мg/(2L))(b+φh),

Определим удельную работу трения:

1=(975 ּ9.81/(2ּ2.18))ּ(1.0732+0.8ּ0.637)=3469.4 Н.= 0.051ּ3469.4ּ (16.66)2 / (2ּ 0.00227) = 1081 Н • м/см2 < 2000 Н • м/см2.

Пренебрегая теплоотдачей в окружающую среду, можно считать что вся работа трения превращается в тепло. Тогда прирост температуры диска

за одно торможение выразится, как

где m - масса кольцевой части диска, непосредственно примыкающей к по-верхности трения,

где R,r - наружный и внутренний радиусы поверхности трения диска, м;- толщина диска, м;

р - плотность материала диска, для стали р = 7.83 ;- теплоемкость материала диска, для стали .

Температура находится в допустимых пределах.

3. Устройство задней подвески автомобиля

На автомобиле установлена торсионно-рычажная подвеска задних колес (рисунок 2). Направляющим устройством подвески являются два продольных рычага 2, соединенных между собой упругим соединителем 19. Так как соединитель значительно смещен вперед от оси колес, то по своим кинематическим свойствам подвеска соответствует независимой подвеске на продольных рычагах. Независимость хода каждого колеса обеспечивается за счет скручивания усилителя, имеющего U-образное сечение, которое обладает большой жесткостью на изгиб и малой - на кручение. Продольные рычаги 2 выполнены из трубы. Они приварены к соединителю 19 через усилители рычагов и образуют вместе с соединителем единую балку, шарнирно подвешенную через кронштейны 3 к кузову. Каждый рычаг подвески спереди имеет втулку, в которую запрессован резинометаллический шарнир 32, состоящий из резиновой 4 и металлической 5 втулок. Через распорную втулку 5 проходит болт 6, соединяющий рычаг подвески со штампованным кронштейном 3, который крепится к кронштейну 7 кузова приварными болтами с гайками и шайбами. На болт крепления рычага навертывается самоконтрящаяся гайка. К задней части рычагов приварены кронштейны 31 с проушинами для крепления амортизаторов и фланцами 29 для крепления болтами оси 20 ступицы заднего колеса и щита тормозного механизма заднего колеса. Упругие элементы подвески состоят из пружины 12 и буфера 14 хода сжатия. Пружина выполнена из пружинной стали круглого сечения. Она установлена на амортизаторе 18 и опирается нижней частью на чашку 17, а верхней - в опору 9, приваренную к внутренней арке кузова. Нижняя опорная чашка пружины приварена к амортизатору. Между пружиной и верхней опорой установлена изолирующая резиновая прокладка 11. Пружины задней подвески, как и передней, под контрольной нагрузкой по длине делятся на два класса - А и Б. Пружины класса А маркируются желтой краской по внешней стороне средних витков, класса Б - зеленой. Буфер 14 хода сжатия выполнен из полиуретана. Он установлен на штоке амортизатора внутри пружины подвески. Сверху буфер упирается в крышку защитного кожуха 16, а при включении в работу - на опору буфера, которая напрессована на верхнюю часть резервуара амортизатора. На наружной поверхности буфера выполнены кольцевые канавки, определяющие место его деформации. Защитный кожух 16 предохраняет от загрязнения и механических повреждений шток 15 амортизатора и буфер 14 хода сжатия. Кожух изготовлен из резины, имеет гофрированную форму для изменения длины при ходах подвески. В верхней части кожуха выполнена изнутри кольцевая канавка, в которую заходит отбортованная часть стальной крышки. Нижняя часть кожуха, за счет своей упругости, поджимается к опорной чашке пружины подвески. К фланцу рычага подвески четырьмя болтами крепится ось 20 заднего колеса. Одновременно с осью этими же болтами крепится щит 26 тормозного механизма заднего колеса. На оси на двухрядном шариковом подшипнике вращается ступица 1 заднего колеса. Ступица крепится на оси гайкой 22 с упорной шайбой 24. Гайка фиксируется на оси обжимом ее пояска в паз оси. Подшипник 25 в ступице фиксируется стопорным кольцом 27. Подшипник закрытого типа, с закладной "вечной" смазкой. С внутренней стороны ступица уплотняется двумя грязеотражательными кольцами 28, одно из которых приварено к ступице колеса, другое к фланцу оси. Между ними образуется лабиринтное уплотнение. Снаружи полость ступицы закрывается колпаком 21. Между ступицей и колпаком устанавливается уплотнительное кольцо 23. Подшипник ступицы колеса в процессе эксплуатации автомобиля не смазывается и не регулируется. К ступице колеса четырьмя болтами крепится диск колеса. Амортизатор 18 задней подвески гидравлический телескопический двухстороннего действия. Нижней проушиной амортизатор крепится к кронштейну 31 нижнего рычага подвески болтом с самоконтрящейся гайкой. Верхнее крепление амортизатора штырьевое: шток крепится к верхней опоре 9 пружины через две резиновые подушки 13 и опорную шайбу 8. Между шайбой и крышкой защитного кожуха установлена распорная втулка 10.

. Ступица заднего колеса; 2. Рычаг задней подвески; 3. Кронштейн креплений рычага подвески; 4. Резиновая втулка шарнира рычага; 5. Распорная втулка шарнира рычага; 6. Болт крепления рычага задней подвески; 7. Кронштейн кузова; 8. Опорная шайба крепления штока амортизатора; 9. Верхняя опора пружины подвески; 10. Распорная втулка; 11. Изолирующая прокладка пружины подвески; 12. Пружина задней подвески; 13. Подушки крепления штока амортизатора; 14. Буфер хода сжатия; 15. Шток амортизатора; 16. Защитный кожух амортизатора; 17. Нижняя опорная чашка пружины подвески; 18. Амортизатор; 19. Соединитель рычагов; 20. Ось ступицы: 21. Колпак; 22. Гайка крепления ступицы колеса; 23. Уплотнительное кольцо; 24. Шайба подшипника; 25. Подшипник ступицы; 26. Щит тормоза; 27. Стопорное кольцо; 28. Грязеотражатель; 29. Фланец рычага подвески; 30. Втулка амортизатора; 31. Кронштейн рычага с проушиной для крепления амортизатора; 32. Резинометаллический шарнир рычага подвески.

Рисунок 2. Задняя подвеска автомобиля.

3.1 Плавность хода

Определим частоту колебаний кузова:

где G - 85000 МПа;- радиус витка, r = 57 мм;- нагрузка на упругий элемент- число рабочих витков, np =12;- диаметр проволоки, d =12 мм.

Нагрузка на упругий элемент (рисунок 3):

где Rz - реакция опоры колеса;- масса колеса, gk = 18,667 кг;

где m - коэффициент перераспределения по осям, m = 0,56;- масса автомобиля, G =1550 кг.

Рисунок 3.

Динамический прогиб подвески лежит в пределах, для легковых автомобилей 10-14 см.

Конструктивно низкая частота колебаний определяется соотношением массы подвески и жесткости амортизаторов.

где М -масса подвески, М = 380 кг [1];

Ср - жесткость амортизаторов, Ср = 45,2 кН/м.

Конструктивно высокая частота колебаний определяется отношением суммарной жесткости подвески шин и массы не подвешенных элементов подвески:

где См - жесткость шин, См = 400 кН/м;- масса не подвешенных элементов, m = 150 кг.

Прогиб упругого элемента равен перемещению колес относительно кузова:= fk = 100 мм [1].

Напряжение кручения пружины:

где k - коэффициент упругости, k = 1.1;- радиус витка, r = 57 мм;- диаметр пружины, d = 12 мм [1].

.2 Прямолинейное движение

Силы, нагружающие направляющее устройство.

Нормальные реакции на колесах (при выжатой нагрузки на колеса):- gn = Rz1 - gk = m1 * G1/2 * gk = 233.6 Н

Тормозные силы:= Rz1*φ = Rz2 * φ = 186.88 H

Тормозной момент:= PT * rКолеса = 186.88 * 0.286 = 53.45 Н*м

Боковые силы:= R2 = 0.

Запас.

Силы, нагружающие направляющее устройство:

Нормальные реакции на колесах (при выжатой нагрузке на колеса) при запасе:

- высота центра тяжести, Hg = 0,55 м;

В - ширина колес, В = 0,305 м [1];

Боковые силы:

3.3 Основные требования к подвеске:

Частота колебаний кузова:

где f - статический прогиб подвески, f = 149 мм [1];

Вес не подрессоренных масс:НМ = 1029 H;’ = 3724 H на одно колесо 1862 Н - частичная нагрузка;’ = 5488 H на одно колесо 2744 Н - полная нагрузка [1].

Динамический ход- динамический ход подвески, Fg = 149 мм [1].

Жесткость пружины:= G20’/ f0 = 1862/149 = 12.5 H/мм;

Статический прогиб при полной нагрузке:’= G20’/ CP1 = 2744/12,5 = 219 мм

Величина хода подвески до включения ограничителя хода:

f' = ke’ * fg, где ke’ = 0.6-0.7;

f' = 0,6 * 149 = 80,4 мм

Прогиб подвески при работе:= fg - f’ = 149 - 80.4 = 68,8 мм

Коэффициент динамичности: kg = 3;

Максимальная нагрузка возникающая в конце полного хода сжатия:= G20’ * kg = 2744 * 3 = 8232 Н;

Жесткость ограничения хода

Суммарная жесткость:Σ = CP1 + GOX = 12.5 + 71.4 = 83.9 Н/мм

Максимальное перемещение колеса:= f20’ +fg = 219 + 149 = 368 мм

.4 Расчет амортизатора.

Площадь нагруженной поверхности амортизатора:

где α - коэффициент теплоотдачи α = 50..70;= 120 .. 130 0;- температура окружающей среды, 20 0С.- работа перемещаемая амортизатором, А = 45000 Дж;- время, 1 ч.

Наружный диаметр цилиндра резервуара амортизатора:

- Длина корпуса телескопического амортизатора, l = 0,163 мм.

Площадь поперечного сечения поршня:

Список использованных источников

1. Автомобиль: Устройство, техническое обслуживание и ремонт/А.Д. Просвирин, А.И. Гор, Б.А. Дехтяр и др. - М.: Транспорт, 1984. - 304 с., ил., табл. дисковый тормоз скоростной подвеска

. Краткий автомобильный справочник. Том 3. Легковые автомобили. Часть 2 / Кисуленко Б.В. и др. - М: Компания "Автополис-Плюс", НПСТ "Трансконсалтинг", 2004. - 560с., ил., табл.

. Некрасов В.И. Методические указания к выполнению курсовой и контрольной работ по дисциплинам "Устройство автомобилей" "Основы конструкции ТТМ" для студентов специальностей 190601 АТХ, 190603 СТЭ очной, заочной и заочно-сокращенной форм обучения. - Сургут: СИНГ, 2008 г. - 33с.

. Автомобили: Теория и конструкция автомобиля и двигателя: Учебник для студ. Учреждений сред. проф. образования / В.К. Вахламов, М.Г. Шатров, А.А. Юрчевский; Под ред. А.А. Юрчевского. - 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр "Академия", 2005. - 816 с.

.Расчет тягово-динамических свойств автотранспортных средств. Галевский Е.А., Маков П.В. Москва 2009. 43с.