EA029605B1 - Дисковый тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес - Google Patents

Abstract

В изобретении предложен дисковый тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес, содержащий привод ведущего колеса, вращающуюся и неподвижную части тормозного механизма, в котором главная передача (7) выполнена разнесенной с установкой в колесе колесной передачи (9), а тормозной диск (6) выполнен исходя из необходимости поглощения кинетической и потенциальной энергии, зависящей от массы автомобиля, приходящейся на затормаживаемое колесо, и установлен на фланце полуоси главной передачи, при этом тормозной механизм (10) выполнен исходя из создания необходимого тормозного момента для реализации достаточной тормозной силы в контакте колеса с дорогой с учетом передаточного числа колесной передачи (9) и закреплен на кронштейнах, соединенных с картером главной передачи.

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для выполнения торможения транспортного средства с независимой подвеской колес.

Известен тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес, например тормозной механизм переднего ведущего колеса с независимой подвеской автомобиля ВАЗ-2110. Привод каждого ведущего колеса состоит из двух шарниров равных угловых скоростей, наружного и внутреннего, и соединяющего их вала. Шлицевые наконечники наружных шарниров устанавливаются в ступицы ведущих колес. Шлицевые наконечники внутренних шарниров устанавливается в полуосевые шестерни дифференциального механизма, совмещенного с коробкой передач. Тормозной механизм ведущего колеса дисковый. Тормозной механизм содержит подвижную и неподвижную части тормоза, соответственно тормозной диск и суппорт. Тормозной диск закреплен на ступице переднего ведущего колеса. Суппорт установлен на поворотном кулаке. Ступица, тормозной диск, поворотный кулак, суппорт относятся к неподрессоренной массе автомобиля. Плавность хода автомобиля во многом зависит от соотношения подрессоренной и неподрессоренной масс. Чем меньше неподрессоренная масса автомобиля, тем меньше воздействие неровностей дороги на автомобиль и меньше затраты энергии на колебательные движения неподрессоренных деталей. Установка тормозного механизма непосредственно в колесе увеличивает неподрессоренные массы и ухудшает плавность хода автомобиля. А задание параметров тормозного механизма, исходя из полной нагрузки, приходящейся на колесо, и необходимой энергоемкости тормозного механизма, приходится выполнять в условиях ограничений по обдуву тормозного диска. Кроме того, из-за того что он встроен во внутренний объем колеса, что, как говорилось выше, сильно ограничивает его обдув, требуется увеличить его энергоемкость и, как следствие, массу (см. иллюстрированное руководство по ремонту ВАЗ-2110,-2111,-2112, издательство "За рулем", 2002 г.).

Недостатки этой конструкции - относительно большая масса тормозного диска и тормозного механизма в целом, а значит большие неподрессоренные массы.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является дисковый тормозной механизм ведущего колеса с независимой подвеской колес, содержащий привод ведущего колеса, вращающуюся и неподвижную части тормозного механизма, в котором с целью повышения плавности хода автомобиля за счет уменьшения неподрессоренной массы автомобиля вращающаяся и неподвижная части тормозного механизма выполнены с возможностью установки на подрессоренной массе автомобиля, причем вращающаяся часть выполнена с возможностью установки на приводе ведущего колеса (патент КИ № 2349474, МПК В60Т1/06 (2006.01), опубл. 20.03.2009).

Недостатки известной конструкции в том, что она имеет повышенную материалоемкость и сравнительно низкую надежность, так как все крутящий и тормозной моменты передаются через карданный вал привода колеса, что приводит к необходимости увеличения размерности тормозного механизма и размеров главной передачи.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является повышение эффективности дискового тормозного механизма за счет улучшения прочностных характеристик и повышения энергоемкости тормозного механизма при снижении металлоемкости, а также улучшение плавности хода транспортного средства за счет уменьшения неподрессоренных масс.

Для достижения указанного технического результата в дисковом тормозном механизме транспортного средства с независимой подвеской колес, содержащем привод ведущего колеса, вращающуюся и неподвижную части тормозного механизма, тормозную камеру и силовой зажимный механизм, главная передача выполнена разнесенной с установкой в колесе колесной передачи, тормозной диск установлен на фланце полуоси главной передачи, а тормозной механизм закреплен на кронштейнах, соединенных с картером главной передачи, и содержит наружную и внутреннюю колодки, охватывающие тормозной диск, при этом средний радиус тормозного диска определяют из соотношения

где т _к - динамическая масса, приходящаяся на расчетное колесо, а площадь тормозной камеры определяют из соотношения

где г _к - динамический радиус колеса автомобиля;

к_р - передаточное отношение колесного редуктора разнесенной главной передачи.

Совокупность существенных признаков заявляемого изобретения, заключающаяся в том, что главная передача выполнена разнесенной с установкой в колесе колесной передачи, тормозной диск установлен на фланце полуоси главной передачи, а тормозной механизм закреплен на кронштейнах, соединенных с картером главной передачи, и содержит наружную и внутреннюю колодки, охватывающие тормозной диск, позволяет улучшить прочностные характеристики при снижении металлоемкости за счет уменьшения сил торможения и повысить энергоемкость за счет более эффективного охлаждения тормозного механизма, а также улучшить плавность хода транспортного средства за счет уменьшения неподрессоренных масс.

Тормозной диск выполнен исходя из необходимости поглощения кинетической и потенциальной энергий, зависящих от массы автомобиля, приходящейся на затормаживаемое колесо, тормозной меха- 1 029605

низм выполнен исходя из создания необходимого тормозного момента для реализации необходимой тормозной силы в контакте колеса с дорогой с учетом передаточного числа колесной передачи. Средний радиус тормозного диска определяют из соотношения

где т _к - динамическая масса, приходящаяся на расчетное колесо, а площадь тормозной камеры определяют из соотношения

где г _к - динамический радиус колеса автомобиля,

к_р - передаточное отношение колесного редуктора разнесенной главной передачи.

Таким образом, эффективность тормозного механизма определяют исходя из необходимости реализации сцепного веса на колесе с учетом передаточного отношения колесной передачи, а размеры тормозного диска определяют исходя из необходимой энергоемкости тормозного механизма и допустимого нагрева при единичном торможении, а также с учетом теплоотдачи от вращающегося тормозного диска с повышенными оборотами вращения, увеличенными на передаточное отношение колесной передачи при многократных торможениях.

Заявителю не известны транспортные средства с независимой подвеской колес и дисковым тормозным механизмом, с указанной совокупностью существенных признаков, и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условиям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень".

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, на которых изображено

фиг. 1 - схема дискового тормозного механизма ведущих колес с независимой подвеской;

фиг. 2 - то же.

Дисковый тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес содержит колесо 1, ступицу колеса 2, соединенную с колесом, привод ведущего колеса, состоящий из наружного шарнира 3 равных угловых скоростей, внутреннего шарнира 4 и соединяющего их вала 5, тормозной диск 6, установленный на фланце полуоси главной передачи 7, картер главной передачи 8, установленный на раме автомобиля, колесную передачу 9, выполненную в виде планетарного редуктора и установленную на ступице колеса, тормозной механизм 10, охваченный (взаимодействующий) с тормозными колодками 11 и 12, и силовой зажимной механизм 13, установленный на кронштейне 14, закрепленном на картере главной передачи.

Известна зависимость температуры нагрева тормозного диска тормозного механизма от начальной скорости торможения и массы диска

где т _к - динамическая масса, приходящаяся на расчетное колесо;

V - начальная скорость торможения автомобиля; т _д - масса диска;

с - удельная теплоемкость материала диска - чугуна (см "Автомобили" Бухарин Н.А., Машиностроение, 1973 г., с. 401).

С учетом данной зависимости и полученных экспериментальных данных и исходя из имеющихся конструктивных ограничений необходимая энергоемкость тормозного диска будет обеспечиваться при выполнении размеров тормозного диска

г_ср = (0,3-0,6)10'⁴ т_к (м)

Как видно, размер тормозного диска г_ср определяется динамической массой, приходящийся на колесо, с учетом перераспределения происходящего при торможении автомобиля. При этом возможно определение размеров тормозного диска как по наиболее нагруженным передним колесам и унификации их с тормозными дисками задних колес, так и индивидуальное определение размеров для каждого колеса, что позволит уменьшить массу тормозных дисков наименее нагруженных колес.

Выполнение тормозного диска с размером г_ср больше чем 0,6х10^-4 т к приведет к неоправданному увеличению размеров тормозного диска и усложнению компоновки тормозного механизма, а принятие гср меньше чем 0,3 х10^-4 т к, как показали проведенные проверки, приведет к чрезмерному повышению температуры тормозного диска при торможении с максимальных скоростей автомобиля и возможным его короблениям и разрушениям. При этом необходимо учесть возможность повышения температуры тормозного диска при многократных торможениях и влияния теплоотдачи в зависимости от эффективности обдува тормозного диска на конкретном автомобиле.

В то же время общеизвестна зависимость необходимого тормозного момента на колесе для удовлетворения нормативным требованиям по эффективности торможения

М_т=т _к д φ к, г _к;

где т _к - динамическая масса, приходящаяся на расчетное колесо; д - значение ускорения свободного падения;

- 2 029605

φ - значение коэффициента сцепления шины автомобиля с дорогой; к_э - коэффициент эффективности торможения; г _к - динамический радиус колеса автомобиля.

При этом тормозной момент на колесе, развиваемый заявляемым тормозным механизмом, определяют зависимостью

Мт=Р 8 ку 2 μ г_Ср кр, где

Р - давление воздуха, подаваемое в тормозную камеру;

8 - эффективная площадь тормозной камеры;

ку -коэффициент эффективности тормозного механизма определяется его конструктивными параметрами;

μ - коэффициент трения между тормозной накладкой и тормозным диском; г_ср - средний радиус тормозного диска;

кр - передаточное отношение колесного редуктора разнесенной главной передачи.

С учетом имеющихся нормативных требований и конструктивных ограничений, а также из заявляемой зависимости г_ср=(0,3-0,6)10^-4 т _к и экспериментальных данных для выполнения нормативных требований необходимую эффективную площадь тормозной камеры определяют соотношением

Выполнение площади тормозной камеры ниже указанного диапазона приведет к невозможности выполнения нормативных требований по эффективности торможения, а выполнение площади камеры по верхнему пределу увеличит материалоемкость тормозного механизма, при этом г_ср тормозного диска определяется из необходимой энергоемкости тормозного механизма. В случае применения унифицированного тормозного диска на передних и задних колесах автомобиля площадь тормозной камеры уточняется исходя из необходимого динамического перераспределения нагрузок и тормозных сил по колесам автомобиля.

Тормозной механизм работает следующим образом.

При торможении в тормозной механизм 10 подается под давлением воздух, который вызывает пропорциональное прижатие тормозных колодок 11 и 12 к тормозному диску 6, в результате чего создается тормозной момент на тормозном диске 6. Тормозной момент от тормозного диска 6 через внутренний шарнир 4 и вал 5 передается к наружному шарниру 3 и через вал 5 - к внутренней шестерне колесной передачи 9. После соответствующего преобразования в колесной передаче 9 увеличенный в соответствии с передаточным числом редуктора тормозной момент прикладывается к ступице колеса 2 и далее реализуется в контакте колеса 1 с дорогой. Создаваемые при контакте наружной 11 и внутренней 12 колодок с тормозным диском 6 фрикционные силы вызывают нагрев как тормозных накладок 11 и 12, так и тормозного диска 6, и в процессе торможения происходит повышение температуры тормозного диска 6, причем степень повышения температуры зависит от начальной и конечной скоростей автомобиля, части массы автомобиля, приходящейся на затормаживаемое колесо, и массы тормозного диска 6 и его теплоемкости. За счет колесного редуктора обороты вращения тормозного диска 6 увеличиваются, что позволяет после прекращения торможения за счет более интенсивного обдува тормозного диска, особенно при выполнении его вентилируемым, значительно увеличить теплоотдачу от нагретого тормозного диска 6 и тем самым улучшить его охлаждение при интенсивных многократных торможениях. Рекомендуется передаточное отношение колесной передачи выбирать в диапазоне от 2 до 5, что позволяет уменьшить необходимую тормозную силу, развиваемую тормозным механизмом и, как следствие, уменьшить размеры и металлоемкость тормозного механизма.

Необходимость обеспечения достаточной энергоемкости тормозного механизма для эффективного поглощения кинетической и потенциальной энергий движущего автомобиля требует увеличения массы тормозного диска и соответственно его размеров, в частности диаметра. Это дает возможность увеличения радиуса трения тормозного механизма и, как следствие, приводит к повышению эффективности тормозного механизма и, в свою очередь, позволяет дополнительно уменьшить его размеры и материалоемкость.

Применение данного изобретения уменьшает неподрессоренную массу автомобиля, что улучшает плавность его хода, а достигаемое уменьшение тормозного механизма и его веса за счет увеличения создаваемой им тормозной силы за счет передаточного отношения колесной передачи позволяют уменьшить общую массу тормозного механизма. Выполнение тормозного диска с размерами, обеспечивающими необходимую энергоемкость, позволяет увеличить средний радиус трения и дополнительно повысить эффективность тормозного механизма и уменьшить его материалоемкость. А повышенная скорость вращения улучшает теплоотвод от тормозного диска и позволяет уменьшить его температуру при многократных торможениях. При правильной организации вентиляции масса тормозного механизма будет значительно меньше по сравнению с тормозным механизмом, в котором диск располагался в колесе.

Заявляемый дисковый тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес соответствует требованию промышленной применимости, и его изготовление возможно на стандартном технологическом оборудовании.

- 3 029605

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   Дисковый тормозной механизм транспортного средства с независимой подвеской колес, содержащий привод ведущего колеса, вращающуюся и неподвижную части тормозного механизма, тормозную камеру и силовой зажимный механизм, отличающийся тем, что главная передача выполнена разнесенной с установкой в колесе колесной передачи, тормозной диск установлен на фланце полуоси главной передачи, а тормозной механизм закреплен на кронштейнах, соединенных с картером главной передачи, и содержит наружную и внутреннюю колодки, охватывающие тормозной диск, при этом средний радиус тормозного диска определяют из соотношения

   г_ср=(0,3-0,6)10^-4ш _к,

   где т _к - динамическая масса, приходящаяся на расчетное колесо, а площадь тормозной камеры определяют из соотношения

   8=(0,02-0,05) г _к/к_р,

   где г _к - динамический радиус колеса автомобиля;

   к_р - передаточное отношение колесного редуктора разнесенной главной передачи.

   14 8 7 4 6