RU211392U1 - Суппорт тормозной автомобильный - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности, к частям или конструктивным элементам автомобильных тормозов. Технический результат: улучшение ряда существенных характеристик суппорта автомобильного дискового тормоза, а именно: без перегрева и потери прочности суппорта повышение эффективности торможения колесной машины полной массой до 3500 кг за счет увеличения эффективности отведения тормозных поршней суппорта, устранение скрипа и посторонних шумов, которые могут возникать в процессе работы тормоза, а также уменьшение массы суппорта без потери его прочности за счет использования в качестве материала корпуса суппорта алюминиевого сплава вместо традиционно используемого чугуна. Тормозной автомобильный суппорт с фиксацией на скобе состоит из двух половин, которые соединены между собой болтами, а именно: условно передняя и задняя половины суппорта; моста-перемычки для половин суппорта для крепления осей фрикционных накладок и упора плоских пружин для удерживания фрикционных накладок; нескольких тормозных поршней с отличающимися диаметрами для компенсации теплового расширения узла, расположенные в отверстиях в половинах суппорта с уплотнительными кольцами, пылезащитными чехлами; винтами крепления суппорта; винтами крепления моста-перемычки; винтами-упорами для плоских пружин; фитингами и трубопроводом подачи-отведения тормозной жидкости. Во всех отверстиях для тормозных поршней в суппорте созданы проточки - трапециевидные канавки с конусностью дна и задним конусом - для уплотнительных резиновых колец поршней, осуществляющих возврат поршней и отведение фрикционов тормозных колодок. Корпус суппорта без потерь прочности спроектирован и сделан из легкого алюминиевого сплава для колесной машины полной массой до 3500 кг. 10 ил.

Description

Область техники

Полезная модель относится к области автомобилестроения, в частности к частям или конструктивным элементам автомобильных тормозов.

Уровень техники

Изначально многие автомобили комплектуются с завода тормозными системами, которые не способны выдерживать длительную нагрузку и работают с малым запасом, что вызывает дискомфорт при управлении автомобиля в условиях, отличающихся от обычных гражданских. Такими условиями могут быть: более агрессивная манера вождения, чем предполагал завод-изготовитель; автомобили, выполняющие специальные функции; необходимость дополнительно нагружать тормозную систему, при этом не перегревая ее.

Известно из патентной заявки США US 2016102722 (А1) (опубл. 2016-04-14) SLIDING CALIPER DISK BRAKE INCLUDING A CENTRAL RETURN SPRING OF AN EXTERIOR BRAKE SHOE INCLUDING WEAR PLAY COMPENSATION MEANS, SPRING AND REPLACEMENT KIT (ДИСКОВОЙ ТОРМОЗ С СУППОРТОМ, ВКЛЮЧАЯ ЦЕНТРАЛЬНУЮ ВОЗВРАТНУЮ ПРУЖИНУ НАРУЖНОЙ ТОРМОЗНОЙ КОЛОДКИ, ВКЛЮЧАЯ СРЕДСТВА КОМПЕНСАЦИИ ИЗНОСА, ПРУЖИНУ И КОМПЛЕКТ ДЛЯ ЗАМЕНЫ), что в дисковых тормозах движение тормозных колодок к их активному положению осуществляется поршнем, установленным на неподвижном суппорте тормоза. Тормозные колодки от нажима поршней сильно зажимают диск, чтобы замедлить его вращение. Тормозные колодки возвращаются в неактивное положение вращающимся диском при отжатии поршней. Однако может случиться так, что диск не отодвигает тормозные колодки назад с достаточной силой, чтобы отделить их от диска на достаточное расстояние. Например, это может произойти, если скольжение тормозных колодок недостаточно качественное или даже заклинило. Хотя тормозные колодки больше не прижимаются активно к диску, каждая из кольцевых дорожек последнего, тем не менее, все время трется о фрикционную накладку, удерживаемую соответствующей тормозной колодкой. Поэтому фрикционные накладки подвержены преждевременному нефункциональному износу. Кроме того, это постоянное трение может вызвать нагрев, который вреден для некоторых элементов дискового тормоза, и также создает остаточный крутящий момент, препятствующий вращению диска. Это увеличивает расход топлива транспортного средства, а также ухудшает его характеристики, в том числе шумовые и вибрационные. Для решения этих проблем износа и нагрева предлагается использование в дисковом тормозе установленных в суппорте согласованных возвратных пружин, каждая из которых включает средства для компенсации зазора от износа фрикционной накладки тормозной колодки и которые пластически

деформируются, если ход тормозной колодки в ее активное положение превышает указанный конкретный рабочий зазор.

Однако можно расширить ассортимент технических решений снижения этой проблемы не только посредством пружин и попутно улучшить ряд других характеристик суппорта автомобильного дискового тормоза.

Раскрытие полезной модели

Техническим результатом полезной модели является повышение эффективности торможения, устранение скрипа и посторонних шумов, которые могут возникать в процессе работы тормоза.

Для достижения технического результата разработан тормозной автомобильный суппорт с фиксацией на скобе, выполненный с возможностью установки в отверстиях, предусмотренных в передней и задней половинах суппорта, поршней с отличающимися диаметрами для компенсации теплового расширения узла. При этом отверстия выполнены с трапециевидными канавками с конусностью дня и задним конусом с возможностью вставки уплотнительных резиновых колец с пылезащитными чехлами, осуществляющих возврат поршней за счет сил упругости, возникающих в резинке уплотнительного кольца при снижении давления в колесных цилиндрах, и отведение фрикционов тормозных колодок.

Перечень фигур

Фиг. 1 - взрыв-схема многопоршневого тормозного суппорта.

Фиг. 2, 3, 4 - виды и сечения суппорта.

Фиг. 5 - вид суппорта спереди.

Фиг. 6 - вид суппорта сзади.

Фиг. 7 - профиль канавки для резинового уплотнения в отверстии в суппорте для тормозного поршня.

Фиг. 8 - компьютерная твердотельная 3D-модель суппорта.

Фиг. 9 - фото алюминиевого корпуса суппорта.

Фиг. 10 - фото готового суппорта в сборе.

Осуществление полезной модели

На фиг. 1 представлена взрыв схема тормозного автомобильного многопоршневого фиксированного на скобе суппорта, состоящего из двух половин, которые соединены между собой болтами. Обозначены позиции: 1 - условно передняя половина корпуса суппорта; 2 - условно задняя половина корпуса суппорта; 3 - мост-перемычка между половинами; 4 - тормозные поршни (многопоршневой суппорт имеет отверстия для шести поршней отличающегося диаметра для компенсации теплового расширения узла); 5 - уплотнительные кольца и 6 - пылезащитные чехлы поршней; 7 - винты крепления суппорта; 8 - винты крепления моста-перемычки; 9 - винты-упоры для плоских пружин; 10, 11 - фитинги; 12 - трубопровод. На фиг. 2, 3, 4 показаны разные виды и сечения суппорта. На фиг. 5, 6 - виды суппорта спереди и сзади.

Суппорт сделан с фиксацией на скобе, так как это позволяет достичь большей жесткости всей конструкции, а также дает возможность увеличивать давление тормозной жидкости в тормозном приводе. При торможении дисковым тормозом давление в колесных цилиндрах повышается и поршни, перемещаясь, прижимают с двух сторон накладки к вращающемуся диску. Тормозные колодки удерживаются в скобе с помощью пальцев. Специального устройства для отвода колодок и регулировки зазора в паре трения не требуется. При снижении давления в колесных цилиндрах за счет упругости уплотнительных колец и осевого биения диска колодка фиксируется с минимальным зазором. Также в отверстии для поршня в суппорте создана проточка (трапециевидная канавка) (профиль проточки показан на фиг. 7) для уплотнения (уплотнительного резинового кольца поршня), осуществляющего возврат поршня и отведения фрикционов тормозных колодок. При этом поршень за счет сил упругости, возникающих в резинке уплотнительного кольца, отводятся от колодок, и данная форма позволяет устранить скрип и посторонние шумы, которые могут возникать в процессе работы, также она дает возможность более легкой установки уплотнения по сравнению с обычной канавкой за счет конусности дна, и за счет заднего конуса увеличивает эффективность отведения поршня. А тормозные колодки отводятся за счет радиального биения тормозного диска. При этом предлагаемый тормозной автомобильный суппорт с фиксированной скобой является многопоршневым (все поршни имеют небольшую разность в диаметрах для компенсации теплового расширения узла, возникающих при нагреве) и такие проточки сделаны в каждом отверстии для поршня. Конструкция автомобиля, для которого проектировался суппорт, позволяет установить шесть тормозных поршней в суппорт, не меняя конструкцию подвески. Это позволило также повысить эффективность торможения автомобиля.

В ходе подготовительных работ была выполнена твердотельная модель суппорта (фиг. 8) и выполнены расчеты по методу конечных элементов и расчетов болтовых соединений, которые подтвердили, что суппорт применим для колесной машины полной массой 3500 кг. Для качественного выполнения требуемых расчетов и проектирования тормозного суппорта были использованы следующие программные комплексы: 1) для твердотельного моделирования узла использовалась программа Siemens NX; 2) для расчета болтовых соединений на смятие и срез была использована программа MathCAD; 3) для прочностных расчетов по методу конечных элементов была использована программа Altair Hypermesh. Для прочностных расчетов были взяты: марка материала суппорта - алюминиевый сплав АД33, материал остальных элементов - сталь. Части корпуса суппорта смоделированы с 3D-элементами типа TETRA10. Болты смоделированы 1D элементами типа СВЕАМ, связь с корпусами сделана через RBE2 элементами. При расчете тормозных механизмов на прочность в качестве варианта нагружения был принят расчетный случай: «нагрузка, соответствующая максимально реализуемому тормозному усилию». Прикладывалась нагрузка от колодки, когда она упирается на корпус суппорта, и давление (1.2 МПа) от тормозной жидкости на стенки корпуса. Сила прикладывалась через RBE3 элемент. Суппорт фиксировался в местах болтового крепления через RBE2. По расчетам и моделированию предлагаемый суппорт тормозного механизма выдерживал приложенные нагрузки без разрушения. Однако для получения всех необходимых результатов с нужной точностью требовались натурные испытания. Поэтому после выполнения расчетной части был успешно изготовлен и испытан опытный образец тормозного суппорта.

Математическая модель спроектированного суппорта для его реального изготовления была сделана в программном комплексе SolidWorks. Разработка модели максимально приближена к реальному изготовлению на станке числовым программным управлением. Предварительно над данной моделью был проведен расчет методом конечных элементов в программе HyperMesh.

Корпус суппорта (фото на фиг. 9) изготовлен с помощью станка с программным числовым управлением. Спроектированный корпус тормозного суппорта был изготовлен на трехкоординатном станке с числовым программным управлением. Корпус был изготовлен из цельного бруска алюминия путем точения заготовки, дальнейшей химической обработки и далее чистовым точением. Был выбран именно такой способ производства, так как данный суппорт является опытным образцом и производится в небольшом количестве и будет реализовываться также мелкой серией, поэтому налаживать линию литья корпуса суппорта экономически нецелесообразно. Корпус тормозного суппорта состоит из двух половин, которые являются разборными. Они изготавливаются путем механической обработки материала алюминия АД33: отверстия под болты, поршни, отводящие уплотнения поршней, направляющие колодок и площадки упора тормозных колодок, и плоскость прилегания тормозных колодок. Две половины тормозного суппорта скрепляются между собой с помощью шести болтов M10 и двух болтов М8 класса прочности 12.9. Суппорт имеет отверстия под шесть поршней разного диаметра. Разный диаметр отверстий обусловлен нагревом суппорта и компенсацией данного нагрева за счет разного диаметра тормозных поршней. К кулаку автомобиля суппорт крепится продольно с помощью двух болтов M12 класса прочности 10.9.

При сборке суппорта из отдельных компонент сначала уплотнительные кольца 5 вставляют в проточки (трапециевидные канавки) в отверстия для тормозных поршней в суппорте. Затем тормозные поршни устанавливают в переднюю часть суппорта 1 и в заднюю часть суппорта 2. На тормозные поршни суппорта надевают пылезащитные чехлы 6. После установки тормозных поршней в половины суппорта, половины соединяются между собой винтами 7. Для скрепления половинок суппорта используют шесть винтов с внутренним шестигранником М10 и два винта с внутренним шестигранником М8. Далее с помощью двух винтов 8 с внутренним шестигранником М6 прикрепляют мост-перемычку и вкручивают еще два винта М6 для упора плоских пружин колодок 9. После сборки поршней, моста и половинок суппорта устанавливают три фитинга 10 и 11 и трубопровод 12 в нижней части суппорта в сборе. Собранный суппорт представлен на фото фиг. 10.

Стендовые испытания тормоза с предлагаемым суппортом проводились в соответствии с несколькими правилами и в соответствии с одним ГОСТ: 1. Правила ООН 13Н-00; 2. Правила ООН 13-11; 3. Правила ООН 90-02; 4. ГОСТ Р 52847-2007. В соответствии с ГОСТ Р 52847-2007 испытуемые тормозные механизмы должны проходить по всем требованиям, которые предъявляют в данном документе. При проверке опытного образца тормозного механизма транспортного средства на испытательном стенде проверялись следующие параметры: 1. Насколько эффективно работают тормозные механизмы; 2. Насколько прочны изготовленные тормозные механизмы. Эти два показателя являются важнейшими в работе систем торможения. Для испытаний тормозной диск, суппорт в сборе и фрикционные накладки тормозных колодок устанавливают на испытательный стенд. Сами испытания состояли из трех циклов. Первый цикл состоял из пятисот повторяющихся торможений с выдерживанием температуры тормозного диска в начале каждого цикла испытаний. Для проведения испытания дисковых тормозных механизмов легкового транспортного средства полной массы 3,5 тонны выбирают начальную скорость вращения тормозного диска в соответствии с требованиями. В случае испытаний разработанных тормозных механизмов данная скорость составляет 100 км/ч. Далее выбирают такое приводное усилие или давление в тормозных цилиндрах спроектированных суппортов. Это приводное усилие выбирают таким образом, чтобы было обеспечено необходимое установившееся замедление. В случае категории транспортного средства, на которое будет установлен спроектированный тормозной механизм, установившееся замедление составляет 6,43 м/с2. Второй цикл заключался в более интенсивной загрузке тормозных механизмов. Вал разгоняют так, чтобы достичь на тормозном диске 80% от максимальной скорости транспортного средства, и совершают торможение до конечной скорости на тормозном диске в 40% от максимальной скорости транспортного средства. При этом выбирают такое приводное усилие, чтобы замедление составляло 4 м/с². Также скорость на тормозном диске тормозной системы в начале испытаний не должна превышать 120 км/ч. Еще одним условием правильного проведения испытаний является охлаждение всей спроектированной тормозной системы легкового транспортного средства полной массой 3500 кг до температуры окружающей среды перед началом каждого испытания во втором цикле. Третий цикл заключался в повторении испытаний первого цикла. Были успешно проведены не только стендовые, но и полигонные испытания разработанной тормозной системы с предлагаемым тормозным суппортом.

После каждого цикла испытаний осматривали тормозной механизм, а именно: обе половины суппорта, мост, болты крепления половинок суппортов, болты или шпильки крепления колодок, трубопроводы, фитинги, тормозной диск, колодки и т.д. После осмотра на деталях не должно быть усталостных трещин, не должно быть различных механических повреждений и сам тормозной механизм должен оставаться подходящим для дальнейшего использования без каких-либо ограничений.

В результате всех испытаний сделан окончательный вывод, что тормозной механизм с предлагаемым суппортом можно установить на транспортное средство полной массой до 3500 кг, и он будет полностью выполнять требования, которые к нему предъявляются.

Claims (1)

1. Тормозной автомобильный суппорт с фиксацией на скобе, выполненный с возможностью установки в отверстиях, предусмотренных в передней и задней половинах суппорта, поршней с отличающимися диаметрами для компенсации теплового расширения узла, отличающийся тем, что отверстия выполнены с трапециевидными канавками с конусностью дна и задним конусом с возможностью вставки уплотнительных резиновых колец с пылезащитными чехлами, осуществляющих возврат поршней за счет сил упругости, возникающих в резинке уплотнительного кольца при снижении давления в колесных цилиндрах, и отведение фрикционов тормозных колодок.

Images