Тормозные силы и моменты, реакции на колёсах (определения и обозначения).

Расчёт максимальных тормозных сил колёс мостов по сцеплению. Определение идеальных тормозных моментов и удельных идеальных тормозных сил.

Идеальные тормозные силы в контакте колёс моста с дорогой рассчитываются по формуле: . (25)

Реальные тормозные силы равны

, (26)

где k_ji - коэффициент реализуемого сцепления колёсами с дорожной поверхностью.

Максимальные тормозные силы колёс мостов, ограничиваемые сцеплением колёс с дорогой: , (27)

где j - коэффициент сцепления колеса с дорогой.

Для современных дорожных покрытий и шин коэффициент сцепления j_max можно принимать равным 0,9…1,2 для легковых автомобилей и автобусов и 0,8…1,0 для грузовых автомобилей.

Тормозные моменты на колёсах i-го моста определяются как

, (28)

где r_di, м - динамический радиус колеса i-го моста.

Удельные идеальные тормозные силы в контакте колёса переднего и заднего мостов с дорогой равны (29)

Рассчитанные значения нормальных реакций Rz_i, идеальных тормозных сил Ft_i^и и тормозных моментов Мt_i^и, а также удельных тормозных сил Dt_i^и заносятся в таблицу (образец - таб. 7).

При расчёте и построении графиков диапазон изменения относительного замедления автомобиля Z берётся в интервале от 0 до 1,0, а коэффициента сцепления колёс с дорогой j от 0,1 до 1,0.

Значения максимальных тормозных сил, ограничиваемые сцеплением колёс с дорогой Fj_i заносятся в таблицу, пример которой представлен в таб. 8 (для исходных данных по таб. 7). В связи с тем, что закон изменения Fj_i в зависимости от Z линейный, достаточно определить Fj_i при Z=0 и Z=1,0.

Все расчёты выполняются для двух весовых состояний транспортного средства - снаряжённого и гружёного.

В тормозных системах автомобилей распределение реальных тормозных сил по мостам всегда линейно - b_t=Ft₂/Ft₁ = const.

Для схем рис. 2 нормальные реакции колёс переднего моста определяются как , (6)

для заднего моста , (7)

для тележки задних мостов трёхосного автомобиля , (8)где y = a/L; c = h_g/L;

G, Н - вес автомобиля;

L, м - база автомобиля;

а и b, м - проекция расстояния между центром масс и передним и задним мостами соответственно;

h_g, м - высота центра масс автомобиля

Порядок расчёта тормозной системы. Расчёт тормозной динамики: допущения и расчётная схема двухосного автомобиля. График зависимости идеальных и максимальных тормозных сил относительно замедления

Существует два вида расчётов тормозной системы автомобиля - проверочный и проектный.

При проверочном расчёте проверяется соответствие тормозной системы автомобиля с известными конструктивными параметрами требованиям нормативных документов по эффективности торможения.

В проектном расчёте подбирают и рассчитывают тормозные механизмы, тормозной привод, регулирующие и корректирующие устройства, исходя из тормозной динамики автомобиля, заданного замедления, распределения масс и его геометрических размеров с целью удовлетворения требованиям нормативных документов.

Проверочный расчёт тормозных систем автомобилей проводится в следующей последовательности.

1) Расчёт тормозной динамики автомобиля.

Составляется расчётная схема транспортного средства; для колёс каждой из осей автомобиля рассчитываются нормальные реакции дороги R_zi и идеальные тормозные силы Ft_i^и и моменты Mt_i^и, а также максимальные тормозные силы колёс мостов, ограничиваемые сцеплением шин с дорожной поверхностью Fj_i как функции относительного замедления Z. По результатам строятся графики распределения тормозных сил и парабола распределения удельных идеальных тормозных сил для снаряженного и гружёного состояния.

2) Расчёт тормозных механизмов.

Выбираются типы тормозных механизмов; на основании анализа существующих конструкций задаются основные конструктивные параметры тормозных механизмов для проектируемого автомобиля. Производится силовой расчёт тормозных механизмов. Определяются показатели износо- и теплостойкости тормозных механизмов. При необходимости производится корректировка конструктивных параметров. Осуществляются прочностные расчёты деталей тормозных механизмов.

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

В соответствии с методикой, изложенной в Правилах ЕЭК ООН №13, для автомобиля строятся диаграммы "кривая реализуемого сцепления k_ji - относительное замедление Z" (для прицепных транспортных средств - "относительное замедление - давление в соединительной головке автопоезда"). По результатам сопоставления полученных кривых с нормативными прямыми для коэффициента Z (методика их построения зависит от категории транспортного средства) делается вывод о том, соответствует ли проектируемый автомобиль требованиям Правил №13. В случае несоответствия необходимо дать указания по его устранению.

4) Расчёт тормозного привода.

Выбирается тип тормозного привода; рассчитывается необходимое давление рабочего тела для исполнительных элементов тормозных механизмов. Производится компоновка тормозного привода и делается его статический расчёт.

5) Расчёт аппаратов тормозного привода.

Для аппаратов тормозного привода проводятся статические и прочностные расчёты.

6) Расчёт дополнительных устройств тормозного привода и взаимосвязанных систем.

Если установлено, что тормозной привод автомобиля должен быть оборудован дополнительными устройствами (усилителями, регуляторами и др.) или взаимосвязанными системами (антиблокировочной или другой системой активной безопасности), то для них проводятся соответствующие расчёты.

7) Расчёт стояночной тормозной системы.

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

Основные допущения и расчётные схемы

Если при проектировании тормозной системы автомобиля не стоит задача рассмотрения специальных вопросов тормозной динамики, то могут быть приняты следующие допущения:

- торможение осуществляется на прямолинейной, горизонтальной и ровной дороге;

- силы сопротивления качению и воздуха не учитываются;

- все колёса транспортного средства имеют одинаковые условия сцепления с опорной поверхностью;

- колебания подвески не влияют на нормальную реакцию дороги;

- для многоосных автомобилей распределение нормальных сил между мостами в тележке считается равномерным.

Рис. 2. Расчётная схема автомобиля:

А) двухосного

Рис. 4. Зависимость идеальных Ft^и, реальных Ft и максимальных Fj тормозных сил от относительного замедления Z

Тормозные силы и моменты, реакции на колёсах (определения и обозначения).

Силы и моменты

Сила управления Fc - сила, воздействующая на управляющее устройство.

Приводная сила F s - сила, которая воздействует на тормозную колодку с накладкой и вызывает, вследствие возникающего трения, тормозную силу.

Тормозной момент Мt - момент, создаваемый силами трения между вращающимся барабаном или диском и накладкой относительно центра вращения колеса.

Тормозная сила Ft_i - сила, приложенная со стороны дорожной поверхности к колесу или мосту в плоскости их контакта и противодействующая движению автомобиля^[1].

Суммарная тормозная сила Ft_S - сумма тормозных сил отдельных мостов автомобиля, находящихся в контакте с дорожной поверхностью:

, (1)

где n - количество мостов автомобиля.

Коэффициент распределения тормозных сил b_t - отношение тормозной силы заднего моста Ft₂ (или тормозного момента Мt₂) к тормозной силе переднего моста Ft₁ (или тормозному моменту Мt₁): b_t=Ft₂/Ft₁.

Показатель соотношения тормозных сил F - отношение тормозной силы заднего моста (или тормозного момента) к суммарной тормозной силе (или тормозному моменту):

. (2)

Коэффициент эффективности тормозного механизма C_t - отношение суммарной силы трения колодок Fтр_S тормозного механизма к суммарной приводной силе Fs_S:

. (3)

Для схем рис. 2 нормальные реакции колёс переднего моста определяются как , (6) для заднего моста , (7) для тележки задних мостов трёхосного автомобиля , (8) где y = a/L; c = h_g/L; G, Н - вес автомобиля; L, м - база автомобиля; а и b, м - проекция расстояния между центром масс и передним и задним мостами соответственно; h_g, м - высота центра масс автомобиля.