«Совершенствование рабочей тормозной системы автомобилей УРАЛ-43202» - Дипломная работа

Содержание

Ведение ….8

1 Анализ существующих конструкций тормозных систем автомобилей…10

1.1 Условия работы тормозного управления …10

1.2 Назначение, классификация и анализ тормозных механизмов….10

1.2.1 Барабанные тормозные механизмы ….13

1.2.2 Тормозной механизм с равными приводными силами и односторонним

расположением опор ….14

1.2.3 Тормозной механизм с равными приводными силами и разнесенными

опорами ….15

1.2.4 Тормозной механизм с равным перемещением колодок…15

1.2.5 Тормозной механизм с клиновым приводным устройством…. 16

1.2.6 Тормозной механизм с большим самоусилением….17

1.3 Дисковые тормозные механизмы… 17

2 Конструкция тормозной системы….20

2.1 Тормозные механизмы автомобиля Урал-4320…. 20

2.1.1 Характеристика автомобилей «Урал» ….20

2.1.2 Тормозные системы автомобиля Урал-4320 ….23

2.1.2.1 Рабочая тормозная система ….23

2.1.2.2 Смешанный (пневмогидравлический) привод рабочих тормозов ….24

2.1.2.3 Стояночная тормозная система ….26

2.1.2.4 Вспомогательная тормозная система ….29

2.2 Выбор и обоснование конструктивного решения… 30

2.2.1 Выбор конструктивной схемы тормоза ….30

2.2.2 Выбор материалов тормозного диска ….31

2.2.3 Выбор материала тормозных накладок ….33

2.2.4 Выбор материала скобы ….35

2.3 Расчёт основных параметров рабочей тормозной системы….36

2.3.1 Выбор исходных данных ….36

2.3.2 Определение координат центра тяжести ….36

2.3.3 Радиус качения колеса…37

2.3.4 Расчёт требуемого тормозного момента ….37

2.3.4.1 Определение коэффициентов распределения тормозных моментов ….37

2.3.4.2 Определение оптимального значения коэффициента сцепления ….38

2.3.4.3 Определение необходимого тормозного момента ….38

2.3.4.4 Определение тормозного момента необходимого для блокирования

тормозного механизма каждого из колес ….38

2.3.4.5 Определение необходимого максимального момента на тормозных

механизмах переднего моста ….38

2.3.4.6 Определение тормозного момента для каждого тормозного механизма

переднего моста ….39

2.3.5 Расчёт необходимого усилия прижатия тормозных накладок к диску ….39

2.3.5.1 Выбор диаметра тормозного диска и размеров тормозного механизма….39

2.3.5.2 Определение эквивалентного радиуса трения …39

2.3.5.3Необходимое усилие прижатия тормозных накладок к диску …40

2.3.6 Расчёт параметров накладок …40

2.3.6.1Определение удельных давлений по накладке ….40

2.3.6.2Расчёт активной толщины тормозных накладок ….41

2.3.7 Расчёт параметров тормозного диска …42

2.3.8 Расчёт параметров цилиндров ….42

2.3.9 Расчёт параметров скобы . …43

2.3.10 Расчёт колокола тормозного диска ….44

2.3.11 Расчёт болтов крепления диска к ступице …44

2.3.12 Проверочный расчёт скобы …45

2.3.13 Проверочный расчёт колодки …48

2.3.14 Расчёт площади тормозной накладки ….48

2.3.15 Расчёт удельной нагрузки на тормозные накладки передней оси Урал-4320.49

2.3.16 Расчет удельной силы трения …49

2.3.17 Расчёт на нагрев тормозного диска за одно торможение ….50

2.3.18 Расчёт геометрических размеров тормозной накладки ….50

2.3.19 Определение прижимной силы …51

2.4 Расчет деталей тормозного механизма и пневмогидропривода на

прочность….52

2.4.1 Проверочный расчёт на срез болтов крепления тормозного диска к

ступице колеса…52

2.4.2 Расчёт деталей пневмогидропривода ….53

2.4.2.1 Расчёт рычага пневмогидропривода ….53

2.4.2.2 Расчёт возвратной пружины пневмогидропривода ….55

2.4.2.3 Расчёт параметров пневмокамеры ….59

2.5 Условия эксплуатации усовершенствованной рабочей тормозной …61

3 Технико-экономическое обоснование проекта ….….64

3.1 Преимущества дисковых тормозов ….…64

3.2 Расчёт экономического эффекта ….….…66

4 Военно-техническое обоснование предложенного решения….67

4.1 Сравнительный расчёт тормозного пути ….….67

Заключение ….…71

Список использованных источников ….73

Введение

Уральский автомобильный завод является одним из крупнейших в России производителей грузовых автомобилей «Урал» высокой проходимости. Основу производственной программы завода на сегодняшний день составляет семейство автомобилей высокой проходимости Урал-4320 с колесной формулой 6x6, трехместной цельнометаллической кабиной, расположенной за двигателем, предназначены для перевозки грузов, людей и буксирования прицепов по всем видам дорог и местности, и способных эффективно работать в любых климатических и дорожных условиях. Выпуск автомобилей высокой проходимости Урал-4320 был налажен в 1977 году. Обладая высокими экономическими показателями: надежностью, долговечностью, простотой технического обслуживания, автомобили успешно эксплуатируются в самых различных дорожно-климатических условиях: в районах Крайнего Севера и Западной Сибири, в песках Средней Азии и во влажных субтропиках.

Одним из критериев безопасности эксплуатации подвижного состава является применение надёжных тормозных систем, позволяющих уменьшить скорость машины с заданным замедлением или остановить её на определённом тормозном пути для исключения аварии. Наличие надёжных тормозов позволяет увеличить среднюю скорость движения, а, следовательно, эффективность при эксплуатации автомобиля.

Тормозное управление является важнейшим средством обеспечения активной безопасности автомобиля. В течение целого ряда лет, и особенно в последние годы, ведутся работы, направленные на повышение активной безопасности автотранспортных средств и в частности на совершенствование тормозных систем.

Разнообразие назначения тормозов, условий их использования и параметров машин привело к появлению большого количества тормозных устройств различных видов. До настоящего времени на грузовых автомобилях применялась тормозная система с барабанными колодочными тормозными механизмами и лишь в последние годы наметилась тенденция использования дисковых тормозных механизмов.

Основным достоинством дискового тормозного механизма является его высокая стабильность. В настоящее время стабильности отдаётся предпочтение перед эффективностью, так как необходимый тормозной момент можно увеличить увеличением приводных сил. Кроме того, дисковые тормоза по сравнению с барабанами, имеют повышенную удельную энергоёмкость и меньшую массу, более просты в управлении, обладают меньшим гистерезисом, благодаря чему повышается эффективность применения регуляторов тормозных сил. Всё это делает применение дисковых тормозных механизмов более предпочтительными, чем барабанных.

Таким образом, актуальность и значимость рассмотрения проблемы заключается в совершенствовании конструкции тормозной системы автомобиля Урал-4320, повышении безопасности его движения при снижении эксплуатационных затрат.

Целью дипломного проекта является разработка конструкции дискового тормоза для автомобиля Урал-4320, конструктивно более эффективного, позволяющего повысить не только безопасность движения, но и увеличить ресурс автомобиля.

Для решения этой цели в проекте рассмотрены вопросы особенности конст-рукции тормозных систем, дана их сравнительная характеристика, поставлены и решены задачи по разработке конструкции дискового тормоза и проведены расчёты на прочность основных деталей тормоза. Особое внимание в проекте уделено военно-техническим и технико-экономическим вопросам применения дисковых тормозов.

Благоприятными результатами, получаемыми в результате выполнения проекта, являются снижение массы элементов тормозной системы, трудоёмкости обслуживания, при одновременном улучшении устойчивости и управляемости, обеспечении оптимального использования объёмов автомобиля.

Методологической основой исследования являются инструктивные материа-лы, монографии, статьи отечественных и зарубежных авторов, учебники и учебные пособия.

Работа выполнена с помощью программных продуктов WORD, EXCEL и KOMPAS – 3D V8.

Выдержка из текста работы

Барабанные тормозные механизмы Урал-4320 не в полной мере соответствуют требованиям, предъявляемым к тормозным механизмам. В процессе эксплуатации автомобилей Урал-4320 выявился ряд недостатков тормозных механизмов.

Основными из них являются:

- снижение эффективности торможения при движении на затяжных спусках, из-за перегрева тормозных механизмов и при попадании на рабочие поверхности влаги впоследствии плохой стабильности барабанно-колодочных тормозных механизмов;

- быстрая блокировка колёс при торможении, что приводит к потере управ-ляемости и устойчивости автомобиля и увеличению пути;

- большая трудоёмкость технического обслуживания автомобиля и необходимость частой регулировки тормозных механизмов из-за неравномерного износа тормозных накладок.

Все эти недостатки существенно снижают безопасность движения и условия работы водителя.

Современным требованиям в наибольшей степени отвечают дисковые тормозные механизмы.

Для автомобилей Урал-4320 предлагаю применить открытые дисковые тор-мозные механизмы, имеющие неподвижную скобу, аппозитное расположение ци-линдров и вентилируемый диск с жёстким креплением по внутреннему радиусу. Данные тормозные механизмы предлагаю установить на передние колёса, так как основная нагрузка при торможении ложиться на переднюю ось.

Несмотря на то, что тормоза с плавающей скобой обладают лучшими компоновочными возможностями, они несколько более сложные и по надёжности уступают механизмам с двухсторонним расположением цилиндров.

Для автоматической регулировки зазора между тормозным диском и накладками предлагаю использовать резиновую манжету прямоугольного сечения. Данный способ регулировки позволяет поддерживать минимальный устойчивый зазор между накладками и диском. Устройство для регулирования компактно и не требует затрат времени на техническое обслуживание.

Как и в серийных автомобилях, привод открытых дисковых тормозных механизмов Урал-4320 предполагаю выполнить пневмогидравлическим, в качестве преобразователя использовать усилители Урал-4320 с коэффициентом усиления 17. Максимальное давление воздуха в пневматическом контуре усилителя может достигать 6,2 кг/см2.

Тормозные колодки с накладками предлагаю выполнить в форме кольцевого сектора, что обеспечит равномерный износ и увеличит срок их службы.

Выбор конструктивной схемы тормоза выполнялся с учётом практики конструирования тормозов для грузовых автомобилей, а также исходя из требований максимальной простоты и надёжности механизмов, возможности размещения его в существующем компоновочном объёме без значительных изменений конструкции деталей моста.

В настоящее время наибольшее распространение получили три основных типа тормозных дисков:

- сплошной тормозной диск с креплением по внутреннему диаметру;

- сплошной тормозной диск с креплением по внешнему диаметру;

- вентилируемый диск с креплением по внутреннему диаметру.

В дисково-колодочных тормозах применяют сплошные несамовентилирую-щиеся и самовентилирующиеся диски с развитой системой вентиляционных кана-лов в их теле между поверхностями трения. Использование радиальных вентиляционных каналов позволяет снизить температуру рабочей зоны пары тре-ния на 30 % и более. Воздух забирается через отверстия 4 (в соответствии с рисунком 2.11) в ступице 2 или в основании диска 1. Он всасывается внутрь вентиляционных каналов 3 и, проходя через них, выбрасывается наружу, охлаждая диск I.

Подбором рационального сечения каналов можно повысить теплоотдачу в различных точках диска на 9-50 %. Для обеспечения максимальной теплоотдачи рекомендуется снабжать диск радиальными каналами, расположенными по его образующей с постоянным шагом.

Коэффициент теплоотдачи диска с криволинейными, например, спиральными, вентиляционными каналами вдвое больше, чем сплошного. При средних частотах вращения диска со спиральными каналами на последние приходится до 30 % суммарной теплоотдачи, а при высоких частотах вращения до 60 %.

Для создания турбулентного воздушного потока в вентиляционных каналах их стенки выполняют криволинейными, а сами каналы пересекаются, образуя участки местных сопротивлений воздушных потоков. Для повышения эффективности самовентиляции диска при его реверсивном вращении вентиляционные каналы образуют двумя группами криволинейных ребер, одна из которых эффективна при вращении диска по часовой стрелке, а другая при вращении в противоположном направлении.

Заключение

В результате дипломного проектирования была разработана армейская машина с улучшенными тормозными свойствами.

Главной целью дипломного проекта являлось повышение надежности, эффективности и стабильности рабочей тормозной системы автомобиля Урал-4320 путём разработки и применения дисковых тормозных механизмов.

При дипломном проектировании были рассмотрены условия использования автомобиля в различных войсковых условиях эксплуатации, предъявляемые требования к тормозным механизмам, как они выполняются, рассмотрены достоинства и недостатки различных типов тормозных механизмов.

На основе требований проведён анализ существующих конструкций тормоз-ных механизмов. Было обосновано и доказано, что тормозной механизм, который в настоящее время устанавливается на автомобиль семейства «Урал» не в полной мере отвечает требованиям, предъявляемым к тормозным механизмам.

Приведены обоснования с последующим расчётом разрабатываемой конст-рукции с тормозными накладками из нового фрикционного состава на основе ис-кусственных минеральных волокон, которые позволяют увеличить срок службы тормозных накладок, периодичность технического обслуживания и ремонта, про-ведение регулировочных работ, что связано с уменьшением, времени и трудоёмкости проведения технического обслуживания и ремонта.

В ходе проектирования произведены расчёты:

1. Дискового тормозного механизма

2. Регулятора тормозных сил

3. Нагрузок в элементах тормозных систем

4. Экономического эффекта

В результате применения дисковых тормозных механизмов на передних колесах удалось добиться ряда преимуществ по сравнению с прототипом:

- меньшая масса по сравнению с барабанными тормозными механизмами;

- лучшая управляемость автомобиля на скользкой дороге;

- хорошая стабильность;

- при осуществлении экстренного торможения исключается движение автомобиля юзом и боковой занос;

- спроектированная тормозная система обеспечивает наилучшую безопасность движения на высоких скоростях движения;

- более надежна;

- хорошее охлаждение;

- данная тормозная система проста в обслуживании;

- эффективна при внедрении;

- может применяться как на боевых машинах, так и на технике народного хозяйства.

Использование на автомобилях Урал-4320 оригинальной конструкции дискового тормоза повышенной эффективности позволит значительно улучшить тормозные свойства и повысить активную безопасность автомобиля, которая, в свою очередь, позволит уменьшить возникновение аварийных ситуаций в условиях интенсивного транспортного потока и повысить конкурентоспособность автомобиля на внешнем рынке.

Таким образом, приведенные выше преимущества дискового тормоза с двумя поверхностями трения перед стандартной тормозной системой автомобиля Урал-4320 с барабанными тормозными механизмами, доказывают целесообразность его широкого внедрения.

Список литературы

1. Гуревич П. В., Меламуд Р. А. Пневматический тормозной привод авто-транспортных средств: Устройство и эксплуатация. – М.: Транспорт, 1988. – 224 с: ил.

2. Атоян К.М., Каминский Я.Н., Старинский А.Д. Пневматические системы автомобилей, - М.: Транспорт, 1989.

3. Бухарин А.А. Тормозные системы автомобилей, - М.: Машизд, 1950.

4. Гуревич П.В. Перспективный тормозной привод, Автомобильная промышленность, 1985г. № 2

5. Гуревич П.В., Меламуд Р.А. Тормозное управление автомобилем, - М.: Транспорт, 1978.

6. Армейские автомобили. Конструкция и расчёт. Часть1 /Под редакцией А.С. Антонова.-М: Воениздат, 1970. – 540 с.

7. Армейские автомобили. Конструкция и расчёт. Часть2 /Под редакцией А.С. Антонова. - М: Воениздат, 1970. – 480 с.

8. Вишняков Н. Н., Вахламов В. К., Нарбут А. Н. Автомобиль. Основы конструкции, - М.: Машиностроение, 1986.

9. ГОСТ - 4365 - 89г Приводы пневматических тормозных систем. Техниче-ские требования.

10. ГОСТ - 2285 - 95г. Тормозные системы автотранспортных средств. Технические требования.

11. Бургер И.А., Шофт Б.Ф., Шнейдеров P.M. Расчёт на прочность деталей машин. - М.: Машиностроение, 1968.

12. Вишняков Н.Н., Вахламов В.К., Нарвут и др. Автомобили. Основы конструкции. - М.: Машиностроение, 1986.

13. Высоденский М.Д. Справочник по высшей математике. - М.: Высш. шк., 1977.

14. Жолнин А.Д., Журихин Ю.И., Ширяев П.П. Конструкция и основы расчета автомобилей: Учебное пособие в 4-х частях. — Рязань: Военный автомобильный институт, 1994.

15. Лемперт Р. Анализ теплового состояния тормозного диска. Патент № 15016, 1975.

16. Ложевич П.М. Расчёт фрикционных тормозов. - М.: Машиностроение, 1964.

17. Урал 375/4320 – Армейские автомобили 1960-1980 гг. – М.: Воениздат, 2000. – 24 с.; ил.

Примечания

Приложения

Технические характеристики Урал-4320

Мост передний. Сборочный чертёж. Спецификация

Дисковый тормозной механизм. Сборочный чертёж. Спецификация

Схема тормозного управления Урал-4320. Спецификация

Всего 9 чертежей на формате А1, в программе "Компас"