Тепловой расчет тормозного механизма автомобиля

 

Кинетическая энергия автомобиля при торможении расходуется на преодоление следующих сопротивлений:

1) трения в механических, гидравлических или электрических
тормозах;

2) сопротивления воздуха поступательному движению автомобиля и вращению колес;

3) сопротивления качению автомобиля;

4) трения в трансмиссии автомобиля;

5) скольжения шин по поверхности дороги.

Энергетический баланс торможения при качении всех колес без их блокировки будет:

 

где б' — коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс (при отключенном двигателе); m_а — масса автомобиля, кг; v_t — скорость в начале торможения, м/с; Σx_ср—среднее значение результирующей силы трения между барабаном и колодками; r _б и r _к — радиусы тормозного барабана и колеса; σ— коэффициент скольжения заторможенного колеса; Р_шср- — средняя величина силы сопротивления воздуха на пути торможения автомобиля; s_τ —длина тормозного пути; g —ускорение силы тяжести; f— коэффициент сопротивления качению; М_r — средний момент сил трения трансмиссии, отнесенный к оси колес.

В случае блокировки (юза) всех колес первый, третий и четвертый члены правой части равенства обращаются в нуль.. При этом формула примет следующий вид:

где G_a — сила тяжести (вес) автомобиля.

Так как член P_Wcps_τ при имеющих место скоростях движения весьма мал, то практически вся кинетическая энергия затормаживаемого автомобиля воспринимается работой трения шин о дорогу, что вызывает их перегрев и усиленный износ.

Заметное улучшение энергетического баланса торможения и снижение работы, расходуемой на скольжение шин, может быть достигнуто при применении противоблокирующих устройств и регуляторов тормозных моментов, подводимых к отдельным мостам.

Кинетическая энергия движущегося автомобиля при торможении превращается в тепло. Хороший теплоотвод от тормозных механизмов является важной задачей.

Отвод тепла с поверхности трения может быть улучшен:

· применением для барабанов металлов, обладающих высокой теплопроводностью;

· увеличением поверхности охлаждения за счет оребрения;

· улучшением вентиляции нагреваемых деталей.

Большую износостойкость и лучшие фрикционные качества имеют барабаны, изготовленные из алюминиевых сплавов, рабочая поверхность которых покрыта путем распыливания слоем марганцовистой стали или специальным медно-бериллиевым сплавом.

При единичном торможении баланс тепла выразится формулой

где v₁ и v₂ —начальная и конечная скорости автомобиля, м/с; m _б - масса нагреваемых деталей (в основном барабана), кг; с — теплоемкость материала барабана. Для чугуна и стали с = 500 Дж/(кг*К); Т_и= Т_б - Т_в - разность температур барабана Т_б и воздуха Т_в; F₆ — поверхность охлаждения барабанов (дисков), м; k — коэффициент теплопередачи между барабаном и воздухом, Вт/(м²-К); t- время торможения, с.

Кроме расчета на нагрев определяется величина удельной работы трения L_тр(Дж/см²), приходящаяся на единицу поверхности фрикционной накладки

Допустимые величины L_Tp при скорости движения в начале торможения v = 60 км/ч (16,7 м/с) составляют 400—-1000 Дж/см²[40—100 (кг-м)/см²] в зависимости от типа автомобиля и удельной мощности двигателя.

Одним из показателей для выбора размеров тормозных накладок является масса груженого автомобиля m _а (кг), приходящаяся на 1 м² или 1 см² поверхности трения фрикционных накладок. Для легковых автомобилей отношение m_a /F_Σ составляет (1,0-2,0) 10⁴ кг/м².

Исходные данные: m_a=11685кг; m_б=10,8кг; с=500 Дж/(кг*К);v=60 км/ч=16,7м/с; m_a/F_Σ=3 *10⁴кг/м²;α=120^о; вариант 1 v₁=80км/ч=22,2м/с;v₂=60км/ч=16,7м/с; вариант 2 v₁=60км/ч=16.7м/с;v₂=0км/ч=0м/с;

 

Вариант 1

 

Вариант 2