автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.03, диссертация на тему:Разработка метода расчета барабанных колодочных тормозов автомобилей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНСКОЙ РЕСПУБЛИКИ АЗЕРБАЙДЖАНСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОД

На правах рукописи УДК 629.113

/ в [':"/] 1538

НАМАЗОВ БАХТИЯР ФАРМАН ОГЛЫ

РАЗРАБОТКА МЕТОДА РАСЧЕТА БАРАБАННЫХ КОЛОДОЧНЫХ ТОРМОЗОВ АВТОМОБИЛЕЙ

Специальность: 05.05.03 - Автомобили и тракторы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

БАКУ -

19 9 8

Работа выполнена в Азербайджанском Техническом Университете.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

- доктор технических наук,

- профессор ТАГИЗАДЕА.Г.

- доктор физико-математических наук, профессор МИРСАЛИМОВ В.М.

- кандидат технических наук, Кулиев Т.Д.

Ведущее предприятие:

- БакАЗ

Защита состоится "Ж

ов

1998 г. в

часов на заседании Объединенного Специализированного Совета Н.054.04.01. при Азербайджанском Техническом Университете.

Адрес: 370602, г.Баку, пр.Джавида, 25.

С диссертацией можно ознакомиться в Азербайджанского Технического Университета.

Автореферат разослан ".

о€>

библиотеке

1998 г.

Просим направлять отзывы на автореферат в 2-х экз., заверенные гербовой печатью, в адрес объединенного Специализированного Совета. Ученый секретарь Объединенного Специализированного Совета, доктор

технических наук, п; рофессор: > .Н.ШАХВЕРДИЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы определяется повсеместным ростом автомобильного парка и увеличением скорости движения автомобилей, который выдвигает новые задачи по обеспечению безопасности движения, решение которой во многом зависит от эффективности и надежности тормозных систем.

Удовлетворение этих требований невозможно без надежных методов расчета машин и механизмов, среди которых особый интерес в виду его важности, сложности и неразработанности представляет функциональный расчет барабанных тормозов автомобилей.

Оценка любого механизма, и в том числе тормозного, производится по его функциональным и прочностным возможностям.

Существующие методы функционального расчета барабанных тормозов, под которым понимается определение тормозного момента, при использовании реальных величин коэффициента трения дают значения тормозного момента, значительно отличающиеся от действительности.

Определение реальных значений контактного давления открывает возможность аналитическим методом решить актуальные проблемы функционального расчета барабанных колодочных тормозов.

Цель исследований - разработка нового метода расчета барабанных тормозов, позволяющий на стадии проектирования определить их оптимальные параметры, повысить эффективность тормозов автомобилей и, следовательно, безопасность движения.

Задачи исследований:

- получить аналитические зависимости расчета контактного давления по длине накладки на основе деформации накладки и барабана;

- вычислить температуры трущихся пар;

- разработать метод расчета тормозного момента с учетом распределения удельного давления;

- определить основные выходные показатели тормозных механизмов автомобиля;

- расчитать износ трущихся пар.

Объект исследований - барабанные тормоза с рапными перемещениями колодок.

Методика исследований. При решении проблем, связанных расчетом барабанных тормозов, использованы методы теории упругости.

Теоретические исследования проводились на основе общепринятых и предлагаемых расчетных схем.

Основные результаты исследований доведены до числовых расчетов на примерах тормозов автомобилей КамАЗ-5320 с помощью персонального компьютера Intel Pentium - 200.

Научная новизна ¡заботы заключается в следующем:

1. Впервые предложен аналитический метод определения контактных давлений по длине накладки позволяющий определить уточненные значения тормозных моментов барабанных тормозов.

2. На основе предложенного метода разработана методика расчета температуры и износа тормозного барабана и накладки.

3. Разработаны практические рекомендации по конструированию барабанных тормозов с равными перемещениями колодок.

Практическая ценность. Разработанный метод расчета барабанных тормозов автомобилей позволяет на стадии проектирования формировать оптимальные параметры тормозов.

Применение полученных результатов в масштабах народного хозяйства в целом обеспечит экономический эффект из-за снижения: числа и тяжести дорожно-транспортных происшествий; материалоемкости барабанных тормозов; расхода материала тормозных накладок; расходов на экспериментальное определение конструктивных параметров вновь проектируемых барабанных колодочных тормозов.

Реализация результатов работы. Результаты работы приняты к внедрению на КамАЗ-центре.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на XI Республиканской научной конференции аспирантов вузов Азербайджана, Баку, 1988; ХХХХ Научная конференция АзПИ, Баку, 1990; ХХХХ III-ХХХХ V Научно-технических и методических конференциях АзТУ, 1995-1997; Республиканской конференции молодых ученых и аспирантов, Баку, 1996. В целом диссертация обсуждена на заседании кафедр "ОАПДД" и "АТС".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Содержит 164 страниц машинописного текста, 34 рисунков и 22 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертационной работы обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, научная новизна и практическая знчимость полученных результатов, а также дана краткая аннотация диссертации.

В первой главе диссертационной работы дан краткий обзор основных работ, посвященных вопросом существующих методов расчета барабанных колодочных тормозных механизмов, нагружения и износа фрикционной накладки, нагреву трущихся элементов.

Вторая глава диссертационной работы состоит из восьми параграфов и посвящена исследованию взаимодействия накладки с барабаном в барабанных колодочных тормозных механизмах.

В § 2.1 приводится разновидности тормозных механизмов и дается краткое разъяснение критерий и их сравнения.

§ 2.2 посвящен выводу основных соотношений контактного взаимодействия накладки с барабаном. Принимается, что область контакта распростроняегся на всю ширину фрикционной накладки и не измеяется со временем в процессе торможения.

Условие, связывающее перемещения барабана и накладки во время торможения автомобиля записано в следующем виде

(0о<|е|<е,). (1)

Здесь V, и V, - соответственно перемещения точек поверхности барабана и накладки; ¿>'(¿0 - осадка точек поверхности барабана и накладки; - углы начала и конца охвата накладки.

В общем случае перемещения V, и уг представляется в следующем

виде

V, + у,г (/=1,2). (2)

Здесь - упругие перемещения точек контактной поверхности (г = 1 для барабана, г = 2 фрикционной накладки); \']Г - термоупругие перемещения, вызванные перепадом температуры; - перемещения, вызванные смятием микровыступов внутренней поверхности барабана и фрикционной накладки.

. Отмеченные компоненты перемещений определены решением вспомогательных задач теории упругости для накладки и барабана.

В § 2.3. приводятся решение упругой задачи. Напряженное состояние в упругом теле в случае плоской задачи в полярных координатах определяется тремя компонентами напряжений: аг,ое,хтв, которые удовлетворяют двум уравнениям равновесия и одному уравнению совместности деформаций.

Решая задачи теории упругости определяем компоненты напряжений и упругие перемещения точек контактной поверхности.

В § 2.4. приводится решение термоупругой задачи. При решении задачи теплопроводности считается, что на внешней поверхности тормозного барабана происходит теплообмен с внешной средой. На внутренней поверхности барабана, на площадке контакта с фрикционной накладкой в,, <\&.<01 действует поверхностный источник тепла интенсивностью д(0), обусловленный внешним трением. На остальной части поверхности барабана происходит теплообмен со средой имеющей температуру Т..

Для решения задачи термоупругости использована дислокационная аналогия Н.И.Мусхелишвили. Согласно этой аналогии решение будет складываться из решения "вспомогательной задачи".

В § 2.5. исследуется перемещения, вызванные смятием микровыступов внутренней поверхности барабана и фрикционной накладки. Эти перемещения являются некоторой функцией контактного давления.

§ 2.6. посвящен выводу соотношений для определения перемещений точек контакта накладки. Фрикционная накладка рассматривается как кривой брус с постоянным сечением в виде узкого прямоугольника и круговой осью. Накладка изгибается в плоскости кривизны под действием контактного давления на внешней круговой границе.

Для решения краевой задачи теории упругости применен метод Н.И.Мусхелишвили и определена сумма радиальных перемещений

V, + V, .

У

X

X

У

Рис. 1. Упрощенная модель тормозного механизма

Осадка точек, поверхности барабана и накладки определяется из геометрических соображений.

Рассмотрена упрощенная модель тормозного механизма: два концентрических цилиндра радиуса /•„. и г,(л, = л - д) расположены

один в другом, где Д - зазор. При перемещении внутреннего цилиндра вдоль радиуса по оси максимальной деформации (ось XX) на расгояние А + 6 (рис. 1) из рисунка имеем: 6(0) = Д - г, - Д.

Разлагая функции 8(в) в ряд Фурье и решая вспомогательные задачи теории упругости получены искомые формулы расчетов коэффициентов деформации и контактного давления.

§ 2.1.. посвящен выводу основных соотношений расчета тормозного механизма.

После нахождения закона распределения контактного давления задача сводится к возможности простым путем определить равнодействующую нормальных нагрузок, радиусов и координат точки их приложения, соотношения между приводными силами и тормозным моментом тормозного механизма.

Для расчета тормозного момента одной колодки получена следующая расчетная формула (см. рис. 2).

где / - коэффициент трения; г - радиус барабана; Ьн - ширина фрикционной накладки: в0,9, - соответственно углы расположения начала и конца накладок; В,,..., Д. В__ - коэффициенты

распределения давления.

В § 2.8 исследуется износостойкость тормозных механизмов на основе новых теорий износа материалов при сухом трении.

Мт = /г;Ьи {Аа(01 - 0а) - Д(5т6>, - ъ\пв,)-

х г А

(3)

I!

Описание кинетики изнашивания фрикционной накладки и тормозного барабана сводится к решению следующих дифференциальных уравнений

Ф(г)^=1 , ФДг)^Мр=1при и<Л .

(4)

4 9о

а0

У

Рис.2. Схема тормозного механизма с неподвижными центрами поворота колодок.

Здесь Ф(г) -характеристическая функция изнашивания материала фрикционной накладки; ФДг) - характеристическая функция

изнашивания материала тормозного барабана в данной паре; ра - угол охвата фрикционной накладки.

Характеристические фунции Ф(г), Ф_5(п монотонно убывающие и график их в координатах ~ г рассматривается как диаграмма изнашивания материала .

Задача сводится к нахождению контактного давления g{в,t,h) за время 1, а также при известных характеристиках износостойкости материалов фрикционной накладки и барабана вывести и решить характеристические функции изнашивания материала фрикционной накладки.

Решив поставленные задачи, получена следующая формула кинетики изнашивания фрикционной накладки тормозного механизма

А (т"" - г-<0)У:

(5)

А (т'Ь> - Г<0)Г'

где г"' - предел прочности на срез фрикционной накладки; г!,0' -удельная сила, ниже которого не происходит изнашивание материала фрикционной накладки; Аг и тг - эмпирические величины являющиеся характеристиками изнашивания материала накладки; А - коэффициент, зависящий от микрогеометрик поверхности трущихся материалов; с -коэффициент пропорциональности.

Расчет износа по формуле (5) проводился методом итерации.

Третья глава диссертационной состоит из восьми параграфов. Глава посвящена постановке и решению задач расчета барабанных тормозов.

Первый этап посвящен расчету барабанных колодочных тормозов при чисто упругих деформациях.

В § 3.1.1 для наглядности и упрощения расчетов контактное давление исследуется без учета температурного фактора.

Получена система уравнений для определения коэффициентов давления и расчета контактного давления. Расчет проводился для следующих значений максимальных деформаций: 6М = 0,00005 м и <5т„ = 0,00025м применительно к тормозным механизмам автомобилей КамАЗ-5320. Результаты расчета для = 0.00005м приводится на рис.3.

В § 3.1.2 на основании решения уравнения теплопроводности получена формула расчета распределения температуры.

Расчет проводился для следующих значений скорости начала торможения: К =8,333 м/сек; V = 11,111 м/сек и V = 13,888 м/сек при изменяющихся значениях толщины стенки барабана (г=0,2 м; г=0,202 м: г=0,204 м; /• = 0,206 м).

Результаты расчета для V = 8,333 м/сек приводятся на рис.4.

Рис.3. График распребелент контактного давления по олинг накладки

|",С

! 1

1

2 /

3

\ 4

У'

|

« 1М1 М 30 36 42 4* М 60 66 72 Пи 90 96 102 101 114 120 126 132 И« 1+1 **

Рис.4. График температурных распределений: 1-г=0,2.к; 2 -л = 0,202м; 3-г = 0,204м; 4-г= 0,206.и.

mi.li

4 •V >|

3 ---

2 \ --- I

1

1 1

6 12 I? 30 Ъ » II Я г П Г» 84 90 96 К» 13! 13? И* "

Рис.5. График распребеления износое: 1-5г =ю,8.л/; ; - = 17,2л?: г-3Т = 25,0 Лг.

В § 3.1.3 рассчитывается износ накладок по предложенной в § 2.8 методике.

Исходные значения пути торможения определяются по нормативным показателям тормозных путей для автомобилен категории Л'2,

- 13В результате расчета получены значения износов тормозных накладок, на основании которых построены графики распределения износов за одно торможение (рис.5).

В § 3.1.4 расчитываются основные выходные покозатели тормозных механизмов, определяемые в § 2.7. (см.таб.1).

Второй этап третьей главы посвящен расчету барабанных колодочных тормозов с учетом термоупругих деформаций.

На этом этапе контактное давление исследуется с учетом температурного фактора, определяются корректированные значения коэффициентов давления.

Аналогично первому этапу расчитываются уточненные значения контактных давлений, вычисляются температурные распределения, износ фрикционных накладок и основные выходные показатели тормозных механизмов. По результатам расчетов построены соответствующие графики . (рис.6-8), составлена сводная таблица (см.таб.1)

8(0) : КПа

700 650 600 550 500 450 400 3S0 МО 250 2С0 150 ICO 50

6 12 I» 2» 30 36 42 48 Í4 60 66 72 78 84 «96 102 ICS 114 120 1251-2 IJ8 114 в0

Рис.6. График распределения контактного давления по олине накладки.

i i

__ J 8* »=0,00( 05 м Л

? Ir 1

V /

! !

i

Í

Н)0< - V =8

\ •ч - - г

ч N. ., __

ч X ___ 1 /

6 12 18 24 30 36 42 48 54 60 66 12 78 84 90 96102 108114 120 126132 138 144 в"

Рис. 7. График температурных распределений с учетом термоупругих деформаций: 1-г=0,2 м; 2-г=0,202 м; 3-г=0,204м; 4-г-0,206 м.

1 ! а. =0.0000^ ы _ 1

3 \ у' —

\ \ \ у / 1

! ) _____ 1 1/

1 1

| ] 1 1 !

й 12 1« 21 X' >< а Ю 51 М ьб "8 в: 90 96 108 1П 110 125 13: 13Й Ш :

Рис.8. График распределения износов фрикционных накладок за одно торможение: 1-5^=10,8м; 2-Я-¡= 17,2 м; 3-5^25,Ом.

Тормозные показатели а/м КаыАЗ-5320 ¿га„ = 0,00005 м

Таблица I.

1 Показатели Упругая деформация Термоупру гая деформа ция

У=8.333 У=11.П У= 13.88

1 Хх 4656.8 4291.8 4292.7 4293.6

2 456.0 434.6 446.5 458.4

3 N 4679.0 4313.8 4315.9 4318.0

4 Р 0.24913 0.25041 0.25040 0.25039

5 6 5.59330 5.78213 5.93836 6.09424

6 Мт 815.97 756.14 756.48 756.82

7 Р-Т: 3.20326 3.21998 3.21264 3.20535

Анализ результатов вычислений показывает:

- при постоянном давлении трущихся пар, скорость начала торможения практически не влияет на значение тормозного момента;

- учет температурного фактора приводит к уменьшению значений тормозного момента

- изменение значений контактных давлений не влияют на положение точки приложения результирующего нормальных сил;

- к реальным значениям тормозных моментов относительно близки расчетные схемы с равным и квадратсинусоидальным распределением контактных давлений.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложена и обоснована новая расчетная схема, наиболее близко отвечающая физической сущности действительного нагружения, возникающая при торможении.

2. На основании предложенной расчетной схемы:

- разработан метод расчета, позволяющий определить значения контактных давлений;

разработан метод расчета барабанных тормозов с неподвижными центрами поворота колодок и равными их перемещениями, позволяющий на стадии проектирования формировать функциональные свойства тормозов.

3. Разработана методика расчета температуры и износа трущихся пар, характеризующая протекание темпа нагрева и износа барабана и накладок.

4. Для численной реализации разработанного метода барабанных колодочных тормозных механизмов составлена программа на алгоритмическом языке Бейсик. Результаты расчетов представлены в виде графиков и таблиц облегчающих их применение в инженерной практике.

5. Разработаны практические рекомендации по конструированию барабанных тормозов, позволяющие увеличить эффективность и уменьшить их материалоемкость.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих статьях:

1.Намазов Б.Ф. Перемещения точек контакта накладки в барабанных тормозных механизмах / Механика разрушения и отимизация деформируемых тел и конструкций П Сб. научных трудов. - Баку: Элм, 1996. - с. 77-80.

2.Тагизаде А.Г., Намазов Б.Ф. Износостойкость барабанных колодочных тормозов // Материалы докладов 44-й науно-технической и методической конференции. - Баку: АзТУ, 1996. - с. 124-125.

3.Тагизаде А.Г., Намазов Б.Ф. К расчету барабанных колодочных тормозов // Ученые записки V том, >63. - Баку: АзТУ, 1996.-е. 127-129.

4. Намазов Б.Ф. Определение контактного давления в барабанных колодочных тормозах II Сб. научных трудов по механике №7. - Баку: АзИСУ, 1997. - с. 252-255.

5. Намазов Б.Ф. Решение термоупругой задачи о взаимодействии колодки с барабаном // Сб. научных трудов по механике №7. - Баку: АзИСУ, 1997.-с. 256-259.

6.Намазов Б.Ф. Определение тормозного момента на барабанном тормозном механизме с учетом реального распределения контактного давления // Сб. научных трудов по механике №7. - Баку: АзИСУ, 1997. -с. 260-264.

Личный вклад соискателя в статьях 2 и Л является исследования влияния основных конструктивных параметров и эксплуатационных факторов на функциональный расчет тормозных механизмов автомобилей.

Намазов Б.Ф.

Барабанлы гэлибли автомобил тормозларынын ЬесаОланма усулунун ншлэнмэси.

Хуласо

Диссертасща иши барабанлы голибли тормоз механизмлэринин Ьесабланма усулунун шшшнмэсинэ Ьэср олунмушдур.

Диссертасща ишинин мэгсэди тормоз узлуклэринин сэтЬиндэ нормал кэркинликлэрин па|п:анма ганунларыны муэ^эн етмэклэ гэлибли тормоз механизминин Ьесабынмн ишланмэсидир. Нормал кэркшшиклэрин па]ланма ганунау]гунлугуиуи муэ^эн едилмэси суртунмэ сэтЬлвриндэ - узлуклерт! вэ барабанын тохунма сэтЬиндэ испшцин па]ланма ганунау]гунлугуну тодгиг етмэ]э, барабанын дэ^нпэн радиусларында температурун душима характеристикасыны излэмэjэ, суртунмэ сэтЬлэринин jejилмэ ганунау]гунлугуну муэцэн етмэ]э имкан верир.

Биринчи фэсилдэ мевчуд эдэбидоатын хуласэси верилмиш вэ тэдгитат мосололори го]улмушдур.

Икинчи фэсил тормоз мсханизмлэринин Ьесабланмасынын нэзэри эсасларынан ишлэнмэсине Ьэср ешшмишдир.

Учунчу фэсилдэ нэзэри тэдгигат усуллары есасында Ьесаблама методу тэртиб едилмшн, тэдшг едилмиш методун Ьесаби реализасщасы учуг г алгоритмик диддэ програм тэртиб едилэрэк Ьесаблама апарылмышдыр.

Ьесаблама программ вэ Ьесабламанын нэгичэлэри шэ элавэ едилмишдир.

Namazov B.F.

Working out calculation methods of automobils drum brake block.

Summary

This dissertation is dedicated to working out drum brake block mechanizms' calculation methods.

The aim of the dissertation is to determine the normal loading distribution low. to work out the drum brake mechanizms calculation method. The determination of the normal loading distribution will allow: to determine the regularity of heat amount allocation between frictional surfaces - rubbing surfaces of the frictional brackets and drum brake, to investigate the characteristics of the temperature changs on the changeable drum radius, to calculate the deterioration of the frictional elements.

In the first chapter the review of the available literature is given and the objectives of the investigation are determined.

The second chapter is dedicated to the theoretical researches of the brake mechanizms calculation.

Methods of calculation on the basis of the theoretical investigations are worked out in the therd chapter.

For the numerical implementation of the elaborated method an algorithmical programme of the calculation is made up.

The programme and value of calculations are enclosed to the work.