Особенности конструкции разжимных устройств барабанных тормозных механизмов

В приведенных выше конструкциях барабанных тормозных ме­ханизмов привод (разведение) колодок осуществляется с помощью одностороннего или двустороннего гидравлического цилиндра. Та­кой способ естествен при использовании гидравлического привода тормозов. При иных типах привода используются другие механизмы разведения колодок (разжимные устройства).

При механическом и пневматическом приводе чаще всего ис­пользуют рычажно-кулачковые разжимные механизмы. Пример та­кого механизма приведен на рис. 14.7. Шток пневматической камеры воздействует на рычаг 2, который поворачивает вал кулака J, раз­жимающего колодки 1 и 4. Эксплуатационная регулировка зазоров в тормозном механизме производится путем вращения кулака. Угол поворота кулака, необходимый для регулировки, довольно велик. Рычаг же не должен далеко отклоняться от положения, перпенди­кулярного штоку камеры, во избежание заметного уменьшения плеча действия силы, прикладываемой к нему со стороны этого штока. Поэтому вращение кулака при регулировке осуществляют не путем удлинения штока при помощи резьбового регулировочного устрой­ства, что было бы проще, а за счет изменения положения вала кулака относительно рычага. Для этого, как показано на рис. 14.8, между рычагом и валом кулака встраивают червячный механизм.

При вращении червяка кулак поворачивается относительно непо­движного рычага и раздвигает колодки. Вал червяка 2 имеет не­сколько лунок 7, в которые при вращении попадает подпружиненный шарик. Попадая в лунку, шарик издает характерный щелчок. Такое устройство имеет двойное назначение. Первое состоит в облегчении регулировки, так как ее в данном случае можно выполнить, подведя колодки вплотную к барабану, а затем повернуть вал червяка назад — на заранее установленное число щелчков. Второе назначение -фиксирование вала червяка после регулировки.

Тормозной механизм с кулачковым разжимным устройством на первый взгляд парадоксален с точки зрения самоусиления. С одной стороны, элементарные касательные силы трения, действующие на колодки со стороны барабана, должны создавать на одной колодке эффект самоусиления, а на другой колодке эффект самоослабления. Но, с другой стороны, разжимающий колодки кулак имеет два симметричных профиля, обуславливающих одинаковое перемещение и одинаковый износ колодок. По этому признаку данную конст­рукцию называют механизмом с равными перемещениями, в отличие от конструкции, показанной на рис. 14.2, которую называют меха­низмом с равными приводными силами. Если колодки имеют оди­наковую длину и одинаковый износ, значит, они совершают оди­наковую работу и, следовательно, у них отсутствует эффект само­усиления и самоослабления.

Рис. 14.8. Рычаг разжимного устройства барабанного тормоза с червячным регулировочным механизмом

Для уточнения этого вопроса рассмотрим приведенную на рис. 14.9 схему нагружения раз­жимного кулака. Подводимый к кулаку крутящий момент М_КУЛ ре­ализуется в виде суммы крутящих моментов Р₁ • h + P₂ • h = М_КУЛ, при этом оба слагаемых суммы вовсе не должны быть равны. Практически левая колодка /, имеющая самоусиление и в силу чего прижимающаяся к барабану сильнее из-за наличия упругой податливости барабана, накладки,

Рис. 14.9. Схема нагружения разжим­ного кулака барабанного тормоза

колодки и т.п., ослабляет свое взаимодействие с кулаком, уменьшая силу Pi. Высвободившаяся вследствие этого сила перекладывается с левого профиля кулака на правый профиль, увеличивая силу Р2 и компенсируя имеющийся на правой колодке 2 эффект самоос­лабления, в результате чего тормозной механизм в целом начинает работать без самоусиления, а на опору кулака действует сила Рг- Р₁

Однако странности рассматриваемого механизма на этом не кончаются. Несмотря на симметричный профиль кулака и логич­ность приведенных выше рассуждений, на практике наблюдается повышенный износ левой колодки по сравнению с правой, как это и должно было бы быть при наличии эффекта самоусиле­ния-самоослабления. Данная странность объясняется большой ве­личиной опорной силы /2 - pi и консольной установкой кулака. Эти обстоятельства приводят к заметному упругому смещению кулака и, следовательно, к проявлению в реальных механизмах эффекта самоусиления-самоослабления, хотя и в меньшей степени прояв­ляющегося.

Слабым местом кулачкового механизма разжима колодок яв­ляется контакт «кулак —колодка». С одной стороны, здесь действуют очень большие силы. С другой стороны, весьма трудно обеспечить смазывание этого контакта и защиту его от грязи. Для уменьшения изнашивания колодки на ней укрепляют пластину, имеющую вы­сокую твердость, а для повышения КПД между колодками и кулаком иногда, как в конструкции, показанной на рис. 14.7, ставят ролик. Однако существенного повышения КПД при этом достигнуть не удается из-за невозможности обеспечить большую величину диа­метра ролика по сравнению с диаметром его оси. В итоге КПД рычажно-кулачкового разжима колодок остается низким и в случае сильного загрязнения механизма без ролика может иметь значение 0,6. Это обстоятельство в случае пневматического привода вынуждает для получения расчетной величины приводной силы колодок применять пневматические камеры большего диаметра, что влечет за собой увеличение расхода сжатого воздуха и, что самое главное, увеличение и без того немалого времени срабатывания тормозов.

Альтернативой рычажно-кулачковому механизму разжима ко­лодок является клиновой механизм. Конструкция барабанного тор­мозного механизма с пневматическим приводом и клиновым раз­жимным устройством показана на рис. 14.10. При поступлении сжа­того воздуха в камеру 3 шток 2 давит на клин 1, который через ролики 4, уменьшающие трение, воздействует на плунжеры 5. Плун­жеры 5, в свою очередь, через регулировочные устройства 8 приводят в действие толкатели 7 колодок. Сепаратор 6 определяет положение роликов при отсутствии давления воздуха в камере 3.

Помимо увеличения быстродействия тормозов, что определяется в основном большей жесткостью механизма привода, механизмы с клиновыми разжимными устройствами имеют ряд других пре­имуществ по сравнению с механизмами с кулачковым разжимом. Клиновые разжимные устройства имеют меньшую массу, лучше приспособлены для автоматической регулировки, их проще защитить от грязи и воды, следовательно, трение в них будет меньше и стабильнее.

Недостаток клинового разжимного устройства состоит в боль­шей стоимости и сложности производства. Это объясняется тем, что из-за конструктивной невозможности применения роликов большого диаметра в контактах «клин —ролик» и «ролик —плун­жер» действуют очень большие контактные напряжения, требую­щие весьма высокой твердости поверхностей и высокой чистоты их обработки.

С точки зрения самоусиления тормозные механизмы с клиновым разжимным устройством могут быть спроектированы двумя спосо­бами. Если клин установить в жестких направляющих, то будет получен механизм с равными перемещениями, то есть без само­усиления. Если же применить плавающий, то есть свободно опи­рающийся на ролики клин, то получится механизм с практически равными приводными силами. Слово «почти» употреблено здесь вследствие того, что в таком варианте конструкции клин при работе будет немного наклоняться и, строго говоря, приводные силы не будут одинаковы.

Нетрудно видеть, что в первом варианте конструкции на клин, как и на кулак в механизмах с кулачковым разжимом, будет дей­ствовать большая поперечная сила, которая вынудит конструктора резко увеличить сечение клина и заставит применить массивные направляющие, в которых к тому же создастся большое трение. Очевидно, что такой вариант конструкции нерационален, и тор­мозные механизмы с клиновым разжимом выполняются с плаваю­щим клином.

Рис. 14.10. Барабанный тормоз с одним клиновым разжимным устройством

Рис. 14.11. Барабанный тормоз с двумя клиновыми разжимными устройствами

Имеется возможность повысить степень самоусиления механиз­мов с клиновым разжимом, выполнив их, как показано на рис. 14.11, с двумя клиньями. В этом случае каждый клин, в зависимости от направления вращения тормозного барабана, приводит только одну из колодок. Плунжер другой колодки при этом остается прижатым к корпусу и служит ее опорой.

В барабанных тормозных механизмах применяется еще один способ разжима колодок - рычажный. Он используется на малых автомобилях в стояночной тормозной системе для привода колодок независимо от рабочей тормозной системы. Как показано на рис. 14.3, рычаг 5 установлен на колодке 3 с возможностью вращения. Ось вращения рычага 4 выполнена в виде регулировочного эксцентрика. Рычаг верхней частью взаимодействует с планкой 2, а нижней частью, с тросом, связанным с рукояткой привода стояночной тор­мозной системы. Планка 2 упирается в другую колодку 1. При вытягивании троса рычаг J поворачивается и раздвигает колодки. Регулировка зазоров в приводе в данной конструкции осуществляется поворотом эксцентрика 4, что позволяет после регулировки зазора между колодками и барабаном восстанавливать первоначальное по­ложение рычага 5.

Барабанные тормозные механизмы имеют весьма существенный недостаток, заключающийся в сложности обеспечения эффективного отвода выделяющегося при работе механизма тепла. Это объясняется несколькими обстоятельствами: внутренняя поверхность барабана примерно наполовину закрыта от охлаждающего воздуха фрикционными накладками; воздушный объем, заключенный внутри барабана, очень плохо обменивается с окружающим воздухом. Улучшить воздухообмен в данном случае затруднительно из-за опасности ухудшения грязезащиты тормозного механизма;

ограниченная, хотя и неплохая, теплопроводность металлов не позволяет тепловому потоку быстро достичь внешней поверх­ности барабана.

В результате энергоемкость барабанных тормозных механизмов оказывается невысокой. Поэтому на скоростных автомобильных транспортных средствах барабанные механизмы постепенно вытес­няются дисковыми.