Тормозной путь автомобиля

Тормозной путь автомобиля

1. Силы, действующие на автомобиль при его движении

Автомобиль движется в результате действия на него различных сил, которые разделяют на силы, движущие автомобиль, и силы, оказывающие сопротивление его движению. Основной движущей силой является тяговая сила, приложенная к ведущим колесам. Тяговая сила возникает в результате работы двигателя, преобразующего химическую энергию топлива в механическую работу, и вызвана взаимодействием ведущих колес с дорогой. К силам сопротивления относят силу трения в трансмиссии, силу сопротивления дороги и силу сопротивления воздуха.

1.1 Силы сопротивления подъему

Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на три группы. Энергия затрачивается на подъем автомобиля при движении в гору, на деформацию шин и дороги и на колебания частей автомобиля.

Автомобильная дорога состоит из чередующихся между собой подъемов и спусков и редко имеет горизонтальные участки большой длины. Крутизну подъема характеризуют величиной угла б в градусах или величиной уклона дороги i, который представляет собой отношение превышения Н к заложению В.

Разложим вес автомобиля G, преодолевающего подъем, который характеризуется углом б, на две составляющие: силу Gsin б, параллельную дороге и силу Gcos б, перпендикулярную дороге. Силу Gsinб называют силой сопротивления подъему и обозначают буквой Р_п. На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема невелики и не превышают 4-5°. Для таких углов можно принять, что одна сотая доля уклона соответствует 35ґ угла б. При этом уклон i = tgб ≈ sin б. Тогда сила:

Р_п = Gsinб ≈ iG, кГ

Мощность, затрачиваемая на преодоление автомобилем подъема с уклоном i:

 л.с

Рис. 1 Сила сопротивления подъему

1.2 Мощность, затрачиваемая на сопротивление дороге при подъеме

 л.с

 - коэффициент сопротивления дороги;

f - коэффициент сопротивления качению;

2. Тормозная динамичность автомобиля

2.1 Тормозная динамичность и безопасность движения

Тяговые и тормозные свойства автомобиля связаны между собой. Чем выше средняя скорость автомобиля, тем больше внимания необходимо уделять обеспечению безопасности его движения и, следовательно, тем лучше должны быть тормозные свойства автомобиля. Вместе с тем, чем интенсивней разгон и эффективней торможение, тем выше средняя скорость автомобиля. Во время торможения накопленная автомобилем кинетическая энергия в результате трения преобразуется в тепло, которое рассеивается в окружающей атмосфере. Таким образом торможение сопровождается невосполнимыми потерями, так как кинематическая энергия, поглощаемая тормозными механизмами, не может быть использована при дальнейшем движении автомобиля. Поэтому торможение связанно с некоторым увеличением расхода топлива. При обычном (служебном) торможении основная часть тепла выделяется в тормозных механизмах, а при полном (экстренном торможении), в том случае когда колеса блокированы - между шинами и дорогой. Торможение автомобиля можно производить несколькими способами; тормозной системой; тормозной системой совместно с двигателем; двигателем; периодическим действием тормозной системы.

2.2 Показатели динамичности торможения автомобиля

Тормозные свойства автомобиля можно определить экспериментально путем стендовых и дорожных испытаний, в результате проведения которых определяют:

путь торможения;

время торможения

замедление при торможении с максимальной интенсивностью;

значение тормозных сил.

Рис. 2 Влияние различных факторов на тормозной путь:

а) коэффициента сцепления б) начальной скорости

После обработки результатов испытаний строят графики зависимостей пути и времени торможения автомобиля от скорости при различных значениях коэффициентах сцепления рис. 2 (а). Имея график зависимости торможения от скорости, можно определить при торможении как функцию скорости по формуле:

- уменьшение скорости в км/ч, соответствующее промежутку времени  в сек. Для обеспечения необходимой точности интервалы времени не должны быть более 0,1 сек.

На рис. 2 (б) изображены графики зависимости тормозного пути от скорости при торможении автомобиля на сухой асфальтированной дороге. Графики построены для различных начальных скоростей  т.е. для скоростей, при которых начинали производить торможение. Согласно этим графикам интенсивность торможения с увеличением начальной скорости снижается, что происходит из-за уменьшения коэффициента трения между трущимися поверхностями тормозных механизмов, вызванного их нагревом. Чем выше начальная скорость, тем выше нагрев этих поверхностей и меньше коэффициент трения.

Замедление замеряется также деселерометром - переносным прибором инерционного типа.

Наглядное представление об изменении интенсивности торможения автомобиля, т.е. об уменьшении скорости и увеличении замедления, дает диаграмма, изображенная на рис. 3.

t_p - время реакции водителя, в течении которого он принимает решение о торможении и переносит ногу с педали управления заслонкой на педаль тормоза (зависит от индивидуальных особенностей, опыта и реакции обычно 0,4 - 1 сек. и 0,8 для расчетов);

t_пp - время срабатывания тормозного привода от начала нажатия на педаль тормоза до возникновения замедления. В течении этого времени происходят перемещения подвижных деталей тормозного привода (зависит от привода, а также его тех. состояния и находится в пределах 0,2 - 0,4 сек. для гидравлического и 0,6 - 0,8 сек. для пневматического. Для автопоездов 1-2 сек.)

Рис. 3 Изменение скорости и замедления во время торможения

t_у - время увеличения замедления от нуля до максимального значения, в среднем равно 0,5 сек.

t_m - время торможения с максимальной интенсивностью.

t_о - время торможения.

В течении времени t_p + t_пp автомобиль движется равномерно со скоростью , а в течении времени t_у - замедленно, так как скорость его уменьшается. В течении t_m замедление практически является постоянной величиной, вследствие чего скорость уменьшается почти по линейному закону. При остановке автомобиля замедление мгновенно снижается до нуля.

В связи с тем, что нагрузка автомобиля оказывает влияние на его тормозную динамику, для проверки эффективности действия тормозной системы в качестве показателей используют наибольший допустимый тормозной путь и наименьшее допустимое замедление для автомобилей без нагрузки и с полной номинальной нагрузкой (проверку интенсивности торможения легковых автомобилей и автобусов по условиям безопасности движения производят без пассажиров).

2.3 Задача

Определить тормозной путь автомобиля, если колеса достигли значения сил сцепления. Скорость автомобиля 15 м/с, коэффициент сцепления 0,4.

Тормозной путь определяется как:

, м

К_Э - коэффициент эффективности торможения для легковых автомобилей 1,3, для грузовых и автобусов 1,6 - 1,8;

 - скорость автомобиля 15 м/с;

 - коэффициент сцепления 0,4

 - для легкового автомобиля.

 - для грузового автомобиля и автобуса.

3. Устойчивость автомобиля

автомобиль тормозной движение динамичность

В каких случаях происходит занос переднего и заднего мостов автомобиля? Занос какого моста более опасен? Всем перечисленным случаям дайте подробное объяснение.

При заносе обычно начинают скользить колеса одного из мостов. Возникновение скольжения зависит не только от поперечной реакции дороги R_y, но и от продольной R_х. Чем больше продольная реакция R_х, тем при меньшем значении R_y начинается скольжение колеса. Наиболее устойчиво в поперечном направлении ведомое колесо, так как продольная реакция дороги на это колесо определяется лишь сопротивлением качению и значительно меньше . На ведущие и тормозящие колеса кроме момента сопротивления качению М_f действуют моменты М_к.в. и М_к.т значительно больше М_f, то они в основном и определяют величину R_х. Значения R_х у ведущих и тормозящих колес существенно больше, чем у ведомого колеса, и нередко достигают предела по условиям сцепления колеса с дорогой. Эти колеса значительно хуже противостоят заносу, чем ведомое колесо. Если , то достаточно приложить к колесу небольшую поперечную силу, чтобы началось его боковое скольжение.

Занос переднего моста

Предположим, что в результате кратковременного воздействия некоторой, достаточной по величине, поперечной силы F_y колеса переднего моста начали скользить вбок со скоростью , а колеса заднего моста продолжают двигаться без бокового скольжения.

Не смотря на то, что управляемые колеса находятся в нейтральном положении, автомобиль начнет поворачиваться относительно мгновенного центра вращения р и возникнет центробежная сила инерции . Ее поперечная составляющая  направлена противоположно скорости скольжения , вследствие чего скольжение передних колес автоматически прекращается и автомобиль не теряет устойчивости.

Схема заноса переднего моста рис. 4

Занос заднего моста

Если боковое скольжение получат задние колеса, то направление силы  окажется совпадающим с направлением скорости скольжения . Поэтому  будет возрастать, увеличивая угол наклона вектора скорости середины заднего моста  относительно продольной оси автомобиля. Радиус поворота автомобиля уменьшается, а сила  увеличивается, в результате занос будет прогрессировать. Таким образом, занос заднего моста опаснее, чем переднего. В связи с этим не следует допускать блокировку задних колес тормозными механизмами. Для устранения возникшего заноса заднего моста необходимо снизить величину продольной  или поперечной  реакции, или обеих реакций одновременно. Снижение  достигается поворотом передних управляемых колес в сторону начавшегося заноса. Если во время заноса передние колеса занимали нейтральное положение, а МЦС находился в точке р, то после поворота передних колес он сместился в точку , так как вектор скорости переднего моста  повернется в сторону заноса и займет положение . Радиус траектории  увеличится и станет рваным расстоянию .

Схема заноса заднего моста рис. 5

Так как после поворота управляемых колес значение  увеличилось, то силы  и , уменьшатся. При дальнейшем повороте управляемых колес угол отклонения вектора  от продольной оси автомобиля будет увеличиваться. Если его величина окажется больше угла отклонения вектора скорости заднего моста , то МЦС перейдет на противоположную сторону автомобиля, сила  изменит направление на противоположное, что может вызвать скольжение задних колес в обратную сторону. Поэтому сразу после прекращения заноса колеса следует возвратить в нейтральное положение.

Занос заднего моста может возникнуть при движении автомобиля на повороте. Предположим, что автомобиль движется с постоянной скоростью на вираже с постоянным радиусом кривизны траектории. Тогда в горизонтальной плоскости на автомобиль будет действовать: центробежная сила инерции , суммарные ,  и продольные ,  реакции дороги на колеса. Пока выполняется неравенство:

движение автомобиля устойчивое. Но коэффициент сцепления - величина переменная и в зависимости от погодных условий может изменяться в широких пределом, в том числе на коротких участках пути. Если в процессе движения произойдет снижение ц и нарушится условие, то возникнет боковое скольжение колес и начнется занос заднего моста. Исходный вектор скорости заднего моста  будет поворачиваться, принимая положение *. Центр поворота автомобиля при этом перемещается из точки О в точку О*, а радиус кривизны траектории  уменьшается.

возрастает сила инерции  * > . Так как этот процесс происходит непрерывно, то явление заноса прогрессирует.

Для прекращения начавшегося заноса необходимо плавно поворачивать колеса в сторону заноса, как показано на рис. 6. С поворотам управляемых колес изменяется направление вектора скорости переднего моста *, что приводит к увеличению радиуса кривизны траектории , силы инерции  ** уменьшается  ** < * и явление заноса постепенно ликвидируется. МЦС при этом постепенно перемещается из точки О* в исходную точку О и траектория движения центра масс автомобиля восстанавливается.

Продольная реакция  зависит от режима работы колеса. Для ее снижения на тормозном режиме необходимо прекратить торможение, тогда значение  будет определяться лишь сопротивлением качению. На тяговом режиме у заднеприводного автомобиля необходимо уменьшить подачу топлива в двигатель, что приводит к снижению М_К.В., и следовательно .

Для снижения вероятности заноса на влажной и скользкой дороге необходимо до начала поворота заблаговременно уменьшить скорость. При прохождении поворота нельзя осуществлять торможение рабочими тормозами. Двигатель рекомендуется не отсоединять от трансмиссию В случае необходимости дальнейшего снижения скорости торможение нужно осуществлять двигателем или тормозом-замедлителем. Такой способ торможения исключает блокировку колес и обеспечивает равенство продольных реакций на левом и правом колесах. В результате уменьшается вероятность заноса. Положение педали акселератора и угол поворота рулевого колеса необходимо изменять плавно, что исключит недопустимые резкие изменения реакций  и

Рис. 6 Схема заноса заднего моста при движении на повороте

4. Конструкция автомобиля

Коробка передач. Синхронизаторы, их назначение.

Назначение коробки передач - изменять силу тяги, и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с уменьшением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъемах, по плохим дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Для этой цели служит коробка передач, в которую входит также передача, позволяющая двигаться автомобилю задним ходом. Кроме того, КПП обеспечивает разъединение двигателя с трансмиссией. Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.

Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. На автомобилях применяют простые ступенчатые коробки, автоматические и бесступенчатые с плавным изменением передаточного числа.

Коробка передач автомобилей семейства КамАЗ

- ведущий вал делителя;

- зубчатое колесо ведущего вала делителя;

- ведущий вал;

- синхронизатор делителя;

- синхронизатор четвертой и пятой передач;

- зубчатое колесо четвертой передачи ведомого вала;

- зубчатое колесо третьей передачи ведомого вала;

- синхронизатор второй и третьей передач;

- зубчатое колесо второй передачи ведомого вала;

- зубчатое колесо передачи заднего хода ведомого вала;

- блок зубчатых колес передачи заднего хода;

- муфта включения передачи заднего хода и первой передачи;

- зубчатое колесо первой передачи ведомого вала;

- ведомый вал;

- зубчатый венец первой передачи промежуточного вала;

и 20 - картер коробки;

- зубчатый венец промежуточного вала для включения передачи заднего хода;

- зубчатый венец второй передачи;

- зубчатое колесо третьей передачи промежуточного вала;

- промежуточный вал;

- зубчатое колесо привода промежуточного вала коробки;

- зубчатое колесо привода промежуточного вала делителя;

- картер делителя;

- промежуточный вал делителя.

Схема синхронизатора с блокирующим зубчатым кольцом. Назначение и описание работы.

Переключение передач сопровождается ударами между зубьями зубчатых колес, что приводит к их изнашиванию. Для уменьшения износа зубчатых колес и шума, возникающих вследствие удара зубьев при включении передач, служат синхронизаторы, которые выравнивают угловые скорости включаемых зубчатых колес.

Синхронизаторами обычно снабжают зубчатые колеса передач, переключаемых наиболее часто. Зубчатые колеса передач заднего хода у всех автомобилей, как правило, не имеют синхронизаторов, так как этими передачами пользуются сравнительно редко.

На автомобилях ГАЗ-3307 синхронизаторы имеют третья и четвертая передачи. У легковых автомобилей синхронизаторами снабжают все передачи переднего хода.

Синхронизатор коробки передач ГАЗ-3307. На шлицах ведомого вала неподвижно закреплена ступица 8 синхронизатора. На поверхности ступицы 8 нарезаны зубья и сделаны три продольных паза 9, в которые установлены сухари 7, имеющие в средней части наружные выступы. На зубья ступицы надета муфта 3, перемещающаяся по ступице в продольном направлении. Сухари наружными выступами входят в кольцевую выточку на внутренней стороне муфты. К внутренней поверхности муфты сухари прижаты двумя пружинами 5.

С обеих сторон ступицы установлены латунные корпусные блокирующие кольца 2, торцы которых имеют по три прямоугольных паза под сухари. На внутренней конической поверхности блокирующих колец нарезана резьба с мелким шагом для увеличения трения между конусами блокирующих колец и наружной конической поверхностью зубчатых колес 1 и 6. На наружных поверхностях блокирующих колец и на ступицах зубчатых колес 1 и 6 нарезаны зубья. Торцы зубьев зубчатых колес и блокирующих колец имеют скосы, что облегчает введение их в зацепление. При нейтральном положении синхронизатора его зубчатая муфта и блокирующие кольца не работают. При включении передачи муфта 3 перемещается вилкой 4 и через выступы передвигает сухари, которые прижимают одно из блокирующих колец к конусу зубчатого колеса 1, если включается четвертая (прямая) передача, или к конусу зубчатого колеса 6, если включается третья передача. Вследствие наличия трения между коническими поверхностями зубчатое колесо увлекает во вращательное движение блокирующее кольцо 2 и повертывает его относительно муфты 3 на некоторый угол, так как между сухарем 7 и пазом в торце блокирующего кольца 2 есть зазор. Торцовые скосы зубьев кольца 2 не позволяют зубьям и муфте 3 войти в зацепление с зубчатым венцом на ступице зубчатого колеса и прижимают блокирующее кольцо к конусу колеса. В результате этого выравнивается частота вращения блокирующего кольца и включаемого зубчатого колеса. Когда эти частоты вращения становятся одинаковыми, зубья муфты синхронизатора вначале входят в зацепление с зубьями блокирующего кольца, а затем и с зубчатым венцом на ступице зубчатого колеса.

Список литературы

автомобиль тормозной движение динамичность

1. Тарасик В.Н. Теория движения автомобиля: Учебник для вузов. - БХВ-Петербург, 2006

. Теория автомобиля и автомобильного двигателя. М.Д. Артамонов, В.А. Иларионов. Учебник для техникумов. М.,» Машиностроение», 1968

. Михайловский Е.В. Устройство автомобиля: Учебник для учащихся автотранспортных техникумов. М.: Машиностроение, 1985