Proiect Sistem de Franare CCAR2 (AR3) (1)

Cuprins: 1. Introducere…………………………………………………………………………pag. 2 2. Calculul sistemului de franare……………………………………………………..pag. 4 3. Determinarea momentelor de franare necesare la puntile autoturismului…………pag. 7 4. Parametrii capacitatii de franare…………………………………………………...pag.10 5. Calculul franei disc deschis………………………………………………………..pag.14 6. Constructia si calculul franei tambur….…………………………………………...pag.19 7. Coeficientii de eficacitate ai sabotilor……………………………………………..pag.21 8. Momentul de franare ai franei tambur cu saboti interior…………………………..pag.23 9. Autoblocarea sabotilor……………………………………………………………..pag.26 10. Verificarea la uzura a franelor……………………………………………………..pag.26 11. Presiunea specifica ………………………………………………………………...pag.27 12. Lucrul mecanic specific de franare………………………………………………...pag.27 13. Puterea specifica de franare pe garnitura de frictiune……………………………..pag.28 14. Calculul termic al franelor…………………………………………………………pag.30 15. Calculul termic al franei la franare intensive………………………………………pag.31 16. Calculul si constructia mecanismului de actionare a sistemului de franare………..pag.32 17. Sistemele franei de stationare………………………………………………………pag.34 18. Sistemul de franare conventional…………………………………………………..pag.35 19. Caracteristicile ABS-ului…………………………………………………………..pag.41 20. Caracteristicile ESP-ului…………………………………………………………...pag.47 21. Frana Simplex……………………………………………………………………...pag.49 22. Frana Duplex………………………………………………………………………pag.50 23. Frana Servo………………………………………………………………………...pag.52 24. Actionarea sabotilor de frana………………………………………………………pag.54 25. Actionarea sabotilor de frana de stationare sau de siguranta………………………pag.56 26. Frana disc deschisa…………………………………………………………………pag.57 27. Frana disc inchisa…………………………………………………………………..pag.59 28. Actionarea hidraulica a franelor……………………………………………………pag.60 29. Pompa centrala……………………………………………………………………..pag.61 30. Conducte de legatura……………………………………………………………….pag.63 31. Actionarea hidraulica cu servomecanism…………………………………………..pag.64 32. Diagnosticarea sistemului de franare……………………………………………….pag.65 33. Concluzie…………………………………………………………………………..pag.68 34. Bibliografie…………………………………………………………………………pag.70

1

SISTEMUL DE FRANARE Frânarea este procesul prin care se reduce partial sau total viteza de deplasare a automobilului. Capacitatea de franare prezinta o importanta deosebita ce determina direct necesitatea activa a automobilului şi posibilitatea de monitorizare integrala a vitezei şi acceleratiei acestuia in timpul exploatarii. In timpul franarii o parte din energia cinematica acumulata de autovehicol se transforma in energie termica prin frecare, iar o parte se consuma pentru invingerea rezistentelor la rulare si a aerului care se opune miscarii. Eforturile depuse pentru evolutia sistemului de franare in cadrul sigurantei active a automobilului. Astfel s-a micsorat spatiul de franare prin reprezentarea fortelor de franare proportionale cu sarcina statica si dinamica a puntii, s-au inbunatatit stabilitatea mişcarii şi reversabilitatea automobilului in timpul procesului de franare prin introducerea dispozitivelor de antiblocare cu comanda electronica, fiabilitatea şi siguranta in superizare prin marirea de circuite de actionare si proliferarea franelor suplimentare pentru incetinire. 1.1.Rolul sistemelor de franare Sistemul de franare al automobilelor trebuie să realizeze: -reducerea vitezei de deplasare pană la o valoare dorita, inclusiv pana la oprirea lui, cu o acceleratie cât mai mare si fara deviere primejdioasa de la traiectoria de mers; -mentinerea constanta a vitezei a atovehicolului in cazul coborarârii unei pante lungi; -mentinerea autovehicolului in stare de stationare pe teren orizontal sau pe panta; -sa fie capabil de anumite acceleratii impuse, să asigure stabilitatea autovehicolului in timpul franari, fară să fie progresivă, fară şocuri, distributia corectă a efortului de frânare pe punti să nu necesite din partea conducatorului un efort prea mare pentru acţionarea sistemului; - conservarea calitatilor de franare ale autovehicolelor in toate condiţiile de drum intalnite in exploatare; să asigure evacuarea caldurii in timpul fanarii; să aibă fiabilitate ridicată; să prezinte siguranta în functionare în toate conditiile de lucru; reglarea şocurilor să se faca cît mai rar şi comod sau chiar in mod automat; să intre rapid în funcţionare; frânarea să nu fie influentă de denivelarile drumului(datorita deplasarii pe verticala a rotilor) şi blocarea rotilor de directie; să permita imobilizarea autovehicolului în pantă în cazul unei staţionari de lungă durată. Să nu permita uleiului, impurităţilor să intre la suprafaţa de frecare; forţa de frânare să acţioneze în ambele sensuri de miscare al autovehicolului; frânarea să nu se faca decat la iterventia conducatorului autovehicolului; să fie conceput, construit si montat astfel încât să reziste fenomenelor de coroziune si îmbatranire la care este supus autovehicolul; să nu fie posibila actionarea concomitenta a pedalei de frana si apedalei de acceleratie; sa aiba o functionare silentioasa sa aiba constructie simpla si ieftina. Cresterea continua a calitatii dinamice ale automobilelor si a traficului au accentuat importanta sistemului de franare in asigurarea recursivitatii circulatiei. Eficacitatea sistemului de franare asigura punerea in valoare a performantelor de viteza ale automobilului, deoarece de el depinde siguranta circulatiei cu viteze mari. Cu cat sistemul de 2

franare este mai eficace cu atat vitezele medii de deplasare cresc, iar indicii de exploatare ai automobilului au valori mai ridicate. In procesul franarii automobilului are loc o miscare intarziata, datorita in primul rand actiunii fortelor de frecare asupra unor tambure sau discuri solidare cu rotile automobilului. Un sistem de franare trebuie sa aiba urmatoarela calitati: -eficacitate – care ne precizeaza prin deceleraţia obtinuta, fiind limitata de valoarea aderentei dintre pneu si cale si de factorii si biologici, omenesti(receptivitatea la acceleratii foarte mari); -stabilitate – care constitue calitatea automobilului de mentinere a traiectoriei in procesul franarii, depinzand de tipul franelor, natura si starea caii, performantele impuse etc, fiind foarte importanta din punct de vedere a circulatiei rutiere; -fidelitatea – calitatea franei de a obtine acceleratii identice la toate rotile, pt un efort de actionare determinat, in toate conditiile de drum si de incarcatura. Asupra acestei calitati o influenta deosebita o au agentii externi (umiditatea, temperatura), conditiile tehnice de lucru ale franelor si mai ales stabilitatea coeficientului de frecare al garniturilor; -confort – calitatea care contribuie la cresterea securitatii circulatiei rutiere, deoarece un inalt grad de confort (progesivitatea franarii, eforturi reduse la pedala pt o cursa judicios aleasa, absenta zgomotelor si vibratiilor) nu solicita peste masura atentia conducatorului, micsorand deci oboseala acestuia. Stabilitatea automobilului la franare depinde de uniformitatea distributiei fortelor de franare la rotile din stanga si din dreapta, de stabilitatea fortelor momentului de franare in cazul unor variatii posibile ale coeficientului de frecare (de obicei intre 0,28-0,30) si de tendinta franelor spre autoblocare. Daca momentul de franare nu se abate de la valoarea de calcul mai mult de 1015% atunci stabilitatea sistemului de franare poate fi mentinuta usor cu ajutorul volanului. Clasificarea sistemelor de franare se face in primul rind dupa utilizare in : - sistemul principal de franare il intilnim si sub denumirea de frana principala sau de serviciu. Frana principala in mod uzual in exploatare poarta numele de frana de picior datorita modului de actionare. Acest sistem de franare trebuie sa permita reducerea vitezei automobiluilui pana la valoarea dorita, inclusiv pana la oprirea lui, indiferent de viteza si de starea lui de icarcare. Frana principala trebuie sa actionez asupra tuturor rotilor automobiluilui; - sistemul de siguranta de franare, intilnit si sub denumirea de frana de avarii sau frana de urgenta are rolul de a suplima frana principala in cazul defectarii acesteia. Frana de siguranta trebuie sa fie actionata de conducator fara a lua ambele maini de pe volan. Siguranta circulatiei impune existenta la automobil a franei de sigiranta fara de care nu este acceptat in circulatia rutiera; - sistemul stationar de franare sau frana de stationare are rolul de a mentine automobilul imobilizat pe o panta in absenta conducatorului un timp nelimitat. Datorita actionarii manuale a franei de stationare i sa dat denumirea de frana de mana. In limbajul curent 3

-

frana de stotinare este intilnita si sub denumirea de frana de parcare sau ajutor. Frana de stationare trebuie sa aiba o comanda proprie, independenta de cea a franei principale. In foarte multe cazuri frana de stationare preia si rolul franei de siguranta; sistemul auxiliar de franare este o frana suplimentara avand acelasi rol ca si frana principala, utilizindu-se in caz de necesitate cad efectul ei se adauga franei de siguranta; sistemul suplimentar de franare sau dispozitivul de incetinire are rolul de a mentine constant viteza automobilului, la coborirea unor pante lungi fara utilizarea indelungata a franei. Acest sistem de franare se utilizeaza in cazul automobilelor cu mase mari sau destinate special sa fie utilizate in regiuni muntoase sau cu relief accidentat. Sistemul suplimentar de franare contribuie la micsorarea uzurii franei principale si la sporirea securitatii circulatiei.

Alcatuirea sistemului de franare Sistemul de franare este compus din: - mecanismul de franare propriu-zis; - mecanismul de actionare a franei. Dupa locul unde este aplicat momentul de franare (de punere a franei propriu-zise) se deosebesc : - frane cu roti; - frane cu transmisii. In primul caz mecanismul de franare propriu-zis actioneaza direct asupra butucului rotii (prin intermediul piesei care se roteste cu el ), iar in al doielea caz actioneaza asupra unui arbore a transmisiei automobilului. Dupa forma piesei care se roteste mecanismele de franare propriu-zise se impart in : - frana cu tambur; - frana cu disc; - frana combinata. Dupa forma pieselor care produc franarea se deosebesc: - franare cu saboti; - franare cu banda; - franare cu discuri; - franare combinata (cu saboti si benzi, cu saboti si cu discuri). Piesele care produc franarea pot fi depuse in interiorul sau exteriorul pieselor rotoare. In prezenta in care constructia de automobile care mai utilizeaza tipuri de sisteme de franare propriu zise sunt: - frana cu tambur cu doi saboti interiori (mai ales ca frana de serviciu si uneori ca frana de stationare pe transmisii);

4

-

frana cu disc de tip deschis (folosita preponderenta ca frana de serviciu la autoturisme si uneori ca frana de stationare pe transmisie); - frana cu tamburul si scanda exterioara (utilizeaza exclusiv frana de stationare pe transmisie). Dupa tipul mecanismului de actionare sistemele de franare se inpart in: - cu actionare directa la care forta de franare se datoreaza exclusiv efortului conducatorului; - cu servoactionarea la care pentru franare se foloseste energia unui agent exterior, iar conducatorul regleaza doar intensitatea franei; - cu actionarea mixta la care forta de franare se datoreste atat conducatorului cat si forta unui servomecanism. Actionarea directa utilizata la autoturisme si la autocamioane cu sarcina utila mica, poate fi mecanica sau hidraulica. Actionarea hidraulica este foarte raspandita in prezent. Actionarea mixta cea mai raspandita este actionarea hidraulica cu servomecanism neautomatic. Aceasta actionare se intalneste la autoturismele de clasa superioara precum si la autobuzele si autocar de capacitate mijlocie. Servoactionarea poate fi: pneumatica (cu presiune sau depresiune), electrica electropneumatica etc. Se utilizeaza la autocamioanele cu sarcina utila mare si la autobuze. Dupa numarul de circuite prin care efortul executat de sursa de energie se transmite catre franele propriu-zise se deosebeste: - frane cu un singur circuit - frane cu mai multe circuite. In cazul solutiei cu mai multe circuite franele (s-au elementele lor) se grupeaza in diferite modurii. In mod frecvent se leaga de la un circuit franele unei punti (sau grupuri de punti) existand insa si scheme in care la un circuit sunt legate franele aflate pe aceasi punte a autovehicolului sau in pozitii diafragme opuse. Sistemele de franare cu circuite multiple sporesc sensibilitatea, fiabilitatea acestora in securitatea circulatiei, fapt pentru care in unele tari este prevazut obligativitatea circuitelor la anumite tipuri de automobile.

CALCULUL SISTEMULUI DE FRANARE Alegerea tipului constructiv şi a schemei de organizare

Sistemul de frânare este sistemul de bază în ceea ce priveşte siguranţa traficului rutier, de aceea eforturile din ultima perioadă s-au concentrat asupra lui. În ansamblul unui autovehicul rolul sistemului de frânare este de: -reducere a vitezei autovehiculului până la o valoare dorită , sau chiar oprirea lui. -imobilizare a autovehiculului în staţionare , pe un drum orizontal, precum şi pante. 5

-menţinerea vitezei constantă în cazul coborârii unor pante lungi; Dintre calităţile sistemului de frânare enumerăm : -eficacitatea; -stabilitatea; -fidelitatea; -confort etc. Eficacitatea sistemului de frânare asigură punerea în valoare a performanţelor de viteză ale automobilului, deoarece de el depinde siguranţa circulaţiei la viteze mari. Stabilitatea care constituie calitatea automobilului de menţinere a traiectoriei în procesul frânării, depinde de tipul frânelor, natura şi starea căii de rulare, performanţele impuse. Fidelitateaeste calitatea frânelor de a obţine deceleraţii identice la toate roţile, pentru un efort de acţionare determinat. Confortuleste calitatea care contribuie la creşterea securităţii circulaţiei rutiere (progresivitatea fânării, eforturi reduse la pedală, absenţa zgomotelor şi vibraţiilor). Evoluţia sistemului de frânare a dus în ultimii ani la studiul rolului pe care acesta îl are în cadrul siguranţei active a autoturismului. În acest sens s-a redus spaţiul de frânare prin repartizarea forţelor de frânare proporţional cu sarcina statică şi dinamică pe punţi s-au îmbunătăţit stabilitatea mişcării şi manevrarea autoturismului în timpul procesului de frânare prin introducerea dispozitivelor de antiblocare cu comandă electronică, au fost sporite fiabilitatea şi siguranţa în funcţionare datorită creării unor materiale cu calităţi funcţionale superioare prin mărirea numărului de circuite de acţionare şi proliferării frânelor suplimentare pentru încetinire. Pentru calculul sistemelor de frânare s-au stabilit parametri şi norme atât la nivel naţional cât şi internaţional. Conform legii circulaţiei pe drumurile publice, autoturismele trebuiesc echipate cu două sisteme de frânare independente: -sistemul de frânare de serviciu, care trebuie să acţioneze pe toate roţile; -sistemul de frânare de staţionare, care trebuie să asigure frânarea sigură a automobilului staţionat pe panta maximă.

6

Fig.1. Schema de organizare a sistemelor de frânare Notaţiile din fig sunt următoarele: 1 : pedală 6 : frâne spate 2 : pompă 7 : manetă 3 : conducte 8 : cabluri 4 : frâne faţă 9 : dispozitiv de fixare cu clichet 5 : dispozitiv de corectare a forţei de frânare Diagrama franarii automobilului. Timpul t1este timpul de reacţie al conducătorului din momentul sesizării necesităţii de frînare şi pînă la începerea cursei utile a pedalei. în decursul timpului t1 se produce perceperea semnalului exterior de către conducător şi efectuarea operaţiilor: mutarea piciorului pe pedala de frînă şi înlăturarea jocurilor din sistemul de comandă a frînei. Acest timp este cuprins între t1=0,4 . . .1 ,5 s şi depinde de factorii fiziologici şi de îndemînarea conducătorului. în cazul în care conducătorii au fost preveniţi asupra scopului încercărilor timpul t1=0,4 . . . 0,6 s. Timpul t2este timpul din momentul începerii cursei active a pedalei de frînă pînă la începerea acţiunii de frînare (timpul de întîrziere al mecanismului de acţionare a frînei). Timpul t2 depinde de tipul mecanismului de acţionare a frînei şi se datorează jocurilor din articulaţii şi deformaţiilor elastice ale pîrghiilor şi tijelor în cazul acţionării mecanice, şi rezistenţelor la scurgere ale fluidului în conducte şi deformaţiilor elastice ale conductelor, în cazul frînelor cu acţionare hidraulică sau pneumatică. în cazul acţionării hidraulice t2=0,02 . . . 0,05 s iar în cazul acţionării pneumatice f2=0,20 . . . 0,50 s. Timpul t3este timpul din momentul începerii acţiunii forţei de frînare pînă la atingerea valorii sale constante. La frînele cu acţionare hidraulică t3=0,1 ... 0,2 s iar la cele cu acţionare pneumatică t3=0,5 ... 1,0 s. în cazul autotrenurilor cu acţionare pneumatică, din cauza lungimii mari a conductelor, timpul t3 poate atinge 1,5 s. în unele lucrări de specialitate suma t'=t2+t3 se întîlneşte sub denumirea de timpul de declanşare a sistemului de frînare (timpul din momentul începerii cursei active a pedalei de frînă pînă la atingerea valorii constante a forţei de frînare). Timpul t4 este timpul de frînare propriu-zisă, avînd loc o frînare intensivă în care forţa de frînare Ff se menţine la o valoare constantă corespunzătoare forţei dezvoltate asupra 7

pedalei de frînă. în cazul în care forţa de frînare are valoarea maximă se obţine spaţiul de frînare minim. Timpul t5este timpul de la slăbirea pedalei de frînă şi pînă la anularea forţei de frînare. Acest timp este cuprins intre 0,2 . . . 0,3 s Fig.2 Diagrama reala a la frînele cu actionare hidraulica si 1,5..2,0 s la procesului de franare al franelepneumatic (limita superioarapentru automobilului autotrenuri).Se mentioneaza ca acest timp nu influenteaza spatiul de franare. Sistemul principal de frânare Date initiale: Tip auto: DACIA Pmax=40 [kW]; Mmax=88[Nm]; np=5250[rpm]; nm=3000[rpm]; A=2441 [mm]; Pf=1312 [mm]; Ps=1312 [mm]; L=4340 [mm]; B=1636 [mm]; H=1430 [mm]; Ma=1360 [kg]; vmax=135 [km/h]; φ=(0,7...0,8), adopt 0,75; α=18[ ];

Anvelopa: 155/80 R13 S B=155 [mm]; H/B=0.8 [-]; H=124 [mm]; rr=269 [mm]; λ=(0,93...0,935),adopt 0.932 φjanta=13

Determinarea momentelor de frânare necesare la punţile autoturismului Sistemul principal de frânare sau frâna de serviciu este sistemul care acţionează pe toate roţile autoturismului. Reacţiunile dinamice Z1,Z2sunt obţinute la calculul dinamic şi au valorile următoare: Ff=Ma·φ·g=10006,2 [N]; G1  G a

b  F f hg L

 8053 .331[ N ]

8

G2  Ga

a  F f hg L

 5288 .269 [ N ]

unde: -a=0,55 m : coordonatele centrului de masă al autoturismului -b=0,45 m funcţie de ampatament; 2 -g=9,81 m/s : acceleraţia gravitaţională; -hg=0,5 m : înălţimea centrului de greutate al autoturismului. Impunem deceleraţia maximă afmax=6.867. Ff1=G1·φ=6039,998 [N]; Ff2=G2·φ=3966,202 [N]; Ff1/Ff2=1.522867 [-];

Momentul de franare total al automobilului: Mf=Mf1+Mf2=φ·Ga·rr; Momentele de frânare ale puntilor se calculează cu relaţiile:

M f 1  F f 1  rr  0,5  6039 ,998  0,305  1624 ,759 Nm (PF )

M f 2  F f 2  rr  0,5  3966 ,202  0,305  1066 ,908 Nm (PS) -unde: -φ=0,5 -rr=0,305 m; Ff(stationare)=Ma·g·φ·cos α=9516.462[N];

9

Din analiza figurii rezultă că nu se poate asigura în toate cazurile spaţiul minim de frînare,iar abatereamaximă a spaţiului de frînaredelavaloareaminimă se întîlneşte laautocamioane.Aceasta este una din cauzelecare explicădece spaţiul de frînare al autocamioanelor este întotdeauna mai mare decît al autoturismelor. Momentele de frânare repartizate pe roţi se calculează cu relaţiile M f 1 1624 ,759 M fRF    812 ,3797 Nm -pentru roţile faţă: 2 2 M f 2 1066 ,908   533 .4542 Nm -pentru roţile spate: M fRS  2 2

Fig.3.Determinarea reacţiunilor şi a momentelor de frânare

10

Aleg spre proiectare pentru roţile punţii faţă, frână cu disc de tip deschis şi pentru puntea spate, frâne cu tambur. Răspândirea largă a frânelor cu discuri în construcţia de autoturisme este relativ recentă .Această întârziere se datorează valorii mici pe care o are caracteristica ``C``(raportul de transmitere interior al frânei) în raport cu a frânelor cu saboţi. În schimb frânele cu discuri se bucură şi de avantaje nete în ceea ce priveşte sensibilitatea la variaţia coeficientului de frecare , greutatea fiind mică, iar întreţinerea uşoară. Referitor la sistemul de acţionare se specifică că în toate cazurile, frânele punţii din faţă, respectiv spate se acţionează cu circuite separate. Sistemul de transmisie este hidraulic, iar sistemul de acţionare de tip mecanic cu pedală de frână. Se preferă montarea discului pe circumferinţa exterioară a butucului roţii datorită posibilităţii de deformare a discului datorat fluxului termic ce este redus şi datorită discului de frână ce acţionează ca un ventilator şi creează un curent de aer ce favorizează răcirea rapidă a discului . La frânele cu disc pentru a realiza acelaşi moment de frânare ca o frână cu tamburi presiunea în conducte va trebui să fie de două ori mai mare, diametrele cilindrilor de acţionare trebuie să fie de 2-2.5 ori mai mare decât valorile corespunzătoare frânei cu tambur. În general discul de frână nu este protejat, fiind expus prafului ,noroiului şi apei ceea ce constituie unul din dezavantajele principale ale acestui tip de frână şi de aceea trebuie ca pistonaşele cilindrilor de lucru să aibă o greutate minimă .La acest tip de frână piesele ce se rotesc au greutate minimă şi condiţiile de răcire sunt optime, fixarea garniturilor de frecare pe bacuri se face prin lipire .

Parametrii Capacitatii de franare. Calităţile de frînare ale automobilului se apreciază cu unul din parametrii: — spaţiul de frînare Sf; — deceleraţia maximă af max, corespunzătoare timpului f4; — deceleraţia medie af med, corespunzătoare timpilor t2+t3+t4 11

în continuare se vor determina expresiile parametrilor de apreciere a calităţilor de frînare considerînd că reducerea vitezei automobilului se realizează numai datorită acţiunii forţei de frînare (se neglijează rezistenţele la înaintare). t1=0,9[s]; t2=0,035[s]; t3=0,16[s]; Suprafata uscata φ=0,7; Suprata umeda φ=0,4; Suprafata alunecoasa φ=0,2; Spaţiul de frînare Sfse compune din patru componente care corespund celor patru porţiuni ale diagramei frînării şi anume: Sf = Sf1 + Sf2 + Sf3 + Sf4. Spaţiul de frînare Sf1, corespunzător timpului t1 şi spaţiul de frînare Sf2, corespunzător timpului t2 (în m) se determină cu relaţiile: Sf1=

;

Sf2=

;

în care vai este viteza iniţială a automobilului în km/h şi timpii t1 şi t2 în s. Spaţiul de frînare Sf3 , corespunzător timpului t3, se determină prin integrarea ecuaţiei de mişcare a automobilului în ipoteza că deceleraţia variază linear de la 0 la af max. Din figura 3 rezultă legea de variaţie a deceleraţiei în timpul t3: af= afmax ·· Spaţiul de frînare Sf3va fi dat de relaţia: Sf3=

𝑓max·

;

In timpul parcurgerii spaţiului Sfa viteza automobilului vai se reduce puţin, aşa încît, după trecerea timpului t3, viteza acestuia va1 la începutul frînării intensive este dată de relaţia: vₐᵢ = vₐᵢ-

𝑓max·

;

12

Fig.3 Diagrama teoretică a procesului frînării automobilului.

Spaţiul de frînare Sf4, corespunzător timpului f4la deceleraţie constantă şi egală cu afmax, este dat de relaţia:

Sf4=

;

in care γf este forta specifica de franare(

=

).

Dacă se ţine seama că la un automobil cu frînare integrală γfmaz=φ, spaţiul minim de frînare, corespunzător timpului t4, este dat de relaţia: Sf4min=

;

unde φ este coeficientul de aderenta. Spaţiul de frînare pînă la oprirea automobilului se calculează cu relaţia: Sfmin=

)+

-

;

Deceleraţia maximă af max corespunzătoare timpului f4, în cazul unui automobil în panta p, frînat pe toate roţile, se determină cu relaţia: af max=(φ·cos α±p)·g; sau pe un drum orizontal af max=γ·g; Deceleraţia medie afmed, corespunzătoare spaţiului de frînare S΄f(S΄f= Sf2 + Sf3 + Sf4) ce depinde de parametrii automobilului şi calitatea drumului, este dată de relaţia: af med =

S

f

;

Frânarea cu motorul nedecuplat este mai eficace decât cea cu motorul decuplat. De aici rezultă că totdeauna este raţional să se frâneze cu motorul nedecuplat, ci de la caz la caz, de la o anumită viteză. În practica conducerii autoturismelor este indicat să se folosească întotdeauna frânarea cu motorul nedecuplat deoarece inerţia volantului şi a celorlalte piese acţionează ca un regulator al forţei de frânare dezvoltate la roţi şi menţine stabilitatea autoturismului în procesul frânării. 13

Sf 1[ m] 0

7. 1 5

Sf2[ m] 0

Sf3[ m] 0

Sf4[ m] 0

Sfm in[m ] 0

t af[ afma 1 m/ x[m/ [s s3] s2] ] 0 0 0

0.29 1.28 4.39 13.4 166 938 812 791 0.5 67 45 21 7 49

0.48 2.17 12.9 28.0 12 611 827 165 809 0.5 2 .5 11 34 22 1 49 3.95 43.3 70.7 22 0.87 605 955 265 0.5 3 .5 5 12 37 9 49 0.0 0 0 0 0 0 00

7. 4 5

0.29 1.30 8.16 17.2 166 821 935 692 0.3 67 97 66 4 14

0.48 2.19 23.4 38.5 12 611 710 088 920 0.3 5 .5 11 86 64 8 14 3.97 77.4 104. 22 0.87 488 117 761 0.3 6 .5 5 64 56 64 14 0.0 0 0 0 0 0 00 0.29 1.32 16.9 26.0 7. 166 077 845 969 0.1 7 5 67 65 51 9 57 12 0.48 2.20 47.9 63.1 0.1 8 .5 611 966 066 024 57

6.86 7

0 . 9

6.86 7

0 . 9

6.86 7

0 . 9

0

0

3.92 4

0 . 9

3.92 4

0 . 9

3.92 4

0 . 9

0

0

1.96 2 1.96 2

0 . 9 0 .

14

t2 [s ] 0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

t 3 [s ] 0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5 0. 0

0 0 . 1 6 0 .

Va1 Va1 Vai[ [m/s [km/ km/ ] h] h] φ 0 0 0 0

p 0

Α 0

7.78 28.0 397 223 33 04

30

0 . 7

0

0

50

0 . 7

0

0

90

0 . 7

0

0

0

0

0

0

30

0 . 4

0

0

50

0 . 4

0

0

90

0 . 4

0

0

0

0

0

0

30

0 . 2 0 .

0

0

0

0

13.3 48.0 395 223 29 04 24.4 88.0 506 223 4 04 0

0

8.01 28.8 941 698 33 88 13.5 48.8 749 698 69 88 24.6 88.8 860 698 8 88 0

0

8.17 29.4 637 349 33 44 13.7 49.4 319 349

50

11

54

43

2

3.98 156. 184. 22 0.87 744 798 161 0.1 9 .5 5 32 58 02 57 0.0 0 0 0 0 0 00

9

1.96 2

0 . 9

0

0

0.29 1.27 4.15 13.2 9.61 166 181 339 168 0.7 2807 67 14 37 7 69 5

0 . 9

0.48 2.16 12.4 27.6 9.61 1 12 611 070 946 414 0.7 2807 1 .5 11 03 27 4 69 5

0 . 9

3.93 42.6 69.9 9.61 1 22 0.87 847 193 327 0.7 2807 2 .5 5 8 09 9 69 5 0.0 0 0 0 0 0 00 0

0 . 9

0.29 1.28 7.70 16.7 6.81 166 972 512 865 0.5 3848 67 47 5 2 45 2

0 . 9

0.48 2.17 22.6 37.7 6.81 1 12 611 861 183 830 0.5 3848 4 .5 11 36 26 5 45 2

0 . 9

3.95 75.9 103. 6.81 1 22 0.87 639 686 300 0.5 3848 5 .5 5 14 06 00 45 2 0.0 0 0 0 0 0 00 0

0 . 9

0.29 1.30 16.0 25.0 4.94 166 166 066 999 0.3 7875 67 69 51 9 96 3

0 . 9

1 7. 0 5

1 7. 3 5

1 7. 6 5

15

0

0

3 5 0. 0 3 5

1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5

0 0 . 1 6

29

44

24.8 89.4 430 349 4 44 0

0

7.56 27.2 430 315 87 11 13.1 47.2 198 315 64 11 24.2 87.2 309 315 75 11 0

0

7.78 28.0 822 376 55 12 13.3 48.0 437 376 81 12 24.4 88.0 548 376 92 12 0

0

7.93 28.5 750 750 33 12

2

90

0 . 2

0

0

0

0

0

0

30

0 0.31 . 415 1 7 93 8

50

0 0.31 . 415 1 7 93 8

90

0 0.31 . 415 1 7 93 8

0

0

30

0 0.31 . 415 1 4 93 8

50

0 0.31 . 415 1 4 93 8

90

0 0.31 . 415 1 4 93 8

0

0

30

0 0.31 . 415 1 2 93 8

0

0

0

0

0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 . 1 6 0 . 1 6

0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6 0 0 . 1 6 0 . 1 6 0 . 1 6 0 0 .

0.48 2.19 46.2 61.4 4.94 1 12 611 055 544 311 0.3 7875 7 .5 11 58 46 1 96 3

0 . 9

3.96 153. 181. 4.94 1 22 0.87 833 797 141 0.3 7875 8 .5 5 36 79 12 96 3 0.0 0 0 0 0 0 00 0

0 . 9

0.29 1.31 4.71 13.8 3.44 166 125 254 154 0.2 9002 67 97 89 8 76 7

0 . 9

0.48 2.20 13.4 28.6 3.44 2 12 611 014 514 377 0.2 9002 0 .5 11 86 87 5 76 7

0 . 9

3.97 44.3 71.7 3.44 2 22 0.87 792 715 245 0.2 9002 1 .5 5 64 79 0 76 7 0.0 0 0 0 0 0 00 0

0 . 9

0.29 1.32 8.71 17.8 0.65 166 917 169 325 0.0 0043 67 31 82 4 52 4

0 . 9

0.48 2.21 24.3 39.5 0.65 2 12 611 806 208 250 0.0 0043 3 .5 11 19 83 6 52 4

0 . 9

3.99 79.0 106. 0.65 2 22 0.87 583 631 433 0.0 0043 4 .5 5 97 3 97 52 4 0.0 0 0 0 0 0 00 0 2 7. 0.29 1.34 18.0 27.1 5 5 166 111 572 899 0.0 1.21

0 . 9

0 0. 0 3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

0 0 .

0 0. 0

1 7. 9 5

2 7. 2 5

16

0

0

13.4 48.5 930 750 59 12 24.6 88.5 041 750 7 12 0

0

8.05 29.0 741 066 31 87 13.6 49.0 129 066 69 87 24.7 89.0 240 066 8 87 0

0

8.28 29.8 132 127 99 88 13.8 49.8 368 127 85 88 24.9 89.8 479 127 97 88 0 0 8.43 30.3 060 501

50

0 0.31 . 415 1 2 93 8

90

0 0.31 . 415 1 2 93 8

0

0

30

0 . 7

50

0 . 7

90

0 . 7

0

0

30

0 . 4

50

0 . 4

90

0 . 4

0 30

0 0.31 415 93 0.31 415 93 0.31 415 93

0

0 0.31 415 93 0.31 415 93 0.31 415 93

0

1 8

1 8

1 8

1 8

1 8

1 8

0 0 0 0 1 . 0.31 8

67

53

8

97

5929 5 0.48 2.23 49.6 64.9 1.21 2 12 611 000 969 130 0.0 5929 6 .5 11 42 62 8 97 5 4.00 160. 187. 1.21 2 22 0.87 778 024 407 0.0 5929 7 .5 5 19 24 02 97 5

Pentru panta α=0

Pentru panta α=18

17

9

0 . 9 0 . 9

3 5 0. 0 3 5 0. 0 3 5

1 6 0 . 1 6 0 . 1 6

77

88

13.9 50.3 861 501 63 88 25.0 90.3 972 501 74 88

2

50

0 . 2

90

0 . 2

415 93 0.31 415 93 0.31 415 93

1 8

1 8

Pentru panta α= -18

18

Calculul franelor cu disc. 1)Calculul franei cu disc deschisa.

Fig..4. Schema de calcul a frânei disc

19

a.Momentul de franare. In cazul unei portiuni din sectorul circular distanta ρf este: =

ρf=

;

Raza medie: rm=

;

Momentul de franare dezvoltat de frana disc: (FD)Mf=μ·N·ρf ·nf=812.3797 [Nm]; N-reactiunea normala a discului asupra garniturilor de frictiune; nf –numarul perechilor de suprafete de frecare; μ=0,32; De=250[mm]; Di=155[mm]; Di/De=0,62; re=125[mm]; ri=77.5[mm]; μ᾿=0,076; g=12; dp=42[mm]; α=55[ ]; Presiunea de contact dintre plăcuţa de fricţiune şi disc este

p0 

3M f



    n f  re  ri 3

3



 N   mm2   

-unde: -re-raza exterioară. -ri=kre -raza interioară. -ri=(0.6—0.75)re adopt: re=140 mm ri = 0,65  115  91 mm --unghiul la centru exprimat în radiani. -=45—500 adopt: =500 20

:

50    0.8726 rad . 180 -nf- numărul suprafeţelor de frecare . adopt: nf=2. --coeficient de frecare. adopt: =0.3 -



p0 

3  939 ,22  1000 N N  2,70  p adm  7 3 3 2 0,8726  0,3  2  140  91 mm mm 2





Pentru calculul forţei de apăsare aleg frână disc servo prezentată în figura de mai jos:

Fig.5. Calculul forţei de apăsare

Reacţiunea N se calculează cu relaţia:

N

1 p   (re 2

2

 ri )  2

1  9,102028  0,8726  (1252  77.5 2 )  12310.93 N 2

21

Echilibrul forţelor pentru montajul servo este:

S  N  `   N  0 Se obţine:





S  N 1   `  13333 ,89  1  0,3  0,1  13733 ,9 N

-unde: -  ` -coeficient de frecare dintre plăcuţă şi cilindru. adopt  ` =0.1 şi =0.3.

-

Se adoptă forţa de apăsare S a cilindrului: S=13734 N ρf=103.107 [mm]; N=12310.93 [N]; S=12610.34 [N] p=9.102028 [MPa]; E=0.515374 [-];

b.Coeficientul de eficacitate. E=

=0.515374 [-].

Constructia si calculul franelor cu tambur. 1)Tipuri de saboti utilizati la franele cu tambur. Sabotul primar şi sabotul secundar.în figura 5, a sînt reprezentate forţele care acţionează asupra unei frîne cu doi saboţi simetrici 1 şi 2. Pentru simplificare se înlocuiesc forţele normale elementare, considerate că sînt repartizate uniform pe lungimea garniturii sabotului, prin rezultanta lor Nce acţionează pe axa de simetrie a garniturii. De asemenea forţa de frecare F, datorită forţei normale 2V, se consideră că acţionează tot pe axa de simetrie.

22

Fig.4 Fortele care actioneaza asupra sabotilor in timpul franarii dp=20[mm]; rt=130[mm]; β=120[ ]; μ=0,4[[-]; a=c=102[mm]; e=94[mm]; k0=0.85; x=3.2; Mf(FT)=533.4542 [Nm]; Mf(S1)=Mf(S2)·(x-1)=366.74[Nm]; Sabotul 1va da naştere Ia un moment de frînare Mf1 dat de relaţia: Mf(S2)=Mf(FT)/x=166.7[Nm]; în care μ este coeficientul de frecare dintre garnitura de frecare a sabotului şi tambur. Pentru a deduce valoarea forţei normale N1 se scrie ecuaţia de echilibru a sabotului în raport cu punctul de articulaţie O1. Pentru a ţine seama de lungimea garniturii de frecare a sabotului (unghiul de înfăşurare (β) se introduce coeficientul k0la forţa normală N1. In acest caz ecuaţia de echilibru a sabotului va fi: S(a+c)+F1·e-N1·k0·c=0; de unde: N1=S·( F1=S μ

)=7052.87 [N];

=2821.15 [N];

23

Inlocuind relatia cu forta normala N1 rezulta: Mf1=S·μ· rt·

;

In mod similar rezulta pentru sabotul 2: N2= S·(

)=2785.97 [N];

F2=S μ

=1114.389 [N];

Noţiunea de sabot primar şi secundar este relativă şi depinde de sensul de rotire al tamburului şi de sensul forţei de acţionare S. în cazul sabotului primar cele două sensuri sînt identice, iar la sabotul secundar sensurile sînt opuse. La sabotul primar frecarea cu tamburul are tendinţa de a deschide acest sabot, făcîndu-1 să apese pe tambur mai mult decît apăsarea datorită forţei 5. Sabotul 1 capătă deci un efect de autofrînare mărind astfel efectul de frînare corespunzător forţei S. în cazul unui sabot secundar frecarea cu tamburul are tendinţa de a închide sabotul, reducînd apăsarea acestuia pe tambur datorită forţei S. Datorită apăsării mai mari asupra tamburului, sabotul primar 1 se va uza mai mult decît sabotul secundar 2.Dacă se schimbă sensul de rotaţie al tamburului, fenomenul se petrece invers. Pentru a obţine o oarecare egalare a gradului de uzură a garniturilor de frînă a ambilor saboţi, se pot lua măsurile: — mărirea lungimii garniturii sabotului primar în comparaţie cu sabotul secundar; sau prin executarea saboţilor cu lungimi diferite; — mărirea lăţimii garniturii de frecare a sabotului primar; — utilizarea unei acţionări hidraulice care asigură S2< S1 (pompă receptoare în trepte). 2)Coeficientul de eficacitate al sabotilor. Coeficientul de eficacitate al unui sabot este definit ca raportul dintre forţa tangenţială la periferia garniturii de fricţiune F şi forţa de acţionare a sabotului S: E= ; b=45[mm]; h=2·(a+c)=204; β=120[ ]; α0=12[ ]; α1=β+α0=132[ ]; E1= =1.66 [-] E2= =0.65 [-] 24

Coeficientul de eficacitate caracterizează performanţa unui sabot din punctul de vedere al momentului de frînare realizat, pentru diferite valori ale coeficientului de frecare al garniturii de fricţiune şi a stabilităţii fruncţionării lui în cazul variaţiei coeficientului de frecare. în literatura de specialitate coeficientul de eficacitate se mai întîlneşte şi sub denumirea de raport de transmitere interior al frînei, deoarece arată de cîte ori forţele de frecare realizate pe tambur depăşesc forţele dispozitivului de acţionare. Coeficientul de eficacitate, fiind adimensional, permite compararea unor saboţi acţionaţi cu forţe diferite sau de dimensiuni diferite. Coeficientul de eficacitate depinde de tipul şi parametrii geometrici ai sabotului şi de coeficientul de frecare. =a(cos α0-cos α1)  μ· rt·[ (sin2α0-sin2α1)

(α1- α0)]±μ·α(sin α1-sin α0)  μ· rt [ (sin2α1-

sin 2α0)+ (α1- α0)]. x1=

=67.77

x2=

=241.91

p1=

=0.873

p2=

=0.244

[MPa] [MPa]

Fortatangential la periferia garniturii de frictiune F se determina cu relatia: F1=μ· rt·b·p0(α1- α0)=4280.6; F2=μ· rt·b·p0(α1- α0)=1199.233;

rr

Ep= = rr

)

)

rr

25

=2.111;

rr

Es= = rr

)

)

0.6699;

rr

E= =2.78; 3)Momentul de franare al franei cu tambur si saboti interior. Se consideră pentru început frîna cu saboţi articulaţi (unul primar şi celălalt secundar), acţionaţi cu aceeaşi forţă S (fig.5.a). In studiul sabotului de frînă este comod ca forţele elementare normale dN să se înlocuiască cu forţa rezultantă N ce dă naştere la forţa de frecare F=μN.

Fig.5. Scheme pentru calculul momentului de franare al franei simplex.

26

p1= [MPa] p2= [MPa]; b=45[mm]; rt=130[mm]; α0=12[ ]; α1=β+α0=132[ ]; S=1697.53 [N]; Nx1=-p0·b·rt(cos α1-cos α0)=8417.002 [N]; Ny1=-p0·b·rt(cos α1-cos α0)=2734.85[N]; Rezultanta Neste: )

N1=p0·b·rt√

)=

Momentul de franare al sabotului : Mf1=μ ·N·ρ=μ p0 b rt2 β=556.48[Nm]; Mf2=μ ·N·ρ=μ p0 b rt2 β=155.9 [Nm]; unde: ρ1=

=0.16527 [m];

ρ2=

=0.16526 [m];

Nx2=-p0·b·rt(cos α1-cos α0)=2358.043 [N]; Ny2=-p0·b·rt(cos α1-cos α0)=766.17 [N]; Unghiul δ pe care-l face forta normala cu axa x :

=

=3.077

=

=

27

δ1=72[ δ2=72[

Autoblocarea saboţilor Autoblocarea (calarea) sabotului se produce atunci cînd el este apăsat pe tamburul de frînă numai de forţele de frecare, fără să fie acţionat de la dispozitivul de acţionare. în acest caz arcurile de readucere nu sînt în stare să scoată sabotul din contactul cu tamburul. Momentul de frînare pe care-1 dezvoltă sabotul, teoretic devine infinit. a=102 [mm]; ρ1=0.1652 [m]; ρ2=0.1652 [m]; δ1=72 [ ; δ2=72 [ ; μ=0.4;

=

μ1= μ2=

=

; ;

Frîna servo are o tendinţă mai mare spre autoblocare, faţă de frîna simplex sau duplex, de aceea în prezent nu se mai întrebuinţează la autoturisme

6. Verificarea la uzură a franelor Presiunea specifica pe suprafetele garniturilor de frecare Pentru frana tambur: μ·p0=2,8; Ag=4·(b·β·π·rt/180)=49008.85 [mm2]; p0=0.713; Uzura garniturilor de frecare, respectiv durabilitatea acestora, se apreciază cu ajutorul unor parametri, dintre care cei mai utilizaţi sînt: presiunea specifică, lucrul mecanic specific de frecare, puterea specifică şi încărcarea specifică.

28

Forta de franare : =13988.25 [N];

Ff= ·af· ; af =

;

Valoarea admisibilă pentru p0=20 daN/cm2. La proiectare se recomandă ca să se pornească cu valoarea 15 daN/cm2. La frînele cu disc se admite că presiunea pe disc este uniformă şi se consideră o presiune medie care se calculează cu relaţia:

a) Presiunea specifică p0=

=

·

în cazul frînelor cu tambur presiunea specifică este : p0=

=

Pe suprafaţa garniturilor de frecare, la frânare, la frânele disc se admite că presiunea pe disc este uniformă şi se consideră o presiune medie ce se calculează cu relaţia: Pmed 

2N =2.66 [MPa];  re2  ri 2





-unde: = 0,8726 radiani -re=140 mm -ri=91 mm Presiunea medie, admisibilă este ; Pmed  70

daN cm 2

29

b) Lucrul mecanic specific de frânare Date: va1=30[km/h]; Ag= 67475.52 Va2=135[km/h];

Durabilitatea garniturilor de frecare se apreciază cu ajutorul lucrului mecanic specific de frânare dat de relaţia:

Ls 

Lf A

=0.697 [Nm//mm2]

Ls 

Lf A

 14.1282 [Nm/mm2];

unde: -Lf – lucrul mecanic al forţelor de frânare -A suprafaţa garniturilor de frecare de la toate frânele Lucrul mecanic al forţelor de frânare se determină cu relaţia: Lf 

1 Ga 2 V =47076.92 [Nm/mm2] 26 g

-unde: -V- viteza automobilului la începutul frânării. Se obţine relaţia pentru calculul lucrului mecanic specific de frânare; Lf 

1 Ga 2 1 V 953307.7 [Nm/mm2]; 26 g A

c) Puterea specifică de frânare pe garnitura de frictiune ma=1360 [kg]; vmax=37.5 [m/s]; φ=1430 [-]; afmax=7.3575[m/s2]; Ag(t)=0.049 [m2]; 30

Ag(d)=0.0184 [m2]; Puterea de frânare necesară la frânarea unui autovehicul de masă ma=

G0 de la viteza g

Vmax m/s până la oprire cu deceleraţia af max este dată de relaţia: P

G0 a f m ax  Vn m ax = 510 CP; g

Iar puterea specifică de frânare este : Ps 

G P 1 =0.7562  Vm ax  a  a f m ax  A g A

Verificarea se face pe fiecare punte având în vedere distribuirea forţei de frânare exprimată prin coeficienţi cu relaţiile:

Ps1   1 

Ga a f maxVmax  1.226 gA1

Ps 2   2 

Ga a f maxVmax  0.303 gA2

-unde: -A1,A2 reprezintă suprafeţele garniturilor de fricţiune ale punţii faţă şi respectiv spate: -ν1,ν2 coeficienţii de repartiţie a forţelor de fânare pe punţi.

1 

2 

Ff 1 Ff 1  Ff 2

Ff 2 Ff 2  Ff 2

 0.603

 0.3963

Incarcarea specifica a garniturii de frictiune: qs(t)=

Ga 1 =0.27222[MPa];  g A

31

qsdt)=

Ga 1 =0.7224[MPa];  g A

Limitele uzuale pentru încărcarea specifică a frînelor cu tambur sînt: qs :0.12...0. 25 MPa pentru autoturisme; qs 0.20 . . . 0.35 MPa pentru autocamioane uşoare şi mijlocii; qs 0.4 . . .0. 5MPa pentru autocamioane grele şi foarte grele; qs