Результат интеллектуальной деятельности: ДИСКОВЫЙ ТОРМОЗ С ФУНКЦИЕЙ ДИНАМИЧЕСКОГО ГАСИТЕЛЯ КОЛЕБАНИЙ

Настоящее изобретение относится к дисковым тормозам, в частности к тормозным механизмам, обладающим, в выключенном состоянии, функцией динамического гасителя колебаний.

Известен дисковый тормоз (патент на изобретение РФ №2363869, F16D 65/092, 10.08.2009), который состоит из тормозного суппорта и механизма включения тормоза. Механизм включения тормоза заключен в тормозной суппорт и содержит усиливающий механизм для передачи тормозного усилия в толкатель.

Поскольку в данной конструкции суппорт жестко закреплен относительно стойки подвески, то при такой установке он не может гасить колебания колес, что вызывает необходимость повышения мощности амортизаторов, которое увеличивает высокочастотные ускорения кузова.

Известен дисковый тормоз, в частности, для грузового автомобиля (патент на изобретение РФ №2448288, F16D 55/227, 20.04.2012), в котором суппорт выполнен с возможностью аксиального смещения относительно тормозного диска и закреплен на щите тормозного механизма посредством двух крепежных элементов.

Поскольку в данной конструкции суппорт может совершать только аксиальные перемещения относительно тормозного диска, то при такой установке он не может гасить колебания колес, что также увеличивает высокочастотные ускорения кузова.

Наиболее близким из известных технических решений является способ установки суппорта тормоза (патент РФ №2310109, F16D 55/36, 10.11.2007), заключающийся в том, что дисковый тормоз, имеющий суппорт, содержащий тормозные колодки и охватывающий один или более тормозных дисков при этом, по меньшей мере, один тормозной диск установлен с возможностью скольжения на ступице или части, соединенной со ступицей, посредством шлицов или зубьев, причем ступица надета на ось колеса, а тормозные колодки являются частями узлов тормозных колодок и установлены на каждой стороне одного или более тормозных дисков, при этом максимальный угол между осями вращения оси колеса и тормозного диска ограничен зазором между тормозным диском и примыкающими тормозными колодками в состоянии выключения дискового тормоза.

Недостатком данного способа является ограниченность функциональных возможностей тормозного механизма, как, например, восприимчивость вибраций, передающихся от колеса со стороны дороги, при движении автомобиля.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей тормозного механизма за счет возможности выполнения его элементами функции динамического гасителя колебаний, что позволяет снизить воздействие высокочастотных колебаний на места крепления тормозного механизма (ступицу, поворотный кулак), при движении автомобиля.

Указанный технический результат достигается тем, что дисковый тормоз, имеющий суппорт, содержащий тормозные колодки и охватывающий один или более тормозных дисков, а тормозные колодки являются частями узлов тормозных колодок и установлены на каждой стороне одного или более тормозных дисков, с зазором между тормозным диском и примыкающими тормозными колодками в состоянии выключения дискового тормоза, при этом суппорт установлен с возможностью колебаний в плоскости диска по вертикали, между суппортом и стойкой колеса установлены упругий и демпфирующий элементы, обеспечивающие между ними упругодемпфирующую связь.

Упругий и демпфирующий элементы соединены с тормозным приводом, таким образом, что демпфирующий элемент блокируется при повышении в нем давления рабочей среды.

Оптимальная жесткость упругого элемента суппорта определяется по формуле:

,

где m_c - масса суппорта, c_c - жесткость упругого элемента суппорта, ω_с - собственная частота угловых колебаний суппорта, и находится в пределах (0,7-1,0) от собственной частоты вертикальных колебаний колеса, а оптимальный коэффициент вязкого трения демпфирующего элемента суппорта определяется по формуле:

,

где m_к - масса колеса, m_c - масса суппорта, c_c - жесткость упругого элемента суппорта.

На фиг. 1 представлена схема дискового тормоза с функцией динамического гасителя колебаний (продольный разрез). На фиг. 2 представлена общая схема рабочей тормозной системы (тормозной привод и тормозные механизмы колес) автомобиля. На фиг. 3 приведены графики амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) ускорений неподрессоренной массы автомобиля при различных значениях соотношений собственных частот колебаний суппорта и колеса.

Дисковый тормозной механизм (фиг. 1) содержит суппорт 1, посаженный на поворотный кулак 2 колеса автомобиля, в котором закреплены один или два тормозных цилиндра 3 (в зависимости от конструкции), и две тормозные колодки 4. Между тормозными колодками 4 расположен плоский тормозной диск 5, закрепленный на ступице 6 колеса, которая вместе с поворотным кулаком 2 крепится к нижней части стойки 7 подвески автомобиля. Для выполнения функции динамического гасителя колебаний тормозным механизмом суппорт 1 посажен на поворотном кулаке 2 колеса автомобиля с возможностью угловых перемещений. Между суппортом 1 и стойкой 7 колеса параллельно установлены упругий 8 и демпфирующий 9 элементы, образуя упругодемпфирующую связь. Давление в демпфирующем элементе 9 регулируется при помощи подачи давления через шланг 10, связанного с тормозным приводом, путем повышения или понижения в нем рабочей среды. Эффективное гашение колебаний динамическим гасителем обеспечивается за счет оптимальной его настройки под параметры объекта виброзащиты (ступицы 6, поворотного кулака 2 колеса). Оптимальные параметры упругого элемента 8 определяются исходя из соотношений собственной частоты угловых колебаний суппорта 1 (ω_c) и собственной частоты вертикальных колебаний колеса (ω_к), значения этих соотношений находятся в пределах (0,7-1,0), т.е. при таком соотношении частотный диапазон колебаний совпадает с зоной резонанса объекта виброзащиты (ступицы 6, поворотного кулака 2 колеса). Таким образом, суппорт 1 выступает в качестве динамического гасителя колебаний, в случае, если эти соотношения больше или меньше указанных значений, суппорт 1 будет не гасить, а усиливать вибрации, возникающие при движении автомобиля со стороны дорожного профиля, поэтому оптимальная жесткость упругого элемента 8 суппорта 1 определяется по формуле:

,

где m_c - масса суппорта 1, c_c - жесткость упругого элемента 8 суппорта 1. Параметры демпфирующего элемента 9 необходимо подбирать, исходя из необходимости гашения угловых колебаний суппорта 1, с ограничением по амплитуде колебаний, поэтому оптимальный коэффициент вязкого трения демпфирующего элемента 9 суппорта 1 определяется по формуле:

,

где m_к - масса колеса.

При нажатии на педаль тормоза (фиг. 2) увеличивается давление жидкости в тормозном приводе. Суппорт 1 (фиг. 1) преобразовывает гидравлическое давление жидкости, поступающей от тормозного привода, в механическое усилие, действующее через тормозные цилиндры 3 на тормозные колодки 4, которые передают механическое усилие от суппорта 1 на рабочую поверхность тормозного диска 5, закрепленного на ступице 6 колеса. Между тормозным диском 5 и тормозными колодками 4 возникает трение, что замедляет скорость вращения колес, обеспечивая торможение автомобиля. При движении автомобиля после торможения усилием от тормозного привода через шланг 10 происходит разблокировка демпфирующего элемента 9, одним концом закрепленного на стойке 7, другим крепящимся к суппорту 1, что дает суппорту 1 возможность вертикально перемещаться относительно тормозного диска 5. Таким образом, во время движения автомобиля без включения тормозной системы, суппорт 1 выступает в качестве динамического гасителя колебаний колеса автомобиля. Образующиеся при колебаниях суппорта 1 силы воспринимают на себя упругий элемент 8, а демпфирующий элемент 9 гасит колебания суппорта 1, возникающие в результате этих сил. При осуществлении торможения давление в тормозном приводе возрастает, после чего блокируется демпфирующий элемент 9 вместе с упругим элементом 8, что не позволяет осуществлять перемещения суппорта 1 относительно тормозного диска 5 и поворотного кулака 2 колеса и тормозная система работает в штатном режиме. Когда суппорт 1 выступает в качестве динамического гасителя колебаний, соотношения собственных частот колебаний суппорта 1 и колеса находятся в пределах (0,7-1,0) (фиг. 3) (график 1). Если значения этих соотношений больше (график 2) или меньше (график 3) указанного диапазона, то колебания суппорта 1 не гасят колебания колеса, а если суппорт 1 закреплен неподвижно, то колебания колеса со стороны дорожного профиля достаточно велики (график 4), т.е. когда динамический гаситель колебаний отключен.

Предложенная конструкция дискового тормоза с функцией динамического гасителя дает эффективную защиту от колебаний в широком диапазоне частот стабильность динамических характеристик в процессе эксплуатации, что в итоге позволяет существенным образом снизить высокочастотное воздействие на кузов автомобиля со стороны дороги без утяжеления его конструкции.