Hamulce
Hamulce szczękowo-bębno-
we. W hamulcach takich moment ha-
mowania powstaje wskutek tarcia wewnętrznej powierzchni obracającego się wraz z kołem bębna hamulcowego o umieszczone wewnątrz bębna nie obracające się szczęki. Szczęki są dociskane do bębna rozpieraczem, sterowanym przez kierowcę za pomocą mechanizmu uruchamiającego. Z chwilą gdy kierowca przestaje wywierać nacisk na pedał mechanizmu uruchamiającego, rozpieracz przestaje naciskać na szczęki i sprężyna odciągająca powoduje ściągnięcie szczęk w takie położenie, że przestają one trzeć o bęben. Szczęki hamulcowe mają okładziny cierne, odznaczające się dużym współczynnikiem tarcia oraz znaczną odpornością na ścieranie.
Na rys. 20.1 przedstawiono schemat działania hamulców szczę-kowo-bębnowych oraz rozkład sił działających podczas hamowania. W przypadku przedstawionym na rys. 20.1 a kierowca nie wywiera nacisku na pedał mechanizmu uruchamiającego i sprężyna odciągająca utrzymuje szczęki w pewnej odległości od bębna. Na rys. 20.1 b przedstawiono przypadek hamowania. Siła Fp przyłożona przez kierowcę do pedału sprawia, że rozpieracz oddziałuje na szczęki z siłami FA i FB. Powoduje to dociśnięcie szczęk
do bębna, przy czym siły NA i NB, stanowiące wypadkowe nacisków szczęk na powierzchnię bębna, wywołują sity tarcia TA i TB, których moment przeciwstawia się ruchowi obrotowemu koła.
Moment hamowania jednego koła
MH = (TA + TB) rb = (NA +NB)iL- rb
gdzie:
i u. — współczynnik tarcia okładziny o bęben, r$ — promień powierzchni ciernej bębna.
Naciski NA i NB działające na poszczególne szczęki nie zawsze są równe. Zależy to od sposobu zamocowania szczęk oraz systemu ich rozpierania. Na rys. 20.2 przedstawiono typowy przykład konstrukcji hamulca
niejednakowych naciskach NA i NB obydwu szczęk. Jest to hamulec samochodu ciężarowego z mechanicznym rozpieraczem i szczękami ułożyskowa-nymi na dwóch sworzniach osadzonych nieruchomo w tarczy hamulcowej. Tarcza hamulcowa jest tu elementem przenoszącym moment hamowania ze szczęk na elementy nośne pojazdu. Naciśnięcie pedału hamulca powoduje obrócenie rozpieracza, a co za tym idzie, rozsunięcie górnych końców szczęk
ich obrót wokół sworzni. Szczęka oznaczona na rysunku literą A obraca się przy tym w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotu bębna. Nazywamy ją
szczęką współbieżną. Szczęka oznaczona literą B obraca się w kierunku przeciwnym niż bęben. Tę szczękę nazywamy szczęką przeciwbieżną.
Siły działające na obydwie szczęki są przenoszone przez sworznie na tarczę hamulcową (a dalej na elementy nośne i ramę). Siły tarcia działające na obydwie szczęki możemy rozłożyć na dwie składowe: F" — skierowaną ku osi sworznia oraz F' — prostopadłą do kierunku siły F" (rys. 20.3). Siły F" są równoważone przez reakcje w sworzniach, natomiast siły F' powodują dociskanie szczęki współbieżnej {A) do bębna oraz zmniejszanie nacisku szczęki
przeciwbieżnej (B). Tak więc w opisanym przypadku siły nacisku szczęk na bęben nie są jednakowe.
Na rys. 20.4 przedstawiono trzy przykłady zamocowania szczęk z rozpieraczami hydraulicznymi:
Układ simplex, w którym dwie szczęki — współbieżna i przeciwbieżna — są rozpierane tłoczkami umieszczonymi we wspólnym cylinder-ku. Naciski jednostkowe obu szczęk są niejednakowe.
Układ duplex, w którym obydwie szczęki są rozpierane oddzielnymi rozpieraczami i pracują jako współbieżne. Naciski jednostkowe obydwu szczęk są takie same.
Układ samowzmacniajacy, w którym dolne końce obydwu szczęk są połączone łącznikiem nie związanym z tarczą hamulcową (tzw. szczęki pływające), co sprawia, że mimo iż rozpieracz działa podobnie jak w układzie simplex, podczas hamowania szczęka współbieżna jest pociągana przez obracający się bęben i za pośrednictwem łącznika dociska dodatkowo szczękę przeciwbieżną. Dzięki temu naciski jednostkowe obydwu szczęk są niemal jednakowe, pod względem wartości zbliżone do nacisków jednostkowych
szczęki współbieżnej w układzie simplex.
Ponieważ wskazane jest, aby średnie naciski jednostkowe obu szczęk były takie same (ze względu na równomierne zużywanie się okładzin), w hamulcach o różnych siłach nacisku NA i A7B stosuje się szczęki z okładzinami o jednakowych polach powierzchni współpracy z bębnem.
Średni nacisk jednostkowy na powierzchni szczęk
gdzie:
N — siła nacisku szczęki na bęben,
rb — promień powierzchni ciernej bębna,
3 — kąt przylegania okładziny do bębna, wyrażony w radianach, b — szerokość okładziny.
Warunek równości nacisków jednostkowych na obu szczękach ma więc postać
N,
Ponieważ szerokość b okładzin obu szczęk przyjmuje się taką samą, więc równość nacisków uzyskuje się przez odpowiedni dobór kątów przylegania p
Siły A7 i NB określa się rozpatrując warunki równowagi sił działających na szczęki. Przyjmując oznaczenia przyjęte na rys. 20.5 układamy równania równowagi momen-
tów względem punktów obrotu szczęk.
Dla szczęki współbieżnej (A) FA - (a+c)-NA-c+TA-k = 0
ponieważ TA = y. • NA, więc podstawiając otrzymamy
stąd
Pa' {a+c)-NA{c-v.-k)
_ FA{a -{- c)
iA _ —-
c—[X • k
Dla szczęki przeciwbieżnej (B) PB' (a+c)-NB-c-TB-k = 0
postępując analogicznie jak w przypadku szczęki A wyznaczamy siłę docisku FB-(a + c)
Wzory 20.4 i 20.5 potwierdzają udowodniony już poprzednio graficznie fakt, że większy nacisk na bęben wywiera szczęka współbieżna niż przeciwbieżna.
Zakładając, że siły, jakimi rozpierane są obydwie szczęki są równe FA = FB = F, otrzymamy
NB c — y. - k lub podstawiając tę równość do wzoru
S± . c + ll'k
Pb c—[i-k
Korzystając ze wzoru 20.1 można też określić wartość siły rozpierającej Fi która przyłożona do szczęk wywołałaby żądany moment hamowania MH (sposób określania momentów hamowania poszczególnych osi samochodu omówiono w rozdz. 8)
Wartość siły rozpierającej F jest potrzebna do określenia przełożenia mechanizmu uruchamiającego hamulce.
Podstawowe wymiary geometryczne hamulca, jak: promień bębna hamulcowego, rozstaw sworzni i ich odległość od osi koła, odległość roz-pieraczy od osi koła itp., zależą przede wszystkim od wymiarów tarczy koła oraz od przyjętego sposobu mocowania i rozpierania szczęk.
Ponieważ moment tarcia hamulca jest proporcjonalny do promienia bębna hamulcowego (wzór 20.1) stosuje się możliwie największe wymiary bębnów, pozostawiając między bębnem a obręczą koła jedynie odstęp niezbędny dla umożliwienia przepływu chłodzącego powietrza. Bębny odlewa się najczęściej z żeliwa, dzięki czemu cechuje je duża sztywność i duży współczynnik tarcia. Odlewanym bębnom łatwo jest nadać kształt najkorzystniejszy ze względów wytrzymałościowych i cieplnych. Wadą żeliwnych bębnów jest ich duży ciężar. Dlatego w niektórych samochodach osobowych stosuje się bębny wytłaczane z blachy lub bębny składające się z żeliwnego pierścienia z zalaną w nim tarczą z t'oczonej blachy, stanowiącą ściankę czołową bębna.
Szczęki hamulcowe (rys. 20.6) spawa się z części tłoczonych z blachy lub — w większych samochodach — odlewa się. Konstrukcja szczęk powinna zapewniać dużą sztywność oraz odpowiednie ułożyskowanie na sworzniach, zapewniające długotrwałą pracę bez możliwości skośnego ustawia-
nia się szczęk w stosunku do bębna. Szerokość szczęk określa się na podstawie dopuszczalnych wartości nacisków jednostkowych działających na okładzinę (wzór 20.2). Szerokość szczęk dobiera się tak, żeby naciski jednostkowe p nie przekraczały 1,6 MN/m2 w samochodach osobowych oraz 2,4 MN/m2 w samochodach ciężarowych. Okładziny cierne mocuje się do szczęk za pomocą nitów miedzianych lub mosiężnych. Stosuje się także połączenia klejowe (głównie w hamulcach samochodów osobowych). Okładziny wykonuje się z podobnych materiałów jak okładziny tarcz sprzęgłowych.
W celu skompensowania błędów wykonawczych i montażowych oraz skutków zużywania się okładzin szczęki mocuje się w taki sposób, aby umożliwić regulację ich ustawienia względem bębna. W tym celu stosuje się specjalne krzywki regulacyjne (rys. 20.7), mimośrodowe sworznie, które
w miarę obracania powodują przemieszczanie się szczęki, a w układach samowzmacniających — łączniki szczęk o regulowanej długości. W hamulcach z hydraulicznymi rozpieraczami stosuje się nakrętki regulujące rozstaw szczęk przy rozpieraczu. W nowoczesnych hamulcach coraz częściej stosuje się urządzenia do samoczynnej regulacji luzów między szczękami a bębnem.
Na rysunkach 20.8 i 20.9 przedstawiono dwa przykłady hamulców: pierwszy — sterowany hydraulicznie, ze szczękami w układzie duplex, stosowany w samochodach osobowych, oraz drugi — przeznaczony do samochodów ciężarowych, sterowany rozpieraczem mechanicznym, o szczękach w układzie simplex. W tym drugim układzie zwraca uwagę zastosowanie rolek w celu zmniejszenia tarcia rozpieracza o szczęki.