Рис. 4-1
В выключенном состоянии между лентой и барабаном должен быть некоторый зазор (рис. 4-2, а), в результате чего тормозная лента не воздействует на барабан и он может беспрепятственно вращаться. Для включения тормоза в цилиндр сервопривода подается давление, и шток, жестко соединенный с поршнем гидроцилиндра, перемещает конец тормозной ленты так, чтобы зазор между лентой и барабаном уменьшился до нулевого значения (рис. 4-2, б).
Рис. 4-2
При соприкосновении ленты с барабаном за счет силы трения создается момент торможения. В результате барабан останавливается и удерживается лентой в неподвижном состоянии до тех пор, пока давление в гидроцилиндре не будет сброшено. Величина момента силы трения ленточного тормоза определяется радиусом тормозного барабана, материалами контактирующих поверхностей, условием работы пары трения (всухую или в масле), шириной тормозной ленты и создаваемой давлением в гидроцилиндре силой натяжения тормозной ленты.
Тормозные ленты, как правило, изготавливаются из листовой стали. В некоторых случаях тормозные ленты делают из чугуна. Но независимо от того, из какого материала изготовлена тормозная лента, для увеличения коэффициента трения между тормозной лентой и барабаном и стабилизации его значения в процессе скольжения к внутренней поверхности тормозной ленты прикрепляется специальная фрикционная накладка. Эта накладка может быть изготовлена из бумаги, асбеста или металлокерамики и закрепляется на тормозной ленте с помощью заклепок или специального термостойкого клея.
Металлокерамические накладки способны выдерживать большие удельные давления, что важно с точки зрения величины тормозного момента, развиваемого силой трения. Однако использование металлокерамических накладок вызывает повышенный износ тормозного барабана. Кроме того, продукты износа попадают в клапанную коробку и вызывают засорение жиклеров и «залипание» плунжеров клапанов, что в конечном счете приводит к полному выходу из строя всей АКПП. Поэтому металлокерамические накладки используются только в коробках передач, предназначенных для работы с мощными двигателями, когда фрикционные элементы должны обеспечивать большие тормозные моменты.
В АКПП современных легковых автомобилей используются фрикционные накладки, изготовленные на бумажно-целлюлоз-ной основе. Такие накладки сами обладают, как это ни парадоксально, высокими износостойкими свойствами и не вызывают большого износа поверхности тормозного барабана.
Ленточные тормоза, используемые в АКПП, работают в масле, т.е. используется пара трения «бумага-металл», работающая в масле. Работа фрикционной пары трения в масле позволяет значительно увеличить, по сравнению с такой же парой, но работающей всухую, долговечность ленточного тормоза, обеспечить более стабильное значение коэффициента трения и реализовать большие удельные напряжения, возникающие во фрикционном материале во время работы тормоза.
При высокой температуре масло быстро испаряется с поверхности бумажной накладки, и кажется, что трение должно происходить всухую, что чревато быстрым обугливанием бумаги и выходом из строя тормоза. Однако под действием силы трения бумага сжимается и масло из ее внутренних микроячеек выжимается на поверхность трения, обеспечивая тем самым тонкую масляную пленку между фрикционной накладкой и тормозным барабаном, снижая при этом и температуру в зоне их контакта.
Кроме того, для обеспечения нормальной работы пары трения на поверхности трения накладок выполняют кольцевые канавки (рис. 4-3), из которых масло постепенно затягивается в зону контакта накладки с тормозным барабаном. Тем самым обеспечивается граничное трение между контактируемыми поверхностями в процессе включения ленточного тормоза.
Рис. 4-3
Допускаемая скорость скольжения на поверхности барабана для ленточных тормозов - 30,5 м/с, а максимальная температура не должна превышать 316-42°C.
Конструкции тормозных лент
В зависимости от величины тормозного момента, который должен обеспечить ленточный тормоз, тормозные ленты различаются как по размерам, так и конструктивно. По конструкции ленточные тормоза классифицируются на два типа:
- простой;
- двойной.
Простой ленточный тормоз имеет сплошную неразрезанную металлическую ленту, к которой прикреплена фрикционная накладка (рис. 4-4, а). Лента двойного ленточного тормоза имеет два продольных разреза (рис. 4-4, б).
Рис. 4-4
Двойной ленточный тормоз более эластичен в поперечном направлении. Это весьма важное обстоятельство, поскольку любой тормозной барабан за счет неточности изготовления и неравномерного износа далек от идеальной цилиндрической формы. Поэтому в случае жесткой в поперечном направлении ленты, какой является лента простого тормоза, отклонение по* верхности барабана от цилиндрической формы приведет к появлению участков ленты, которые не будут плотно прижиматься к барабану. Это обстоятельство снижает величину момента трения, создаваемого ленточным тормозом. Продольные разрезы тормозной ленты, которые имеет двойной тормоз, делают ленту более эластичной в поперечном направлении, что позволяет снизить процент поверхности трения ленты, неплотно контактирующей с поверхностью барабана. В результате увеличивается величина момента трения, создаваемого двойным ленточным тормозом. Поэтому в случае использования двойного ленточного тормоза создается несколько больший тормозной момент и процесс остановки тормозного барабана происходит гораздо мягче в сравнении с простым ленточным тормозом.
Однако стоимость изготовления ленты простого тормоза заметно ниже, чем стоимость изготовления тормозной ленты двойного тормоза. В результате простой ленточный тормоз используется в АКПП легковых автомобилей гораздо чаще, чем двойной.
Эффективность работы ленточного тормоза во многом определяется способом закрепления концов его ленты. При закреплении концов тормозной ленты необходимо учитывать направление вращения тормозного барабана.
Пусть, например, концы тормозной ленты закреплены так, как показано на рис. 4-5 и тормозной барабан вращается по часовой стрелке. При соприкосновении тормозной ленты с барабаном возникает момент силы трения, действующий в равной степени как на тормозной барабан, так и на тормозную ленту. Причем момент, действующий на тормозную ленту, будет направлен в сторону ее растяжения. Таким образом, направление действия на ленту момента трения и силы сервопривода совпадают, т.е. при таком закреплении концов и направлении вращения тормозного барабана возникает эффект самозатягивания тормоза. Поэтому для создания требуемого тормозного момента со стороны гидроцилиндра требуется незначительное усилие, и торможение барабана происходит весьма эффективно.
Рис. 4-5
Теперь пусть закрепление концов ленты останется прежним, а тормозной барабан вращается против часовой стрелки (рис. 4-5, б). Это приведет к изменению направления действия момента силы трения на тормозную ленту. Момент будет направлен в сторону сжатия ленты, в то время как сила гидроцилиндра по-прежнему остается направленной в сторону растяжения ленты. Таким образом, момент силы трения препятствует затяжке ленточного тормоза, и в случае использования такого же по мощности гидроцилиндра, что и в первом примере, процесс торможения барабана будет более растянутым во времени (см. графики на рис. 4-5). Поэтому для того чтобы ленточный тормоз был столь эффективен, как и в предыдущем примере, необходимо использовать более мощный гидроцилиндр.
Большое влияние на качество включения ленточного тормоза оказывает величина зазора между тормозной лентой и тормозным барабаном в выключенном состоянии. В процессе эксплуатации в результате износа фрикционной накладки этот зазор постоянно увеличивается. Слишком большой зазор приводит к ухудшению качества переключения передачи. Поэтому в АКПП ранних годов выпуска требовалась периодическая регулировка зазоров ленточных тормозов. В конструкциях АКПП более поздних разработок таких регулировок производить не требуется, поскольку это происходит автоматически.