汽車-汽車鼓式制動器設(shè)計(jì),汽車,制動器,設(shè)計(jì)
第一章 制動參數(shù)選擇及計(jì)算
第一節(jié) 汽車參數(shù)（符號以汽車設(shè)計(jì)為準(zhǔn)）
制動器設(shè)計(jì)中需要的重要參量：
汽車軸距： L=1370mm
車輪滾動半徑： r r =295 mm
汽車滿載質(zhì)量： ma=4100Kg
汽車空載質(zhì)量： mo=2600Kg
滿載時軸荷的分配： 前軸負(fù)荷39%，后軸負(fù)荷61%
空載時軸荷的分配： 前軸負(fù)荷47%，后軸負(fù)荷53%
滿載時質(zhì)心高度： hg =745mm
空載時質(zhì)心高度： hg＇=850mm
質(zhì)心距前軸的距離： L1 =835mm L1＇=726mm
質(zhì)心距后軸的距離： L2 =535mm L2＇=644mm
對汽車制動性有影響的重要參數(shù)還有：制動力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率、最大制動力矩與制動因數(shù)等。
第二節(jié) 制動器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
一 制動力與制動力矩分配系數(shù)
0 水平路面滿載行駛時,前、后軸的負(fù)荷計(jì)算
對于后軸驅(qū)動的移動機(jī)械和車輛，在水平路面滿載行駛時前后軸的最大負(fù)荷按下式計(jì)算(g=9.8N／kg)
前軸的負(fù)荷F1=Ga(L2-hg)/(L-hg)=3830.8N
后軸的負(fù)荷F2=GaL1/(L-hg)=36349.2N
--- 附著系數(shù)，瀝青.混凝土路面，取0.6
軸荷轉(zhuǎn)移系數(shù)：
前軸：m,1= FZ1/G1=0.24
后軸：m,2= FZ1/G2=1.48
1、(汽車?yán)碚?08頁)
水平路面滿載行駛制動時,地面對前后車輪的法向反作用力（滿載）
FZ1= (L2+)
=4100×9.8÷1.370×（0.535+0.6×0.745）=28800.55N
FZ2= (L1-)
=4100×9.8÷1.370×（0.835－0.6×0.745）=11379.45N
式中： G-- 汽車所受重力；
L-- 汽車軸距；
--汽車質(zhì)心離前軸距離；
L--汽車質(zhì)心離后軸距離；
--汽車質(zhì)心高度；
g --重力加速度；(取9.80N／kg)
2 （汽車?yán)碚?,22）
汽車制動時，如果不記車輪的滾動阻力矩和汽車的回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任何角速度ω﹥0的車輪，其力矩平衡方程為
Mμ-FbRe=0 （4-2）
式中：Mμ--制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N﹒m；
Fb--地面作用于車輪上的制動力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱地面制動力，其方向與汽車行駛方向相反，N；
Re--車輪有效半徑，m
令 FB= Mμ/Re
并稱之為制動器的制動力，它是在輪胎周緣克服制動器的摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動周緣力。FB與地面制動力Fb的方向相反，當(dāng)車輪角速度ω﹥0時，大小亦相等，且FB僅由制動器的參數(shù)所決定，即FB取決于制動器的結(jié)構(gòu)形式、尺寸，摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪的有效半徑等，并與制動踏板力即制動系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)增大踏板力以增大Mμ時，F(xiàn)B和Fb均隨之增大，但地面制動力受附著條件的限制其值不可能大于附著力F，（汽車?yán)碚?2）地面對輪胎切向反作用力的極限值稱為附著力F
Fb F= FZ (4-3)
Fbmax= F= FZ (4-4)
式中 ： --輪胎與地面的附著系數(shù)（汽車?yán)碚?2頁）；
FZ --地面對車輪的法向反力；
(1) 前輪 ：
Fb1≤F1=Fz1=28800.55×0.6=17280.33N
Fb1max=F1= Fz1=28800.55×0.6=17280.33N
(20后輪：
Fb2≤F2= Fz2 =11379.45×0.6=6827.67N
Fb2max=F2= Fz2=11379.45×0.6=6827.67N
當(dāng)制動器的制動力FB和地面制動力Fb達(dá)到附著力F值時，車輪即被抱死并在地面上滑移，此后制動力矩Mμ即表現(xiàn)為靜摩擦力矩Mf，而FB= Mμ/Re即成為與Fb相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值，當(dāng)制動力車輪角速度ω=0以后，地面制動力Fb達(dá)到附著力 F值后就不再增大，而制動器的制動力FB由于踏板力FD的增大使摩擦力矩Mf增大而繼續(xù)上升，如圖4-2所示
圖4-2制動器制動力、地面制動力與踏板力的關(guān)系
3、制動器制動力分配系數(shù)（汽車?yán)碚?10頁）
（1）分配系數(shù)
β=FB1/FB (4-7)
FB1/ FB2=(L2+hg)/ (L2-hg) (4-8)
FB= FB1+ FB2 (4-9)
可得
β=FB1/FB= FB1/（FB1+ FB2 ）=(L2+hg)/( L2+hg+ L1-hg)=(L2+ hg)/L (4-10)
即：β=L2/L+hg/L (4-11)
其中 L1=835mm L2=535mm L=1370mm hg=745mm 取=0.6
得到
β=L2/L+hg/L
=(535+0.6×745)÷1370
=0.72
（2）同步附著系數(shù)
0=（Lβ-L2）/ hg (4-12) =(1370×0.72－535)÷745=0.61
將0=0.61代入式(4-5)得
FZ1，= (L2+0)
=4100×9.8÷1.370×（0.535+0.61×0.745）
=29328.467×0.989
=29005.85N
FZ2，= (L1-0)
=4100×9.8÷1.370×（0.835－0.61×0.745）
=29328.467×0.381
=11174.15N
①在同步附著系數(shù)前后輪同時抱死的路面上行駛時所得到的地面制動力
前輪 ：
Fb1≤F1=Fz10
Fb1max=F1= FZ1，0=29005.85×0.61=17693.57N
后輪：
Fb2≤F2= Fz2 0
Fb2max=F2= Fz2，0=11174.15×0.61=6816.23N
第三節(jié) 鼓式制動器的主要參數(shù)及其確定
制動鼓應(yīng)有足夠的壁厚，用來
保證有較大的剛度和熱容量，以減小制動時的溫升。
1．制動鼓內(nèi)徑D
輸入入力一定時，制動鼓內(nèi)徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。 圖1-8 鼓式制動器的幾何參數(shù)
但增大D(圖1—8)受輪輞內(nèi)徑限制。制動鼓與輪輞之間應(yīng)保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于20mm．否則不僅制動鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下：
乘用車 D／Dr=0.64～0.74
貨車： D／Dr=0 .70～0 .83
制動鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB T24 D05—89《制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列》選取。 圖1-8 鼓式制動器的主要幾何參數(shù)
依據(jù)車輪型號：6.5--10 于是， 得輪輞直徑Dr
Dr =25.4 x 10=254 mm （1 in=25.4mm）
取 D／Dr=0 .8 3 則制動鼓內(nèi)徑直徑
D=0.83x Dr=0.83x254=210.82mm
參照中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列》
取 D=220mm
2．摩擦村片寬度b和包角β
摩擦村片寬度尺寸b的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬些，則質(zhì)量大，不易加工，并且增加了成本。
制動鼓半徑R確定后，襯片的摩擦面積為Ap=Rβb.
制動器各蹄襯片總的摩擦面積∑Ap越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負(fù)荷越小，從而磨損特性越好。
試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角β=90°～100°時，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最高。β角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實(shí)際上包角兩端處單位壓力最小，因此過分延伸襯片的兩端以加大包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。因此，包角一般不宜大于120°。
取 β=100°
襯片寬度b較大可以減少磨損，但過大將不易保證與制動鼓全面接觸。中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列》結(jié)合課本教材汽車設(shè)計(jì)王望予264頁表8-1掃路車總質(zhì)量4100千克，對于（3.5~7.0）t的商用車，單個制動器總的摩擦面積Ap為（300~650）cm2,這里取
取 b=90mm
3.摩擦襯片起始角
一般將襯片布置在制動碲的中央，即令=90°－。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點(diǎn)對稱布置，以改善磨損均勻性和制動效能。
此設(shè)計(jì)中 令=90°－=90°－=40°
4.制動器中心到張開力作用線的距離e
在保證輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內(nèi)的條件下。應(yīng)使距離e(圖8—7)盡可能大，以提高制動效能。
暫定 e=0.8R=0.8x110=88mm
5.制動蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c
應(yīng)在保證兩蹄支承端毛面不致互相干涉的條件下，使a盡可能大而c盡可能小(圖8—7)。
暫定 a=0.8R=0.8x110=88mm
6. 摩擦片摩擦系數(shù)
摩擦片摩擦系數(shù)對制動力矩的影響很大，選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計(jì)時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于250℃時，保持摩擦系數(shù)0～0.40已無大問題。本設(shè)計(jì)取=0.3。
第四節(jié) 制動器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（一 ）
（汽車設(shè)計(jì)268頁）考慮到OAl≈OB1=R=110mm a=88mm
（汽車設(shè)計(jì)266頁圖8-8 268頁圖8-9 汽車設(shè)計(jì)264頁圖8-7）（cos∠=88÷110=0.8 角度為370
R=110mm β=100° =400 α＇=1800--β-370 =3 0
α＇＇=β+α＇=103°
（1）不均勻系數(shù)
△=（α＇＇—α＇）／(cosα＇-cosα＇＇)
=1030／（cos3 0-cos103°）
=1.798÷[0.999－(﹣0.225)]
=1.798÷1.224
=1.47
（2）
R1=4R(cosα＇-cosα＇＇)/[(cos2α＇-cos2α＇＇)2+(2β-sin2α＇＇+sin2α＇)2]1/2
=4×110×1.224/[(0.995+0.899)2+(3.49+0.438+0.105)2]1/2
=538.56/(3.587+16.265) 1/2
=538.56/(19.852) 1/2
=538.56/4.456
=120.86mm
因?yàn)轭I(lǐng)蹄和從蹄大小尺寸相同
故 Ｒ１＝Ｒ２=120.88mm
（二）
用液力驅(qū)動時所需張開力為，采用領(lǐng)從蹄式制動器Fo1=F02
①前輪 Ｆo= Mμ1max/2(R1+R2)
= Fb1max×r r /2(R1+R2)
=17693.57N×295÷483.52
=10795.00N
②后輪 Ｆo‘= Mμ2max/2(R1+R2)
= Fb2max×r r /2(R1+R2)
=6816.23×295÷483.52
=4158.64N
(三) 檢查蹄有無自鎖
計(jì)算鼓式制動器，必須檢查蹄有無自鎖的可能。
由式(8—10)得出自鎖條件。（汽車設(shè)計(jì)267頁 f取0.3）（汽車設(shè)計(jì)266頁cˊ≈R）(汽車設(shè)計(jì)268頁
δ1=δ=arctan(Fy/Fx)
=arctan[(cos2α＇-cos2α＇＇)/(2β-sin2α＇＇+sin2α＇)]
=arctan[(0.995+0.899)/ (3.49+0.438+0.105)]
= arctan[1.894/ 4.033]
= arctan0.47
=25.20
（ 汽車設(shè)計(jì)269頁） 當(dāng)式(8—10)中的分母等于零時，蹄自鎖，即
cˊ(COSδ1+fsinδ1)—fRl=0
0. 110×（0.905+0.3×0.426）－0.3×0.12088
=0. 110×1.033－0.036264=0.077≠0
如果f
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