汽車-汽車鼓式制動器設(shè)計,汽車,制動器,設(shè)計
第一章 制動參數(shù)選擇及計算
第一節(jié) 汽車參數(shù)(符號以汽車設(shè)計為準(zhǔn))
制動器設(shè)計中需要的重要參量:
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)計與計算
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)荷計算
對于后軸驅(qū)動的移動機械和車輛,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。 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對稱布置,以改善磨損均勻性和制動效能。
此設(shè)計中 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)計取=0.3。
第四節(jié) 制動器的設(shè)計與計算
(一 )
(汽車設(shè)計268頁)考慮到OAl≈OB1=R=110mm a=88mm
(汽車設(shè)計266頁圖8-8 268頁圖8-9 汽車設(shè)計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
因為領(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267頁 f取0.3)(汽車設(shè)計266頁cˊ≈R)(汽車設(shè)計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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