【文章內(nèi)容簡介】 制動力和地面附著力的共同作用。 在水平路面上行駛的汽車制動時，如果不計空氣阻力、滾動阻力偶矩及其慣性力偶矩，則此時汽車的受力如圖 6。 圖 6 制動時汽車的受力圖 對前后輪依次取矩得 1Z =（ G 2L +mdtdu gh ） /L （ 34） 2Z =（ G 1L mdtdu gh ） /L （ 35） 式中， G 為汽車重力； L 為汽車前后軸軸距； 1L 為汽車質(zhì)心到前軸的距離； 2L 為汽車質(zhì)心到后軸的 距離； gh 為質(zhì)心高。 本科畢業(yè)設(shè)計 13 本次設(shè)計中，附著系數(shù) ? 選取在瀝青路面上的附著系數(shù)， ? =。制動時，前后車輪都抱死后，地面制動力 bF 等于前后輪受到的附著力之和 ?F ，且等于作 用于質(zhì)心的制動慣性力，即 bF = ?F =G? =mdtdu （ 36） bF = 1bF + 2bF =gG dtdu =Gz （ 37） （令 dtdu =zg， z稱為制動強度 ） 聯(lián)立以上各式得前后輪受到的法向反作用力的表達式 [4] 1Z =LG ( 2L + gh ? ) （ 38） 2Z =LG ( 1L gh ? ) （ 39） 帶入本設(shè)計的數(shù)據(jù)得： 滿載時： 1Z = 6910 ? （ 2110+1530) =68089N 2Z = 6910 ? （ 48001530） =73031N 由此可得前軸車輪附著力為 1?F = 1Z ? =68089 =54471N 2?F = 2Z ? =73031 =58425N 對于一般汽車而言，根據(jù)其前后軸制動器制動力的分配、載荷情況及道路附著系數(shù)和坡度等因素，當制動力足夠大時，制動過程中會出現(xiàn)下列三種情況：前輪先抱死拖滑，本科畢業(yè)設(shè)計 14 后輪再抱死拖滑；后輪先抱死拖滑， 前輪再抱死拖滑；前后輪同時抱死拖滑。在任何附著系數(shù) ? 的路面上，前后輪同時抱死的條件為：前后輪制動器制動力之和等于附著力，且前后輪制動器制動力分別等于各自的附著力 [4]，即： GFFFF bbff ????? 2221 （ 310） )/()(// 122121 ggbbff hLhLFFFF ?? ???? （ 311） 式中 1fF —— 前軸車輪的制動器 制動力， 111 ZFF bf ??? ； 2fF —— 后軸車輪的制動器制動力， 222 ZFF bf ??? ； 1bF —— 前軸車輪的地面制動力； 2bF —— 后軸車輪的地面制動力； 1Z ， 2Z —— 地面對前、后軸車輪的法向反力； G—— 汽車重力； 1L ， 2L —— 汽車質(zhì)心離前、后軸距離； gh —— 汽車質(zhì)心高度。 消去變量 ? 得 ???????? ???? )2(421 121222 fgfggf FhGLFG LhLhGF （ 312） 按式 312 即可繪出理想的制動器制動力關(guān)系曲線，即 I 曲線，見圖 器制動力分配系數(shù) 2111fffff FF FFF ???? （ 313） 根據(jù) ????121ffFF （ 314） 即可做出實際制動器制動力關(guān)系曲線 β 線，見圖 7。 本科畢業(yè)設(shè)計 15 圖 7 β 線與 I 曲線 聯(lián)立（式 311）和（式 314）得 ? = L hL g??2 （ 315） 帶入數(shù)據(jù)得滿載時的制動器制動力分配系數(shù) ? = 6910 ?? = 同步附著系數(shù) 如圖 7， β 線和 I 曲線在 B 點相交，此交點所對應(yīng)的附著系數(shù)稱作同步附著系數(shù)。同步附著系數(shù)也可用解析法求得，公式為 [5] ghLL 20 ?? ?? （ 315） 帶入數(shù)據(jù)，得滿載時的同步附著系數(shù) 1 5 3 04 8 0 9 1 00 ???? = 本科畢業(yè)設(shè)計 16 制動器最大制動力矩 在瀝青路面上制動時，只有在汽車附著質(zhì)量被全部利用的條件下才可獲得最大制動力，前后輪最大制動力矩可由下式求得 [6] 1fT = 1feFr= 1 eZr? = ? ?2 geG L h rL ??? （ 316） 12 1 ff TT ???? （ 317） 式中， 1fF 前軸制動器的制動力， ?11 ZFf ? ； 2fF 后軸制動器的制動力， ?22 ZFf ? ； 1Z 作用于前軸車輪上的地面法向反力； 2Z 作用于前軸車輪上的地面法向反力； er 車輪有效半徑。 帶入數(shù)據(jù)得，滿載時前輪最大制動力矩為 )( 4 4 0 01 ???????fT =30955Nm 后輪最大制動力矩為 3 0 9 5 ???fT =m 4 制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 制動鼓內(nèi)徑 D 本科畢業(yè)設(shè)計 17 圖 8 領(lǐng)從蹄式鼓式制動器結(jié)構(gòu) 如圖 8 所示，當凸輪力 0F 的值保持不變，隨著制動鼓的尺寸增大，制動性能有所改善，且制動時溫升不會很大。但是同時，為了制 動鼓有良好的散熱環(huán)境，又要注意保持制動鼓和輪輞保持穩(wěn)定且恰當?shù)拈g隙量，一般這個間隙要大于 20mm 至 30mm，因此制動鼓的內(nèi)徑并不是可以隨意加大的。同時，制動鼓的剛度隨著其直徑的增加而減小，制動鼓直徑越小，加工制造精度也更容易達到設(shè)計要求。 制動鼓直徑與輪輞直徑的比 D/ rD 一般符合的范圍要求為 [7]： 轎車一般取 D/ rD =～ ； 貨車一般 取 D/ rD =～ . 根據(jù) QC/T309— 1999《制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列》可以初選制動鼓內(nèi)徑的尺寸。同時，根據(jù)經(jīng)驗，轎車的輪輞外徑尺寸比制動鼓半徑尺寸通常大 125～150mm，而對于載貨汽車的二者尺寸差為 80～ 100mm，所以也可根據(jù)輪輞的尺寸來初選制動鼓內(nèi)徑尺寸，如表 1[7]。 表 1 各輪輞直徑下的制動鼓最大內(nèi)徑 輪輞直徑 /in 12 13 14 15 16 20 制動鼓最大內(nèi)徑 /mm 轎車 180 200 240 260 貨車、客車 220 240 260 300 320 420 由于選用的輪胎規(guī)格為 ，由參數(shù)規(guī)格得此次設(shè)計使用的輪輞直徑為 20 英寸，經(jīng)過換算得 rD =20=508mm。讀表可知此尺寸所對應(yīng)的貨車制動鼓內(nèi)徑最大為420mm?；诖?，本次設(shè)計中，取制動鼓內(nèi)徑 D=400mm，在該數(shù)據(jù)下，D/ rD =400/508=≤，符合貨車要求的制動鼓和輪輞直徑的比值范圍。 本科畢業(yè)設(shè)計 18 制動鼓厚度 n 制動鼓的厚度首先要滿足各類車型要求的制動力矩和輪輞和制動鼓應(yīng)保留的間隙，其次，考慮到制動器摩擦副的散熱和增加剛度，可以適當增加制動鼓的厚度。參考、比較同類型車輛的制動鼓厚度后，本次設(shè)計確定的制動鼓厚度 n=12mm。 摩擦襯片寬度 b 和包角 ? 取較大的摩擦襯片寬度可減慢襯片 磨損的速度，延長摩擦襯片的壽命。但寬度取得過大時，會使得摩擦襯片與制動鼓接觸表面壓力不均勻，增加了整車的質(zhì)量，制造成本也有所增加。本設(shè)計中，摩擦襯片寬度 b 的選取可參照 QC/T3091999《制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列》， b 初選為 140mm[8]。 摩擦襯片包角 ? 的選取范圍為 90 度到 120 度之間。經(jīng)過大量實驗得出，當包角較小，在 90 度到 100 度的范圍內(nèi)時，摩擦襯片的磨損較小，制動鼓溫升也不大，制動性能較好 。如 繼續(xù)減少摩擦襯片的包角后，雖然散熱性能較好，但同時也會使得摩擦襯片的壓力增大而使磨損速度加快，降低其壽命。因此本設(shè)計中取摩擦襯片的包角 ? =100? 。 可由摩擦襯片的寬度 b、包角 ? 和制動鼓直徑 D 這三個尺寸確定制動器中的總摩擦面積，公式為 [6] 360/)( 21 ??? ??? DbA （ 41） 式中， D— 制動鼓的內(nèi)徑 （ mm） ； b— 制動蹄摩擦襯片的寬度 (mm)； 21,?? — 兩制動蹄的摩擦襯片包角（176。）。 將初選的數(shù)據(jù)帶入式 41 得 ??A ? 400140（ 100+100） /360=97738mm2 ，將計算結(jié)果與表 2 比較 表 2 單個制動器總的襯片摩擦面積 汽車類型 汽車總質(zhì)量 am /t 單個制動器總的襯片摩擦面積A? /cm2 轎車 100200 200300 客車與貨車 120200 150250(多為 150200) 250400 300650 5501000 6001500(多 6001200) 本科畢業(yè)設(shè)計 19 本次設(shè)計中，東風(fēng) EQ1146VZ4 的總質(zhì)量為 14400kg，查表 2 得本次設(shè)計的單個制動器的襯片摩擦總面積的范圍為 600 到 1500cm2 ， 根據(jù) 各初選數(shù)據(jù)算出的 A? 符合這個要求的范圍，初選數(shù)據(jù)合理。 摩擦片起始角 0? 如圖 8，角 0? 為摩擦襯片的起始角。一般摩擦襯片沿制動器橫軸線對稱分布。但個別情況下受到單位壓力的限制，又會使得最大壓力點處于摩擦襯片的中央。根據(jù)經(jīng)驗公式可求出摩擦襯片起始角 0? =90? （ ? /2） =40? 制動器中心到蹄片張開力 0F 作用線的距離 e 兩張開力之 間的距離的選取首先考慮凸輪的安裝。其次，為了增加制動能力， 通常會加大 a 的數(shù)值 ，本次設(shè)計中初步取 ? ，即 e=160mm。 制動蹄支承點位置坐標 a 和 c 如圖 8，選取 a和 c 時首先確保制動器的領(lǐng)蹄和從蹄不會發(fā)生干涉 。其次，一般盡量加大 a 的數(shù)值和減小 c 的數(shù)值 。 本次設(shè)計中取 a=,比較同類車型得 c=42mm。 a==200=160mm 摩擦片摩擦系數(shù) f 對于摩擦片的材料，既追求高的摩擦系數(shù)，又追求高 的抗熱衰退性能。不能只一味的追求摩擦系數(shù)而忽略對熱穩(wěn)定性的要求，更要兼顧摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性，最終目標是對摩擦系數(shù)及其穩(wěn)定性兩者都有所提高。各類制動器選用的摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值一般在 左右，少數(shù)可達到 [9]，但摩擦片材料的摩擦系數(shù)越高，其耐磨性愈差，所以設(shè)計制動器時，并不是一味追求高的摩擦系數(shù)?，F(xiàn)今，國產(chǎn)制動摩擦片材料在溫度低于 250℃ 的情況下，保持摩擦系數(shù) f= 已經(jīng)沒有難度。因此， 在假設(shè)的理想條件下計算制動器的制動力矩，取 f = 可使計算結(jié)果接近實際值。注意，應(yīng)禁止選用對人體有害的摩擦片材料。綜上所述，本次設(shè)計選擇 f =。