【正文】 第四章 鼓式制動器的設(shè)計計算江淮HFC5042XXYKT整車參數(shù)：車輛型號HFC5042XXYKT型廂式運輸車公告批次201企業(yè)名稱安徽江淮汽車股份有限公司產(chǎn)品商標江淮牌外形尺寸(mm)492019202710總質(zhì)量(Kg)4045貨廂尺寸(mm)311518101750額定載質(zhì)量(Kg)1495接近/離去角24/17整備質(zhì)量(Kg)2420前懸/后懸(mm)1105/1325最高車速(km/h)98車輛識別代碼LJ11KBAC底盤型號HFC1042KT發(fā)動機型號發(fā)動機生產(chǎn)企業(yè)排量功率HFC4DA12B安徽江淮汽車股份有限公司277168燃料種類柴油排放標準GB176912005國Ⅲ,GB38472005軸數(shù)2輪胎數(shù)6軸距2490輪胎規(guī)格,軸荷1460/2585前輪距1440鋼板彈簧片數(shù)7/9+1,8/9+1后輪距1425其它車廂頂部封閉,不可開啟 駐車制動能力的計算汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖如圖41所示，由該圖可得出汽車上坡停駐時的后軸車輪的附著力為 (41)同理可求得汽車下坡停駐時后軸車輪的附著力為 (42)圖41汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖根據(jù)后軸車輪附著力與制動力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐時的坡度極限傾角，即根據(jù) (43)求得汽車在上坡時可能停駐的極限上坡路傾角為 （44）汽車在下坡時可能停駐的極限下坡路傾角為 （45）一般要求各類汽車的最大停駐坡度不應小于16%—20%；汽車列車的最大停駐坡度約為12%左右。為了使汽車汽車能在接近于由上式確定的坡度傾角為的坡路上停駐，則應使后軸上的駐車制動力矩接近于由所確定的極限值（此處不應是因為的緣故，式中的為車輪的有效半徑），并保證在下坡路上能停駐的坡度不小于法規(guī)規(guī)定值。中央駐車制動器的制動力矩上限值為，為后驅(qū)動橋的主減速比。 設(shè)計中，此輕型貨車在上坡時可能停駐的極限上坡路傾角為輕型貨車在上坡時可能停駐的極限下坡路傾角為 中央制動器的計算設(shè)計中中央制動器選取帶式。帶式中央制動器曾作為中，重型汽車及拖拉機的應急制動裝置和駐車制動裝置，裝在汽車變速器的第二軸上，其主要缺點是發(fā)生油污染（固裝在發(fā)動機及變速器之后），極低的熱容量以及需要大的支撐力等，故在現(xiàn)代汽車上很少采用。圖42帶式中央制動器的一般結(jié)構(gòu)對于圖42所示的帶式制動器，其平衡條件為 （46）式中：—輸入力，N； ，—制動帶力，N； —制動器尺寸，mm； —制動帶包角，（176。）； —摩擦系數(shù)； —鼓阻力，摩擦力，N。 設(shè)計中取=130mm，=15mm，=30mm，=，=，=500N代入式（46）得對于簡單的帶式制動器（=0，=），直接作用在制動帶上的制動力或輸入力可由下式得出：如圖42所示的帶式制動器，制動鼓順時針旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的制動器因數(shù)為制動器的靈敏度為除摩擦襯片因有彈性容易變形外，制動鼓、蹄片和支承也有變形，所以計算法向壓力在摩擦襯片上的分布規(guī)律比較困難。通常只考慮襯片徑向變形的影響，其他零件的影響較小而忽略不計。制動器摩擦材料的摩擦系數(shù)及所產(chǎn)生的摩擦力對制動器因數(shù)BF有很大的影響，掌握制動提摩擦面上的壓力分布規(guī)律，有助于正確分析制動器因數(shù)。但用解析方法方法精確計算沿蹄片長度方向的壓力分布規(guī)律比較困難，因為除了摩擦襯片有彈性容易變形外，制動鼓，制動蹄以及支承也會有彈性變形，但與摩擦襯片的變形量相比，則相對很小，故在通常的近似計算中只考慮襯片徑向變形的影響，其他零件變形的影響較小，可忽略不計，即通常作如下一些假設(shè)：（1）制動鼓，制動蹄為絕對剛性體（2）在外力作用下，變形僅發(fā)生在摩擦襯片上（3）壓力與變形符合虎克定律制動蹄有一個自由度和兩個自由度之分，本設(shè)計中前輪所采用的單向雙領(lǐng)蹄和后輪所用的領(lǐng)從蹄的蹄片均為繞支承銷轉(zhuǎn)動的蹄片，為一個自由度。下面分析具有一個自由度的緊蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律。 如圖43（a）所示，制動蹄在張開力P作用下繞支承銷點轉(zhuǎn)動張開，設(shè)其轉(zhuǎn)角為，則蹄片上某任意點A的位移 = ；圖43 制動蹄摩擦襯片徑向變形分析簡圖（a）、（b）具有一個自由度的增勢蹄；（c）具有兩個自由度的增勢蹄由于制動鼓剛性對制動蹄運動的限制，則其徑向位移分量將受壓縮，徑向壓縮量為由圖43中的幾何關(guān)系可知 COS==sin故得徑向變形量為： （47）由于為常量，而單位壓力與變形成正比，故制動蹄摩擦襯片上任意一點的壓力可寫成： (48)式（48）表明繞支承銷轉(zhuǎn)動的制動蹄摩擦襯片的壓力分布規(guī)律呈正弦分布，其最大壓力作用在連線呈90176。的徑向線上。也可以根據(jù)圖43(b)來分析并簡化計算具有一個自由度的增勢蹄摩擦襯片的徑向變性規(guī)律和壓力分布規(guī)律。此時摩擦襯片在張開力和摩擦力的作用下，繞支承銷中心轉(zhuǎn)動角。摩擦襯片表面任意點沿制動提轉(zhuǎn)動的切線方向的變形即為線段在半徑延長線上的投影，即線段。由于角很小，可以認為： 則所求的摩擦襯片的徑向變形為：考慮到，則由等腰三角形可知：代入上式，得摩擦襯片的徑向變形和壓力變形分別為： (49) 制動蹄片上的制動力矩在計算鼓式制動器時，必須查明蹄壓緊到制動鼓上的力與所產(chǎn)生的制動力矩之間的關(guān)系。為了計算有一個自由度的制動蹄片上的制動力矩，在摩擦襯片表面上取一橫向單元面積，并使其位于與軸的交角為處，如圖64所示。圖44 制動力矩計算簡圖若令摩擦襯片的寬度為b，則單元面積為，其中R為制動鼓半徑，為單元面積的包角。制動鼓作用在摩擦襯片單元面積的法向力為： （410）而摩擦力產(chǎn)生的制動力矩：在由至區(qū)段上積分上式，得 （411） 當法向壓力均勻分布時，則有： （412）由式(411)和式(412)可求出不均勻系數(shù)式(411)和式(412)給出的是由壓力計算制動力矩的方法，但在實際計算中采用由張開力P計算制動力矩的方法則更為方便。增勢蹄產(chǎn)生的制動力矩可表達如下： （413）式中：—單元法向力的合力； —摩擦力的作用半徑。（見圖 45） —摩擦系數(shù)。圖45 張開力計算簡圖若已知制動蹄的幾何參數(shù)及法向壓力的大小，便可以用（413）算出蹄的制動力矩。如圖45所示，為了求得力與張開力的關(guān)系式，寫出制動蹄上力的平衡方程式： （414）式中：—支承反力在軸上的投影；—軸與力的作用線之間的夾角。 對式（414）求解，得： （415）式中：。見圖65。將（415）代入（413）得增勢蹄的制動力矩為： （416）對于減勢蹄可類似的表示為： （417）為了確定，及，必須求出法向力N及其分量。如果將（見圖44）看作是它投影在軸和軸上分量和的合力，則根據(jù)式（410）有： （418）式中：。 （419）因此 = = =根據(jù)（411）和（413）并考慮到：，則有： = =mm如果順著制動鼓旋轉(zhuǎn)的制動蹄和逆著制動鼓旋轉(zhuǎn)的制動蹄的和同，顯然兩種蹄的和值也不同。對具有兩蹄的制動器來說，其制動鼓上的制動力矩等于兩蹄摩擦力矩之和，即：| 對于液壓驅(qū)動的制動器，由于，故所需的張開力為：本設(shè)計采用的是液壓驅(qū)動，所以兩蹄片產(chǎn)生的制動力矩為且，N，所以對凸輪張開機構(gòu)，其張開力可由前述，作用在蹄上的力矩平衡條件得到的方程式求出：計算蹄式制動器時，必須檢查蹄有無自鎖的可能，由（416）得出自鎖條件，當該式的分母等于零時，蹄自鎖，即蹄式制動器的自鎖條件為： （420）如果式 （421）成立，則不會自鎖。代入數(shù)據(jù)得：符合要求，不會自鎖。由式（411）和式（416）可求出令體表面的最大壓力為： （422）式中；，，R，—見圖 45； ，—見圖 44；—摩擦襯片寬度；（=120mm）—摩擦系數(shù)。（=） 代入數(shù)據(jù)得MP由式（415）得 NN 摩擦襯片磨損特性計算摩擦襯片的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動鼓的材質(zhì)及加工情況，以及襯片本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損特性極為困難。但實驗表明，影響磨損特性的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了汽車全部動能耗散的過程。此時，由于制動時間很短，實際上熱量還來不及散逸到大氣中就被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。這就是所謂的制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯片的磨損越嚴重。各種汽車的總質(zhì)量及其制動襯片的摩擦面積各不相同，因而有必要對相對的量最為評價能量負荷的指標。目前，各國常用的指標是比能量耗散率，即單位時間內(nèi)襯片單位摩擦面積耗散的能量，通常用的計量單位為。比能量耗散率又稱為單位功負荷或能量負荷。雙軸汽車的單個前輪制動器和單個后輪制動器的比能量耗散率分別為 （423）式中：—汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；—汽車總質(zhì)量；，—汽車制動初速度與終速度，m/s；=km/h（m/s）；—制動減速度，m/s，計算時取j=g；—制動時間，單位為s； —前、后制動器襯片(襯塊)的摩擦面積；（mm）—制動力分配系數(shù)。在緊急制動到時，并可近似地認為，則有 （424）把個參數(shù)值代入上式得前輪制動器：W/mm后輪制動器： W/mm由相關(guān)標準知， W/mm為宜。通過以上計算可知，均符合條件。 制動因素的計算如前所述，通常先