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1、第3章制动参数选择及计算3. 1制动系统主要参数数值汽车轴距：车轮滚动半径：汽车满载质量：汽车空载质量： 满载时轴荷的分配:3.1.1制动器设计中需要的重要参量:L=1370mm r r =295 mm ma=4100Kgmo=2600Kg前轴负荷39%,后轴负荷61%满载时质心高度：hg =745mm空载时质心高度：hg/ =850mm质心距前轴的距离：L1 =835mmL1z =726mm空载时轴荷的分配:前轴负荷47%,后轴负荷53%质心距后轴的距离:L2 =535mm L2/ =644mm对汽车制动性有影响的重要参数还有：制动力及其分配系数、同步附着系 数、制动强度、附着系数利用率、最
2、大制动力矩与制动因数等。3.1.2同步附着系数的分析(1) 当v儿时：制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转 向能力；(2) 当时：制动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑而使汽车 失去方向稳定性；(3) 当=儿时：制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也丧 失了转向能力。分析表明，汽车在同步附着系数为丁的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时,其制动减速度为I一-f &，即* ,为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度孑 匚这表明只有在的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。根据相关资料查出商用货车w 0.6，故取1 =0.63.2制
3、动器的设计与计算321制动力与制动力矩分配系数1、水平路面满载行驶时，前、后轴的负荷计算对于后轴驱动的移动机械和车辆，在水平路面满载行驶时前后轴的最大负荷按下式计算(g=9.8N /kg)前轴的负荷 F仁Ga(L2- hg)/(L-hg)=3830.8N后轴的负荷 F2=GaL1/(L-hg)=36349.2N2、水平路面满载行驶制动时，地面对前后车轮的法向反作用力(满载)Fz1= gL(L2+ hg)( 3-1 )=4100X 9.8 - 1.370 X (0.535+0.6 X 0.745) =28800.55NG叱(L 1-hg)=4100 X 9.8 - 1.370 X ( 0.835
4、 0.6 X 0.745 )=11379.45N式中：G-汽车所受重力；L-汽车轴距；L1 -汽车质心离前轴距离；L2 -汽车质心离后轴距离；hg汽车质心高度；g -重力加速度；(取9.80N/kg)3、汽车制动时，如果不记车轮的滚动阻力矩和汽车的回转质量的惯性力矩，则 任何角速度0的车轮，其力矩平衡方程为My - Fb Re=0(3-2 )式中：My-制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，n. mFb-地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N;Re- 车轮有效半径， m令 F b=Mu /Re 并称之
5、为制动器的制动力，它是在轮胎周缘克服制动器的摩擦力矩所需的 力，因此又称为制动周缘力。Fb与地面制动力Fb的方向相反，当车轮角速度 0时，大小亦相等，且Fb仅由制动器的参数所决定，即Fb取决于制动器的结构形 式、尺寸， 摩擦副的摩擦系数及车轮的有效半径等， 并与制动踏板力即制动系的 液压或气压成正比。当增大踏板力以增大 Mu时，Fb和Fb均随之增大，但地面制动力受附着条件的限制其值不可能大于附着力 F ，地面对轮胎切向反作用力的 极限值称为附着力 F(3-3)(3-4)FbF = FZFbmax= F= F Z式中 ：- 轮胎与地面的附着系数(汽车理论 22 页)；FZ - 地面对车轮的法向反
6、力；(1) 前轮 ：Fbi F i=Fzi =28800.55 X 0.6=17280.33N(3-5)Fb1max=F 1= Fz1=28800.55X 0.6=17280.33N(2)后轮：Fb2 F2= F Z2=11379.45 X 0.6=6827.67Nb2max=F2= Fz2=11379.45X 0.6=6827.67N当制动器的制动力Fb和地面制动力Fb达到附着力F值时，车轮即被抱死并在地面上滑移，此后制动力矩My即表现为静摩擦力矩 M，而Fb=Mu /Re即成为与Fb相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值，当制动力车轮角速度 =0 以后，地面制动力Fb达到附着力F值后就不再
7、增大，而制动器的制动力Fb由于 踏板力Fd的增大使摩擦力矩M增大而继续上升，如图3-1所示图3-1制动器制动力、地面制动力与踏板力的关系4、制动器制动力分配系数(1)分配系数Fbi/F B(3-7)Fbi/ F B2=(L2+ hg)/ (L2-hg)(3-8)Fb= F Bl+ F B2(3-9)可得B=Fbi/F b= Fbi/( Fbi+Fb2)=(L2+hg)/( L2+hg+ L1- hg)=(L2+hg)/L即：B =L2/L+ hg/L(3-10)其中 L1=835mm L2=535mm L=1370mm hg=745mm 取 =0.6得到B =L2/L+ hg/L=(535+0
8、.6 X 745) - 1370=0.72(2)同步附着系数0= ( L B -L2 ) / hg(4-11)=(1370 X 0.72 535) - 745=0.61将 0=0.61代入式（4-5）得Fz1, = L(L2+ 0hg)=4100X 9.8 - 1.370 X( 0.535+0.61 X 0.745)=29328.467 X 0.989=29005.85NGF2 =(L1- 0hg)=4100X 9.8 - 1.370 X( 0.835 0.61 X 0.745) =29328.467 X 0.381=11174.15N在同步附着系数前后轮同时抱死的路面上行驶时所得到的地面制动
9、力前轮：Fb1 W F 1 = Fz1 0Fb1ma=F 1= Fz1， 0=29005.85 X 0.61=17693.57N后轮:Fb2W F2= F z2 0Fb2ma=F 2= F z2 0=11174.15 X 0.61=6816.23N3.3鼓式制动器的主要参数及其确定制动鼓应有 足够的壁厚，用来 保证有较大的刚度 和热容量，以减小 制动时的温升。1、制动鼓内径 D越强。输入力F。一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力图3-2鼓式制动器的几何参数但增大D（图3-2）受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙， 通常要求该间隙不小于 20mm否则不仅制动鼓散热条件太差
10、，而且轮辋 受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓直径与轮辋直径之比的范围 如下：乘用车 D / Dr =0.64 0.74货车：D / D=0 .70 0 .83制动鼓内径尺寸应参照专业标准ZB T24 D05 89制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。得轮辋直径Dr图3-2鼓式制动器的主要几何参数 依据车轮型号：6.5-10于是,D r =25.4 x 10=254 mm（1 in=25.4mm ）取 D / D=0 .8 3则制动鼓内径直径D=0.83x Dr=0.83x254=210.82mm参照中华人民共和国专业标准 QC/T 3091999制动鼓工作直径及制动蹄 片宽度尺寸系列
11、取 D=220mm2、摩擦村片宽度b和包角B摩擦村片宽度尺寸b的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些， 则质量大，不易加工，并且增加了成本。制动鼓半径 R确定后，衬片的摩擦面积为Ap=RB b.制动器各蹄衬片总的摩擦面积刀Ap越大，制动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特性越好。试验表明，摩擦衬片包角B=90。100。时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。B角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两 端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺
12、，容 易使制动器发生自锁。因此，包角一般不宜大于120 。取 B =100 衬片宽度b较大可以减少磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。 中华人民共和国专业标准 QC/T 3091999制动鼓工作直径及制动蹄片宽 度尺寸系列结合课本教材汽车设计王望予264页表8-1扫路车总质量4100千克，对于（3.57.0）t的商用车，单个制动器总的摩擦面积 Ap为（300650） cm2,这里取取 b=90mm3. 摩擦衬片起始角一般将衬片布置在制动碲的中央，即令代=90。-。有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善磨损均匀性和制动效能。此设计中令人=90 2=90 - 1
13、00 2 =404、 制动器中心到张开力F0作用线的距离 e在保证轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下。应使距离e尽可能大，以提高制动效能。暂定 e=0.8R=0.8x110=88mm5、 制动蹄支承点位置坐标a和c应在保证两蹄支承端毛面不致互相干涉的条件下，使a尽可能大而c尽可能小（图8 7）。暂定 a=0.8R=0.8x110=88mm6摩擦片摩擦系数 f摩擦片摩擦系数对制动力矩的影响很大，选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单纯地追求 摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏 离正常值的敏感性的要求，后
14、者对蹄式制动器是非常重要的。各种制动器用摩擦 材料的摩擦系数的稳定值约为0.30.5，少数可达0.7。一般说来，摩擦系数愈 高的材料，其耐磨性愈差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材 料。当前国产的制动摩擦片材料在温度低于250 T时，保持摩擦系数f 0.300.40已无大问题。本设计取f =0.3。3.4制动器主要零部件的结构设计1、制动盘制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，或用添加cr，Ni等的合金铸铁制成。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘这 样可大大地增加散热面积，降低温升约20%30%,但盘的整体厚度较厚。而一 般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在I0mn 13m之间。本次设计采用的材料 为 HT25Q2、制动钳制动钳由可锻铸铁KTH37一 12或球墨铸铁QT40一 18制造，也有用轻合金制 造的，例如用铝合金压铸。3、制动块制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。4、摩擦材
