單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算

單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算〔關(guān)鍵詞）：制動(dòng)器效能因數(shù)摩擦系數(shù)領(lǐng)從蹄式包角〔摘要）：車輪制動(dòng)器主要都是機(jī)械摩擦式的，摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀可分為鼓式和盤式兩大類，在開發(fā)單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)中，采用了市場(chǎng)比較流行的領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器，本文主要介紹了漢德公司單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算。前言：2003年，陜西漢德車橋有限公司為了開拓市場(chǎng)，研制開發(fā)了13T單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋，筆者參與了這一項(xiàng)目，并對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行了設(shè)計(jì)。車輪制動(dòng)器主要都是機(jī)械摩擦式的，摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀可分為鼓式和盤式兩大類，在開發(fā)單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋的設(shè)計(jì)中，采用了市場(chǎng)比較流行的領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器。制動(dòng)器主要參數(shù)的選取：制動(dòng)鼓直徑D的選擇：鼓式制動(dòng)器在輸入力P（見圖1）一定時(shí)，制動(dòng)鼓直徑越大，其制動(dòng)力矩也越大，散熱性能也越好。但直徑D的尺寸受到輪耦內(nèi)徑的限制，而且，D的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增大，使汽車的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車的行使平順性。制動(dòng)鼓與輪耦之間應(yīng)有較大的間隙，此間隙一般不應(yīng)小于20?30mm,以利于通風(fēng)散熱，也可避免輪桐過熱而損壞輪胎。目前市場(chǎng)上13t驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器規(guī)格如表1所示：表1由公式D/Dr=0.70-0.83（1）式中：D——制動(dòng)鼓直徑Dr——輪耦直徑（8.5-20）則:D=355.6?421.64取制動(dòng)鼓直徑D=410mm。制動(dòng)蹄摩擦片的包角B和寬度抵摩擦片的包角可在8=90。?120。范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦片的包角8=90。?100。時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓的溫度也最低，且制動(dòng)效能最高。選取B=112°o摩擦片的寬度b較大可以降低單位壓力，減少磨損，但過大則不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》（2001年7月第一版，劉維信主編）P695可知：A=RbB式中：A=制動(dòng)器總的襯片摩擦面積，選A=600?1500cm2R=制動(dòng)鼓半徑，取R=205mm。B=112°=1.95rad則:b=A/RB=(600?1200)/(205X1.95Rad)=150?300mm選取摩擦片的寬度b=220mm。摩擦片起始角B摩擦片起始角6,如圖1所示：參照其他同類型制動(dòng)器，選6=44.5。o張開力P的作用線至制動(dòng)器中心的距離a如圖1所示，在保證制動(dòng)凸輪能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能，暫定a=0.8R。貝lj：a=0.8X205mm=164mm。 圖1.制動(dòng)器簡圖考慮到凸輪在制動(dòng)鼓內(nèi)旋轉(zhuǎn)空間，取a=154mm。制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置k與c如圖1所示，制動(dòng)蹄銷中心的坐標(biāo)尺寸k應(yīng)盡可能的小，以使尺寸c盡可能的大，取c=165mm,k=28mm。摩擦片摩擦系數(shù)f取摩擦系數(shù)f=0.40。制動(dòng)器分泵選取。同類型驅(qū)動(dòng)橋用制動(dòng)氣室，見表2。選取制動(dòng)氣室規(guī)格為：24〃/24〃表2制動(dòng)凸輪軸及調(diào)整臂臂長的選取。同類型驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)凸輪軸基圓直徑及調(diào)整臂臂長見表3,

表3選取制動(dòng)凸輪軸基圓直徑m=26mm,調(diào)整臂臂長l=145mm。制動(dòng)器參數(shù)如表4所示制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算。制動(dòng)器效能因數(shù)的計(jì)算制動(dòng)器的效能常以制動(dòng)器效能因數(shù)BF(brakefactor)來衡量，BF值越大，制動(dòng)效能越好。由《汽車設(shè)計(jì)》(2001年7月第一版，劉維信主編)可知：單個(gè)領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為BFBF=fh/(Aa‘-fBR)(2)單個(gè)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BF表4BF=fh/(Aa‘+fBR)(3)式中：A=(B—sinPcosB)/4sin(B/2)sin(B/2)B=l+a'cos(3/2)cos(3/2)/R整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BF為：BF=4BFBF/(BF+BF)(4)1 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)效能因數(shù)的計(jì)算A=(3—sin3cosP)/4sin(B/2)sin(B/2)=0.85B=l+a'cos(3/2)cos(3/2)/R=0.844貝lj：由(2)、(3)式得：BF=0.40X319/(0.85X167-0.4X0.844X205)=1.75BF=0.40X319/(0.85X167+0.4X0.844X205)=0.60貝IJ：整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BF為：BF=4X1.75X0.60/(1.75+0.60)二1.782 STYER后橋制動(dòng)效能因數(shù)的計(jì)算A=(B—sinPcosB)/4sin(B/2)sin(B/2)=0.86B=l+a'cos(3/2)cos(3/2)/R=0.895貝IJ：由(2)、(3)式得：BF=0.40X315/(0.86X164-0.4X0.895X210)=1.9BF=0.40X315/(0.86X164+0.4X0.895X210)=0.58貝IJ：整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BF為：BF=4X1.9X0.58/(1.9+0.58)=4.408/2.48二1.77經(jīng)過計(jì)算對(duì)比，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器(中410X220mm)制動(dòng)效能因數(shù)與STYER制動(dòng)器(中420X185mm)制動(dòng)效能因數(shù)基本相等，可以滿足設(shè)計(jì)要求。2 制動(dòng)器制動(dòng)力的計(jì)算：根據(jù)汽車工程手冊(cè)設(shè)計(jì)篇(2001年5月第一版)可知，制動(dòng)器制動(dòng)力為：F=2p???n?c?(5)式中：P——制動(dòng)氣室的氣壓。D——制動(dòng)氣室的有效直徑。T]——制動(dòng)凸輪支撐的傳動(dòng)效率，取n=0.9C——制動(dòng)器效能因數(shù)，即上式中的BF。r——輪胎動(dòng)負(fù)荷半徑，取r=0.525m(12.00R20)i 制動(dòng)凸輪的力傳動(dòng)比，i=l/m(1為制動(dòng)臂臂長，m為制動(dòng)凸輪基圓半徑)O1 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器制動(dòng)力F的計(jì)算：1.1當(dāng)制動(dòng)氣室取24〃/24〃時(shí)，D=140mm。在制動(dòng)氣壓等于0.6MPa時(shí)，F(xiàn)=2p???H?1.78-=65134N2 STYER驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器制動(dòng)力F的計(jì)算：當(dāng)制動(dòng)氣室取24〃/24〃時(shí)，D=140mm。在制動(dòng)氣壓等于0.6MPa時(shí),F=2p..?n,1.7?=65536N計(jì)算表明，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器(中410X220mm)在選用24〃/24〃制動(dòng)氣室時(shí)，制動(dòng)力為65134N,而STYER驅(qū)動(dòng)橋在選用24〃/24〃制動(dòng)氣室時(shí)，制動(dòng)力為65536N,經(jīng)過對(duì)比，可以滿足設(shè)計(jì)要求。制動(dòng)蹄產(chǎn)生自鎖的可能性的計(jì)算：當(dāng)摩擦力增大到一定數(shù)值時(shí)，領(lǐng)蹄的制動(dòng)效能因數(shù)BF趨于無窮大,這意味著此時(shí)只要施加一極小張開力P,制動(dòng)力矩將迅速增至極大的數(shù)值，此時(shí)即使放開制動(dòng)踏板，領(lǐng)蹄也不能回位而是保持制動(dòng)狀態(tài)，發(fā)生“自鎖”現(xiàn)象。這是只能通過倒轉(zhuǎn)制動(dòng)鼓消除制動(dòng)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)制動(dòng)蹄是否有“自鎖”現(xiàn)象進(jìn)行核算。由《汽車設(shè)計(jì)》(2001年7月第一版，劉維信主編)可知，如果式圖2f〈a'cos6/(R'—a'sin5)(6)成立，則不會(huì)產(chǎn)生自鎖。式中：6——xl軸與力N的作用線之間的夾角，如圖2所示。R'——摩擦力Nf的作用半徑，如圖2所示。8=arctan〔(cos2a'—cos2a”)/(2B—sin2a”+sin2a'))=arctan〔(cosl6°—cos240°)/(3.9—sin240°+sinl6°))=16。R'==232則,由(7)式得：f<167cosl6°/(207-167sinl6°)f=0.4V0.8所以，假定的摩擦片參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生“自鎖”現(xiàn)象，符合設(shè)計(jì)要求。摩擦片的磨損特性計(jì)算。汽車的制動(dòng)過程是將其機(jī)械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)能的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高,此即制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，則襯片的磨損越嚴(yán)重。制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W/nrni,鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于8W/mm為宜。雙軸汽車的單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率為：e=X(1—B')(7)式中：m 汽車總質(zhì)量。v——汽車制動(dòng)初速度，取v=65km/h=18m/s。t 制動(dòng)時(shí)間，t=(65—0)/0.6g=ll(s)A——制動(dòng)器襯片的摩擦面積，B'——制動(dòng)力分配系數(shù)A=3.14?D?b?2B/360(8)B 制動(dòng)器包角。D——制動(dòng)鼓內(nèi)徑，D=410nmiob 摩擦片寬度，b—220nwi現(xiàn)以4X2車為例，該車總質(zhì)量為19000Kg。假如該車裝配MAN前軸,單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋。4.1 MAN前軸制動(dòng)器制動(dòng)力的計(jì)算：由式(5)可知：F=2p???H?1.78-=55155N(注：MAN前軸制動(dòng)氣室為20〃，制動(dòng)臂長145mm)4.2 該車制動(dòng)力分配系數(shù)的計(jì)算。B'=55155/(65134+55155)=0.463 單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器襯片的摩擦面積為：A=3.14X410X220X2X112/360=0.176m則：e=X(1—B')=X(1—0.45)=0.85W/mm2所以，根據(jù)《汽車設(shè)計(jì)》推薦，該值以不大于1.8W/mm2為宜，故符合要求。制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算汽車的高速制動(dòng)、短時(shí)間內(nèi)的頻繁重復(fù)制動(dòng)，尤其是下長坡時(shí)的連續(xù)制動(dòng)，都會(huì)引起制動(dòng)器的溫升過快，溫度過高。此時(shí)，制動(dòng)摩擦副的摩擦系數(shù)會(huì)急劇減小，使制動(dòng)效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現(xiàn)象，增大制動(dòng)鼓的熱容量，可提高制動(dòng)器的抗熱衰退性。制動(dòng)器的熱容量和溫升可用下式來衡量：(mc+mc)△tNL(9)式中：m——制動(dòng)鼓的總質(zhì)量，m=2X60.8kg=121.6kgm 與制動(dòng)鼓連接件輪轂的總質(zhì)量m=2X29.8kg=59.6kgc——制動(dòng)鼓材料(HT250)的比熱容，取c=482J/(Kg?K)c——與制動(dòng)鼓連接件輪轂材料(QT450)的比熱容，取。=482J/(Kg?K)At——制動(dòng)鼓的溫升，取左t=15°C=273+15=288KL——滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋=m(1—B')(10)由(10)式得：L=19000X18X0.54/2=1662120(J)由(9)式得：(121.6X482+59.6X482)X288=25153459.2(J)25153459.2>1662120滿足(9)式得要求。結(jié)論通過計(jì)算分析，單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器規(guī)格設(shè)計(jì)為①410X220mm,所設(shè)定的參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求，它與①420X185mm制動(dòng)器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：制動(dòng)鼓與輪耦之間間隙增大5mm,更利于通風(fēng)散熱，可避免輪耦過熱而損壞輪胎。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，制動(dòng)蹄設(shè)計(jì)為偏心結(jié)構(gòu)，摩擦片為偏心不等厚結(jié)構(gòu)，可以增大摩擦片與制動(dòng)鼓接觸面積，降低單位壓力，減少磨損。目前，依據(jù)此方案設(shè)計(jì)的制動(dòng)器已應(yīng)用到漢德公司開發(fā)的13t單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋（450,485）、13t.16t掛車支撐軸上，市場(chǎng)反映良好。參考文獻(xiàn)：《汽車設(shè)計(jì)》 劉維信主編清華大學(xué)出版社 2001年7月第1版《汽車工程手冊(cè)》設(shè)計(jì)篇 人民交通出版社 2001年5月第1版單級(jí)減速驅(qū)動(dòng)橋制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算陜西漢德車橋有限公司

趙小飛橋名制動(dòng)器規(guī)格EQ153ct>410x220mm457ct>410x220mmSTYER(D420xl85mm北方奔馳ct>410x220mm美馳ct>419xl78mmMANct>410x220mm橋名制動(dòng)氣室規(guī)格EQ153(13t)30〃/30〃45730〃/30〃

STYER24〃/24〃北方奔馳