某型汽车鼓式制动器的设计

摘要：根据某型汽车制动器的主要技术参数，得到了该车型的同步附着系数和前后轮制动力分配系数。通过计算，设计了鼓式制动器，得到了制动鼓直径、摩擦衬片宽度和包角等制动蹄主要参数，以及制动力矩和制动因数等制动性能参数。

关键词：汽车;制动;鼓式制动器

0.引言

汽车制动系统是汽车最重要系统之一，在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色，特别是近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显，对其进行设计研究具有重要的意义。

1.制动系统设计计算

1.1 轻型货车主要技术参数

设计参数：整车质量：满载：3000kg，空载：1200kg;质心位置：a=2.0m b=1.6m，重心高度：hg=0.74m（空载）hg=0.82m（满载）;轴距：L=3.6m;轮距：B=1.50m;轮胎规格：7.0-16。

1.2 同步附着系数φ的确定

轿车制动制动力分配系数β采用恒定值得设计方法。欲使汽车制动时的总制动力和减速度达到最大值，应使前、后轮有可能被制动同步抱死滑移，这时各轴理想制动力关系为

Fμ1+Fμ2=φG，Fμ1/Fμ2=（L2+φhg）/（l1-φhg）

式中：Fu1：前轴车轮的制动器制动力;Fu2：后轴车轮的制动器制动力;G：汽车重力

L1：汽车质心至前轴中心线的距离;L2：汽车质心至后轴中心线的距离;hg：汽车质心高度。

由上式可知，前后轮同时抱死时前、后轮制动器制动力是φ的函数，如果汽车前后轮制动器制动力能按I曲线的要求匹配，则能保证汽车在不同的附着系数的路面制动时，前后轮同时抱死。

然而，目前大多数汽车的前后制动器制动力之比为定值。常用前制动器制动力与汽车总制动力之比来表明分配的比例，称为制动器制动力分配系数，并以符号β来表示，即

β=Fμ1/Fμ2

前、后制动器的制动器制动力分配系数影响到汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度。要确定β值首先要选取同步附着系数。

根据汽车知识手册查表得一般货车取β=0.65-0.7，本次轻型货车设计取β=0.7。

1.3 前、后轮制动力分配系数β的确定

根据公式：制动力分配系数 β=（b+hg）/L，得

β=（1600+0.7×820）/3600=0.6

β为同步附着系数，b为汽车重心至后轴中心线的距离，L为轴距，Hg为汽车质心高度。

2.鼓式制动器主要参数的设计计算

2.1 制动鼓直径D

轿车D/Dr=0.64～0.74，货车D/Dr=0.70～0.83，这里选D/Dr=0.7 Dr=16×25.4=406.4mm D=0.7×406.4=284.48mm，所以，前后轮制动鼓直径D=300mm

2.2摩擦衬片宽度b和 包角θ

制动鼓半径R确定后，摩擦衬片的宽度b和包角θ便决定了衬片的摩擦面积Ap，Ap越大则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Ap随汽车总重而增加，给定的轻型总重量：

Ga=3000×9.8/1000=29.4KN

查汽车设计书得Ap=250～400 （cm）2，所以选取Ap=320 cm2，单个制动片有

Ap=Rbθ，b=Ap'/Rθ=67.9

按GB QC/T309-1999，取b=70mm，摩擦衬片起始角为

θ0=90-θ/2=90-45=45

2.3 制动器中心到张开力P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。e=0.8R=120mm

2.4 整车制动性能

同步附着系数φ0按公式计算

θ0=（Lβ-b）/hg，β=（b+θ0hg）/L

式中：L――轴距;Hg――重心高;β――制动分配系数，得

β=（1600+0.7×820）/3600=0.6，

φ0=（3600×0.6-1600）/820=0.68

2.5 制动器的温升计算

制动时，由于制动鼓和摩擦片之间作用，产生了大量的热。在紧急制动时，因时间短，热量来不及散到大气中去，几乎全被制动鼓所吸收使之温度升高。

实践表明，从速度Va=30km/h紧急制动到完全停车制动鼓的温升不应超过15°

其温升按下式计算：

t=GaV2ancg*108458*4.19=6.6<15°C合格

3.制动器的制动效能参数计算

3.1 制动器制动力矩的确定

为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理的确定前、后轮制动器制动力矩。对于选取较大φ0的各类汽车，应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。当φ>φ0时，相应的极限制动强度q<φ，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为

M1=G/L（b+φhg）φγε，M2=（（1-β）/β）/×M1

由于轮胎规格取7.0-16，故γε=203.2mm。

M1=G/L（b+φhg）φγε

=30000/3.6（1.6+0.7×0.82）×0.7×0.2032

=2576.91N/m

一个前轮的制动力矩M1/2=1288.46 N/m，后轴制动力矩M2=（1-0.6）/0.6×2576.91=1717.94N/m，一个后轮的制动力矩M2/2=858.97N/m。

3.2 制动器制动因数计算

在评价不同结构型式的制动器效能时，常用一种无因数指标，称为制动器效能因数。也就是在制动鼓或制动盘的作用半径上所得到的摩擦力与输入力之比

1）后轮领从蹄效能因数：Kec1=ξ（ε/Vρ-1）

2）后轮双蹄效能因数：Kec1=ξ（ε/Vρ+1）

式中：ξ=h/R;ε=a/R;ρ=（sinθ/2）/（θ+sinθ）;V=cosδsinβ;δ=β-α;β=arctanμ;α=θ0+θ/2-90;V'=cosδsinβ;δ1=β+α

对于双领蹄式：C*=2Kec1;对于领从蹄式：C*=Kec1+Kec2

制动蹄支承点位置坐标a=120mm， 制动器中心到张开力P作用线的距离e=120mm

h=a+e，ξ=1.6h，ε=a/R=0.8

摩擦衬片包角θ=90°，摩擦片摩擦系数μ=0.3～0.5 取0.35。

β=arctanμ;β=19.29=0.337rad;α=θ0+θ/2-90=0

V'=cosδ1sinβ=0.312;ρ=（sinθ/2）/（θ+sinθ）=1.1

则Kec1=ξ（ε/Vρ-1）=1.023，Kec2=ξ（ε/Vρ+1）=0.48

故选择领从蹄式后轮总的效能因数为Kt=Kt1+Kt2=1.683

4.结论

本文根据某型汽车制动器的主要技术参数，设计了鼓式制动器，得到了同步附着系数、前后轮制动力分配系数、制动鼓主要参数，以及制动力矩和制动因数等数据，为制动系统的设计提供的数据支持。

[参考文献]

[1]王望.汽车设计（第四版）机械工业出版社.2004年

[2]杨坤，李静，郭立书，等.汽车电子机械制动器系统设计与仿真[J].农业机械学报，2008， 39（8）： 24-27.

[3]傅云峰.汽车电子机械制动系统设计及其关键技术研究[D].浙江大学，2013.

（作者单位：安徽理工大学机械工程学院，安徽 淮南 232001）