制动器制动力矩的计算

xhch163

        制动扭矩：
领蹄：                          
从蹄：                          
求出  、 、  、                              
        就可以根据 计算出制
        动器的制动扭矩。

一．制动器制动效能系数 、 的计算
1．        制动器蹄片主要参数：
长度尺寸：A、B、C、D、r（制动鼓内径）、b（蹄片宽）如图1所示；
角度尺寸： 、 （蹄片包角）、 （蹄片轴中心---毂中心连线的垂线和包角平分线的夹角，即最大单位压力线包角平分线的夹角，随磨擦片磨损而增大）；
为蹄片与制动鼓间磨擦系数。
     
2．        求制动效能系数的几个要点
1）制动时磨擦片与制动鼓全面接触，单位压力的大小呈正弦曲线分布，如图2， 位于蹄片轴中心---毂中心连线的垂线方向，其它各点的单位压力 ；
2）通过微积分计算，将制动鼓
      与磨擦片之间的单位压
      力换算成一个等效压力，
      求出等效压力的方向
      和力的作用点 、
    （ 、 ），等效力
     P所产生的摩擦力
    （等于 ）即扭矩(需建
      立M和蹄片平台受力F之间的关系)；实际计算必须找出M与F之间的关系式：
                        
3)制动扭矩计算
      蹄片受力如图3：
a.          三力平衡
领蹄：
从蹄：

b.         通过对蹄片受力平衡分析（对L点取力矩）
            
            
               
                     
                     
同理：     

c.        通过图解分析求出 、 、 、 与制动器参数之间的关系，就可以计算出 、   。

3．        具体计算方法：
            ；        
            ；              
1)        在包角平分线上作辅助圆，求Z.
               圆心通过O点，直径＝
               画出 角线与辅助圆交点，即Z点等效法向分力作用点。






                                             










2)        Z点：P与 的合力
、               
（制动鼓对制动踢的作用合力）

3)        蹄片还受力 和 ，与 力平衡， 力与 力相交于   ，将 蹄片轴心相连，此即力 的方向，         、 、  三力平衡，就可根据有关参数求出  、  （详见汽车设计第二版）。
  ；         
；
；      
  ；                                 ；
；               
根据制动器的有关参数,就可计算不同 时，制动器领蹄和从蹄的制动效能
系数 、 。
例：【EQ140 计算结果】
EQ140        恒力        原阳（后）       
EQ1070(后）

0.2        0.3        0.35        0.4        0.45       
0.4

0.616        1.139        1.504        1.972        2.628       
2.011       
1.996       
1.964

0.35        0.474        0.527        0.576        0.621       
0.574       
0.571       
0.58

0.568        0.416        0.35        0.292        0.263       
0.285       
0.286       
0.295

摩擦片上最大单位压力位于 角处：


摩擦片上单位压力的分配：

位于与x-x成 角处。
单位压力在x、y方向上分解：
P分解为：
        

  

对整个蹄片x-x方向上合力为：



同样y-y方向上合力为：

合力角度

     ＝
  
等效压力：
  或
方向通过 ，
以上是固定销式求合力的方法（含合力的角度 ）
摩擦力矩：
  ，c为常数；（另外，摩擦力矩T还可以用积分方法求：  ＝ ）
  
＝



力矩：



由制动器的几何尺寸( 、 )确定。       
总等效压力：
由P与输入力F的关系可作图求出（力平衡）
故可得出：

式中BEF为制动器效率因数。

         车  型        制 动 鼓
直    径            （前桥）
（前桥）

                 


                 





EQ140        420        1.139        0.474        1.972        0.576        0.292
EQ1061（恒力）        320                        2.011        0.574        0.285
EQ1061（原阳）        320                        1.996        0.571        0.286
EQ 1070        320                        1.964        0.58        0.295
JN150        440        1.2067        0.4813        2.1494        0.5834        0.271
JN161        420        1.2094        0.4805        2.158        0.5822        0.27

注：1.对于凸轮式气制动,蹄片轴作支承  =0.4时,    均为2左右,   均为0.58左右,
2.行程相同,磨损相同,

   
宏观看:

  

  

3.对于油刹和楔块式制动器

  

资料介绍的BEF即
领蹄:  
从蹄：                        
               

4.带蹄片轴的气刹式制动器
        ;         

   5.对带蹄片轴的油刹制动器及楔形制动器:
     但      
  



二.凸轮推力及行程的计算
凸轮气刹制动器:

制动器的效能系数确定后,制动扭矩决定于对蹄片的推力和制动鼓的直径
对蹄片的推力取决于气室的推力,调整臂的长度及凸轮的形状
凸轮推动蹄片的力矩:  
推动蹄片的力:
上式中 表示凸轮的力臂， 表示凸轮推蹄片的效率

  
一个制动器的扭矩

或：
所以要确定 、 、 。
对凸轮的设计分析(包括升程)
1.        几种制动凸轮的介绍
制动凸轮曲线有渐开线,圆弧,阿基米德螺线. 渐开线配滚轮结构是鼓式制动器的常用结构，它具有效率高，性能稳定的优点，从EQ245开始采用。
1)        圆弧凸轮
特点：既不等力臂也
     不等升程
           是从40年代开始使用的易于
           加工的凸轮，力臂和升程均随
           凸轮转角的变化而变化。为了
           提高效率，保证制动力矩的稳
           定，这种结构已越来越少，取
           而代之的是渐开线凸轮配带滚
           轮的蹄片，而且滚轮与滚轮轴
          之间保证有润滑，有密封。
曲率半径：
      曲率圆中心：
      凸轮中心：






制动凸轮对蹄片的推力 、
制动气室推力 调整臂长度＝
圆弧凸轮为40年代产品延用至今用于EQ 140，EQ240，90年代又开始用于EQ1061（气制动）和EQ1070（气制动）
分析计算如下：
A．        计算 、
B．        计算 、 、  的回位力矩

        力臂：
         效率：
取
        凸轮升程：
          （应保证磨擦片磨损后仍有足够的升程）
力臂：
升程：

  



为凸轮与制动蹄片间的摩擦系数，对带滚轮的蹄片取 ＝0.07，对带平台的蹄片取 ＝0.19

与 （与气室、推杆行程有关）、 、 （与 、 、 有关）、 有关。



2)        渐开线凸轮
               
形成：任意B点
      
由ΔOBC得：
由于
  

（ 、 均用弧度表示）
       B点沿曲线移动时，
OB将转动，  和 也改变，
上面导出的角之间的相互关系的函数称为渐开线函数
              称为角 的渐开线函数
＝
                特点：等力臂
                      渐开线凸轮是力臂恒等的凸轮，基圆直径在  之间，基圆直径再减小，
F可增大，但影响回位力矩和升程。基圆直径大，能保证有足够高的升程，但尺寸A也较大。



                       











3.阿基米德螺线凸轮
   形成：在等速旋转的圆的固定半径上作等速直线运动的点的轨迹
  特点：等升程
            阿基米德螺线凸轮可近似认为是等升程的凸轮,升程的大小由
  确定，凸轮尺寸A决定于 。凸轮中心至曲率 ，矢量与公法线夹角
某点曲率半径
曲线方程：
     
      















凸轮转角：


压力脚





3）        楔形制动器
特点：直接将气室的推力转换成对蹄片的推力，效率高。蹄片可做成具有两个自由段的中等自增益制动器，故而可用较小的气室或较小的制动轮鼓径。
但是：        （1）蹄片磨损不均（ ）
              （2）热负荷大
              （3）偏摩较明显

制动凸轮力臂e：

凸轮转角        0        10        20        30        40        50        60        70        80        90
                          力臂(e)        圆弧凸轮        EQ140        9        10.68        12.39        13.54        14.28        14.59        14.45        13.89        12.88        11.5
                恒力        5        6.49        7.78        8.83        9.62        10.11        10.3        10.17        9.2       
                Skada70RT        7.99        9.18        10.08        10.67        10.94        10.88        10.49        9.78        8.77        7.5
       
渐开线凸轮        EQ1141G前        10
                EQ1141G后        12
                Steyr        12.5
                贝利埃GCH        13
                田野        12/14.5
        阿基米德螺线凸轮        Sdata-1972       
                Dina       

接触点曲率半径：  
凸轮中心――接触点曲率中心：

   凸轮中心――接触点连线与接触点法线之间的夹角

力臂   
制动凸轮的升程   
凸轮转角(度)        0        10        20        30        40        50        60        70        80        90        100        110
圆弧凸轮        EQ
140        0        1.74        3.77        6.04        8.48        11        13.55        16.02        18.37        20.5        22.36        23.89
                1.53(mm)/10    3.47(max)/10     20~80    :14.6mm
        恒力        0        1        2.25        3.7        5.32        7.05        8.83        10.62        12.36        14        15.49       
                1~1.79mm/10    20~80 :10.11mm
        Skada706RT        0        1.5        3.2        5        6.9        8.8        10.7        12.5        14.1        15.5               
                1.6~1.9/10  20~80  :10.09mm
渐开线凸轮        EQ1141G（前）       
                                24.2        26.1        28.1        30        31.8        33.6        35.4        37.2        39        40.8
        EQ1141G（后）       
                        19.8        22.5        24.5        27.2        29.5        31.7        34        36.2        38.4        40.6        44.2
阿基米德螺线凸轮        Skata-1972       
                18        20.495        20.99        25.49        27.98        30.48        32.98        35.47        37.97        40.46        42.96        45.46
               
        DiNA        16        18.62        21.24        23.85        26.47        29.09        31.71        34.33        36.95        39.56        42.18        44.80
               

圆弧制动凸轮度制动效率：
凸轮转角        0        10        20        30        40        50        60        70        80        90        100        110
EQ140                74.5        76.5        77.3        77.3        76.7        75.5        73.5        71.7        68.8        65.2        60.3        53.7
                8.28        7.04        6.24        5.37        5.17        5.1        5.16        5.34        5.67        6.18                6.95
恒力                        54.6        59.9        62.7        67        69        71        72        71                       
                        8.4        7.7        7.1        7.0        6.82        6.9        7.1        7.7                       
Skada706-RT                        84.2        83.6        82.6        81.2        81.8        83        83.8        84.3        84               
                        9.18        8.3        7.74        7.42        7.52        7.91        8.57        9.61        11.21               

需蹄片回位力矩是否足够和回位弹簧的拉力形成的  与凸轮轴阻力矩及
气室回位力矩有关。


  蹄片回位力矩不仅与弹簧力有关，还与力臂 、 、 有关。

三．计算实例

气室有效面积（）：
欺压        0.1        0.2        0.3        0.4        0.6
（3519D）小气室        74.58        83.38                93.59        96.63
（3519G）中气室        100.5        102.88                106.32        107.52
大气室        116        126.1                128.98        128.9

凸轮轴扭矩  

气压        0.1        0.2        0.4        0.6
EQ1060                8.2038        18.3436        41.1769        63.7758
                12.76        27.742        56.75        85.074
                39.1        39.8        42.1        42.8
EQ140                8.2038        18.3436        41.1769        63.7758
                14.5        31.5        64.49        96.675
                36.1        36.8        39        39.8
EQ1070                11.055        22.6336        46.781        70.9632
                9.3225        20.845        46.792        72.4725
                54.25        52.1        50        49.47
EQ1070(改                11.055        22.6336        46.781        70.9632
                8.2038        18.3436        41.1796        63.7758
                57.4        55.23        53.2        52.67

计算凸轮推力：
设气压为0.6Mp、气室推杆行程S＝30mm、制动鼓与制动蹄片间的摩擦系数   ＝0.4及     、 时的制动扭距：

车型        EQ140        EQ1061        EQ1070
制动鼓内径r        210        160        160
（前）Kgｍ
63.78        63.78        70.96
（后）Kgm
96.68        85.07        72.47

min        0.051        0.068        0.068
         


new        0.0624        0.077        0.077
         


1.292        1.285        1.295

1.972        2.011        1.964

0.576        0.574        0.5803

计算前制动器：

             EQ140  
                                                                          
=3080 Kg


EQ1061



=2518 Kg
  
      

      EQ1070
             =3821Kg





      =3375 Kg
      
        

        =4219 Kg




       =3726 Kg

计算后制动器：

4669 Kg                     5096 Kg                  4309  Kg

3817 Kg                    4502 Kg                  3805 kG


计算结果：

EQ140        EQ1061        EQ1070
       
前        20°        745        702        783
        60°        609        620        692
        50°        609        620        692
后        20°        1129        936        800
        60°        923        827        660
        50°        923        827        660


Eq140  、 、 、气压＝0.6Mp
行程s=30mm



    =988  Kgm





车型        EQ140        EQ1061        EQ1070

New        前        745        702        783
        后        1129        936        800

最小
前        609        620        692
        后        923        827        660

EQ1061、 EQ1070 设气压0.2/0.4Mp, S=30mm,  、  、
计算 、 ：

车型        EQ1061        EQ1070


0.2/0.4Mp        18.38/41.18        22.63/46.78

        27.74/56.75        20.85/46.79


0.077        0.077

        0.068        0.068

1.258        1.295

2.011        1.964

0.574        0.5803
( )
前        1099/2467        1346/2781
        后        1662/3400        1240/2782
（ ）
前        971/2179        1188/2456
        后        1468/3003        1090/2448


202/453        250/516
         
178/400        221/456


305/625        230/5166
         
270/552        203/455



EQ1070由小气室 125 改为 110
车型        EQ1070改
      

0.2/0.4Mp（下同）        22.63/46.78
      
        18.34/41.48
      

0.077
         
0.068
              
1.295
              
1.964
              
0.5803
( )
前        1346/2781
        后        1096/2448
（ ）
前        1188/2456
        后        963/2162


250/516
         
204/455


221/456
         
179/1452

制动扭距汇总表
制动扭距（单轮）：
车型        EQ140        EQ1061        EQ107        EQ1070改
0.6Mp
0.6

前        745        702        783       
                后        1129        936        800       
         
前        609                       
                后        923                       
         
前                620        692       
                后                82        660       
0.4Mp
0.4

前                453        516        516
                后                625        516.6        455
         
前                400        456        456
                后                552        455        402
0.2Mp
0.2

前                202        250        250
                后                305        230        204
         
前                179        221        221
                后                270        203        179


气压0.6Mp可能产生的地面制动力（单轮）：
轮胎型号        9.00-20        7.00-16        7.00-16
轮胎半径（mm）        485        369        369
单胎制动力
（0.6MP）         
前        1536        1902        2122
                后        2328        2537        2168
         
前        1256        1680        1875
                后        1903        2241        1789



气压为0.2Mp/0.4Mp是的制动力：
制动器制动力＝M/r    取r=0.369m
（单轮）
车型        Eq1060        EQ1070        EQ1070改
P＝0.2Mp         
前        482        590        559
                后        732        550        485
         
                55.1％
         
前        547        678        678
                后        827        623        553
                                        55.3％
P＝0.4Mp         
前        1084        1236        1236
                后        1496        1233        1089
         
                53.1％
         
前        1227        1398        1396
                后        1694        1400        1233
         
                53.2％

EQ1070改过后，更接近理想分析，同时能使前后摩擦片的磨损趋于均匀。

四、分析
1、        关于制动力及其分配的分析
1）        理想制动力及其分配（ ）：

        EQ140        EQ1061        EQ1070        EQ1070改
满载静轴荷（Kg）        前        2360        2414               
        后        6930        3746               
重心高度                1170        800               
轴距                3950        3800               
0.7g是轴荷转移        1926        908               
制动时前轴载荷（Kg）        4286        3322               
制动时后轴荷（Kg）        5004        2838               

轮胎规格/制动半径        9.00-20/485        7.00-16/369        7.00-16/369        7.00-16/369
理想制动力（单轮）        前        1500        1163        1163        1163
        后        1751        993        993        993
理想制动力分配系数        46.1％        53.9％        53.9％       

2）        实际制动力及其分配（ 、P＝0.6Mp、 —EQ1061、EQ1070； －EQ140）：
3）       
                 
车型        EQ140        EQ1061        EQ1070        EQ1070改
前轴制动力        1256        1680        1875       
后轴制动力        1903        2241        1789       
分配
39.8％        42.8％        51.2％       

单轮制动力
车型        EQ1061        EQ1070        EQ1070改
0.4Mp        前轴制动力        1084        1236        1236
        后轴制动力        1496        1223        1089
        分配
42％        50％        53.2％
0.2Mp        前轴制动力        482        599        599
        后轴制动力        732        550        485
        分配
39.7％        52.1％        55.3％

2、        附着同步系数   
EQ140（0.6Mp）        
EQ1061（0.4Mp）      
EQ1070（0.4Mp）      
Eq1070改（0.4Mp）     

EQ1061后轮抱死侧滑的危险性大！

3、        蹄片单位面积承受的车重（计及前、后制动力分配）

车型                EQ140        EQ1061        EQ1070        EQ1070改
总重（Kg）                9290        6000        7000        7000
蹄片面积（两轮）
            前        2111        1910        2011        2011
        后        3299        1910        2614        2614

   K
0.6Mp        1.75        1.36        1.74        1.85
        0.4Mp        1.72        1.36        1.74        1.85
        0.2Mp        1.62        1.28        1.81        1.92

   K
0.6Mp        1.69                       
        0.4Mp        1.72        1.87        1.34        1.25
        0.2Mp        1.78        1.94        1.28        1.2
日本日野厂推荐K   2.5Kg/cm


  EQ140  K =1.62、K =1.78,在经常性制动条件下（0.2Mp），前蹄片寿命约为后蹄片寿命的三倍，甚至更多。同时，考虑到冷却条件的不同（前轮冷却条件好），应使：
             K  >K                                              
车型        EQ1061        EQ1070
K
1.28        1.81
K
1.94        1.28

4、        蹄片单位面积能量耗散率(能量负荷)
日本日产柴      uwl=   



――Km/h、 ――ｍ/ｓ
要求：
v=65Km/h、a=0.6g、uwl<18Kgm/cm .s
日野要求：
v=80/h、a=0.6g、uwl＝16.7Kgm/cm .s
日本汽车设计手册要求：
车型        V(Km/h)        a        Uwl(Kgm/cm .s)

大货车        65        0.6g        18
小货车        80        0.6g        18
轿车        100        0.6g        18

美国
v=96KM/h、a=5m/s
spd超过1.8W/mm （由试验得） 将引起鼓龟裂，（1/W ＝10.2Kgm/ cｍ ．ｓ）

5、        利兰汽车公司

车型        前        后
11T客车        1.5?Ｗ／ｍｍ
1.0?Ｗ／ｍｍ

11.4T客车        1.5?Ｗ／ｍｍ
0.8?Ｗ／ｍｍ

7T货车        1.0?Ｗ／ｍｍ
1.0?Ｗ／ｍｍ


五．总结：
1．按照有关参数（总重、轴荷分配、轴距、轮胎等）确定前、后制动器的制动力矩分配和制动器主要系数
2．验算前、后制动器的制动扭距
1） 、
2）P、 、
3）凸轮 、 、
4） 、
确定实际制动力分配，确定
3．验算前、后轮附着系数利用率和某轴先抱死时的制动强度
4．        验算前、后轮制动片的强度（不龟裂）
确定合适的 值或
(根据该车的使用条件)
前轮：Uwl=1.5 Ｗ／ｍｍ
后轮：Uwl=0.8 Ｗ／ｍｍ

baipi

公式和图表都看不见