1.6L乘用车制动器设计及仿真分析（技术报告） - 图文(4)

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3.4.5制动力的计算

盘式制动器的计算用简图如图3-2所示，对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大，则R等于平均半径Rm或有效半径Re，在实际中已经足够精确。如图3-3所示，平均半径Rm为：

Rm?R1?R22?83?1242?103.5mm

（3-7）

式中，R1、R2—摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。

图3-2 盘式制动器的计算图

图3-3 钳盘式制动器的作用半径计算图

有效半径Re是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离，如下式所示（根据离合器设计规范）：

Re?2(R2?R1)3(R2?R1)2233?43[1?m(1?m)2]Rm?105mm

（3-8）

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式中，m?R1/R2。

因为m?1,

m(1?m)2?14,故Re?Rm，m越小，则两者差值越大。

应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处得滑磨速度相差太远，磨损不均匀，因为单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于0.65。

假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为

M??2fF0R （3-9）

式中，f—摩擦因数；F0—单侧制动块对制动盘的压紧力；R—作用半径。

对于前制动器 所以，FO?M?2fR?Mμ?94.5N/m

94.52?0.35?0.1035?1304N

对于后制动器 Mμ?80.5N/m 所以，FO?M?2fR?70.52?0.35?0.1035?973N

3.4.6最大制动力矩的计算

最大制动力矩是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的，这时制动力与地面作用于车轮的发向力Z1、Z2成正比。

对于常遇到的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数?0值的汽车，为了保证在? >?0的良好路面上能够制动到后轴车轮和前轴车轮先后抱死滑移，前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力矩为

Tf1max?Z1?re?1??G(L2?qHg)?reL （3-10）

Tf2max??Tf1max （3-11）

对于常遇到的道路条件较好、车速较高因而选取了较大的同步附着系数?0值的汽车，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。在?

Tf2max?G(L1?qHg)?reL16

（3-12）

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Tf1max??1??Tf2max （3-13）

式中, ?—该车所能遇到的最大的附着系数。

对于本设计乘用车来说，它通常是在较好的路面上行驶，所以它适用第二种情况，这里可以取?=0.9。

由此可知单个制动器所需要提供的最大制动力Fmax和最大制动力矩Tmax为：

Fmax?F0?1304N

Tmax?Fmax?re?1304?0.93?1213N?m3.4.7应急制动和驻车制动所需制动力矩的计算

1）应急制动

应急制动时，后轮一般将抱死滑移，故后桥制动力为：

FB2?F2??magL1L??hg? （3-14）

此时所需的后桥制动力矩为：

FB2re?F2?re?magL1L??hg?re?1700?10?12222350?0.6?0.93?0.6?165?1568387.097N?m

现用后轮制动器作为应急制动器，则单个后轮制动器的制动力矩为：

FB2re/2=784193.548N?m 2）驻车制动

汽车上坡停驻时，后桥附着力为：

F2??mag?(L1Lcos??hgLsin?) （3-15）

汽车在下坡停驻时，后桥附着力为：

F2??mag?('L1Lcos??hgLsin?) （3-16）

汽车可能停驻的极限上坡路倾角?1，可根据后桥上的附着力与制动力矩相等的条件得：

mag?(L1Lcos??hgLsin?)?magsin?1 （3-17）

所以：

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?1?arctan?L1L??hg?arctan0.6?12222350?0.6?930?22.25

?同理可推出汽车可能停驻的?1是保证汽车上坡行驶的纵向稳定性的极限坡路倾角。极限下坡路倾角为：

?1?arctan'?L1L??hg?arctan0.6?12222350?0.6?930?14.15?

在安装制动器的空间时，制动驱动力源等条件允许的范围内，应力求后桥上驻车制动力矩接近由?1所确定的极限值：

magresin?1?1700?10?165?sin22.25?1062109.372N?mm,

并保证下坡路上停驻的坡度不小于法规的规定值。

3.5校核计算

3.5.1摩擦衬块磨损特性的校核

摩擦衬块的磨损受温度，摩擦力，滑磨速度，制动盘的材质及加工景况，以及衬块本身材质等许多因素的影响，因此在理论上计算磨损特性极为困难。但试验表明，影响磨损的最重要因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。

从能量的观点来说，汽车制动过程即是将汽车的机械能的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了汽车全部动能耗散的任务。此时，由于制动时间很短，实际上热量还来不及逸散到大气中就被制动器所吸收，致使制动器温度升高。这就是所谓制动器的能量负荷。能量负荷越大，则衬片（衬块）的磨损越严重。对于盘式制动器的衬块，其单位面积上的能量负荷比鼓式制动器衬片大许多，所以制动盘表面温度比制动鼓的高。

各种汽车的总质量及其制动衬片（衬块）的摩擦面积各不相同，因而有必要用一种相对的量作为评价能量负荷的指标。目前，各国常用的指标是比能量耗散率，即单位时间内衬片（衬块）单位面积耗散的能量，通常所用的计算单位为W/mm2。比能量耗散率有时也称为单位功负荷，或简称能量负荷。双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率分别为

e1?22?ma(v1?v2)4tA1? （3-18）

e2??ma(v1?v2)4tA222(1??) （3-19）

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t?式中，ma—汽车总质量；

?—汽车回转质量系数；

v1?v2j22 （3-20）

； v1、v2—制动初速度和终速度（m/s）j—制动减速度(m/s2)；t为制动时间(s)；

A1、A2—前、后制动器衬片（衬块）的摩擦面积(mm)；

2

?—制动力分配系数。

在紧急制动到停车的情况下，v2=0，并可认为?=1，故

e1?mav14tA1mav14tA222? （3-21）

e1?(1??) （3-22）

乘用车的盘式制动器在v1=100km/h(27.8m/s)和j=0.6g的条件下，比能量耗散率应不大于6.0W/mm2。

t=27.8/6=4.63(s)

前轮衬块的摩擦特性：e1?1700?27.8?0.784?4.63?225001700?27.8?0.224?4.63?850022?2.46(W/mm)?6.0W/mm22

后轮衬块的摩擦特性：e2??1.84(W/mm)?6.0W/mm22

由上面计算结果看出摩擦衬块磨损在规定范围内，符合技术要求。

3.5.2制动器的热容量和温升的校核

应核算制动器的热容量和温升是否满足如下条件：

(mdcd?mhch)?t?Q （3-23） 式中，md—各制动鼓(盘)的总质量；

mh—与各制动鼓(盘)相连的受热金属件(如轮毂、轮辐、轮辋、制动钳体等)的

总质量；

cdch—制动鼓(盘)材料的比热容，对铸铁c=482J／(kg·K)，对铝合金c=880J／(kg·K)； —与制动鼓(盘)相连的受热金属件的比热容；

—制动鼓(盘)的温升(一次由va=30km／h到完全停车的强烈制动，温升不应超?t 过15℃)；

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