制动器设计及计算实例

1、领蹄：M1=F1rK从蹄：M2=F2rK：.；2求出K渣1、K刁p2、Fi、F2就可以根据N计算出制动器的制动扭矩.制动器制动效能系数K6cpi、K弟2的计算1 .制动器蹄片主要参数：长度尺寸：A、B、C、D、r制动鼓内径角度尺寸：P、e蹄片包角、久蹄片轴中央-毂中央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N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,Pmax位于蹄片轴中央-毂中央连线的垂线方向,其它各点的单位压力P=PnaxMSin仃；2通过微积分计算,将制动鼓与磨擦片

2、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Z1、Z2OZ1、OZ2,等效力P所产生的摩擦力XOZ1等于PMN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：M=FrK.：制动扭矩：、b蹄片宽如图1所示;KME件尺寸弟制3制动扭矩计算蹄片受力如图3:a.三力平衡领蹄：M1VHiOE1从蹄：M2=H2OE2b.通过对蹄片受力平衡分析对L点取力矩F1ab户H1L1GlrLiGic.通过图解分析求出OE1、OE2、L1G1、L2G2与制动器参数之间的关系,就可以计算出K；、K中.13.具体计算方法:B2C2K=1在包角平分线上彳辅助圆,求Z./.e

3、4sin-圆心通过O点,直径=r2esineHi=Fiab/LiGiM1=F1abOE1/L1GlMi=FirK：1同理:3 匹rL2G2K.2=2Z点：P与PN的合力Hisin=P/H1Hi=PMR/sin制动鼓对制动踢的作用合力3蹄片还受力Fi和Qi,与Hi力平衡,Fi力与Hi力相交于Z,将Z蹄片轴心相连,此即力Qi的方向,Qi、Fi、Hi三力平衡,就可根据有关参数求出K、K却详见汽车设计第二版4sineP=jesine4e-sine；二tg.一一tg：;esine_sincos.cos,_sincos二cos画出仃角线与辅助圆交点,即Z点等效法向分力作用点.二tgL；T班械I习咫tr-电

4、巳器专片尺十国根据制动器的有关参数,就可计算不同N时,制动器领蹄和从蹄的制动效能系数K费、K排.例：EQ140计算结果】EQ140怛刀原阳后EQ1070(后)0.20.30.350.40.450.4KcP0.6161.1391.5041.9722.6282.0111.9961.964K於0.350.4740.5270.5760.6210.5740.5710.58i=KcR/K决0.5680.4160.350.2920.2630.2850.2860.295摩擦片上最大单位压力位于日角处:cos(-)=cos(-(90 x1)=sin(x1)摩擦片上单位压力的分配：puPmaxCOS-二FJnax

5、位于与X-X成8角处.单位压力在x、y方向上分解：P分解为：B=PcosPy=PsinPxPmaxcos-UcosPy=Pmaxsincos(-U)对整个蹄片x-x方向上合力为:巾Px=2Pxbrd2sin)cos-同样y-y方向上合力为:力矩:1,-JrPmax2*sin2cos：rc-sinc(sin)cos-一1一、Py=Pmaxbr(-sin)cos二合力角度PyPxsinsin1sin(sin等效压力：P=JPx2+Py2或P=Px/cos/1_方向通过6,P=3Pmax父b父r父$+sin$父cos日/cos9c以上是固定销式求合力的方法含合力的角度0cc摩擦力矩：T=PxNxrM

6、c,c为常数；另外,摩擦力矩T还可以用积分方法求:T=NrJ、PMbMrd$=2br2Pmaxsin-cose)721.一.P=-Pmaxbr(sin)cos二/cos%T=心融?0巾=2br2Pmaxsin-cos-222br2Pmaxsincos-2tgT轴瓦陡l可好HR/*4sin一T=P：“；r-cos.Jisin=Prc=ZMOZL由制动器的几何尺寸力、9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：T=FrBEF式中BEF为制动器效率因数.车型制动鼓直径K:p前桥K探前桥N=0.3N=0.4K抑K图K部KC.P2i=K&/K冬EQ1404201.1390.

7、4741.97210.576P0.292EQ1061恒力3202.0110.5740.285EQ1061原阳3201.9960.5710.286EQ10703201.9640.580.295JN1504401.20670.48132.14940.58340.271JN1614201.20940.48052.1580.58220.27注：1.对于凸轮式气制动,蹄片轴作支承=0.4时,K疣均为2左右,K徐均为0.58左右,2.行程相同,磨损相同,M=M1M2=FIrKF2rK：宏观看：M1=M2F1rK-1=F2rK：K.1_Fi二=IK2F2.M=2F1r-2K2F2r3.对于油刹和楔块式制动器

8、F1=F2=F.M=FrK.：dK.：2=FrK.：资料介绍的BEF即K浦+K领蹄：M1=F1rK：1从蹄：M2=F2rK.：2M=M1M24.带蹄片轴的气刹式制动器一一K.：iF1.M1=M2;=-=IK.-.2F2M=2Kr1F1r=2K.2F2r5.对带蹄片轴的油刹制动器及楔形制动器M1M2但F1=F2=FM=FiKiK.2r=FK.：r二.凸轮推力及行程的计算凸轮气刹制动器：M=2K；1F1r=2K；2F2r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：Md=PL推动蹄片的力：F1-F2=如e上

9、式中e表示凸轮的力臂,表示凸轮推蹄片的效率F1-iF2一个制动器的扭矩MHM=2Kx2F2r=2K:2r,e(ii)所以要确定Md、e、no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.为了提升效率,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.F2Mde(1i)或:=2KiirMd

10、e(ii)bcos(工x)Ro-bsin(、工；,x)d=bcos(-x)=bsin(x0 x)e=R-bsin(-x)=r0-bcos(x0 x)制动凸轮对蹄片的推力F1、F2制动气室推力 m 调整臂长度=Md圆弧凸轮为40年代产品延用至今用于EQ140,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F1、F28.计算“、e、h的回位力矩e=OA=OB力臂：e=e0sin(x0 x)1效率：=R1+,+ctg(x+%)e0sin(x+x0)_取口=0.19凸轮升程：h=R-e0cos(xx0)-a曲率半径:R=R0(常数)曲率圆中央：F2凸

11、轮中央：Oc=Pc=b(常数)力臂：e=e0sin(xx0)升程：h=bab=R-qcos(xx0)h=R-a-Qcos(xox)Md=(F-F2)eJ(F-F2)b=(FiF2)(eb)n输出(F1+F2)ee一输入一(FiF2)e(F1F2)b-ebN为凸轮与制动蹄片间的摩擦系数,对带滚轮的蹄片取N=n0,07,对带平台的蹄片取=0.19F1+F2与Md(与气室、推杆行程有关)、e、b(与小、e.、x有关)、N有关.JrI2)渐开线凸轮I形成：任意B点-AC=r0C：)I由AOBC得：BC=r0tga1|7_-Idr由于AC=BCir0Q二)=rtg：-=tg-i-1;匚(8、口均用弧度表

12、示)B点沿曲线移动时,OB将转动,u和8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6称为角u的渐开线函数invainvot=6=tga-a特点：等力臂F1F2=e+:b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,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,升程的大小由口确定,凸轮尺寸A决定于P.凸轮中央至曲率OC=Pc,矢量与公法线夹角.某点曲率半径AC=R曲线方程：Ria：23/：22a2OA=P=50a2_22_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,

13、但尺寸A也较大.日十二:cos=(R2-)/(2：R)凸轮转角：4=44xd=(：oa)sin压力脚：sinr：一cosP:(：嘉W2；方e=(;?oa)cosx=(Poa)cos-rpcos：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F1=F22热负荷大3偏摩较明显制动凸轮力臂e：凸轮转角01020304050607080力臂(e)圆弧凸轮EQ140910.6812.3913.5414.2814.5914.4513.8912.8811.5恒力516.497.788.83

14、9.6210.11 r10.310.17:9.2Skada70RT7.999.1810.0810.6710.9410.8810.499.788.777.5渐开线凸轮EQ1141G前10EQ1141G后12Steyr12.5贝利塔GCH13田野12/14.5阿基米德螺线凸轮Sdata-1972Dina接触点曲率半径：R=：2a232：22a2凸轮中央接触点曲率中央：2：2a232：2a2：-2a2：c2a222：22a2*凸轮中央接触点连线与接触点法线之间的夹角cos=：2R2-：；/2：Re力臂e=P0+a仲sin制动凸轮的升程凸轮转角度0102030405060708090100110圆 弧

15、凸轮EQ14001.743.776.048.481113.5516.0218.3720.522.3623.891.53(mm)/103.47(max)/102080:14.6mm恒力012.253.75.327.058.8310.6212.361415.4911.79mm/102080:10.11mmSkada0|1.53.256.9|8.810.712.514.115.5706RT1.61.9/102080:10.09mm渐EQ11开41G24.226.128.13031.833.635.437.23940.8线前凸)轮EQ1141G19.822.524.527.229.31.73436.2

16、38.440.644.2(后)5阿Skata基-1972120.420.925.4I27.930.32.935.4737.97140.442.9645.46米8959984886德螺DiNA118.621.223.826.429.31.734.3336.9539.542.1844.80线624570916凸轮圆弧制动凸轮度制动效率:凸轮转角0102030405060708090100110EQ14074.576.577.377.376.775.573.571.768.865.260.353.78.287.046.245.375.175.15.165.345.676.186.95恒力54.659

17、.962.767697172718.47.77.17.06.826.97.17.7Skada706-RT84.283.682.681.281.88383.884.3849.188.37.747.427.527.918.579.6111.21需蹄片回位力矩是否足够和回位弹簧的拉力形成的气室回位力矩有关.Md=2Fl-2Fb=2Fl-b蹄片回位力矩不仅与弹簧力有关,还与力臂e、N、b有关.三.计算实例气室有效面积欺压0.10.20.30.40.6(3519D)小气室74.5883.3893.5996.63(3519G)100.5102.88106.32107.52-Md与凸轮轴阻力矩及中气室大气室

18、116126.1128.98128.9凸轮轴扭矩气压0.10.20.40.6EQ10608.203818.343641.176963.775812.76127.74256.7585.074139.139.842.142.8EQ1408.203818.343641.176963.775814.5131.564.4996.675136.136.83939.8EQ107011.05522.633646.78170.96329.322520.84546.79272.472554.2552.15049.47EQ1070改11.05522.633646.78170.96328.203818.343641.

19、179663.775857.455.2353.252.67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N=0.4及x=20、00EQ；：:一时的制动扭距:车型EQ140EQ1061EQ1070制动鼓内径r210160160Md刖Kgm63.7863.7870.96,一、.Md后Kgm96.6885.0772.47/emin0.0510.068r0.06850new0.06240.0770.0772001+i1.2921.2851.295K徘1.9722.0111.964K潦0.5760.5740.5803计算前制动器:=3726KgM=2K,.2rF

20、2计算结果：M=2K魂rF2EQ140EQ1061EQ1070刖2074570278360060962069250609620692后200-11299368006092382766050923827660Eq140卜=0.35、K费=0.527、1+i=1.35、气压=0.6MpEQ140F2(x=20.),63.780.06241000EQ1070,70.960.07710001.292=3080Kg100063.780.071.2905=4219KgF2(x=150、60EQ140EQ1061EQ1070EQ10611.258=3821Kg,70.960.07710001.295100063.780.0511.292100063.780.0681.285=2518Kg=3375Kg计算后制动器:F2(x=200)4669Kg匚/_；500F2(X-600EQ140EQ1061EQ1070)5096