《气压盘式制动器制动力矩的计算》

气压盘式制动器制动力矩的计算

（Calculation on braking torque of air disc brake ）

勇波

摘要：

气压盘式制动器ADB （air disc brake ）制动力矩的大小，从一开始使用就是争论的焦点。本文试图从实证研究入手，建立制动力矩的数学模型。

关键词：

气压盘式制动器ADB （air disc brake ）；

制动力矩——使汽车运动减速或停止的力矩；

压力臂——气压盘式制动器中产生增力的杠杆元件；

传动比——ADB 增力机构对输入力的放大比例。

参考书目：

《最新汽车设计实用手册》 林秉华

正文：

20世纪90年代，气压盘式制动器ADB （air disc brake ）开始被广泛应用于商用车辆，近几年在国内发展迅速，城市公交客车、中高档客车已经普遍采用ADB 配置。但各种各样的仿制产品在行业内落地生根的同时，理论上的研究显得比较冷清。在此，我抛砖引玉，对ADB 产品的传动比和制动力矩的计算方法作一番探讨和归纳。

1.制动力矩

在气压盘式制动器中，制动力矩T f 主要来源于压力臂（增力杠杆元件）对气室推力Q 的放大，我们将其称之为传动比K ，经过增力机构放大的正推力为W p ，则W p ＝KQ 。 ηηe e p f KQfR fR W T 22==

Q ——气室推力；

f ——摩擦块的摩擦系数；

R e ——制动半径；

η——机械传动效率。

2.制动半径

根据右图，在任一单元面积RdR ϕd 上的摩擦力

对制动盘中心的力矩为ϕdRd fqR 2，式中q 为衬块

与制动盘之间的单位面积上的压力，则单侧制动块

作用于制动盘上的制动力矩为： θϕθ

θ)(3

223132221R R fq dRd fqR T R R f

-==⎰⎰- 单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为：

θϕθ

θ)(212221R R fq dRd fqR fW R R p -==⎰⎰-

得有效半径为：

)2]()(1[34322212212121223132R R R R R R R R R R fW T R P f

e ++-=--⋅== 式中R 1＝134，R 2＝214（考虑到制动盘的倒角）

计算得：R e ＝177。

3.压力臂力臂

下图为装配状态压力臂的工作范围图：

由上图简化成下列坐标关系：

坐标原点为气室推杆的安装基点；

压力臂工作圆心的坐标点为（67.57，38.84），极坐标为（77.94，29.892°）；

工作半径R ＝67.65；

工作范围：α＝74°～90°～85.83°；

气室推杆端部球头圆心的运动轨迹方程：

220002)cos(2R =+--ρααρρρ （1）

其中94.770=ρ；︒=892.290α；65.67=R

代入（1）式得：012.1498)892.29cos(88.1552

=+︒--αρρ （2）

设气室推出长度为H ，10-=ρH 。

制动力臂的长度为L ，由坐标关系图可以得到下式：

ααsin )84.3857.67(ctg L -= （3）

因此，测出气室的推出长度，就可以求出压力臂的力臂长度。

上图为压力臂力臂长度计算图，左图中β是α的余角，根据（3）式导出α与L 的关系，再根据（2）式推导出力臂L 与推杆行程H 的关系。

4.压力臂传动比

KQ e r R f e QL W P =-++=)

cos (sin γγ 式中：W P ——压力臂正压力；

Q ——气室推力；

L ——压力臂臂长；

e ——偏心距：4mm ；

R ＝21；

r ＝2.6；

f ——滚动轴承摩擦系数，取0.002；

γ——在60.053°～101.873°之间递增(终止角＝180°-78.127°＝101.873°) K ——理论传动比；

3.16~96.16~01.16)

cos (sin =-++=γγe r R f e L K

5.制动力矩的模拟计算

ηηe e p f KQfR fR W T 22==

Q ——气室推力，20”气室，输入气压为700KPa 时，公称推力7980N ；

f ——摩擦块的摩擦系数，设为0.35；

η——机械传动效率，设为95％；

m N T f ·15930~15037=

从上述计算中可以看到，气压盘式制动器制动力矩计算的关键就是计算出增力机构的增力比，它的大小也最终决定了各种盘式制动器的制动力矩。