鼓式制动器
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4.6鼓式制动器
4.6.1鼓式制动器的结构参数
(1)制动鼓内径
输入力P 一定时,制动鼓内径越大,则制动力矩越大,且散热能力也越强,但D 的增大受轮辋内径限制,制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙,通常要求该间隙不小于20mm ,否则不仅制动鼓散热条件太差,而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。
制动鼓应有足够的壁厚,用来保证有较大的刚度和热容量,以减少制动时的温度。
制动鼓的直径小,刚度就大,并有利于保证制动鼓的加工精度。
制动鼓直径与轮辋直径之比/r D D 的范围如下:
乘用车 /r D D =0.64-0.74
商用车 /r D D =0.70-0.83
轿车制动鼓内径一般比轮辋外径小125mm-150mm ,载货汽车和客车的制动鼓内径一般比轮辋外径小80mm-100mm ,设计时可按轮辋直径初步确定制动鼓内径。
表4-1制动鼓最大内径
轮辋直径为r D 16in=16×25.4mm=406.4mm
而该车的最大内径为D 320mm
/r D D =320/406.4=0.78在0.70-0.83范围内,所以符合设计要求
(2)制动蹄摩擦衬片的包角β及宽度b
表4-2 制动器衬片摩擦面积
制动蹄摩擦衬片的包角β及宽度b 加上已初定的制动鼓内径决定了每个制动器的摩擦面积A ∑,即:
12()/360A Db πββ=+∑ 2mm (5
-1)
式中:D ——制动鼓内径(mm )
b ——制动蹄摩擦衬片宽度(mm)
12,ββ——分别为两蹄的摩擦衬片包角(°)
摩擦衬片的包角β通常在β=90°-120°范围内选取,试验表明,摩擦衬片包角β=90°-100°时磨损最小,制动鼓的温度也最低,而制动效能则最高。
再减小β虽有利于散热,但由于单位压力过高将加速磨损,包角不宜大于120°,因为过大不仅不利于散热,而且易使只动作用不平顺,甚至可能发生自锁。
摩擦衬片宽度b 较大可以降低单位压力,减小磨损,但b 的尺寸过大则不易保证与制动鼓全面接触,通常是根据在紧急制动时使其单位压力不超过2.5a MP 的条件来选择衬片宽度b 的。
设计时应尽量按擦擦片的产品规格选择b 值。
另外,根据国外统计资料可知,单个鼓式车轮制动器总的衬片摩擦面积随汽车总质量的增大而增大,(如表4-2所示)。
而单个摩擦衬片的摩擦面积A 又取决于制动鼓半径R ,衬片宽度b 及包角β,即:
A=Rb β
式中β是以弧度(rad)为单位,当A ,R ,β确定后,由上式也可初选衬片宽b 的尺寸。
表4-3
制动器各蹄摩擦衬片总摩擦面积愈大,则制动时产生的单位面积正压力愈小,从而磨损亦愈小。
在本设计中:根据QC/T309-1999《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列》查得:b=100mm ,R=160mm ,β=100°,得:
12()/360A Db πββ=+∑=π×320×100(100°+100°)/360=55850.62
mm (在300002mm -650002mm 范围内符合要求)
(3)摩擦衬片起始角o β
图 4-5 鼓式制动器的主要几何参数
摩擦衬片起始角o β如图4-5所示。
通常是将摩擦衬片布置在制动蹄外缘得得中央。
有时为了适应单位压力的分布情况,将衬片相对于最大压力点对称布置,以改善制动效能和磨损的均匀性。
在本设计中:)2/(900ββ-︒==︒40
(4)张开力P 的作用线至制动器中心的距离a
在满足制动轮缸或凸轮能够布置在制动鼓内的条件下,应使距离a 尽可能地大,以提高起制动效能,初步设计时可暂取R a 8.0=左右。
在本设计中:R a 8.0==0.8×160=128mm 。
取130mm
(5)制动蹄支销中心的坐标位置k 与c
如图 4-5所示,制动蹄支销中心的坐标尺寸k 是应尽可能地小,以使尺寸c 尽可能地大,初步设计可取c =0.8R 左右。
在本设计中:c =0.8R=0.8×160=128mm 。
取130mm
4.6.2摩擦片摩擦系数
选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些,更要求其热稳定性要好,受温度和压力的影响要小。
不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数,应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性的要求,后者对蹄式制动器非常重要。
各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为0.3~0.5,少数可达0.7。
一般说来,摩擦系数愈高的材料,其耐磨性愈差。
所以在设计制动器时,并非一定要追求高摩擦系数的材料。
当前国产的制动摩擦片材料在温度低于250℃时,保持摩擦系数f =0.35~0.40已不成问题。
因此,在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩,取f =0.3可使计算结果接近实际值。
另外,在选择摩擦材料时,应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。
在本设计中,综合上述的说明,选取f =0.3
4.7盘式制动器主要参数的确定
(1)制动盘直径D
制动盘直径D 应尽可能取大些,这是制动盘的有效半径得到增大,可以减小制动钳的夹紧力,降低衬块的单位压力和工作温度,受轮辋直径的限制,制动盘的直径通常选择为70%~79%,而总质量大于总质量大于2t 的汽车应取上限。
在本设计中:79%79%1625.4321.056r D D mm ==⨯⨯= 取D=320mm
(2)制动盘厚度h
制动盘厚度h 直接影响着制动盘质量和工作时的温升。
为使质量不知太大,制动盘厚度又不宜过小。
制动盘可以制成实心的,而为了通风散热,又可在制动盘的两工作面之间铸出通风孔道。
通常,实心制动盘厚度可取10mm-20mm ;具有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸,即制动盘的厚度取为20mm-50mm,但多采用20mm-30mm 。
在本设计中:取有通风孔道的制动盘厚度h=30mm
(3)摩擦衬块内半径1R 与外半径2R
推荐摩擦衬块外半径2R 与内半径1R 的比值不大于1.5.若此比值偏大,工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多,磨损不均匀,接触面积减小,最终将导致制动力矩变化大。
在本设计中:取1R =110mm,
21 1.4R R =,则2R =154mm (4)摩擦衬快工作面积A
在本设计中:取衬块的夹角为80°。
摩擦衬块的工作面积:
2212211.3212360
802)(cm R R A =⨯⨯⨯-=π 汽车空载时前轮载荷为G55%=1001kg
摩擦衬快单位面积占有汽车质量在1.6kg/2cm -3.5kg/2cm 范围内,符合要求。