毕业设计（论文）-驱鸟稻草人设计（全套图纸）.pdf

1 目 录 摘要1 关键词1 1 前言 2 2 驱鸟车制动器的结构形式及选择 4 2.1 盘式制动器的结构形式及选择 4 2.1.1 固定钳式盘式制动器 4 2.1.2 浮动盘式制动器 5 2.2 制动盘的分类及选择 5 3 制动器的只要参数及选择 7 3.1 制动力与制动力的分配选择 7 3.2 同步附着系数12 3.3 制动强度和附着系数利用率13 3.4 制动器最大制动力矩14 3.5 利用附着系数与制动效率15 3.6 制动器因数17 3.7 盘式制动器主要参数及摩擦系数的确定18 4 制动器的设计计算19 4.1 摩擦衬块的磨损特性计算19 4.2 制动器的热容量和升温的核算21 4.3 盘式制动器制动力矩计算22 5 制动器只要部件的结构设计与计算24 5.1 制动盘23 5.2 制动钳23 5.3 制动块24 5.4 衬块警报装置设计25 5.5 摩擦材料25 2 5.6 制动器间隙25 5.7 固定摩擦片铆钉的剪切应力计算25 参考文献 28 致谢 29 附录29 3 驱鸟稻草人设计驱鸟稻草人设计 摘 要：驱鸟又叫赶鸟，英文里面叫做 bird repellent。从广义上讲，农田，果园，风力发 电厂和民用机场所有防止有害鸟类侵入它们的领地，从而危及他们的工作或设备安全装置称为 鸟；狭义上说，指的是以民用机场保障飞机安全着陆，为了防止飞机着陆的鸟吸入高速飞机发 动机，或打飞机，起落架，尾部，挡风玻璃全部飞机在机场，所以关键地区，尤其是乘坐航班 起飞和降落的跑道、滑行道上伤口，防止鸟类入侵的威胁. 本课题主要调研新型的驱鸟稻草人(驱鸟车)的机构特点， 由于驱鸟稻草人大部分使用电子设 备检测和光学捕捉，所以把重点放在稻草人的行驶机构，稻草人一般使用可维护简单稳定的电 池驱动，电机为无刷变速电机，优点在于行走线性，加速平稳，但考虑到实际驱鸟状况，捕捉 视像瞬间稻草人由加速状态到紧急制动，刹车系统是重要部分，本课题集中研究稻草人的刹车 系统，以现在流行的盘式制动器（又称为碟式制动器）作为研究对象，设计适合驱鸟稻草人的 制动机构。 关键词：驱鸟 盘式制动器；制动系统；同步系数 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 4 Bird Scarecrow design Abstract The bird called the bird, in English called repellent bird. Broadly speaking, farmland, orchard, wind power plant and civil airports all prevent harmful birds invaded their territory, thereby endangering their work or equipment safety device for birds; in the narrow sense, refers to is in civil airport to ensure the safety of aircraft landing. In order to prevent the aircraft landing bird ingestion high- speed aircraft engine, or hit the aircraft, landing gear, tail, all the aircraft windshield at the airport, so key areas, especially flight take- off and landing runway, taxiway wound, prevent the birds invasion threat. This paper mainly research the new bird Scarecrow (bird) body characteristics, because most bird Scarecrow use electronic equipment detection and optical trapping, so focus on the driving mechanism of the scarecrow, scarecrow generally use simple maintenance stable battery driven motor, brushless variable speed motor, has the advantages of linear walking, the acceleration is steady, but considering the actual situation of bird, video capture instant Scarecrow by accelerated state to the emergency brake, the brake system is an important part of this project, centralized brake system of the scarecrow, the disc brake is now popular (also called discbrake) as the research object, the design of braking mechanism for the scarecrow bird. Key words：Drive bird disc brake; braking system; synchronization coefficient 5 1 前言 鸟虽然体积小、飞行速度不快，但飞机速度很高，当鸟与飞机相向飞行时， 它们之间的相对速度就会很大。 数据表明， 一只体重为 1.8 公斤的鸟与时速为 550 公里的飞机相撞， 将产生 25 吨的冲击力， 飞机相当于遭到了一枚炮弹的袭击。 鸟 类和野生物撞击每年给美国民航造成了 6 亿美元的损失，保守估计，每年给全世 界的航空业造成了 15 亿美元的损失。 在过去的 20 年间，全世界有 220 人死于鸟撞，鸟撞不仅给乘客的生命和财产 带来了巨大的损失和危害，而且造成了航班延误等许多间接经济损失，毕竟，乘 客的生命安全的重要性大于一切。 鸟撞飞机被世界民航组织定义为 A 级空难的重 大危害之一。 撞鸟一般有两种情况： 鸟撞在飞机机身上， 或是被吸入发动机。 后者的危害最大。 双发、多发飞机撞鸟后，可以关闭打坏的发动机，用其他发动机航行着陆。我国著 名的空军飞行员李剑英驾驶的战机是单发机型，因此发动机一旦吸入鸟就会导致飞 机失去动力。 6 现在，盘式制动器在驱鸟车上已经越来越多的被采用，由此引起盘式制动器市 场的增加， 鼓式制动器的被代替。 鉴于此本设计主要是通过研究来使自己增加知识， 并尝试独立完成生产设计的过程。由于本人能力有限，设计中错误与不妥之处在所 难免，恳请各位导师批评指正。 制动系的功用是强制行驶中的驱鸟车减速或停车、使下坡行驶的驱鸟车车速保 持稳定以及使已停驶的驱鸟车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。随着高速 公路的迅速发展和车速的提高以及车流密集度的日益增大，为了保证行车安全，驱 鸟车制动系的工作可靠性显得日益重要。 制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。 任何一套制动装置都由制动器和制动驱动机构两部分组成。 目前广泛使用的是摩擦式制动器，摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分为 鼓式、盘式和带式三种。其中盘式应用较为广泛。盘式制动器的摩擦力产生于同驱 鸟车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端之间。其中摩擦材料仅能覆盖制 动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器；摩擦材料覆盖制动盘全 部工作表面的盘式制动称为全盘式制动器。 与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点如下： 1.热稳定性好。 2.水稳定性好。 3.制动稳定性好 4.制动力矩与驱鸟车前进和后退等行驶状态无关。 7 5.在输出同样大小的制动力矩条件下， 盘式制动器的结构尺寸和质量比鼓式的要 小。 6.盘式制动器的摩擦衬块比鼓式制动器的摩擦衬片在磨损后更易更换， 结构也较 简单，维修、保养容易。 7.制动盘与摩擦衬块间的间隙小（0.05mm0.15mm） ，因此缩短可油缸活塞的操 作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。 8.制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失， 这也使得间 隙自动调整装置的设计可以简化。 9.易于构成多回路制动驱动系统， 使系统有较好的可靠性与安全性， 以保证汽在 任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。 10.能方便地实现制动器磨损报警，以便能及时地更换摩擦衬块。 11.盘式制动器又分为通风盘式制动器与实心盘式制动器。通风盘式制动器由于 为了通风散热，在制动盘的两个工作面之间铸造出通风孔道使散热能力更强，不容 易产生热衰退，多用于马力较大的驱鸟车。而实心盘式制动器用于马力相对较小的 车型，散热能力相对较差。当长时间连续踩刹车，通风盘式可以迅速把摩擦产生的 热散掉，使刹车性能不至于因为温度升高而变差，从而保证了行车安全。但是由于 盘片重量增加，可能油耗、 维修成本等也相应增加， 而实心盘则不能长时间踩刹车， 但是使用成本、维修成本相对低些。 同时当驱鸟车前后同时采用盘式制动器时驱鸟车的稳定性更好，由于成本的原因现 阶段仅在中高档驱鸟车中应用，但其在驱鸟车中的普及已经成为必然趋势。 【1】 生产现状 鼓式制动器 据相关数据统计，目前我国乘用车中刹车制动器用鼓式制动器约占 20%左右，并 且鼓式制动器目前已经退出前轮制动。 目前鼓式制动器只有在商用车上还占有绝大的比 例，采用的是气压鼓式制动系统。 盘式制动器 2000 年以来，我国盘式制动器市场需求增长速度发展非常快。从中国驱鸟车工业 协会统计的情况来看，2000 年我国盘式制动器的产量只有 57.58 万套，到 2004 年迅速 增长到 468.72 万套，增长 7 倍多，年平均增长率高达 68.9%，2007 年增长至 1000 万套 左右。过去 5 年里，我国盘式制动器应用的增长非常迅速。 进出口情况 8 2000年以来， 我国驱鸟车制动器产品进出口规模增长迅速。 2005年与2000年相比， 出口金额从 26700 万美元增长到 106544.35 万美元，增长了 3 倍。 设计任务 设计内容包括驱鸟车制动器的功能与设计要求，结构方案的分析，制动力的分配， 制动器主要零件的选择及主要参数的选取， 制动器各种参数的计算， 主要零件的装配尺 寸链的分析计算。 制动器的发展过程 自 2009 年以来，国内乘用车制动器技术应用发生了较大变化。以往配装在中高端 车型上技术吧 制动安全技术上得到了全面升级。这充分体现了盘式制动器相比鼓式制 动器的有点还是很明显的。另外，盘式制动器可以方便地与 ABS 系统配合，避免刹车 暴死现象发生。所以前后盘式制动器轿车目前销量前景呈直线上升趋势。 2 制动器的结构形式及选择 2.1 盘式制动器的结构形式及选择 按摩擦副中的固定摩擦元件的结构来分，盘式制动器分为钳盘式和全盘是制动 器两大类。 钳盘式制动器摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块，后者装在以螺栓固定于 转向节或桥壳上的制动钳体内，如图 1 所示。两块制动块之间装有作为旋转元件的 制动盘，制动盘式以螺栓固定在轮毂上。制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很 小，在盘上所占的中心角一般仅约为 3050，故这种盘式制动器又称为点盘式 制动器。其结构较简单，质量小，散热性较好，且借助于制动盘的离心力作用易将 泥水、污物等甩掉，维修方便。但因摩擦衬块的面积较小，制动时其单位压力很高， 摩擦面的温度较高，因此，对摩擦材料的要求也较高。 全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件居委圆盘形，制动时各盘摩擦表面全 部接触。器工作原理犹如离合器，故亦称为离合器式制动器。用的较多的是多片全 盘式制动器，以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差，为此，多采 用油冷式，结构复杂。 按制动钳的结构形式，钳盘式制动器又分为固定钳式和浮动钳式两种。 1-轮毂凸缘 6-导向支承销 图 Fig.1 The fixed 2.1.1 固定钳式盘式制动器 固定钳式盘式制动器如图 1 所示 前提上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞 推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上 当放松制动踏板使油液压力减小时 种结构型式又称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器 2.1.2 浮动钳式盘式制动器 浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的 示，一种是制动钳体可作平行滑动 动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分 与油缸同侧的制动块总成为活动的 时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压向制动盘的另一侧 两侧的制动块总成的受力均等为止 是在与制动盘垂直的平面内摆动 背面的倾斜角为 6左右，如图 各处残存厚度均匀（一般约为 1mm 9 轮毂凸缘;2-制动盘;3-复位弹簧;4-轮辐;5-钳体 导向支承销;7-制动块;8-活塞;9-调整垫片;10-转向节 图 1 固定钳盘式制动器 1 The fixed disk brake system 所示，其制动钳体固定在转向节（或桥壳）上 其中各装有一个活塞。当压力有也进入两个油缸活塞外腔时 推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动 当放松制动踏板使油液压力减小时， 回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘 种结构型式又称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。 浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，如图 一种是制动钳体可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支承销摆动 动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。但它们的制动油缸都是单侧的 与油缸同侧的制动块总成为活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上 活塞推动该侧活动的制动块总成压向制动盘的另一侧 两侧的制动块总成的受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而 是在与制动盘垂直的平面内摆动。这就要求制动摩擦衬块为楔形的，摩擦表面对其 如图 2（b）所示。在使用过程中，摩擦衬块最贱磨损到 1mm）后即应更换。 【2】 上，在制动 当压力有也进入两个油缸活塞外腔时， 从而将车轮制动。 回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。 这 如图 2（a）所 另一种的制动钳体可绕一支承销摆动。故有滑 但它们的制动油缸都是单侧的，且 而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动 活塞推动该侧活动的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到 钳体不是滑动而 摩擦表面对其 摩擦衬块最贱磨损到 10 （a）滑动钳式盘式制动器 （b）摆动钳式盘式制动器 1- 制动盘；2- 制动钳体；3- 制动块总成；4- 带磨损警报装置的制动块总成：5- 活塞；6- 制动钳支架 ；7- 导向销 图.2 浮动钳式盘式制动器工作原理图 Fig 2 Working principle of the floating disk brake system 2.2 制动盘的分类及选择 制动盘分为实心盘式和通风盘式。 实心盘式制动器的制动盘尺寸较小，而且盘上没有通风孔，长时间刹车容易产 生热衰减，而且过水后容易产生短暂的刹车不灵现象。相对来说造价更便宜，但刹 车能力比鼓式刹车强很多。 通风盘式制动器的制动盘尺寸较大，且盘上有规则布置的通风孔，长距离刹车 热衰减较少，刹车灵敏，但造价较贵，工艺较复杂 本设计中采用的是前通风盘后实心盘式制动器的设计。 3 制动器的主要参数及其选择 3.1 制动力与制动力分配系数 驱鸟车制动时，若忽略路面对车轮的滚动阻力距和驱鸟车回转质量的惯性力矩， 11 则对任一角速度0的车轮，其力矩平衡方程为 0Tf= eBr F （1） 式中： f T制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车 轮旋转方向相反，N.m; B F地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，其方向与驱鸟 车行驶方向相反，N; e r 车轮有效半径，m。 e f f r T F = （2） f F与地面制动力 B F的方向相反，当车轮角速度0时，大小亦相等，且 f F仅 由制动器参数所决定。即 f F取决于制动器的结构形式、结构尺寸、摩擦副的摩擦系 数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压与气压成正比。当加大踏板 力以加大 f T时， f F和 B F均随之增大。但地面制动力 B F受附着条件的限制，其值不 可能大于附着力 F，即 ZFFB= （3） 或 ZFFB= max （4） 式中：车轮与地面间的附着系数； Z地面与车轮的法向反力。 图 4 制动力 f F、地面制动力 B F与踏板力 P F的关系 Fig.4 Relation of the braking force f F、surface braking force B F and brake paddle force P F 12 图 5 制动时的驱鸟车受力图 Fig.5 Forces acting on the vehicle when braking 图 5 所示为驱鸟车在水平路面上制动时的受力情况。图中忽略了空气阻力、旋 转质量减速时驱鸟车的惯性力偶矩以及驱鸟车的滚动阻力偶距。另外，在以下的分 析中还忽略了制动时车轮边滚边滑动的情况，且附着系数只取一个定值。 【4】 根据图给出的驱鸟车制动时的整车受力情况，并对后轴车轮的接地点取力矩， 的平衡式为 g h dt du mGLLZ+= 2 1 对前轴车轮的接地点取力矩，得平衡式为 g h dt du mGLLZ= 12 式中： 1 Z驱鸟车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力，N； 2 Z驱鸟车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力，N； L驱鸟车轴距，mm； 1 L驱鸟车质心离前轴距离，mm； 2 L驱鸟车质心离后轴距离，mm； g h驱鸟车质心高度，mm； G驱鸟车所受重力，N； m驱鸟车质量，kg； dt du 驱鸟车制动减速度，m/s 2 。 根据上述驱鸟车制动时的整车受力分析，考虑到驱鸟车制动时的轴荷转移及 mgG =，式中g为重力加速度（m/s 2 ） ，则可求得驱鸟车制动时水平地面对前、后 轴车轮的法向反力 1 Z， 2 Z分别为 13 = += )( )( 12 21 dt du g h L L G Z dt du g h L L G Z g g （5） 令qg dt du =，q称为制动强度，则驱鸟车制动时水平地面对驱鸟车前、后轴车轮 的法向反力 1 Z， 2 Z又可表达为 = += )( )( 12 21 g g qhL L G Z qhL L G Z （6） 若在附着系数为的路面上制动， 前、 后轮均抱死 （同时抱死或先后抱死均可） ， 此时驱鸟车总的地面制动力)( 21BBB FFF+=等于驱鸟车前、后轴车轮的总的附着力 )( 21 FFF+=,亦等于作用于质心的制动惯性力 dt du m（如图） ，即有 dt du mGFFB= 或 g dt du = 代入式（5） ，则得水平地面作用域前、后轴车轮的法向反作用力的另一种形式： = += )( )( 12 21 g g hL L G Z hL L G Z （7） 驱鸟车总的地面制动力为 Gq dt du g G FFF BBB =+= 21 （8） 式中：q制动强度，亦称比减速度或比制动力： 21,BB FF前后轴车轮的地面制动力。 由式（4）式（6）及式（8）可求出前、后轴车轮的附着力为 14 = +=+= )()( )()( 2 1 2 2 2 1 g g B g g B qhL L G L h F L L GF qhL L G L h F L L GF （9） 当驱鸟车的制动力足够时，根据驱鸟车前、后轴的轴荷分配，以及前、后车轮 制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有 3 种，即 （1） 前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑： （2） 后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑： （3） 前、后轮同时抱死拖滑。 在上述 3 种情况中，显然是第（3）种情况的附着条件利用得最好。 【5】 由式（8） ，式（9）求得在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死即前、 后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为 += =+=+ )/()(/ 122121 2121 ggBBff BBff hLhLFFFF GFFFF （10） 式中; 1f F前轴车轮的制动器制动力， 111 ZFF Bf =； 2f F后轴车轮的制动器制动力， 222 ZFF Bf =； 1B F前轴车轮的地面制动力； 2B F后轴车轮的地面制动力； 21,Z Z地面对前、后轴车轮的法向反力； G驱鸟车重力； 21,L L驱鸟车质心离前、后轴的距离； g h驱鸟车质心高度。 由式（10）中消去得 += 1 2 1 2 22 2 4 2 1 f g f g g f F h GL F G Lh L h G F （11） 式中：L驱鸟车的轴距。 将上式绘成以 21,ff FF为坐标的曲线，即为理想的前、后轮制动器制动力分配曲 线，简称 I 曲线，如图 6 所示。如果驱鸟车前、后轮制动力 21,ff FF能按 I 曲线的规 律分配，则可保证驱鸟车在任一附着系数的路面上制动时，均可使前、后车轮同 时抱死。然而，目前大多数两轴驱鸟车尤其是货车的前、后制动器制动力之比值为 15 一定值， 并以前制动器制动力制动力 1f F与驱鸟车的制动器制动力 f F之比来表明分配 的比例，称为驱鸟车制动器制动力分配系数，即 21 11 ff f f f FF F F F + = （12） 图 6 某载货驱鸟车的I曲线与曲线 Fig.6 Icurve and curve of a lorry 综上所述求得：制动时地面对前、后轴车轮的法向反力： 88.8757)86. 67 . 01574( 3074 8 . 91740 1 =+ =ZN 12.8294)86. 67 . 01500( 3074 8 . 91740 2 = =ZN 驱鸟车总的地面制动力： 4 .119367 . 08 . 91740 21 =+= BBB FFFN 前、后轴的附着力： Nqhl L G L h F L L GF g g B 71617 . 0)3867 . 01574( 3074 8 . 91740 )()( 2 2 1 =+ =+=+= 3 .47757 . 0)3867 . 01500( 3074 8 . 91740 )( 12 = = g qhl L G FN 制动强度： 7 . 0 8 . 9 86 . 6 = g dt du q 驱鸟车重力： 170528 . 91740= mgGN 16 前、后轴车轮制动器制动力： 84.7161 1 = f FN 56.4774 2 = f FN 前、后轴单侧制动块对制动盘的压紧力计算： NF NF 64.1193456.4774 46.1790484.7161 01 0 = = 制动力分配系数： 6 . 0 1 = f f F F 3.2 同步附着系数 由式（12）可得 = 1 1 2 f f F F （13） 式（13）在图 3- 3 中为一条通过坐标原点且斜率为 / )1 ( 的直线，它是具有 制动器制动力分配系数为的驱鸟车的实际前、 后制动器的制动力分配线， 简称线。 图中线与 I 曲线交于 B 点,可求出 B 点处的附着系数 0 =，则称线与 I 线交点 处的附着系数 0 为同步附着系数。 轮胎与地面的附着系数取得：7 . 0 0 = 附着系数利用率： q G FB = （14） 式中： B F驱鸟车总的地面制动力 G驱鸟车所受重力 q制动强度 得出：1 7 . 0 7 . 0 = q 即当 0 =时， 0 =q，1=，利用率最高。 3.3 制动强度和附着系数利用率 17 前面的式（8） ， （14）已分别给出了制动强度q和附着系数利用率的定义式， 下面再讨论一下当 0 =， 0 和 0 时的q和。 根据所选定的同步附着系数 0 ，可由式（10）和式（13）求得 L hL g02 + = （15） L 1 01g hL = （16） 式中：L驱鸟车轴距， 21 LLL+= 进而求得： qhL G GqF gBB )( L F 021 += （17） qhL L G GqFF gBB )()1 ()1 ( 012 = （18） 当 0 =时，可能得到的最大总之动力取决于前轮刚刚首选抱死的条件，即 11 FFB=。由式（8） ，式（9） ，式（14）和式（17）得 g B hL GL F )( 02 2 + = （19） g hL L q )( 02 2 + = （20） g hL L )( 02 2 + = （21） 当 0 时，可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首选抱死的条件，即 22 FFB=。由式（8） ，式（9） ，式（14）和式（18）得 g B hL GL F )( 01 1 + = （22） g hL L q )( 01 1 + = （23） g hL L )( 01 1 + = （24） 对于值恒定的驱鸟车，为使其在常遇附着系数范围内不致过低，其 0 值总是 选得小于可能遇到的最大附着系数。因此在 0 的良好路面上紧急制动时，总是后轮 18 先抱死 3.4 制动器最大制动力矩 为保证驱鸟车有良好的制动效能和稳定性，应合理地确定前、后轮制动器的制 动力矩。 最大制动力式在驱鸟车附着质量被完全利用得条件下获得的，这是制动力与地 面作用于车轮的法向反力 21,Z Z成正比。由式（10）可知，双轴驱鸟车前、后车轮附 着力同时被充分利用或前、后轮同时抱死的制动力之比为 g g f f hL hL Z Z F F 01 02 2 1 2 1 + = 式中： 21,L L驱鸟车质心离前、后轴的距离； 0 同步附着系数； g h驱鸟车质心高度。 通常，上式的比值：轿车约为 1.31.6 本设计中制动力之比为 1.5。制动器所能 产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，即 eff rFT 11 = eff rFT 22 = 式中： 1f F前轴制动器的制动力， 11 ZFf=； 2f F后轴制动器的制动力， 22 ZFf= 1 Z作用于前轴车轮上的地面法向反力； 2 Z作用于后轴车轮上的地面法向反力； e r 车轮有效半径。 对于常遇的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数 0 值的驱 鸟车，为了保证在 0 的良好路面上（7 . 0=）能够制动到后轴车轮和前轴车轮 先后抱死滑移（此时制动强度=q） ，前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动 力矩为 egef rhL L G rZT)( 21max1 += （25） max1max2 1 ff TT = （26） 对于选取较大 0 值的各类驱鸟车，则应从保证驱鸟车制动时的稳定性出发，来 确定各轴的最大制动力矩。当 0 时，相应的极限制动强度q，故所需的后轴 19 和前轴的最大制动力矩为 egf rqhL L G T)( 1max2 = （27） max2max1 1 ff TT = （28） 式中：该车所能遇到的最大附着系数； q制动强度，由式（3- 23）确定； e r 车轮有效半径。 一个车轮制动器应有的最大制动力矩为按上列公式计算所得结果的半值。 综上所述得： 6 .1623 1000 1 3407 . 0)3867 . 01500( 3074 17052 max2 = f TN.m 4 .24356 .1623 6 . 01 6 . 0 max1 = = f TN.m 3.5 利用附着系数与制动效率 制动力分配的合理性通常用利用附着系数与制动强度的关系曲线（见图 7）予以 评定。 利用附着系数就是在某一制动强度q下， 不发生任何车轮抱死所要求的最小路面 附着系数。图 7 是与图 6 的前、后制动力分配曲线相对应的同一型号驱鸟车的利 用附着系数曲线。其最理想的情况是利用附着系数等于制动强度q这一关系，即图 7 中的 45线（q=） 。 图 7 某货车的利用附着系数与制动强度的关系曲线 20 Fig.7 Relation curve of the attach coefficient and brake intensity of a lorry 驱鸟车前轮刚要抱死或前、后轮刚要同时抱死时产生的减速度为qg dt du =，则 Gq dt du g G FF Bf = 11 而由式（6） ，有 )( 21g qhL L G Z+= 可得前轴车轮的利用附着系数为 )( 1 2 1 1 1 g B qhL L q Z F + = （29） 同样，如下可求出后轴车轮的利用附着系数 2 。 Gq dt du g G FB)1 ()1 ( 2 = 而由式（6） ，有 )( 12g qhL L G Z= 故后轴车轮的利用附着系数 2 为 )( 1 )1 ( 1 2 2 2 g B qhL L q Z F = （30） 得出：前、后轴车轮的利用附着系数为 6 . 0)3867 . 01574( 3074 1 1 =+= 7 . 0 )3867 . 01500( 3074 1 7 . 0)6 . 01 ( 2 = = 制动效率为车轮不抱死的最大制动减速度与车轮和地面间摩擦因素之比值。亦 即车轮将要抱死时的制动强度与被利用得附着系数之比，即制动效率E可表示为 q E = 由式（29）和式（30）即可求出驱鸟车前轴车轮和后轴车轮的制动效率。 21 驱鸟车前轴车轮的制动效率为 Lh LLq E g / / 1 2 1 1 = （31） 驱鸟车后轴车轮的制动效率为 Lh LLq E g /)1 ( / 2 1 2 2 + = （32） 得出驱鸟车前、后轴车轮的制动效率为(同步附着系数7 . 0 0 =时，制动强度 7 . 0=q) 98. 0 3074/3866 . 06 . 0 3074/1574 1 = =E 1 3074/3867 . 0)6 . 01 ( 3074/1500 2 = + =E 3.6 制动器因数 制动器因数BF可以用下式表述： P fNfN BF 21+ = （33） 式中： 21, fN fN制动器摩擦副工作表面间的摩擦力； 21,N N制动器摩擦副工作表面间的法向力，对盘式制动器， 21 NN =； f制动器摩擦副工作表面间的摩擦系数； P盘式制动器衬块上的作用力。 制动器因数在制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即 PR T BF f = （34） 式中： f T制动器的摩擦力矩； R制动盘的作用半径； P输入力，一般取加于两制动块的压紧力的平均值为输入力。 对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为P，则制动盘在其两 侧工作面的作用半径上所受的摩擦力为fP2，此处f为盘与制动块间的摩擦系数， 于是钳盘式制动器的制动器因数为 f P fP BF2 2 = （35） 22 式中：f摩擦系数。 （取3 . 0=f） 得出制动器因数为：6 . 03 . 02=BF 3.7 盘式制动器主要参数与摩擦系数的确定 1.制动盘直径D 制动盘直径D希望尽量答谢，这时制动盘的有效半径得以增大，就可以降低制 动钳的压紧力，降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。但制动盘直径D选择为轮辋 直径的 7079，而总质量大于 2t 的驱鸟车应取其上限。 本设计中前通风盘直径323=Dmm，后普通实心盘直径280=Dmm。 2.制动盘的厚度h 制动盘厚度h直接影响着制动盘质量金额工作室的温升。 为使质量不致太大， 制 动盘厚度应取得适当小些；为了降低制动工作时的温升，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表面之间住处通 风孔道。通常，实心制动盘厚度可取为 1020mm；具有通风孔道的制动盘的两工作 面之间的尺寸，即制动盘的厚度可取为 2050mm，但多采用 2030mm。 本设计中前通风盘厚度为 30mm，后实心盘厚度为 16mm。 【10】 3.摩擦衬块内半径外半径的比值 比值不能不大于 1.5。若此比值偏大，工作室摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相 差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。初 选外径略小于制动盘直径（323mm,280mm）即初选摩擦衬块外径 250 2 =Rmm 210 4 =Rmm，摩擦衬块内径初选170 1 =Rmm140 3 =Rmm。 5 . 15 . 1/ 12 =RR合格，5 . 14 . 1/ 34 =RR合格。 4.摩擦衬块工作面积A 根据制动摩擦衬块单位面积占有的驱鸟车质量在6 . 15 . 3kg/cm 2 范围内选取。 （初选2=A） 由5 . 2 0 AfF= kg/cm 2 则：4 .27 8 . 92 1 )3 . 046.1790( 1 = =A cm 2 27.18 8 . 92 1 )3 . 064.1193( 2 = =A cm 2 计算出的面积为摩擦片最小面积，初选摩擦面积为 45 1 =A cm 2 34 2 =A cm 2 23 4 制动器的设计计算 4.1 摩擦衬块的磨损特性计算 试验表明，摩擦表面饿的温度、压力、摩擦系数和表面状态等式影响磨损的重 要因素。 制动器的能量负荷常以其比能量耗散率作为评价指标。比能量耗散率又称为单 位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为 W/mm 2 。 双轴驱鸟车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为 = = )1 ( 2 )( 2 1 2 )( 2 1 2 2 2 2 1 2 1 2 2 2 1 1 tA vvm e tA vvm e a a （36） 式中：驱鸟车回转质量换算系数； a m 驱鸟车总质量； 21,v v驱鸟车初速度与终速度，m/s；计算时轿车取100 1 =vkm/h(27.8m/s) t制动时间，s；按下式计算 j vv t 21 = j 制动减速度，m/s 2 ，计算时取gj6 . 0=； 21,A A前、后制动器衬块的摩擦面积； 制动力分配系数 在紧急制动到0 2 =v时，并可近似地认为1=，则有 = = )1 ( 22 1 22 1 2 2 1 2 1 2 1 1 tA vm e tA vm e a a （37） s j vv t3 .46 6 . 0 8 .27 21 = = 0 . 69 . 0 4500 3 . 462 6 . 0 8 . 271740 5 . 0 2 1 = =e合适 0 . 605. 0 34003 .462 6 . 08 .271740 5 . 0 2 = =e合适 24 轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于0 . 6 W/mm 2 。比能量耗散率过高，不 仅会加快制动摩擦衬块的磨损，而且可能引起制动盘的龟裂。 磨损特性指标也可用衬块的比摩擦力即单位摩擦面积的摩擦力来计算。 单个车轮制动器的比摩擦力为 RA T F f f = 0 （38） 式中： f T单个制动器的制动力矩 R制动盘有效半径 A单个制动器衬块摩擦面积 7 . 0 34003402 1000 6 . 1623 8 . 0 45003402 1000 4 . 2435 02 01 = = = = f f F F 磨损和热的性能指标也可用衬块在制动过程中由最高制动初速度至停车所完成 的单位衬块面积的滑磨功，即比滑磨功 f L来衡量： f aa f L A vm L= 2 2 max （39） 式中： a m 驱鸟车总质量，kg； maxa v驱鸟车最高车速，m/s； A 车轮制动器各制动衬块的总摩擦面积，cm 2 ； f L许用比滑磨功，对轿车取1000= f L1500J/cm 2 。 f aa f L A vm L= + = 4 .1148 )14211725(14. 322 4 .691740 2