第四节 制动器的设计与计算
一、鼓式制动器的设计计算
1.压力沿衬片长度方向的分布规律
除摩擦衬片因有弹性容易变形外,制动鼓、蹄片和支承也有变形,所以计算法向压力在摩擦衬片上的分布规律比较困难.通常只考虑衬片径向变形的影响,其它零件变形的影响较小而忽略不计.
制动蹄有一个自由度和两个自由度之分.
首先计算有两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律.如图8-8a所示,将坐标原点取在制动鼓中心点.坐标轴线通过蹄片的瞬时转动中心点.
制动时,由于摩擦衬片变形,蹄片一面绕瞬时转动中心转动,同时还顺着摩擦力作用的方向沿支承面移动.结果蹄片中心位于点,因而未变形的摩擦衬片的表面轮廓(线),就沿方向移动进入制动鼓内.显然,表面上所有点在这个方向上的变形是一样的.位于半径上的任意点的变形就是线段,所以同样一些点的径向变形为
≈
考虑到和,所以对于紧蹄的径向变形和压
图8—8 计算摩擦衬片径向变形简图
a)有两个自由度的紧蹄 b)有一个自由度的紧蹄
力为:
(8-1)式中,为任意半径和轴之间的夹角;为半径和最大压力线之间的夹角;为轴和最大压力线之间的夹角.
其次计算有一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律.如图8-8b所示,此时蹄片在张开力和摩擦力作用下,绕支承销转动角.摩擦衬片表面任意点沿蹄片转动的切线方向的变形就是线段,其径向变形分量是这个线段在半径延长线上的投影,即为线段.由于很小,可认为,故所求摩擦衬片的变形应为
考虑到≈,那么分析等腰三角形,则有,所以表面的径向变形和压力为
(8-2)
综上所述可知,新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律,可用式(8-1)和式(8-2)计算.
沿摩擦衬片长度方向压力分布的不均匀程度,可用不均匀系数评价
(8-3)式中,为在同一制动力矩作用下,假想压力分布均匀时的平均压力;为压力分布不均匀时蹄片上的最大压力.
2.计算蹄片上的制动力矩
计算鼓式制动器制动力矩,必须查明蹄压紧到制动鼓上的力与产生制动力矩之间的关系.
为计算有一个自由度的蹄片上的力矩,在摩擦衬片表面取一横向微元面积,如图8-9所示.它位于角内,面积为,其中为摩擦衬片宽度.由鼓作用在微元面积上的法向力为
(8-4)
同时,摩擦力产生的制动力矩为(为摩擦因数,计算时取0.3)
从到区段积分上式得到
(8-5)法向压力均匀分布时
(8-6)从式(8-5)和式(8-6)能计算出不均匀系数
从式(8-5)和式(8-6)能计算出制动力矩与压力之间的关系.但是,实际计算时还必须建立制动力矩与张开力的关系.
紧蹄产生的制动力矩用下式表达
(8-7)
式中,为紧蹄的法向合力;为摩擦力的作用半径(图8-10).
图8-9算制动力矩简图 图8—10 计算张开力简图
如果已知蹄的几何参数(图8-10中的^、口、c等)和法向压力的大小,便能用式(8-5) 计算出蹄的制动力矩.
为计算随张开力而变的力,列出蹄上的力平衡方程式
(8-8)
式中,为轴和力的作用线之间的夹角;为支承反力在轴上的投影.
解联立方程式(8-8)得到 (8-9)
对于紧蹄可用下式表示
(8-10)
对于松蹄也能用类似的方程式表示,即(8-11)
为计算、、、值,必须求出法向力F及其分量,沿着相应的轴线作用有和力,它们的合力为(图8-9).根据式(8-4)有(8-12)

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