丁介然

（陜西理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，漢中 723000）

鼓式制動器的工作原理即為利用力的相互作用將摩擦片與制動鼓壓在一起，使其發(fā)生充分摩擦，進(jìn)而使車輪的減速度降到最小或在最短的剎車距離內(nèi)將汽車平穩(wěn)地?？肯聛?，不發(fā)生不必要的滑移、側(cè)翻、漂移等不穩(wěn)定現(xiàn)象。

若以氣壓為能源促動剎車片工作，并且執(zhí)行器為凸輪機(jī)構(gòu)，則這種形式稱為凸輪剎車片。同理，能源為液壓，執(zhí)行器為液壓輪缸，人們將其稱為輪缸剎車片。輪缸剎車片應(yīng)用于市場的類型也不盡相同，比如，領(lǐng)從式它采用的原理和自行車前后輪的運(yùn)轉(zhuǎn)道理幾乎一樣，一輪接受外來動力進(jìn)而帶動另一輪完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，人們將此類似與車輪的裝置形象地稱為領(lǐng)蹄，依據(jù)這一稱呼，可將其分為四個基本類型，即領(lǐng)從式、雙領(lǐng)式、雙從式及自增力式（組合式）。

1 鼓式制動器的力學(xué)性能分析

1.1 壓力分布規(guī)律分析

分析力的特性時，首先要計(jì)算并通過圖解的形式考量出其分布規(guī)律，并標(biāo)注相關(guān)的理論要求。在這些要求都達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)時，還需作出相應(yīng)的假設(shè)以確保制動器摩擦面的抗磨損性較為良好。具體要求包括：制動蹄、鼓為絕對剛性；忽略內(nèi)部的摩擦、相互作用的情況，僅有外力作用在摩擦襯片上；壓力與變形符合胡克定律[1]。

1.2 制動器制動力矩的計(jì)算

1.2.1 效能因數(shù)

效能系數(shù)用于評定不同類型的剎車片的性能、反應(yīng)靈敏度及使用輕巧性?？偟膩碚f，其實(shí)制動效能因數(shù)就是指單位內(nèi)輸入的載荷及所能輸出的力矩，特在此強(qiáng)調(diào)剎車的好壞與力的選擇有關(guān)。

領(lǐng)蹄：

則總的效能因數(shù)為：

1.2.2 同一制動器各蹄產(chǎn)生的制動力矩

同一制動器各蹄產(chǎn)生的制動力矩公式如下。

領(lǐng)蹄：

式中，β=α″-α，Pmax為壓力分布不均勻時蹄片上的最大壓力。

2 制動器執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)與選型

2.1 制動鼓的設(shè)計(jì)

繪制直徑與力矩的曲線后，人們驚奇發(fā)現(xiàn)，在理想的條件下，這兩個參數(shù)的關(guān)系可以看成一條完整的直線，而且關(guān)系的變化程度會對散熱性能產(chǎn)生影響，間隙的設(shè)置對系統(tǒng)的恒久工作起到了關(guān)鍵的作用。這個間隙控制在20～30，這個范圍還可以保證部件具有良好的散熱。同時，依據(jù)D/Dr＝0.70～0.83取值。

同理，依據(jù)其組成形式及材料選用方法，可分為鑄造類和加入其他工藝的組合式兩種。在工藝的滲透過程中會有強(qiáng)度的上升，脆性度相對有所下降，承受高溫的能力也有所增強(qiáng)，但在此之后磨損性的校驗(yàn)就顯得至關(guān)重要，初步需對摩擦的因素加以修訂，以保證相應(yīng)的因素均有一個良好的特性。

對于失效變形的研究，可以運(yùn)用一些工藝流程來加強(qiáng)表面強(qiáng)度，建議采用鑄造工藝，此工藝成本較低且程序較為簡單，而且可以在外側(cè)安裝散熱裝置，可以減少熱量集聚過多而造成的材料變形。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，對乘用車，制動鼓壁厚取為7～12mm[2]。

2.2 制動蹄的選型

為了避免剎車時制動蹄發(fā)生強(qiáng)烈的震動，從而引起摩擦金屬表面的響動，對于小噸位的轎車來說，往往在制動蹄的鋼化表面上開槽，一般情況下一條就可以滿足要求，如果是材料較堅(jiān)硬的話可以開兩到三條。其距離也會隨之發(fā)生變化，查詢手冊并進(jìn)行誤差考核，轎車允許的厚度范圍為3～5mm。鉚接與粘接作為連接鍵的兩大主流技術(shù)，已應(yīng)用在汽車的各個零部件上，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，鉚接的噪聲小且工藝簡單，更換零件容易，一般設(shè)計(jì)中常采用鉚接襯片。

在選取材料時可以參考以下原則，同時參考相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫最終將摩擦襯片的屬性定位最優(yōu)。具體原則包括：一是摩擦因數(shù)值的選取要優(yōu)先考慮其對于可靠性的要求；二是具有良好的耐磨性；三是壓縮率和膨脹率控制在一定范圍內(nèi)，否則會發(fā)生熱脹冷縮從而導(dǎo)致材料極度變形，影響剎車片的正常運(yùn)作；四是剎車過程中不會有過大的聲音，相關(guān)零件摩擦?xí)r產(chǎn)生的碎渣不會濺滲到環(huán)境中污染破壞良好的生態(tài)系統(tǒng)；五是在考慮散熱效果后，要盡量選取耐熱性較好的材料，以避免過熱導(dǎo)致磨損這種惡劣現(xiàn)象出現(xiàn)[3]。

3 制動器支撐部件的設(shè)計(jì)與選型

3.1 制動底板的制造工藝選擇

零件的布置及安裝對于部件整體的性能和發(fā)揮的功效來說是十分重要的，正如樓房的結(jié)構(gòu)一樣，需要一個實(shí)實(shí)在在的參照物來為它們指明方向，而制動底板就可以發(fā)揮充當(dāng)安裝基體的作用。與此同時，其材料的強(qiáng)度要求較高，一般的鍛造工藝已滿足不了要求，這就需要將此底板進(jìn)行沖壓處理，其中的凹凸便是沖壓過程中形成的形狀。

3.2 支承的設(shè)計(jì)

制動蹄在支承銷的約束下，其工作表面可運(yùn)動的自由度為1，為了使其與制動鼓的工作表面在同一軸下正常運(yùn)作，可以選取支承位置可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)加以輔助矯正，發(fā)揮出應(yīng)有的性能。例如，采用偏心支承銷或偏心輪。利用淬火的方式在極高溫度下對45號鋼進(jìn)行加工，生產(chǎn)出滿足相應(yīng)強(qiáng)度要求的支撐銷。其支座為可鍛鑄鐵（KTH370-12）或球墨鑄鐵（QT400-18）件。制動蹄如果沒有按照原軌跡擺動，而偏離較大的角度，這會導(dǎo)致其發(fā)生失效甚至產(chǎn)生破裂等現(xiàn)象。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，特在制動蹄的安裝位置處采用長支撐銷或者在制動底板上加持強(qiáng)度較高的壓緊機(jī)構(gòu)，用來確保制動蹄的正常運(yùn)動。

4 結(jié)語

對于汽車安全出行來說，制動器性能的優(yōu)良決定了行車人員在駕駛過程中安全系數(shù)的高低，而決定制動器性能優(yōu)良的又是相應(yīng)的傳動部件和支撐部件具有足夠的強(qiáng)度和剛度。基于力學(xué)性能設(shè)計(jì)出的鼓式制動器，能夠完全適應(yīng)變載荷、強(qiáng)功率的工作環(huán)境，并且鼓式制動器較盤式制動器制造結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，適合于大眾車輛使用。