通过力学模型的特性分析优化设计盘式制动衬片.pdf

2005中国汽车工程学会制造年会 2005 SAE—China DesignManufacturing Conference 通过力学模型的特性分析优化设计盘式制动衬片 王琦桂春雷 包头北方奔驰重型汽车有限公司车桥公司 【摘要】通过对盘式制动衬片的受力分析，建立盘式制动衬片表面受力的力学模型，并计算出总摩擦力的 作用中心。通过对底板与摩擦材料之间的受力分析，说明在各种应力作用下，在制动过程中有可能出现制动不 稳定状态，为了避免这一现象，应合理设计衬片的几何尺寸。同时对如何设计底板上抗剪力孔的位置进行简单 的分析。定性的说明了由于摩擦热而引起底板的弯曲变形，对摩擦面受力情况的影响。 关键词：机械设计受力分析制动衬片 Aanlysis of A Mechanics Mode for the Disc Brake Pads Wang qi Gui chunlei Baotou North-Benz Heavy Duty Truck Co．，Ltd [Abstract]A mechanics model iS put forward for the disc brake pads，which are usually used in automobiles．Then，the center of the total friction forces is calculated,By analyzing the forces between the supporting plates with considering friction material，the results obtained show that the interaction of the stresses may induce unstable states during braking process．However，such states can be avoided by properly designing the dimensions of the brake pads．In the present paper，it is explained how to determine the position of the holes to resist the shear forces．The effect of the frictional heat leading deformation of the supporting plate on contact forces of the surface ofpads is considered as well． Key Words：Mechanical Model Force Analysis Brake Pads 1前言 盘式制动器的固定摩擦元件是衬片，衬片装在制动钳中，制动钳相对制动圆盘移动，并从两边夹紧 圆盘而实现制动的目的(见图1)。衬片与圆盘的重叠系数很小，在圆盘上所对应的中心角一般为30。一 60。。制动过程是一个强烈的动态摩擦过程，与一般摩擦副相比，其摩擦磨损过程是一种更为复杂的现 象，不仅与摩擦衬片承受的载荷、速度、制动时间、污染程度有关，而且还与摩擦温度和圆盘的摩擦性 能有关。在各种因素的影响下，使制动摩擦表面的受力情况极为复杂。许多文献都对摩擦力和摩擦力矩 在不同的假设条件下，进行了推导和计算。本文根据衬片的均匀磨损原则，进行了重新计算和推导，同 时分析了衬片粘结面的各种受力情况，为优化衬片的结构设计提供了依据。 2衬片表面的受力分析 盘式制动器工作时，制动衬片是从两个侧面向制动盘移动，直到两面的压力相等为止，如图1所示。 假设：1)衬片的摩擦表面全部与制动盘接触；2)在制动过程中摩擦系数u保持恒定；3)衬片表面的 磨损是均匀的；4)各接触点的单位压力P与该处的线速度v的乘积为常数(即pv=eonst)。因此对某种摩 擦材料而言，在一定的角速度∞下，P是r的函数，即p(r)=C／(∞·r)。 图1衬片的工作状态Proe图 图2摩擦表面受力分析 因此，摩擦衬片所产生的摩擦力矩为： 口 门 乎 M=』：?J一萋∥p㈩，2 drd口亍∥}J 8R÷埘r』每d口 丝三(尺；一尺，：)： 2仞 、 ‘ 1 It CS衬片 万 式中，u为摩擦系数：C为与衬片材料有关的常数；o为衬片的扇形包角，rad ∞为制动圆盘的角 速度，1／S；RI，R2为衬片的内、外半径，m；S衬片为衬片的面积，m2；r为衬片上一点到圆盘中心 的距离，m。 以上的制动摩擦力矩是由制动摩擦力产生的，为了方便计算，将微面积上的摩擦力分别投影到x和 Y轴上，如图2所示，并合成为FX和FY，则： F x=．『RR；，三∥p(r)r sin oe