[发明专利]一种盘式制动器摩擦元件扭矩匹配设计方法

说明书

本发明涉及一种盘式制动器摩擦元件扭矩匹配设计方法，首先分析车辆的制动过程，通过车辆及地面制动力计算和制动状态的性能参数分析确定制动器的工作运行中的总的制动力F_z和扭矩M，并根据制动器的摩擦副数、接触面积等参数通过有限元加载接触分析绘制盘式制动器压力分布规律云图并通过加载压力F叠加过程计算出制动器的摩擦副压紧力降低系数C，从而获得制动扭矩的衰减程度。然后通过公式计算制动器摩擦元件能够提供的扭矩M；最后通过校核比较确定设计结果是否满足设计条件，如果不满足设计条件则调整制动器的等效半径、接触面积等条件，最终获得满足条件的扭矩设计结果。本发明使得干片盘式制动器摩擦元件由原来的静态经验设计，发展为动态数字设计，极大地方便了工程人员。

技术领域

本发明属于履带车辆传动领域制动器动态设计技术领域，具体涉及一种盘式制动器摩擦元件扭矩匹配设计方法。

背景技术

高能量密度摩擦传动系统是高性能传动的关键，随着车辆速度的不断以高，更高的工况条件在提高车辆机动性能的同时，也为传动系统的制动带来了更大的挑战。其中盘式制动器的显著特征是功率大、转速高。由于车辆行驶过程是动态变化的过程，制动器作动过程往往还含有摩擦损失，载荷不均和震荡冲击等因素。这给制动器，尤其是其核心部件——摩擦元件的设计带来了困难。目前这部分的设计依然采用传统的静态的、以经验为主的被动设计，这样的设计方法往往不能满足制动器实际工作的需要，常常出现制动器过热，制动扭矩衰退，摩擦片烧蚀，制动器振动等问题。这主要都是由于制动器设计不合理，实际工作条件超越制动器设计指标造成的。但是一味地增大制动器各项指标不但增大了制动器的体积和重量，还使得摩擦元件多余出来的性能得不到使用，往往带来浪费。所以以往凭借经验为主的设计方法已经远远不能满足要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，解决现有制动器设计技术以经验为主的静态设计过程的问题，提供一种动态扭矩匹配的制动器摩擦元件设计方法，使得加载过程造成的压力损失影响制动器设计的问题得到解决，优化了制动器的设计过程，可以有效减少制动器使用过程制动扭矩提供不足等问题。

本发明技术解决方案如下：

一种盘式制动器摩擦元件扭矩匹配设计方法，实现步骤如下：

步骤一、通过计算车辆及地面的制动力和制动状态的性能参数，包括：地面的制动力F_b、发动机的制动力F_ez、地面变形阻力F_d、风阻F_k和传动系统阻力F_c，确定制动器的工作运行中的总的制动力F_z，确定从制动器到主动轮的传动比i_c和制动器的等效半径r_z并计算获得扭矩M；

步骤二、根据制动器结构确定制动器摩擦副数Z，制动器摩擦元件的接触面积A和制动器摩擦元件之间的摩擦系数μ。

步骤三、根据上述制动器已经确定的制动器的等效半径、摩擦副数、传动比、接触面积和摩擦系数等参数。通过有限元仿真确定制动器摩擦元件的单位面积上的压力p的分布规律，从而通过表面积分确定制动器加载压力F叠加过程的制动器的摩擦副压紧力降低系数C，其中表面积分可表述如下：将单位面积上的压力p分布在整个制动器摩擦表面上积分，从而得到加载压力F。

步骤四、根据上述加载压力F叠加后的摩擦副压紧力降低系数C和步骤三中摩擦元件的单位面积上的压力p，通过如下公式计算制动器摩擦元件能够提供的扭矩：

[M]＝μpAr_zZC

p为制动器摩擦元件的单位面积上的压力，单位为MPa；A为制动器摩擦元件的接触面积，C为制动器的摩擦副压紧力降低系数，r_z是制动器的等效半径，Z为摩擦元件的摩擦副数，μ为制动器摩擦元件之间的摩擦系数。