汽车盘式制动器优化设计

第２５卷第２期２００９年４月

机械设计与研究

ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈ

Ｖ０１．２５Ｎｏ．２Ａｐｒ．，２００９

文章编号：１００６－２３４３（２００９）０２－０８３－０３

、汽车盘式制动器优化设计

李志华１，张选龙１，郭林超２

（１．杭州电子科技大学机械工程学院，杭州３１００１８，Ｅ．ｍａｉｌ：

２．浙江金峰汽车零部件制造有限公司，浙江玉环３１７６００）

摘要：分析了盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件，建立了以制动温升最低和制动力矩最大为目标函数的多目标优化数学模型，采用ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱中的遗传算法进行优化求解，得到了较理想的优化结果。

关键词：盘式制动器；优化设计；遗传算法中图分类号：Ｔｉｔ３９１

文献标识码：Ａ

ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｆｏｒＣａｌｉｐｅｒＤｉｓｃＢｒａｋｅ

ＬＩＺｈｉ—ｈｕａｌ。ＺＨＡＮＧＸｕａｎ．１０ｎ９１．ＧＵＯＬｉｎ．ｃｈａ０２

（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨａｎｇｚｈｏｕＤｉａｎｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ

ＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏ．，Ｌｔｄ．Ｙｕｈｕａｎ

３１００１８，Ｃｈｉｎａ；

２．ＺｈｅｊｉａｎｇＪｉｎｆｅｎｇ

３１７６００，Ｃｈｉｎａ）

ａｒｅ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔａｒｇｅｔｓ

ａｎｄｒｅｓｔｒｉｃｔｉｖｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｔｈａｔｔｈｅｄｉｓｃｂｒａｋｅｍｕｓｔｍｅｅｔ

ａｔ

ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ

ｍｕｌｔｉ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍａｌｍｏｄｅｌｉｓｆｏｒｍｕｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈａｉｍｅｄ

ｋｉｎｇ

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ｔｏｏｌｂｏｘ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｒｅｄｒｅｓｕｌｔｓ

ｔｏｒｑｕｅ．ＴｈｉｓｍｏｄｅｌｉｓｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｎｔｈｅＭＡＴＬＡＢｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

ｈａｖｅｂｅｅｎａｃｈｉｅｖｅｄ．

Ｋｅｙ

ｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｃｂｒａｋｅ；ｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎ；ＧＡ

盘式制动器以其结构简单、紧凑，制动性能好，在同样大小的制动力矩条件下，其结构尺寸和质量都比鼓式制动器小，热稳定性和水稳定性好等一系列优点，被广泛应用于工程机械和各种汽车上。目前国内已有许多相关研究，如合肥工业大学姜平…提出了以制动时间最短和制动盘厚度最小为目标函数，但是未对各分目标的加权系数进行规格化，这样势必会造成各分目标函数在数量级上的差异，从而影响优化结果：又如西北工业大学吴军心１提出了以制动时间最短为目标函数，但该设计未考虑制动器的温升，从而在实际应用中难免会因为摩擦片温升过高而影响制动效果，严重的甚至可能导致制动盘的龟裂。

为了提高盘式制动器的制动性能和制动效率，下面在分析盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件的基础上，建立了以制动温升最低和制动力矩最大为目标函数的多目标优化数学模型，然后采用ＭＡＴＬＡＢ优化工具箱中的遗传算法进行优化求解，得到了较理想的优化结果。１

▲图ｌ

盘式制动器摩擦片几何尺寸

制动盘中心的力矩为Ｉ．ｔｑＲ２ｄＲｄＯ，式中ｑ为摩擦片与制动盘之间的单位面积上的压力，肛为摩擦片的摩擦系数，则单侧摩擦片作用于制动盘上的制动力矩为阳一】：

盘式制动器的性能分析

如图１所示，若摩擦片与制动盘面接触良好。且各处单

１．１盘式制动器的制动力矩

互２＝鹰ｆ舻蝴＝扣（震∞口

则盘式制动器的总制动力矩为：

位压力分布均匀，则在任一单元面积ＲｄＲｄ０上的摩擦力对

收稿日期：２００８—１０—１６

基金项目：浙江省自然科学基金资助项目（Ｙ１０７１７２）；浙江省科技计

划重点资助项目（２００６Ｃ２１０６３）

弓＝专伽（硬一砰）０

依据制动盘与轮缸液压传递关系可得：

（Ｉ）

万方数据　

机械设计与研究

第２５卷

ｐ

式中：ｄ为轮缸直径（ｍｌｔｌｌ）：ｐ为轮缸中的压强（ＭＰａ）；月．为摩擦片内半径（ｍｍ）：尺：为摩擦片外半径（ｍｍ）；０为摩擦片圆心角（ｒａｄ）。

故制动器力矩表达式可表示为：

弓＝年簪×手黼

（２）

令：

“。一３（砖一屠）

詹一三！堡二盟

通常将尺，称为制动盘的有效制动半径。１．２制动器表面温升

汽车制动时，因速度降低所释放的动能Ｅ，可用下式表示：

Ｅ＝兰（口：一Ｆｉ）４－ＧＳｓｉｎａ

（３）式中：仁整车重量（Ｎ）；口，一制动前车速（ｍ／ｓ）；Ｉ／２一制动

后车速（ｍ／ｓ）；Ｓ一制动距离（ｎ１）；口一下坡道路坡度角。

能量Ｅ的一部分消耗在汽车的滚动阻力和空气阻力上，其余部分则通过制动器转换成热能，它所占的比例：可由下式表示：

Ｚ＝ｌ一丘／ｊ

（４）

式中坑一汽车阻力引起的减速度产汽车的制动减速度。

制动时所产生的热量引起制动器零件温度上升，同时在行驶过程中零件表面逐渐向大气散热。在重复制动时，每次制动所产生的热量，不能及时散出，使制动器温度逐步升高，但是因为散热条件的影响因素过多，而且因制动过程时间较短，热茸不易散出，可以从理论上认为制动温升由制动器吸收，而对于非金属摩擦衬片，由于其绝热性能所吸收的热量很少，因此可以认为绝大部分热量被制动盘吸收，每制动一次后，制动盘的温升为：

肌盎

（５）

式中：Ａ一单个制动盘所分配的热量占全部热量的比例数；

卜热功当量４．１８（焦耳／卡）；ｍｄ制动盘质量（ｋｇ）；ｃｄ一制动

盘比热（Ｊ／ｋｇ ｋ）。其中ｒｆｔ。可由下式决定：

ｍｄ

２

１ｆ∥叩ｄ／４

式中：口一制动盘直径（ｍｍ）：口一制动盘厚度（ｍｍ）；ｍ制动盘密度（ｋｇｍ。）。１．３摩擦片单位压力

设摩擦片任一点至制动盘轴线距离为ｒｔ，根据文献［８］可得，，Ｉ定义的摩擦片任一点单位压力尸，为：

Ｐ。＝警 簪

式中：Ａ一～单个摩擦片摩擦面积（ｍｉｌｌ２）；１３。为比例系数，其值为：

卢１

．

２—（Ｒｔ＋Ｒ２）Ｒ—，＋２ＲＩＲ２

４尺ｌ尺２

由上式可知，在Ｒ。和Ｒ：处，Ｐｅ分别达到其最大值和最小值，

万　

方数据即摩擦片最大单位压力为：

耻警Ｒ普４Ａ

１

’

Ｈ—

（６）

＼ｕ，

ｌ，

１．４性能约束

（１）制动力矩约束：汽车制动器制动力矩应该小于地面的摩擦力矩，否则会发生车轮抱死现象而产生侧滑，从而失去稳定性Ｈ’，即：

Ａ弓５如Ｌ缈

（７）式中：Ａ一可靠系数；肛。一路面附着系数；仁整车重量（Ｎ），

Ｂ一制动力分配系数。

（２）摩擦片压力约束：摩擦片应达到要求的耐磨性或使用寿命，对于摩擦片最大许用单位压力［Ｐ］，一般按经验取值，因此，由式（６）确定的摩擦片最大单位压力Ｐ。不得超过许用单位压力［Ｐ］Ｈ】，即 …… 此处隐藏：3937字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……