四轮拖拉机刹车和驻车扭矩计算

2016-06-29江苏林海动力机械集团有限公司江苏泰州225300

山东工业技术 2016年13期

关键词：力矩摩擦

殷俊（江苏林海动力机械集团有限公司，江苏泰州 225300）

四轮拖拉机刹车和驻车扭矩计算

殷俊
（江苏林海动力机械集团有限公司，江苏泰州 225300）

摘要：通过对四轮拖拉机制动系统内部的关键零部件分析，并进行整体和重要零部件的力学计算，得到使拖拉机能够刹车和驻车所需要的力矩。有了该力矩的数值，才能最大限度的保证该类型四轮拖拉机的安全。

关键词：摩擦；受力平衡；力矩

1　引言

制动系统对于车辆而言，并非最复杂的部分，但却是关乎到行车安全的重要部件。而目前在国内外被广泛运用的四轮拖拉机，其特点是：速度慢、负载大、轮胎大、扭矩大，所以其制动系统有着比其它车辆更高的要求。设计四轮拖拉机制动系统的前提条件也是最重要的要素就是计算出该拖拉机刹车和驻车所需要的最低力矩。其计算过程也是非常繁琐，本文就以一辆典型的四轮拖拉机为对象，将这一系列计算的过程详细介绍，供相关设计人员参考。

2　制动轴扭矩计算

选取对象为久保田M704K四轮拖拉机。根据其说明书上发动机最大功率等相关数据结合其传动转换的方式可以得知：当车最大功率行驶时，每个后轮驱动轴的扭矩为：736Nm；驻车轴的扭矩为213Nm。而后轮驱动轴齿轮和制动轴是通过一对啮合的渐开线型齿轮传动，啮合部分的齿数比为：57：9.

根据齿轮转速比与扭矩关系公式［1］：ⅰ12=ω1/ω2=Z2/Z1=T2/T1

其中：i为齿轮传动比，ω为齿轮转动角速度，Z为齿轮齿数，T为齿轮扭矩。得出：刹车时制动轴扭矩为116.2Nm ；驻车时制动轴扭矩为 33.6Nm （1）

3　制动器内部扭矩分析

制动器器零件分解如图1所示。

如图1所示，制动轴与两只摩擦片组通过花键接触，与制动钢片、轴承座、制动盘等不接触。所以当制动时，两只摩擦片组的扭矩需要平衡制动轴的扭矩。因此，四轮拖拉机最大功率行驶时，假设制动轴所受扭矩为T1，则两只完全一样的摩擦片组，每只所受力矩为T1/2。而两只摩擦片组两侧的制动钢片和轴承座（或制动盘）分别给予摩擦片组一个摩擦力矩，因为所受压力和摩擦系数均相等，所以两侧的摩擦力矩也一样，假设为T2。

车辆被制动，则制动轴所受扭矩，被大小相等方向相反的力矩做平衡。故：T1/2=2T2（2）

4　钢球力学分解

图1所示的制动盘上有三个钢球槽，钢球槽一端空间宽松，一端空间紧凑。每个槽中有一只钢球。当制动时，外力给予制动盘一个扭矩，使其从空间宽松一端向空间紧凑一端旋转，直到紧紧压住钢球，产生非常大的压力传导到摩擦面组上，形成扭矩来平衡制动轴上的力矩，使得四轮拖拉机制动成功。

对钢球的力学分析如图2所示。

F0为钢球给制动盘的力，其分解为作用在制动盘上的压力F1和让制动盘围绕其中心旋转的力F2。经过测绘，钢球槽和水平面的角度为23°，所以：

5　钢球所受压力计算

作用于摩擦片组的摩擦力矩T2正是由分力F1产生，由公式［2］T=F×L（其中T为力矩，F为作用力，L为力臂），得出：T2= F1Rμ，将（3）代入，得出：T2=F0COS23°Rμ（其中R为力臂，μ为摩擦系数）（4）。

因为压力F1，为三个均匀布置的钢球紧压产生，且相互接触产生摩擦力矩的零件平面度规则。所以近似认为压力F1均匀的布置在了摩擦片组的摩擦面上。测绘摩擦面组的摩擦面，它的形状为一个圆环。内径r1=65mm、外径r2=107.5mm，则其力臂R的均值通过以下方式计算：∫53.7532.5·2πr·rdr/π（53.752-32.52） =（2/3r3∫53.7532.5）/ （53.752-32.52） =43.998mm （5）经过试验测定，摩擦片的摩擦系数μ≈0.12，并根据（2）、（4）、（5）得出：

T2= T1/4=F0COS23°Rμ=43.998 F0×0.9205×0.12=4.86F0

得出：F0= T1/19.44

带入刹车扭矩T1=116.2Nm=116200 Nmm得出：F0=5977.37N（6）

带入驻车扭矩T1=33.6Nm=33600 Nmm得出：F0=1728.4N（7）