電磁制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

馮志博

71282部隊(duì) 河北保定 071000

隨著現(xiàn)代社會(huì)進(jìn)步與科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，汽車已成為人們生活中必不可少的交通工具，給人們生活和工作帶來了巨大方便。隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏的加快，對汽車速度的需求也不斷提高，隨之而來的，人們對汽車安全性能的要求也越來越高。

一、電磁制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

隨著電子科技的發(fā)展進(jìn)步，汽車在制動(dòng)方面添加了防抱死系統(tǒng)功能，但其造價(jià)相對較高，也更容易故障。目前液壓制動(dòng)系統(tǒng)依舊是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最可靠、經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)方式，油液制動(dòng)系統(tǒng)突出優(yōu)勢依然存在。但如果將電磁制動(dòng)體系同時(shí)運(yùn)用在汽車上，不僅可以省去車上原有的制動(dòng)油路體系，很大程度上減輕汽車的自身重量，還能極好的與ABS系統(tǒng)兼容，更快更精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)控制制動(dòng)力。除此之外還可以很好的與其他車載電子操控系統(tǒng)相互兼容，有利于汽車的智能化程度進(jìn)一步提高，削減制動(dòng)粉塵，進(jìn)步車輛的環(huán)保性。電磁制動(dòng)體系的這些突出優(yōu)勢決定其未來必然會(huì)成為汽車制動(dòng)系統(tǒng)的新發(fā)展趨勢[1]。

二、電磁制動(dòng)器的總體設(shè)計(jì)考慮

（一）電磁制動(dòng)器的工作原理

圓盤式電磁制動(dòng)器主要有端蓋、動(dòng)片、摩擦片、電磁鐵圓盤、軸、線圈、彈簧、調(diào)節(jié)螺絲等組成。由外側(cè)到內(nèi)側(cè)依次為端蓋、動(dòng)片、電磁鐵圓盤。其中摩擦片與動(dòng)片鉚接。當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，線圈得電產(chǎn)生磁場，電磁鐵圓盤立即與摩擦片吸合，電磁鐵內(nèi)部的彈簧被拉伸，電機(jī)呈制動(dòng)狀態(tài)。若電機(jī)斷電，線圈磁場消失，電磁鐵圓盤被彈簧拉回與摩擦片分離，動(dòng)片又能自由旋轉(zhuǎn)。本文中所取電磁制動(dòng)器屬常開型單片干板制動(dòng)器。

（二）電磁體材料選取

電磁制動(dòng)器的總體功能性能，主要由其電磁體的各項(xiàng)性能決定，所以電磁體是電磁制動(dòng)器的主要構(gòu)成部分。電磁體的主要性能有摩阻填料的性能、外形結(jié)構(gòu)、制造工藝等。故電磁體選擇的重點(diǎn)有：

（1）電磁體的導(dǎo)磁材料(磁鋼)及其加工制造工藝選擇，這會(huì)直接影響電磁體工作時(shí)的磁路以及電磁體與摩擦盤之間的吸力。電磁體的結(jié)構(gòu)外形、磁鋼材料、磁鋼與摩擦盤之間的摩擦系數(shù)、填充材料與摩擦盤之間的摩擦系數(shù)、電磁體制造工藝等參數(shù)都會(huì)影響磁體所產(chǎn)生的摩擦力。導(dǎo)磁材料和制造工藝的選擇需嚴(yán)謹(jǐn)。

（2）不同參數(shù)的磁鋼材料的選擇。電磁體所處的工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，溫度變化大，同時(shí)為了延長與其直接摩擦接觸的摩擦片的使用壽命，要求電磁體磁鋼材料的強(qiáng)度和硬度不能過高。故為了適應(yīng)工作環(huán)境，選擇磁鋼材料時(shí)，其硬度、摩擦系數(shù)以及填充材料的耐磨、耐熱性能等要充分考慮。

（3）摩組材料性能參數(shù)的選擇。電磁體工作時(shí)，與制動(dòng)盤摩擦產(chǎn)生大量熱能，表面溫度迅速大幅上升，為確保其能穩(wěn)定正常工作，電磁體摩阻材料的高溫穩(wěn)定性至關(guān)重要。考慮到汽車行駛路況環(huán)境復(fù)雜多變，電磁體在復(fù)雜環(huán)境下的性能變化也不能太大[2]。

（三）電磁制動(dòng)器銜鐵的吸合過程簡述

吸合過程即制動(dòng)器工作過程中，從線圈得電到彈簧片被銜鐵吸合的過程。可分為兩個(gè)階段：第一階段是線圈接入電源起到線圈電流達(dá)到吸合電流為Ixh止，此階段經(jīng)歷時(shí)間為txc，在此階段中銜鐵不動(dòng)；第二階段，隨著線圈電流逐漸增大，電磁吸引力也逐漸增大，當(dāng)吸力大于彈簧彈力時(shí)，銜鐵開始運(yùn)動(dòng)。這個(gè)過程中隨著線圈電流增大，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢個(gè)反電動(dòng)勢和線圈自感電動(dòng)勢一起，對線圈電流的增長。這其阻礙作用，使線圈電流在增大到一定程度后便開始逐漸減小。將從銜鐵開始運(yùn)動(dòng)到閉合所需要的時(shí)間記為吸合運(yùn)動(dòng)時(shí)間txy。總的吸合時(shí)間為txh=txc+txy。在t=txh時(shí)，銜鐵閉合，工作氣隙不再變化，反電動(dòng)勢為零，電流按新的指數(shù)曲線增大，直至穩(wěn)態(tài)電流IW，

三、結(jié)論

汽車電磁制動(dòng)技術(shù)是一個(gè)發(fā)展空間非常大的新興領(lǐng)域。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是電磁制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外對其電磁體材料的選取進(jìn)行了優(yōu)化，提高其工作性能，簡化了汽車制動(dòng)裝置，減輕車身自重，從而提高其安全性能。

電磁制動(dòng)器的零部件主要有制動(dòng)盤、摩擦片、彈簧組件、法蘭。首先根據(jù)汽車運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，分析計(jì)算制動(dòng)時(shí)所需的制動(dòng)力矩，而后以其為依據(jù)選擇確定其他零部件的參數(shù)。其中根據(jù)制動(dòng)器的實(shí)際工作環(huán)境調(diào)整改善了制動(dòng)盤的厚度，并采用通風(fēng)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性。電磁制動(dòng)器的總體功能性能，主要由其電磁體的各項(xiàng)性能決定，所以電磁體是電磁制動(dòng)器的主要構(gòu)成部分。本文通過橫向比較擇優(yōu)取了電磁體主要材料，并簡單對其中鐵粉的制造工藝流程進(jìn)行了介紹。通過查閱資料分析了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的性能，做出了最優(yōu)選擇。最后對電磁制動(dòng)器的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了簡單分析，通過不同的特性方程計(jì)算了吸和過程中通電后到彈簧拉伸前的吸和觸動(dòng)時(shí)間，彈簧開始運(yùn)動(dòng)到銜鐵吸和的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。