摩托车制动器制动力计算

摩托车制动器制动力计算
1. 转动惯量的详细解释及其物理意义：
转动惯量的由来，动能公式是22
1mv E =，动能的实际物理意义是：物体相对某个系统（选定一个参考系）运动的实际能量。

22
1mv E = 把r v ω=代入上式 (ω是角速度，r 是半径，在这里对任何物体来说是把物体微分化分为无数个质点，质点与运动整体的重心的距离为r ，而再把不同质点积分化得到实际等效的r)
得到2)(2
1r m E ω= 由于某一个对象物体在运动当中的本身属性m 和r 都是不变的，所以把关于m 、r 的变量用一个变量I 代替,
2mr I =
得到22
1ωI E = I 就是转动惯量，分析实际情况中的作用相当于牛顿运动平动分析中的质量的作用，都是一般不轻易变的量。

这样分析一个转动问题就可以用能量的角度分析了，而不必拘泥于只从纯运动角度分析转动问题。

为什么变换一下公式就可以从能量角度分析转动问题呢？
1、22
1ωI E =本身代表研究对象的运动能量 2、之所以用22
1mv E =不好分析转动物体的问题，是因为其中不包含转动物体的任何转动信息。

3、22
1mv E =除了不包含转动信息，而且还不包含体现局部运动的信息，因为里面的速度v 只代表那个物体的质心运动情况。

4、22
1ωI E =之所以利于分析，是因为包含了一个物体的所有转动信息，因为转动惯量2mr I =本身就是一种积分得到的数，更细一些讲就是综合了转动物体的转动不变的信息的等效结果∑=2mr I 。

所以，就是因为发现了转动惯量，从能量的角度分析转动问题，就有了价值。

若刚体的质量是连续分布的，则转动惯量的计算公式可写成
∑⎰⎰===dV r dm r mr I σ222 其中dV 表示dm 的体积元，σ表示该处的密度，r 表示该体积元到转轴的距离。

2. 摩托车制动时的受力分析：摩托车在制动时要想获得最佳的制动效果，其条件是前、后轮制动器制动力之和等于摩托车的附着力，并且前、后轮制动器制动力同时等于各自的地面附着力。

上图是摩托车在水平路面上的制动受力情况，其中忽略了滚动阻力、空气阻力、
旋转质量减速时的惯性力矩等。

根据平面任意力系平衡的解析条件，即：力系中各力在两个任选的直角坐标轴上投影的代数和分别等于零，以及各力对任一点的矩的代数和也等于零。

列方程式： R ＇=0 F B1+ F B2=m ·a Z 1+ Z 2=m ·g
M o =0 F B1=Z 1·φ 和 Z 1·L= m ·a ·h g +m ·g ·L 2
F B2=Z 2·φ m ·g ·L 1= Z 2·L+ m ·a ·h g
L
L h ma F g B )(21+=ϕ L
L h ma F g B )(12-=ϕ L
h L F F g B B ϕβ+==2
1 式中：
F B1、F B2——前、后轮制动器制动力，N ；
Z 1、Z 2——前、后轮的地面法向反力，N ；
L 1、L 2——整车重心至前、后轮接地点的距离，m ；
F B ——制动器总制动力，N ；
L ——轴距，m ；
φ——道路附着系数；
m ——摩托车总质量，kg ；
h g ——整车重心高，m ；
a ——摩托车所能达到的最大减速度，m/s 2；
β——摩托车制动力分配系数（前轮制动器与摩托车总制动力之比称之为制动器制动力分配系数）。

因此，对于给定的摩托车，只要已知m 、L 1、L 2、h g 等参数，然后根据摩托车经常使用的道路条件（φ值要求），利用以上方程组可以进行制动力的计算。

在附着系数为φ的路面上，摩托车制动能达到的最大减速度为a=φg ，所以在摩托车质心和轴距确定的情况下，β的选取与附着系数φ有关。

已知了总制动力F B 和制动力分配系数β就可以分别计算前、后轮的制动力
F B1= F B ·β F B2= F B ·（1-β）
前后轮的制动力矩为：
M B1= F B1·r 1 M B2= F B2·r 2
式中：
M B1、M B2——前、后轮制动器制动力矩，N·m ；
r 1、r 2——前、后轮胎的滚动半径，m 。

3. 摩托车惯量表示：摩托车是由平动刚体（车身加乘员）和定轴转动刚体（两个车轮）
组成的质点系，在行驶过程的正常脱档制动是匀减速运动，其动能变化为：
)'(2
1'2121222I I I mv E +=+=ωω 式中（I+I ＇）可以表示摩托车的总惯量。

而惯性试验台试验转动惯量按下面公式计算：车辆总质量加上旋转部分当量修正值，然后把相当于该质量的转动惯量按各轴制动力分配比分配。

旋转部分的修正值取空车质量的7%。

2)07.0(k o m R M M I +=β
式中：
I ——转动惯量，kg ·m 2；
β——摩托车制动力分配系数（前轮制动器与摩托车总制动力之比称之为制动器制动力分配系数）；
M m ——摩托车厂定最大总质量，kg ；
M o ——摩托车整车整备质量，kg ；
R k ——摩托车车轮滚动半径，m 。

4. 试验时减速度计算公式： 由I r M a ⋅=得， r
I a M ⋅= a ——试验车的减速度，m/s 2；
M ——试验制动力矩，N·m ；
I ——转动惯量，kg ·m 2；
R ——轮胎滚动半径，m 。

5. 如以HJ125-8车型为例计算制动力：
空车质量M o 为107kg ，车轮直径574mm ，车轮滚动半径272m （轮胎下沉量按30mm ），制动盘。

整车惯量为（只1个驾驶员时，体重75kg ）：
I 1=（M m +0.07M o ）·R k 2=（182+0.07×107）×0.2722=14.019 kg ·m 2
最大制动力矩为（φ取0.6 ，最大减速度按5.88 m/s 2）：
r I a M 11⋅==272
.0019.1488.5⨯=303.058 N·m 整车需要的制动力为：
F 1=r M 1=272
.0058.303=1114.18N 制动器需要产生的夹紧力为(制动盘直径为220mm ，有效制动半径为95mm)：
N 1=2·r M 1=095
.0058.3032⨯=6380.17N 本车型配套的前液压制动器的制动钳活塞直径为34mm ，制动钳活塞面积
A=907.92mm 2，摩擦系数μ=（0.35~0.45），则制动系统压力p 1为：
p 1=r A M ⋅⋅⋅μ21=095
.045.092.9072058.303⨯⨯⨯=3.90MPa
同上，当乘两个人时（最大质量为空车质量加两个人的体重150kg ）： I 2=（M m +0.07M o ）（257+0.07×107）×0.2722=19.568 kg ·m 2
r I a M 22⋅==272
.0568.1988.5⨯=423.014 N·m F 2=r M 2=272
.0014.423=1555.20N N 2=2·r M 1=095
.0014.4232⨯=8905.56N P 2=r A M ⋅⋅⋅μ22=095
.045.092.9072014.423⨯⨯⨯=5.45MPa
当只用前轮部分惯量制动时为（1人乘坐，β= 0.6）：
I 1前=2o m 0.07M M K R ）（+β=0.6×（182+0.07×107）×0.2722=8.41 kg ·m 2
前轮最大制动力矩为：
M 1前=r I a 前1⋅=272
.041.888.5⨯=181.80 N·m 前轮需要的制动力为：
F 1前=r M 前1=272
.080.181=668.38N 前制动器需要产生的制动力N 1前为（制动盘直径为220mm ，有效制动半径为95mm ）：
N 1前='21r M 前⋅=095
.080.1812⨯=3827.37N P 1前=r A M ⋅⋅⋅μ21前=095
.045.092.907280.181⨯⨯⨯=2.34MPa 亦同上，当乘两个人时前轮的负荷为：
I 2前=2o m 0.07M M k R ）（+β=0.6×（257+0.07×107）×0.2722=11.741 kg ·m 2
M 2前=r I a 前2⋅=
272
.0741.1188.5⨯=253.81 N·m F 2前=r M 前2=272
.081.253=933.125N N 2前='22r M 前⋅=095
.081.2532⨯=5343.37N P 2前=r A M ⋅⋅⋅μ22前=095.045.092.907281.253⨯⨯⨯=3.27MPa
制动器制动片的摩擦系数μ为：
μ=N
F ⋅2 式中：F ——制动器实际所产生的制动力；
N ——由系统压力加在活塞上所产生的压力。

○注当已知上面受力分析时所涉及的一些摩托车结构和使用参数时，为精确计算，应使用以上的受力分析公式进行制动力和力矩的计算。