摩托车鼓式制动器设计中的优化分析
(发布日期：2005/9/26)
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制动器是使运动机械减速或停止的一种机构，其对于机械装置的正常稳定安全运行起着不可替代的作用。汽车、摩托车的制动装置显得尤为重要，在众多的整车性能检测项目中，制动器便自然成为交通工具中强制执行的安全项之一。
随着摩托车工业的迅猛发展，制动器的结构型式、机械性能也发生着翻天覆地的变化：鼓式制动器、钳盘式制动器，直至如今的防抱死系统。尽管如此，由于经济性及结构性等多方因素，鼓式制动器仍是中小排量摩托车制动型式的首选，或者是采用鼓式制动器与盘式制动器相结合的方式，以取得制动性能与经济性的最优组合，由于摩托车用鼓式制动器又以内张蹄式为主，因此我们主要以内张双蹄式制动器为主作一详细探讨。
要求
为了使摩托车的制动性能更好的符合使用要求，确保行车安全，设计摩托车用内张双蹄式制动器时需全面的考虑如下几项要求：
1、制动器效能：制动器需要在制动过程中产生足够大的制动力矩，以确保摩托车以适当的减速度使速度降至所需值（含0值），主要的评价指标是制动器效能因数，定义为在制动鼓的作用半径R上的摩擦力与输入力之比。
2、制动器效能的稳定性：要求制动器应具有良好的热恢复性、水恢复性，同时要求摩擦副具有较高的耐磨性，其中以热恢复性能为主。
3、制动器的尺寸和重量：车轮制动器属于非由弹簧承载的质量，所以应尽可能的减轻其质量，使有助于车辆行使的平稳性。
此外还要求制动装置操纵轻便，不易产生噪声和异味以及必要的安全设备和报警装置等其它安全、环境方面的要求。
摩托车内张双蹄式制动器设计的主要参数
a）制动鼓直径D：输入力一定时，制动鼓直径愈大，则制动力矩愈大，且散热能力也愈强。一般制动鼓直径与轮辋直径的比值为0.25~0.4。
b）摩擦片宽度b和包角θ。
c）制动器中心到张开力P作用线的距离e。
d）制动蹄块支撑点位置a和c。
优化数学模型的建立
（一） 目标函数的建立：
从上面的分析我们可以得知，制动器性能最主要的一个评价指标是制动器效能因数及其稳定性，稳定性我们可以通过选用具有良好抗衰退性和热恢复性的摩擦材料或改进制动鼓的散热性能来提高，在此，我们以制动器效能因数作为主要的优化对象建立优化数学模型。如图所示（如图）
制动器与蹄块之间的单位压力的分布根据经验我们假设为按正弦规律分布，由数学推导得领蹄效能因数Kt1及从蹄效能因数Kt2为：
其中：
根据上面的分析，目标函数我们确定为：min ：
（二）约束函数的建立：
由于结构的限制：D/2≥a≥0
D/2≥e≥0
a+e≤D-2D1/2 （D1 制动销轴的直径）
试验表明，摩擦包角θ=90°~100°时，磨损最小，且制动性能好；包角过大将使制动作用不平顺，容易使制动器发生自锁，故包角不宜大于120°，所以
优化结果分析
运用FORTRAN语言编程用复合形优化方法进行优化搜索计算，采用六边复合形经过500多次迭代计算，优化结果为
X ：
.332500E+02 .475000E+02 .191484E+02 .157101E+01
FX：
-.318753E+01
GX：
-.120103E-04 -.142500E+02 -.142500E+02 -.762939E-05 -.625000E+01 -.191491E+02 -.283509E+02 -.225425E-03 -.523373E+00
即：当a=33.25 e=47.5 c=19.15 θ=1.57弧度时，制动器的制动效能达到最大，最大值为3.1875。
由于领从蹄制动效能因数计算公式的不同，而领从蹄的e值实际上在工作状态时由于制动销作用并非相等，所以实际进行结构设计时还应考虑尽可能使制动销轴工作时的转动方向与轮子的转动方向一致，这样可较反向布置制动销轴转向时制动效能提高10%左右。例如某一制动器参数为37 37 0 120，按后者布置结构制动效能因数为2.18363，若按前者布置结构则效能因数为2.344492，制动效能因数提高7.4%。
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