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1、第2章 制動器理論分析 2.1 設(shè)計原始參數(shù) 1.在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=20km/h,制動距離小于等于8m。 2.車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16o時保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量4000kg,整車整備質(zhì)量3000kg。 3.車輛應(yīng)設(shè)置工作制動，工作制動的最大靜態(tài)制動力應(yīng)大于整車的最大質(zhì)量的50%。 4.車輛應(yīng)設(shè)置停車制動，停車制動應(yīng)在車輛運行和動力停止運行時均起作用。停車制動裝置要保證車輛在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在最大為16O的坡道上能保持靜止?fàn)顟B(tài)。 2.2 汽車制動性能 汽車制動性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是汽車

2、檢測診斷的重點。汽車具有良好的制動性能，遇到緊急情況，可以化險為夷；在正常行駛時，可以提高平均行駛速度，從而提高運輸生產(chǎn)效率。 汽車制動性能通常是由制動效能、制動效能恒定性和制動時汽車方向穩(wěn)定性這三個方面來評價的。 制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標(biāo)。它是由制動力、制動減速度、制動距離、和制動時間來評定；制動距離是指車輛在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板(或手觸動制動手柄)時起至車輛停住時止，車輛駛過的距離。制動距離與踏板力以及地面的附著情況有關(guān)；制動距離越短性能越好；制動減速度反映了制動時汽車速度降低的速率，與地面制動力與制動器制動力有關(guān)

3、，制動減速度越小性能越好；制動時間是制動過程所經(jīng)歷的時間，時間越短性能越好。 制動效能恒定性是指制動器的抗熱衰退性和抗水衰退性；抗熱衰退性能是防止車輛高速制動、短時間重復(fù)制動或下長坡連續(xù)制動時，制動器溫度上升，摩擦力矩顯著下降這些現(xiàn)象。水衰退性是指當(dāng)車輛涉水后，制動器因為進(jìn)水使其短時間內(nèi)制動效能降低這種現(xiàn)象，這是由于制動器進(jìn)水后摩擦系數(shù)下降，使其制動效能降低，不過由于制動器工作時會散熱，就會使水迅速蒸發(fā)，使得制動效能恢復(fù)。 制動時汽車方向穩(wěn)定性是指制動時汽車按給定軌跡的行駛能力，即防止汽車制動時跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力。但是因為設(shè)計車速要求為20km/h,一般不會發(fā)生此類現(xiàn)象，根據(jù)設(shè)計

4、原則故不作參考。 2.3 制動時詳細(xì)分析 2.3.1 制動時受力分析 圖2-1 受力分析 —車輪制動器的摩擦力矩（Nm） —地面制動力（N） —車輪對地面的作用力（N） —車輪半徑（m） —地面對車輪的支持力（N） —車軸對車輪的作用力（N） 說明：前橋和后橋載荷分配時1:1。 根據(jù)圖2-1所示 和是一對作用力和反作用力，所以有： 。 2.3.2 地面制動力 地面制動力是使汽車制動減速行駛的外力，它取決于： 1.制動器內(nèi)的摩擦片、制動盤的摩擦力矩。 2.輪胎與地面之間的切向作用力，即附著力。附著力的極限值有取決于摩擦系數(shù)f。

5、 制動時 沒有制動時 2.3.3 制動器制動力的分析 制動器制動力是指在輪胎周圍殼服制動器摩擦力矩所需要的力；即。 影響制動器的制動力的因素是地面制動力和制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定；它取決于制動器結(jié)構(gòu)，而制動器的摩擦副的摩察系數(shù)與車輪半徑有關(guān)，并與制動器踏板力FP及制動器的液壓或氣壓成正比。 對于地面制動力、制動器制動力、地面附著力關(guān)系一般情況下只考慮制動時車輪做滾動和抱死兩種情況： 1汽車制動車輪滾動時：地面制動力 = 制動器制動力FU。 2車輪抱死拖滑是：地面制動力為極限值你，并且小于地面附著力。 即：

6、 所以地面制動力、制動器制動力、地面附著力的關(guān)系如圖所示： 圖2-2 由圖可知首先取決于，但又受附著條件限制，只有當(dāng)汽車內(nèi)具有足夠的制動氣制動力，同時地面又能提供較大的附著力時才能獲得足夠的地面制動力。 2.3.4 附著系數(shù)f 附著系數(shù)是指輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般用平均附著系數(shù)，峰值附著系數(shù)，滑動附著系數(shù)來衡量，在水平干硬路面上的平均附著系數(shù)見下表： 表2-1 瀝青混凝路面 平均附著系數(shù) 峰值附著系數(shù) 干 0.8～0.9 0.75 濕 0.5～0.7 0.45～0.7 附著系數(shù)高的路面，車子不容易打滑，行駛安全；附著系數(shù)低的路面

7、，車子容易打滑，比如雪地，冰面等等。附著系數(shù)取決于道路的材料，路面狀況，花紋材料，輪胎結(jié)構(gòu)以及車輛運動速度等。 2.3.5 制動車輛制動效能 1 制動減速度: 在不同路面上制動時，地面制動力有所不同，但考慮到最大附著力時地面制動力 1.不考慮制動延遲時的制動減速度： (2-1) 2.考慮制動器延遲時間時的制動減速度： 表3-1 制動類型延遲時間的選取 制動類型 時間 彈簧制動 0.5s 液壓盤式制動 0.35s 多片制動 0.17s 氣壓制動 0.4～0.8s 鼓式制動 0.75s 選取彈簧制

8、動由表（3-1）知延遲時間為0.5s，得到： (2-2) 此時因制動延遲運行的制動距離為： (2-3) 由（3-1）、（3-2）知最大制動減速度: (2-4) 可見決定制動器距離的主要因素是：制動器起作用的時間和最大制動減速度。 2.3.6 制動器制動力的比例關(guān)系 1.地面對前后輪法向反作用力、決定于、，如圖所示： 圖2-3 2.力和力矩的關(guān)系 以為研究對象，力

9、和力矩的平衡方程式： (2-5) 以為研究對象，力和力矩的平衡方程式： (2-6) 聯(lián)立（2-5）、（2-6）得到 (2-7) (2-8) 考慮到極限情況（前后輪抱死制動）： 此時： （2-9） 把（2-9）代入（2-7）、（2-8）得到：

10、 （2-10） 此時制動器制動力取得極限值 第3章 濕式多盤式制動器的計算 3.1 全封閉濕式多盤制動器設(shè)計原則 1.在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=20km/h,制動距離小于等于8m。 2.車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16o時保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量8000kg,整車整備質(zhì)量8000kg，總載荷為16000kg。 3.車輛應(yīng)設(shè)置工作制動（使車輛減速及至停止行駛的制動情況），工作制動的最大靜態(tài)制動大于50

11、%整車的最大質(zhì)量。 4.車輛應(yīng)設(shè)置停車制動（使車輛在平路或坡道上靜止不動的制動情況），停車制動應(yīng)在車輛運行和停止運行時都起作用，停車制動裝置要保證在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在坡度為160坡道上可以保持靜止?fàn)顩r。 5.要保證車輛可以緊急制動（使車輛在緊急狀況下迅速停止行駛的制動情況）。 6.行車制動：使車輛減速及至停止的制動情況； 駐車制動：使車輛在平路上或者坡道上靜止不動的情況； 緊急制動：使車輛迅速制動且停止的情況； 7.車輛輪胎半徑： 已知輪胎的型號為：11.00-20，半徑為0.519m； 輪胎半徑：自由半徑—未裝車成品輪胎；

12、 靜力半徑—承受最大載荷時輪胎中心到地面的距離； 運動半徑—測量輪胎走過n圈的路程， 3.2 整車制動力矩計算 3.2.1 制動減速度的計算 1.不考慮制動延遲時的制動減速度： (3-1) 2.考慮制動器延遲時間時的制動減速度： 表2-1 制動類型延遲時間的選取 制動類型 時間 彈簧制動 0.5s 液壓盤式制動 0.35s 多片制動 0.17s 氣壓制動 0.4～0.8s 鼓式制動 0.75s 選取彈簧制動由表（2-1）知延遲時間為0.5s，得到：

13、 (3-2) 此時因制動延遲運行的制動距離為： (3-3) 由（2-1）、（2-2）知最大制動減速度: (3-4) 3.2.2 整車所需的最大制動力矩的計算 1.按制動減速度計算整車制動力矩: —整車工作質(zhì)量（kg） —輪胎半徑（m） —最大制動減速度(m/s2) 所以： （3-5） 2.按整車在160的坡道上駐車制動計算整車制動力矩: (3-6) 選取最大整車制動力矩：

14、 （3-7） 考慮一定的制動扭矩設(shè)備，儲備系數(shù)為1.2～1.4,取1.3；可得知整車最大制動力矩為: （3-8） 按照制動時載荷分配可知制動前后橋所需制動力矩為： （3-9） 因為傳動軸式濕式制動器有輪邊減速比，所以制動前后橋所需制動力矩為： 3.2.3 前后橋制動器的制動力: 1.一個制動器的制動力： （3-10） —摩擦系數(shù)0.08～0

15、.1，取0.085 —摩擦副個數(shù)4～14 —折減系數(shù) —摩擦副等效作用半徑（mm） 2.等效作用半徑: (3-11) 其中—摩擦片的外半徑 —摩擦片的內(nèi)半徑 式3-11求得： 3.摩擦副個數(shù)與折減系數(shù)關(guān)系: 表3-1 n 2 4 6 8 10 12 k 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.94 取摩擦副個數(shù)10，折減系數(shù)0.95。 4.制動力： 根據(jù)式（3-10）可得：

16、 (3-12) 把（3-9）、、、、代入式（3-12）中得： 3.3 彈簧的計算 3.3.1 彈簧的選取 矩形彈簧的特點：特性呈線性，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。 普通彈簧的特點：雖然行程夠，但是力不足。 碟形彈簧的特點： 1. 碟形彈簧在較小的空間內(nèi)承受極大的載荷。與其他類型的彈簧比較，碟形彈簧單位體積的變形量較大，具有良好的緩沖吸震能力，特別是采用疊合組合時，由于表面摩擦阻力作用，吸收沖擊和消散能量的作用更顯著。 2. 碟形彈簧具有變剛度特性。改變碟片內(nèi)截錐高度與碟片厚度的比值，可以得到不同的彈簧特性曲線，可為直線型、漸增型、漸減型或者是

17、他們的組合形式。此外還可以通過由不同厚度碟片組合或由不同片數(shù)疊合碟片的不同組合方式得到變剛度特性。 3. 碟形彈簧由于改變碟片數(shù)量或碟片的組合形式，可以得到不同的承載能力和特性曲線，因此每種尺寸的碟片，可以適應(yīng)很廣泛的使用范圍，這就使備件的準(zhǔn)備和管理都比較容易。 4. 在承受很大載荷的組合彈簧中，每個碟片的尺寸不大，有利于制造和熱處理。當(dāng)一些碟片損壞時，只需個別更換，因而有利于維護(hù)和修理。 5. 正確設(shè)計、制造的碟形彈簧，具有很長的使用壽命。 6. 由于碟形彈簧是環(huán)形的，力是同心方式集中傳遞的。 設(shè)計的制動器屬于失效安全性濕式多盤式制動器制動器，它是通過彈簧來只制動的，所以需要的彈簧

18、而且在強(qiáng)度、變形力及壽命都有很高的要求，結(jié)合以上三種彈簧的特性，碟形彈簧最符合設(shè)計要求。 3.3.2 碟形彈簧種類 碟簧的設(shè)計主要考慮的是碟簧的組數(shù)和它的組合型式。 碟形彈簧有不同類型的組合型式，常見的有疊合、對合、復(fù)合這三種型式： 1.疊合組合：由n個同方向、同規(guī)格的碟簧組成。如下圖： 圖3-1 2.對合組合:由n個相向同規(guī)格的碟簧組成。如下圖： 圖3-2 3．復(fù)合組合：有疊合與對合組成。如下圖： 圖3-3 3.3.3 制動器內(nèi)碟簧運動的規(guī)律 1.在所設(shè)計的制動器內(nèi)碟簧安裝完畢后，螺栓給碟簧施加壓力，使其壓縮然后達(dá)到制動，一旦車輛發(fā)動，液壓系統(tǒng)油壓

19、達(dá)到一定值，會再次壓縮碟簧，最終解除制動。所以說從開始制動到接觸制動碟簧會壓縮兩次： 第一次壓縮到時使其制動，第二次壓縮到時使制動解除。如下圖所示： 圖3-4 當(dāng)平壓時，存在(0.75是最大變形) （3-13） 2．軸向尺寸：一組碟簧安裝時，軸向尺寸受限制，自由高度小于某一軸向尺寸安裝高度。 碟簧自由高度+碟簧螺栓頭部高度+墊片高度=軸向高度。 3.徑向尺寸:碟簧的外徑 3.3.4 碟簧方案的選取 在此設(shè)計中需要碟簧為復(fù)合類型，下表為設(shè)計的兩種方案的預(yù)選參數(shù)： 表3-2兩種方案預(yù)選參數(shù) 方案 摩擦副n 碟簧組組數(shù)m 摩擦片間隙 一 10 12 0

20、.2 二 10 14 0.2 方案一的計算： 1.預(yù)選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.2。 一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為: (3-14) 需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動力: (3-15) 考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈簧，選碟簧規(guī)格為31.5，即A2-31.5，如下表所示： 表3-3系列A， 類別 D/mm d/mm t/mm /mm H0/mm P/N /mm /mm 2 31.5 16.3 1.75

21、 0.7 2.45 3900 0.53 1.92 —碟簧外徑（mm） —碟簧內(nèi)徑（mm） —碟簧厚度（mm） —碟簧壓平時變形量計算值（mm） —碟簧的自由高度（mm） —單個碟簧的載荷（N） —單片碟簧變形量（mm） 設(shè)對合數(shù)y。,因呈線性關(guān)系，所以有式（3-13）存在，可知、的變形量、： (3-16) 得： (3-17) 打開摩擦片所需間隙為:

22、 (3-18) 2.碟簧對合數(shù)的計算： (3-19) 將（3-17）代入上式，求得： ,所以取15對合 3.碟簧自由高度： (3-20) 4.碟簧組的軸向尺寸： （3-21） 5.碟簧組的徑向尺寸：31.5mm 方案二的計算： 1.預(yù)選摩擦副，碟簧組組數(shù)，鋼片粉片間隙值，取0.3。 一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為: (3-22) 需要疊合兩片,所以單片碟簧所需的制動力:

23、 (3-23) 考慮磨損量取,根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈簧，選碟簧規(guī)格28，即A2-28，如下表所示: 表3-4 系列A， 類別 D/mm d/mm t/mm /mm H0/mm P/N /mm /mm 2 28 14.2 1.5 0.65 2.15 2850 0.49 1.66 設(shè)對合數(shù)y。,因呈線性關(guān)系，所以有式（3-13）存在，可知的變形量: (3-24) 得：

24、 (3-25) 打開摩擦片所需間隙為: (3-26) 2.碟簧對合數(shù)的計算： (3-27) 將（3-17）代入上式，求得,所以取19對合 3.碟簧自由高度： (3-28) 4.碟簧組的軸向尺寸： （3-29） 5.碟簧組的徑向尺寸：28mm 3.3.5

25、 碟簧方案的校核 方案一的校核: 有一個由10對合、兩疊合碟簧A2-31.5 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷,工作載荷； 碟簧負(fù)荷： 當(dāng),即碟簧壓平時，上式化簡為： (3-30) 式中—單個碟簧的載荷(N) —壓平時碟形彈簧載荷計算值（N） —碟簧厚度(mm) —碟簧外徑（mm） —單片碟簧的變形量（mm） —碟簧壓平時變形量的計算值（mm） —彈性模量（） —泊松比 折減系數(shù) 系數(shù)得值可根據(jù)從下表中查取：

26、 表3-5 C=D/d 1.90 1.92 1.94 1.96 1.98 2.00 2.02 2.04 0.672 0.677 0.682 0.686 0.690 0.694 0.698 0.702 1.197 1.201 1.206 1.211 1.215 1.220 1.224 1.229 1.339 1.347 1.355 1.362 1.370 1.378 1.385 1.393 注：對于無支撐面的碟簧 由表（3-4）、表（3-6）、式（3-30）得： 因此:

27、 (3-31) 通過查看下圖單片彈簧特性曲線： 圖3-5 按不同計算的碟簧特性曲線 由上圖3-5，按照查出: 故： 通過查看下圖找到疲勞破壞關(guān)鍵部位： 圖3-6 碟簧疲勞破壞關(guān)鍵部位 由上圖，按,可得疲勞破壞關(guān)鍵點為Ⅱ點：如圖3-7所示： 圖3-7 計算碟簧時的應(yīng)力點示意圖 Ⅱ點的應(yīng)力是： (3-32) 式中（3-32）中： 由表3-3、表3-5、式3-32求得： 當(dāng) 則求出碟簧計算

28、應(yīng)力幅： 通過查看下圖3-8： 圖3-8 彈簧的極限應(yīng)力曲線 由上圖3-8中在處時，疲勞強(qiáng)度上限應(yīng)力為, 可求得疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為： 因為，所以滿足疲勞強(qiáng)度要求，所以此次方案滿足設(shè)計要求。 方案二的校核: 有一個由14對合、兩疊合碟簧A2-28 GB/T 1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷,工作載荷； 碟簧負(fù)荷： 當(dāng),即碟簧壓平時，上式化簡為： (3-33) 由表（3-3）、表（3-4）、式（3-32）得： 因此:

29、 (3-34) 由圖3-5，按照查出： 故： 由圖3-6，按,可得疲勞破壞關(guān)鍵點為Ⅱ點：如圖3-7所示 Ⅱ點的應(yīng)力是： (3-35) 由表3-3、表3-5、式3-35求得： 當(dāng) 則求出碟簧計算應(yīng)力幅： 通過查看圖3-8中在處時，疲勞強(qiáng)度上限應(yīng)力為, 可求得疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅為： 因為,所以不滿足疲勞強(qiáng)度要求，所以此次方案不滿足設(shè)計要求。 從這兩方案中得知第一種方案符合設(shè)計要求。 3.3.6 碟簧組設(shè)計方案有關(guān)數(shù)據(jù) 通過計算可知方案一符合設(shè)計要求，所以碟簧組所需設(shè)計的有關(guān)參數(shù)如下: 1.碟簧規(guī)格：

30、 A2-31.5 GB/T 1972-2005 2.復(fù)合碟簧形式 疊合兩片對合15片 3.單片碟簧制動時要求所需的變形量: 得： 4.單片碟簧制動時要求所需的變形力: 5.單片碟簧加大預(yù)加載荷的力: 6.單片碟簧加大預(yù)加載荷時的變形量: 7.單片碟簧工作載荷: 8.單片碟簧工作變形量: 9.

31、碟簧組磨損極限： 10.單片碟簧由解除制動到制動狀態(tài)時的變形量: 11.復(fù)合碟簧組由解除制動到制動狀態(tài)時變形量： 12.校核： 疲勞破壞關(guān)鍵點在Ⅱ點，校核通過。 13.碟簧組自由高度: 14.碟簧組預(yù)加載荷高度 15.碟簧組工作載荷高度 16.摩擦片比壓: (3-36)

32、 式中：—復(fù)合碟簧對合數(shù)； —復(fù)合碟簧疊合數(shù)； —摩擦片面積； (3-37) 將式（3-36）代入（3-35）得： 17.預(yù)取碟簧組數(shù): 18.預(yù)變形時，Ⅱ點應(yīng)力為: 19.預(yù)變形時，Ⅱ點應(yīng)力為: 20.碟簧的計算應(yīng)力幅: 21.碟簧的疲勞強(qiáng)度應(yīng)力幅： 因，故可以滿足疲勞強(qiáng)度的要求。 即碟簧組如圖3-9所示：