1069-1041普通貨車制動器設計,普通,貨車,制動器,設計 1前 言輕型載貨車主要用于中、短途載貨運輸，一般能滿足城區(qū)附近的貨運要求，個別還用于客運。2第 一 章 制 動 系 設 計§1.1 概 述汽車制動系是用以強制行駛中的汽車減速或停車，使下坡形式的汽車的車速保持穩(wěn)定以及使已停使的汽車在原地（包括在斜坡上）駐留不動的機構。隨著高速公路的發(fā)展和車速的提高及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動系的工作可靠性顯得日益重要，也只有制動性能良好，制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。汽車制動系至少應有兩套獨立的制動裝置，即行車制動裝置和駐車制動裝置。行車制動裝置用作強制行駛中的汽車減速或停車，并使汽車在下短坡時保持適當的穩(wěn)定車速。其驅動機構常采用單回路、雙回路或多回路結構，以保持其工作可靠。行車制動裝置由制動器和制動驅動機構兩部分組成。制動器有鼓式與盤式之分。行車制動是用腳踩下制動踏板操縱車輪制動器來制動全部車輪。驅動機構分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時還應有操縱主缸和制動輪缸以及管路；用氣壓操縱是 還應有空氣壓縮機、氣路管道、貯氣筒、控制閥和制動氣室等。行車制動應滿足如下要求：一 、 適應有關要求和法規(guī)的規(guī)定。各項性能指標除應滿足設計任務書的規(guī)定和國家標準、法規(guī)制定的有關要求外，也應考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。二 、 具有足夠的制動效能。行車制動效能是用在一定的制動初速度下或最大踏板力下的制動減速度和制動距離兩項指標來評定。三 、 工作可靠。行車制動裝置的制動驅動機構至少應有兩套獨立的管路，當其中一套失效時，另一套應保證汽車制動效能不低于正常值的30%。四 、 制動效能的熱穩(wěn)定性好。五 、 制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動，汽車都不應當失去操縱性和方向穩(wěn)定性。為此，汽車前、后輪制動器的制動力矩應有適當的比例，最好能隨各軸間載荷轉移情況而變化；同一軸上左、右車輪制3動器的制動力矩應相同。六 、 制動踏板的位置和行程符合人——機工程學要求，即操作方便性好，操縱輕便，舒適，能減少疲勞。踏板行程不大于 170mm,其中考慮了摩擦襯片或襯塊的容許磨損量。各國法規(guī)規(guī)定，制動的最大踏板力一般為 700N。設計時，緊急制動（約占制動總次數的 5%～10%）踏板力的選取范圍為 350～550N 采用伺服制動或動力制動應取小值。七 、 作用滯后的時間要盡可能的短，包括從制動踏板開始動作至達到給定制動效能水平的時間（制動滯后時間）和從開放踏板至完全解除制動的時間（解除制動滯后時間）。八、 制動時不應產生振動和噪聲。九、 與懸架、轉向裝置不產生運動干涉，在車輪跳動或汽車轉向時不會引起自行制動。十、 制動系中應有音響或光信號等報警裝置以便能及時發(fā)現制動驅動機件的故障和功能失效；制動系中也應有必要的安全裝置；例如一旦主，掛之間的連接制動管路損壞，應有防止壓縮空氣繼續(xù)漏失的裝置；在行駛過程中掛車一旦脫掛，亦應有安全裝置驅使駐車制動將其停駐。十 一 、 能全天侯使用，氣溫高時液壓制動管路不應有氣阻現象；氣溫低時制動管路不應出現結冰。十 二 、 制動系的機件應使用壽命長，制造成本低；對摩擦材料的選擇也應考慮到環(huán)保要求，應力求減小制動時飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維?！?.2 制 動 器 的 結 構 形 式 及 選 擇除了輔助制動裝置是利用發(fā)動機排氣或其它緩速措施對下長坡的汽車進行減緩或穩(wěn)定車速外，汽車制動器幾乎都是機械摩擦式的，既是利用固定元件與旋轉元件工作表面間的摩擦而產生制動力矩使汽車減速或停車的。汽車制動器按其在汽車上的位置分車輪制動器和中央制動器，前者是安裝在車輪處，后者則安裝在傳動系某軸上，例如變速器第二軸的后端或傳動軸的前端。摩擦式制動器按其旋轉元件的形狀有可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動器又分為內張式鼓式制動器和外束型鼓式制動器。內張型鼓式制動器的固定摩擦元件是一對帶有摩擦蹄片的制動蹄，后者又安裝在制動底板上，而制動底板則又緊固于4前梁或后橋殼的突緣上或變速器殼或與其相固定的支架上；其旋轉摩擦元件為固定在輪轂上或變速器第二軸后端的制動鼓，并利用制動鼓的圓柱內表面與制動蹄摩擦片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶；其旋轉摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面和制動帶摩擦片的內圓弧面作為一對摩擦表面，產生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱帶式制動器。在汽車制動器中帶式制動器曾僅用于某些汽車的中央制動器，現在汽車已很少使用。由于外束型鼓式制動器通常簡稱為帶式制動器，而且在汽車上已很少使用，所以內張型鼓式制動器通常稱為鼓式制動器，而通常所說的鼓式制動器即是這種內張型鼓式結構。盤式制動器的旋轉元件是一個垂向安放且以兩側面為工作面的制動盤，其固定摩擦元件一般是位于制動盤兩側并帶有摩擦片的制動塊。當制動盤被兩側的制動塊夾緊時，摩擦表面便產生作用于制動盤上的摩擦力矩。盤式制動器常用作轎車的車輪制動器，也可用于各種汽車的中央制動器。綜上所述，故選鼓式制動器。鼓式制動器的結構型式及選擇：鼓式制動器可按其制動蹄的受力情況分類（見圖 1-1）他們的制動效能、制動鼓的受力平衡狀況以及車輪旋轉方向對制動效能的影響均不同。制動蹄按其張開時的轉動方向和制動鼓的旋轉方向是一致的，有領蹄和從蹄之分。制動蹄張開時的旋轉方向和制動鼓旋轉方向是一致的制動蹄，稱為領蹄；反之，則稱為從蹄。5圖 1-1 鼓式制動器示意 圖一 、 領 從 蹄 式領從蹄式制動器的每塊蹄片都有自己的固定點，而且兩固定支點位于兩蹄的同一端（圖 1-1a）。張開裝置有兩種形式，第一種用凸輪或楔塊式張開裝置。其中，平衡凸塊和楔塊式張開裝置中的制動凸輪和制動楔塊是浮動的，故能保證作用在兩蹄上的張開力相等。第二種用兩個活塞直徑相等的輪缸（液壓傳動），可保證作用在兩蹄上的張開力相等。領叢蹄式制動器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動器中居中游：前進、倒退行駛的制動效果不變；結構簡單，成本低；便于附裝駐車制動驅動機構；調整蹄片與制動鼓之間的間隙工作容易。但領叢蹄式制動器也有兩蹄片上的單位壓力不等（在兩蹄上摩擦襯片面積相同的條件下），故兩蹄片磨損不均勻，壽命不同的特點。此外，因只有一個輪缸，兩蹄必須在同一驅動回路作用下工作。領叢蹄式制動器得到廣泛的應用，特別是轎車和輕型貨車、客車的后輪制動6器用得較多。二 、 雙 領 蹄 式雙領蹄式制動器的兩塊蹄片各有自己的固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄的不同端，如圖 1-1b 所示，領蹄的固定端在下方，從蹄的固定端在上方。每塊蹄片有各自獨立的張開裝置，而且位于與固定支點相對 應 的 一 方 。汽車前進制動時，這種制動器的制動效能相當高。由于有兩個輪缸，故可以用兩個各自獨立的回路分別驅動兩蹄片。除此之外，這種制動器還有調整蹄片和制動鼓之間的間隙工作容易進行和兩蹄片上的單位壓力相等，使之磨損均勻，壽命相同等優(yōu)點。雙領蹄式制動器的制動效能穩(wěn)定性，僅強于增力式制動器。當倒車制動時，由于兩蹄片皆為雙從蹄，使制動效能明顯下降。與領從蹄制動器比較，由于多了一個輪缸，使結構略顯復雜。這種制動器適用于前進制動時前軸的軸荷及附著力大于后軸，而倒車制動時則相反的汽車上。它之所以不用于后輪，還因為兩個互相成中心對稱的輪缸，難以附加駐車制動驅動機構。三 、 雙 向 雙 領 蹄 式雙向雙領蹄式制動器的結構特點是兩蹄片浮動，用各有兩個活塞的輪缸張開蹄片（圖 1-1c）.無論是前進或者是后退制動時，這種制動器的兩塊蹄片始終為領蹄，所以制動效能相當高，而且不變。由于制動器內設有兩個輪缸，所以適用于雙回路驅動機構。當一條管路失效后，制動器轉變?yōu)轭I從蹄式制動器。除此之外，雙向雙領蹄制動器的兩蹄片上單位壓力相等，因而磨損均勻，壽命相同。雙向雙領蹄式制動器因有兩個輪缸，故結構上復雜，且調整蹄片與制動鼓之間的間隙工作困難是它的缺點。這種制動器得到比較廣泛的應用。如用于后輪，則需要另設中央制動器。四 、 雙 從 蹄 式雙從蹄式制動器的兩蹄片各有一個固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄片的不同端，并用各有一個活塞的兩輪缸張開蹄片（圖 1-1d）。雙從蹄式制動器的制動效能穩(wěn)定性最好，但因制動器效能最低，所以很少采7用。五 、 單 向 增 力 式單向增力式制動器的兩蹄片只有一個固定支點，兩蹄下端經推桿相互連接成一體，制動器僅有一個輪缸用來產生推力張開蹄片（圖 1-1e）。汽車前進制動時，兩蹄片皆為領蹄，次領蹄上不存在輪缸張開力，而且由于領蹄上的摩擦力經推桿作用到次領蹄，使制動器效能很高，居各式制動器之首。與雙向增力式制動器比較，這種制動器的結構比較簡單。因兩塊蹄片都是領蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性相當差。倒車制動時，兩領蹄又皆為從蹄，結果制動效能很低。因兩蹄片上單位壓力不等，造成蹄片磨損不均勻，壽命不一樣。這種制動器只有一個輪缸，故不適合用于雙回路驅動機構；另外由于兩蹄片下部聯動，使調整蹄片間隙工作變得困難。少數輕、中型貨車用來作前制動器。六 、 雙 向 增 力 式雙向增力式制動器的兩蹄片端部各有一個制動時不同時使用的共同支點，支點下方有一個輪缸，內裝兩個活塞用來同時驅動張開兩蹄片，兩蹄片下方經推桿連接成一體（圖 1-1f）。與單向增力式不同的是次蹄片上也作用有來自輪缸活塞推壓的張開力，盡管這個張開力的制動力矩能大到主領蹄制動力矩的 2——3 倍。因此，采用這種制動器后，即使制動驅動機構中不用伺服裝置，也可以借助很小的踏板力得到很大的制動力矩。這種制動器前進與倒車的制動效果不變。雙向增力式制動器因兩蹄片均為領蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性比較差。除此之外，兩蹄片上的單位壓力不等，故磨損不均勻 ，壽命不同。調整間隙工作與單向增力式一樣比較困難。因只有一個輪缸，故制動器不適合用于有的雙回路驅動機構。上述制動器的特點是用制動器效能、效能的穩(wěn)定性和摩擦襯片磨損均勻程度來評價。增力式制動器效能最高，雙領蹄次之，領從蹄式更次之，還有一種雙領蹄式制動器的效能最低，故極少采用。而就工作穩(wěn)定性來考慮，名次排列正好與效能排列相反，雙從蹄式最好，增力式最差。摩擦系數的變化是影響制動器工作效能穩(wěn)定性的主要因素。8還應指出，制動器的效能不僅與制動器的結構型式、結構參數和摩擦系數有關，也受到其他因素的影響。例如制動器摩擦襯片與制動鼓僅在襯片的中部接觸時，輸出的制動力矩最?。欢谝r片的兩端接觸時，輸出的制動力矩最大。制動器的效能常以制動效能因數或簡稱制動因數 BF（brake factor）來衡量，制動因數 BF 可用下式表達：PfNBF/)21(??式中： ——制動器摩擦副間的摩擦力；,f——制動器摩擦副間的法向力，對平衡式鼓式制動器和盤式制動器：21Nf——制動器摩擦副間的摩擦系數；p——鼓式制動器的蹄端作用力。 基本尺寸比例相同的各種內張式制動器的制動因數 BF 與摩擦系數 f 之間的關系如（圖 1-2）所示。BF 值越大，即制動效能好。在制動過程中由于熱衰退，摩擦系數是變化的。因此摩擦系數變化時，BF 值變化小的，制動器效能穩(wěn)定性就好。綜上所述，本設計選雙向增力式制動器。在行車制動器中裝有駐車制動器。前輪采用單回路。后輪有駐車制動器，一旦油關失效駐車可充當剎車。圖 1-2 鼓式制 動器效能因數與摩擦因數的關系1-雙向增力式 2-雙領蹄式 3-領從蹄式 4-雙從蹄式9§1.3 制 動 系 的 主 要 參 數 及 其 選 擇制動系設計中的需要給定的整車參數有：型式 平頭、雙軸、后橋驅動、輕型載貨汽車 載重量 2000 全長 4800 最寬 1860 總高 空車 2100 滿載 2065 軸距 2800 輪距 前 1480 后 1470 前懸 700 后懸 1250 整備重量 （包括燃料、水、備胎） 2000滿載總重 4195空車軸荷分配 前軸 1000 50% 后軸 1000 50% 滿載軸荷分配 前軸 1384 33% 后軸 2810 67% 貨廂外形尺寸 長 3120 寬 1850 高 450 貨廂內部尺寸 長 3000 寬 1770 高 400 貨廂底板距地面高度 空車時 950滿載時 865 最小離地間隙（滿載） 前軸下部 185 mm 后橋殼下部 190 mm 發(fā)動機油底殼下 215mm 10最大涉水深度 450 接近角 42 離去角 31 縱向通過半徑 最大爬坡度 20 度 最小轉彎半徑 5.7m 最高車速 滿載時 100km/h （85km/h） 燃油消耗量 滿載時 小于 9.5 升/百公里 汽車質量參數的確定汽車裝載量=2000kg 設計乘員數 3 人 滿人數質量為 3*65kg=195kg汽車整備質量利用系數 =1 （柴油機取 0.8~1） 故汽車整備質量=2000kg0m?故汽車總重=4195kg 一 、 鼓 式 制 動 器 主 要 參 數 的 確 定1、制動鼓內徑 D：輪輞直徑 Dr=16*22=352mm；輸入力 F 一定時，制動鼓內徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強。但0增大 D 受輪輞內徑限制，制動鼓與輪輞之間應保持足夠的間隙，通常要求該間隙不大于 20mm，否則不僅制動鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能粘住內胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減小制動時的溫升。制動鼓的直徑小，剛度就大，并且有利于保證制動鼓的加工精度。制動鼓與輪輞直徑之比 D/Dr 的范圍如下：轎車： D/Dr=0.64～0.74貨車： D/Dr=0.70～0.83D = 352*0.82 = 289 mm； （1-1）輪轂內徑：D=290mm。2、制動蹄摩擦襯片的包角 β 和寬度 b實驗表明摩擦襯片包角 β 角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實際上包角兩端處的單位壓力最小。因此過分延伸襯片的兩端以加大包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。因此，包角一般不宜大于 120°。11故取 β = 110°摩擦襯片寬度尺寸 b 的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬些則質量大，不易加工，并且增加成本，過大 也不宜保證與制動鼓全面接觸。 制動鼓半徑 R 確定后，襯片的摩擦面積為 Ap=Rβb.制動器各蹄襯片總得摩擦面積 越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負荷越小，從而磨損特?AP性越好。根據國外統(tǒng)計資料分析，單個車輪鼓式制動器的襯片面積隨汽車總質量增大而增大，由貨車質量單個制動器總的襯片面積 Ap=150～250cm 2（1-2）mRAbmpP6894.1502/./81/3?????取 b=65 mm3、摩擦襯片起始角 0一般將襯片布置在制動蹄的中央，即令 2/90????如圖所示，有時為了適應單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性和制動性能。故?。?-3）0910/235???????4、張開力 作用線到制動器中心的距離 a0F在保證輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內的條件下，應使距離 a 盡可能大，以提高制動效能： （1-4）mRa12058..???取 a=110mm12圖 1-3 鼓式制動器的主要幾何參數5、制動蹄支撐點位置坐標 k 和 c在保證兩蹄支撐端面不致相互干涉的條件下，使 c 盡可能的大，k 盡可能小，暫定c =0.8R =120 mm 取 c=110mmk = 20 mm.6、摩擦片摩擦系數 f選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數要高些，更要求其穩(wěn)定性要好，受高溫度和壓力影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數，應提高對摩擦系數的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用摩擦材料的摩擦系數的穩(wěn)定值約為 0.3～0.5，少數可達 0.7。一般來說，摩擦系數愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設計時并非一定要追求高摩擦系數的材料。故取 f=0.30。13第 二 章 制 動 器 的 設 計 計 算§2.1 鼓 式 制 動 器 的 設 計 計 算一 、 壓 力 沿 襯 片 長 度 方 向 的 分 布 規(guī) 律除摩擦襯片因有彈性容易變形外，制動鼓蹄片和支承也有變形所以，計算法向力在摩擦襯片上的分布規(guī)律比較困難。通常只考慮襯片徑向變形的影響，其他零件 變形的影響較小而忽略不計。制動蹄有一個自由度和兩個自由度之分，本設計的制動蹄有兩個自由度，兩個自由度的緊蹄摩擦襯片徑向變形規(guī)律，如圖 2-1 所示將坐標原點取在制動鼓中心 o 點。y 坐標軸線通過蹄片的瞬時轉動中心 a 點。1 1圖 2-1 計 算制動蹄摩擦稱片徑向變形 簡圖制動時，由于摩擦襯片變形，蹄片一面繞瞬時轉動中心移動，同時還順著摩擦力作用的方向沿支承面移動。結果蹄片中心位于 O 點，因而未改變的摩擦襯片1的表面輪廓（E，E 線）就沿 OO 方向移動進入制動鼓內，顯然，表面上所有點在11這個方向的變形是一樣的，位于半徑 OB 上的任意點 B 的變形就是 B B ˊ線段，111所以同樣一些點的徑向變 為 1?11cos??????BC14考慮到 和 所以對于緊蹄的徑向變形???901???a?max11???OBr和壓力 P 為：1?1（2-1）)sin(1max1??p式中： ----------為任意半徑 OB 和 y 軸之間的夾角；1-----------最大壓力線 OO 與 X 軸之間的夾角；1?------------半徑 OB 和 OO 線之間的夾角；?1所以可以認為：對于尚未磨合的新制動蹄襯片，沿其長度方向的壓力分布符合正弦曲線規(guī)律。沿摩擦襯片長度方向壓力分布不均勻程度，可用不均勻系數評價：?pq/max?式中 -------制動蹄襯片上的最大壓力；-------在同等制動力矩作用下，假想壓力分布均勻時的壓力。 p在計算鼓式制動器時，必須建立制動蹄對制動鼓的壓緊力與所產生的制動力矩之間的關系。為計算制動蹄片上的力矩 TTf1，在摩擦襯片表面上取一橫向單元面積，并使其位于與 y1 軸的交點為 a 處，單元面積為 bRda，其中 b 為摩擦襯片寬度，R 為制動鼓半徑，da 為單元面積的包角，如圖（5）所示。由制動鼓作用在摩擦襯片單元面積的法向反力為：（2-2）adbqVbRdNsinmx?而摩擦力 fdN 產生制動力矩為ffTf i2ax在由 區(qū)段上積分上式，得?（2-3）)cos(2maxfbRqTf ????當法向壓力均布時（2-4）)(2fdqNpTf ?不均勻系數 )cos/()aa????????（15圖 2-2 制動力矩的計算用簡圖 17.35cos280/1 )cos()????????????）（（ aa其中： 前面已選定為 35 度???,1a???? 514,3,514322?????a所以： 7.1?7.?式（2-3）和（2-4）給出的是由壓力計算制動力矩的方法，單在實際計算中采用由張開力 p 計算制動力矩 T 的方法則更為方便。前蹄產生的制動力矩 TTff可表達如下：（2-5）1PfNT?16式中 N ——單元法向的合力；1——摩擦力 fN 的作用半徑（見圖 2-2）?1為了求的力 N1 和張開力 P1 的關系式，寫出制動蹄上力的平衡方程式：（2-6） 00)sin(cocos11 10?????NfpCapfPx ?式中 的作用線之間的夾角；X軸 與 力?S1x——支撐反力 Q 在 X1 軸上的投影。解式 （2-6），得（ 2-7）111)sin(co/[??ffhpN????圖 2-3 張 開 力 計 算 用 簡 圖對于前蹄可用下式表達為（2-8）11111 ])sin(co/[ BPfffhpPTf ???????對于后蹄可類似地表示為（2-9）22222 ])i(/[fffTf ?為了確定 ，必須求出法向力 N 及其分量。如果將 dN（見圖 2-3）1,,??看作是它投影在 x1 軸和 y1 軸上的分量 dNx 和 dNy 的合力，根據式（2-2）有：（2-10）4/)2sini2(imax 2maxbRqdabRqdNX????????????17（2-11）4/)2cos(cosinmaxmaxbRqadbRqdNy??????? ??因此)]2sini2/()cosartn[()/rtn( aaxy ?????????式中 a?????10,35,14????所以 6.81? 61.82??根 據 式 （ 2-3） 和 式 （ 2-5） ， 并 考 慮 到/11）（ yXN??則 有2/121 ])sini()cos2/[()]cos(4[R aaa ??????????? ?所 以 ： R1=152.6mm R2=158.7mm又 因 ： 0cs/??其 中 ?20ac06.17??所 以 ： mD3.175?mD.52對具有兩蹄的制動器來說，其制動鼓上的制動力矩等于兩蹄摩擦力矩之和，即（2-12）2121PTfff?對于液壓驅動的制動器來說， ，所需的張開力為21?)/(21DPf?（說明：制動力矩 T，由法規(guī)規(guī)定的滿載時最小制動距離是計算出所需的最大剎車制動力矩得出） 所以： P=7000N；計算鼓式制動器，必須檢查蹄有無自鎖的可能。由式（2-7）得出自鎖條件。當式（2-7）中的分母等于零時，蹄自鎖，即0)sin(co11???? fpf?如果式 )i/(11cf???18成立，則不會自鎖。因為：30.82.)sin/(cos11????? fcp??故 ， 制 動 蹄 不 會 自 鎖 ?！?.2 摩 擦 襯 片 的 磨 損 特 性 計 算摩擦襯片的磨損，與摩擦副的材質，表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度的多種因素有關，因此在理論上要精確計算磨損性能是很困難的。但實驗表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。汽車的制動過程是將其機械能（動能、勢能）的一部分轉變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了耗散汽車全部動力的任務。此時由于在短時間內熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高此即所謂的制動器的能量負荷。能量負荷愈大，則襯片的磨損愈嚴重。制動器的能量負荷常以其比能量耗散率作為評價指標。比能量耗散率又稱為單位功負荷或能量負荷，它表示單位摩擦面積在單位時間內耗散的能量，其單位為 w/mm 。2雙軸汽車的單個前輪制動器和單個后輪制動器的比能量耗散率分別為（2-13）jvttAmea/)(4/)1(21 2221?????式中， ——汽車回轉質量換算系數；——汽車總質量；a——汽車制動初速度與終速度，m/s；計算時 3.5t 以上的貨車取21,v=65km/h（18m/s）；j——制動減速度。 ，計算時取 j=0.6g；2/smt——制動時間，s；A 、A ——前后制動器襯片的摩擦面積；12——制動力分配系數。?在緊急制動到 =0 時，并可近似的認為 =1，則有2v?114/tmea?19(2-14)2124/tAvmea??鼓式制動的比能量耗損率以不大于 1.8w/mm 為易，但當制動初速度 低于2 1v式（2-13）下面所規(guī)定的 值時，則允許略大于 1.8w/mm 。轎車盤式制動器的1v2比能量耗散率應不大于 6.0w/mm 。比能量耗散率過高，不久會加速制動襯片的2磨損，而且可能引起制動鼓或盤的龜裂。其中 =1.92?所 以 ： e1=1.36w/mm 2e2=1.88w/mm故 符 合 要 求 。磨損特性指標也可用襯片的比摩擦力即單位面積的摩擦力來衡量。單個車輪制動器的比摩擦力為RATFff/0?式中， ——單個制動器的制動力矩；fR ——制動半徑A——單個制動器的襯片摩擦面積。當制動減速度 j=0.6g 時，鼓式制動器的比摩擦力 F 不大于 0.48N/mm 為宜。0f 2所以： F =0.310f故符合要求?！?.3 制 動 力 與 制 動 力 分 配 系 數汽車制動時，如果忽略路面對車輪的滾動阻力矩和汽車回轉質量的慣性力矩，則任一角速度 的車輪，其力矩平衡方程為：0??(2-15)??ebfrFT式中 ——制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車f輪旋轉方向相反，N*m；——地面作用于車輪上的制動力，即地面與輪胎之間的摩擦力，有稱為B地面制動力，其方向與汽車行駛的方向相反，N；——車輪的有效半徑，m。er令20etrTF/?并稱之為制動器制動力，它是在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動器周緣力。 與地面制動力 的方向相反，當車輪角速度tFBF時，大小亦相等，且 僅由制動器結構參數所決定。即 取決于制動器的結0??t t構形式、尺寸、摩擦副的摩擦系數及車輪有效半徑等，并與制動踏板力即制動系的液壓、或氣壓成正比。當加大踏板力以增大 時， 和 均隨之增大。但地fTfB面制動力 受著條件的限制，其值不可能大于附著力 ， 即BF ?F?Z??或?Bmax式中 ——輪胎與地面間的附著系數；Z——地面對車輪的法向反力。制動器制動力 和地面制動力 達到附著力 值時，車輪即被抱死并在地tFBF?面上滑移。此后制動力矩 即表現為靜摩擦力矩，而 即成為與 相平tTeffrTF/?BF衡以阻止車輪再旋轉的周緣力極限值。當制動達到 后，地面制動力 達到0?附著力 值后就不在增大，而制動器制動力 由于踏板力 的增大使摩擦力矩?t P增大而繼續(xù)上升。rF根據汽車制動時的整車受力分析，考慮到制動時的軸荷轉移，可求得地面對前、后軸車輪的法向反力 為：21,z（2-16）)/(/1221 ugdhLGZz????21圖 2-4 制動力與踏板力 FP 的關系式中 G——汽車所受重力；L——汽車軸距；——汽車質心離前軸距離；1L ——汽車質心離后軸距離；2——汽車質心高度；ghg ——重力加速度；——汽車制動減速度。tud/汽車總的地面制動力為（2-17）GqdgFtuBB ????/21式中 q——制動強度，亦稱比減速度或比制動力；——前后軸車輪的地面制動力。21,B由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為（2-18）?? )*(/)/(/ 112 221 ggBhqLGhFLG????????上式表明：汽車在附著系數 為任一確定值的路面上制動時，各軸附著力即?為極限制動力并非為常數，而是制動強度 q 或總制動力 FB 的函數。當汽車各車輪制動器的制動力足夠時，根據汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動器的制動力的分配、道路附著系數和坡度情況等，制動過程可能出現的情況有三種，22即：、 、 輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑 ；、 、 后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑 ；、 、 前、后輪同時抱死拖滑。在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用最好。由上面的公式可以求出在任何附著系數 的路面上，前后輪同時抱死即前后軸車輪附著力同?時被充分利用的條件是：（ 2-19）?)/()(/ 12121 ggBfftt hqLFF?????式 中 ；11,ZFBff ???力前 軸 車 輪 的 制 動 器 制 動；222 ff 動 力后 軸 車 輪 得 到 制 動 器 制——前軸車輪的地面制動力；1B——后軸車輪的地面制動力；F2——地面對前、后軸車輪的法向反力；1,Z——汽車質心離前、后軸的距離2LG——汽車重力；——汽 車 質 心 高 度 。gh由上式可知，前、后輪制動器的制動力 的函數。?是21,ffF上式可消去 ，得? )]/()/4([ 222/122 fgfgf hLGFLhF???????式中 L——汽車的軸距。將上式繪成以 為坐標的曲線，即為理想的前、后制動器制動力分配21,ff曲線，簡稱 I 曲線，如圖（2-5）所示。如果汽車前、后制動器的制動力能按曲線 I 的規(guī)律分配，則能保證汽車在任何附著系數 路面上制動時，21,ffF ?都能使前、后車輪同時抱死。然而，目前大多兩軸汽車尤其是貨車的前后制動力之比為一定值，并以前制動器制動力 與汽車總制動器制動力 之比；表面分1fFfF配比例，稱為汽車制動器制動力分配系數 ：?（ 2-20）)/(/211fffffF???又由于在附著條件所限定的范圍內，地面制動力在數值上等于相應的制動周緣力，故 又可通稱為制動力分配系數。23線 線 （ 滿 載 ）線 （ 空 載 ）圖 2-5 I 曲 線 與 線?§2.4 同 步 附 著 系 數上式又可表達為：?/)1(/2??ffF上式在圖中是一條通過坐標原點且斜率為（1- ）/ 的直線，它是具有制?動器制動力分配系數為 的汽車的實際前、后制動器動力分配線，簡稱 線。圖?中 線與 I 曲線交點處的附著系數 為同步附著系數。它是汽車制動性能的一個?0?重要參數，有汽車結構系數所決定。國外有的文獻推薦滿載時的同步附著系數，轎車取 。為 宜貨 車 取 5.;6.00???故取 =0.6?！?.5 制 動 器 最 大 制 動 力 矩 應合理的確定前、后輪制動器的制動力矩，以保證汽車有良好的制動效能和穩(wěn)定性。最大制動力是汽車附著質量被完全利用的條件下獲得的，這時制動力與地面作用于車輪的法向力 成正比。雙軸汽車前、后輪附著力同時被充分利用21,Z或前、后輪同時抱死時制動力之比為 )/()(/ 01021 gghLhLZ??????式中 ——汽車質心離前、后輪的距離；,24——同步附著系數；0?——汽車質心高度。gh所以： 493.0281/3/21?ffF制動器所能產生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即（ 2-21）2211effrT?式中 ——前軸制動器的制動力， ；1fF?1ZFf?——后輪制動器的制動力， ；2f 2f——作用于前軸車輪上的地面法向反力；1Z——作用于后軸車輪的地面法向反力；2——車輪的有效半徑。er對于常遇的道路條件較差、車速較低因而選取了較小的同步系數 值的汽車，0?為了保證在 的良好路面上 能夠制動到后軸和前軸先抱死滑移（此0??)6.0(??時制動強度 q= ），前、后軸的車輪制動器所能產生的最大制動力矩為： LrhLGrZTegef /)(121max1 ????f 2122 ?所 以 ：=3.18max1f 60?=3.16 。2fT§2.6 制動器的主要零件的結構設計一、 制動鼓制動鼓應具有較高的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應超過極限值。制動鼓的材料與摩擦襯片的材料相匹配，應能保證具有高的摩擦系數并使工作表面磨損均勻。制動鼓有鑄造的和組合兩種。鑄造制動鼓多選用灰鑄鐵，具有機械加工容易、耐磨、熱容量大的優(yōu)點。組合式制動鼓的特點是質量小，工作面耐磨，并有較高的摩擦因數。綜上所述，故選用鑄鐵制動鼓，并且制動鼓的外圓周部分鑄有肋，用來加強剛度和增加散熱效果。25制動鼓壁厚的選擇主要是從剛度和強度方面考慮。壁厚取大些也有助于增大熱容量，但實驗表明，壁厚從 11mm 增至 20mm，摩擦表面平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動鼓的壁厚：轎車為 7～12mm，中、重型貨車為 13～18mm。故取壁厚為 12mm。二 、 制 動 蹄制動蹄采用鋼板沖壓—焊接制成。制動蹄的斷面形狀和尺寸應保證其剛度。制動蹄和摩擦片可以鉚接，也可以粘接。粘接的優(yōu)點在于襯片更換前允許磨損的厚度較大，其缺點是工藝較復雜，且不易更換襯片。鉚接的噪聲較小。故選用鉚接。三 、 制 動 底 板制 動 底 板 是 除 制 動 鼓 外 制 動 器 各 零 件 的 安 裝 基 體 ， 應 保 證 各 安 裝 零 應 有 足夠 的 剛 度 。故 選 用 由 鋼 板 沖 壓 成 型 的 制 動 底 板 并 且 有 凹 凸 起 伏 的 形 狀 。四 、 制 動 輪 缸采 用 活 塞 式 制 動 蹄 張 開 結 構 。 輪 缸 的 缸 體 由 灰 鑄 鐵 HT250 制 成 。 其 缸 筒為 通 孔 ， 需 鏜 磨 。 活 塞 由 鋁 合 金 制 成 。 活 塞 外 端 壓 有 鋼 制 的 開 槽 頂 塊 ， 以 支 承插 入 槽 中 的 制 動 蹄 腹 板 端 部 。 輪 缸 的 工 作 腔 由 靠 在 活 塞 內 端 面 處 的 橡 膠 皮碗 密 封 。五 、 摩 擦 材 料制 動 摩 擦 材 料 應 具 有 高 而 穩(wěn) 定 的 摩 擦 系 數 ， 抗 熱 衰 退 性 能 好 ， 不 能 在 溫 度升 到 某 一 數 值 后 摩 擦 系 數 突 然 急 劇 下 降 ； 材 料 的 耐 磨 性 能 好 ， 吸 水 率 低 ， 有 較高 的 耐 擠 壓 和 耐 沖 擊 性 能 ； 制 動 時 不 產 生 噪 聲 和 不 良 氣 味 ， 應 盡 量 采 用 少 污 染和 對 人 體 無 害 的 摩 擦 材 料 。目 前 在 制 動 器 中 普 遍 采 用 著 模 壓 材 料 ， 它 是 以 石 棉 纖 維 為 主 并 與 樹 脂 粘 接劑 、 調 整 摩 擦 性 能 的 填 充 劑 與 噪 聲 消 除 劑 等 混 合 后 ， 在 高 溫 下 模 壓 成 型 的 。 模壓 材 料 的 擾 性 較 差 ， 故 應 按 襯 片 或 襯 塊 規(guī) 格 模 壓 ， 其 優(yōu) 點 是 可 以 選 用 各 種 不 同的 聚 合 樹 脂 配 料 ， 使 襯 片 或 襯 塊 具 有 不 同 摩 擦 性 能 和 其 他 性 能 。26另 一 種 是 編 織 材 料 ， 它 是 先 用 長 纖 維 石 棉 與 銅 絲 或 鋅 絲 的 合 絲 編 制 成 布 ，再 浸 以 樹 脂 粘 合 劑 經 干 燥 后 輥 壓 制 成 。 其 擾 性 好 ， 剪 切 后 可 以 直 接 鉚 到 任 何 半徑 的 制 動 蹄 或 制 動 帶 上 。 在 溫 度 下 ， 它 具 有 較 高 的 摩 擦 系 數C??120~（ f=4.0 以 上 ） ， 沖 擊 強 度 比 模 壓 材 料 高 4～ 5 倍 。 但 耐 熱 性 差 ， 在以 上 即 不 能 承 受 較 高 的 單 位 壓 力 。 磨 損 加 快 。 因 此 這 種 材 料 僅C?25~?適 用 于 中 型 以 下 的 汽 車 的 鼓 式 制 動 器 ， 尤 其 是 帶 式 中 央 制 動 器 。粉 末 冶 金 摩 擦 材 料 是 以 鐵 粉 或 銅 粉 為 主 要 成 分 ， 加 上 石 墨 、 陶 瓷 粉 等 非 金屬 粉 末 作 為 摩 擦 系 數 調 整 劑 ， 用 粉 末 冶 金 方 法 制 成 。 其 抗 熱 衰 退 性 能 和 抗 水 衰退 性 能 好 ， 但 造 價 高 ， 適 用 與 高 性 能 轎 車 和 行 駛 條 件 惡 劣 的 貨 車 等 制 動 器 負 荷重 的 汽 車 。綜 上 所 述 ， 故 選 用 編 織 材 料 。六 、 鼓 式 制 動 器 的 調 整 機 構 制 動 鼓 （ 制 動 盤 ） 與 摩 擦 片 （ 摩 擦 襯 片 ） 之 間 在 未 制 動 的 狀 態(tài) 下 應 有 工 作間 隙 ， 以 保 證 制 動 鼓 （ 制 動 盤 ） 能 自 由 轉 動 。 一 般 ， 鼓 式 制 動 器 的 設 定 間 隙 為0.2～ 0.5mm； 盤 式 制 動 器 的 為 0.1～ 0.3mm。 此 間 隙 的 存 在 會 導 致 踏 板 或 手柄 的 行 程 損 失 ， 因 而 間 隙 量 應 盡 量 小 。 考 慮 到 在 制 動 過 程 中 摩 擦 副 可 能 產 生 機械 變 形 和 熱 變 形 ， 因 此 制 動 器 在 冷 卻 狀 態(tài) 下 應 有 的 間 隙 應 通 過 實 驗 來 確 定 。 另外 ， 制 動 器 在 工 作 過 程 中 會 因 為 摩 擦 片 （ 襯 塊 ） 的 磨 損 而 加 大 ， 因 此 制 動 器 必須 設 有 間 隙 調 整 機 構 。故 選 用 楔 塊 式 自 動 調 整 機 構 ?！?.7 制 動 驅 動 機 構 的 結 構 形 式 選 擇 及 設 計 計 算一 、 制 動 驅 動 機 構 的 結 構 形 式 的 選 擇根 據 制 動 力 源 的 不 同 制 動 驅 動 機 構 可 分 為 簡 單 制 動 、 動 力 制 動 、 伺 服 制 動三 大 類 。1、 簡 單 制 動 系即 人 力 制 動 ， 是 靠 司 機 作 用 于 制 動 踏 板 上 或 手 柄 上 的 力 作 為 動 力 源 。 力 的傳 遞 方 式 又 有 機 械 式 和 液 壓 式 兩 種 。 機 械 式 靠 桿 系 和 鋼 絲 繩 傳 力 ， 其 結 構 簡 單 ，造 價 低 廉 ， 工 作 可 靠 ， 但 機 械 效 率 低 ， 故 僅 用 于 中 小 型 汽 車 的 制 動 裝 置 中 。 液27壓 式 簡 單 制 動 系 通 常 簡 稱 為 液 壓 制 動 系 ， 用 于 行 車 制 動 裝 置 。 其 優(yōu) 點 是 作 用 滯后 時 間 短 （ 0.1～ 0.3s） ， 工 作 壓 力 高 （ 可 達 10～ 12mpa） ， 輪 缸 尺 寸 小 ， 可布 置 在 制 動 蹄 內 部 作 為 制 動 蹄 張 開 機 構 或 制 動 塊 壓 緊 機 構 ， 使 之 結 構 簡 單 、 緊湊 、 質 量 小 、 造 價 低 。 但 其 有 限 的 力 傳 動 比 限 制 了 它 在 汽 車 上 的 使 用 范 圍 。 另外 ， 液 壓 管 路 在 過 度 受 熱 時 會 形 成 氣 泡 而 影 響 傳 輸 ， 使 制 動 效 能 降 低 甚 至 失 效 。液 壓 式 簡 單 制 動 系 曾 廣 泛 用 于 轎 車 、 輕 型 及 輕 型 以 下 的 貨 車 及 部 分 中 型 貨 車 上 。2、 動 力 制 動 系動 力 制 動 系 是 以 發(fā) 動 機 動 力 形 成 的 氣 壓 或 液 壓 勢 能 作 為 汽 車 制 動 的 全 部 力源 進 行 制 動 ， 而 司 機 作 用 于 制 動 踏 板 或 手 柄 上 的 力 僅 作 用 于 對 制 動 回 路 中 控 制元 件 的 操 縱 。 在 簡 單 制 動 系 中 的 踏 板 力 其 行 程 間 的 反 比 例 關 系 在 制 動 系 中 便 不復 存 在 ， 因 此 ， 此 處 的 踏 板 力 較 小 且 可 有 適 當 的 踏 板 行 程 。氣 壓 制 動 系 是 動 力 制 動 器 最 常 見 的 型 式 ， 由 于 可 獲 得 較 大 制 動 驅 動 力 且 主車 與 被 拖 的 掛 車 以 及 汽 車 列 車 之 間 制 動 驅 動 系 統(tǒng) 之 間 的 連 接 裝 置 結 構 簡 單 、 連接 和 斷 開 都 很 方 便 ， 因 此 廣 泛 用 于 總 質 量 位 于 8 噸 以 上 ， 尤 其 是 15 噸 以 上的 載 貨 貨 車 、 越 野 車 和 客 車 上 。 但 氣 壓 制 動 系 必 須 采 用 空 氣 壓 縮 機 ， 儲 氣 罐 、制 動 閥 等 裝 置 ， 結 構 復 雜 、 笨 重 、 輪 廓 尺 寸 大 、 造 價 高 ； 管 路 中 氣 壓 的 產 生 和撤 消 均 較 慢 ， 作 用 滯 后 時 間 較 長 （ 0.3～ 0.9s） ， 因 此 在 制 動 閥 到 制 動 氣 室 和儲 氣 罐 的 距 離 較 遠 時 ， 有 必 要 加 設 氣 動 的 第 二 級 控 制 元 件 ——繼 動 閥 （ 即加 速 閥 ） 以 及 快 放 閥 ； 管 路 工 作 壓 力 較 低 （ 一 般 0.5～ 0.7mpa） 因 而 制 動 氣室 的 直 徑 很 大 ， 只 能 置 于 制 動 器 之 外 ， 在 通 過 桿 件 及 凸 輪 或 楔 塊 驅 動 制 動 蹄 ，使 非 簧 載 質 量 增 大 ； 另 外 制 動 氣 室 排 氣 時 也 有 較 大 的 噪 聲 。氣 、 液 式 制 動 系 是 動 力 制 動 系 的 另 一 種 形 式 ， 即 利 用 氣 壓 系 統(tǒng) 作 為 普 通 的液 壓 制 動 系 主 缸 的 驅 動 力 源 的 一 種 制 動 驅 動 機 構 。 它 兼 有 液 壓 制 動 和 氣 壓 制 動的 主 要 優(yōu) 點 。 由 于 氣 壓 系 統(tǒng) 的 管 路 短 ， 作 用 滯 后 時 間 也 較 短 。 顯 然 ， 其 結 構 復雜 、 質 量 大 、 造 價 高 ， 故 主 要 用 于 重 型 汽 車 上 ， 一 部 分 總 質 量 為 9～ 11 噸的 中 型 汽 車 上 也 有 采 用 。全 液 壓 動 力 制 動 系 是 發(fā) 動 機 驅 動 油 泵 產 生 的 液 壓 作 為 制 動 力 源 。 有 開 式（ 常 流 式 ） 和 閉 式 （ 常 壓 式 ） 兩 種 。 全 液 壓 動 力 制 動 系 除 具 有 一 般 液 壓 制 動 系統(tǒng) 的 優(yōu) 點 外 ， 還 具 有 操 縱 輕 便 、 制 動 能 力 強 、 易 于 采 用 制 動 力 調 節(jié) 裝 置 和 防 滑移 裝 置 等 優(yōu) 點 。 但 結 構 復 雜 、 精 密 件 多 ， 對 系 統(tǒng) 的 密 封 性 也 要 求 較 高 ， 故 并 未28得 到 廣 泛 應 用 ， 僅 用 于 某 些 高 級 轎 車 和 大 型 客 車 上 。3． 伺 服 制 動 系伺 服 制 動 系 是 在 人 力 液 壓 制 動 系 中 增 加 由 其 它 能 源 提 供 的 助 力 裝 置 ， 使 人力 與 動 力 并 用 。 在 正 常 情 況 下 ， 其 輸 出 工 作 壓 力 主 要 由 動 力 伺 服 系 統(tǒng) 產 生 ， 而在 伺 服 系 統(tǒng) 失 效 時 ， 仍 可 全 由 人 力 驅 動 液 壓 系 統(tǒng) 產 生 一 定 程 度 的 制 動 力 。 因 此 ，在 中 級 以 上 的 轎 車 及 輕 、 中 型 客 車 、 貨 車 上 得 到 廣 泛 的 應 用 。綜 上 所 述 ， 故 選 用 人 力 液 壓 制 動 驅 動 機 構 。二 、 液 壓 驅 動 機 構 的 設 計 與 計 算1、 制 動 輪 缸 直 徑 d 的 確 定制 動 輪 缸 對 制 動 蹄 （ 塊 ） 施 加 的 張 開 力 F0 與 輪 剛 直 徑 d 和 制 動 管 路 壓力 p 的 關 系 為（ 2-22）2/10)4(pFd??制 動 管 路 壓 力 不 超 過 10～ 12mpa。取 p=12mpa得 d=24.5mm又 因 為 輪 缸 直 徑 d 應 在 標 準 規(guī) 定 的 尺 寸 系 列 中 選 取 ，故 取 d=25mm2、 制 動 主 缸 的 直 徑 d0 的 確 定 。第 i 個 輪 缸 的 工 作 容 積 為iiv??24??式 中 ， di 為 第 i 個 輪 缸 活 塞 的 直 徑 ： n 為 輪 缸 中 活 塞 的 數 目 ； 為 第 i 個i?輪 缸 活 塞 在 完 全 制 動 時 的 行 程 。在 初 步 設 計 時 ， 對 鼓 式 制 動 器 可 取 =2～ 2.5mm。i?所 有 輪 缸 的 總 工 作 容 積 為?iV29= 981 mmiV??2/45?3式 中 ， m 為 輪 缸 的 數 目 。所 以 V=4 =2943mmi3制動主缸應有的工作容積為 ???0式中， 為制動軟管的容積變形。?在初步設計時，制動主缸的工作容積可取為1.1V （轎車）0V1.3