制動器的設(shè)計

1、目錄摘要2ABSTRACT2第一章 緒論41.1 制動器設(shè)計的概述 41.2 制動器的設(shè)計方法和重點(diǎn) 41.3 制動器設(shè)計應(yīng)用前景 41.4 影響制動器發(fā)展的因素 51.5 制動器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 5第二章 制動器的主要參數(shù)及其選擇 72.1 制動力與制動力的分配系數(shù) 72.2 同步附著系數(shù) 92.3 制動強(qiáng)度與附著系數(shù)利用率 112.4 制動器的最大制動力矩 122.5 制動器因數(shù) 132.6 制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù) 16第三章 主要零部件的設(shè)計和參數(shù)的計算 193.1 制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 193.2 制動蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律 213.3 制動器因數(shù)及摩擦力矩分析計算 233.4 制

2、動蹄上的壓力分布規(guī)律與制動力矩的簡化計算 243.5 摩擦襯片(襯塊)的磨損特性計算 283.6 制動器的熱容量和溫升的核算 293.7 盤式制動器制動力矩的計算 303.8 駐車計算 31第四章 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計 334.1 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 334.2 制動管的多回路系統(tǒng) 344.3 液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算 36第五章 制動力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu).43 5.1 限壓閥 43 5.2制動防抱死機(jī)構(gòu)(ABS)43總節(jié)46致謝47參考文獻(xiàn)48汽車制動器的設(shè)計摘 要本論文主要對制動器的設(shè)計所遇到的一些問題和困難做出了分析和研究，參數(shù)的選定和驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計是制動器設(shè)計中的重中之重，如何正確的選擇參

3、數(shù)和設(shè)計方法是設(shè)計人員所普遍關(guān)注的技術(shù)問題本文結(jié)合實(shí)踐信息，對制動系統(tǒng)參數(shù)的選定和設(shè)計方法進(jìn)行了分析，提出了制動因數(shù)的選擇、系統(tǒng)至少有兩條制動回路、真空助力器的選擇等有效的控制措施。另外本文對主要零部件的設(shè)計和材料的選擇和制動液的使用進(jìn)行了分析，著重論述了主要零部件的參數(shù)選擇和計算和材料的使用兩個方面。針對不同條件、不同使用情況、不同設(shè)計方法的制動器做了深入而確鑿的研究和討論。詳細(xì)地提出了使用那種制動器最為合適，從經(jīng)濟(jì)和安全狀況兩個方面。希望本文的結(jié)論對制動器的設(shè)計理論研究及實(shí)際應(yīng)用帶來一定的借鑒意義。關(guān)鍵詞：參數(shù)、制動因數(shù)、材料- 49 -The design of car brakesAb

4、stract In this paper, the main brake on the design of some of the problems encountered by the difficulties and make the analysis and study of selected parameters and drive mechanism is designed to brake the top priority in the design, how the right choice and design parameters Is designed by the sta

5、ff of the technical issues of common concern. This paper practice, the braking system and the design parameters of the selected methods for analysis, the choice of a braking factor, the system at least two brake circuits, vacuum booster, such as the choice of effective control measures. In addition

6、to the main components of this design and material selection and use of brake fluid were analyzed, focusing on the main parts of the parameters and calculations and the use of two aspects. For different conditions, the use of different circumstances, different methods of design brake hard and do an

7、in-depth study and discussion. Detail by the use of brakes that the most appropriate, from the economic and security situation in two aspects. Hope that the conclusion of the brake design theory research and practical application of a certain significance of the draw.Key words: parameters, the brake

8、 factor, materials第一章 緒論1.1 制動器設(shè)計的概述人類對于汽車制動的認(rèn)識是逐步加深的。在路面車輛誕生初期，汽車前輪上幾乎不裝制動器，制動器僅安裝在后輪上。一方面的原因是當(dāng)時路面車輛行駛速度低，但主要的原因是為了防止前輪喪失轉(zhuǎn)向能力。這種做法大約持續(xù)了15年。到了20世紀(jì)20年代初期，隨汽車質(zhì)量的增加和車速的提高，僅靠后輪制動不足以提供充分的制動力，這樣才導(dǎo)致在前輪上安裝制動器。本課題主要研究如何設(shè)計一個安全可靠的制動器，綜合運(yùn)用機(jī)械專業(yè)所學(xué)課程和實(shí)際知識，學(xué)會從制動器的功能、要求出發(fā)，合理選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型，確定制動方案，正確計算零件的工作能力，確定其尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)及材

9、料，并考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題，掌握機(jī)械設(shè)計的一般規(guī)律，培養(yǎng)機(jī)械專業(yè)知識的應(yīng)用能力。通過這篇論文我們會看到制動器的性能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到人們對他的要求，隨著汽車在速度方面的飛速提高，人們對汽車需求量的提高，還有人們安全意識的強(qiáng)化，讓制動器的設(shè)計者們也感覺到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。我們應(yīng)該積極的尋求新技術(shù)和新科技來提高制動器的性能穩(wěn)定性。要尋求突破性的進(jìn)展必然在制造工藝 材料性能和總體結(jié)構(gòu)上尋求提高，這必然會引領(lǐng)一科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域一系列的更新。1.2 制動器的設(shè)計方法和重點(diǎn)傳統(tǒng)制動器的設(shè)計主要依靠摩擦力來起到制動效果，良好的制動性能是汽車安全行駛的重要保障。傳統(tǒng)汽車制動方式是采用在車輪上

10、安裝機(jī)械式摩擦制動器，但這種摩擦式車輪制動器存在一個重大缺陷：頻繁或長時間制動會造成制動鼓(盤)和摩擦片(即制動襯片)過熱，導(dǎo)致制動效能衰退，甚至制動失效，從而引起重大交通事故。這個問題對城市公交車和長年行駛在山區(qū)的載重汽車和長途大客車尤為突出。另外，由于制動器過熱，不僅使摩擦片磨損加劇，使用壽命減短，而且也易造成輪胎早期爆裂，從而使運(yùn)營成本大增。要使車輪制動器保持良好的制動性能和長時間使用壽命，關(guān)鍵要控制好制動器的溫度，使之不至于上升到危害摩擦片的程度。多年來人們對汽車制動性能的改進(jìn)，大多是圍繞車輪制動器本身來進(jìn)行的，如加寬制動鼓和摩擦片的尺寸，改變摩擦片材料配方，由鼓式制動改為盤式制動等。

11、但這些都不足以從根本上解決問題。因?yàn)槭芸臻g尺寸的限制，現(xiàn)有的車輪制動器的散熱能力始終是有限的，頻繁或長時間制動后溫升過高不可避免。要解決這些問題，比較切實(shí)可行的辦法就是加裝輔助制動裝置，將車輪制動器的負(fù)荷進(jìn)行分流，使車輪制動器溫度控制在安全范圍內(nèi)。現(xiàn)在許多國家的交通法規(guī)已將輔助制動裝置作為商用車的必備系統(tǒng)。如德國的交通法規(guī)就明文規(guī)定：總質(zhì)量在5.5噸以上的客車和9噸以上的載重汽車，必須裝有輔助制動裝置。在瑞士也有類似法規(guī)：總質(zhì)量超過3.5噸的牽引車以及總質(zhì)量8噸以上的載重車必須安裝輔助制動系統(tǒng)。所以我采用了真空助力制動系統(tǒng)。也是當(dāng)今應(yīng)用最普遍的一中助力系統(tǒng)。1.3 制動器設(shè)計應(yīng)用前景隨著科技進(jìn)

12、步，傳統(tǒng)制動系統(tǒng)漸漸推出舞臺，逐漸被更新的制動系統(tǒng)取代。當(dāng)前裝在國內(nèi)汽車上的輔助制動裝置多采用發(fā)動機(jī)排氣輔助制動系統(tǒng)。但它存在的先天不足和不適用于汽油機(jī)的特性使其無法滿足市場的需求，而采用緩速器是解決排氣輔助制動系統(tǒng)不足得一個理想方案。緩速器是用以使行駛中車輛，（特別是下長坡的車輛）速度減低或穩(wěn)定在一定速度范圍，但不是用以使車輛停駛的機(jī)構(gòu)。電渦流緩速器在汽車輔助制動中的效果顯著，概括地講有如下這些：（1）能夠減少車輪制動器熱衰退，制動跑偏，輪胎過熱爆胎現(xiàn)象的發(fā)生，因此提高了汽車的行駛安全性；（2）能提高汽車下長坡的平均行駛速度和增強(qiáng)駕駛員下長坡時安全感；（3）可延長制動襯片使用壽命，減少制動器

13、的維修保養(yǎng)工作量，從而使得安裝有緩速器的汽車具有良好的使用經(jīng)濟(jì)性；（4）可減少駕駛員的工作疲勞度，制動過程柔和、平穩(wěn)，提高了車輛的乘座舒適性（5）顯著減少制動時噪聲和粉塵污染，提高汽車環(huán)保性。隨著現(xiàn)在汽車的驅(qū)動功率、車速以及載荷的增加使得車輪制動器的負(fù)荷進(jìn)一步加大，加之人們對汽車的安全性、使用經(jīng)濟(jì)性、舒適性和環(huán)保性重視，電渦流緩速器的作用在國內(nèi)汽車界也日益受到重視。2002年6月1日交通部已頒布實(shí)施中華人民共和國交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T325-2002營運(yùn)客車類型劃分及等級評定。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中型客車中高二級，大型客車中高一級、高二級和高三級客車都必須裝置緩速器。建設(shè)部2002年10月1日公布執(zhí)行的C

14、J/T162-2002城市客車分等級技術(shù)要求與配置也規(guī)定超二級、超一級、高級的市區(qū)和城郊城市客車規(guī)定必須裝備緩速器。所以制動系統(tǒng)定會向高技術(shù)高安全系數(shù)發(fā)展。1.4 影響制動器發(fā)展的因素汽車的制動性主要通過三方面因素來評價，包括制動效能即制動距離與制動減速度；制動效能的恒定性即抗熱衰退性能；制動時汽車的方向穩(wěn)定性即制動時汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。你所說的制動效能是指在良好路面上汽車以一定初速度制動到停止的制動距離或制動時汽車的減速度，因此保證汽車擁有良好的制動效能的指標(biāo)是制動距離和制動減速度。制動器起作用時間越短、制動力越大、起始制動車速越低，制動距離越短。同時為了減少制動器熱

15、衰退性對制動效能的影響，制動器結(jié)構(gòu)也是影響制動效能的因素之一。一般稱汽車在制動過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力為制動時汽車的方向穩(wěn)定性。制動時發(fā)生不穩(wěn)定的情況，最為常見的會產(chǎn)生跑偏、側(cè)滑、轉(zhuǎn)向能力喪失等情況。防止任何車輪抱死，使其擁有足夠的制動力用以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力，最理想的情況是前、后車輪都處于滾動狀態(tài)，這樣就可以確保汽車在制動時的方向穩(wěn)定性?，F(xiàn)代汽車所采用的ABS、EBD等制動輔助系統(tǒng)就能夠提高汽車的制動穩(wěn)定性。但是我國在ABS、EBD等制動輔助系統(tǒng)上的發(fā)展還不成熟，由于這兩種制動輔助系統(tǒng)造價很昂貴，一般應(yīng)用在高檔轎車和進(jìn)口車上，暫時還不能普及。1.5 制動器總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 而這

16、篇論文主要為中高檔轎車設(shè)計的制動系統(tǒng)，下面總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的方案。 1行車制動系統(tǒng)采用了安全性最高的對角線布置形式的雙管路液壓制動系統(tǒng)。制動主缸的一腔通過ABS的液壓控制單元與前輪一側(cè)制動及后軸另一側(cè)制動器相接。制動主缸的另一腔通過ABS的液壓控制單元接另外兩個制動器。這種對角線型布置結(jié)構(gòu)簡單，安全性高。當(dāng)系統(tǒng)中的任何一套管路失效時，另一套都會保持工作，這樣，剩余的制動力能保持正常值502前輪制動器采用浮動鉗盤式制動器，使制動器軸向和徑向尺寸較小，布置緊湊，且散熱好。在摩擦塊的主動片上裝有磨損報警信號裝置，當(dāng)襯塊磨損到最小厚度小于20mm時，制動報警燈亮，提示駕駛員及時更換摩擦塊。3后輪制動器

17、采用的是能自動調(diào)整蹄片間隙裝置的鼓式制動器。4伺服助力系統(tǒng)采用的是高效能、非貫通式單膜片真空助力器和中心閥式制動主缸，該系統(tǒng)可有效增強(qiáng)制動踏板力，使駕駛員操縱輕便省力，并提高主動安全性，但在伺服系統(tǒng)失效時，還可以全靠人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)以產(chǎn)生一定程度的制動力。制動液儲液內(nèi)裝有制動液面報警裝置，若制動報警燈亮，則駕駛員需及時補(bǔ)充制動液。5駐車制動系統(tǒng)采用機(jī)械式操縱，制動操縱機(jī)構(gòu)布置愛前排座椅之間，用摩擦阻力較小的帶護(hù)套拉線直接作用于兩后輪的杠桿機(jī)構(gòu)的拉臂上，制動力直接作用于兩后輪。其結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，效率較高。6在通向后輪的制動管路中裝有感載式制動壓力調(diào)節(jié)閥，這樣就使通往后輪制動器的壓力隨著載荷的變化得

18、到調(diào)整，使制動力的分配更趨近于理想狀態(tài)，這就保證了前輪總是比后輪先抱死，提高制動穩(wěn)定性。7裝有代表當(dāng)今最新型的電子防抱死制動系統(tǒng)（ABS），保證汽車制動時前后車輪不會完全抱死，從而減輕制動側(cè)滑現(xiàn)象，使制動效果達(dá)到最佳狀態(tài)，最大限度的提高了汽車的主動安全性。第二章 制動器的主要參數(shù)及其選擇制動器設(shè)計中需要預(yù)先給定的整車參數(shù)有：汽車軸距L；車輪滾動半徑rr，；汽車空、滿載時的總質(zhì)量，；空、滿載時的軸荷分配：前軸負(fù)荷，；后軸負(fù)荷，；空、滿載時的質(zhì)心位置：質(zhì)心高度，；質(zhì)心距前軸距離，；質(zhì)心距后軸距離，等。而對汽車制動性能有著重要影響的制動系參數(shù)有：制動力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動強(qiáng)度、附著系數(shù)利

19、用率、最大制動力矩與制動器因數(shù)等。2.1 制動力與制動力分配系數(shù) 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(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任一角速度>0的車輪，其力矩平衡方程為: (1) 式中 制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)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，又稱為地面制動力，其方向與汽車行駛方向相反，N；車輪有效半徑，m。 令 (2)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，因此又稱為制動周緣力。與地面制動力的方向相反，當(dāng)車輪角速度>0時，大小亦相等，且僅由制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取

20、決于制動器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)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(dāng)加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力，即 (3) 或 (4)式中 輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z地面對車輪的法向反力。當(dāng)制動器制動力和地面制動力達(dá)到附著力值時，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動力矩即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動到=0以后，地面制動力達(dá)到附著力值后就不再增大，而制動器制動力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升(見2-1)。 根據(jù)汽車制動時的整車受力分析，考慮到制動時的軸荷轉(zhuǎn)移，

21、可求得地面對前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2為： (5)式中 G汽車所受重力； L汽車軸距；汽車質(zhì)心離前軸距離；汽車質(zhì)心離后軸距離； 汽車質(zhì)心高度； g重力加速度； -汽車制動減速度。 汽車總的地面制動力為 (6)式中 q（）制動強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動力；，前后軸車輪的地面制動力。由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為 （7）上式表明：汽車在附著系數(shù)為任意確定值的路面上制動時，各軸附著力即極限制動力并非為常數(shù)，而是制動強(qiáng)度q或總制動力的函數(shù)。當(dāng)汽車各車輪制動器的制動力足夠時，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動器制動力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動過程可能出現(xiàn)的情況有三種，即(

22、1)前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑； (2)后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；(3)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得最好。由式(7)、式(8)不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時抱死即前、后軸車輪附著力同時被充分利用的條件是 (8)式中 前軸車輪的制動器制動力，；后軸車輪的制動器制動力，；前軸車輪的地面制動力；后軸車輪的地面制動力；，地面對前、后軸車輪的法向反力；G汽車重力；，汽車質(zhì)心離前、后軸距離；汽車質(zhì)心高度。由式(8)可知，前、后車輪同時抱死時，前、后輪制動器的制動力，是的函數(shù)。由式(8)中消去，得 (9)式中 L汽車的軸距。將上

23、式繪成以，為坐標(biāo)的曲線，即為理想的前、后輪制動器制動力分配曲線，簡稱I曲線，如圖2-3所示。如果汽車前、后制動器的制動力，能按I曲線的規(guī)律分配，則能保證汽車在任何附著系數(shù)的路面上制動時，都能使前、后車輪同時抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車尤其是貨車的前、后制動器制動力之比值為一定值，并以前制動與汽車總制動力之比來表明分配的比例，稱為汽車制動器制動力分配系數(shù)： （10）又由于在附著條件所限定的范圍內(nèi)，地面制動力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動周緣力，故又可通稱為制動力分配系數(shù)。2.2 同步附著系數(shù)式(10) 可表達(dá)為 (11)上式在圖2-3中是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線，它是具有制動器制動力分

24、配系數(shù)為的汽車的實(shí)際前、后制動器制動力分配線，簡稱線。圖中線與I曲線交于B點(diǎn)，可求出B點(diǎn)處的附著系數(shù)=,則稱線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。它是汽車制動性能的一個重要參數(shù)，由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。同步附著系數(shù)的計算公式是：對于前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后車輪制動器才會同時抱死。當(dāng)汽車在不同值的路面上制動時，可能有以下情況： (1)當(dāng)<，線位于I曲線下方，制動時總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。(2)當(dāng)>，線位于I曲線上方，制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。(3)當(dāng)=，制動時

25、汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。為了防止汽車的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時的制動減速度，為該車可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為du/dt=qg=g，即q=，q為制動強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時的制動強(qiáng)度q<，這表明只有在=的路面上，地面的附著條件才得到充分利用。附著條件的利用情況可用附著系數(shù)利用率 (或附著力利用率)來表達(dá)，可定義為： (12)式中 汽車總的地面制動力；G汽車所受重力； q制動強(qiáng)度。當(dāng)=

26、時， q=，=1,利用率最高。直至20世紀(jì)50年代，當(dāng)時道路條件還不很好，汽車行駛速度也不很高，后輪抱死側(cè)滑的后果也不顯得像前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力那樣嚴(yán)重，因此往往將值定得較低，即處于常遇附著系數(shù)范圍的中間偏低區(qū)段。但當(dāng)今道路條件大為改善，汽車行駛速度也大為提高，因而汽車因制動時后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重。由于車速高，它不僅會引起側(cè)滑甩尾甚至?xí){(diào)頭而喪失操縱穩(wěn)定性。后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的。因此各類轎車和一般載貨汽車的值有增大的趨勢。如何選擇同步附著系數(shù)，是采用恒定前后制動力分配比的汽車制動系設(shè)計中的一個較重要的問題。在汽車總重和質(zhì)心位置已定的條件下，的數(shù)值就決定了前后制動力的分配比。

27、的選擇與很多因數(shù)有關(guān)。首先，所選的應(yīng)使得在常用路面上，附著系數(shù)利用率較高。具體而言，若主要是在較好的路面上行駛，則選的值可偏高些，反之可偏低些。從緊急制動的觀點(diǎn)出發(fā)，值宜取高些。汽車若常帶掛車行駛或常在山區(qū)行駛，值宜取低些。此外，的選擇還與汽車的操縱性、穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)，與汽車的載荷情況也有關(guān)?？傊?，的選擇是一個綜合性的問題，上述各因數(shù)對的要求往往是相互矛盾的。因此，不可能選一盡善盡美的值，只有根據(jù)具體條件的不同，而有不同的側(cè)重點(diǎn)。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù)和應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車：0.650.80；輕型客車、輕型貨車：0.550.70；大型客車及中重型貨車：0.450.65?，F(xiàn)代汽

28、車多裝有比例閥或感載比例閥等制動力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動強(qiáng)度、載荷等因素來改變前、后制動器制動力的比值，使之接近于理想制動力分配曲線。為保證汽車制動時的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(ECE)的制動法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車在0.15q0.8，其他汽車在0.15q0.3的范圍內(nèi)，前輪均應(yīng)能先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在0.20.8的范圍內(nèi)，必須滿足q0.1+0.85(-0.2)。2.3 制動強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率上面已給出了制動強(qiáng)度q和附著系數(shù)利用率的定義式，如式(7)和式(13)所示。下面再討論一下當(dāng)=、<和>時的q和。根據(jù)所定的同步附著系數(shù)，可以

29、由式（8）及式（10）求得 （13） （14）進(jìn)而求得 （15） （16）當(dāng)=時：，故，q=；=1當(dāng)<時：可能得到的最大總制動力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（6）、式（7）、式（12）和式（15）得 （17） （18） （19） 當(dāng)>時： 可能得到的最大總制動力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（6）、式（7）、式（12）和式（16）得 （20） （21） （22）對于值恒定的汽車，為使其在常遇附著系數(shù)范圍內(nèi)不致過低，其值總是選得小于可能遇到的最大附著系數(shù)。所以在>的良好路面上緊急制動時，總是后輪先抱死。2.4 制動器最大制動力矩應(yīng)合理地確定前、后輪制動器的制動

30、力矩，以保證汽車有良好的制動效能和穩(wěn)定性。最大制動力是在汽車附著質(zhì)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。由式(8)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時被充分利用或前、后輪同時抱死時的制動力之比為 （23）式中 ,汽車質(zhì)心離前、后軸距離;同步附著系數(shù)；汽車質(zhì)心高度。通常，上式的比值：轎車約為1.31.6；貨車約為0.50.7。制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即 式中 前軸制動器的制動力，；后軸制動器的制動力，；作用于前軸車輪上的地面法向反力；作用于后軸車輪上的地面法向反力；車輪有效半徑。對于常遇到的道路條件較差、車速較低因而選取了較小的同步附著系

31、數(shù)值的汽車，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動到后軸和前軸先后抱死滑移（此時制動強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動器所能產(chǎn)生的最大制動力力矩為 （24） （25）對于選取較大值的各類汽車，則應(yīng)從保證汽車制動時的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動力矩。當(dāng)時，相應(yīng)的極限制動強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸的最大制動力矩為 (26) (27)式中 該車所能遇到的最大附著系數(shù)；q制動強(qiáng)度，由式(21)確定；車輪有效半徑。一個車輪制動器應(yīng)有的最大制動力矩為按上列公式計算結(jié)果的半值。2.5 制動器因數(shù)已給出了制動器因數(shù)BF的表達(dá)式（即，），它表示制動器的效能，因此又稱為制動器效能因數(shù)。其實(shí)質(zhì)是制動器在單位輸入

32、壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩，用于評比不同結(jié)構(gòu)型式的制動器的效能。制動器因數(shù)可定義為在制動鼓或制動盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即 (28)式中 制動器的摩擦力矩；R制動鼓或制動盤的作用半徑；P輸入力，一般取加于兩制動蹄的張開力(或加于兩制動塊的壓緊力)的平均值為輸入力。對于鉗盤式制動器，設(shè)兩側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力均為P，則制動盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2P，此處為盤與制動襯塊間的摩擦系數(shù)，于是鉗盤式制動器的制動器因數(shù)為 (29)對于全盤式制動器，則有 (30)式中 n旋轉(zhuǎn)制動盤數(shù)目；摩擦系數(shù)。對于鼓式制動器，設(shè)作用于兩蹄的張開力分別為、，制動鼓內(nèi)圓柱面半徑

33、即制動鼓工作半徑為R，兩蹄給予制動鼓的摩擦力矩分別為和，則兩蹄的效能因數(shù)即制動蹄因數(shù)分別為： （31）整個鼓式制動器的制動因數(shù)則為 （32）當(dāng)時，則 (33)蹄與鼓間作用力的分布，其合力的大小、方向及作用點(diǎn)，需要較精確地分析、計算才能確定。今假設(shè)在張力P的作用下制動蹄摩擦襯片與鼓之間作用力的合力N如圖2-4所示作用于襯片的B點(diǎn)上。這一法向力引起作用于制動蹄襯片上的摩擦力為N，為摩擦系數(shù)。a，b，c，h，R及為結(jié)構(gòu)尺寸，如圖2-4所示。對領(lǐng)蹄取繞支點(diǎn)A的力矩平衡方程，即由上式得領(lǐng)蹄的制動蹄因數(shù)為 (34)當(dāng)制動鼓逆轉(zhuǎn)時，上述制動蹄便又成為從蹄，這時摩擦力N的方向與圖26所示相反，用上述分析方法，

34、同樣可得到從蹄繞支點(diǎn)A的力矩平衡方程，即 由上式得從蹄的制動蹄因數(shù)為 (35)由式(34)可知：當(dāng)趨近于占bc時，對于某一有限張開力P，制動鼓摩擦力趨于無窮大。這時制動器將自鎖。自鎖效應(yīng)只是制動蹄襯片摩擦系數(shù)和制動器幾何尺寸的函數(shù)。通過上述對領(lǐng)從蹄式制動器制動蹄因數(shù)的分析與計算可以看出，領(lǐng)蹄由于摩擦力對蹄支點(diǎn)形成的力矩與張開力對蹄支點(diǎn)的力矩同向而使其制動蹄因數(shù)值大，而從蹄則由于這兩種力矩反向而使其制動蹄因數(shù)值小。兩者在=0.30.35范圍內(nèi)，當(dāng)張開力時，相差達(dá)3倍之多。圖2-5給出了領(lǐng)蹄與從蹄的制動蹄因數(shù)及其導(dǎo)數(shù)對摩擦系數(shù)的關(guān)系曲線。由該圖可見，當(dāng)增大到一定值時，領(lǐng)蹄的和dd均趨于無限大。它意

35、味著此時只要施加一極小張開力，制動力矩將迅速增至極大的數(shù)值，此后即使放開制動踏板，領(lǐng)蹄也不能回位而是一直保持制動狀態(tài)，發(fā)生“自鎖”現(xiàn)象。這時只能通過倒轉(zhuǎn)制動鼓消除制動。領(lǐng)蹄的和dd隨的增大而急劇增大的現(xiàn)象稱為自行增勢作用。反之，從蹄的及dd隨的增大而減小的現(xiàn)象稱為自行減勢作用。在制動過程中，襯片(襯塊)的溫度、相對滑動速度、壓力以及濕度等因素的變化會導(dǎo)致摩擦系數(shù)的改變。而摩擦系數(shù)的改變則會導(dǎo)致制動效能即制動器因數(shù)的改變。制動器因數(shù)BF對摩擦系數(shù)的敏感性可由dBFd來衡量，因而dBFd稱為制動器的敏感度，它是制動器效能穩(wěn)定性的主要決定因素，而除決定于摩擦副材料外，又與摩擦副表面的溫度和水濕程度有

36、關(guān)，制動時摩擦生熱，因而溫度是經(jīng)常起作用的因素，熱穩(wěn)定性更為重要。熱衰退的臺架試驗(yàn)表明，多次重復(fù)緊急制動可導(dǎo)致制動器因數(shù)值減小50%，而下長坡時的連續(xù)和緩制動也會使該值降至正常值的30%。由圖2-5也可以看出，領(lǐng)蹄的制動蹄因數(shù)雖大于從蹄，但其效能穩(wěn)定性卻比從蹄差。就整個鼓式制動器而言，也在不同程度上存在以BF為表征的效能本身與其穩(wěn)定性之間的矛盾。由于盤式制動器的制動器因數(shù)對摩擦系數(shù)的導(dǎo)數(shù)(dBFd)為常數(shù)，因此其效能穩(wěn)定性最好。表2-1給出了不同結(jié)構(gòu)類型制動器的制動器因數(shù)BF或制動器外部因數(shù)，其中凸輪制動器外部因數(shù)等于制動器輸出力矩()除以凸輪軸輸入力矩；楔型制動器外部因數(shù)等于制動器總摩擦力(

37、)除以外部作用力。2.6 制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)在有關(guān)的整車總布置參數(shù)和制動器的結(jié)構(gòu)型式確定以后，就可以參考已有的同類型、同等級汽車的同類制動器，對制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初選。1.制動鼓直徑D或半徑R當(dāng)輸入力P一定時，制動鼓的直徑愈大，則制動力矩亦愈大，散熱性能亦愈好。但直徑D的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制，而且D的增大也使制動鼓的質(zhì)量增大，使汽車的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車的行駛平順性。制動鼓與輪輞之間應(yīng)有相當(dāng)?shù)拈g隙，此間隙一般不應(yīng)小于2030mm，以利于散熱通風(fēng)，也可避免由于輪輞過熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動鼓直徑D的尺寸。另外，制動鼓直徑D與輪輞直徑之比的一般范圍為：

38、轎車 D=0.640.74貨車 D=0.700.832.制動蹄摩擦襯片的包角和寬度b摩擦襯片的包角可在=90°120°范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角=90°100°時，磨損最小，制動鼓溫度也最低，且制動效能最高。再減小雖有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。一般也不宜大于120°，因過大不僅不利于散熱，而且易使制動作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。摩擦襯片寬度b較大可以降低單位壓力、減少磨損，但過大則不易保證與制動鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動時使其單位壓力不超過2.5MPa的條件來選擇襯片寬度b的。設(shè)計時應(yīng)盡量按摩擦片的產(chǎn)品規(guī)格選擇b值

39、。另外，根據(jù)國外統(tǒng)計資料可知，單個鼓式車輪制動器總的襯片摩擦面積隨汽車總質(zhì)量的增大而增大，如表2-2(張洪欣主編.汽車設(shè)計（第2版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995)所示。而單個摩擦襯片的摩擦面積A又決定于制動鼓半徑R、襯片寬度b及包角，即式中是以弧度(rad)為單位，當(dāng)A，R，確定后，由上式也可初選襯片寬b的尺寸。 制動器各蹄摩擦襯片總摩擦面積愈大，則制動時產(chǎn)生的單位面積正壓力愈小，從而磨損亦愈小。3.摩擦襯片起始角摩擦襯片起始角如圖2-6所示。一般是將襯片布置在制動蹄外緣的中央，并令。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點(diǎn)對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性。4.張開力P

40、的作用線至制動器中心的距離在保證制動輪缸或凸輪能夠布置于制動鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離盡可能地大，以提高其制動效能。初步設(shè)計時可暫定左右。5.制動蹄支銷中心的坐標(biāo)位置是k與c如圖2-6所示，制動蹄支銷中心的坐標(biāo)尺寸k是應(yīng)盡可能地小，以使尺寸c盡可能地大，初步設(shè)計可暫定c=0.8R左右。6.摩擦片摩擦系數(shù)選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)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(shù)的穩(wěn)定值約為0.30.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說

41、來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于250時，保持摩擦系數(shù)=0.350.40已無大問題。因此，在假設(shè)的理想條件下計算制動器的制動力矩，取=0.3可使計算結(jié)果接近實(shí)際。另外，在選擇摩擦材料時應(yīng)盡量采用減少污染和對人體無害的材料。第三章 主要零部件的設(shè)計和參數(shù)的計算3.1制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1制動盤制動盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，其結(jié)構(gòu)形狀有平板形(用于全盤式制動器)和禮帽形(用于鉗盤式制動器)兩種。后一種的圓柱部分長度取決于布置尺寸。為了改善冷卻，有的鉗盤式制動器的制動盤鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可大大增

42、加散熱面積，但盤的整體厚度較大。制動盤的工作表面應(yīng)光滑平整。兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.008mm，盤面擺差不應(yīng)大于0.1mm。在加工方面，制動盤厚度變化大于技術(shù)要求，能引起踏板脈動或前端震動。制動盤不符合技術(shù)要求的，需精加工滿足要求。（制動盤表面的輕微刻痕，深度不超過1.5mm是正常的，對制動器工作的影響不大）。制動盤的厚度檢查，測量距制動盤外緣12mm且相隔約45各點(diǎn)對照技術(shù)要求檢查測量結(jié)果。若發(fā)現(xiàn)制動盤厚度或平行度超差，必須更換或修復(fù)制動盤。2制動鉗制動鉗由可鍛鑄鐵K丁H37012或球墨鑄鐵QT40018制造，也有用輕合金制造的，可做成整體的，也可做成兩牛并由螺栓連接。其外緣留有開口，以

43、便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。制動鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。一般多在鉗體中加工出制動油缸，也有將單獨(dú)制造的油缸裝嵌入鉗體中的。為了減少傳給制動液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠制動塊的背板。有的活塞的開口端部切成階梯狀，形成兩個相對且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面?；钊设T鋁合金或鋼制造。為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。當(dāng)制動鉗體由鋁合金制造時，減少傳給制動液的熱量成為必須解決的問題。為此，應(yīng)減小活塞與制動塊背板的接觸面積，有時也可采用非金屬活塞。3制動鼓制動鼓應(yīng)具有高的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應(yīng)超過極限值。制動鼓的材料與摩擦襯片的材料相匹配，應(yīng)能保證具有高的摩擦系

44、數(shù)并使工：作表面磨損均勻。中型、重型貨車和中型、大型客車多采用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動鼓；輕型貨車和一些轎車則采用由鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動鼓在轎車上得到了日益廣泛的應(yīng)用。鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金制動鼓本體也是鑄到一起的，這種內(nèi)鑲一層珠光體組織的灰鑄鐵作為工作表面，其耐磨性和散熱性都很好，而且減小了質(zhì)量。 制動鼓在工作載荷作用下會變形，致使蹄鼓間單位壓力不均勻，且會損失少許踏板行程。鼓筒變形后的不圓柱度過大容易引起自鎖或踏板振動。為防止這些現(xiàn)象需提高制動鼓的剛度。為此，沿鼓口的外緣鑄有整圈的加強(qiáng)肋條，也有的加鑄若干軸向肋條以提

45、高其散熱性能。 制動鼓壁厚的選取主要是從剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有助于增大熱容量，但試驗(yàn)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712mm，中、重型貨車為1318mm。制動鼓在閉口一側(cè)可開小孔，用于檢查制動器間隙。4制動蹄轎車和輕型、微型貨車的制動蹄廣泛采用T形型鋼輾壓或鋼板沖壓焊接制成；大噸位貨車的制動蹄則多用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動蹄的斷面形狀和尺寸應(yīng)保證其剛度好，但小型車鋼板制的制動蹄腹板上有時開有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動蹄摩擦襯片與鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片磨損較為均勻，并減少制動時的尖叫聲

46、。重型汽車制動蹄的斷面有工字形、山字形和字形幾種。制動蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為35mm；貨車的約為58mm。摩擦襯片的厚度，轎車多用4.55mm；貨車多在8mm以上。襯片可以鉚接或粘接在制動蹄上，粘接的允許其磨損厚度較大，但不易更換襯片；鉚接的噪聲較小。在使用和更換制動蹄片的時候應(yīng)該注意的事項(xiàng)：在更換修理時可以使用鉚有摩擦片的制動蹄，也可以用提供的摩擦片，自行鉚接。制動蹄修理完之后，進(jìn)行基本的調(diào)整。手制動處于松開狀態(tài)，調(diào)節(jié)齒板位于最上端，待制動鼓安裝完畢后用力踩一制動踏板，然后放開，使蹄片間隙處于最佳狀態(tài)。同一車上的制動器，摩擦襯片更換必須同時進(jìn)行，并須選用同一廠家，同一型號產(chǎn)品。 制動

47、底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，故應(yīng)有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動底板都具有凹凸起伏的形狀。重型汽車則采用可鍛鑄鐵KTH 37012的制動底座以代替鋼板沖壓的制動底板。剛度不足會導(dǎo)致制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。5支承 二自由度制動蹄的支承，結(jié)構(gòu)簡單，并能使制動蹄相對制動鼓自行定位。 為了使具有支承銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓的工作表面同軸心，應(yīng)使支承位置可調(diào)。支承銷由45號鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵(KTH 37012)或球墨鑄鐵(QT 40018)件。青銅偏心輪可

48、保持制動蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長支承銷的支承能可靠地保持制動蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時在制動底板上附加一壓緊裝置，使制動蹄中部靠向制動底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動蹄腹板張開端插入，以保持制動蹄的正確位置。6制動輪缸 是液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需搪磨?；钊射X合金制造?；钊舛藟河袖撝频拈_槽頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。多數(shù)制動輪缸有兩個等

49、直徑活塞；少數(shù)有四個等直徑活塞；雙領(lǐng)蹄式制動器的兩蹄則各用一個單活塞制動輪缸推動。7制動塊制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起。襯塊多為扇面形，也有矩形、正方形或長圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。盤式制動器裝有襯塊磨損達(dá)極限時的警報裝置，以便及時更換摩擦襯片。摩擦材料制動摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能；制動時不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用少污染和對人體無害的摩擦材料。目前在制動器中廣泛采用著模壓材料，它是以

50、石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑(由無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)與噪聲消除劑(主要成分為石墨)等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)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的摩擦性能和其他性能。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織成布，再浸以樹脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其撓性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動蹄或制動帶上。在100120溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)(=0.4以上)，沖擊強(qiáng)度比模壓材料高45倍。但耐熱性差，在200250以上即不能承受較高的單位壓力，磨損加快。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動器，尤其是帶式中央制動器。粉末冶金摩擦材料是以銅粉或鐵粉為主要成分(占質(zhì)量的6080)，加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好，但造價高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動器負(fù)荷重的汽車。各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.30.5，少數(shù)可達(dá)0.