3311 汽車制動器設計1
3311 汽車制動器設計1,汽車,制動器,設計
河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計1摘 要汽車制動系統(tǒng)是汽車最重要的主動安全系統(tǒng)，制動器則是制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其性能好壞直接影響汽車的安全。盤式制動器作為鼓式制動器的替代產(chǎn)品，具有熱穩(wěn)定性好、反應靈敏等優(yōu)勢，但是盤式制動器本身也存在一些問題，并且鼓式制動器存在的一些問題，雖然盤式制動器有一定程度改善，但并未得到完全解決，如熱衰退、制動噪聲等。本文開篇闡明了盤式制動器發(fā)展與現(xiàn)狀，然后是設計的背景，性質(zhì)及任務。通過對轎車盤式制動器的深入學習和設計實踐，主要是對轎車盤式制動器的零部件結構選型及設計計算，更好地學習并掌握盤式制動器的結構原理與設計計算的相關知識和方法。介紹了盤式制動器的各種類型，性能等，分析了盤式制動器和摩擦襯片的特性.關鍵詞：盤式制動器; 設計； 性能分析 河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計2AbstractAutomobile brake system is the most important initiative safety system, brake is the enforcer of brake system, whose performance affects the vehicle’s safety directly. As the substitution of drum brake, disc brake has advantages of fine thermal stability, delicate feedback, and so on. But it also has some defects, and though the problems of drum brake have been improved, they are not resolved completely, such as thermal fade and brake noise.This paper illustrated disc brake’s development at beginning, then the design’s background, quality and mission. Through the disc brake in-depth study and design practice, mainly for car’s disc brake structure selection and design calculation, can better study and master the disc brake structure and working principle and the related knowledge and methods. Introduce the brake disc’s kind and performance. Analyze the disc brake and rub linings’ behavior. Key words: disc brake; design; Performance Analysis河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計3目錄摘 要 ...............................................................................................................................1Abstract.............................................................................................................................2前 言 ..................................................................................................................................51 緒論 .................................................................................................................................61.1 制動系統(tǒng)設計的意義 ........................................................................................61.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ............................................................................................61.3 本次制動系統(tǒng)應達到的目標 ............................................................................72 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 .....................................................................................82.1 制動器形式方案分析 ........................................................................................82.1.1 鼓式制動器 ............................................................................................82.1.2 盤式制動器 ..........................................................................................132.2 制動驅(qū)動機構的機構形式選擇 ......................................................................142.2.1 簡單制動系 ..........................................................................................152.2.2 動力制動系 ..........................................................................................152.2.3 伺服制動系 ..........................................................................................172.3 液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇 ..........................................................................172.4 液壓制動主缸的設計方案 ...............................................................................193 盤式制動器概述 ...........................................................................................................223.1 盤式制動器原理及特點 ....................................................................................223.2 盤式制動器的主要元件 ..................................................................................243.2.1 制動盤 ...................................................................................................243.2.2 制動摩擦襯塊 .......................................................................................253.3 盤式制動器操縱機構 ......................................................................................264 制動系統(tǒng)設計計算 .......................................................................................................274.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 ...................................................................................274.1.1 相關主要參數(shù) ......................................................................................274.1.2 同步附著系數(shù)的分析 ..........................................................................284.1.3 地面對前、后輪的法向反作用力 ......................................................284.2 制動器有關計算 ..............................................................................................294.2.1 確定前后制動力矩分配系數(shù) ?.........................................................29河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計44.2.2 制動器制動力矩的確定 ......................................................................304.2.3 盤式制動器主要參數(shù)確定 ..................................................................314.2.4 盤式制動器的制動力計算 ..................................................................334.3 制動器主要零部件的結構設計 ......................................................................355 液壓制動驅(qū)動機構的設計計算 ...................................................................................375.1 前輪制動輪缸直徑 d的確定 ..........................................................................375.2 制動主缸直徑 0的確定 ................................................................................375.3 制動踏板力 pF和制動踏板工作行程 pS.......................................................39第 6 章 制動性能分析 ..................................................................................................416.1 制動性能評價指標 ..........................................................................................416.2 制動效能 ..........................................................................................................416.3 制動效能的恒定性 ..........................................................................................416.4 制動時汽車方向的穩(wěn)定性 ..............................................................................426.5 制動器制動力分配曲線分析 ..........................................................................436.6 制動減速度 j和制動距離 S..............................................................................446.7 摩擦襯塊的磨損特性計算 ..............................................................................457 總結 ...............................................................................................................................48參考文獻 ..........................................................................................................................50致 謝 ..............................................................................................................................51河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計5前 言汽車的設計與生產(chǎn)涉及到許多領域，其獨有的安全性、經(jīng)濟性、舒適性等眾多指標，也對設計提出了更高的要求。汽車制動系統(tǒng)是汽車行駛的一個重要主動安全系統(tǒng)，其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的形式速度和路面情況復雜程度的提高，更加需要高性能.長壽命的制動系統(tǒng)。其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響，如果此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會受到車禍的傷害。鑒于制動系統(tǒng)的重要性，本次設計的主要內(nèi)容就是關于制動器的設計，目前廣泛使用的是摩擦式制動器，摩擦式制動器就其摩擦副的結構形式可分成鼓式、盤式和帶式三種。其中盤式制動器較為廣泛。盤式制動器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一個或幾個制動盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動盤工作表面的一小部分的盤式制動器稱為鉗盤式制動器；摩擦材料覆蓋制動盤全部工作表面盤式制動器稱為全盤式制動器。現(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動器應用最為廣泛，僅有個別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動器，以及全盤式制動器。本次設計共七章內(nèi)容，在趙凱輝導師的指導下，結合有關的書籍和手冊而完成。趙老師在我的設計中做了全程輔導，并最后對本設計做了認真詳細的審閱，提出了許多寶貴的意見，我在此向他表示誠摯的感謝。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計6河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計71 緒論1.1 制動系統(tǒng)設計的意義汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多、最普遍、也是運用得最方便的交通工具。汽車制動系統(tǒng)是汽車底盤上的一個重要系統(tǒng)，它是制約汽車運動的裝置，而制動器又是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，人們對安全性、可靠性的要求越來越高，為保證人身和車輛安全，必須為汽車配備十分可靠的制動系統(tǒng)。本次畢業(yè)設計題目為大學生方程式賽車制動系統(tǒng)設計。1.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀車輛在形式過程中要頻繁進行制動操作，由于制動性能的好壞直接關系到交通和人身安全，因此制動性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動性能始終是汽車設計制造和使用部門的重要任務。當車輛制動時，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導致汽車的速度逐步減小到 0，對這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動系統(tǒng)的分析和設計，因此制動過程受力情況分析是車輛試驗和設計的基礎，由于這一過程較為復雜，因此一般在實際中只能建立簡化模型分析，通常人們從三個方面來對制動系統(tǒng)進行分析和評價：1）制動效能：即制動距離與制動減速度；2）制動效能的恒定性：即熱衰退性；3）制動時汽車方向的穩(wěn)定性；河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計8目前，對于整車制動系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺架進行，由于在汽車道路試驗中車輪扭矩不易測量，因此，多數(shù)有關制動系的試驗均通過間接測量來進行汽車在道路上的行駛，其車輪與地面的作用力是汽車運動變化的根據(jù)，在汽車道路試驗中，如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化，則可為汽車整車制動性能研究提供更全面的試驗數(shù)據(jù)和性能評價。1.3 本次制動系統(tǒng)應達到的目標1）具有良好的制動效能；2）具有良好的制動效能穩(wěn)定性；3）制動時汽車操縱穩(wěn)定性好；4）制動效能的熱穩(wěn)定性好；河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計92 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇2.1 制動器形式方案分析汽車制動器幾乎均為機械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件和固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動力矩使汽車減速或停車。一般摩擦式制動器按旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。2.1.1 鼓式制動器鼓式制動器是最早形式汽車制動器，當盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應用于各類汽車上。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結構型式。內(nèi)張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)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(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結構，鼓式制動器按蹄的類型分為:1) 領從蹄式制動器如圖 2-1 所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動鼓正向旋轉(zhuǎn)） ，則蹄 1 為領蹄，蹄 2 為從蹄。汽車倒車時制河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計10動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應得使領蹄與從蹄也就相互對調(diào)了。這種當制動鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領蹄和一個從蹄的內(nèi)張型鼓式制動器稱為領從蹄使制動器。領蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有減勢作用，故又稱為減勢蹄。增勢作用使領蹄所受的法向反力增大，而減勢作用使從蹄所受的法向反力減小。領從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結構簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構，故這種結構仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動器及轎車的后輪制動器。圖 2-1 領從蹄式制動器2) 雙領蹄式制動器若在汽車前進時兩制動蹄均為領蹄的制動器，則稱為雙領蹄使制動器（如圖 2-2 所示） 。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領蹄式制動器。如圖所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計11以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平面式制動器。雙領蹄式制動器有高的正向制動效能，但倒車時則變?yōu)殡p從蹄式使制動效能大降，這種結構經(jīng)常用于中級轎車的前輪制動器，這是因為這類汽車前進制動時，前軸的動軸荷及附著力大于后軸，而倒車時則相反。圖 2-2 雙領從蹄式制動器3) 雙向雙領蹄式制動器當制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時，兩制動助均為領蹄的制動器則稱為雙向雙領蹄式制動器（如圖 2-3 所示） 。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，則需另設中央制動用于駐車制動。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計12圖 2-3 雙向雙領蹄式制動器 4) 單向增力式制動器單向增力式制動器如圖 2-4 所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動地板上的支承銷上，由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式的制動器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計13圖 2-4 單向增力式制動器5）雙向增力式制動器將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動器(如圖 2-5所示)。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。雙向增力式制動器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動與駐車制動功用的制動器，但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計14但由于結構問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導致制動效率下降。因此，在轎車領域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。圖 2-5 雙向增力式制動器2.1.2 盤式制動器盤式制動器按摩擦副中定位原件的結構不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。1）鉗盤式鉗盤式制動器按制動鉗的結構形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等。a 定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結構及制造工藝與一般鼓式制河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計15動器相差不多，容易實現(xiàn)鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應多回路制動系的要求。b 浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性小；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。2）全盤式在全盤制動器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。盤式制動器與鼓式制動器相比，有以下優(yōu)點：1）制動效能穩(wěn)定性好；2）制動力矩與汽車運動方向無關；3）易于構成雙回路，有較高的可靠性和安全性；4）尺寸小、質(zhì)量小、散熱好；5）制動襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻；6）更換襯塊工作簡單容易。7）襯塊與制動盤間的間隙小，縮短了制動協(xié)調(diào)時間。8）易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。綜合以上優(yōu)缺點最終確定本次設計采用前后盤式制動器，且均為浮鉗盤式制動器。2.2 制動驅(qū)動機構的機構形式選擇根據(jù)動力源的不同，制動驅(qū)動機構可分為簡單制動、動力制動及伺服制動三大類型。而力的傳遞方式又有機械式、液壓式、氣壓式、氣壓河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計16-液壓式的區(qū)別。2.2.1 簡單制動系簡單制動系即人力制動系，是靠四級作用于制動踏板上或手柄上的力作為制動力源。而傳力方式有機械式和液壓式兩種。機械式的靠桿系或鋼絲繩傳力，其結構簡單，造假低廉，工作可靠，但機械效率低，因此僅用于中、小型汽車的駐車制動裝置中。液壓式的簡單制動系統(tǒng)通常稱為液壓制動系，用于行車制動裝置。其優(yōu)點是作用滯后時間短（0.1-0.3s),工作壓力大（可達 10MPa-12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄的張開機構或制動塊的壓緊機構，使之結構簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。但其有限的力傳動比限制了它在汽車上的適用范圍。另外，液壓管路在過渡受熱時會形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”使制動效能降低甚至失效；而當氣溫過低時（-25 攝氏度和更低時） ，由于制動液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當有局部損壞時，使整個系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作，液壓式簡單制動系曾廣泛用于轎車、輕型及以下的貨車和部分中型貨車上。但由于操作較沉重，不能適應現(xiàn)代汽車提高操作輕便性的要求，故當前僅多用于微型汽車上，在轎車和輕型汽車已經(jīng)極少采用。2.2.2 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與其行程間的發(fā)比例關系在動力制動系中便不復存在。動力制動系有氣壓制動系、氣頂液式制動系和全液壓動力制動系 3河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計17種。1)氣壓制動系氣壓制動系是動力制動系最常見的型式，由于可獲得較大的制動驅(qū)動力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動驅(qū)動系統(tǒng)的連接裝置結構簡單、連接和斷開均很方便，因此被廣用于總質(zhì)量為 8t 以上尤其是 15t 以上的載貨汽車、越野汽車和客車上，但氣壓制動系必須采用空氣壓縮機、儲氣筒、制動閥等裝置，使其結構復雜、笨重、輪廓尺寸大、造價高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢，作用滯后時間較長（0.3s-0.9s),因此，當制動閥到制動氣室和儲氣罐的距離較遠時，有必要加設啟動的第二控制元件--繼動閥（即加速閥）以及快放閥；管路工作壓力較低（一半為 0.5MPa-0.9MPa)。因而制動器室的直徑達，只能置于制動器之外，在通過桿件及凸輪或鍥塊驅(qū)動制動蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外制動氣室排氣時也有較大噪聲。2)氣頂液式制動系氣頂液式制動系是動力制動系的另一種型式，即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動系統(tǒng)主缸的驅(qū)動力源的一種制動驅(qū)動機構，它兼有液壓制動和氣壓制動的主要優(yōu)點。由于其氣壓系統(tǒng)的管路短，故作用滯后時間也較短。顯然，其結構復雜、質(zhì)量大、造價高，故主要用于重型汽車上，一部分總質(zhì)量為 9t-11t 的中型汽車上也有所采用。3)全液壓動力制動系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，還具有操作輕便、制動反應快、制動能力強、受氣阻影響較小、易于采用制動力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動力轉(zhuǎn)向、液壓懸架、舉升機構及其他輔助設備共同液壓泵和儲油等優(yōu)點。其結構復雜、精密件多，對系統(tǒng)的密封性要求也較高，故并未得到廣泛應用，目前僅用于某些高級轎車、大河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計18型客車以及極少數(shù)的重礦用自卸汽車上。2.2.3 伺服制動系伺服制動系是在人力液壓制動系的基礎上加設一套除其他能源提供的助力裝置，使人力與動力可兼用，即兼用人力和發(fā)動機動力作為制動能源的制動系，在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動力伺服系統(tǒng)失效時，仍可全由人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動力。因此，在中級以上的轎車及輕、中型客、貨汽車上得到了廣泛的應用。按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動系、氣壓伺服制動系和液壓伺服制動系之分，其伺服能源分別為真空能（負氣壓能） 、氣壓能和液壓能。根據(jù)賽規(guī)及經(jīng)驗要求，確定本次設計采用簡單液壓制動2.3 液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇為了提高制動工作的可靠性，應采用分路系統(tǒng)，即全車的所有行車制動器的液壓或氣壓管路分為兩個或更多的相互獨立的回路，其中一個回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動作用。雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)有以下常見的物種分路形式(如圖 2-6 所示)：1）一軸對一軸（II）型，前軸制動器與后橋制動器各用一個回路。2）交叉型（X） ，前軸的一側(cè)車輪制動器與后橋的對策車輪制動器同屬一個回路。3）一周半對半軸（HI）型，兩側(cè)前制動器的板書輪缸和全部后制動器輪缸屬于一個回路，其余的前輪缸則屬另一回路。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計194）半軸一輪對半軸一輪（LL)型，兩個回路分別對兩側(cè)前輪制動器的半數(shù)輪缸和一個后輪制動器起作用。5）雙半軸對雙半軸（HH）型，每個回路均只對每個前、后制動器的半數(shù)輪缸起作用。圖 2-6 液壓分路系統(tǒng)形式II 型管路布置較為簡單，可與傳統(tǒng)的但輪崗鼓式制動器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車商用得最廣泛。對于這種形式，若河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計20后制動回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎制動能力。對于采用前輪驅(qū)動因而前制動器強于后制動器的乘用車，當前制動回路失效而單用后橋制動時，制動力將嚴重不足（小于正常情況下的一半） ，并且，若后橋負荷小于前軸負荷，則踏板力過大時易使后橋車輪抱死而汽車側(cè)滑。X 型的結構也很簡單。直行制動時任一回路失效，剩余的總制動力都能保持正常值的 50%。但是，一旦某一管路損壞造成制動力不對稱，此時前輪將朝制動力大的一邊繞主銷轉(zhuǎn)動，使汽車喪失穩(wěn)定性。因此，這種方案適用于主銷偏移距為負值（達 20mm)的汽車上。這時，不平衡的制動力使車輪反向轉(zhuǎn)動，改善了汽車的穩(wěn)定性。HI、 HH、LL 型結構都比較復雜。 LL 型和 HH 型在任一回路失效時，前后制動力比值均與正常情況下相同，剩余總制動力可達正常值的 50%左右。HI 型單用一軸半回路時剩余制動力較大，但此時與 LL 型一樣，緊急制動情況下后輪很容易先抱死。綜合以上各個管路的優(yōu)缺點，最終選擇 X 型管路。2.4 液壓制動主缸的設計方案為了提高汽車行駛的安全性，并根據(jù)交通法則的要求，現(xiàn)代汽車的行駛制動系統(tǒng)都采用了雙回路制動系統(tǒng)。雙回路制動系統(tǒng)的制動主缸為串聯(lián)雙缸制動主缸，單缸制動主缸已經(jīng)被淘汰。儲存罐中的油經(jīng)每一腔的進油螺栓和各自旁通孔、補償孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔內(nèi)產(chǎn)生的油壓分別經(jīng)各自的出油閥和各自的管路傳到前、后輪制動器的輪缸。主缸不工作時，前、后倆工作腔內(nèi)的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔內(nèi)各自的旁通孔和補償孔之間。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計21當踏下制動踏板時，踏板傳動機構通過推桿推動后缸活塞前移，到皮碗掩蓋住旁通孔后，此腔液壓升高。在后腔液壓和后腔彈簧力的作用下，推動前缸活塞向前移動，前腔壓力也隨之升高。當繼續(xù)下踩制動踏板時，前、后腔的液壓繼續(xù)升高，使前、后輪制動器制動。撤除踏板力后，制動踏板機構、主缸前后腔活塞和輪缸活塞，在各自的復位彈簧作用下回位，管路中的制動液借其壓力推開回油閥門流回主缸。于是接觸制動。當迅速放開制動踏板時，由于油液的粘性和管路阻力的影響，油液不能及時流回主缸并填充因活塞右移而讓出的空間，因而在旁通孔開啟之前，壓油腔中產(chǎn)生一定的真空度。此時進油腔液壓高于壓油腔，因而進油腔的油液便從前、后缸活塞的前密封皮碗的邊緣與缸壁間的間隙流入各自的壓油腔以填補真空。與此同時，儲液室中的油液經(jīng)補償孔流入各自的進油腔?；钊耆珡臀缓螅酝滓验_放，由制動管路繼續(xù)流回主缸而顯多余的油液便可經(jīng)前、后缸的旁通孔流回儲液室。液壓系統(tǒng)中因密封不良而產(chǎn)生的制動液漏泄，和因溫度變化而引起的制動液膨脹或收縮，都可以通過補償孔和旁通孔得到補償。若與前腔連接的制動管路損壞樓有時，則在踩下制動踏板時只后腔中能建立液壓，前腔中無壓力。此時在液壓差作用下，前腔活塞迅速前移到前缸活塞前端頂?shù)街鞲左w上。此后，后缸工作腔中液壓方能升高到制動所需的值。若與后腔連接的制動管路損壞漏油時，則在踩下制動踏板時，起先只是后缸活塞前移，而不能推動前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液壓。但在后缸活塞直接頂觸前缸活塞時，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液壓而制動。由此可見，采用這種主缸的雙回路液壓制動系，當制動系統(tǒng)中任一回路河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計22失效時，串聯(lián)雙缸制動主缸的另一腔仍能夠工作，只是所需踏板行程加大，導致汽車制動距離增長，制動力減小。大大的提高了工作的可靠性。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計233 盤式制動器概述3.1 盤式制動器原理及特點圖 3-1 增力式盤式制動器零件圖1、2—壓盤 3、7—摩擦盤 4—半軸殼 5—半軸 6—回位彈簧 8—中間殼體 9—調(diào)整螺栓 10—斜拉桿 11—調(diào)節(jié)叉 12—拉桿 13—壓盤凸肩 14—殼體肩臺圖 3-1 是運輸車輛增力式盤式制動器零件圖。在差速器的每一側(cè)半河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計24軸上，用花鍵安裝著兩個粘有摩擦襯面的摩擦盤 3 和 7，它們能在花鍵軸上來回滑動，是制動器的旋轉(zhuǎn)部分。在兩摩擦盤之間有一對可鍛鑄鐵的圓形壓盤 1 和 2，它們的表面支承在半軸殼 4 的三個凸肩上，并能在較小的弧度內(nèi)轉(zhuǎn)動。兩壓盤內(nèi)側(cè)面的五個卵圓形凹坑中裝有五個鋼球，兩壓盤用三根彈簧 6 拉緊。在中間蓋 8 和摩擦盤 4 上，與摩擦盤相對著的表面經(jīng)過加工。摩擦盤與壓盤間，以及摩擦盤與半軸殼和中間蓋間，在不制動時都有一定間隙。制動時，制動踏板通過斜拉桿使兩壓盤相對轉(zhuǎn)動，此時凹坑中夾著的五個鋼球就從坑底向坑邊滾動，將兩壓盤擠開，兩壓盤就將旋轉(zhuǎn)著的兩個摩擦盤分別推向半軸殼和中間蓋，使各相對摩擦表面間產(chǎn)生摩擦扭矩，最終將半軸制動。如果放松制動踏板，則彈簧6 又將兩壓盤拉緊復原，使鋼球進入坑底，恢復了摩擦盤兩側(cè)的間隙。盤式制動器在上述制動過程中有增力作用。當摩擦盤順時針旋轉(zhuǎn)時；作用在壓盤上的摩擦扭矩將使它們跟隨旋轉(zhuǎn)，但當壓盤 1 由于其凸起13 受到半軸殼上的凸肩 14 的限制而不能轉(zhuǎn)動時，壓盤 2 則在摩擦扭矩的作用下將相對于壓盤 1 作順時針轉(zhuǎn)動，協(xié)助鋼球繼續(xù)將兩壓盤擠開，使操縱省力。當摩擦盤反時針旋轉(zhuǎn)時，和上述過程相似地起增力作用。因此不管運輸車輛前進還是倒退，制動時盤式制動器都有增力作用。與帶式和蹄式制動器相比，盤式制動器除了結構復雜外有一系列優(yōu)點：如結構緊湊，操縱省力，制動效果好，襯面磨損較均勻，間隙不需調(diào)整，封閉性好不易進泥水，且散熱容易，故使用壽命較長等。這些特點使它得到越來越廣泛的應用。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計253.2 盤式制動器的主要元件3.2.1 制動盤a.制動盤直徑 D 制動盤直徑 D 應盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的 70％一 79％。總質(zhì)量大于 2t 的汽車應取上限。 b.制動盤厚度 h 制動盤厚度對制動盤質(zhì)量和工作時的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得很大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風的需要在制動盤中間鑄出通風孔道。一般實心制動盤厚度可取為 10—20 ，通風式制動盤厚度取m為 20～50 ，采用較多的是 20—30 。在高速運動下緊急制動, 制m動盤會形成熱變形, 產(chǎn)生顫抖。為提高制動盤摩擦面的散熱性能, 大多把制動盤做成中間空洞的通風式制動盤, 這樣可使制動盤溫度降低 20 %～30 %。c.制動盤的安裝制動盤安裝在輪轂上, 與車輪形成整體旋轉(zhuǎn)。制動盤是旋轉(zhuǎn)部件, 與摩擦襯塊之間只有微小的間隙。從制動盤中心到摩擦襯塊磨合中心稱為制動盤有效半徑。根據(jù)杠桿原理,如摩擦力相同,則制動盤的有效半徑越大, 制動力就越大。d.制動盤的維修制動盤都是標準設計，以使在制動盤使用期限內(nèi)保持制動表面各項河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計26指標的允差，這些指標是平行度、平面度以及橫向擺差。保持關于制動表面形狀的精度的允差，有助于盡量減少制動粗暴及踏板脈動。制動盤表面粗糙度必須保持在 60μm 特定范圍內(nèi)，或者更小些。需要控制制動表面粗糙度，盡量減少踏板費力、過大的制動衰退、反常性能的問題?？刂票砻娲植诙韧瑯幽芴岣吣Σ烈r片的壽命。每當維修制動摩擦塊或卡鉗、或者換位車輪或為了其他類型工作而拆卸車輪，總要檢查盤式制動器制動盤。不要忘記，伴隨盤式制動器制動盤而發(fā)生的許多問題，一般用肉眼檢查一下，可能不是很明顯的。制動盤厚度、平行度、擺差、平面度。以及刮痕深度等，只能用準確的測量儀和千分尺進行測量。精密的測量工具及現(xiàn)代的精加工設備，對維修好制動盤來說，是至關重要的。3.2.2 制動摩擦襯塊摩擦襯塊是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑 與內(nèi)半徑 的2R1比值不大于 1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導致制動力矩變化大。 對于盤式制動器襯塊工作面積 A，推薦根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在 1.6～3.5 范圍內(nèi)選用。2/kgm由于摩擦,摩擦襯塊會產(chǎn)生磨損。摩擦材料使用完后, 底板和制動盤直接接觸會喪失制動效果, 損壞制動盤。制動盤損壞后,修理費用十分昂貴。為避免損壞制動盤,過去,用戶靠定期車檢來確定摩擦襯塊的剩余量; 河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計27后來, 在底板上安裝摩擦襯塊磨損指示器, 當摩擦襯塊已磨損到剩余量很少時, 指示器與制動盤接觸, 當司機踏制動踏板時, 就發(fā)出異常的聲響; 現(xiàn)在有一種更加準確提醒摩擦襯塊磨損的方法, 即安裝電子式磨損指示器, 當摩擦襯塊磨損后, 磨損指示器中的線路斷掉,警示燈亮 [3]3.3 盤式制動器操縱機構在一般拖拉機上，制動操縱機構幾乎都是機械式的。制動踏板通過一些桿件與制動元件相連。當摩擦襯面磨損后，為了調(diào)整踏板的自由行程，有一些桿件的長度是可調(diào)的，如利用調(diào)節(jié)叉來調(diào)節(jié)長度。左右制動器的踏板可用連接板連接，以便同時制動兩驅(qū)動輪。當松開制動時，制動踏板都應該有回位彈簧使其自動回位。為使運輸車輛能在斜坡上停車或在作固定作業(yè)時不讓其隨意移動位置，在操縱機構中都有停車鎖定裝置，它能卡住已踏下的制動踏板，使其不能回位，以使制動器能在沒有駕駛員操縱的情況下長時間地處于制動狀態(tài)。帶式和蹄式制動器踏板的自由行程一般為 40～80 ，盤式制動器m踏板的自由行程稍大些，這是因為盤式制動器的旋轉(zhuǎn)元件和制動元件間的總間隙較小，如果自由行程過小，駕駛員稍一踏下踏板就已開始了制動，這樣易使摩擦襯面加速磨損。左右踏板的行程必須一致，否則拖拉機在緊急制動時會容易發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)生安全事故。如果用作直線行駛中降速或停車，則必須注意首先分離主離合器然后再制動；如果用作協(xié)助履帶拖拉機轉(zhuǎn)向，則必須注意首先分離慢速側(cè)的轉(zhuǎn)向離合器，然后再制動該側(cè)驅(qū)動輪。河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計284 制動系統(tǒng)設計計算4.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值4.1.1 相關主要參數(shù)a.汽車相關主要參數(shù)如表 4.1 所示。表 4.1 汽車相關主要參數(shù)編號 名稱 符號 數(shù)值 單位 備注1 質(zhì)量 M0 320.000 kg2 重力 G 3136.000 N3 質(zhì)心高 hg 300.000 mm 11.82 inch4 軸距 L 1600.000 mm 63.04 inch5質(zhì)心至前軸的距離a 848.000 mm 33.41 inch6質(zhì)心至后軸的距離b 752.000 mm 29.63 inch7 前軸負荷 Wf 1473.920 N 47.00 %8 后軸負荷 Wr 1662.080 N 53.00 %b.輪胎相關參數(shù)如表 4.2 所示。表 4.2 2010 年 FSAE 贊助輪胎相關參數(shù)規(guī)格 180/530R13標準輪輞內(nèi)距 8輪胎胎面寬(mm inch) 223 8.8輪胎外徑(mm inch) 533 21.0河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計294.1.2 同步附著系數(shù)的分析（1）當 時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，0??但喪失了轉(zhuǎn)向能力；（2）當 時：制動時總是后輪先抱死，這是容易發(fā)生后軸策0?劃而使汽車喪失方向穩(wěn)定性；（3）當 時：制動時汽車前后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，0??但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。分析表明，汽車在同步系數(shù)為 的路面上制動（前后輪同時抱死）時，其制動減速度為 ，即 q= ,q 為制動強度。而在其他附著gqdtu??0?系數(shù)的路面上制動時，達到前輪或者后輪即將抱死的制動強度 q< ,這0?表明只有在 的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。0?根據(jù)相關資料查出賽車 =0.7，故取 =0.7。004.1.3 地面對前、后輪的法向反作用力若在不同附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時抱死（不論是同時抱死或分別先后抱死） ，此時 或 。地面作用于前、?GFb?Xgdtu?/后輪的法向反作用力為（4-1））gZ1(hL?輪胎接地面寬(mm inch) 185 7.3輪胎半徑 (mm) 244輪胎周長 1626輪輞內(nèi)距 7.5-8.5河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計30（4-2）)(gZ2haLGF???前后輪同時抱死制動時地面對前、后輪法向反作用力的變化如表 3.3 所示表 3.3 前后輪同時抱死地面對前、后輪法向反作用力的變化φ /NZ1F/Z2F/GZ1/Z2F0 1474 1662 47% 53%0.1 1533 1603 49% 51%0.2 1592 1544 51% 49%0.3 1650 1486 53% 47%0.4 1709 1427 55% 46%0.5 1768 1368 56% 44%0.6 1827 1309 58% 42%0.7 1886 1250 60% 40%0.8 1944 1192 62% 38%0.9 2003 1133 64% 36%1.0 2062 1074 66% 34%4.2 制動器有關計算4.2.1 確定前后制動力矩分配系數(shù) ?根據(jù)公式：（4-3）g0hbL????得到：河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計31（4-4）0.61.675203.g0 ?????Lbh??4.2.2 制動器制動力矩的確定應急制動時，假定前后輪同時抱死拖滑，此時所需的前橋制動力矩為（4-egμ1)(rhbLGM???5）式中 G 為賽車重力；L 為軸距；a 為汽車質(zhì)心到前軸的距離；為汽車質(zhì)心的高度；gh為附著系數(shù)；?為輪胎有效半徑。er當 = =0.7 時，0 N/m3127.0)3.7052.(613)(egμ1 ??????rhbLGM即 31N/mmax1??M因為= = (4-6)???2所以 209N/max??M河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計324.2.3 盤式制動器主要參數(shù)確定1）制動盤直徑 D制動盤直徑 D 應盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的 70％一 79％。總質(zhì)量大于 2t 的汽車應取上限。 這里去制動盤的直徑 D 為輪輞直徑的百分之70%，即 mm1325.470%256D???2）制動盤厚度的選擇制動盤厚度對制動盤質(zhì)量和工作時的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風的需要在制動盤中間鑄出通風孔道。一般實心制動盤厚度可取為 10～20mm，通風式制動盤厚度取為 20～50mm，采用較多的是 20～30mm。在高速運動下緊急制動, 制動盤會形成熱變形, 產(chǎn)生顫抖。為提高制動盤摩擦面的散熱性能, 大多把制動盤做成中間空洞的通風式制動盤, 這樣可使制動盤溫度降低 20 %～30 %。這里制動器采用實心制動盤設計， mm 厚度 。14h?3）摩擦襯塊內(nèi)半徑 R1和外半徑 R2摩擦襯塊（如圖 4-1 所示）是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑 與內(nèi)半徑 的比值不大21R于 1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導致制動力矩變化大。因為制動器直徑 D 等于 231mm,則摩擦塊 mm 取 ，所以152?R5.1/2?mm。71?R河 南 理 工 大 學 萬 方 科 技 學 院 本 科 畢 業(yè) 設 計33圖 4-1 摩擦襯塊4）摩擦襯塊工作面積對于盤式制動器襯塊工作面積 A，推薦根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在 范圍內(nèi)選用。單個前輪摩擦塊2kg/cm5.361?,則單個前輪制動器 A=48 ;單個后輪40.2%3??
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