前盤后鼓制動系說明

摘 要國汽車市場迅速發(fā)展,然而隨著汽車保有量的增加,帶來的安全問題也越來越引起人們的注意,而制動系統(tǒng)則是汽車主動安全的重要系統(tǒng)之一。汽車制動系使行駛中的汽車減速或停車、使下坡行駛的汽車車速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車在原地<包括在斜坡上>駐留不動的機(jī)構(gòu)。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以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。本說明書主要介紹了飛度轎車制動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先介紹了汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、分類,并通過對鼓式制動器和盤式制動器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。最終確定方案采用液壓雙回路前盤后鼓式制動器。關(guān)鍵詞：制動、盤式制動器、鼓式制動器、設(shè)計(jì)參數(shù)、制動性能XX / 59ABSTRACT Domestic automobile market developing quickly, however, with the increase of the auto possession, bring security is more and more attention, and brake system is the important car active safety system one. The brake is a moving car slow down or stop, make the downhill cars speed stability and make already in place of the car they offend <including in slope> stay fixed institution. With the rapid development of the highway speed and the improvement of traffic density and increases day by day, in order to guarantee safety, car brake system reliability of work appear increasingly important. Also only brake performance is good, brake system reliable car and fully play its dynamic performance this manual mainly introduces the design of the car brake system flying across. First this paper reviewed the automobile braking system structure, classification, and through to the drum brake disc brake and the structure and the advantages and disadvantages are analyzed. Ultimately determine the scheme adopts hydraulic double circuit with disk and drum brake system.Key words: brake、disk brake 、drum brake、 design parameters、 braking performance、目 錄1 緒論.11.1 制動系統(tǒng)概述.1 1.1.3 制動系的作用及其組成.1 1.1.2 制動系一般工作原理.1 1.1.3 制動系的類型.2 1.1.4 制動系的設(shè)計(jì)要求.3 1.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.62 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇.8 2.1 制動器結(jié)構(gòu)型式及選擇.8 2.1.1 盤式制動器.8 2.1.2 鼓式制動器.10 2.2 制動驅(qū)動型式選擇.14 2.2.1 簡單制動系. 14 2.2.2 動力制動系.15 2.2.3 伺服制動系.15 2.3 制動主缸型式.16 2.4 制動管路型式選擇.17 2.4.1 II型回路.18 2.4.2 X型回路.18 2.4.3 其他類型回路.18 2.5 制動系統(tǒng)布置型式.193 制動系統(tǒng)主要參數(shù)及其設(shè)計(jì)計(jì)算.20 3.1 參考車型制動系相關(guān)主要參數(shù)數(shù)值.20 3.2 同步附著系數(shù)分析.20 3.3 制動力及制動力分配系數(shù).213.4 制動強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率.24 3.5 制動器制動力及制動力矩的計(jì)算.253.6 制動因數(shù).263.7 前輪盤式制動器參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算.273.8 后輪鼓式制動器參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算.283.9 制動器磨損特性熱容量及溫升計(jì)算.294 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).32 4.1 盤式制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).34 4.1.1 制動盤.34 4.1.2 制動鉗.34 4.1.3 制動塊.35 4.1.4 摩擦材料.354.2 鼓式制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).35 4.2.1 制動鼓.35 4.2.2 制動蹄.36 4.2.3 制動底板.36 4.2.4 制動蹄的支承.37 4.2.5 制動輪缸.37 5 液壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.38 5.1 前輪盤式制動輪缸直徑與工作容積設(shè)計(jì)計(jì)算.385.2 后輪鼓式制動輪缸直徑與工作容積設(shè)計(jì)計(jì)算.395.3 制動主缸與工作容積設(shè)計(jì)計(jì)算.405.4 制動踏板力與踏板行程.416 制動性能分析計(jì)算.43 6.1 制動性能評價及其分析.43 6.2 制動器制動力分配曲線分析.44 6.3 制動減速度與制動距離的計(jì)算.44 6.4 駐車制動計(jì)算.457 結(jié)論.478 致.489 參考文獻(xiàn).4910 附錄.501 緒 論1.1 制動系統(tǒng)概述 汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多、最普遍、也是運(yùn)用得最方便的交通工具。車輛在行駛過程中要頻繁進(jìn)行制動操作,由于制動性能的好壞直接關(guān)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,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)。1.1.1 汽車制動系統(tǒng)的作用及其組成： 1> 制動系的作用： 1使行駛中的汽車按照駕駛員的要求進(jìn)行強(qiáng)制減速甚至停車. 2使已停駛的汽車在各種道路條件下<包括在坡道上>穩(wěn)定駐車. 3使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定。 2 制動系的組成： 1供能裝置：也就是制動能源,包括供給、調(diào)節(jié)制動所需能量以及各個部件,產(chǎn)生制動能量的部分稱為制動能源。 2控制裝置：包括產(chǎn)生制動動作和控制制動效果的部件。 3傳動裝置：包括把制動能量傳遞到制動器的各個部件。 4制動裝置：產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動或者運(yùn)動趨勢的力的部件。汽車的制動裝置又可分為行車、駐車、應(yīng)急和輔助制動四種裝置。1.1.2 制動系的一般工作原理行駛中的汽車具有一定的動能。根據(jù)物理學(xué)知識,汽車的動能 Ek=1/2<1+>mv2 式中:m為汽車的重質(zhì)量；v為汽車的行駛速度；為考慮汽車回轉(zhuǎn)部件動能的系數(shù)。 圖1.1 汽車行車制動減速度實(shí)質(zhì)上就是要耗散汽車的動能Ek耗散動能最簡便的方法就是通過摩擦將動能變成熱能擴(kuò)散到大氣中去。一個簡單的制動系統(tǒng)如圖1.1所示,用以說明系統(tǒng)的工作原理。 以一個金屬圓面為工作表面的金屬制動鼓裝在車輪輪轂上,隨車輪一同轉(zhuǎn)動另一固定不動的制動底板上裝有兩個圓弧形的制動蹄,他們可各自繞其下端的支撐銷轉(zhuǎn)動,由安裝在制動地板上的液壓制動輪缸來控制其運(yùn)動。 <1>在不制動時,制動鼓的圓面與制動蹄上摩擦片的外圓面之間有一定的間隙,車輪和制動鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。 <2>制動時,駕駛員需踩下制動踏板,迫使制動主缸的油液流入制動輪缸,推動兩制動蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動,使制動蹄摩擦片緊貼到制動鼓圓面上。這樣,制動鼓上便產(chǎn)生摩擦力矩Mu阻止車輪轉(zhuǎn)動。其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動鼓將該力矩傳到車輪后,由于車輪與路面間的附著作用,車輪即對路面作用一個向前的周緣力F。同時,路面也會給車輪一個反作用力FB,方向與汽車行駛方向相反。這個力就是車輪受到的制動力。各車輪上制動力的和就是汽車受到的總制動力。制動力由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身,迫使整個汽車產(chǎn)生一定的減速度,甚至停車。由于車輪與地面間的附著左右,路面上產(chǎn)生了切向反作用力FB 。FB 一方面要迫使車輪繼續(xù)滾動,造成制動蹄與制動鼓間相對運(yùn)動而產(chǎn)生摩擦,消耗汽車的動能；另一方面它又作為制動力促使整個汽車減速行駛。 <3>解除制動時,放松制動踏板,在回位彈簧的作用下,制動蹄回到原位。同時蹄鼓間隙得到恢復(fù),因而制動作用被解除。 這就是汽車制動的基本原理。1.1.3 制動系的類型 制動系根據(jù)功用、能源等不同可分為以下幾類： <1> 按制動系統(tǒng)的作用 制動系統(tǒng)可分為行車制動系統(tǒng)、駐車制動系統(tǒng)、應(yīng)急制動系統(tǒng)及輔助制動系統(tǒng)等。用以使行駛中的汽車降低速度甚至停車的制動系統(tǒng)稱為行車制動系統(tǒng)；用以使已停駛的汽車駐留原地不動的制動系統(tǒng)則稱為駐車制動系統(tǒng)；在行車制動系統(tǒng)失效的情況下,保證汽車仍能實(shí)現(xiàn)減速或停車的制動系統(tǒng)稱為應(yīng)急制動系統(tǒng)；在行車過程中,輔助行車制動系統(tǒng)降低車速或保持車速穩(wěn)定,但不能將車輛緊急制停的制動系統(tǒng)稱為輔助制動系統(tǒng)。上述各制動系統(tǒng)中,行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。 <2>按制動操縱能源 制動系統(tǒng)可分為人力制動系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)和伺服制動系統(tǒng)等。以駕駛員的肌體作為唯一制動能源的制動系統(tǒng)稱為人力制動系統(tǒng)；完全靠由發(fā)動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進(jìn)行制動的系統(tǒng)稱為動力制動系統(tǒng)；兼用人力和發(fā)動機(jī)動力進(jìn)行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。 <3>按制動能量的傳輸方式 制動系統(tǒng)可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式等。同時采用兩種以上傳能方式的制動系稱為組合式制動系統(tǒng)。 <4>按傳能介質(zhì)的傳輸回路方式制動系統(tǒng)可分為單回路制動系和雙回路制動系1.1.4 汽車制動系設(shè)計(jì)要求 1能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)除應(yīng)滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)制定的有關(guān)要求外,也應(yīng)考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。我國的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)是GB12676-1999汽車制動系結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法、GB7258機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件。2具有足夠的制動效能,包括行車制動效能和駐坡制動效能。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(xiàng)指標(biāo)來評定,它是制動性能最基本的評價指標(biāo)。表1-1給出了歐、美、日等國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)對這兩項(xiàng)指標(biāo)的規(guī)定。表1-1 歐、美、日等國的制動效能標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)名稱適用車型制動初速度v/km/h最大踏板力/N制動距離S/m制動減速度j/m/s美聯(lián)邦汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS 121氣壓制動汽車32969.873美聯(lián)邦汽車安全標(biāo)準(zhǔn)FMVSS 10575液壓制動汽車489616.4662.18歐洲經(jīng)濟(jì)委員會和歐洲經(jīng)濟(jì)共同體法規(guī)貨車：總質(zhì)量3.5t總質(zhì)量3.5t12t總質(zhì)量>12t7050407007007000.15v+4.44.44.4轎車與客車：座位數(shù)包括司機(jī)座位數(shù)>8和總質(zhì)量>5t80805005000.1v+0.15v+ 續(xù)表1-1瑞典制動法規(guī)總質(zhì)量總質(zhì)量>3.5t8060500700日本制動標(biāo)準(zhǔn)JASO 691373貨車和客車：TA級TB級TC級TD級700800900900減速度0.5g0.5g0.5g0.4g3工作可靠。汽車至少應(yīng)有行車制動和駐車制動兩套制動裝置,且它們的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動裝置的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的管路,當(dāng)其中一套失效時,另一套應(yīng)保證汽車制動效能不低于正常值的30%；駐車制動裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)。4制動效能的熱穩(wěn)定性好。汽車的高速制動、短時間的頻繁重復(fù)制動,尤其是下長坡時的連續(xù)制動,都會引起制動器的溫升過快,溫度過高。特別是下長坡時的頻繁制動,可使制動器摩擦副的溫度達(dá)300400,有時甚至高達(dá)700。此時,制動摩擦副的摩擦系數(shù)會急劇減小,使制動效能迅速下降而發(fā)生熱衰退現(xiàn)象。制動器發(fā)生熱衰退后,經(jīng)過散熱、降溫和一定次數(shù)的和緩使用使摩擦表面得到磨合,其制動效能可重新恢復(fù),這稱為熱恢復(fù)。提高摩擦材料的高溫摩擦穩(wěn)定性,增大制動鼓、盤的熱容量,改善其散熱性或采用強(qiáng)制冷卻裝置,都是提高抗熱衰退的措施。一般要求在初速為最高車速的80%時,以約0.3g的減速度重復(fù)進(jìn)行1520次制動到初速度的1/2的衰退試驗(yàn)后,其熱態(tài)制動效能應(yīng)達(dá)到冷態(tài)制動效能的80%以上。5制動效能的水穩(wěn)定性好。制動器摩擦表面浸水后,會因水的潤滑作用使摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的"水衰退"現(xiàn)象。一般規(guī)定在出水后反復(fù)制動515次,即應(yīng)恢復(fù)其制動效能。良好的摩擦材料吸水率低,其摩擦性能恢復(fù)迅速。也應(yīng)防止泥沙、污物等進(jìn)入制動器工作表面,否則會使制動效能降低并加速磨損。某些越野汽車為了防止水和泥沙侵入而采用封閉的制動器。6制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動,汽車都不應(yīng)當(dāng)失去操縱性和方向穩(wěn)定性。一般要求在進(jìn)行制動效能試驗(yàn)時,車輛的任何部位不得偏出3.7m的試驗(yàn)道。為此,汽車前、后輪制動器的制動力矩應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?最好能隨各軸間載荷轉(zhuǎn)移情況而變化；同一軸上左、右車輪制動器的制動力矩應(yīng)相同。否則當(dāng)前輪抱死而側(cè)滑時,將失去操縱性；后輪抱死而側(cè)滑甩尾,會失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左、右輪的制動力矩差值超過15%時,會發(fā)生制動時汽車跑偏。7制動踏板和手柄的位置和行程符合人機(jī)工程學(xué)要求,即操作方便性好,操縱輕便,舒適,能減少疲勞。踏板行程：對轎車應(yīng)不大于150mm；對貨車應(yīng)不大于170mm,其中考慮了摩擦襯片或襯塊的容許磨損量。制動手柄行程應(yīng)不大于160200mm。各國法規(guī)規(guī)定,制動的最大踏板力一般為500N<轎車> 700N<貨車>。設(shè)計(jì)時,緊急制動<約占制動總次數(shù)的5%10%>踏板力的選取圍：轎車為200300N；貨車為350550N,采用伺服制動或動力制動裝置時取其小值。應(yīng)急制動時的手柄拉力以不大于400500N為宜；駐車制動的手柄拉力應(yīng)不大于500N<轎車> 700N<貨車>。8作用滯后的時間要盡可能地短,包括從制動踏板開始動作至達(dá)到給定制動效能水平所需的時間<制動滯后時間>和從放開踏板至完全解除制動的時間<解除制動滯后時間>。一般要求這個時間盡可能短,對于氣制動車輛不得超過0.6s,對于汽車列車不得超過0.8s。9制動時不應(yīng)產(chǎn)生較大的振動和噪聲,制動時不應(yīng)有異響。 10與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動干涉,在車輪跳動或汽車轉(zhuǎn)向時不會引起自行制動。11制動系中應(yīng)有音響或光信號等警報裝置以便能及時發(fā)現(xiàn)制動驅(qū)動機(jī)件的故障和功能失效；制動系中也應(yīng)有必要的安全裝置,例如一旦主、掛車之間的連接制動管路損壞,應(yīng)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(yīng)有安全裝置驅(qū)使駐車制動將其停駐。12能全天候使用,氣溫高時液壓制動管路不應(yīng)有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時氣制動管路不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)冰13制動系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長、制造成本低；對摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求。防止制動時車輪被抱死有利于提高汽車在制動過程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性,縮短制動距離,所以近年來防抱死制動系統(tǒng)ABS和電子制動力分配EBD在汽車上得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。此外,由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害問題,已被淘汰,取而代之的無石棉材料。1.2 汽車制動系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前關(guān)于汽車制動的研究主要集中在制動控制方面,包括制動控制的理論和方法,以及采用新的技術(shù)?，F(xiàn)代汽車制動器的發(fā)展起源于原始的機(jī)械控制裝置,但隨著汽車自身重量的增加,助力裝置對機(jī)械制動器來說越來越顯得非常重要。從而開始出現(xiàn)了真空助力裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及汽車工業(yè)的發(fā)展液壓制動是繼機(jī)械制動后的又一重大革新?，F(xiàn)在汽車配套出于安全可靠方面的考慮,真空助力器往往和制動主缸一起形成真空助力器總成給車型配套。目前液壓制動技術(shù)是如今最成熟、最經(jīng)濟(jì)的制動技術(shù),并應(yīng)用在當(dāng)前絕大多數(shù)乘用車上。車輛防抱死制動控制系統(tǒng)<ABS>和電子制動力分配EBD已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品,并在各種車輛上得到了廣泛的應(yīng)用,但是這些產(chǎn)品基本都是基于車輪加、減速門限及參考滑移率方法設(shè)計(jì)的。方法雖然簡單實(shí)用,但是其調(diào)試比較困難,不同的車輛需要不同的匹配技術(shù),在許多不同的道路上加以驗(yàn)證；從理論上來說,整個控制過程車輪滑移率不是保持在最佳滑移率上,并未達(dá)到最佳的制動效果。我國液壓ABS的配套主要在乘用車市場,而且配套率相當(dāng)高,但是我國乘用車配套的液壓ABS市場基本上都被外資企業(yè)所壟斷。汽車防抱死制動系統(tǒng)ABS也已經(jīng)成為電子制動的標(biāo)準(zhǔn),越來越多的車型上開始加裝電子制動力分配EBD。當(dāng)緊急剎車車輪抱死的情況下,EBD在ABS動作之前就已經(jīng)平衡了每一個輪的有效地面抓地力,可以防止出現(xiàn)甩尾和側(cè)移,并縮短汽車制動距離。EBD實(shí)際上是ABS的輔助功能,它可以改善提高ABS的功效。所以在安全指標(biāo)上,汽車的性能又多了"ABS+EBD"。ASR是ABS的邏輯和功能擴(kuò)展。ABS在增加了ASR功能后,主要的變化是在電子控制單元中增加了驅(qū)動防滑邏輯系統(tǒng),來監(jiān)測驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速。ASR大多借用ABS的硬件,兩者共存一體,發(fā)展成為ABS/ASR系統(tǒng)。ABS/ASR已在歐洲新載貨車中普遍使用,并且歐共體法規(guī)EEC/71/320已強(qiáng)制性規(guī)定在總質(zhì)量大于3.5t的某些載貨車上使用,重型車是首先裝用的。今天,ABS/ASR已經(jīng)成為歐美和日本等發(fā)達(dá)國家汽車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。然而ABS/ASR只是解決了緊急制動時附著系數(shù)的利用,并可獲得較短的制動距離及制動方向穩(wěn)定性,但是它不能解決制動系統(tǒng)中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能,同時可進(jìn)行制動強(qiáng)度的控制。ABS只有在極端情況下<車輪完全抱死>才會控制制動,在部分制動時,電子制動使可控制單個制動缸壓力,因此反應(yīng)時間縮短,確保在任一瞬間得到正確的制動壓力。近幾年電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的飛速發(fā)展為EBS的發(fā)展帶來了機(jī)遇。德國自20世紀(jì)80年代以來率先發(fā)展了ABS/ASR系統(tǒng)并投入市場,在EBS的研究與發(fā)展過程中走到了世界的前列。德國博世公司在1993年與斯堪尼公司聯(lián)合首次在Scania牽引車及掛車上裝用了EBS。然而EBS是全新的系統(tǒng),它有很大的潛力。 車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。一方面是擴(kuò)大控制圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論,實(shí)施伺服控制和高精度控制。經(jīng)過了一百多年的發(fā)展,汽車制動系統(tǒng)的形式已經(jīng)基本固定下來。隨著電子,特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,汽車制動系統(tǒng)的形式也將發(fā)生變化。結(jié)論：在車輛集成化、模塊化、電子化、車供能源高壓化的趨勢驅(qū)動下,車輛制動系統(tǒng)也朝著電子化方向發(fā)展。電制動系統(tǒng)將進(jìn)一步取代傳統(tǒng)制動系統(tǒng),汽車底盤進(jìn)一步一體化,集成化,制動系統(tǒng)性能也會發(fā)生質(zhì)的飛躍。2 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇2.1 汽車制動器形式方案分析 制動器是制動系中用以產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動或運(yùn)動趨勢的部件,一般制動器都是通過其中的固定元件對旋轉(zhuǎn)元件施加制動力矩,使旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)角速度降低,同時依靠車輪與地面的附著作用,產(chǎn)生路面對車輪的制動力以使汽車減速。目前汽車制動器基本都是摩擦式制動器,按照摩擦副中旋轉(zhuǎn)元件的不同,分為盤式和鼓式兩大類制動器。盤式摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件是制動盤,其工作表面是圓盤的端面。鼓式摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓,其工作表面是圓柱面；旋轉(zhuǎn)元件固裝在車輪或半軸上,即制動力矩直接分別作用于兩側(cè)車輪上的制動器稱為車輪制動器,一般用于行車制動器。旋轉(zhuǎn)元件固裝在傳動系的傳動軸上,其制動力矩經(jīng)過驅(qū)動橋再分配到兩側(cè)車輪上的制動器稱為中央制動器,一般用于駐車制動器。2.1.1 盤式制動器按摩擦副中固定元件的結(jié)構(gòu)不同,盤式制動器分為鉗盤式和全盤式兩類。全盤式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,其工作原理如摩擦離合器,故又稱離合器式制動器。這種制動器結(jié)構(gòu)緊湊,摩擦面積大,制動力矩大,但散熱條件差,結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,造價成本高,全盤式制動器只有少數(shù)汽車<主要是重型汽車>采用為車輪制動器。下文將不作進(jìn)一步介紹。鉗盤式制動器的固定摩擦元件是制動塊,裝在制動鉗中。接觸面很小,在盤上所占的中心角一般僅30°50°,又稱為點(diǎn)盤式制動器。鉗盤式制動器又可按鉗體固定在支架上的結(jié)構(gòu)形式分為固定鉗盤式和浮動鉗盤式兩類。1固定鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)原理：固定鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)如下圖2.1所示,其制動鉗體固定在轉(zhuǎn)向節(jié)或橋殼上,在制動鉗體上有兩個液壓油缸,其中各裝一個活塞?？缰迷谥苿颖P上的制動鉗體固定安裝在車橋上,它不能旋轉(zhuǎn)也不能沿制動盤軸線方向移動,其的兩個活塞分別位于制動盤的兩側(cè)。其結(jié)構(gòu)如下圖所示；制動時,制動油液由制動總泵<制動主缸>經(jīng)進(jìn)油口進(jìn)入鉗體中兩個相通的液壓腔中,將兩側(cè)的制動塊壓向與車輪固定連接的制動盤從而產(chǎn)生制動。 當(dāng)放松制動踏板使油液壓力減少時,回位彈簧則將兩制動塊總成及活塞推離制動盤?；钊苿鱼Q體制動塊車橋進(jìn)油口制動盤缺點(diǎn)：油缸多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制動鉗尺寸大。油路中的制動液受制動盤加熱易汽化圖2.1固定鉗盤式制動器固定鉗盤式制動器的制動鉗剛度好,除活塞和制動塊外無其他滑動件。但由于需采用兩個油缸并分置制動盤的兩側(cè),因而必須用跨越制動盤的部油道或外部油管來連通。這就使得制動器的徑向和軸向尺寸都較大,因而在車輪中,特別是車輪輪距小的微型車的前輪中的布置比較困難；需兩組高精度的液壓缸和活塞,成本較高；制動產(chǎn)生的熱經(jīng)制動鉗體上的油路傳給制動油液,易使其由于溫度過高而產(chǎn)生氣泡,影響制動效果。緊湊型中低端轎車從結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性上考慮都不適用固定鉗式盤式制動器,故前輪不采納固定鉗式盤式制動器。2浮動鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)原理浮動鉗盤式制動器的制動鉗體是浮動的。其浮動方式有兩種,一種是制動鉗體可作平行滑動,另一種的制動鉗體可繞一支撐銷擺動。但它們的制動油缸都是單側(cè)的,且與油缸同側(cè)的制動塊總成為活動的,而另一側(cè)的制動總成則固定在鉗體上。浮動鉗盤式制動器結(jié)構(gòu)如下圖2.2所示,制動鉗體通過導(dǎo)向銷與車橋相連,可以相對于制動盤軸向移動。制動鉗體只在制動盤的側(cè)設(shè)置油缸,而外側(cè)的制動塊則附裝在鉗體上。 制動時,液壓油通過進(jìn)油口進(jìn)入制動油缸,推動活塞及其上的摩擦塊向右移動,并壓到制動盤上,并使得油缸連同制動鉗體整體沿銷釘向左移動,制動盤右側(cè)的摩擦塊也壓到制動盤上夾住制動盤并使其制動,直到兩側(cè)的制動塊總成的受力均等為止。車橋?qū)蜾N進(jìn)油口活塞制動鉗制動塊制動盤 圖2.2浮動鉗盤式制動器 浮動鉗盤式制動器只在制動盤的一側(cè)裝油缸,其結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,易于布置,結(jié)構(gòu)尺寸緊湊,可將制動器近一步移近輪轂,同一組制動塊可兼用于行車制動和駐車制動。由于浮動鉗沒有跨越制動盤的油道或油管,減少了油液受熱機(jī)會,單側(cè)油缸又位于盤的側(cè),受車輪遮蔽較小,使冷卻條件較好。另外單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要長,也增大了油缸的散熱面積,因此制動油液溫度比固定鉗式的低,汽化的可能性較小。相比于固定鉗式浮動鉗式可將油缸和活塞等精密件減去一半,造價大為降低。 結(jié)合車型及其盤式結(jié)構(gòu)尺寸、造價成本、及其實(shí)用性,制動器設(shè)計(jì)前輪采用浮動鉗盤式制動器。2.1.2 鼓式制動器 鼓式制動器是最早形式的汽車制動器,當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前,它已經(jīng)廣泛用干各類汽車上。鼓式制動器,分為領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙向增力式等幾種。不同形式鼓式制動器的主要區(qū)別有：蹄片固定支點(diǎn)的數(shù)量和位置不同。開裝置的形式與數(shù)量不同。制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。因以上因素使不同形式鼓式制動器的領(lǐng)、從蹄數(shù)量有差別,并使制動效能不同。1） 領(lǐng)從蹄式 兩個制動蹄各有一個支點(diǎn),一個為領(lǐng)蹄,一個為從蹄。前進(jìn)時前制動蹄為領(lǐng)蹄,摩擦片面積包角較大,后制動蹄為從蹄,摩擦片面積包角較小,安裝時要注意領(lǐng)從蹄不可互換。 其示意圖2.3如下圖所示。 圖2.3領(lǐng)從蹄式制動器汽車倒車時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn),則相應(yīng)地使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對調(diào)了。這種當(dāng)制動鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的型鼓式制動器稱為領(lǐng)從蹄式制動器。領(lǐng)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(lǐng)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(lǐng)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(jìn)與倒車時的制動性能不變,且結(jié)構(gòu)簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機(jī)構(gòu),故這種結(jié)構(gòu)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。 2> 雙領(lǐng)從蹄式若在汽車前進(jìn)時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器,則稱為雙領(lǐng)蹄式制動器。顯然,當(dāng)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為單向雙領(lǐng)蹄式制動器。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(jī)件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的,因此,兩蹄對制動鼓作用的合力恰好相互平衡,故屬于平衡式制動器。雙領(lǐng)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(jié)構(gòu)常用于中級轎車的前輪制動器,這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動時,前軸的動軸荷及 附著力大于后軸,而倒車時則相反。如下圖2.4所示。 圖2.4雙領(lǐng)從蹄式制動器 3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器當(dāng)制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時,兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車前進(jìn)及倒車時的制動性能不變,因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪,但用作后輪制動器時,則需另設(shè)中央制動器用于駐車制動。如圖2.5所示。 圖2.5雙向雙領(lǐng)從蹄式制動器4單向增力式制動器單向增力式制動器兩蹄下端以頂桿相連接,第二制動蹄支承在其上端制動底板上的支承銷上。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制動器。單向增力式制動器在汽車前進(jìn)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,它僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。如圖2.6圖2.6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,則成為雙向增力式制動器。對雙向增力式制動器來說,不論汽車前進(jìn)制動或倒退制動,該制動器均為增力式制動器。如圖2.7圖2.7雙向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共用的制動器,但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的開力進(jìn)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(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用作汽車的中央制動器,因?yàn)轳v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(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫,故其熱衰退問題并不突出。單領(lǐng)從蹄式制動器效能和效能穩(wěn)定性,在各式制動器中居中游,前進(jìn)、倒退行駛的制動效果不變；結(jié)構(gòu)簡單,成本低,便于附裝駐車制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)；間隙調(diào)整容易；兩蹄片面積相同時,單位壓力不等,使襯片磨損不均勻,壽命不同非平衡式制動器；只有一個輪缸,兩蹄在同一驅(qū)動回路作用下工作等促動力制動器。應(yīng)用廣泛,特別是轎車和輕型貨車、客車的后輪制動器用得較多。故本次設(shè)計(jì)后輪最終采用的是領(lǐng)從蹄式制動器。2.2 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇根據(jù)制動力源的不同,制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)可分為簡單制動、動力制動以及伺服制動三大類型。而力的傳遞方式又有機(jī)械式、液壓式、氣壓式和氣壓-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,是靠司機(jī)作用于制動塌板上或手柄上的力作為制動力源。而傳力方式有、又有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式的靠桿系或鋼絲繩傳力,其結(jié)構(gòu)簡單,造價低廉,工作可靠,但機(jī)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通常簡稱為液壓制動系,用于行車制動裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時間短<0.1s0.3s>,工作壓力大<可達(dá)10 MPa12MPa>,缸徑尺寸小,可布置在制動器部作為制動蹄的開機(jī)構(gòu)或制動塊的壓緊機(jī)構(gòu),使之結(jié)構(gòu)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使用圍。另外,液壓管路在過度受熱時會形成氣泡而影響傳輸,即產(chǎn)生所謂"汽阻",使制動效能降低甚至失效；而當(dāng)氣溫過低時<-25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(dāng)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。但由于其操縱較沉重,不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車提高操縱輕便性的要求,故當(dāng)前僅多用于微型汽車上,在轎車和輕型汽車上已極少采用。 2.2.2 動力制動系動力制動系是以發(fā)動機(jī)動力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動的全部力源進(jìn)行制動,而司機(jī)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反比例關(guān)系在動力制動系中便不復(fù)存在,因此,此處的踏板力較小且可有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐?。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?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(jié)構(gòu)簡單、連接和斷開均很方便,因此被廣泛用于總質(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(jī)、儲氣筒、制動閥等裝置,使其結(jié)構(gòu)復(fù)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<0.3s0.9s>,因此,當(dāng)制動閥到制動氣室和儲氣筒的距離較遠(yuǎn)時,有必要加設(shè)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<一般為0.5MPa0.7MPa>,因而制動氣室的直徑大,只能置于制動器之外,再通過桿件及凸輪或楔塊驅(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(jī)構(gòu)。它兼有液壓制動和氣壓制動的主要優(yōu)點(diǎn)。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(jié)構(gòu)復(fù)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9t11t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(diǎn)外,還具有操縱輕便、制動反應(yīng)快、制動能力強(qiáng)、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(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備共用液壓泵和儲油罐等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)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(yīng)用,目前僅用于某些高級轎車、大型客車以及極少數(shù)的重型礦用自卸汽車上。 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(chǔ)上加設(shè)一套出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(jī)動力作為制功能源的制動系。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(yīng)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(fù)氣壓能>、氣壓能和液壓能。 2.3 制動主缸型式為了提高汽車的行駛安全性,根據(jù)交通法規(guī)的要求,一些轎車的行車制動裝置均采用了雙回路制動系統(tǒng)。雙回路制動系統(tǒng)的制動主缸為串列雙腔制動主缸,單腔制動主缸已被淘汰。如圖2.8所示,該主缸相當(dāng)于兩個單腔制動主缸串聯(lián)在一起而構(gòu)成。儲蓄罐中的油經(jīng)每一腔的進(jìn)油螺栓和各自旁通孔、補(bǔ)償孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔產(chǎn)生的油壓,分別經(jīng)各自得出油閥和各自的管路傳到前、后制動器的輪缸。 1>主缸不制動時,前、后兩工作腔的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔各自得旁通孔和補(bǔ)償孔之間。 2>當(dāng)踩下制動踏板時,踏板傳動機(jī)構(gòu)通過制動推桿推動后腔活塞前移,到皮碗掩蓋住旁通孔后,此腔油壓升高。在液壓和后腔彈簧力的作用下,推動前腔活塞前移,前腔壓力也隨之升高。當(dāng)繼續(xù)踩下制動踏板時,前后腔的液壓繼續(xù)提高,使前后制動器制動。 圖2.8 制動主缸工作原理圖 3>撤出踏板力后,制動踏板機(jī)構(gòu)、主缸前、后腔活塞和輪缸活塞在各自的回位彈簧作用下回位,管路中的制動液在壓力作用下推開回油閥流回主缸,于是解除制動。若與前腔連接的制動管路損壞漏油時,則踩下制動踏板時,只有后腔中能建立液壓,前腔中無壓力。此時在液壓差作用下,前腔活塞迅速前移到活塞前端頂?shù)街鞲赘左w上。此后,后缸工作腔中的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,則踩下制動踏板時,起先只有后缸活塞前移,而不能推動前缸活塞,因后缸工作腔中不能建立液壓。但在后腔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(dāng)制動系統(tǒng)中任一回路失效時,串聯(lián)雙腔制動主缸的另一腔仍能工作,只是所需踏板行程加大,導(dǎo)致汽車制動距離增長,制動力減小。大大提高了工作的可靠性。其對制動液要求如下：<1> 高溫下不易汽化,否則將在管路中產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象,使制動系統(tǒng)失效<2> 低溫下有良好的流動性<3> 不會使與之經(jīng)常接觸的金屬件腐蝕,橡膠件發(fā)生膨脹、變硬和損壞<4> 能對液壓系統(tǒng)的運(yùn)動件起良好的潤滑作用<5> 吸水性差而溶水性良好,即能使?jié)B入其中的水汽化形成微