捷達(dá)轎車前盤后鼓制動(dòng)系設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+說(shuō)明書】
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捷達(dá)轎車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
本設(shè)計(jì)選擇了簡(jiǎn)單液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙回路系統(tǒng)，選用了間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。說(shuō)明書主要介紹了捷達(dá)轎車前輪盤式制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。首先介紹了汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、分類，并對(duì)盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。設(shè)計(jì)計(jì)算確定前盤、后鼓式制動(dòng)器、制動(dòng)主缸的主要尺寸并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。繪制出了前制動(dòng)器裝配圖、制動(dòng)盤零件圖以及活塞零件圖。最終對(duì)設(shè)計(jì)出的制動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。在設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮了其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低等因素。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果表明設(shè)計(jì)出的制動(dòng)系統(tǒng)是合理的、符合標(biāo)準(zhǔn)的。其滿足結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作可靠等要求。
關(guān)鍵詞：轎車，制動(dòng)系統(tǒng)，盤式制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
The break system of Jetta
ABSTRACT
This manual describes the Jetta front-disked brake system design. I designed the hydraulic drive system and “Ⅱ” style hydraulic fluid system . The first describes the development of automotive braking systems, structure, classification, and by drum brakes and disc brakes on the structure and analyze the advantages and disadvantages. Design calculations to determine the front disk, rear drum brakes, brake master cylinder of the main dimensions and structure. Drawn out of the rear brake assembly diagram, brake drum and brake shoe parts diagram parts chart. End of the braking system designed to evaluate the analysis of the indicators. Also taking into account in the design of its structure is simple, reliable, low cost factor.
Through this design’s result , it shows that the braking system is reasonable, standards-compliant . Meet its simple structure, low cost, reliable requirements.
KEY WORDS: car，braking system，brake disk
1
目 錄
前 言 1
第1章 緒論 1
1.1 制動(dòng)系的功能 1
1.2 車輪制動(dòng)系 1
1.2.1車輪制動(dòng)器的分類 1
1.2.2 車輪制動(dòng)器的工作原理 3
1.3 制動(dòng)系的要求 3
1.4 盤式制動(dòng)器 4
1.4.1盤式制動(dòng)器的特點(diǎn) 4
1.4.2盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn) 4
1.4.3國(guó)內(nèi)外汽車盤式制動(dòng)器發(fā)展?fàn)顩r 5
第2章 方案論證 7
2.1 制動(dòng)器的主要類型 7
2.2 制動(dòng)器的工作原理 7
2.2.1鼓式制動(dòng)器的工作原理 7
2.2.2盤式制動(dòng)器的工作原理 8
2.2.3盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 9
2.3 盤式制動(dòng)器方案比較 9
2.3.1 固定鉗式盤式制動(dòng)器 9
2.3.2 浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器 10
2.3.3 全盤式制動(dòng)器 11
第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
3.1 設(shè)計(jì)要求 12
3.2 整車參數(shù) 12
3.2 受力分析 12
3.4 同步附著系數(shù)的確定及計(jì)算 16
3.5 制動(dòng)力、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率的計(jì)算 18
3.5.1滿載時(shí)的情況 18
3.5.2 空載的情況 20
3.6 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩的計(jì)算 22
3.7 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
3.7.1制動(dòng)盤 23
3.7.2制動(dòng)塊 24
3.7.3制動(dòng)鉗 25
3.7.4密封圈 26
3.8 制動(dòng)器因數(shù)及制動(dòng)距離的計(jì)算 28
3.8.1制動(dòng)器因數(shù)的計(jì)算 28
3.8.2制動(dòng)器距離的計(jì)算 28
3.9 校核計(jì)算 28
3.9.1 摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算 29
3.9.2 制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算 30
3.9.3 盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的校核 31
3.10 駐車制動(dòng)計(jì)算 34
3.11 計(jì)算結(jié)果 35
結(jié) 論 37
致謝 38
參考文獻(xiàn) 39
前 言
提及汽車制動(dòng)系統(tǒng)，大家熟知的有鼓式和盤式制動(dòng)器兩種，特別是在上世紀(jì)80年代還是高端裝置的盤式制動(dòng)器，如今已基本在民用轎車上得到了普及。由于蹄式制動(dòng)器散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。所以，傾向于采用散熱性能較好的盤式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且還有不同的種類，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式制動(dòng)器兩大類，鉗盤式制動(dòng)器又分為浮鉗盤式制動(dòng)器和定鉗盤式制動(dòng)器兩大類。為了防止汽車跑偏，往往前輪采用盤式制動(dòng)器。
本文主要對(duì)浮鉗盤式制動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，根據(jù)給定的制動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)確定了同步附著系數(shù)、制動(dòng)力矩等變量。再通過(guò)對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析，最終確定浮鉗盤式制動(dòng)器的尺寸及材料并用CAD畫出二維裝配圖及制動(dòng)盤零件圖。
在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無(wú)害的材料。
第1章 緒論
1.1 制動(dòng)系的功能
汽車制動(dòng)系是用于使行駛中的汽車減速或停車，使下坡行駛的汽車的車速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車在原地（包括在斜坡上）駐留不動(dòng)的機(jī)構(gòu)。汽車制動(dòng)系直接影響著汽車行駛的安全性和停車的可靠性。
汽車制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。行車制動(dòng)裝置用于使行駛中的汽車強(qiáng)制減速或停車，并使汽車下短坡時(shí)保持的適當(dāng)穩(wěn)定車速。其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常采用雙回路或多回路結(jié)構(gòu)，以保證其工作可靠。
駐車制動(dòng)裝置用于使汽車可靠而無(wú)時(shí)間限制地停駐在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽車在坡路上起步。駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，以免其產(chǎn)生故障。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備以上的功能。這些功能是設(shè)置在汽車上的一套專門的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些裝置是由制動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)組成的。也就是由供能裝置、操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器、調(diào)節(jié)制動(dòng)力裝置、制動(dòng)防抱裝置、報(bào)警裝置和壓力保護(hù)裝置等組成。
1.2 車輪制動(dòng)系
1.2.1車輪制動(dòng)器的分類
制動(dòng)器是制動(dòng)系中產(chǎn)生阻止車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨向的力的機(jī)構(gòu)。車輪制動(dòng)器是行車制動(dòng)系的重要部件。目前各類汽車所使用的車輪制動(dòng)器可以分為鼓式和盤式兩大類。前者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件是制動(dòng)鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件為圓柱狀的制動(dòng)盤，以端面為工作表面。他們的旋轉(zhuǎn)元件都固裝在車輪或半軸上，制動(dòng)力矩直接分別作用于兩側(cè)車輪上的制動(dòng)器。
圖1-1 鼓式制動(dòng)器示意圖 圖1-2 盤式制動(dòng)器示意圖
6
1.2.2 車輪制動(dòng)器的工作原理
圖1-3為車輪在良好的硬路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。
圖1-3 制動(dòng)器車輪受力
圖中是車輪制動(dòng)器中摩擦片與制動(dòng)鼓或盤相對(duì)滑轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力矩，單位是N·m；是地面制動(dòng)力，單位為N; W為車輪垂直載荷、車軸對(duì)車輪的推力、為地面對(duì)車輪的法向反作用力，它們的單位均為N。
顯然，從力矩平衡得到
(1-1)
式中 r ──為車輪的有效半徑，m；
──制動(dòng)器制動(dòng)力矩，N·m。
地面制動(dòng)力是使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但是制動(dòng)力只取決于制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓（制動(dòng)鉗與制動(dòng)盤）間的摩擦力和輪胎與地面間的摩擦力。
在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)Ff表示。它相當(dāng)于把汽車架離地面，并踩住制動(dòng)踏板，在輪胎周緣沿切向方向推動(dòng)車輪直至它能轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力，顯然
(1-2)
當(dāng)駕駛員松開制動(dòng)踏板時(shí)，在回位彈簧的作用下，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓（制動(dòng)鉗與制動(dòng)盤）的間隙又得以恢復(fù)，從而解除制動(dòng)。
可控制的對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)的外力稱為制動(dòng)力。產(chǎn)生及控制制動(dòng)力的裝置稱為制動(dòng)系?，F(xiàn)代汽車的制動(dòng)裝置都是利用機(jī)械摩擦來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)作用的。
1.3 制動(dòng)系的要求
汽車制動(dòng)系應(yīng)滿足以下要求：
（1） 應(yīng)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。
（2） 具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制動(dòng)效能和駐車制動(dòng)效能。
（3） 工作可靠。
（4） 制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性要好。
（5） 制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性要好。
（6） 制動(dòng)時(shí)的汽車操縱穩(wěn)定性要好。
（7） 制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程要符合人-機(jī)工程學(xué)的要求。
（8） 作用滯后的時(shí)間要盡可能短，包括從制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定的制動(dòng)效能水平所需的時(shí)間和從放開踏板至完全解除制動(dòng)的時(shí)間。
（9） 制動(dòng)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
（10） 制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長(zhǎng)，造價(jià)低的材料，并且不能對(duì)人體有害。
1.4 盤式制動(dòng)器
1.4.1盤式制動(dòng)器的特點(diǎn)
盤式動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性好。
1.4.2盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)
1）盤式制動(dòng)器在液壓的控制下制動(dòng)力大且穩(wěn)定，其制動(dòng)效能遠(yuǎn)高于鼓式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器，由于散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。盤式制動(dòng)盤直接裸露在空氣中，散熱性很好。但是盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)于鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求也較高，而且造價(jià)高于鼓式制動(dòng)器。在轎車領(lǐng)域中，盤式制動(dòng)有逐漸取代鼓式制動(dòng)的趨向。隨著材料科學(xué)的發(fā)展及成本的降低，盤式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器。
2）在輸出同樣大小的制動(dòng)力矩的條件下，盤式動(dòng)器的質(zhì)量和外形尺寸要比鼓式制動(dòng)器的小。
3）盤式的摩擦塊比鼓式的摩擦襯片在摩損后更易更換，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)容易。
4）制動(dòng)盤與摩擦塊的間隙?。?.05～0.15mm），這就縮短了活塞的操作時(shí)間，并使制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比有增大的可能。
5）制動(dòng)盤的熱膨脹不會(huì)像制動(dòng)鼓膨脹那樣引起制動(dòng)踏板行程損失，這也使間隙自動(dòng)調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得于簡(jiǎn)化。同時(shí)在制動(dòng)盤上鑄有加強(qiáng)筋，以提高制動(dòng)盤的強(qiáng)度和鑄造的工藝性能。另在制動(dòng)盤上開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱、提高制動(dòng)效率。
6）易于構(gòu)成多回路制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性和安全性。以保證汽車在任何車速下各車輪都不得能均勻一致地平穩(wěn)制動(dòng)。
7）能方便地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器摩損報(bào)警，以便于工作及時(shí)更換摩擦片。
1.4.3國(guó)內(nèi)外汽車盤式制動(dòng)器發(fā)展?fàn)顩r
1）國(guó)外盤式制動(dòng)器研發(fā)情況介紹
國(guó)外汽車研發(fā)機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的研究和試驗(yàn)，氣壓盤式制動(dòng)器在所有的主要性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器，并將其廣泛使用在新型的載重汽車上。現(xiàn)在一些歐洲汽車公司制造的汽車上，均已開始大量使用氣壓盤式制動(dòng)器總成（這種氣壓盤式車輪制動(dòng)器裝配組裝在汽車的前后車橋總成上）。氣壓盤式制動(dòng)器與傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器相比在制動(dòng)性能等方面的有明顯的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
制動(dòng)力和安全性：在間斷制動(dòng)狀態(tài)下，鼓式與盤式制動(dòng)器的制動(dòng)能力相差不大。但盤式制動(dòng)器在制動(dòng)響應(yīng)和制動(dòng)控制方面的表現(xiàn)更好一些。但在連續(xù)制動(dòng)過(guò)程中，兩種制動(dòng)器的差別很大。在長(zhǎng)距離的坡路上駛下（如下山），盤式制動(dòng)器在固定的制動(dòng)壓力下，完全不失去初始性能，汽車能全程保持一定的速度行駛。相反，裝有鼓式制動(dòng)器的汽車，為保持速度，須逐漸增加制動(dòng)壓力。持續(xù)制動(dòng)后，在同等制動(dòng)壓力下，盤式制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力只是略有下降，而鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力下降非常大，這兩種制性動(dòng)器的安全因數(shù)有著很大的差別。
??? 結(jié)構(gòu)和成本：盤式制動(dòng)器系統(tǒng)包括盤、襯墊、缸和卡鉗，其零件數(shù)少于鼓式制動(dòng)器系統(tǒng)，同類車型相比其總成的總質(zhì)量比鼓式制動(dòng)器低18%。盤式制動(dòng)器總成可以作為一個(gè)完整的部件送到車橋裝配線，此部件即包括了盤式制動(dòng)器的所有零件。這樣就有一個(gè)特別的優(yōu)越性，就是可以把所有機(jī)械功能預(yù)調(diào)好的、經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的裝置提供給用戶，因而產(chǎn)品的責(zé)任有了明確規(guī)定。
??? 維修保養(yǎng)：盤式制動(dòng)器的整套操作機(jī)構(gòu)密封在外殼中，經(jīng)潤(rùn)滑以延長(zhǎng)其壽命。所以盤式制動(dòng)器幾乎是無(wú)需維修的，維修主要是更換磨損零件，即襯墊和盤。而且，更換襯墊所需的時(shí)間也比更換鼓式制動(dòng)器材套所需的時(shí)間少80%。這意味著不僅可以節(jié)省維修成本，還能大大縮短非運(yùn)營(yíng)時(shí)間。
???電子制動(dòng)控制系統(tǒng)（EBS）：盤式制動(dòng)器由于采用簡(jiǎn)單且相當(dāng)成熟的操作機(jī)構(gòu)，因而具有特別高的效率。其提供的制動(dòng)靈敏性使EBS系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)一些強(qiáng)而有效的控制作用，用以縮短制動(dòng)距離，提高車輛的穩(wěn)定性和磨損率。盤式制動(dòng)器在響應(yīng)方面的特性，表現(xiàn)在每個(gè)車輪制動(dòng)相差很小，每個(gè)車軸的左右車輪之間的磨損分配均勻。
2）國(guó)內(nèi)汽車盤式制動(dòng)器應(yīng)用情況
??? 隨著我國(guó)汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是轎車工業(yè)的發(fā)展,合資企業(yè)的引進(jìn)，國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采應(yīng)用盤式制動(dòng)器配置才逐步在我國(guó)形成規(guī)模。特別是在提高整車性能、保障安全、提高乘車者的舒適性，滿足人們不斷提高的生活物質(zhì)需求、改善生活環(huán)境等方面都發(fā)揮了很大的作用。
?在轎車、微型車、輕卡、SUV及皮卡方面：在從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般采用了混合的制動(dòng)形式，即前車輪盤式制動(dòng)，后車輪鼓式制動(dòng)。因轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%，所以前輪制動(dòng)力要比后輪大。生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用了前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)的混合匹配方式。采用前盤后鼓式混合制動(dòng)器，這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)槠囋诰o急制動(dòng)時(shí)，軸荷前移，對(duì)前輪制動(dòng)性能的要求比較高，這類前制動(dòng)器主要以液壓盤式制動(dòng)器為主流，采用液壓油作傳輸介質(zhì)，以液壓總泵為動(dòng)力源，后制動(dòng)器以液壓式雙泵雙作用缸制動(dòng)蹄匹配。目前大部分轎車采用前盤后鼓式混合制動(dòng)器。2004年我國(guó)共產(chǎn)此類車計(jì)110萬(wàn)輛以上。但隨著高速公路等級(jí)的提高，乘車檔次的上升，特別上國(guó)家安全法規(guī)的強(qiáng)制實(shí)施，前后輪都用盤式制動(dòng)器是趨勢(shì)。
3）未來(lái)汽車盤式制動(dòng)器的研究應(yīng)注重以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
（1）提高制動(dòng)效能、防止塵污和銹蝕；
（2）減輕重量、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本；
（3）電子報(bào)警和智能化系統(tǒng)的發(fā)展；
（4）實(shí)用性更強(qiáng)與壽命更長(zhǎng)。
盤式制動(dòng)器在汽車的應(yīng)用上，一般是由于受車輪輪轂的外形尺寸限制,在小型車上大量使用的是液壓盤式制動(dòng)器,以配合整車的液壓制動(dòng)回路的匹配；隨著汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展,特別是重型汽車轎車化的配置要求，重型車使用氣壓盤式制動(dòng)器已經(jīng)十分普遍，歐洲汽車公司制造的汽車上，均已開始大量使用氣壓盤式制動(dòng)器總成。
第2章 方案論證
2.1 制動(dòng)器的主要類型
制動(dòng)器是具有使運(yùn)動(dòng)部件(或運(yùn)動(dòng)機(jī)械)減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置。是使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)件停止或減速的機(jī)械零件。俗稱剎車、閘。制動(dòng)器主要由制架、制動(dòng)件和操縱裝置等組成。
目前，廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式三種。①鼓式制動(dòng)器分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩類。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面與制動(dòng)蹄摩擦片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩。②盤式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件是一個(gè)垂向安放且以兩側(cè)面為工作面的制動(dòng)盤，其固定摩擦元件一般是位于制動(dòng)盤兩側(cè)并帶有摩擦片的制動(dòng)塊。當(dāng)制動(dòng)盤被兩側(cè)的制動(dòng)塊夾緊時(shí)，摩擦面便產(chǎn)生作用于制動(dòng)盤上的摩擦力矩以阻止車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。③鼓式制動(dòng)器的帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器，這里不做考慮。
2.2 制動(dòng)器的工作原理
2.2.1鼓式制動(dòng)器的工作原理
典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵）、回位彈簧、定位銷等零部件組成。底板安裝在車軸的固定位置上，它是固定不動(dòng)的，上面裝有制動(dòng)蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷，承受制動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓有一對(duì)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上有摩擦襯片。制動(dòng)鼓則是安裝在輪轂上，是隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似園鼓狀。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)蹄壓迫制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓受到摩擦減速，迫使車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
在轎車制動(dòng)鼓上，一般只有一個(gè)輪缸，在制動(dòng)時(shí)輪缸受到來(lái)自總泵液力后，輪缸兩端活塞會(huì)同時(shí)頂向左右制動(dòng)蹄的蹄端，作用力相等。但由于車輪是旋轉(zhuǎn)的，制動(dòng)鼓作用于制動(dòng)蹄的壓力左右不對(duì)稱，造成自行增力或自行減力的作用。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為領(lǐng)蹄，自行減力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱為從蹄，領(lǐng)蹄的摩擦力矩是從蹄的2～2.5倍，兩制動(dòng)蹄摩擦襯片的磨損程度也就不一樣。
為了保持良好的制動(dòng)效率，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間要有一個(gè)最佳間隙值。隨著摩擦襯片磨損，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的間隙增大，需要有一個(gè)調(diào)整間隙的機(jī)構(gòu)。過(guò)去的鼓式制動(dòng)器間隙需要人工調(diào)整，用塞尺調(diào)整間隙。現(xiàn)在轎車鼓式制動(dòng)器都是采用自動(dòng)調(diào)整方式，摩擦襯片磨損后會(huì)自動(dòng)調(diào)整與制動(dòng)鼓間隙。當(dāng)間隙增大時(shí)，制動(dòng)蹄推出量超過(guò)一定范圍時(shí)，調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)會(huì)將調(diào)整桿（棘爪）拉到與調(diào)整齒下一個(gè)齒接合的位置，從而增加連桿的長(zhǎng)度，使制動(dòng)蹄位置位移，恢復(fù)正常間隙。
2.2.2盤式制動(dòng)器的工作原理
盤式制動(dòng)器又稱為碟式制動(dòng)器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)。制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就好象用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來(lái)一樣。這種制動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車停下。有些盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤上還開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。
圖2-1制動(dòng)原理圖
2.2.3盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，
即效能較穩(wěn)定；
(2) 浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常；
(3) 制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)象制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣
使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大；
(4) 較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡(jiǎn)便。
(5) 對(duì)于鉗盤式制動(dòng)器而言，因?yàn)橹苿?dòng)盤外露，還有散熱良好的優(yōu)點(diǎn)。
方案初步選取：基于以上比較盤式制動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，以及微型客車對(duì)制動(dòng)器安全性要求較高，其效能穩(wěn)定性要好，所以不能選擇效能穩(wěn)定性較差的鼓式制動(dòng)器，所以可以初步確定為盤式制動(dòng)器
2.3 盤式制動(dòng)器方案比較
2.3.1 固定鉗式盤式制動(dòng)器
固定鉗式盤式制動(dòng)器如圖2-2所示，其制動(dòng)鉗體固定在轉(zhuǎn)向節(jié)（或橋殼）上，在制動(dòng)鉗體上有兩個(gè)液壓油缸，其中各裝一個(gè)活塞。當(dāng)壓力油液進(jìn)入兩個(gè)油缸活塞外腔時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)活塞向內(nèi)將位于制動(dòng)盤兩側(cè)的制動(dòng)塊總成壓緊到制動(dòng)盤上，從而將車輪制動(dòng)。當(dāng)放松制動(dòng)踏板使油液壓力減少時(shí)，回位彈簧則將兩制動(dòng)塊總成及活塞推離制動(dòng)盤。這種結(jié)構(gòu)形式又稱為對(duì)置活塞式或浮動(dòng)活塞式固定鉗式盤式制動(dòng)器。固定鉗式盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗剛度好，除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其他滑動(dòng)件。但由于需采用兩個(gè)油缸并分置制動(dòng)盤的兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤的內(nèi)部油道或外部油管來(lái)連通。這就使得制動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的熱經(jīng)制動(dòng)鉗體上的油路傳給制動(dòng)油液，易使其由于溫度過(guò)高而產(chǎn)生氣泡，影響制動(dòng)效果。微型客車從結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性上考慮都不適用固定鉗式盤式制動(dòng)器。近年來(lái)，由于汽車性能要求的提高，固定鉗式固有的弱點(diǎn)使之不能完全適應(yīng)這些要求，故不采納固定鉗式盤式制動(dòng)器。
活塞
制動(dòng)鉗體
摩擦片塊
車橋
進(jìn)油口
制動(dòng)盤
缺點(diǎn)：油缸多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制動(dòng)鉗尺寸大。
油路中的制動(dòng)液受制動(dòng)盤加熱易汽化。
圖2-2固定鉗式盤式制動(dòng)器
2.3.2 浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器
浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的。其浮動(dòng)方式有兩種，一種是制動(dòng)鉗體可作平行滑動(dòng)，另一種的制動(dòng)鉗體可繞一支撐銷擺動(dòng)。但它們的制動(dòng)油缸都是單側(cè)的，且與油缸同側(cè)的制動(dòng)塊總成為活動(dòng)的，而另一側(cè)的制動(dòng)總成則固定在鉗體上。制動(dòng)時(shí)在油液壓力作用下，活塞推動(dòng)該側(cè)活動(dòng)的制動(dòng)塊總成壓靠到制動(dòng)盤，而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定于其上的制動(dòng)塊總成壓向制動(dòng)盤的另一側(cè)，直到兩側(cè)的制動(dòng)塊總成的受力均等為止。浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤的一側(cè)裝油缸，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于布置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可將制動(dòng)器近一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊可兼用于行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)。由于浮動(dòng)鉗沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，減少了油液受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)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(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)油液溫度比固定鉗式的低30 ℃~50℃，汽化的可能性較小。相比于固定鉗式浮動(dòng)鉗式可將油缸和活塞等精密件減去一半，造價(jià)大為降低。
2.3.3 全盤式制動(dòng)器
全盤式制動(dòng)器由固定摩擦圓盤和旋轉(zhuǎn)圓盤組成。定圓盤通過(guò)導(dǎo)向平鍵或花鍵聯(lián)接(見(jiàn)鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接)于固定殼體內(nèi)，而動(dòng)圓盤用導(dǎo)向平鍵或花鍵裝在制動(dòng)軸上，并隨軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)受到軸向力時(shí),動(dòng)、定圓盤相互壓緊而制動(dòng)。為增多盤數(shù)和在圓盤表面覆蓋一層石棉等摩擦材料可增大制動(dòng)力矩。其工作原理如摩擦離合器，故又稱離合器式制動(dòng)器。這種制動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦面積大，制動(dòng)力矩大，但散熱條件差，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)成本高，故不予以采用。
綜上所述：選擇方案三浮動(dòng)盤式制動(dòng)器最為理想?；瑒?dòng)鉗式制動(dòng)器由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小和耐高溫，它既滿足了制動(dòng)安全實(shí)用性也具有較低的生產(chǎn)成本，得到了廣泛的應(yīng)用，所以我考慮選用滑動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器做為微型客車的制動(dòng)器。
35
第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 設(shè)計(jì)要求
采用盤式制動(dòng)器。要求對(duì)制動(dòng)力、制動(dòng)力分配系數(shù)、制動(dòng)器因數(shù)等進(jìn)行計(jì)算。對(duì)制動(dòng)器主要零件，如制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、摩擦襯片（襯塊）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算。
3.2 整車參數(shù)
車型：捷達(dá)微型客車
基本參數(shù)：
1）軸距：L=2350mm；
2）最高車速：=105 Km/h；
3）汽車空載質(zhì)量：=985Kg； 汽車滿載總質(zhì)量： =1620Kg；
4）空載時(shí)汽車的質(zhì)心高度：=800mm； 滿載時(shí)汽車的質(zhì)心高度為=930mm；
5）汽車空載時(shí)的軸荷分配：前軸60%，后軸40%；
汽車滿載時(shí)的軸荷分配：前軸52%，后軸48%；
6）汽車空載時(shí)質(zhì)心到前后軸的距離：
= L*0.40
=2350*0.40
=940mm；
= L*0.60
=2350*0.60
=1410mm；
汽車滿載時(shí)質(zhì)心到前后軸的距離：
=L*0.52
=2350*0.52
=1222mm；
=L*0.40
=2350*0.48
=1128mm；
7）車輪有效半徑re
選用80系列輪胎，查閱GB/2978_1997， 155/80R13 新胎滾動(dòng)半徑為281mm, 得有效半徑為Re=281mm。
3.2 受力分析
圖3-1所示為汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。圖中忽略了空氣阻力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩以及汽車的滾動(dòng)阻力偶矩。另外，在以下的分析中還忽略了制動(dòng)時(shí)車輪邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)的情況，并且附著系數(shù)為定值φ。
圖3-1制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
根據(jù)圖3-1給出的汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力情況，并對(duì)后軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，得平衡式為
（3-1）
對(duì)前軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，得平衡式為
（3-2）
式中 ──汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)前軸車輪的法向反力，N；
──汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)后軸車輪的法向反力，N；
L ──汽車軸距，N；
──汽車質(zhì)心離前軸距離，mm；
──汽車質(zhì)心離后軸距離，mm；
Hg ──汽車質(zhì)心高度，mm；
G ──汽車所受重力，N；
──汽車制動(dòng)減速度，m/s。
令= ,q 稱為制動(dòng)強(qiáng)度。
若在附著系數(shù)為φ的路面上制動(dòng)，前、后均抱死，這時(shí)汽車總的地面制動(dòng)力為
（3-3）
前、后車輪中的附著力為
（3-4）
根據(jù)文獻(xiàn)[4]前后車輪的附著力為
（3-5）
（3-6）
對(duì)于大多數(shù)兩軸汽車，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值為一定值，并以前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總的制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用β表示，即
（3-7）
此時(shí)
（3-8）
（3-9）
（3-10）
式中 ──前、后車輪的地面制動(dòng)力；
──前、后車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力；
──前、后車輪的附著力；
β──制動(dòng)力分配系數(shù)
由（3-1）、（3-2）、（3-5）～（3-7）式可得前后軸車輪的利用附著系數(shù)為
= （3-11）
= （3-12）
則前后軸的附著效率為
（3-13）
（3-14）
式中 ， ──前、后車輪的利用附著系數(shù)；
， ──前后軸的附著效率。
以上式子表明：汽車在附著系數(shù)φ為任一確定值時(shí)，各軸車輪附著力即極限制動(dòng)力并不是常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或的函數(shù)。當(dāng)汽車制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，以及前、后車輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)的情況有三種，即
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(shí)抱死拖滑。
顯然，最后一種情況的附著條件利用得最好。
因此我們不難求得在任何附著系數(shù)φ的路面上，前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件為
（3-15）
（3-16） 式中 ──前、后車輪的地面制動(dòng)力；
由式（3-15）、（3-16）中消去φ得
（3-17）
----注：（公式（3-1）～（3－17）參考文獻(xiàn)[4]）
將（3-17）繪制成以為坐標(biāo)的曲線，即為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，也稱為I曲線，如圖3-2所示。如果汽車前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力的規(guī)律分配，則可以保證汽車在任何一種路面上，也就是任一附著系數(shù)φ的路面上制動(dòng)時(shí)，均可以使前、后車輪同時(shí)抱死。
圖3-2 微型客車的I曲線
3.4 同步附著系數(shù)的確定及計(jì)算
（3-18）
上式在圖3-2中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線，它是具有制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)為的汽車的實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)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(dòng)性能的一個(gè)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(jì)算公式是：
（3-19）
對(duì)于前、后制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死。當(dāng)汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況：
(1)當(dāng)<，線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)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(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)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(dòng)過(guò)程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無(wú)任何車輪抱死時(shí)的制動(dòng)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(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即q=，q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)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(lái)表達(dá)，可定義為：
（3-20）
式中 ——汽車總的地面制動(dòng)力，N；
G——汽車所受重力，N；
q——制動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)=時(shí)， q=，=1,利用率最高。
如何選擇同步附著系數(shù)，是采用恒定前后制動(dòng)力分配比的汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問(wèn)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(dòng)力的分配比。
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(dòng)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)。總之，的選擇是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，上述各因數(shù)對(duì)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(jì)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：0.65～0.80；輕型客車、輕型貨車：0.55～0.70；大型客車及中重型貨車：0.45～0.65。
現(xiàn)代汽車多裝有比例閥或感載比例閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度、載荷等因素來(lái)改變前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值，使之接近于理想制動(dòng)力分配曲線。
為保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車在0.15≤q≤0.8，其他汽車在0.15≤q≤0.3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0.2≤≤0.8的范圍內(nèi)，必須滿足q≥0.1+0.85(-0.2)。
綜上所述，捷達(dá)微型客車的同步附著系數(shù)選取0.72。
表2.5 各種路面的附著系數(shù)
路面
峰值附著系數(shù)
滑動(dòng)附著系數(shù)
瀝青或混凝土（干）
0.8～0.9
0.75
瀝青（濕）
0.5～0.7
0.45～0.6
混凝土（濕）
0.8
0.7
碩石
0.6
0.55
土路（干）
0.68
0.65
土路（濕）
0.55
0.4～0.5
雪（壓緊）
0.2
0.15
冰
0.1
0.07
3.5 制動(dòng)力、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率的計(jì)算
3.5.1滿載時(shí)的情況
1） 汽車在理想路面上行駛
即當(dāng)φ=時(shí)，有：，，故
=
=1500*9.8*0.72
=10672 N
q=φ=0.72；ε =q/φ=1
=
式中 ──汽車前、后軸車輪的地面制動(dòng)力，N；
──汽車總的地面制動(dòng)力，N；
──前、后軸車輪附著力，N；
q──制動(dòng)強(qiáng)度；
ε──附著系數(shù)利用率；
G──汽車所受重力，N；
g──重力加速度，；
──前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力（又稱制動(dòng)周緣力）,N；
──單個(gè)前輪制動(dòng)器制動(dòng)力,N。
2）當(dāng)汽車在較差路面行駛
即當(dāng)〈時(shí)，汽車可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前
剛剛首先抱死的條件，即。若取φ=0.5，則制動(dòng)力FB可以寫為
（3-19）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫為
（3-20）
附著系數(shù)利用率可以寫為
（3-21）
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力為
（3-22）
3） 當(dāng)汽車在較好路面行駛
即當(dāng)φ >時(shí)，汽車可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。若取=0.9，則
制動(dòng)力可以寫為
（3-23）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫為
（3-24）
附著系數(shù)利用率可以寫為
可得后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力為
從以上的計(jì)算結(jié)果均通過(guò)Math lab編程運(yùn)算得出，詳見(jiàn)運(yùn)算表格，從結(jié)果可知路面條件越好，車輪與路面間的附著系數(shù)越高，則前輪制動(dòng)器所承受的制動(dòng)力和制動(dòng)力矩就越大。
3.5.2 空載的情況
1）當(dāng)=時(shí)，有：
故
q=φ=0.47；ε =q/φ=1
=
2）當(dāng)φ〈φ0 時(shí)，汽車可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即FB1=Fφ1。若取φ0=0.3
則制動(dòng)力FB可以寫為
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫為
（3-25）
附著系數(shù)利用率可以寫為
（3-26）
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力為
3）當(dāng)φ >φ0時(shí)，汽車可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛抱死的條件，即=。若取φ=0.6，則
制動(dòng)力FB可以寫為
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫為
（3-27）
附著系數(shù)利用率可以寫為
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力FB2為
（公式（3－19）～（3－27）參考文獻(xiàn)[4]）
3.6 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩的計(jì)算
最大制動(dòng)力矩是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的發(fā)向力成正比。
對(duì)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數(shù)值的汽車，為了保證在>的良好路面上能夠制動(dòng)到后軸車輪和前軸車輪先后抱死滑移，前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為
（3-28）
（3-29）
對(duì)于常遇到的道路條件較好、車速較高因而選取了較大的同步附著系數(shù)值的汽車，應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。在〈的良好路面上，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度q〈，所以所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為
（3-30）
（3-31）
式中 ──為該車所能遇到的最大的附著系數(shù)。
對(duì)于微型客車來(lái)說(shuō)，它通常是在較好的路面上行駛，所以它適用第二種情況，這里可以取=0.9，
由此可知單個(gè)制動(dòng)器所需要提供的制動(dòng)力和制動(dòng)力矩為：
= /2
=4371.9 N
=
=1228.5 N?m
（公式（3－28）～（3－31）參考文獻(xiàn)[4]）
3.7 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.7.1制動(dòng)盤
制動(dòng)盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，其結(jié)構(gòu)形狀有平板形和禮帽型兩種，我所選用的是禮帽型，制動(dòng)盤的工作表面要光滑平整。初步確定制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：
圖3-3 禮帽型制動(dòng)盤
1）制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D希望盡量的大些，因?yàn)檫@樣制動(dòng)盤的有效半徑將得以增大，這樣就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但是，制動(dòng)盤直徑D又受到輪輞直徑的限制。通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇為輪輞直徑的70%-79%，對(duì)于總質(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限。
作為一款微型客車，滿載時(shí)的總質(zhì)量有1620kg,我對(duì)該車前輪制動(dòng)器制動(dòng)盤的直徑選擇為輪輞直徑的75%，給定的輪胎參數(shù)為：155，這就是說(shuō)輪輞直徑為330mm。那么:
制動(dòng)盤直徑
D=d×75%
=330×75%
=248mm
式中 d─輪輞直徑，d=13英寸=330mm
2）制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為了使質(zhì)量不至于太大，制動(dòng)盤的厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些，為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度又不宜過(guò)小。制動(dòng)盤可以做成實(shí)心的，為了通風(fēng)散熱，降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，又可以在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為10～20mm,具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤兩工作面之間的尺寸一般取20～30mm。
作為一款經(jīng)濟(jì)型微型客車，如果制動(dòng)盤鑄出通風(fēng)孔，會(huì)加大工作量，增加加工工序，成本也會(huì)隨之增加。為了降低成本，所以我選用實(shí)心的制動(dòng)盤，厚度為h=14mm，這種制動(dòng)盤可以滿足制動(dòng)要求。
3.7.2制動(dòng)塊
制動(dòng)塊有背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。
圖3-4 制動(dòng)塊結(jié)構(gòu)圖
1）摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑
一般摩擦襯塊的外半徑與內(nèi)半徑的比值不應(yīng)偏大。因?yàn)?，如果比值偏大，工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會(huì)不均勻，接觸面積將減少，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
經(jīng)過(guò)計(jì)算參考，選擇=72mm，=122mm。
2）摩擦襯塊的工作面積A
單片襯塊作用面
3）摩擦襯塊的材料
選擇摩擦塊時(shí)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(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求。各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于250℃時(shí)，保持摩擦系數(shù)f=0.35～0.40已無(wú)大問(wèn)題。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，取f=0.35可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際。另外，在選擇摩擦材料時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無(wú)害的材料。
3.7.3制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗由球墨鑄鐵制造，鑄成一個(gè)整體，其外緣留有開口，不必拆下制動(dòng)鉗便可以檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體要有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動(dòng)油缸，活塞用鑄鋁合金制成，表面還要進(jìn)行鍍鉻處理。主要尺寸參照?qǐng)D紙。
盤式制動(dòng)器制動(dòng)鉗的布置可在車軸之前車軸之后，如果制動(dòng)鉗位于軸前可避免輪胎向鉗內(nèi)甩濺泥水污物；位于軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承徑向合力，如圖3-5所示。
圖3-5制動(dòng)鉗的位置對(duì)輪轂軸承載荷的影響
（a）制動(dòng)鉗位于車軸前；（b）制動(dòng)鉗位于車軸后
1─車輪；2 ─制動(dòng)盤；3 ─輪轂
圖中Z ─路面法向反力； ─制動(dòng)力；P ─與Z的合力及相應(yīng)的支撐反力；，─制動(dòng)稱塊對(duì)制動(dòng)盤的摩擦反力及相應(yīng)的支撐反力；Q─輪轂軸承的徑向合力
3.7.4密封圈
盤式制動(dòng)器是汽車液壓制動(dòng)系統(tǒng)的換代產(chǎn)品,橡膠矩形密封圈(簡(jiǎn)稱矩形圈) 是其關(guān)鍵部件之一,其質(zhì)量直接影響盤式制動(dòng)器的密封性能及活塞回位的靈敏度和可靠性?，F(xiàn)將矩形圈生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的雜質(zhì)、缺膠、磨削和切割質(zhì)量差及色斑問(wèn)題的產(chǎn)生原因及解決措施簡(jiǎn)介如下。
矩形圈采用先硫化成膠筒,再磨削、切割(帶芯棒) 成矩形圈的方法生產(chǎn),工藝流程為:膠料混煉→停放→返煉→擠出→硫化→套芯棒→磨削→切割→清洗→檢驗(yàn)→入庫(kù)。
其主要質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生原因及解決措施
1）雜質(zhì)
主要原因: 原料含有雜質(zhì)； 膠料混煉過(guò)程中混入雜質(zhì)； 混煉膠停放、搬運(yùn)過(guò)程中混入雜質(zhì)； 擠出膠條停放、搬運(yùn)過(guò)程中混入雜質(zhì)； 模腔不干凈。
解決措施: 各種小料過(guò)篩,母煉膠過(guò)濾； 膠料混煉前清洗煉膠機(jī),保持混煉現(xiàn)場(chǎng)干凈； 混煉膠自然冷卻后,用干凈塑料薄膜包裝后,再搬運(yùn)；返煉前清洗煉膠機(jī),擠出膠條自然冷卻后用塑料袋盛裝；保持硫化現(xiàn)場(chǎng)干凈保證膠條不落地,裝模前清除模腔中的雜物。
2）缺膠
主要原因: 模具壓注腔的注膠孔少、孔徑?。粩D出膠條停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng),膠料流動(dòng)性變差； 硫化壓力不足或波動(dòng)大。
解決措施: 適當(dāng)增加模具壓注腔的注膠孔并加大孔徑； 擠出膠條的停放時(shí)間控制在4～32 h 范圍內(nèi),并在硫化前預(yù)熱(80 ℃×10 min) ；確保硫化壓力達(dá)到工藝要求并保持其穩(wěn)定。
3）磨削質(zhì)量差
主要原因: 磨床頂針圓錐段端面及芯棒端面和軸向跳動(dòng)度設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致磨削膠筒壁厚偏差及壁內(nèi)、外表面平行度不符合要求；砂輪表面的砂粒粒徑過(guò)大,導(dǎo)致膠筒磨削面出現(xiàn)周向溝槽；砂輪松動(dòng),導(dǎo)致膠筒磨削面凹凸不平； 磨削進(jìn)刀量過(guò)大,導(dǎo)致膠筒壁厚不均勻。
解決措施: 磨削前,用千分表檢查磨床頂針圓錐段端面及芯棒端面和軸向跳動(dòng)度,確保各跳動(dòng)度不大于0. 01 mm； 砂輪更換或調(diào)整后,應(yīng)用金鋼鉆精磨砂輪表面,并先磨削邵爾A 型硬度為80～85 度的膠棒5～6 min； 確保砂輪穩(wěn)固不松動(dòng)； 第1 次進(jìn)刀量為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)刻度盤,當(dāng)砂輪接觸到膠筒時(shí),手動(dòng)旋轉(zhuǎn)芯棒一周,膠筒被砂輪摩擦的一周都有擦痕的刻度盤刻度;第2 刀和倒數(shù)第2 刀間的每次進(jìn)行刀量應(yīng)不大于15個(gè)刻度(每個(gè)刻度0102 mm) ,每次磨削一個(gè)行程;最后一次進(jìn)刀量應(yīng)不大于5 個(gè)刻度,磨削兩個(gè)行程。
4）切割質(zhì)量差
主要原因: 切割高度設(shè)置不合理,導(dǎo)致矩形圈高度偏差較大； 刀片裝卸頻繁,刀柄的裝刀夾頭由于磨損而導(dǎo)致刀片松動(dòng),致使矩形圈端面出現(xiàn)波紋及端面內(nèi)外棱角處出現(xiàn)鋸齒口等現(xiàn)象；芯棒端面和軸向跳動(dòng)度設(shè)置不當(dāng),導(dǎo)致膠筒切割斷面與中心線不垂直； 刀片溫度過(guò)高，由于刀片與膠筒切割面摩擦、擠壓, 刀片溫度較高,高溫刀片切割膠筒時(shí),焦燒的膠末被磨擦、擠壓而粘附于斷面上,致使矩形圈端面無(wú)光澤。
解決措施: 切割高度值設(shè)定在公差范圍內(nèi)； 用自制刀柄替代原來(lái)的刀柄。刀柄制作工藝為:先制作100 mm ×20 mm ×20 mm 的金屬(鋼) 長(zhǎng)方體,然后在其一矩形面的長(zhǎng)度方向左側(cè)2 mm處開設(shè)24 mm ×0. 5 mm ×6 mm的槽,再在槽右側(cè)面開一個(gè)直通到槽的絲孔,即制成刀柄。這種刀柄結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,刀片裝卸方便、安裝緊固,徹底解決了刀片松動(dòng)問(wèn)題； 切割前用千分表檢查芯棒端面和軸向跳動(dòng)度,保證各跳動(dòng)度不大于0.03 mm； 設(shè)計(jì)一個(gè)輸水裝置,給刀片均勻滴水,以控制刀片溫度。
5）色斑
主要原因:產(chǎn)品未洗滌干凈。
解決措施:在洗衣機(jī)中,先用體積比1∶8 的洗滌劑/ 水混合液洗滌產(chǎn)品5 min ,再用清水清洗3次,每次清洗2 min ,然后自然晾干。
此次按照結(jié)構(gòu)推算采用的密封圈如圖3-7所示，通過(guò)分析矩形圈產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題的原因并采取相應(yīng)的解決措施。
3.8 制動(dòng)器因數(shù)及制動(dòng)距離的計(jì)算
3.8.1制動(dòng)器因數(shù)的計(jì)算
制動(dòng)器因數(shù)又稱為制動(dòng)器效能因數(shù)，它表示制動(dòng)器的效能，用BF表示。其實(shí)質(zhì)是制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩，用于比較不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)器的效能。制動(dòng)器因數(shù)可以定義為在制動(dòng)盤的作用半徑上所能產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
（3-32）
式中 R---制動(dòng)盤的作用半徑；P---輸入力，一般取加于兩制動(dòng)塊的壓緊力；
因?yàn)槲⑿涂蛙嚽拜喼苿?dòng)器選用的是鉗盤式制動(dòng)器，設(shè)兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力均為P，則制動(dòng)盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2fP，那么鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為
式中 f---盤與制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)。
利用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，我們可以取f=0.35,那么，該車前輪制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)為
3.8.2制動(dòng)器距離的計(jì)算
制動(dòng)距離是制動(dòng)效能的一個(gè)重要指標(biāo)，即
（3－33）
式中 ---制動(dòng)初速度，在這里取=80
則該車的制動(dòng)距離為
=50.67m
（公式（3－32）、（3－33）參考文獻(xiàn)[4]）
3.9 校核計(jì)算
3.9.1 摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算
摩擦襯塊的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車的制動(dòng)過(guò)程是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢(shì)能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來(lái)不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則襯塊的磨損愈嚴(yán)重。
制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率又稱為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W／mm2。
雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為
（3-34）
（3-35）
（3-36）
式中 ——汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；
——汽車總質(zhì)量；
，——汽車制動(dòng)初速度與終速度，m／s；計(jì)算時(shí)轎車取km/h(27.78m/s)；質(zhì)量3.5t以下的貨車取=80km/h(22.2m/s)；總質(zhì)量3．5t以上的貨車取=65km／h(18m／s)；
j——制動(dòng)減速度，m／s2，計(jì)算時(shí)取j=0．6g；
t——制動(dòng)時(shí)間，s；
Al，A2——前、后制動(dòng)器襯塊的摩擦面積；
——制動(dòng)力分配系數(shù)。
在緊急制動(dòng)到時(shí)，并可近似地認(rèn)為，則有
（3－37）
（3－38）
鼓式制動(dòng)器的比能量耗損率以不大于1.8W／mm2為宜，但當(dāng)制動(dòng)初速度低于式下面所規(guī)定的值時(shí)，則允許略大于1.8W／mm2。轎車盤式制動(dòng)器的
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