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摘要
目前，隨著汽車行業(yè)的日益興旺，對(duì)汽車零件的要求也越來越高，制動(dòng)系執(zhí)行機(jī)構(gòu)-制動(dòng)器的設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致汽車制動(dòng)系統(tǒng)的忽視進(jìn)而使汽車交通事故現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。因此正確的制動(dòng)器設(shè)計(jì)應(yīng)該被準(zhǔn)確深入研究。
本文對(duì)應(yīng)用在豪華客車上的氣壓制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，對(duì)制動(dòng)系的參數(shù)選擇進(jìn)行詳細(xì)的分析，并且估算了應(yīng)用該豪華客車的制動(dòng)器的參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)主要部件制動(dòng)蹄片進(jìn)行了受力分析，并且分析在駐車情況下車的受力及坡角。
豪華客車上的氣壓凸輪制動(dòng)器對(duì)汽車安全性能的提高起到重要作用，這也為以后的研究設(shè)計(jì)提供了必備的參數(shù)。
關(guān)鍵詞：客車；制動(dòng)器；參數(shù)；分析；結(jié)構(gòu)。
Abstract
At present, as the auto industry's increasingly prosperous auto parts are also getting higher and higher requirements, implementation of the braking system - brake design flaw led to the neglect of the vehicle braking system so that the phenomenon of more and more serious car accident. Therefore, the correct brake designed to be accurate and in-depth study.
Application of this article in the luxury passenger car brake pressure on the design parameters of the braking system of choice for detailed analysis and estimates the application of the luxury passenger car brakes in the form and structure of the parameters, at the same time the brakes on the brake of the main brake parts Carried out a shoe analysis, and analysis of the situation in the car and get off in the force and slope angle.
The luxury bus cam brake pressure on the improvement of vehicle safety performance has played an important role in this for the future research and design to provide the necessary parameters.
Key words: passenger cars; brakes; parameters; analysis; structure.
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1 緒論
1.1 汽車制動(dòng)系概述
盡可能提高車速是提高運(yùn)輸生產(chǎn)率的主要技術(shù)措施之一。但這一切必須以保證行駛安全為前提。因此，在寬闊人少的路面上汽車可以高速行駛。但在不平路面上，遇到障礙物或其它緊急情況時(shí)，應(yīng)降低車速甚至停車。如果汽車不具備這一性能，提高汽車行駛速度便不可能實(shí)現(xiàn)。所以，需要在汽車上安裝一套可以實(shí)現(xiàn)減速行駛或者停車的制動(dòng)裝置——制動(dòng)系統(tǒng)。
制動(dòng)系是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的行駛安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車密度的日益增大，交通事故時(shí)有發(fā)生。因此，為保證汽車行駛安全，應(yīng)提高汽車的制動(dòng)性能，優(yōu)化汽車制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)。
制動(dòng)裝置可分為行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和輔助制動(dòng)四種裝置。其中行駛中的汽車減速至停止的制動(dòng)系叫行車制動(dòng)系。使已停止的汽車停駐不動(dòng)的制動(dòng)系稱為駐車制動(dòng)系。每種車都必須具備這兩種制動(dòng)系。應(yīng)急制動(dòng)系成為第二制動(dòng)系，它是為了保證在行車制動(dòng)系失效時(shí)仍能有效的制動(dòng)。輔助制動(dòng)系的作用是使汽車下坡時(shí)車速穩(wěn)定的制動(dòng)系。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)是一套用來使四個(gè)車輪減速或停止的零件。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)動(dòng)作開始。踏板裝在頂端帶銷軸的桿件上。踏板的運(yùn)動(dòng)促使推桿移動(dòng)，移向主缸或離開主缸。
主缸安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室的隔板上，主缸是一個(gè)由駕駛員通過踏板操作的液壓泵。當(dāng)踏板被踩下，主缸迫使有壓力的制動(dòng)液通過液壓管路到四個(gè)車輪的每個(gè)制動(dòng)器。液壓管路由鋼管和軟管組成。它們將壓力液從主缸傳遞到車輪制動(dòng)器。
盤式制動(dòng)器多用于汽車的前輪，有不少車輛四個(gè)車輪都用盤式制動(dòng)器。制動(dòng)盤裝在輪輞上、與車輪及輪胎一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，主缸的液體壓力傳遞到盤式制動(dòng)器。該壓力推動(dòng)摩擦襯片靠到制動(dòng)盤上，阻止制動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1-1汽車制動(dòng)系統(tǒng)的基本部件
1.液壓助力制動(dòng)器 2.主缸和防抱死裝置 3.前盤式制動(dòng)器 4.制動(dòng)踏板 5.駐車制動(dòng)桿 6.防抱死計(jì)算機(jī) 7.后盤式制動(dòng)器
很多汽車都采用助力制動(dòng)系統(tǒng)減少駕駛員在制動(dòng)停車時(shí)必須加到踏板上的力。助力制動(dòng)器一般有兩種型式。最常見的型式是利用進(jìn)氣歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一種型式是采用泵產(chǎn)生液壓力提供助力。
駐車制動(dòng)器總成用來進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，防止停放的車輛溜車，在液壓制動(dòng)完全失效時(shí)實(shí)現(xiàn)停車。絕大部分駐車制動(dòng)器用來制動(dòng)兩個(gè)后車輪。有些前輪驅(qū)動(dòng)的車輛裝有前輪駐車制功器，因?yàn)樵诰o急停車中絕大部分的制動(dòng)功需要用在車輛的前部。駐車制動(dòng)器一般用手柄或腳踏板操作。當(dāng)運(yùn)用駐車制動(dòng)器時(shí)，駐車制動(dòng)鋼索機(jī)械地拉緊施加制動(dòng)的稈件。駐車制動(dòng)器由機(jī)械控制，不是由液壓控制。
每當(dāng)以很強(qiáng)的壓力進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這叫做“車輪抱死”。這并不能幫助車輛停下來，而是使輪胎損失—些與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時(shí)，車輛不再是處于控制下的停車，駕駛員處在危險(xiǎn)之中。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員知道，防止車輪抱死的對(duì)策是迅速上、下踩動(dòng)制動(dòng)踏板。這樣間歇地對(duì)制動(dòng)器提供液壓力，使駕駛員在緊急制動(dòng)時(shí)能控制住車輛。
現(xiàn)今許多新型車輛裝備了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)做的工作與有經(jīng)驗(yàn)駕駛員做的相同，只是更快、更精確些。它感受到某車輪快要抱死或滑移時(shí)，迅速中斷該車輪制動(dòng)器的制動(dòng)壓力。在車輪處的速度傳感器監(jiān)測(cè)車輪速度，并將信息傳遞給車上計(jì)算機(jī)。于是，計(jì)算機(jī)控制防抱死制動(dòng)裝置，輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動(dòng)。
1.2 汽車制動(dòng)器的工作原理
一般制動(dòng)系的工作原理可用下圖所示的一種簡(jiǎn)單的液壓制動(dòng)系示意圖來說明。—個(gè)以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動(dòng)鼓8固定在車輪輪毅上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動(dòng)的制動(dòng)底板11上，有兩個(gè)支承銷12，支承著兩個(gè)弧形制動(dòng)卸10的下端。制動(dòng)蹄的外圓面上又裝有一般是非金屬的摩擦片9。制動(dòng)底板上還裝有液壓制動(dòng)輪缸6，用油管5與裝在車架上的液壓制動(dòng)主缸4相連通。主缸中的活塞3可由駕駛員通過制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)來操縱。
制動(dòng)系不工作時(shí)，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面與制動(dòng)蹄摩擦片的外圓面之間保持有一定的間隙，使車輪和制動(dòng)鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。
要使行駛中的汽車減速，駕駛員應(yīng)跺下制動(dòng)踏板l，通過推桿2和主缸活塞3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流人輪缸6，并通過兩個(gè)輪缸活塞7推使兩制動(dòng)蹄10繞支承銷12轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開而以其摩擦片9壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)卸就對(duì)旋轉(zhuǎn)著的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩M，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周繞力F，同時(shí)路面也對(duì)車輪作用一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力F。制動(dòng)力F由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個(gè)汽車減速。制動(dòng)力愈大，汽車減速度也愈大。當(dāng)撤開制動(dòng)踏板時(shí)．回位彈簧13即將制動(dòng)蹄拉回原位，摩擦力矩M和制動(dòng)力F消失，制動(dòng)作用即行終止。
圖1-2 鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)踏板 2.推桿 3.主缸活塞 4.制動(dòng)主缸 5.油管 6.制動(dòng)輪缸 7.輪缸活塞 8.制動(dòng)鼓 9.摩擦片 10.制動(dòng)蹄 11.制動(dòng)底板 12.支承銷 13.制動(dòng)體回位彈簧
圖中所示的制動(dòng)器中，由制動(dòng)鼓8、摩擦片9和制動(dòng)蹄10所構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個(gè)制動(dòng)力矩(摩擦力矩M)以阻礙車輪轉(zhuǎn)動(dòng)該系統(tǒng)稱為制動(dòng)器。
顯然，阻礙汽車運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)力F不僅取決于制動(dòng)力矩M，還取決于輪胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動(dòng)系事實(shí)上不可能產(chǎn)生制動(dòng)汽車的效果。不過，在討論制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)問題時(shí)，一般都假定具備良好的附著條件。
1.3 設(shè)計(jì)的目的和意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合性地運(yùn)用幾年內(nèi)所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問題，在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，所學(xué)知識(shí)得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。不少學(xué)生在作完畢業(yè)設(shè)計(jì)后，感到自己的實(shí)踐動(dòng)手、動(dòng)筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)，去創(chuàng)造的自信心。
通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，從理論與實(shí)踐上均有了一定程度的積累。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)我們以往所學(xué)的知識(shí)的綜合運(yùn)用與進(jìn)一步的鞏固加深，并對(duì)解決實(shí)際問題的能力的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，目的在于：
1、 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想與工作作風(fēng)。
2、 進(jìn)一步培養(yǎng)制圖、繪圖的能力。
3、 學(xué)會(huì)分析與評(píng)價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)與性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及其有關(guān)參數(shù)。
4、 學(xué)會(huì)汽車一些主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法以及總體設(shè)計(jì)的一般方法，以畢業(yè)后從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
5、 培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決問題的能力。
2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
汽車的制動(dòng)器設(shè)計(jì)究竟采用哪一種結(jié)構(gòu)方案較為合理，能夠最大限度的發(fā)揮制動(dòng)器的功用，首先應(yīng)該從制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則上談起。
2.1 鼓式制動(dòng)器
l-調(diào)整楔2-推桿3-制動(dòng)蹄4-連接彈簧5-上回位彈簧6-彈簧座7-手制動(dòng)拉桿8-下回位彈簧9-車輪制動(dòng)缸l0-制動(dòng)底板ll—旋塞12-制動(dòng)摩擦片l3-彈簧
鼓式制動(dòng)器總成的主要零部件有：制動(dòng)鼓和輪毅總成、制動(dòng)蹄總成、制動(dòng)底板、液壓輪缸、制動(dòng)蹄回位彈簧／壓緊裝置、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)。為制動(dòng)車輪、制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄提供摩擦表面，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓周是一加工過的制動(dòng)表面。車輪通過螺母和雙頭螺栓安裝到制動(dòng)鼓輪毅上。該輪轂安放在允許車輪總成轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪軸承上。
各種鼓式制動(dòng)器的示意圖如下：
1、領(lǐng)從蹄式 2、雙領(lǐng)蹄式 3、雙向領(lǐng)從蹄式
4、雙從蹄式 5、單向增力式 6、雙向增力式
2.2 盤式制動(dòng)器
盤式制動(dòng)系統(tǒng)的基本零件是制動(dòng)盤，輪轂和制動(dòng)卡鉗組件。制動(dòng)盤為停止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供摩擦表面。車輪通過雙頭螺栓和帶突緣的螺母裝到制動(dòng)盤轂上。轂內(nèi)有允許車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承。制動(dòng)盤的每一面有加工過的制動(dòng)表面。
液壓元件和摩擦元件裝在制動(dòng)卡鉗組件內(nèi)。制動(dòng)卡鉗裝到車輛上時(shí)，它跨騎在制動(dòng)盤和輪轂的外徑處。
進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，靠主缸的液壓力，制動(dòng)卡鉗內(nèi)的活塞被迫外移?；钊麎毫νㄟ^摩擦塊或制動(dòng)蹄夾住制動(dòng)盤。由于施加在制動(dòng)盤兩側(cè)的液壓力是方向相反、大小相等的，制動(dòng)盤不會(huì)變形，除非制動(dòng)過猛或持續(xù)加壓。
制動(dòng)盤表面的摩擦能生成熱。由于制動(dòng)盤在轉(zhuǎn)動(dòng)。表面沒有遮蓋，熱很容易消散到周圍空氣中。由于迅速冷卻的特性，即使在連續(xù)地猛烈制動(dòng)之后，盤式制動(dòng)器比抗制動(dòng)衰退的鼓式制動(dòng)器工作得要好。許多車輛的前部采用盤式制動(dòng)器的主要理由就是它抗制動(dòng)衰退性好和停車平穩(wěn)。
圖2-2 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)卡鉗組件 2.制動(dòng)盤和轂組件 3.輪轂 4.雙頭螺栓 5.摩擦面 6.摩擦塊
2.2.1 定鉗盤式制動(dòng)器
鉗盤式制動(dòng)器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：
圖2-3 鉗盤式制動(dòng)器示意圖
a)、d) 固定鉗式 b) 滑動(dòng)鉗式 c) 擺動(dòng)鉗式
固定鉗式制動(dòng)器，如圖（a）所示，制動(dòng)盤兩側(cè)均有油缸。制動(dòng)時(shí)，僅兩側(cè)油缸中的活塞驅(qū)使兩側(cè)制動(dòng)塊向盤面移動(dòng)。這種制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）除活塞和制動(dòng)塊外無其它滑動(dòng)件，易于保證鉗的剛度；
（2）結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動(dòng)輪缸相差不多，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤式的改型；
（3）很能適應(yīng)分路系統(tǒng)的要求；
就目前汽車發(fā)展趨勢(shì)來看，隨著汽車性能要求的提高，固定鉗結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)也日益明顯。主要有以下幾個(gè)方面：
（1）固定鉗式至少要有兩個(gè)油缸分置于制動(dòng)盤兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤的內(nèi)部油道或外部油管（橋管）來連通，這就使制動(dòng)器的徑向和軸向的尺寸都比較大，因而在車輪中布置比較困難；
（2）在嚴(yán)酷的使用條件下，固定鉗容易使制動(dòng)液溫度過高而汽化，從而使制動(dòng)器的制動(dòng)效能受到影響；
（3）固定前盤式制動(dòng)器為了要兼充駐車制動(dòng)器，必須在主制動(dòng)鉗上另外附裝一套供駐車制動(dòng)用的輔助制動(dòng)鉗，或者采用盤鼓結(jié)合式制動(dòng)器，其中用于駐車制動(dòng)的鼓式制動(dòng)器只能是雙向增力式的，但這種雙向增力式制動(dòng)器的調(diào)整不方便。
2.2.2 浮鉗盤式制動(dòng)器
浮鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗一般設(shè)計(jì)成可以相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)。其中只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝鉗體。
浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器可分為滑動(dòng)鉗式（圖b）和擺動(dòng)鉗式（圖c）。與固定鉗式制動(dòng)器相比較，其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
(1).鉗的外側(cè)沒有油缸，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂。因此，在布置時(shí)較容易；
(2).浮動(dòng)鉗沒有跨越制動(dòng)盤的油管或油道，減少了受熱機(jī)會(huì)，且單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽減少而冷卻條件較好等原因，所以其制動(dòng)液汽化可能性較??；
(3).浮動(dòng)鉗的同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車制動(dòng)；
(4).采用浮動(dòng)鉗可將油缸和活塞等緊密件減去一半，造價(jià)大為降低。這一點(diǎn)對(duì)大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)式十分重要的。
與定鉗盤式制動(dòng)器相反，浮鉗盤式制動(dòng)器的單側(cè)油缸結(jié)構(gòu)不需要跨越制動(dòng)盤的油道，故不僅軸向和徑向尺寸較小，有可能布置得更接近車輪輪轂，而且制動(dòng)液受熱氣化的機(jī)會(huì)就少。
此外，浮鉗盤式制動(dòng)器在兼充行車和駐車制動(dòng)器的情況下，不用加設(shè)駐車制動(dòng)鉗，只須在行車制動(dòng)鉗的油缸附近加裝一些用以推動(dòng)油缸活塞的駐車制動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)零件即可。
2.2.3 全盤式制動(dòng)器
與鼓式制動(dòng)器相比較，盤式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、一般無摩擦助勢(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、在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較小。
4、制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)像制動(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)踏扳行程過大。
5、較易實(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。
與鼓式制動(dòng)器比較，盤式制動(dòng)器有如下缺點(diǎn)：
1、效能較低，故用于液壓制動(dòng)系時(shí)所需制動(dòng)促動(dòng)管路壓力較高，一班要用伺服裝置。
2、兼用于駐車制動(dòng)時(shí)，需要加裝的駐車制動(dòng)傳動(dòng)裝置較鼓式制動(dòng)器復(fù)雜，因而在后輪的應(yīng)用受到限制。
盤式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器，主要是由于盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)決定的。
盤式制動(dòng)器在液力助力下制動(dòng)力大且穩(wěn)定，在各種路面都有良好的制動(dòng)表現(xiàn)，其制動(dòng)效能遠(yuǎn)高于鼓式制動(dòng)器，而且空氣直接通過盤式制動(dòng)盤，故盤式制動(dòng)器的散熱性很好。但是盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)于鼓式制動(dòng)器來說比較復(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。
相對(duì)于盤式制動(dòng)器來說，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而且由于散熱性不好，鼓式制動(dòng)器存在熱衰退現(xiàn)象。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非一無是處，它便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。
我們知道，高速行駛的轎車，由于頻繁使用制動(dòng)，制動(dòng)器的摩擦將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使制動(dòng)器溫度急劇上升，這些熱如果不能很好地散出，就會(huì)大大影響制動(dòng)性能，出現(xiàn)所謂的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象，這可不是鬧著玩的，制動(dòng)器直接關(guān)乎生命。僅從這一點(diǎn)上，您就應(yīng)該理解為什么盤式制動(dòng)器會(huì)逐步取代鼓式制動(dòng)器了吧。目前，在中高級(jí)轎車上前后輪都已經(jīng)采用盤式制動(dòng)器。
不過，時(shí)下我們開的大部分轎車(如夏利、富康、捷達(dá)等)，采用的還不完全是盤式制動(dòng)器，而是前盤后鼓式混合制動(dòng)器(即前輪采用盤式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(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)的要求比較大，一般來說前輪用了盤式制動(dòng)器就可以了。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動(dòng)器是趨勢(shì)（如VOLVO轎車）。
3. 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇
原始數(shù)據(jù)與技術(shù)參數(shù)
尺寸參數(shù)
長(zhǎng)/寬/高(mm)
8090 / 2350 / 2960
軸距(mm)
3800
前/后懸(mm)
1830 / 2460
質(zhì)量參數(shù)
滿載總質(zhì)量(kg)
9000
乘載人數(shù)(人)
45
性能參數(shù)
最高車速(km/h)
110
最大爬坡度(%)
25
3.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
汽車制動(dòng)時(shí)，如果忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)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:
(3-1)
式中 ——制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪轉(zhuǎn)方向相反，N·m；
——地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N；
——車輪有效半徑，m。
令 （3-2）
并稱之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動(dòng)周緣力。與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)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(dòng)踏板力即制動(dòng)系的氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力[7]，即
≤ (3-3)
或 (3-4)
式中 ——輪胎與地面間的附著系數(shù)0.8；
Z——地面對(duì)車輪的法向反力。
當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值時(shí)，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動(dòng)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(dòng)到=0以后，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不再增大，而制動(dòng)器制動(dòng)力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升(見圖1-1)。
根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析[9]，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2為：
（3-5）
式中G——汽車所受重力90000N；
L——汽車軸距3800mm；
——汽車質(zhì)心離前軸距離1750mm；
——汽車質(zhì)心離后軸距離2050mm；
——汽車質(zhì)心高度600mm；
g——重力加速度10N/kg；
——汽車制動(dòng)減速度6.0m/s2。
汽車總的地面制動(dòng)力為
(3-6)
式中 q（）——制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力；
，——前后軸車輪的地面制動(dòng)力。
由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為
（3-7）
當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，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)過程[3]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。
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(1-6)、式(1-7)不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死即前、后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是
(3-8)
式中 ——前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——前軸車輪的地面制動(dòng)力；
——后軸車輪的地面制動(dòng)力；
，——地面對(duì)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(1-8)可知，前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力，是的函數(shù)。
由式(1-8)中消去，得
(3-9)
式中 L——汽車的軸距。
將上式繪成以，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，簡(jiǎn)稱I曲線，如圖1-3所示。如果汽車前、后制動(dòng)器的制動(dòng)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(dòng)時(shí)，都能使前、后車輪同時(shí)抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車尤其是貨車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之比值為一定值，并以前制動(dòng)與汽車總制動(dòng)力之比來表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)：
（3-10）
又由于在附著條件所限定的范圍內(nèi)，地面制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力，故又可通稱為制動(dòng)力分配系數(shù)。
3.2 同步附著系數(shù)
式(3-10) 可表達(dá)為
(3-11)
上式在圖1-3[5]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(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)?。?
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。此汽車在給定值的路面上制動(dòng)時(shí)，>，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。
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)過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時(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du/dt=qg=g，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)來表達(dá)，可定義為：
(3-12)
式中——汽車總的地面制動(dòng)力；
G——汽車所受重力；
q——制動(dòng)強(qiáng)度。
3.3制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率
上面已給出了制動(dòng)強(qiáng)度q和附著系數(shù)利用率的定義式，如式(1-6)和式(1-12)所示。下面再討論一下當(dāng)此時(shí)條件>時(shí)的q和。
根據(jù)所定的同步附著系數(shù)，可以由式（1-8）及式（1-10）求得
（3-13）
（3-14）
進(jìn)而求得
（3-15）
（3-16）
由式（3-8）、式（3-9）、式（3-12）和式（3-16）得
（3-17） （3-18）
（3-19）
對(duì)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(dòng)時(shí)，總是后輪先抱死。
3.4 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩
應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，以保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。
最大制動(dòng)力是在汽車附著質(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法向力,成正比。由式(9)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為
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：客車約為0.5～0.7符合條件。
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即
式中——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)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(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，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為
（3-20） （3-21）
對(duì)于選取較大值的各類汽車，則應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為
(3-22)
(3-23)
式中——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
q——制動(dòng)強(qiáng)度，由式(1-6)確定；
——車輪有效半徑。
3.5 制動(dòng)器因數(shù)
制動(dòng)器因數(shù)BF[6]的表達(dá)式（即，），它表示制動(dòng)器的效能，因此又稱為制動(dòng)器效能因數(shù)。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，用于評(píng)比不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)器的效能。制動(dòng)器因數(shù)可定義為在制動(dòng)鼓作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
(1-24)
式中——制動(dòng)器的摩擦力矩；
R——制動(dòng)鼓的作用半徑；
P——輸入力，一般取加于兩制動(dòng)蹄的張開力(或加于兩制動(dòng)塊的壓緊力)的平均值為輸入力。
對(duì)于鼓式制動(dòng)器，設(shè)作用于兩蹄的張開力分別為、，制動(dòng)鼓內(nèi)圓柱面半徑即制動(dòng)鼓工作半徑為R，兩蹄給予制動(dòng)鼓的摩擦力矩分別為和，則兩蹄的效能因數(shù)即制動(dòng)蹄因數(shù)分別為：
（3-25）
整個(gè)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)則為
(3-26）
當(dāng)時(shí)，則
(1-27)
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(jì)算才能確定。今假設(shè)在張力P的作用下制動(dòng)蹄摩擦襯片與鼓之間作用力的合力N如圖1-4所示作用于襯片的B點(diǎn)上。這一法向力引起作用于制動(dòng)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1-4[8]所示。
對(duì)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(dòng)蹄因數(shù)為
(1-27)
當(dāng)制動(dòng)鼓逆轉(zhuǎn)時(shí)，上述制動(dòng)蹄便又成為從蹄，這時(shí)摩擦力N的方向與圖1-4所示相反，用上述分析方法，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(dòng)蹄因數(shù)為
(1-28)
由式(1-27)可知：當(dāng)趨近于占b／c時(shí)，對(duì)于某一有限張開力P，制動(dòng)鼓摩擦力趨于無窮大。這時(shí)制動(dòng)器將自鎖。自鎖效應(yīng)只是制動(dòng)蹄襯片摩擦系數(shù)和制動(dòng)器幾何尺寸的
在制動(dòng)過程中，襯片(襯塊)的溫度、相對(duì)滑動(dòng)速度、壓力以及濕度等因素的變化會(huì)導(dǎo)致摩擦系數(shù)的改變。而摩擦系數(shù)的改變則會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)效能即制動(dòng)器因數(shù)的改變。制動(dòng)器因數(shù)BF對(duì)摩擦系數(shù)的敏感性可由dBF／d來衡量，因而dBF／d稱為制動(dòng)器的敏感度。
4.制動(dòng)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(dòng)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(jí)汽車的同類制動(dòng)器，對(duì)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初選。
4.1制動(dòng)鼓直徑D或半徑R
當(dāng)輸入力P一定時(shí)，制動(dòng)鼓的內(nèi)徑越大，制動(dòng)力矩越大，切散熱性能越好。但是直徑D的尺寸收輪輞內(nèi)徑的限制，而且D的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增加，是汽車的非懸掛質(zhì)量增加，不利于汽車的行駛平順性。制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)有一定的艱辛，此間隙一般不應(yīng)小于20mm~30mm，以利于通風(fēng)散熱，，由此間隙要求及輪輞尺寸可求得D的尺寸。另外，制動(dòng)鼓直徑D與輪輞直徑Dr之比的一般范圍為：
貨車 D/Dr=0.70~0.83
根據(jù)上面給定的輪輞6.25-20，Dr=20in=406mm
載貨汽車的制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80mm~100mm，設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)輪輞直徑初步確定制動(dòng)鼓內(nèi)徑，同時(shí)根據(jù)QC/T 309—1999制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列，選取，最終確定：D=320mm
3.6.2 制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角β和寬度b
摩擦襯片的包角β通常在90°~120°內(nèi)選取，實(shí)驗(yàn)表明，β=90°~100°時(shí)磨損最小，制動(dòng)鼓的溫度也最低，而制動(dòng)效能則最高。再減小β雖然有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。包角β也不宜大于120°，因?yàn)檫^大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。因此選β=120°
摩擦片寬度b較大可以降低單位壓力、減小磨損，但b的尺寸過大則不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動(dòng)時(shí)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(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)QC/T 309—1999制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列，選取摩擦襯片寬度b，初取b=120mm。
另外，根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料可知，單個(gè)鼓式車輪制動(dòng)器總的襯片摩擦面積隨汽車總質(zhì)量的增大而增大。如表3-4所示。而單個(gè)摩擦襯片的摩擦面積A又取決于制動(dòng)鼓半徑R、襯片寬度b及包角β，即
A=Rbβ
式中，β以弧度為單位，當(dāng)A，R，β確定后，由上式也可初選襯片寬度b的尺寸。
圖3-4
根據(jù)單個(gè)摩擦襯片的摩擦面積A=Rbβ，求出A=803cm2，符合規(guī)定。
4.3摩擦襯片起始角
摩擦襯片起始角、。一般是將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，并令=300。有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。
4.4張開力P的作用線至制動(dòng)器中心的距離
在保證制動(dòng)輪缸或凸輪能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫定。
4.5制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置是k與c
如圖2-1所示，制動(dòng)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(jì)可暫定c=0.8R=128mm，k=30mm。
4.6摩擦片摩擦系數(shù)及摩擦材料
選擇摩擦片時(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，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。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。一般說來，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)=0.35～0.40已無大問題。取=0.3。
制動(dòng)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(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無害的摩擦材料。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60％～80％)，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(jià)高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車。則所選擇的車型應(yīng)該用此種材料。
4.7制動(dòng)器間隙
制動(dòng)鼓(制動(dòng)盤)與摩擦襯片(摩擦襯塊)之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙，以保證制動(dòng)鼓(制動(dòng)盤)能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般，鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.2～0.5mm；取0.4mm。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。另外，制動(dòng)器在工作過程中會(huì)因?yàn)槟Σ烈r片(襯塊)的磨損而加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
5.制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律
制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)及所產(chǎn)生的摩擦力對(duì)制動(dòng)器因數(shù)有很大影響。掌握制動(dòng)蹄摩擦面上的壓力分布規(guī)律，有助于正確分析制動(dòng)器因數(shù)。在理論上對(duì)制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律作研究時(shí)，通常作如下一些假定：
1)制動(dòng)鼓、蹄為絕對(duì)剛性；
2)在外力作用下，變形僅發(fā)生在摩擦襯片上；
3)壓力與變形符合虎克定律。
單自由度的制動(dòng)蹄如圖3-1所示，制動(dòng)蹄在張開力P作用下繞支承銷點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)張開，設(shè)其轉(zhuǎn)角為，則蹄片上某任意點(diǎn)A的位移為
=·
由于制動(dòng)鼓剛性對(duì)制動(dòng)蹄運(yùn)動(dòng)的限制，則其徑向位移分量將受壓縮，徑向壓縮為
=COS
即 =COS
從圖3-1中的幾何關(guān)系可看到
COS==Sin
=Sin
因?yàn)闉槌Ａ?，單位壓力和變形成正比，所以蹄片上任意一點(diǎn)壓力可寫成
（3-1）
亦即，制動(dòng)器蹄片上壓力呈正弦分布[4]，其最大壓力作用在與連線呈90°的徑向線上。
上述分析對(duì)于新的摩擦襯片是合理的，但制動(dòng)器在使用過程中摩擦襯片有磨損，摩擦襯片在磨損的狀況下，按照理論分析，如果知道摩擦襯片的磨損特性，也可確定摩擦襯片磨損后的壓力分布規(guī)律。根據(jù)國(guó)外資料[2]，對(duì)于摩擦片磨損具有如下關(guān)系式
式中 W——磨損量；
K——磨損常數(shù)；
——摩擦系數(shù)；
q——單位壓力；
——磨擦襯片與制動(dòng)鼓之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。
通過分析計(jì)算所得壓力分布規(guī)律如圖3-2所示。圖中表明在第11次制動(dòng)后形成的單位
面積壓力仍為正弦分布。如果摩擦襯片磨損有如下關(guān)系：
式中——磨損常數(shù)。
則其磨損后的壓力分布規(guī)律為(C也為一常數(shù))。結(jié)果亦示于圖3-2。
應(yīng)該指出，由上述理論分析所獲得的結(jié)果與實(shí)際情況比較相近，也就是說，用上述壓力分布規(guī)律計(jì)算所得的摩擦力矩與實(shí)際使用中所得摩擦力矩有極大的相關(guān)性。以前有人認(rèn)為制動(dòng)摩擦襯片壓力分布均勻的設(shè)想并不合理。
6.制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須建立制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。
為計(jì)算有一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄片上的力矩，在摩擦襯片表面上取一橫向單元面積，并使其位于與軸的交角為處，單元面積為。，其中b為摩擦襯片寬度，R為制動(dòng)鼓半徑，為單元面積的包角，如圖5-2所示。
由制動(dòng)鼓作用在摩擦襯片單元面積的法向力為：
（4-1）
而摩擦力產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為
在由至區(qū)段上積分上式，得
(4-2)
當(dāng)法向壓力均勻分布時(shí)，
(4-3)
由式(4-1)和式(4-2)可求出不均勻系數(shù)
7.駐車計(jì)算
圖5-1[10]為汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力情況，由此可得出汽車上坡停駐時(shí)的后軸車輪的附著力為：
同樣可求出汽車下坡停駐時(shí)的后軸車輪的附著力為：
根據(jù)后軸車輪附著力與制動(dòng)力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐時(shí)的坡度極限傾角，，即由
求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為
汽車在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為
為了使汽車能在接近于由上式確定的坡度為的坡路上停駐，則應(yīng)使后軸上的駐車制動(dòng)力矩接近于由所確定的極限值 (因)[1]，并保證在下坡路上能停駐的坡度不小于法規(guī)規(guī)定值。
單個(gè)后輪駐車制動(dòng)器的制動(dòng)上限為；中央駐車制動(dòng)器的制動(dòng)力矩上限為，為后驅(qū)動(dòng)橋主減速比。
8 摩擦襯塊:的磨損特性計(jì)算
摩擦襯片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)算磨損性能是苦難的。但實(shí)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)過程，是將其機(jī)械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，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)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中，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)荷越大，則摩擦襯片的磨損也越嚴(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)。比能量耗散率表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，單位為W/mm2。
雙軸汽車單個(gè)前輪和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率可用以下公式計(jì)算：
v1取18m/s，，t=0.6j 計(jì)算得：
e1=0.23W/mm2，e2=0.21W/mm2
根據(jù)鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率不大于1.8W/mm2，故符合規(guī)定。
9 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
9.1 制動(dòng)鼓
制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)其溫升不應(yīng)超過極限值。制動(dòng)鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片材料一致，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。
中型、重型載貨汽車和中型、大型客車多采用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動(dòng)鼓。本設(shè)計(jì)采用的是灰鑄鐵HT200制造的制動(dòng)鼓。
在工作載荷作用下制動(dòng)鼓會(huì)變形，導(dǎo)致蹄與鼓間的單位壓力不均勻，且會(huì)損失少許踏板行程。鼓筒變形后的不圓柱度過大時(shí)也易引起制動(dòng)器的自鎖或踏板振動(dòng)。為防止這些現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)提高制動(dòng)鼓的剛度。為此，沿鼓口的外緣鑄有整圓的加強(qiáng)肋條，也常加鑄一些軸向肋條以提高其散熱性能。
制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱容量，但實(shí)驗(yàn)表明，壁厚由11mm增至20mm時(shí)，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：轎車為7mm~12mm，中、重型載貨汽車為13mm~18mm。本設(shè)計(jì)中，制動(dòng)鼓的壁厚選為15mm。
9.2 制動(dòng)蹄
轎車和微型、輕型載貨汽車的制動(dòng)蹄廣泛采用T形型鋼碾壓或鋼板沖壓—焊接制成；大噸位載貨汽車的制動(dòng)蹄則多采用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，但小型車用鋼板制的制動(dòng)蹄腹板上有時(shí)開一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動(dòng)蹄摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動(dòng)時(shí)的尖叫聲。重型汽車制動(dòng)蹄的斷面有工字形、山字形等。本設(shè)計(jì)選用的端面為工字形。
制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為3mm~7mm；貨車的約為5mm~8mm。摩擦襯片的厚度，轎車多為4.5mm~5mm；貨車多為8mm以上。襯片可鉚接或粘貼在制動(dòng)蹄，粘貼的允許其磨損厚度較大，使用壽命增長(zhǎng)，但不易更換襯片；鉚接的噪聲較小。
本設(shè)計(jì)中，制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度為7mm，摩擦襯片的厚度取10mm，襯片鉚接在制動(dòng)蹄上。
9.3 制動(dòng)底板
制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)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(dòng)底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它具有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板具有凹凸起伏的形狀。客車則采用可鍛鑄鐵KTH370-12的制動(dòng)底板。本設(shè)計(jì)采用的是可鍛鑄鐵KTH370-12的制動(dòng)底板。
9.4 制動(dòng)蹄的支承
支承銷由45號(hào)鋼制造并高頻淬火。
9.5 凸輪式張開機(jī)構(gòu)
凸輪式張開機(jī)構(gòu)的凸輪及其軸是由45號(hào)鋼模鍛成一體的毛坯制造，在機(jī)加工后經(jīng)高頻淬火處理。凸輪及其軸由可鍛鑄鐵或球墨鑄鐵的支架支撐，而支架則用螺栓或鉚釘固定在制動(dòng)底板上。本設(shè)計(jì)中的凸輪工作表面輪廓是中心對(duì)稱的兩段圓弧。
9.6 摩擦材料
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高爾穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗拉、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)怏w，應(yīng)盡量采用污染小和對(duì)人體無害的摩擦材料。
本設(shè)計(jì)選用粉末冶金材料，它是以銅粉或鐵粉為主要成分，摻上石墨粉、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(jià)高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車。
9.7 制動(dòng)間隙調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)
制動(dòng)鼓與摩擦片直接在未制動(dòng)狀態(tài)下均應(yīng)有工作間隙，以保證制動(dòng)鼓能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般來說，鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙在0.2mm~0.5mm。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生熱變形和機(jī)械變形，因此，制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)設(shè)的間隙要通過實(shí)驗(yàn)來確定。另外，制動(dòng)器在工作過程中會(huì)由于摩擦襯片的磨損而使間隙加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
采用凸輪張開裝置時(shí)，制動(dòng)器的工作間隙可通過轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪相對(duì)于制動(dòng)臂的位置來實(shí)現(xiàn)，而制動(dòng)臂的位置則保持不變。凸輪位置的改變是靠裝在臂上的渦輪蝸桿副來實(shí)現(xiàn)的。
圖5-1 汽車制動(dòng)蹄間隙調(diào)整臂
9.8 制動(dòng)器主要零部件的強(qiáng)度計(jì)算
9.8.1 制動(dòng)凸輪軸的計(jì)算
當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，凸輪軸承受轉(zhuǎn)矩作用。其危險(xiǎn)斷面在花鍵軸處，現(xiàn)對(duì)花鍵軸的內(nèi)徑進(jìn)行抗扭強(qiáng)度驗(yàn)算：
式中：T——制動(dòng)凸輪軸所收的轉(zhuǎn)矩，T=Pa/2=88406Nm
Wn——抗扭截面系數(shù)，對(duì)于花鍵軸內(nèi)徑的圓截面：
d為花鍵軸的花鍵內(nèi)徑，d=32mm
則：=137.5MPa＜=177.5MPa，符合要求
9.8.2 緊固摩擦片鉚釘?shù)募羟袘?yīng)力計(jì)算
已知鉚釘?shù)臄?shù)目n、鉚釘?shù)闹睆絛和材料，即可驗(yàn)算其剪切應(yīng)力：
計(jì)算得：=57.5MPa＜=90MPa
故鉚釘數(shù)目和規(guī)格符合要求。
10 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
10.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇
根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)三大類。而離得傳遞方式又有機(jī)械式、液壓式、氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別。
簡(jiǎn)單制動(dòng)系即人力制動(dòng)系，是靠司機(jī)作用于制動(dòng)踏板上或手柄上的力來作為制動(dòng)力源。
動(dòng)力制動(dòng)系是以發(fā)動(dòng)機(jī)形成的氣壓或液壓勢(shì)能作為汽車制動(dòng)的全部力源進(jìn)行制動(dòng)，而司機(jī)作用于制動(dòng)踏板或手柄上的力僅用于對(duì)制動(dòng)回路中控制元件的操縱。在簡(jiǎn)單制動(dòng)系中的踏板力與其行程間的反比關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)系中不復(fù)存在，因此，此處的踏板力較小且可有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐獭?
動(dòng)力制動(dòng)可分為氣壓制動(dòng)系、氣頂液壓制動(dòng)系和全液壓動(dòng)力制動(dòng)系三種，本設(shè)計(jì)選用的是氣壓動(dòng)力制動(dòng)系。
10.2 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)
為了提高制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作可靠性，保證行車安全，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙回路系統(tǒng)，也就是說應(yīng)將汽車的全部行車制動(dòng)器的管路分為兩個(gè)或更多個(gè)相互獨(dú)立的回路，以便當(dāng)一個(gè)回路發(fā)生故障失效時(shí)，其他完好的回路仍能可靠地工作。
10.3 氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
10.3.1 制動(dòng)氣室
制動(dòng)氣室分為膜片式和活塞式兩種。膜片式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)室壁的加工精度要求不高，無摩擦副，密封性較好，但所容許的行程較少，膜片壽命也不及活塞式的?；钊降闹苿?dòng)氣室，行程較長(zhǎng)，推力一定，但有摩擦損失。
本設(shè)計(jì)采用的是活塞式制動(dòng)氣室，制動(dòng)氣室輸出的推桿推力Q應(yīng)保證制動(dòng)器制動(dòng)蹄所需的張開力。Q的計(jì)算為：
式中：a/2表示P對(duì)凸輪中心的力臂，取25mm
h表示Q力對(duì)凸輪軸軸線的力臂，取130mm
前輪為39902N，后輪為35384N
則前輪：Q=7673N
為了輸出推力Q，制動(dòng)氣室的工作面積為：
p為制動(dòng)氣室的工作壓力，取p=0.8MPa
則：A=95.9cm2
制動(dòng)氣室推桿的行程為：
λ為行程儲(chǔ)備系數(shù)，取λ=1.4，則
l=7.28mm
制動(dòng)氣室的工作容積為：
Vs=Al=1.25L
后輪同理也可求出
10.3.2 儲(chǔ)氣罐
儲(chǔ)氣罐有鋼板焊成，內(nèi)外涂以防銹漆，前后輪各選用一個(gè)30L的儲(chǔ)氣罐。
11結(jié)論
目前，我國(guó)交通事故由于制動(dòng)器磨損而導(dǎo)致的屢見不鮮。對(duì)于制動(dòng)器的設(shè)計(jì)的嚴(yán)謹(jǐn)性和標(biāo)準(zhǔn)型及參數(shù)的統(tǒng)一性是汽車設(shè)計(jì)的當(dāng)務(wù)之急。
本文針對(duì)豪華型大客車的標(biāo)準(zhǔn)車型深入研究，根據(jù)參數(shù)計(jì)算該車的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的凸輪式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。首先計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng)的力和力矩，于此同時(shí)，根據(jù)我國(guó)先階段的路面附著系數(shù)和制動(dòng)分配力因素計(jì)算出制動(dòng)器的同步附著系數(shù)，根據(jù)以上求得的條件，能夠推算出制動(dòng)器因數(shù)和最大制動(dòng)力矩；再根據(jù)以上求得的條件計(jì)算出汽車的制動(dòng)結(jié)構(gòu)的參數(shù)；根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)所得的數(shù)據(jù)再分析制動(dòng)蹄片上摩擦片上制動(dòng)力的分配規(guī)律和摩擦蹄片上的制動(dòng)力矩，根據(jù)已知條件分析駐車制動(dòng)時(shí)候的上坡和小坡角度是否符合要求。這樣更能準(zhǔn)確的分析這個(gè)制動(dòng)器的合理性。
本分析計(jì)算步驟還存在不足之處。一是由于各參考文獻(xiàn)上的數(shù)據(jù)和公式并不一致，導(dǎo)致有些圖形和字母并不能完全吻合對(duì)應(yīng)。二是由于公式多，數(shù)據(jù)復(fù)雜，計(jì)算的時(shí)候有時(shí)會(huì)造成計(jì)算的誤差，以及計(jì)算的步驟還不是十分的準(zhǔn)確明了。這些還需要在以后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)改正。
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