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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
汽車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)涉及到許多的領(lǐng)域，其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的要求。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛的一個(gè)重要主動(dòng)安全系統(tǒng)，其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響。隨著汽車的行駛速度和路面情況復(fù)雜程度的提高，更加需要高性能，長壽命的制動(dòng)系統(tǒng)。
鑒于制動(dòng)系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容就是運(yùn)輸車輛中的制動(dòng)器，從制動(dòng)系的功用及設(shè)計(jì)的要求出發(fā)，依據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)，進(jìn)行了方案論證。對(duì)各種形式的制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較后，在前盤后鼓得基礎(chǔ)上改為前后都是盤式制動(dòng)器，保持制動(dòng)力分配系數(shù)的穩(wěn)定，改善了汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性，簡化了汽車的制動(dòng)裝置，減輕了整車質(zhì)量，從而提高了汽車在行駛過程中的安全性與穩(wěn)定性。選擇了簡單液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和雙管路系統(tǒng)，選用了間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，采用比例閥作為制動(dòng)力的調(diào)節(jié)裝置。
關(guān)鍵詞：制動(dòng)鉗; 制動(dòng)盤; 制動(dòng)輪缸;制動(dòng)襯片
Abstract
Automobile design and production are involved in many fields, its unique safety, economy, comfort and so many indicators, also raised taller requirement to the design. Automobile braking system is an important vehicle active safety system, and its performance depends on car has an important influence on road safety. As the vehicle of the speed and pavement situation was complex degree rise, more require high-performance, long life of brake system.
In view of the importance of brake system, the design of the main content is a transport vehicles, the brake from brake system function and design, according to the requirement of design parameters, given the scheme comparison. On all forms of brake their advantages and disadvantages are discussed, based on HouGu have in QianPan instead of before and after are disc brakes, maintain braking force distribution coefficient, improves the stability of the braking stability and simplify the automobile braking device, reduce the vehicle quality, thereby improving the car while driving in the process of security and stability. Choose a simple hydraulic driving mechanism and double pipeline system, chose clearance automatic adjusting device, proportional valve as brake force adjusting device
Keywords: brake disc； Brake wheel cylinder; Brake caliper; Braking facings formulations
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位 1
1.2 汽車制動(dòng)系概述 2
1.3 設(shè)計(jì)的意義 4
小結(jié) 5
第2章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案的論證和選擇 6
2.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)要求 6
2.2 制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則 8
2.3 制動(dòng)器方案分析 9
2.4 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 9
2.5 制動(dòng)管路的選擇 10
2.6 鼓式制動(dòng)器與盤式制動(dòng)器的比較分析 12
2.7 制動(dòng)器間隙自動(dòng)調(diào)整裝置 16
小結(jié) 16
第3章 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇 17
3.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 17
3.2 同步附著系數(shù) 20
3.3 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩 21
3.4 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率 22
小結(jié) 24
第4章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 25
4.1 原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù) 25
4.2 盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 25
4.3 制動(dòng)力矩與盤的壓力。 27
4.4 制動(dòng)輪缸直徑的計(jì)算 28
4.5 緊急制動(dòng)時(shí)踏板力的計(jì)算 28
4.6 制動(dòng)踏板行程的計(jì)算 28
小結(jié) 29
第五章 制動(dòng)器主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算 30
5.1 制動(dòng)盤 30
5.2 制動(dòng)鉗 30
5.3 制動(dòng)塊 30
5.4 摩擦材料 31
5.5 制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算 31
5.6 強(qiáng)度校核 32
小結(jié) 33
結(jié)論 34
致謝 35
參考文獻(xiàn) 36
附錄 37
-41-
第1章 緒論
1.1 汽車工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位
1. 汽車工業(yè)本身對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)及對(duì)相關(guān)工業(yè)的帶動(dòng)度
汽車產(chǎn)品是一個(gè)產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、波及效果廣、對(duì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)力大的產(chǎn)品，汽車工業(yè)波及到原材料、能源、建筑、商業(yè)、金融、交通、運(yùn)輸?shù)龋常磦€(gè)行業(yè)。
汽車工業(yè)的發(fā)展與原材料工業(yè)有著極為密切的關(guān)系。隨著汽車工 業(yè)的發(fā)展，質(zhì)輕、耐腐蝕、隔音、隔熱、易成型、韌性好的塑料及復(fù)合材料越來越 多地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬材料。汽車用涂料是在所在涂料中綜合性能要求最高的涂料，國外涂料行業(yè)為滿足汽車工業(yè)的發(fā)展及環(huán)保的要求，都把汽車用涂料作為涂料研究 的重點(diǎn)。汽車工業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了石油化學(xué)、化學(xué)工業(yè)、輕工、紡織、建材等相關(guān)部門的發(fā)展。
發(fā)展汽車工業(yè)，有利于疏散過度密集的城市人口，促進(jìn)郊區(qū)衛(wèi)星城市的發(fā)展，促進(jìn)房地產(chǎn)行業(yè)、金融、第三產(chǎn)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
2. “富國富民”，增加國家財(cái)政收入的需要
汽車工業(yè)是一個(gè)精度要求高、綜合性強(qiáng)、零部件數(shù)量多、加工深度較高、附加 價(jià)值很大的加工工業(yè)，一般附加值率高達(dá)20%－40%，是創(chuàng)造社會(huì)財(cái)富、提高國民收入的重要產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一部轎車的平均使用壽命為9年，期間交納的消費(fèi) 稅、購置稅、燃油稅、養(yǎng)路費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)等各種稅費(fèi)差不多等于這一輛車的購置價(jià)格；一輛貨車的各種稅費(fèi)約為購置價(jià)格的3倍，如果把這輛車在生產(chǎn)和流通中交納的稅費(fèi)加在一起，將是一個(gè)更大的數(shù)目。
3. 汽車行業(yè)是重要的出口創(chuàng)匯產(chǎn)業(yè)
汽車是全球性產(chǎn)品，汽車工業(yè)是國際貿(mào)易型產(chǎn)業(yè)。大批量出口，增加外匯收入。目前，全世界汽車年出口量已達(dá)1600萬輛，汽車市場(chǎng)突破國家界限，由國家內(nèi)部的壟斷與競(jìng)爭轉(zhuǎn)向全球生產(chǎn)，銷售的競(jìng)爭，成為一個(gè)國家外匯收入的主要來源
4. 發(fā)展汽車工業(yè)有利于促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步
汽車工業(yè)是技術(shù)密集產(chǎn)業(yè)，既可以自身的需要促進(jìn)科技發(fā)展，又可將科技成果 大規(guī)模的應(yīng)用于生產(chǎn)。本世紀(jì)先后出現(xiàn)的幾次重大的新技術(shù)浪潮，汽車及其制造業(yè)不但沒有受到?jīng)_擊，相反從中受益匪淺。20世紀(jì)８０年代以來，電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于汽車產(chǎn)品，出現(xiàn)了汽車電子化的趨勢(shì)。目前世界６０％的機(jī)器人應(yīng)用于汽車工業(yè)，而且由于用戶的需求和資源、環(huán)保對(duì)汽車的要求日益提高，大量新材料、新技術(shù)在汽車工業(yè)率先應(yīng)用，促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。
5. 發(fā)展汽車工業(yè)可創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)
汽車工業(yè)又是勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)，其本身從生產(chǎn)到銷售服務(wù)可以創(chuàng)造較高的就業(yè)率，而且其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展連同汽車產(chǎn)品的使用、維修可以創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)。
6. 是提高人民生活水平的必然要求
汽車具有快速、舒適、機(jī)動(dòng)、靈活和隨意等優(yōu)點(diǎn)，在全世界得到廣泛的應(yīng)用和普及，成為現(xiàn)代生活的象征。在發(fā)達(dá)國家，轎車已成為千家萬戶的生活必需品。在美國，幾乎平均每人一輛轎車。事實(shí)上，通過對(duì)世界發(fā)達(dá)工業(yè)國家和較為先進(jìn)的發(fā)展中國家的汽車工業(yè)的發(fā)展歷史研究，我們發(fā)現(xiàn)以下三點(diǎn)：一是各國轎車迅速普及均發(fā)生在各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的歷史時(shí)期；二是國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展是促進(jìn)汽車尤其是轎車工業(yè)發(fā)展的充要條件，轎車工業(yè)的發(fā)展反過來對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有巨大的促進(jìn)作用；三是轎車擁有率與人均ＧＮＰ之間有著密切的聯(lián)系，隨著人民收入水平的提高逐漸進(jìn)入家庭，轎車的發(fā)展將不以人的意志為轉(zhuǎn)移。
1.2 汽車制動(dòng)系概述
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已經(jīng)停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為汽車制動(dòng)。
對(duì)汽車起到制動(dòng)作用的是作用在汽車上，其方向與汽車行駛方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動(dòng)阻力，上坡阻力，空氣阻力都能對(duì)汽車起制動(dòng)作用，但這外力的大小是隨機(jī)的，不可控制的。因此，汽車上必須設(shè)一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界在汽車上某些部分施加一定的力，對(duì)汽車進(jìn)行一定程度的強(qiáng)制制動(dòng)。這種可控制的對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)的外力，統(tǒng)稱為制動(dòng)力。這樣的一系列專門裝置即成為制動(dòng)系。
1. 制動(dòng)系的功用：使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠的停在原地或--=-坡道上。
2. 制動(dòng)系的組成
任何制動(dòng)系都具有以下四個(gè)基本組成部分：
（1）供能裝置——包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的各種部件。其中，產(chǎn)生制動(dòng)能量的部位稱為制動(dòng)能源。
（2）控制裝置——包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件。
（3）傳動(dòng)裝置——包括將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件。
（4）制動(dòng)器——產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件，其中也包括輔助制動(dòng)系中的緩速裝置。
較為完善的制動(dòng)系還具有制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置以及報(bào)警裝置、壓力保護(hù)裝置等附加裝置。
3. 制動(dòng)系的類型
（1）按制動(dòng)系的功用分類
1）行車制動(dòng)系——使行使中的汽車減低速度甚至停車的一套專門裝置。
2）駐車制動(dòng)系——是以停止的汽車駐留在原地不動(dòng)的一套裝置。
3）第二制動(dòng)系——在行車制動(dòng)系失效的情況下，保證汽車仍能實(shí)現(xiàn)減速或停車的一套裝置。在許多國家的制動(dòng)法規(guī)中規(guī)定，第二制動(dòng)系是汽車必須具備的。
4）輔助制動(dòng)系——在汽車長下坡時(shí)用以穩(wěn)定車速的一套裝置。
（2）按制動(dòng)系的制動(dòng)能源分類
1）人力制動(dòng)系——以駕駛員的肢體作為唯一的制動(dòng)能源的制動(dòng)系。
2）動(dòng)力制動(dòng)系——完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系。
3）伺服制動(dòng)系——兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系。
按照制動(dòng)能量的傳輸方式，制動(dòng)系又可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式和電磁等。同時(shí)采用兩種以上傳能方式的制動(dòng)系，可稱為組合式制動(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)盤裝在輪級(jí)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
防止制動(dòng)時(shí)車輪被抱死有利于提高汽車在制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離，所以近年來防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）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在石棉有致癌公害問題已被淘汰，取而代之的各種無石棉型材料相繼研制成功。
1.3 設(shè)計(jì)的意義
一個(gè)國家汽車工業(yè)的發(fā)展水平反映出該國家的整體工業(yè)水平。要發(fā)展一個(gè)國家的汽車工業(yè)，就汽車行業(yè)來說，汽車設(shè)計(jì)應(yīng)處于一個(gè)舉足輕重的位置。制動(dòng)器的設(shè)計(jì)作為汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)也是非常重要的，尤其是隨著現(xiàn)代汽車技術(shù)的發(fā)展，道路條件的日益改善，車速越來越高，安全問題也愈受重視，制動(dòng)器恰是影響汽車安全性的一個(gè)重要部件。因此，能夠設(shè)計(jì)，制造出具有高制動(dòng)性、可靠性的制動(dòng)器是改善汽車設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
本次設(shè)計(jì)遵循以下原則：首先滿足制動(dòng)器效能，再考慮降低生產(chǎn)成本，減少體積和質(zhì)量，在選擇材料和機(jī)械加工方法中還要考慮環(huán)保問題。
本制動(dòng)系采用X型雙回路系統(tǒng)以提高制動(dòng)系的可靠性，在一個(gè)回路失效時(shí)，其制動(dòng)效能仍可保持原制動(dòng)效能的50%。采用真空助力器，使操縱更輕便，減少駕駛員的疲勞。在前、后輪的制動(dòng)力分配計(jì)算中采用了最新計(jì)算公式，使制動(dòng)力分配更合理，提高了汽車的制動(dòng)穩(wěn)定性。
總之，通過本次設(shè)計(jì)，使制動(dòng)器性能得到改善、成本降低，與此同時(shí)，還減少了制動(dòng)器生產(chǎn)及使用過程中對(duì)周圍環(huán)境的污染。
小結(jié)
汽車在人們的日常生活中的重要性，與其能帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響力。闡
述了制動(dòng)系的作用，制動(dòng)系的組成有駐車制動(dòng)、行車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)、制動(dòng)裝置的基本結(jié)構(gòu)。
本次設(shè)計(jì)在于改善汽車的制動(dòng)系統(tǒng)，提高整車的制動(dòng)性能，保證人乘的安全性。
第2章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案的論證和選擇
2.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)要求
1．具有足夠的制動(dòng)效能。行車制動(dòng)能力是用一定制動(dòng)初速度下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩相指標(biāo)來評(píng)定的；駐坡能力是以汽車在良好路面上能可靠的停駐的最大坡度來評(píng)定的。詳見GB/T7258-2004
制動(dòng)距離：是指機(jī)動(dòng)車在規(guī)定的初速度下急踩制動(dòng)時(shí)，從腳接觸制動(dòng)踏板（或手觸動(dòng)制動(dòng)手柄）時(shí)起至機(jī)動(dòng)車停住時(shí)止機(jī)動(dòng)車駛過的距離。
制動(dòng)減速度：是指機(jī)動(dòng)車制動(dòng)時(shí)車速對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。
制動(dòng)穩(wěn)定性要求：是指制動(dòng)過程中機(jī)動(dòng)車的任何部位（不計(jì)入車寬的部位除外）不允許超出規(guī)定寬度的試驗(yàn)通道的邊緣線。
制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定性要求
機(jī)動(dòng)車類型
制動(dòng)初速度
km/h
滿載檢驗(yàn)制動(dòng)距離要求m
空載檢驗(yàn)制動(dòng)距離要求m
試驗(yàn)通道寬度 m
三輪汽車
20
≤5.0
2.5
乘用車
50
≤20.0
≤19.0
2.5
總質(zhì)量不大于 3500kg 的低速貨車
30
≤9.0
≤8.0
2.5
其它總質(zhì)量不大于 3500kg 的汽車
50
≤22.0
≤21.0
2.5
其它汽車、汽車列車
30
≤10.0
≤9.0
3.0
兩輪摩托車
30
≤7.0
——
邊三輪摩托車
30
≤8.0
2.5
正三輪摩托車
30
≤7.5
2.3
輕便摩托車
20
≤4.0
——
輪式拖拉機(jī)運(yùn)輸機(jī)組
20
≤6.5
≤6.0
3.0
手扶變型運(yùn)輸機(jī)
20
≤6.5
2.3
制動(dòng)減速度和制動(dòng)穩(wěn)定性要求
機(jī)動(dòng)車類型
制動(dòng)初速度km/h
滿載檢驗(yàn)充分發(fā)出的平均減速度m/s2
空載檢驗(yàn)充分發(fā)出的平均減速度m/s2
試驗(yàn)通道寬度m
三輪汽車
20
≥3.8
2.5
乘用車
50
≥5.9
≥6.2
2.5
總質(zhì)量不大于 3500kg 的低速貨車
30
≥5.2
≥5.6
2.5
其它總質(zhì)量不大于 3500kg 的汽車
50
≥5.4
≥5.8
2.5
其它汽車、汽車列車
30
≥5.0
≥5.4
3.0
2. 工作可靠。行車制動(dòng)裝置至少有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路，當(dāng)其中一套管路失效時(shí)，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動(dòng)能力不低于沒有失效時(shí)規(guī)定值的30%。行車和駐車制動(dòng)裝置可以有共同的制動(dòng)器，而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)則各自獨(dú)立。
3. 在任何速度下制動(dòng)時(shí)，汽車都不應(yīng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
4. 防止水和泥進(jìn)入制動(dòng)器工作表面。
5. 制動(dòng)能力的熱穩(wěn)定性良好。
6. 操作輕便，并具有良好的隨動(dòng)性。
7. 制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)系產(chǎn)生的噪聲應(yīng)盡可能小，同時(shí)力求減少散發(fā)出對(duì)人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。
8. 作用滯后性應(yīng)盡可能好。作用滯后性是指制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，以制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定的制動(dòng)效能所需的時(shí)間來評(píng)價(jià)。
9. 摩擦片應(yīng)有足夠的使用壽命。
10. 摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)。
11. 當(dāng)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本供能遭到破壞時(shí)，汽車制動(dòng)系應(yīng)有音響或光信號(hào)等報(bào)警裝置。
2.2 制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則
1. 制動(dòng)器效能，指在良好路面上，汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。在評(píng)比不同結(jié)構(gòu)形式的制動(dòng)器效能時(shí)，常用一種稱為制動(dòng)效能因數(shù)的無因次指標(biāo)。制動(dòng)效能因數(shù)的定義為：在制動(dòng)鼓和制動(dòng)盤的作用半徑上所得到的摩擦利于輸入力之比。
2. 制動(dòng)器效能恒定性，即汽車高速行使或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)汽車制動(dòng)效能保持的程度。如前所述，影響摩擦因數(shù)的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面溫度和水濕程度。因?yàn)橹苿?dòng)過程是及時(shí)把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，所以制動(dòng)器溫度升高后能否保持在冷狀態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能，已成為設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題。由于領(lǐng)蹄的效能因數(shù)大于從蹄，穩(wěn)定性卻比從蹄差，因此各種鼓式制動(dòng)器的效能因數(shù)取決于兩蹄的效能因數(shù)，故就整個(gè)鼓式制動(dòng)器而言，也在不同程度上存在著效能本身與其穩(wěn)定性的矛盾。而盤式制動(dòng)器的制動(dòng)效能最為穩(wěn)定。
要求制動(dòng)器的熱穩(wěn)定性好，除選擇其效能因數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)敏感性較低的制動(dòng)器類型外，還要求摩擦材料有較好的抗熱衰退性和恢復(fù)性，并且應(yīng)使制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤）有足夠的熱容量和散熱能力。
3. 制動(dòng)器間隙調(diào)整，是汽車保養(yǎng)作業(yè)較為頻繁的項(xiàng)目之一。故選擇調(diào)整裝置的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置必須保證調(diào)整操作方便。最好采用間隙自動(dòng)裝置。
4. 制動(dòng)器的尺寸和質(zhì)量。隨著現(xiàn)代汽車車速的日益提高，處于汽車行駛穩(wěn)定性的考慮，輪胎尺寸往往選擇較小。這樣，為了保證所要求的制動(dòng)力矩而確定的制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤）直徑就可能過大而難以在輪轂內(nèi)安裝。因而應(yīng)選擇尺寸小而效能高的制動(dòng)器形式。對(duì)于高速轎車，為提高制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性，在前懸架（獨(dú)立懸架）設(shè)計(jì)中，一般采用較小的主銷偏移距。為此，前制動(dòng)器位置有時(shí)不得不外移到更靠近輪轂，導(dǎo)致其布置困難。車輪制動(dòng)器為非簧載質(zhì)量，故應(yīng)盡可能減輕其質(zhì)量，以改善行駛平順性。
5. 噪音的減輕。制動(dòng)噪音的現(xiàn)象很復(fù)雜。大致來說，冬冬噪音分為低頻好高頻良種。在低頻噪音中，常遇到的是制動(dòng)時(shí)停車的喀擦聲，這主要是由制動(dòng)鼓或者制動(dòng)鉗的共振造成的。高頻噪聲一般可通過制動(dòng)蹄或制動(dòng)盤共振產(chǎn)生?；蛘呤怯捎谀Σ烈r片或襯塊彈性震動(dòng)造成的。
影響的噪聲的主要因素是摩擦材料的摩擦特性，即動(dòng)摩擦系數(shù)對(duì)摩擦速度的變化關(guān)系。動(dòng)摩擦系數(shù)隨速度的增高而減低的程度愈大，愈易激發(fā)震動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。此外，制動(dòng)器輸入壓力越大，噪聲也越大，而壓力高大一定程度以后則不再有噪聲。制動(dòng)溫度對(duì)噪聲也有影響。在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)中采取某種措施，可以在相當(dāng)?shù)某潭壬舷撤N噪聲，特別是低頻噪聲。對(duì)高頻的建交省的消除，目前還比較困難。應(yīng)當(dāng)注意，為消除噪聲而采取的某種措施，有可能產(chǎn)生制動(dòng)力矩的下降和踏板行程損失等副作用。
2.3 制動(dòng)器方案分析
1. 制動(dòng)器分為車輪制動(dòng)器和中央制動(dòng)器兩種，后者制動(dòng)通過傳動(dòng)軸或變速器輸出軸。所有汽車都通過車輪制動(dòng)器來進(jìn)行行車制動(dòng)?，F(xiàn)在。由于車速提高，對(duì)應(yīng)急制動(dòng)的可靠性要求也更嚴(yán)。目前，在中、高級(jí)轎車及部分輕型貨車上已取消了中央制動(dòng)器。只有在少數(shù)重型車上還保留了氣壓驅(qū)動(dòng)中央制動(dòng)器，借以提高制動(dòng)系的可靠性。
因此，在輕型客車上亦取消了中央制動(dòng)器，僅使用車輪制動(dòng)器。
2. 耗散汽車能量方式的選擇
就其耗散汽車能量的方式可分為：摩擦式、液力式和電磁式幾種。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后小、易于連接且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本高而只在一部分重型汽車上用來做車輪制動(dòng)器或緩速器。液力式制動(dòng)器只用作緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，分為鼓式、盤式和帶式三種。
2.4 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇
液壓式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：
優(yōu)點(diǎn)：
a.制動(dòng)時(shí)可以得到必要安全性，因?yàn)橐簤合到y(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)內(nèi)壓力相等，左右輪制動(dòng)同時(shí)進(jìn)行；
b.易保證制動(dòng)力正確分配到前、后輪，因?yàn)榍?、后輪分泵可以做出不同直徑?
c.車振或懸架變形不發(fā)生自行制動(dòng)；
d.不須潤滑和時(shí)常調(diào)整；
缺點(diǎn)：
a當(dāng)管路一處泄漏，則系統(tǒng)失效；
b低溫油液變濃，高溫則汽化；
c不可長時(shí)間制動(dòng)。
但綜合來看，油壓制動(dòng)還是可取的，且得到了廣泛的應(yīng)用。
2.5 制動(dòng)管路的選擇
出于取安全上的考慮，汽車制動(dòng)應(yīng)至少有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路。汽車的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)有以下常見的五種分路型式：
1. 一軸對(duì)一軸（Ⅱ）型，（圖a），前軸制動(dòng)器與后橋制動(dòng)器各用一個(gè)回路；
2. 交叉（X）型，前軸的一側(cè)車輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)車輪制動(dòng)器同屬一個(gè)回路；
3. 一軸半對(duì)半軸（HI）型（圖c），每側(cè)前制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和全部后制動(dòng)器輪缸屬于一個(gè)回路，其余的前輪缸則屬于另一個(gè)回路；
4. 半軸一輪對(duì)半軸一輪（LL）型（圖d），兩個(gè)回路分別對(duì)兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器作用；
5. 雙半軸對(duì)雙半軸（HH）型（圖e），每個(gè)回路均只對(duì)每個(gè)前后制動(dòng)器的半數(shù)輪缸起作用。
圖2-1 不同的雙管路系統(tǒng)布置
其中Ⅱ型的管路布置最為簡單，成本較低，目前在各種汽車特別是在貨車上用的最廣泛。但這種型式后制動(dòng)回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎能力。
X型的結(jié)構(gòu)也很簡單。直行制動(dòng)時(shí)任何一回路失效，剩余總制動(dòng)力都能保持正常值的50％。但一旦某一管路損壞則造成制動(dòng)力不對(duì)稱，使汽車喪生穩(wěn)定性。因此該方案適用于主銷偏移距為負(fù)值的汽車上，以改善汽車穩(wěn)定性。
HI、HH、LL型的結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，本次設(shè)計(jì)不予考慮。X型的布置方案可適于本次設(shè)計(jì)。
2.6 鼓式制動(dòng)器與盤式制動(dòng)器的比較分析
a.鼓式制動(dòng)器可分為：領(lǐng)從蹄式（a圖）；雙領(lǐng)蹄式（b圖）；雙向雙領(lǐng)蹄式（c圖）；雙從蹄式（d圖）；單向增力式（e圖）；雙向增力式（f圖）：
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的缺點(diǎn)是由于制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)向方向的改變，使制動(dòng)效能下降很多；
雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在前進(jìn)、倒車制動(dòng)時(shí)效能不變，故廣泛用于中、輕型貨車及部分轎車的前、后輪。但用作后輪制動(dòng)器時(shí)需另設(shè)中央制動(dòng)器；
雙領(lǐng)蹄式和雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器中有兩個(gè)輪缸，適于雙回路制動(dòng)系，但輪缸、管接頭增多即造價(jià)高，且易發(fā)生泄漏及振動(dòng)引起的破壞等現(xiàn)象。
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的阿效能及穩(wěn)定性適中。前進(jìn)，倒車時(shí)制動(dòng)效能不變，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，普遍用于中、重型貨車上前、后輪制動(dòng)器；
增力式制動(dòng)器，制動(dòng)力矩較大。但其效能太不穩(wěn)定，且需選用摩擦性能較穩(wěn)定的摩擦襯片。單項(xiàng)增力式制動(dòng)器在倒車時(shí)效能大為降低，只有少數(shù)輕、中型貨車，轎車上用于前輪制動(dòng)器。
b.盤式制動(dòng)器依據(jù)其固定元件的結(jié)構(gòu)型式大體上可以分為兩大類。
一類是工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動(dòng)塊，每個(gè)制動(dòng)器有2—4個(gè)。這個(gè)制動(dòng)塊及其促東裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤兩側(cè)的夾鉗形支架上，總稱為制動(dòng)鉗。這種由制動(dòng)盤和制動(dòng)鉗組成的制動(dòng)器稱為鉗盤是制動(dòng)器。
另一類固定元件的金屬背板和摩擦片也呈圓盤形。使用這種固定元件，因其制動(dòng)盤的全部工作面可同時(shí)與摩擦襯片接觸的制動(dòng)器稱為全盤式制動(dòng)器。
目前。鉗盤式制動(dòng)器已愈來愈多的被各級(jí)轎車和貨車用作車輪制動(dòng)器。全盤式制動(dòng)器主要用在重型汽車上用作車輪制動(dòng)器。故輕型客車的前盤式制動(dòng)器選用前盤式制動(dòng)器。
鉗盤式制動(dòng)器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：
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。
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)比較容易；
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。
目前各類汽車所用的摩擦制動(dòng)器可分為鼓式和盤式，前者的摩擦幅中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件則為圓盤轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤，一段面為工作表面。
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。
2.7 制動(dòng)器間隙自動(dòng)調(diào)整裝置
圖2-4 盤式制動(dòng)器的活塞密封圈
a) 制動(dòng)狀態(tài) b) 不制動(dòng)狀態(tài)
1-活塞 2-制動(dòng)鉗 3-密封圈
最簡單的間隙自調(diào)方式是利用制動(dòng)鉗中橡膠密封圈的極限彈性變形量來保持制動(dòng)時(shí)為消除設(shè)定間隙所需設(shè)定活塞行程△，當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程大于△時(shí)，活塞可在液壓作用下克服密封圈的摩擦力繼續(xù)前移實(shí)現(xiàn)完全制動(dòng)為止。活塞與密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對(duì)位移便襯嘗了過量間隙。
小結(jié)
本章闡述了制動(dòng)器設(shè)計(jì)的基本要求及一般原則要求。液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，制動(dòng)管路有五種分路形式。
鼓式制動(dòng)器可分為：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。
鉗盤式制動(dòng)器可分為：固定鉗式；滑動(dòng)鉗式；擺動(dòng)鉗式，并介紹了各自的優(yōu)點(diǎn)。制動(dòng)器間隙是通過橡膠密封圈的變形來調(diào)整。
第3章 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇
3.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
汽車制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任一角速度的車輪，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，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，
——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)車輪角速度時(shí)，
大小亦相等，且取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的摩擦系
數(shù)與車輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力成正比。當(dāng)加大踏板力以加大時(shí)
均隨之增大。但地面制動(dòng)力受附著條件的限制，其值不可能大于
附著力，即
（3-3）
式中：——輪胎與地面間的附著系數(shù)
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)到附著力的值時(shí)，車輪即被抱死并在地
面上滑移。此后制動(dòng)力矩表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與地面制
動(dòng)力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)到車輪角速度為0
以后，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力力后就不在增大，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。
如上圖所示汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。對(duì)后軸車輪的接地點(diǎn)
取力矩，得平衡式為
(3-4)
對(duì)前軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，得平衡式為
(3-5)
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；
——汽車軸距，mm；
——汽車質(zhì)心離前軸的距離，mm；
——汽車質(zhì)心離后軸的距離，mm；
——汽車質(zhì)心高度，mm；
M——汽車質(zhì)量，kg；
G——汽車所受重力，N;
——汽車制動(dòng)減速度，;
根據(jù)上述汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析，考慮到汽車制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移及G=mg，則可求得汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2分別為
（3-6）
（3-7）
令，q稱為制動(dòng)強(qiáng)度，則汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)汽車前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2又可表達(dá)為
（3-8）
若在附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)，前、后軸車輪均抱死，此時(shí)汽車總的地面制動(dòng)力等于汽車前、后軸車輪的總的附著力,亦等于作用于質(zhì)心的制動(dòng)慣性力，即有
（3-9）
汽車總的地面制動(dòng)力為
=10815N
汽車在附著系數(shù)為任一確定值的路面上制動(dòng)時(shí)，各軸車輪附著力即極限制動(dòng)力并非常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力的函數(shù)。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，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)過程可能出現(xiàn)的情況有3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。
在上述3種情況中，顯然是第（3）種情況的附著條件利用的最好。
由式（3-7），式（3-8）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)被充分利用的條件為
（3-10）
式中：——前軸車輪的制動(dòng)力；
——后軸車輪的制動(dòng)力；
——前軸車輪地面制動(dòng)力；
——后軸車輪地面制動(dòng)力；
?前后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系式為
??????? （3－11）
通常用前制動(dòng)器制動(dòng)力對(duì)汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來表明分配比例，即制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，它可表示為
????????? （3－12）
因?yàn)椋?
（3-13）
整理式（3－4）得
??????????????????????????? （3－14）
3.2 同步附著系數(shù)
具有固定的線與I線的交點(diǎn)處的附著系數(shù),被稱為同步附著系數(shù)。它表示具有固定線的汽車只能在一種路面上實(shí)現(xiàn)前、后輪同時(shí)抱死。同步附著系數(shù)時(shí)由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，它是反應(yīng)汽車制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。
同步附著系數(shù)說明，前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只能在一種路面上，即在同步附著系數(shù)的路面上才能保證前后輪同時(shí)抱死。
同步附著系數(shù)也可用解析方法求出。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，此時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死。
? ??????? （3-15）
整理得： ????? （3-16）
(3-17)
初選???則0.69
3.3 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩
假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
（3-18）
式中，f為摩擦因數(shù)；Fo為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；R為作用半徑。對(duì)于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔?
很大，取R等于平均半徑Rm，或有效半徑Re，在實(shí)際上已經(jīng)足夠精確。
如圖3—1，平均半徑為
Rm=( R1+ R2)/2 （3-19）
式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
設(shè)襯塊與制動(dòng)盤之間的單位壓力為戶，則在任意微元面積RdRdφ上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤中心的力矩為fpR2dRdφ，而單側(cè)制動(dòng)塊加于制動(dòng)盤的制動(dòng)力矩應(yīng)為
單側(cè)襯塊加于制動(dòng)盤的總摩擦力為
故有效半徑為
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12) （3-20）
可見，有效半徑Re即是扇形表面的面積中心至制動(dòng)盤中心的距離。上式也可寫成
Re=4/3[1- R1 R2/( R1+ R2)2]( R1+ R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2] Rm
式中，m= R1/ R2
因?yàn)閙<1，m/(1+m)2<1/4，故Re> Rm，且m越小則兩者差值越大。
應(yīng)當(dāng)指出，若m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處的滑磨速度相差太遠(yuǎn)，磨損將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì)算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于0．65。
制動(dòng)盤工作面的加工精度應(yīng)達(dá)到下述要求：平面度允差為0．012mm，表面粗糙度為Ra0.7—1.3μm，兩摩擦表面的平行度不應(yīng)大于0．05mm，制動(dòng)盤的端面圓跳動(dòng)不應(yīng)大于0．03mm。通常制動(dòng)盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造。為保證有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，其牌號(hào)不應(yīng)低于HT250。
3.4 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率
汽車制動(dòng)減速度，其中被稱為制動(dòng)強(qiáng)度。由前述可知，若汽車在具有同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，汽車的前、后輪將同時(shí)達(dá)到抱死的工況，此時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度。在其他路面上制動(dòng)時(shí)，既不出現(xiàn)前輪抱死也不發(fā)生后輪抱死的制動(dòng)強(qiáng)度必然小于地面附著系數(shù)，即。就是說，只有在的路面上，地面的附著條件才能被充分地利用。而在的路面上，因出現(xiàn)前輪或后輪先抱死的現(xiàn)象，地面附著條件未被很好地被利用。為了定量說明地面附著條件的利用程度，定義利用附著系數(shù)為
???????????? ,?? （3－21）
設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時(shí)剛要抱死時(shí)，汽車產(chǎn)生的減速度（或表示為），則由式（3－1）得前輪地面法向反作用力為
????????? （3－22）
前輪制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力為
???????????????????????（3－23）
將式（3－11）和式(3－12)代入式（3－8），則
????????????? （3－24）
同理可推導(dǎo)出后輪利用附著系數(shù)。
后輪剛要抱死時(shí)，后輪地面制動(dòng)力和地面法向反作用力
???????????????? （3－25）
??????????????????????????? （3－26）
將式（3－14）和式(3－15)代入，則
????????????????????????? （3－27）
對(duì)于已知汽車總質(zhì)量、軸距、質(zhì)心位置、、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，則可繪制出利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖。附著效率是制動(dòng)強(qiáng)度和利用附著系數(shù)之比。
它是也用于描述地面附著條件的利用程度，并說明實(shí)際制動(dòng)力分配的合理性。根據(jù)附著效率的定義，有
??????????????????????????? （3－28）
??????? ???????????????? （3－29）
式中；和分別時(shí)前軸和后軸的附著效率。
小結(jié)
本章主要分析了制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)，同步附著系數(shù)，利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率。對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩及平均有效半徑進(jìn)行了初步的計(jì)算。
第4章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 原始數(shù)據(jù)及主要技術(shù)參數(shù)
裝備質(zhì)量 1091kg
滿載質(zhì)量 1545kg
軸荷分配
滿載時(shí) 前軸 818kg
后軸 727kg
質(zhì)心高度
空載時(shí) 550mm
滿載時(shí) 580mm
軸距 2471mm
前輪距 1429mm
后輪距 1422mm
總長 4415mm
總高 1415mm
質(zhì)心距前軸距離 1112mm
質(zhì)心距后軸距離 1359mm
4.2 盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定
1．制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，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。但制動(dòng)盤直徑D受輪輞直徑的限制。通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇為輪輞直徑的70%~90%。初取318mm。
制動(dòng)盤直徑為70%～79%輪輞直徑，根據(jù)輪輞提供給制動(dòng)器的可利用空間，并本著制動(dòng)盤直徑盡可能大的原則及運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生干涉。初選制動(dòng)盤的直徑d＝240mm。
2．制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤的厚度直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫度。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取的適當(dāng)小些；為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度又不宜過小。制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，又可在制動(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10mm~20mm;具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤的兩工作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤的厚度取為20 mm~50mm，但多采用20 mm~30mm。
本次設(shè)計(jì)選擇通風(fēng)式制動(dòng)盤h=20㎜
3．摩擦襯塊內(nèi)半徑R1與外半徑R2
推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，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，接觸面積將減小，最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
根據(jù)制動(dòng)盤直徑可確定外徑R2=112㎜
考慮到R2/ R1＜1.5，可選取R1=76mm，則R2/ R1=1.47＜1.5
4．摩擦襯塊工作面積
推薦根據(jù)摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/c㎡~3.5kg/c㎡范圍內(nèi)選取。汽車滿載質(zhì)量為1545kg。
所以A選78cm。初選摩擦系數(shù)f =0.3,制動(dòng)器間隙為0.2mm.
5．摩擦塊磨損均勻性驗(yàn)證
假設(shè)襯塊的摩擦表面全部于制動(dòng)盤接觸，而且各處單位壓力均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
（4-1）
f 為摩擦因素,F0為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力，R作用半徑
在實(shí)際的計(jì)算過程中，R值我們?nèi)∑骄礡m就可以了，設(shè)襯塊的與制動(dòng)盤之間的單位壓力為p,則在任意微元面積RdRdφ 上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤的中心的力矩為fpR2dRdφ,而單側(cè)制動(dòng)塊加于制動(dòng)盤的制動(dòng)力矩應(yīng)為：
（4-2）
單側(cè)襯塊加于制動(dòng)盤的總摩擦力為：
（4-3）
所以有效半徑：
平均半徑為：
因?yàn)椹e -Rm│ =1mm, Rm 和Re 之間相差不大，所以可以得出摩擦襯塊和制動(dòng)盤之間的單位壓力分布均勻，摩擦塊的磨損較為均勻
4.3 制動(dòng)力矩與盤的壓力。
假設(shè)摩擦盤完全接觸，而且各處的壓力分布均勻。那么盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩為：
單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)盤的壓力：
后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩：
同理前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為210428.4
4.4 制動(dòng)輪缸直徑的計(jì)算
制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)蹄(塊)施加的張開力Fo與輪缸直徑d和制動(dòng)管路壓力p的關(guān)系為
（4-4）
制動(dòng)智路壓力一般不超過10—12MPa，對(duì)盤式制動(dòng)器可更高。壓力越高，對(duì)管路(首先是制動(dòng)軟管及管接頭)的密封性要求越嚴(yán)格，但驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)越緊湊。輪缸直徑d應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選取，詳見GB7524—87附錄B表B2。油壓選取：12MPa 所以d=42mm
4.5 緊急制動(dòng)時(shí)踏板力的計(jì)算
踏板力： （4-5）
其中：操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，取
制動(dòng)主缸直徑 mm，
總管路中油壓p＝
真空助力器的增力倍數(shù) k＝4－6，取k＝5。
效率η＝0.82－0.86，取η＝0.84
則
可見踏板力符合法律要求（350－550范圍）。符合法律的要求。而且操縱較為輕便。
4.6 制動(dòng)踏板行程的計(jì)算
制動(dòng)踏板工作行程 （4-6）
其中：（操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比）取4－7；主缸活塞行程：（0.8－1.2），依《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（五）。第七章，液壓缸。表37.7－3.取25mm；
主缸推桿與活塞間隙：0.2mm；
主缸活塞空行程： 2mm；
則： mm.
法規(guī)要求不大于150－200mm，故符合法規(guī)。
作用在制動(dòng)手柄上最大的力，對(duì)于乘用車應(yīng)不大于400N，對(duì)商用車不大于600N。制動(dòng)手柄最大行程，對(duì)乘用車不大于160mm，對(duì)商用車不大于220mm。在這里，因?yàn)槭浅擞密?，所以最大踏板形成取?20mm，作用在制動(dòng)手柄上最大的力取300N，制動(dòng)手柄最大行程取150mm。
小結(jié)
本章主要是對(duì)制動(dòng)器的主要零部件的尺寸進(jìn)行了計(jì)算，同時(shí)又計(jì)算出前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，又對(duì)緊急制動(dòng)時(shí)的踏板力進(jìn)行了審核，制動(dòng)踏板的行程也進(jìn)行了估算。
第五章 制動(dòng)器主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算
5.1 制動(dòng)盤
制動(dòng)盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr，Ni等的合金鑄鐵制成。其結(jié)構(gòu)形狀有平板形（用于全盤式制動(dòng)器）和禮帽形（用于鉗盤式制動(dòng)器）兩種。后一種的圓柱部分長度取決于布置尺寸。
制動(dòng)盤在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，這樣可以大大地增加散熱面積，降低溫升約20%～30%，但盤的整體較厚，一般在20 mm～30 mm之間。而不帶通風(fēng)槽的轎車制動(dòng)盤，其厚度約在10 mm～20 mm之間。
制動(dòng)盤的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制表面的跳動(dòng)量、兩側(cè)表面的平行度（厚度差）即制動(dòng)盤的不平衡量。
5.2 制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH-370或QT400-18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄?？勺龀烧w的，也可做成兩部分并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度的剛度。一般多在鉗體中加工出制動(dòng)油缸，也有將單獨(dú)制造的油缸嵌入鉗體中的。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠在制動(dòng)塊的背板。有的將活塞開口端部切成階梯狀，形成兩個(gè)相對(duì)且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面?；钊射X合金制造或由剛制造。為了提高其耐磨性能，活塞的工作面進(jìn)行鍍鉻處理。當(dāng)制動(dòng)鉗體由鋁合金制造時(shí)，減少傳給制動(dòng)液的熱量則成為必須解決的問題。為此，應(yīng)減小活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積，有時(shí)也可采用非金屬活塞。
制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動(dòng)鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥、水進(jìn)入制動(dòng)鉗，位于車軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承的合成載荷。
5.3 制動(dòng)塊
制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或連接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形、正方形或長圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了避免制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液氣化和減小制動(dòng)噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘（或噴涂）一層隔熱減震墊（膠）。由于單位壓力大和工作溫度高等特點(diǎn)，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。一般情況下，輕型汽車的摩擦塊厚度在7.5 mm～16 mm之間，中、重型汽車的摩擦襯塊的厚度在14 mm～22 mm之間。許多盤式制動(dòng)器裝有摩擦襯塊達(dá)到磨損極限時(shí)的報(bào)警裝置，以便能及時(shí)更換摩擦襯塊。
5.4 摩擦材料
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高且穩(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)該有好的耐磨性，低的吸水（油、制動(dòng)液）性，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)生噪音、不產(chǎn)生不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用污染小和對(duì)人體無害的材料。
當(dāng)前在制動(dòng)器中廣泛采用模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘合劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪音消除劑等混合后，在高溫下模壓而成。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊的規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配