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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 研究的目的和意義
盤式制動(dòng)器具有散熱性好、制動(dòng)效能穩(wěn)定、抗水衰退能力強(qiáng)、易于保養(yǎng)和維修等優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、鐵路、車輛和工程機(jī)械。對盤式制動(dòng)器的早期研究側(cè)重于試驗(yàn)研究其摩擦特性,隨著用戶對其制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高,有關(guān)其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面的研究也在深入進(jìn)行。
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，制動(dòng)器直接關(guān)乎生命。因此，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)是汽車的設(shè)計(jì)過程中非常重要的一環(huán)，確定制動(dòng)器結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計(jì)制動(dòng)器中傳動(dòng)的主要零部件，對主要零部件進(jìn)行校核，對優(yōu)化汽車制動(dòng)性能和經(jīng)濟(jì)性能，培養(yǎng)我們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)能力及規(guī)范的設(shè)計(jì)程序具有重要意義，使我們在機(jī)械加工工藝規(guī)程編制、編寫技術(shù)文件及查閱技術(shù)文獻(xiàn)等各個(gè)方面受到一次綜合性的訓(xùn)練，通過零件圖、裝配圖繪制，使我們對AutoCAD繪制軟件的使用能力得到進(jìn)一步的提高。
1.2 制動(dòng)系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
汽車制動(dòng)系是汽車總要組成部分，其作用是將行駛中的汽車減速或停車。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。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、停車可靠，汽車制動(dòng)系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動(dòng)性良好、制動(dòng)系工作可靠的汽車，才能從份發(fā)揮其動(dòng)力性能。
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；重型汽車或經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車要增設(shè)應(yīng)急制動(dòng)裝置及輔助制動(dòng)裝置；牽引汽車還應(yīng)有自動(dòng)制動(dòng)裝置。
汽車制動(dòng)裝置用于使行駛中的汽車強(qiáng)制減速或停車，并使汽車在下短坡時(shí)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。構(gòu)常采用雙回路或多回路機(jī)構(gòu)，以保證其工作可靠。
駐車制動(dòng)裝置用于汽車可靠而無時(shí)間限制的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)而不是用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，以免其產(chǎn)生故障。
應(yīng)急制動(dòng)裝置用于當(dāng)行車制動(dòng)裝置意外發(fā)生故障而失效時(shí)，則可以用機(jī)械力源（如強(qiáng)力壓縮彈簧）實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)。應(yīng)急制動(dòng)裝置不必是獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，它可利用行車制動(dòng)裝置或駐車制動(dòng)裝置的某些制動(dòng)器件。應(yīng)急制動(dòng)裝置也不是每車必備的，因?yàn)槠胀ǖ氖至︸v車制動(dòng)器也可以起到應(yīng)急制動(dòng)的作用。
輔助制動(dòng)裝置用在山區(qū)行駛的汽車上，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)或電渦流制動(dòng)等的輔助制動(dòng)裝置，可使汽車下長坡時(shí)間而維持地減低或保持穩(wěn)定車速，并減輕或解除行車制動(dòng)器的負(fù)荷。通常，在總質(zhì)量不大于5t可客車上和總質(zhì)量不大于12t的載貨汽車上裝備這種輔助制動(dòng)-減速裝置。
汽車制動(dòng)系應(yīng)滿足如下要求。
(1)應(yīng)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)除應(yīng)滿足規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)制定的有關(guān)要求外、也應(yīng)考慮銷售對象所在對象在國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求；
(2)具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制東效能和駐車制動(dòng)效能，行車制動(dòng)效能是由在一定的制動(dòng)初速度下及最大踏板力下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩項(xiàng)指標(biāo)來評定的。
從汽車誕生時(shí)起，車輛制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。汽車制動(dòng)系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動(dòng)裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動(dòng)能，以達(dá)到車輛制動(dòng)減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動(dòng)力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動(dòng)汽車沒有內(nèi)燃機(jī)，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動(dòng)真空泵為真空助力器提供真空。 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展是和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都發(fā)生了很大變化[1]。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)的組成 制動(dòng)系統(tǒng)主要由下面的4個(gè)部分組成：
(1)供能裝置：也就是制動(dòng)能源，包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及各個(gè)部件，產(chǎn)生制動(dòng)能量的部分稱為制動(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)效果的部件；
(3)傳動(dòng)裝置：包括把制動(dòng)能量傳遞到制動(dòng)器的各個(gè)部件；
(4)制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢的力的部件，也包括輔助制動(dòng)系統(tǒng)中的部件。 現(xiàn)代的制動(dòng)系統(tǒng)還包括制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和報(bào)警裝置，壓力保護(hù)裝置等輔助裝置。
制動(dòng)器的發(fā)展：制動(dòng)器是制動(dòng)的主要組成部分，目前汽車制動(dòng)器基本都是摩擦式制動(dòng)器，按照摩擦副中旋轉(zhuǎn)元件的不同，分為鼓式和盤式兩大類制動(dòng)器。 鼓式制動(dòng)器又有領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式制動(dòng)器等結(jié)構(gòu)型式。盤式制動(dòng)器有固定鉗式，浮動(dòng)鉗式，浮動(dòng)鉗式包括滑動(dòng)鉗式和擺動(dòng)鉗盤式兩種型式?；瑒?dòng)鉗式是目前使用廣泛的一種盤式制動(dòng)器。由于盤式制動(dòng)器熱和水穩(wěn)定性以及抗衰減性能較鼓式制動(dòng)器好，可靠性和安全性也好，而得到廣泛應(yīng)用。但是盤式制動(dòng)器效能低，無法完全防止塵污和銹蝕，兼做駐車制動(dòng)時(shí)需要較為復(fù)雜的手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，因而在后輪上的應(yīng)用受到限制，很多車是采用前盤后鼓的制動(dòng)系統(tǒng)組成。電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車上具有再生制動(dòng)能力的電機(jī)，在回收制動(dòng)能量時(shí)起制動(dòng)作用，它引入了新型的制動(dòng)器。作為一種新的制動(dòng)器型式，勢必引起制動(dòng)器型式的變革。電制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器是基于傳統(tǒng)的制動(dòng)器，也分為盤式電制動(dòng)器和鼓式電制動(dòng)器，鼓式電制動(dòng)器由于制動(dòng)熱衰減性大等缺點(diǎn)，將來汽車上會(huì)以盤式電制動(dòng)器為主。
制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：已經(jīng)普遍應(yīng)用的液壓制動(dòng)現(xiàn)在已經(jīng)是非常成熟的技術(shù)，隨著人們對制動(dòng)性能要求的提高，防抱死制動(dòng)系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)防滑控制系統(tǒng)、電子穩(wěn)定性控制程序、主動(dòng)避撞技術(shù)等功能逐漸融人到制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，需要在制動(dòng)系統(tǒng)上添加很多附加裝置來實(shí)現(xiàn)這些功能，這就使得制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，增加了液壓回路泄漏的可能以及裝配、維修的難度，制動(dòng)系統(tǒng)要求結(jié)構(gòu)更加簡潔，功能更加全面和可靠，制動(dòng)系統(tǒng)的管理也成為必須要面對的問題，電子技術(shù)的應(yīng)用是大勢所趨。
隨著我國汽車工業(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)，國外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采用盤式制動(dòng)器配置正逐步在我國形成規(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等方面都發(fā)揮了很大的作用。以下就盤式制動(dòng)器在我國各類車型上的運(yùn)用狀況做一個(gè)簡單的分析：
(1)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%—80%，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。
(2)在大型客車方面：氣壓盤式制動(dòng)器產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性明顯，可靠性總體良好，具有創(chuàng)新性和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的集成性。我國從1997年開始在大客車和載重車上推廣盤式制動(dòng)器及 ABS防抱死系統(tǒng)，因進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格太高，主要用于高端產(chǎn)品。2004年7月1日交通部強(qiáng)制在7—12米高Ⅱ型客車上 “必須”配備后，國產(chǎn)盤式制動(dòng)器得以大行其道。北京公交電車公司、上海公交、武漢公交、長沙公交、深圳公交、廣州公交等公司，都在使用為大客車匹配的氣壓盤式制動(dòng)器。
(3)重型汽車方面：作為重型汽車行業(yè)應(yīng)用型新技術(shù)，氣壓盤式制動(dòng)器已經(jīng)屬于成熟產(chǎn)品，目前具有廣泛應(yīng)用的前景。2004年3月紅巖公司率先在國內(nèi)重卡行業(yè)中完成了對氣壓盤式制動(dòng)器總成的開發(fā)。2005年元月份中國重汽卡車事業(yè)部在提升和改進(jìn)卡車底盤的過程中，在橋箱事業(yè)部配合下，將22.5英寸氣壓盤式制動(dòng)器成功“嫁接”到了重汽斯太爾重卡車前橋上。氣壓盤式制動(dòng)器在重汽斯太爾卡車前橋上的成功“嫁接”，解決了令整車廠及用戶困擾已久的傳統(tǒng)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)嘯叫、頻繁制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄片易磨損、雨天制動(dòng)效能降低等一系列問題。氣壓盤式制動(dòng)器首次在斯太爾卡車前橋上的應(yīng)用，也為今后開發(fā)重汽高速卡車提供了經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲備。與此同時(shí)陜西重汽、北汽福田、一汽解放、東風(fēng)公司、江淮汽車等國內(nèi)大型汽車廠均完成了盤式制動(dòng)器在重型汽車方面的前期試驗(yàn)及技術(shù)貯備工作，盤式制動(dòng)器在某些方面可以說成為未來重卡制動(dòng)系統(tǒng)匹配發(fā)展的新趨勢[1]。
1.3 制動(dòng)系統(tǒng)指標(biāo)
車輛在行駛過程中要頻繁進(jìn)行制動(dòng)操作，由于制動(dòng)性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全，因此制動(dòng)性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車的速度逐漸減小至0，對這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動(dòng)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，因此制動(dòng)過程受力情況分析是車輛試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),由于這一過程較為復(fù)雜,因此一般在實(shí)際中只能建立簡化模型分析，通常人們主要從三個(gè)方面來對制動(dòng)過程進(jìn)行分析和評價(jià)[2]：
(1)制動(dòng)效能:即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度；
(2)制動(dòng)效能的恒定性，即抗熱衰退性；
(3)制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。
目前，對于整車制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺架進(jìn)行，由于在汽車道路試驗(yàn)中車輪扭矩不易測量，因此，多數(shù)有關(guān)傳動(dòng)系!制動(dòng)系的試驗(yàn)均通過間接測量來進(jìn)行汽車在道路上行駛,其車輪與地面的作用力是汽車運(yùn)動(dòng)變化的根據(jù)，在汽車道路試驗(yàn)中，如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化，則可為汽車整車制動(dòng)系統(tǒng)性能研究提供更全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和性能評價(jià)。
眾所周知，剎車時(shí)不能一腳踩死，而應(yīng)分步剎車，一踩一松，直至汽車停下，但遇到急剎時(shí)，常需要汽車緊急停下來，很想一腳到底就把汽車停下，這時(shí)由于車輪容易發(fā)生抱死不轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使汽車發(fā)生危險(xiǎn)工況，比如前輪抱死引起汽車失去轉(zhuǎn)彎能力，后輪抱死容易發(fā)生甩尾事故等等。制動(dòng)系統(tǒng)具體指標(biāo)如下[3]：
(1)具有良好的制動(dòng)效能；
(2)具有良好的制動(dòng)效能的穩(wěn)定性；
(3)制動(dòng)時(shí)汽車操縱穩(wěn)定性好；
(4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。
1.4 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容
制定出制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算，確定制動(dòng)系統(tǒng)和制動(dòng)器主要的參數(shù)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算，并依據(jù)制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求得出主要零部件的尺寸，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖，布置圖和零件圖。最終進(jìn)行制動(dòng)力分配，對設(shè)計(jì)出的制動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)分析。
第2章 制動(dòng)系統(tǒng)方案的選擇
2.1 制動(dòng)形式方案分析
汽車制動(dòng)器幾乎均為機(jī)械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力矩使汽車減速或停車。一般摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。
1、鼓式制動(dòng)器
鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者則安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件為制動(dòng)鼓。車輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦片的外表面作為一對摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外因柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱為帶式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾經(jīng)用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)[3]。
鼓式制動(dòng)器按蹄的類型分為：
(1) 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)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(shí)的制動(dòng)性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)較低，也便于附裝駐車制動(dòng)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(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。
(2) 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。
(3)雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)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(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車制動(dòng)。
(4)單向增力式制動(dòng)器
單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)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(dòng)器。
(5)雙向增力式制動(dòng)器
雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用作汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
2、盤式制動(dòng)器
按摩擦副中固定元件的結(jié)構(gòu)不同，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式兩類。
鉗盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件是制動(dòng)塊，裝在與車軸連接且不能繞車軸軸線旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鉗中。制動(dòng)襯塊與制動(dòng)盤接觸面很小，在盤上的中心角一般在30℃-50℃，故這種盤式制動(dòng)器又稱為點(diǎn)盤式制動(dòng)器。
全盤式制動(dòng)器中摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸，作用原理如同離合器，故又稱離合器式制動(dòng)器。全盤式中用得較多的是多片全盤式制動(dòng)器。多片全盤式制動(dòng)器既可用做車輪制動(dòng)器，也可用做緩行器。 從成本和使用情況考慮我選擇鉗盤式制動(dòng)器。
鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)不同，分為以下幾種:
1. 固定鉗式
制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤兩側(cè)均有液壓缸。制動(dòng)時(shí)僅兩側(cè)液壓缸中的制動(dòng)塊向盤面移動(dòng)。這種形式稱為對置活塞式或浮動(dòng)活塞式。
2. 浮動(dòng)鉗式
(1)滑動(dòng)鉗式
制動(dòng)鉗可以相對于制動(dòng)盤作軸向滑動(dòng)，其中只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動(dòng)塊固裝在鉗體上。制動(dòng)時(shí)活塞在液壓作用下使活動(dòng)制動(dòng)塊壓靠到制動(dòng)盤， 而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定制動(dòng)塊壓向制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊受力相等為止。
(2)擺動(dòng)鉗式
它也是單側(cè)液壓缸結(jié)構(gòu)，制動(dòng)鉗體與固定于車軸上的支座連接。為實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，鉗體不是滑動(dòng)而是在與制動(dòng)盤垂直的平面內(nèi)擺動(dòng)。顯然，制動(dòng)塊不可能全面而均勻地磨損。為此，有必要將襯塊預(yù)先做成楔形（摩擦面對背面的傾斜角為6°左右）。在使用過程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻（一般為1mm左右）后即應(yīng)更換。
固定鉗式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)有:至少有兩個(gè)液壓缸分置于制動(dòng)盤兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤的內(nèi)部油道或外部油管來連接。這一方面式制動(dòng)器的徑向和軸向尺寸增大，增加了在汽車上的布置難度；另一方面增加了受熱機(jī)會(huì)，使制動(dòng)液溫度過高而汽化；固定鉗式制動(dòng)器要兼做駐車制動(dòng)器，必須在主制動(dòng)鉗上另外付裝一套供駐車制動(dòng)用的輔助制動(dòng)鉗，或是采用盤鼓結(jié)合后輪制動(dòng)器。輔助制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)比較簡單、摩擦襯塊面積小。盤鼓結(jié)合式制動(dòng)器中，鼓式制動(dòng)器直徑尺寸較小，常采用雙向增力式制動(dòng)器。與輔助制動(dòng)鉗式比較，它能產(chǎn)生可靠的駐車制動(dòng)力矩。
浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)有：僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動(dòng)器能更進(jìn)一步靠近輪轂；沒有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性??；成本低；浮動(dòng)鉗的制動(dòng)塊可兼用做駐車制動(dòng)。
綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)最終確定本次設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器。
圖2.1 盤式制動(dòng)器工作原理
2.2 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇
根據(jù)制動(dòng)力原的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)以及伺服制動(dòng)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(dòng)系
簡單制動(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作為制動(dòng)力原。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(jià)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(dòng)裝置中。
液壓式的簡單制動(dòng)系通常簡稱為液壓制動(dòng)系，用于行車制動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時(shí)間短(0.1s—0.3s)，工作壓力大(可達(dá)10 MPa—12MPa)，缸徑尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄的張開機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊的壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，質(zhì)量小、造價(jià)低。但其有限的力傳動(dòng)比限制了它在汽車上的使用范圍。另外，液壓管路在過度受熱時(shí)會(huì)形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”，使制動(dòng)效能降低甚至失效；而當(dāng)氣溫過低時(shí)(-25℃和更低時(shí))，由于制動(dòng)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(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓式簡單制動(dòng)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[4]。
2.2.2動(dòng)力制動(dòng)系
動(dòng)力制動(dòng)系是以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動(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制動(dòng)回路中控制元件的操縱。在簡單制動(dòng)系中的踏板力與其行程間的反比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)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)奶ぐ逍谐獭?
動(dòng)力制動(dòng)系有氣壓制動(dòng)系、氣頂液式制動(dòng)系和全液壓動(dòng)力制動(dòng)系3種。
1、氣壓制動(dòng)系
氣壓制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系最常見的型式，由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī)、儲氣筒、制動(dòng)閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價(jià)高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢，作用滯后時(shí)間較長(0.3s—0.9s)，因此，當(dāng)制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和儲氣罐的距離較遠(yuǎn)時(shí)，有必要加設(shè)氣動(dòng)的第二級控制元件繼動(dòng)閥(即加速閥)以及快放閥；管路工作壓力較低(一般為0.5MPa—0.7MPa)，因而制動(dòng)氣室的直徑大，只能置于制動(dòng)器之外，再通過桿件及凸輪或楔塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外，制動(dòng)氣室排氣時(shí)也有較大噪聲。
2、氣頂液式制動(dòng)系
氣頂液式制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系的另一種型式，即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動(dòng)系統(tǒng)主缸的驅(qū)動(dòng)力源的一種制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。它兼有液壓制動(dòng)和氣壓制動(dòng)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(shí)間也較短。顯然，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價(jià)高，故主要用于重型汽車上，一部分總質(zhì)量為9t—11t的中型汽車上也有所采用。
3、全液壓動(dòng)力制動(dòng)系
全液壓動(dòng)力制動(dòng)系除具有一般液壓制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操縱輕便、制動(dòng)反應(yīng)快、制動(dòng)能力強(qiáng)、受氣阻影響較小、易于采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動(dòng)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(dòng)系
伺服制動(dòng)系是在人力液壓制動(dòng)系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套其他能源提供的助力裝置。使人力與動(dòng)力可兼用，即兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為制功能源的制動(dòng)系。在正常情況下，其輸出工作壓力主要?jiǎng)恿λ欧到y(tǒng)產(chǎn)生，而在動(dòng)力伺服系統(tǒng)失效時(shí)，仍可全由人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)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(dòng)系、氣壓伺服制動(dòng)系和液壓伺服制動(dòng)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。所以選擇液壓伺服制系統(tǒng)[5]。
2.3 液壓分路系統(tǒng)形式的選擇
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)器的液壓或氣壓管路分成兩個(gè)或多個(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。
(a)Ⅱ型回路 (b)X型回路 (c)KI型回路 (d)LL型回路 (e)HH型回路
圖2.2 液壓分路系統(tǒng)的形式
2.3.1 II型回路
前、后輪制動(dòng)管路各成獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即一軸對一軸的分路型式，簡稱II型。其特點(diǎn)是管路布置最為簡單，可與傳統(tǒng)的單輪缸(或單制動(dòng)氣室)鼓式制動(dòng)器相配合，成本較低。這種分路布置方案在各類汽車上均有采用，但在貨車上用得最廣泛。這一分路方案總后輪制動(dòng)管路失效，則一旦前輪制動(dòng)抱死就會(huì)失去轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。對于前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，當(dāng)前輪管路失效而僅由后輪制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能將明顯降低并小于正常情況下的一半，另外，由于后橋負(fù)荷小于前軸，則過大的踏板力會(huì)使后輪抱死而導(dǎo)致汽車甩尾。
2.3.2 X型回路
后輪制功管路呈對角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車輪制動(dòng)器與后橋的對側(cè)車輪制動(dòng)器同屬于一個(gè)回路，稱交叉型，簡稱X型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)也很簡單，一回路失效時(shí)仍能保持50％的制動(dòng)效能，并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。此時(shí)前、后各有一側(cè)車輪有制動(dòng)作用，使制動(dòng)力不對稱，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車失去方向穩(wěn)定性。因此，采用這種分路力案的汽車，其主銷偏移距應(yīng)取負(fù)值(至20mm)，這樣，不平衡的制動(dòng)力使車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車的方向穩(wěn)定性。
2.3.3 其他類型回路
左、右前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后輪制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的回路，而兩前輪制動(dòng)器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路，可看成是一軸半對半個(gè)軸的分路型式，簡稱KI型。
兩個(gè)獨(dú)立的問路分別為兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器所組成，即半個(gè)軸與一輪對另半個(gè)軸與另一輪的瑚式，簡稱LL型。
兩個(gè)獨(dú)立的回路均由每個(gè)前、后制動(dòng)器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對前、后半個(gè)軸的分路型式，簡稱HH型。這種型式的雙回路系統(tǒng)的制功效能最好。HI、LL、HH型的織構(gòu)均較復(fù)雜。LL型與HH型在任一回路失效時(shí)，前、后制動(dòng)力的比值均與正常情況下相同，且剩余的總制動(dòng)力可達(dá)到正常值的50％左占。HL型單用回路，即一軸半時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與LL型一樣，在緊急制動(dòng)時(shí)后輪極易先抱死[6]。
綜合以上各個(gè)管路的優(yōu)缺點(diǎn)最終選擇X型管路。
2.4 液壓制動(dòng)主缸的選擇
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(dòng)裝置均采用了雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。雙回路制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)主缸為串列雙腔制動(dòng)主缸，單腔制動(dòng)主缸已被淘汰。
轎車制動(dòng)主缸采用串列雙腔制動(dòng)主缸。如圖2.2所示，該主缸相當(dāng)于兩個(gè)單腔制動(dòng)主缸串聯(lián)在一起而構(gòu)成。儲液罐中的制動(dòng)液經(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、后工作腔內(nèi)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(dòng)器的輪缸。
主缸不制動(dòng)時(shí)，前、后兩工作腔內(nèi)的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔內(nèi)各自得旁通孔和補(bǔ)償孔之間。
當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過制動(dòng)推桿推動(dòng)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(dòng)前腔活塞前移，前腔壓力也隨之升高。當(dāng)繼續(xù)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，前、后腔的液壓繼續(xù)提高，使前、后制動(dòng)器制動(dòng)[7]。
圖2.2 制動(dòng)主缸工作原理圖
撤出踏板力后，制動(dòng)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(dòng)液在壓力作用下推開回油閥流回主缸，于是解除制動(dòng)。
若與前腔連接的制動(dòng)管路損壞漏油時(shí)，則踩下制動(dòng)踏板時(shí)，只有后腔中能建立液壓，前腔中無壓力。此時(shí)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(dòng)所需的值。若與后腔連接的制動(dòng)管路損壞漏油時(shí)，則踩下制動(dòng)踏板時(shí)，起先只有后缸活塞前移，而不能推動(dòng)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(shí)，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液壓而制動(dòng)。
由此可見，采用這種主缸的雙回路液壓制動(dòng)系，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)中任一回路失效時(shí)，串聯(lián)雙腔制動(dòng)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(dòng)距離增長，制動(dòng)力減小。大大提高了工作的可靠性。
2.5 本章小結(jié)
本章主要對制動(dòng)器的形式，即盤式和鼓式進(jìn)行對比分析，分析了盤式和鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)和主要的應(yīng)用方向。最終選擇浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器。然后又分析了3種制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)即簡單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)以及伺服制動(dòng)，分析它們的結(jié)構(gòu)最終選擇簡單式液壓伺服系統(tǒng)。最后對液壓分路系統(tǒng)即Ⅱ型回路、X型回路、KI型回路、LL型回路 、HH型回路進(jìn)行分析，最終選擇了X型液壓回路。
第3章 盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
3.1 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)
整車質(zhì)量：空載：1550kg
滿載：2000kg
質(zhì)心位置：a=1.35m b=1.25m
質(zhì)心高度：空載：hg=0.95m
滿載：hg=0.85m
軸 距：L=2.6m
輪 距: L=1.8m
最高車速：160km/h
滿載時(shí)車輪半徑：370mm
輪 胎： 195/60R14 85H
同步附著系數(shù)：=0.6同步附著系數(shù)的分析：
(1)當(dāng)＜時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
(2)當(dāng)＞時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)＝時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，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的制動(dòng)強(qiáng)度＜這表明只有在＝的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用[8]。
根據(jù)相關(guān)資料查出轎車0.6，故取=0.6。
3.2 制動(dòng)器計(jì)算
1、確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù)
據(jù)公式： (3.1）
得：
2、制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：
(3.2）
式中：Φ——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
q——制動(dòng)強(qiáng)度；
——車輪有效半徑mm；
——后軸最大制動(dòng)力矩N/mm；
G——汽車滿載質(zhì)量N；
L——汽車軸距m。
其中q===0.66
故后軸==1.57Nmm
后輪的制動(dòng)力矩為=0.785Nmm
前軸= 2T==0.67/(1-0.67)1.57=3.2Nmm
前輪的制動(dòng)力矩為3.2/2=1.6Nmm
3、制動(dòng)盤直徑
制動(dòng)盤的直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，但制動(dòng)盤受輪輞直徑的限制。通常為輪輞直徑的70%～79%[9]。
4、制動(dòng)盤厚度選擇
制動(dòng)盤厚度直接影響制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取小些；為了降低制動(dòng)時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度不宜過小。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為10 mm～20 mm；只有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤的兩丁作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤的厚度取為20 mm～50 mm，但多采用20 mm～30 mm。
5、摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑
摩擦襯塊的外半徑R2與內(nèi)半徑R1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，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
6、摩擦襯塊工作面積
根據(jù)制動(dòng)摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/～3.5 kg/內(nèi)選取。
表2.1為一些國產(chǎn)汽車前輪盤式制動(dòng)器的主要參數(shù)。
表2.1盤式制動(dòng)器參數(shù)
廠牌
型號
制動(dòng)盤外徑/mm
工作半徑/mm
制動(dòng)盤厚度/mm
摩擦襯塊厚度/mm
摩擦面積/cm
云雀
GHK7060
212
86
10
9
65.4
奧拓
SC7080
215
91
10
15.5
60
桑塔納
2000
256
106
20
14
76
奧迪
100
256
104
22
14
96
表2.2為根據(jù)表2.1和設(shè)計(jì)需要，零件所選的尺寸。
表2.2設(shè)計(jì)零件所選尺寸
制動(dòng)盤外徑
工作半徑
制動(dòng)盤厚度
摩擦襯塊厚度
摩擦面積
256mm
106mm
24mm
14mm
76cm
3.3 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)計(jì)算
前輪盤式制動(dòng)效能因數(shù)：
制動(dòng)因數(shù)又稱制動(dòng)效能因數(shù)。器實(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)效能。制動(dòng)器因數(shù)可定義為在制動(dòng)盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
BF=2f (3.3）
式中：f—摩擦系數(shù)，取0.5。
得BF=2×0.5=1
3.4 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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。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)槽的雙層盤這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20％—30％，但盤的整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)槽的轎車制動(dòng)盤，其厚度約在l0mm—13mm之間。本次設(shè)計(jì)采用的材料為HT250[10]。
2、制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH370—12或球墨鑄鐵QT400—18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄。
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粘接在一起。
4、摩擦材料
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)只有角而穩(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(油、制動(dòng)液)率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率(要求摩擦襯塊么300℃的加熱板上：作用30min后，背板的溫度不越過190℃)和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用污染小印對人體人害的庫擦材料。
當(dāng)前，制動(dòng)襯塊廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并均樹脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)勺噪聲消除別(主要成分為石墨)等混合后，在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓性較差．故應(yīng)佐按襯片或襯塊規(guī)格模壓。其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。
3.5 本章小結(jié)
本章主要對盤式制動(dòng)器的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算了制動(dòng)盤的大小尺寸，前后軸載荷的分配，同步附著系數(shù)，制動(dòng)力矩，摩擦系數(shù)等。根據(jù)計(jì)算確定了盤式制動(dòng)器主要零件的制造參數(shù)。
第4章 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
4.1 前輪盤式制動(dòng)器液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
根據(jù)公式 (4.1）
式中：p——考慮到制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8Mp～12Mp.取p=10Mp
查Santana2000轎車使用與維護(hù)手冊得
P=19625N
得=50mm
根據(jù)GB7524-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸中選取,因此輪缸直徑為50mm。
一個(gè)輪缸的工作容積
根據(jù)公式 (4.2）
式中：——一個(gè)輪缸活塞的直徑mm；
n ——輪缸活塞的數(shù)目；
δ——一個(gè)輪缸完全制動(dòng)時(shí)的行程mm。
(4.3）
取δ=2mm
式中：——消除制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓間的間隙所需的輪缸活塞行程；
——由于摩擦襯片變形而引起的輪缸活塞；
，——分別為鼓式制動(dòng)器的變形與制動(dòng)鼓的變形而引起的輪缸活塞行程。
得一個(gè)輪缸的工作容積=3925mm
全部輪缸的工作容積
根據(jù)公式 (4.4）
式中：m——輪缸的數(shù)目。
V=2V+2V=22826+23925=13502mm
4.2 制動(dòng)主缸與工作容積設(shè)計(jì)計(jì)算
(4.5）
式中：V——全部輪缸的總的工作容積；
——制動(dòng)軟管在掖壓下變形而引起的容積增量；
V=13502mm
轎車的制動(dòng)主缸的工作容積可取為=1.1V=1.1×13502=14852.2 mm
主缸直徑和活塞行程S
根據(jù)公式： (4.6）
一般S=(0.8-1.2)d
取S= d
得===26.65mm
根據(jù)GB7524-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸中選取,因此主缸直徑為28mm。
==28mm
4.3 制動(dòng)踏板力與踏板行程
1、制動(dòng)踏板力
(4.7）
式中：——制動(dòng)主缸活塞直徑mm；
P——制動(dòng)管路的液壓Pa；
——制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比；取=4
——制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)及制動(dòng)主缸的機(jī)械效率，可取=0.85～0.95。
取=0.9。
根據(jù)上式得：=1710N500N-700N
所以需要加裝真空助力器。
(4.8）
式中：——真空助力比，取4。
=1710/4=427.5N<500N-700N
所以符合要求
2、制動(dòng)踏板工作行程
(4.9）
式中：——主缸推桿與活塞的間隙，一般取1.5～2mm；取=2mm
——主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程。
根據(jù)上式得：=128mm＜150mm
符合設(shè)計(jì)要求[11]。
4.4 本章小結(jié)
本章對液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算。通過計(jì)算去定了制動(dòng)器液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸，又計(jì)算了制動(dòng)主缸的工作容積，后計(jì)算了制動(dòng)踏板力與踏板行程。
第5章 制動(dòng)性能分析
任何一套制動(dòng)裝置都是由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。
汽車的制動(dòng)性是指汽車在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車速至停車或下長坡時(shí)能維持一定車速的能力。
5.1制動(dòng)性能評價(jià)指標(biāo)、制動(dòng)效能以及恒定性
1、制動(dòng)性能評價(jià)指標(biāo)
汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評價(jià)：
(1)制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度；
(2)制動(dòng)效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能；
(3)制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能[12]。
2、制動(dòng)效能
制動(dòng)效能是指在良好路面上，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。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小，制動(dòng)減速度越大，汽車的制動(dòng)效能就越好。
3、制動(dòng)效能的恒定性
制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動(dòng)器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能，已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題。
5.2制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性、制動(dòng)力分配曲線分析
1、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性
制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車給定路徑行駛的能力來評價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車將偏離原來的路徑。
制動(dòng)過程中汽車維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況。制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時(shí)，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來評價(jià)汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，對制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測試時(shí)都要求了其試驗(yàn)通道的寬度[13]。
方向穩(wěn)定性是從制動(dòng)跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力等方面考驗(yàn)。
制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè)：
(1)汽車左右車輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等；
(2)制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)(互相干涉）。
前者是由于制動(dòng)調(diào)整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。
側(cè)滑是指汽車制動(dòng)時(shí)某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動(dòng)的現(xiàn)象。最危險(xiǎn)的情況是在高速制動(dòng)時(shí)后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時(shí)抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死。
理論上分析如下，真正的評價(jià)是靠實(shí)驗(yàn)的。
2、制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析
對于一般汽車而言，根據(jù)其前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，制動(dòng)過程可能出現(xiàn)如下三種情況：
(1)前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑；
(2)后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑；
(3)前、后輪同時(shí)抱死拖滑。
所以，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配將影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系必須妥善處理的問題。
根據(jù)所給參數(shù)及制動(dòng)力分配系數(shù)，應(yīng)用MATLAB編制出制動(dòng)力分配曲線如下：
當(dāng)I線與β線相交時(shí)，前、后輪同時(shí)抱死。
當(dāng)I線在β線下方時(shí)，前輪先抱死。
當(dāng)I線在β線上方時(shí)，后輪先抱死
通過該圖可以看出相關(guān)參數(shù)和制動(dòng)力分配系數(shù)的合理性[14]。
圖 5.1 制動(dòng)力分配曲線
5.3制動(dòng)減速度，制動(dòng)距離
1、制動(dòng)減速度
制動(dòng)系的作用效果，可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來評價(jià)。
假設(shè)汽車是在水平的，堅(jiān)硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)= （5.1）
式中M總：汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合。
M總= M+ M=785+1600=2385N·m （5.2）
式中：r——滾動(dòng)半徑 r=370mm
Ga——汽車總重 Ga=2000kg
代入數(shù)據(jù)得=(785+1600)/0.377×2000=6.16m/s
轎車制動(dòng)減速度應(yīng)在5.8-7m/s,所以符合要求。
2、制動(dòng)距離
在勻減速度制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離S為
S=1/3.6(t+ t/2）Va+ Va/254 （5.3）
式中：t——消除蹄與制動(dòng)鼓間隙時(shí)間，取0.1s
t——制動(dòng)力增長過程所需時(shí)間取0.2s
故S=1/3.6(0.1+ 0.2/2）30+ 30/254×0.7=7.2m
轎車的最大制動(dòng)距離為：S=0.1V+V/150
V取30km/小時(shí)。
S=0.1+30/150=9m
S< S=9m
所以符合要求。
5.4摩擦襯襯塊的磨損特性計(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[15]。
汽車的制動(dòng)過程，是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳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)荷愈大，則摩擦襯片(襯塊)的磨損亦愈嚴(yán)重。
1、比能量耗散率
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：
（5.4）
式中：——汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，；
——汽車總質(zhì)量Kg；
，——汽車制動(dòng)初速度與終速度，/；計(jì)算時(shí)轎車取27.8/；
——制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算
t==27.8/6=4.6
——制動(dòng)減速度，， 0.6×106；
，——前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積mm；
=7600mm,質(zhì)量在1.5—2.5/t的轎車摩擦襯片面積在200-300cm,
故取=30000mm
——制動(dòng)力分配系數(shù)。
則 ==5.7 W/mm2
轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0 W/mm2，故符合要求。
==0.7 W/mm2
轎車鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于1.8 W/mm2，故符合要求[16]。
2、比滑磨功
磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功來衡量：
（5.5）
式中：——汽車總質(zhì)量Kg;
——車輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，
==752cm；
——
[]——許用比滑磨功，轎車取1000J/～1500J/。
L =1497J/≤1000J/～1500J/
故符合要求。
5.5本章小結(jié)
本章主要對所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)性能、制動(dòng)效能、制動(dòng)恒定性、制動(dòng)穩(wěn)定性、制動(dòng)減速度、制動(dòng)距離等方面進(jìn)行評定。又對摩擦襯塊的磨損特性進(jìn)行計(jì)算，校核是否符合設(shè)計(jì)要求。
結(jié) 論
隨著我國汽車工業(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)，國外先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)入，汽車上采用盤式制動(dòng)器配置正逐步在我國形成規(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等方面都發(fā)揮了很大的作用。
本設(shè)計(jì)主要是以松花江微型汽車的參數(shù)為依據(jù)對微型載貨汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式進(jìn)行分析后，對制動(dòng)系統(tǒng)的前制動(dòng)器，制動(dòng)管路布置，制動(dòng)主缸進(jìn)行了設(shè)計(jì)及計(jì)算，并繪制出了前制動(dòng)器裝配圖、制動(dòng)主缸示意圖、制動(dòng)管路布置圖，繪制出實(shí)際汽車制動(dòng)力分配曲線。
為了提高汽車的安全性和舒適性，設(shè)計(jì)的制動(dòng)器經(jīng)過理論和實(shí)際分析采用了前盤式制動(dòng)器；串聯(lián)雙腔的液壓主缸；采用X型雙管路制動(dòng)系統(tǒng)。其他相關(guān)評價(jià)指標(biāo)也完全符合。最后設(shè)計(jì)的汽車制動(dòng)系統(tǒng)基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。
預(yù)計(jì)未來幾年，隨著我國公路交通條件的改善，高等級公路的發(fā)展，新法則要求的實(shí)施，車輛性能的不斷提高，盤式制動(dòng)器作為新型的能提高汽車主動(dòng)安全性的產(chǎn)品將會(huì)得到快速的推廣和應(yīng)用，有著廣闊市場前景?，F(xiàn)在汽車盤式制動(dòng)器的研究和開發(fā)應(yīng)注重的問題主要是：提高制動(dòng)器的制動(dòng)效能、防止塵污和銹蝕、減輕重量、簡化結(jié)構(gòu)、降低成本、向電子報(bào)警和智能化系統(tǒng)的發(fā)展，以及實(shí)用性更強(qiáng)與壽命更長等。
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致 謝
為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)生活結(jié)束了,回頭看看自己在這幾個(gè)月內(nèi)的身影,回頭看看自己走過的路,有辛酸也有甘甜,總的來說收獲不少。
本次設(shè)計(jì)的課題是：微型貨車盤式制動(dòng)器制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，這對我們來說完全是一個(gè)新的課題，免不了有時(shí)感到很茫然。通過到工廠里去看實(shí)物，通過孫遠(yuǎn)濤老師的講解，加上自己看書，終于把設(shè)計(jì)的思路搞清楚了。對于具體的細(xì)節(jié)問題，涉及到一些經(jīng)驗(yàn)方面的問題，指導(dǎo)老師總是不厭其煩的講解，直到我聽懂為止，我被孫遠(yuǎn)濤老師的這種敬業(yè)精神深深感動(dòng)。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我將三年半來學(xué)到的知識進(jìn)行了一次大總結(jié)，一次大檢查，特別是機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、機(jī)械原理等基礎(chǔ)知識，進(jìn)行了一次徹底的復(fù)習(xí)。以前只是應(yīng)付考試，現(xiàn)在要自己設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品出來，才感覺到自己學(xué)的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。有句話叫做：活到老，學(xué)到老。說得一點(diǎn)沒錯(cuò)！處處有我的恩師，處處有我要學(xué)習(xí)的知識！
在設(shè)計(jì)過程中，孫遠(yuǎn)濤老師時(shí)刻關(guān)注我們設(shè)計(jì)進(jìn)度，及時(shí)幫我們克服所遇到的困難。在老師的教導(dǎo)下使我們知道了不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這點(diǎn)是我終生難忘的，并將永遠(yuǎn)激勵(lì)我奮發(fā)向上。值此畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師表示衷心的感