机械毕业设计（论文）-轻型载货汽车制动系设计（全套图纸） .pdf

i 轻型载货汽车设计（制动系设计）轻型载货汽车设计（制动系设计） 摘 要 制动系至少有两套制动装置即行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置是用 作强制行驶中的汽车减速或停车，并使汽车在下坡时保持适当的稳定车速。驻车制动 装置是用作是汽车停在原地或坡道上。 本设计对鼓式制动器的结构形式进行综合的分析， 对六种形式的优缺点作了比较， 根据对各种制动器方案对比分析，本设计采用了领从蹄式制动器。其主要优点是：制 动器的效能及稳定性均处于中等水平， 但由于其在汽车前进与倒退时的制动性能不变， 且结构简单，造价较低，也便于附装驻车驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间 隙。本次设计中，行车制动系采用人力液压式制动；驻车制动的驱动机构为手动驻车； 串联双腔制动主缸，双回路结构。前后制动器都采用领从蹄式鼓式制动器。设计中根 据总体参数和制动器的结构与参数，通过理论推导和计算，对该车制动时的制动力和 制动力矩等做了细致的分析。 关键词：制动系统，制动器，行车制动系，应急制动 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 ii light truck design （brake system） abstract break system consists of service break arrangement and parking break arangment. service break system used to force the vehicle to show down and keep a steady speed when downgrading. the parking break system intended to hold the vehicle immovable when parked on an incline. this design carries on the synthesis analysis to the drum type of the brake structural style. it compares the advantages and disadvantages of six kinds of forms, and according to this contrast analysis of the kinds of the brake plan, the horseshoe types brake is adopted. its main merits are that although the brake efficiency and the stability are in the medium level, because the automobile braking performance is invariable when going ahead and going backwards, the construction cost is lower, and it attaches installs in the vehicles driving mechanism and adjusts the gap between the brake shoe patch and the brake drum easily. the design uses manual hydraulic break and series connected double cavity general pump. both the front and rear break is double leading- rear break. according to the vehicles parameters and the breaks parameter, after theory analytic and calculating, we analyzed the breaking force and direction stability when breaking specifically. key word：braking system，brake ，service break system, emergency brake iii 目目 录录 第一章第一章 概概 述述 1 第二章第二章 制动系的结构形式及其选择制动系的结构形式及其选择3 2.1 制动器结构形式简介3 2.2 制动器的结构形式选择4 2.3 制动驱动机构的结构型式选择8 2.4 液压式制动驱动机构双回路系统方案选择10 第三章第三章 制动系的主要参数及其选择制动系的主要参数及其选择 11 3.1 与设计相关的整车参数的确定11 3.2 制动力及其分配系数11 3.3 同步附着系数14 3.4 最大制动力矩16 3.5 制动器的结构参数与摩擦系数17 第四章第四章 制动器的设计计算制动器的设计计算20 4.1 制动器因数的计算20 4.2 张开力计算22 4.3 摩擦衬片的磨损特性计算22 4.4 驻车制动计算24 4.5 汽车制动性能计算25 第五章第五章 液压制动驱动机构的设计计算液压制动驱动机构的设计计算27 5.1 制动轮缸直径与工作容积的确定27 5.2 制动主缸直径与工作容积确定28 5.3 制动踏板力 f 与踏板行程的设计计算28 5.4 真空助力器29 5.5 制动力分配的调节装置31 第六章第六章 制动器主要零部件的结构设计与强度计算制动器主要零部件的结构设计与强度计算30 6.1 制动器主要零部件的结构设计30 6.2 制动器主要零件强度计算 31 结论结论 33 iv 参考文献参考文献 34 致谢致谢 36 5 第一章第一章 概概 述述 制 动 系 是 用 于 使 行 驶 中 的 汽 车 以 适 当 的 减 速 度 降 速 行 驶 直 至 停 车 ， 使下坡行驶的汽车的车速保持稳定 以及使已停止的汽车在原地或 斜 坡 上驻 留不动的 机构。 汽车的制动系 统可以 分为 4 种制动系 统，即行车制动系 统、应急 制 动 系统和驻车制动系 统，另外还 有辅助制动系统。 汽车制动系至少 应有两套独立的制动装置， 即行车制动装置和驻 车 制 动装置； 重型汽车或经常在山区行驶的汽车要 增设应急制动装置 和 辅 助制动装置 ；牵引 汽车还应有自动制动装置。 行车制动装置用于强制行驶中的汽车减速或停车， 并使汽车在下 短 坡 时 保 持 适 当 的 稳 定 车 速 。 其 驱 动 机 构 常 采 用 双 回 路 或 多 回 路 结 构 ， 以保证其工作可靠 。 驻 车 制 动 装 置 用 于 使 汽 车 可 靠 而 无 时 间 限 制 地 停 住 在 一 定 位 置 甚 至 在斜坡上，同时它也有助于汽车在坡 路上起步。为防止其产生故 障 ， 驻车制动装置 应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动。 汽车制动系 应满足如 下要求： 一、符 合有 关要求和法规的规定。各 项性能指标除 应满足设计任 务 书 的规定和 国家标准法规 制定的有 关要求外， 也应考虑销售对象国 家 和 地区的法规 和用 户要求。 二、具有足够 的制动效能。 包括行车制动效能和驻车制动效能 。 行 车 制 动 能 力 是 用 一 定 的 制 动 初 速 度 下 的 制 动 减 速 度 和 制 动 距 离 两 项 指 标来评 定； 驻坡能 力是以汽车在 良好路面上能可靠停驻的最大坡 度 来 评定。 三、工作可靠 。汽车制动至少 应有两套 独立的制动装置，且其驱 动 机 构应各自独立 ，行车制动装置 驱动机构应采用双回路 系统，当其 中 一 回路 失效时， 另一 回路仍能可靠工作。 四、 制动效能的 热、水稳定性 好。 五、制动时的操纵 稳定性好。即以任何 速度制动，汽车 都不应当 6 失 去操纵 性和方 向稳定性 。为此，汽车前 、后轮制动器的制动力矩应 有 适 当的比 例，最好能随各轴间载荷转移情况 而变化；同一轴上左 、 右 车 轮制动器的制动 力矩应相同 。 六、制动 踏板 的位置和 行程符合人机工程学要求，即操作方 便 性 好，操纵 轻便 ，舒适 ，能减少疲 劳 。踏板行程不大 于 170mm,其 中 考 虑了摩擦衬片 或衬块的容许磨损量。各国法规规 定，制动的 最大 踏 板 力一般为 700n。设计时，紧急制动（约占 制动总次数 的 5%10%） 踏 板 力的选取范围 为 350550n 采用伺服制动或动 力制动应取小值 。 七、作用 滞后的时 间要尽可能的短，包括从制动踏板开 始动作至 达 到 给定制动效能水平的时 间（制动滞后时间）和从开放踏板至完全 解 除 制动的时 间（解 除制动滞后时间） 。 八、制动时 不应 产生 振动和噪声。 九、与悬架转 向装置 不 产生运动干涉，在车轮跳动或汽车 转向时 不 会 引起自 行制动。 十、 制动系中 应有音响或光信号 等报警装置以便能及时 发现制动 驱 动 机件的故障 和功能失效；制动系中 也应有必要的安全装置；一旦 主， 挂 之间 的连接制动 管路损坏， 应有防止压缩空气继续漏 失的装置 ； 在 行 驶 过 程 中 挂 车 一 旦 脱 挂 ， 亦 应 有 安 全 装 置 驱 使 驻 车 制 动 将 其 停 驻 。 十一、能全天候 使用 ，气温高时液压制动管路不应 有气阻现象 ； 气 温 低时制动 管路不应 出现结冰。 十二、制动系的 机件应 使用寿命长 ，制 造成本低；对摩擦材料的 选 择 也应考虑 到环保要 求 ， 应力求减小制动时 飞散到大气中的有害于 人 体 的石棉纤维 。 随着电子技术飞 速 发 展，汽车 防抱死 系统（abs）在技术上已经 成 熟，开始在汽车上 普及。近年来还出现了集 abs 和其他扩展功能于 一 体 的电子控 制制动系 统（ebs）和电子助力制动系 统(bas)。另外 ， 车 距 报警 及防追尾碰撞 系统也已在部分轿车上开始使用。 7 第二章第二章 制动系的结构型式及选择制动系的结构型式及选择 2.1 制动器结构形式简介制动器结构形式简介 除 山 区 行 驶 的 汽 车 辅 助 制 动 装 置 利 用 发 动 机 排 气 制 动 或 电 涡 流 制 动 等缓速措施 外，汽车制动器 几乎均为机械摩擦式。 汽车制动器 按其在汽车上的 位置分车 轮制动器和中 央制动器。 前 者 是 安装在车 轮处，后者则安装在传动系某轴上，例如变速器第二轴 的 后 端或传动轴的前 端。 摩擦 式制动器 按其旋 转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。 鼓式 制 动 器又分为内张式鼓式制动器和 外束型鼓式制动器。 内张型鼓式制 动 器 的固定摩擦 元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄， 后者安装在制动 底 板 上， 而制动 底板则又紧固于前梁或后桥壳的凸缘上或变速器壳或 与 其 相固定的 支架上；其旋转摩擦元件为制动鼓，利用制动鼓的 圆柱 内 表 面 与 制 动 蹄 摩 擦 片 的 外 表 面 作 为 一 对 摩 擦 表 面 在 制 动 鼓 上 产 生 摩 擦 力矩，故又称 为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的 固定摩擦元件 是 带 有摩擦片且 刚度较小的制动 带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并 利 用 制 动 鼓 的 外 圆 柱 表 面 和 制 动 带 摩 擦 片 的 内 圆 弧 面 作 为 一 对 摩 擦 表 面 ，产生 摩擦力矩 作用于制动鼓，故又称带式制动器。在汽车制动器 中 带 式 制 动 器 曾 仅 用 于 某 些 汽 车 的 中 央 制 动 器 ， 现 在 汽 车 已 很 少 使 用。由于 外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，而且在汽车上 已 很 少 使用。 故通常所说 的鼓式制动器即是 内张型鼓式结构。 盘 式 制 动 器 的 旋 转 元 件 是 一 个 垂 向 安 放 且 以 两 侧 面 为 工 作 面 的 制 动 盘， 其固定摩擦 元件一 般是位于制动 盘两侧并带有摩擦片的制动 块。当制动 盘被 两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动 盘 上 的 摩擦力矩 。盘式制动器 常用作轿车的车轮制动器，也可用于各种 汽 车 的中央制动器。车 轮制动器主要用于行车制动，有的 也可兼作驻 车 制 动之用。 鼓式制动器和 盘式制 动器的结构形式有 多种， 其主要结构形式如 8 图 2-1 所示 。 2.2 制动器的结构形式选择制动器的结构形式选择 和鼓式制动器 相比： 一、盘式制动器制动效能较 低，用于液压制动系 统时所需制动促 动 管 路压力 较高； 图 2-1 制 动 器 的 结 构 形 式 二、兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动 传动装置较鼓式制 制 动 器 鼓 式 盘 式 液 压 驱 动 气 压 驱 动 液 压 制 动 气 压 制 动 领 从 蹄 式 双 领 蹄 式 双 从 蹄 式 增 力 式 从 蹄 无 支 从 蹄 无 支 单 向 双 领 双 向 双 领 单 向 增 力 双 向 增 力 凸 轮 曲 柄 楔 圆 弧 线 凸 渐 开 线 凸 阿 基 米 得 单 楔 双 楔 全 盘 式 钳 盘 式 固 定 钳 浮 动 钳 滑 动 摆 动 9 动 器复杂 ，因而在后轮 上的应用受到限制； 三、除封闭 的多片全盘 式制动器 外，其他盘式制动器 难于完全防 止 油 污和锈蚀 ； 四、为获得较大制动 力 矩采用多片全盘式制动器时，其制动 盘冷 却 条 件差，温升较大； 五、衬块工作面积小，磨损快，温升高，使用 寿命低，需用高材 质 的 摩擦 材料 ，本 次设计的 目标车型为轻型载货汽车，从 商品的经济 性 角 度出发 ，不宜选择 成本较高的盘式制动器。 综合 考虑以 上因素，本次设计行车制动采用鼓式制动器。 鼓 式 制 动 器 的 制 动 蹄 按 其 张 开 时 的 转 动 方 向 和 制 动 鼓 的 旋 转 方 向 是 否一致分为领蹄和从蹄两种。 制动蹄 张开时的转动方向和制动鼓 旋 转 方向一 致的制动蹄 称为领蹄， 反之则称为从蹄。 鼓式制动器 按蹄的 类 型分为： 图 2-2 鼓 式 制 动 器 简 图 （ a） 领 从 蹄 式 ； （ b） 双 领 蹄 式 ； （ c） 双 向 双 领 蹄 式 ； （ d） 单 向 增 力 式 ； （ e） 双 向 增 力 式 10 2.2.1 领从蹄式 制动器领从蹄式 制动器 如图 2-2（a）示，图上旋向箭头代 表 汽车前进时制动鼓 旋向， 则 蹄 1 为领蹄，蹄 2 为从蹄 。汽车倒车时制动鼓 旋向变为反向，则相 应 地 使领蹄与从蹄 相互对调了。 这种当制动鼓 正反方向旋转总有一领 蹄 和 一从蹄的鼓式制动器称领从蹄式制动器。 对两蹄张开力相 等的领从蹄式制动器， 制动时领蹄由于 摩擦力矩 的“增势”作用，使其进一步压紧制动鼓 而使其所受法向力加大；从 蹄 由 于摩擦力矩 的“减势”作用而使其所受法向力减小，从而导致领 蹄 磨 损 较 严 重 。 为 使 两 摩 擦 片 寿 命 均 衡 可 适 当 减 小 从 蹄 摩 擦 衬 片 包 角 。由于两蹄法向 力不 等，其 差值要由车 轮轮毂轴承承受 。这种两蹄 法 向 力不 能相互平衡的制动器 称非平衡式制动器。 领从蹄式制动器的效能和稳定性处于中等水平，汽车前进、倒退 行 驶 时制动性能 不变；结构简单，成本低；便 于附装驻车制动驱动机 构 ；调整 蹄片与制动鼓 之间的间隙工 作容易，故而广泛应用于轻、中 、 重 型 货车前 后轮 制动器及轿车后轮制动器。 2.2.2 双领蹄式 制动器双领蹄式 制动器 汽车前进时两制动蹄均 为领蹄的制动器 称双领蹄制动器。 但倒车 时 两 蹄又均变成从蹄，故又称其为单向双领蹄制动器。如图 2-2（b） 示 ，两制动蹄各用 一单活塞 制动轮缸推 动，两套制动蹄 、制动轮缸等 机 件 在制动 底板上以中心对称布置，属平衡式制动器。 双 领 蹄 式 制 动 器 有 较 高 的 正 向 制 动 效 能 ， 但 倒 车 时 制 动 效 能 大 降。采用前 双领蹄式制动器与 后领从蹄式制动器 相匹配，可较容易的 获 得 所希望 的前 、后轮 制动 力分配，并使前 、后轮制动器的 许多零件 有 相 同的尺寸 。由于其 难于 附加驻车制动 驱动机构，故不用作后轮制 动 器 。 2.2.3 双向双领 蹄式制动器双向双领 蹄式制动器 汽车前进 、倒退时其两蹄均 为领蹄， 且两蹄两 端均为浮式支撑 。 如 图 2-2（c）示。 双向双领蹄式制动器有较高的制动效能，制动性能稳定，故广泛 应 用 于中 、轻型载货汽车和部分轿车的前 、后轮制动器。其结构较 复 11 杂 ，且需另设中 央制动器用于驻车制动。 2.2.4 单向增力 式制动器单向增力 式制动器 单向增力式制动器的两蹄片只有一个固定支点， 两蹄下端经推杆 相 互 连接成 一体，制动器仅有一个轮缸用来产生推力张开 蹄片，如图 2-2（d）示。 单向增力式制动器在汽车前进制动时制动效能 很高， 但倒车制动 时 其 制动效能 最低。 故仅用于少数轻、 中型货车和轿车的前 轮制动器 。 2.2.5 双向增力 式制动器双向增力 式制动器 将单向增力式制动器的 单活塞制动轮缸换用双活塞制动轮缸， 其 上 端 的支撑销也作为两蹄共用， 即为双向增力式制动器， 如图 2-2 （e） 示 。 双向增 力式制动器 也是非平衡式制动器。 双向增力式制动器的制动效能 非常高，施加很 小的张开力，即可 获 得 较大的制动 力。 其 常以行车制动器与驻车制动器 共用的形式 应用 于 大 型高速轿车， 也广泛应用于汽车中 央制动器。 上述制动器的 特点是 用制动器效能 、 效能的稳定性和 摩擦衬片磨 损 均 匀程度来评 价。增力式 制动器效能 最高，双领蹄次之，领从蹄式 更 次 之，双从蹄式制动器的效能 最低，故极少采用。而就工作稳定性 来 考 虑，则相反，双从蹄式 最好，增力式最差。本次设计车 型最高车 速 70km/h，对制动器的效能要 求不是很高，而制动器的效能稳定性 相 对 较重要。 摩擦 系数的变化是影响制动器 工作效能稳定性的主要 因素。 还应 指 出，制动器的效能 不仅与 制动器的结构 型式、结构参数和摩擦系数 有 关，也受到其他因素的影响。例如制动器摩擦衬片 与制动鼓仅在衬 片 的 中部接触时，输出的制动 力矩就小；而在衬片的两端接触时，输 出 的 制动 力矩 就大。 制动器的效能 常以制动效能 因数或简称制动因数 bf（brake factor）来衡量，制动器效能 因数的定义为，在制动鼓或 制 动 盘的作用 半径上所得到的摩擦力 与输入力之比，即： tf bf pr = （2-1） 式中： f t 制动器的 摩擦力矩； 12 p输入力，一般取作用于两蹄的 张开力 的平均 值； r制动鼓或制动 盘的作用半径。 基本尺寸比例相同 的 各种内张式制动器的制动 因数 bf 与摩擦系 数 f 之间的关系如图 2-3 示。bf 值大，其制动效能 就好。在制动过 程 中 由于 热衰退， 摩擦 系数会变化， 因此摩擦系数变化 时，bf 值变 化 小 的，制动器效能稳定性 就好。 图 2-3 制 动 器 因 数 bf 与 摩 擦 系 数 f 的 关 系 曲 线 1增 力 式 制 动 器 ； 2双 领 蹄 式 制 动 器 ； 3领 从 蹄 式 制 动 器 ； 4盘 式 制 动 器 ； 5双 从 蹄 式 制 动 器 综上，本设计所选制动器结构形式 如下：前 、后轮均为领从蹄式 制 动 器。制动蹄上下 支承面均加工成弧面，采用 浮式支承，这可使整 个 制 动蹄 沿支承平面有一定的浮动量，制动蹄 可以自 动定心，保证与 制 动 鼓全面接触。同时在该制动器中 附设驻车制动 机械促动装置，兼 作 驻 车制动器。 2.3 制动驱动机构的结构型式选择制动驱动机构的结构型式选择 2.3.1 行车制动 器驱动机构 的结构 型式选择行车制动 器驱动机构 的结构 型式选择 制 动 驱 动 机 构 用 于 将 司 机 或 其 他 动 力 源 的 制 动 作 用 力 传 给 制 动 器 ， 使之产生 制动 力矩 。 表 21 制 动 驱 动 机 构 的 结 构 型 式 13 制动力源力的传递方式 用途 简单制动系 （人力制动系） 司机体力 型式制动力源工作介质 型式 工作介质 机械式 液压式 杆系或钢 丝绳 仅用于驻车制动 动力 制动 系 伺服 制动 系 气压动力制动系 液压动力制动系 真空伺服制动系 气压伺服制动系 液压伺服制动系 发动机动力 司机体力与发动 机动力 空气 制动液 空气 空气 制动液 液压式 液压式 气压-液压式 制动液 制动液 制动液 气压式空气 空气、制动 液 部分微型汽车的行车 制动 中、重型汽车的行车 制动 轿车，轻微中型汽车 的行车制动 图 24 双 轴 汽 车 液 压 双 回 路 系 统 的 五 种 分 路 方 案 1双 腔 制 动 主 缸 ； 2双 回 路 系 统 的 一 个 分 路 ； 3双 回 路 系 统 的 另 一 分 路 根据制动 力源的不同，制动 驱动机构可分为简单 制动、动力制动 以 及 伺服 制动 三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压 式 和 气压-液压 式的 区别，如表 2-1 示。 本设计制动 驱动机构结构形式 选为真空 伺服制动系， 在 正常情况 下 ，其 输出工作压力 主要由动 力伺服系统（真空助力 器）产生，而在 伺 服 系统失效时， 仍可 全由人力驱 动液压系统产生一 定程度的制动 力 。 2.3.2 驻车制动 器驱动机构 的结构 型式选择驻车制动 器驱动机构 的结构 型式选择 驻 车 制 动 驱 动 机 构 采 用 手 操 纵 机 械 式 钢 丝 软 轴 远 距 离 操 纵 的 形 14 式 ， 其操纵 机构布置在 驾驶室内。 2.4 液压式制动驱动机构双回路系统方案选择液压式制动驱动机构双回路系统方案选择 为了提高制动 驱动机 构的工作可靠性，保证行车安全，制动 驱动 机 构 至少 应有两套 独立 的系统，即应为双回路 系统，以便当一回路发 生 故 障时，其 他完好的回路仍能可靠地工作。双轴汽车的 液压式制动 驱 动 机构的 双回路 系统 5 种方案 图如图 2-4 示。 本设计采用前 后轮 制 动管路各成独立的回路系统， 即一轴对一轴 的 分 路型 式， 简称 型，如图 2-4（a）所示。其特点是 管路布置最 简 单 ，可与传统的单轮缸鼓 式制动器相配合，成本较低，若后轮制动 管 失 效，则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。这种布置方案在 货 车 上 应用最为 广泛 。 综上，本 次设计制动 系的结构 型式方案 总结如下： 行车制动器 设计 为双 管路型回路真 空助力液压 控制， 前 、后 领 从 蹄式制动器，前轮为领从蹄式制动器 ；后轮为 领从蹄式制动器 ， 兼 充 驻车制动器，并 可用于应急制动。驻车制动 驱动机构为手操纵机 械 钢 丝软 轴远距离操纵 式，其操纵机构布置在驾驶室内。 15 第三章第三章 制动系的主要参数及其选择制动系的主要参数及其选择 3.1 与设计相关的整车参数的确定与设计相关的整车参数的确定 由 设 计 任 务 书， 参 考 同 类 车 型 （hfc1060d1 轻 型 载 货 汽 车 ） ， 相 关 的整车参数确 定如下： 汽车 满载质量 a m =2480kg; 汽车 空载质量 a m =1450kg; 汽车 轴距 l=2800mm; 满载时前 后轴荷 1 g =1170kg（47%） 2 g =1310kg（53%） ； 质心 距前轴的距 1 l =1332mm 1 l =1890mm； 质心 距后轴的 2 l =1468mm 2 l =910mm； 满载时质心 高度 g h =683mm; 空载时质心 高度 g h =812mm; 车轮滚动半径 r=317.5mm; 3.2 制动力及其分配系数制动力及其分配系数 汽车制动时，忽略 路面 对车轮的滚动阻力矩和汽车 回转质量的 惯 性 力矩 ，对 任一 角速度 w0 的车轮，其力矩平衡方程为： 0= ebf rft (3-1) 式中： f t 制动器对 车轮作用的制动 力矩，mn ； b f 地面作用于车 轮的制动 力，称地面制动力，n; e r 车轮有效半径， m ； 令 e f f r t f = (3-2) 并称之为 制动器制动 力，仅由制动器的结构 参数所决定。 当 踏 板 力 p f 增 大 时 ， b f 随 f f 增 大 而 增 大 ， 但 b f 又 受 附 着 条 件 16 限 制 ，其 值不可能大于附 着力 f ，见图 3-1，即 zfff bb = max (3-3) 式中： 轮胎与地 面 间的附着系数； z 地面对车 轮 的法向反力。 图 3-1 地 面 制 动 力 b f与 制 动 器 制 动 力 f f的 关 系 图 3-2 汽 车 受 力 分 析 图 图 3-2 为汽车在水平 路面上制动时的 受力情况。图中忽略空气 阻 力 、旋转质量减速时 产生的惯性力矩以及汽车的 滚动阻力矩。另 外 ，还 忽略 了制动时车 轮边滚边滑的情况，且附着 系数只取一定值 。 由 图 3-2，对 后轴车轮的接地点取力矩，得平衡式： 12 21 () () g g h du z lg l g dt h du z lg l g dt =+ = (3-4) 式中： 1 z 汽车制动 时水平地 面对前轴车轮的法向反力，n; 2 z 汽车制动时水平地 面对后轴车轮的法向反力，n; l汽车 轴距， mm； 1 l 汽车 质心距前轴距离， mm； 2 l 汽车 质心 距后轴距离， mm； g h 汽车 质心 高度， mm； g汽车 所受重力，n; 17 t u d d 汽车制动 减速 度， 2 sm。 令qg d d t u =， q称制动强 度，则式（3-4）又可表达为 12 21 () ( g g g zlqh l g zlqh l =+ = (3-5) 若在附着 系数为 的路面上制动，前 后轮均抱死，此时汽车 总 地 面 制动 力 b f 等于汽车前 后轴车轮的总附着力 f ，见图 3-2 即有 dt du mgffb= （3-6） 带 入式 （3-4） 则 得 水平 地 面 作 用于 前 、后 车 轮 的 法向 力 另 一 表 达 式： () () += = g21 12 h l l g z hl l g z g （3-7） 汽车 总地面制动 力为 gq dt du g g fff bbb =+= 21 （3-8） 式中： q制动强 度 21,bb ff前后轴车轮的地面制动力。 由式（3-3）（3-5）及（3-8）可求出前后轴车轮的附着力为 2 1 1() 2() g g g flqh l g flqh l =+ = （3-9） 上式 表明：汽车在 附着系数 为任一确定值的路面上制动时， 各 轴 车轮附着力 即极限制动力并非为常数，而是制动强 度 q 或总制 动 力 b f 的函数。当汽车各车 轮制动器的制动 力足够时，根据汽车前 后 轴 的轴荷 分配，以及前 后 车轮制动器制动 力分配、道路附着 系数 和 坡 度情况 等，制动 情况有 3 种，即 18 （1）前轮先抱死 拖滑，然后后轮 再抱死拖滑； （2）后轮 先抱死 拖滑，然后前轮再抱死拖滑； （3）前后轮同 时抱死 拖滑。 显然 第（3）种情况 附着条件利用最好。 由 式 （ 3-8） （ 3-9） 求 得 附 着 系 数 为 的 路 面 上 ， 前 后 车 轮 附 着 力 同时被充分利用的 条件为 1212 12 1 221 () () ffbb fg b fbg ffffg flh f fflh +=+= + = （3-10） 式中： 1f f ， 2f f前后轴车轮的制动器制动 力，n; b f ， b f 前后轴车轮的地面制动力，n; 1 z ， 2 z 地面对前后车轮法向力，n; 1 l 汽车 质心距前轴距离，mm； 2 l 汽车 质心 距后轴距离，mm； g汽车 所受 重力，n; g h 汽车 质心高度，mm。 由式 （3-10）消去 得 += 1 2 1 2 22 2 4 2 1 f g ff f h gl f g hgl lf （3-11） 将上式 绘成以 1f f ， 2f f为坐标的曲线，即为理想前后制动器制 动 力 分配曲线 ，简称 i 曲 线，如图 3-3 示。如汽车前 后制动器制动 力 能 按 i 曲线 规律分配， 则可保证任一 附着系数 的路面上制动时， 均 可 使前 后车轮同 时抱死 。然而，目前货车前后制动器制动 力之比 为 一 定值，以 21 11 ff f f f ff f f f + = （3-12） 表 示 ， 即为制动 力分配系数。 3.3 同步附着系数同步附着系数 19 由式 （3-12）得 = 1 1 2 f f f f （3-13） 上式在 图 3-3 中是 一条通过坐标原点且斜率为（1-）/的 直 线 ，它是具有制动器制动 力分配系数为的汽车的 实际前、后制 动 器 动力分配线，简称线 。 图中线与 i 曲线 交点处的 附着系数 0 即为同步附着 系数。它 是 汽 车制动性能的 一个重 要参数，由汽车结构系 数所决定。 图 3-3 某 货 车 的线 与 i 曲 线 对于前 、后制动器制动 力为固定比值的汽车，只有在附着系数 等 于 同步附着 系数 0 的路面上，前、后车轮制动器 才会同时抱死。 当 汽 车在 不同 值的路面上制动时， 可能有以下情况： (1)当 0 ，线位于 i 曲线上方，制动时 后轮先抱死，这时 容 易 发生后轴侧滑使汽车 失去方向稳定性。 (3)当 = 0 ，制动时汽 车前 、后轮同 时抱死，是一种稳定 工况， 但 也 失去 转向能力。 分 析 表 明 ， 只 有 在 = 0 的 路 面 上 ， 地 面 的 附 着 条 件 才 可 以 得 到 充 分利用。 0 的选择 与很多因数 有关。若主要是在较 好的路面上行驶，则 选 的 0 值可偏高些，反之可 偏低些。从 紧急制动的 观点出发， 0 值 宜 取 高些。汽车 若常带挂车行驶或 常在山区行驶， 0 值宜取低些。 20 国 外 文献 推荐货车满载时 的同步附着 系数5 . 0 0 。 本 次 设 计 车 型 为 轻 型 载 货 汽 车 ， 最 大 车 速 为94k /m h， 此 取 7 . 0 0 =。 联 合 国欧 洲 经 济 委 员 会(ece)的 制 动 法 规 规 定 ， 在 各 种 载 荷 情 况 下 ， 轿 车 的 制 动 强 度 在0.15 q0.8， 其 他 汽 车 的 制 动 强 度 在 0.15 q0.3 的范围 内时，前轮均应能先抱死；在车轮尚未抱死的 情 况 下，在 0.20.8 的范围内，必须满足q0.1+0.85( -0.2)。 3.4 最大制动力矩最大制动力矩 由式 （3-10） （3-13）得 l hl g02 + = （3-14） 代入7 . 0 0 =，49 . 0 2800 6837 . 0910 02 = + = + = l hl g 对于 常遇到的道 路条件较差、车速较 低因而选取了较小的同步 附 着 系数 0 值的汽车，这种汽车后轮制动抱死的可能性小，而汽车 行 驶 方 向 的 控 制 更 为 重 要 ， 为 了 保 证 在 0 的 良 好 的 路 面 上 能 够 制 动 到后轴车轮和前 轴车轮先后抱死滑移，前、后轴的车轮制动器 所 能 产生 的最大 制动 力力矩为 ： egf rhl l g t)( 2max1 += （3-15） max1max2 1 ff tt = （3-16） 式中： 为该 车所能遇到的最大附着 系数。一个车轮制动器 应 有 的 最大 制动 力矩为 按上列公式计算所得结果的一半值。 取 0.8 = ，由式（3-15） （ 3-16）得单个车轮制动器 最大制动力 矩 mnrhl l g t t eg f f =+= 32.44942)( 2 2 max1 max1 21 mnt t t f f f = = 76.4677 2 1 2 max1 max2 max2 3.5 制动器的结构参数与摩擦系数制动器的结构参数与摩擦系数 3.5.1 制动制动 鼓内 径鼓内 径 d 和和制动制动 鼓厚鼓厚度度 输入 力p一定时，制动 鼓 内径越大，制动力矩越大，且散热能 力 也 越强。但制动鼓 内径 d 受轮辋内径限制。制动鼓与 轮辋之间应 保 持 足 够 的 间 隙 ， 通 常 要 求 该 间 隙 不 小 于20mm 30mm， 否 则 不 仅 制 动鼓 散热条件太差，而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门 嘴 。制动鼓 应有足够 的壁 厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以 减 小 制动时的 温升。制动鼓的 直径小，刚度就大，并有利于保证制 动 鼓 的加工精度。 货车制动鼓 直径 与轮 辋直径之 比： r dd/=0.700.83 载 货 汽 车 和 客 车 制 动 鼓 内 径 一 般 比 轮 辋 外 径 小80 mm 100mm。设计时 可按轮辋直径初步确定制动鼓 内径（见表 3-1） mmdr 6 . 355=， ()()mmd15.29592.248 6 . 35583 . 0 70 . 0 = 参表 3-1 及汽车行 业标准 ，选mmd270=。 表 3-1 制 动 鼓 内 径 参 考 值 轮 辋 直 径 （in） 12 13 14 15 16 20， 22.5 制 动 鼓 最 大 内 径 （mm） 轿 车 180 200 240 260 货 车 、 客 车 220 240 260 300 320 420 制动鼓在 工作时 如同 一个悬臂梁，所以壁厚的选取主要从 刚度 和 强 度方面考虑 。壁厚 取 大些有助于增大热容量，试验表明，壁厚 从 11 mm增至 20 mm，摩擦 表面平均最高温度变化并不大。一般铸 造 制 动鼓的 壁厚 ：中 、重型货车为 1318 mm。 22 3.5.2摩 擦衬片 宽 度摩 擦衬片 宽 度 b 和包 角和包 角 摩 擦 衬 片 宽 度 尺 寸 b的 选 取 对 摩 擦 衬 片 的 使 用 寿 命 有 影 响 。 片 宽 度尺寸 取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸 取 宽 些，可以 减少 磨损 ，但质量大，不易加工，不易保证与制动鼓 全 面 接触，且增加了成本 。设计时一般按16 . 0 =db26. 0初选。且 应 尽 量按国产 摩擦衬片 规格选择。 ()()mmdb 2 . 702 .4326 . 0 16 . 0 = 参汽车行 业标准 取mmb60= 摩擦衬片 的摩擦 面积 为： p a =br 式中 为摩擦衬片 包角，单位为弧度。 制 动 器 各 蹄 衬 片 总 的 摩 擦 面 积 p a 越 大 ， 制 动 时 所 受 单 位 面 积 的 正压力 和能 量负荷越 小，从而磨损特 性越好。根据国外统计资 料 分 析 ， 单 个 车 轮 鼓 式 制 动 器 的 衬 片 面 积 随 汽 车 总 质 量 增 大 而 增 大 ， 具体数 据见表 3-2。 表 3-2 衬 片 摩 擦 面 积 衬 片 摩 擦 面 积 汽 车 类 别 汽 车 总 质 量ma t 单 个 制 动 器 摩 擦 衬 片 总 面 积 p a 2 cm 轿 车 0.9-1.5 1.5 2.5 100 200 200 300 货 车 及 客 车 1.0 1.5 1.5 2.5 2.5 3.5 3.5 7.0 7.0 12.0 12.0 17.0 120 200 150 250 (多 为 150 200) 250 400 300 650 550 1000 600 1500 (多 为 600-1200) 23 3.5.3 摩擦 衬片 起始角摩擦 衬片 起始角 0 一般衬片 布置在制动 蹄 外缘的中央，即令0 2 900 =。 0 0 40= 3.5.4 制动 器制动 器中 心到张 开中 心到张 开力力 f0作用线 作用线 的的距离距离 e 初定 mmre1081358 . 08 . 0=。 3.5.5 制动 蹄制动 蹄 支 承点位 置坐标支 承点位 置坐标a和和c 初步暂定 mmra1088 . 0=。 3.5.6 摩擦摩擦 片片摩 擦系数摩 擦系数 f 摩擦片摩擦 系数对制动 力矩的影响很大，主要考虑其热稳定性 当 前 国 产 的 制 动 摩 擦 片 材 料 在 温 度 低 于250 时 ， 保 持 摩 擦 系 数 35 . 0 =f0.40 已无 大问题 。因此，在假设的理想条件下计算制动 器 的 制动 力矩 ，取3 . 0=f可使计算结果接近实际。选3 . 0=f。 各参数 详见 图 3-4。 图 3-4 鼓 式 制 动 器 的 主 要 几 何 参 数 24 第四章第四章 制动器的设计计算制动器的设计计算 4.1 制动器制动器因因数的计算数的计算 鼓 式 制 动 器 制 动 因 数 的 计 算 通 常 是 根 据 摩 擦 衬 片 的 压 力 分 布 规 律 、径向变形规律以及张开力p与摩擦衬片 法向压力的解析关系，利 用 微 积分和 列制动蹄 力平衡方程式的方 法通过其定义（式（2-1） ）求 得 。 由于 这种方 法导出过 程较繁琐， 我们采用以下公式计算制动器的 制 动 器因数 。 4.1.1 支承销支承销 式 双领蹄制动 器的制 动器式 双领蹄制动 器的制 动器 因因数数 单个领蹄的制动蹄因数 1t bf 为： 图 4-1 支 承 销 式 双 领 蹄 制 动 器 的 制 动 器 因 数 计 算 用 图 )( 1 fb r a a r h fbft = （ 4-1 ） 式 中 ： 872 . 0 2 sin 2 sin4 cossin 30 300 = = ) a （ 4-2） 25 2 cos 2 cos1 30 r b += （4-3） 0 ) 角 0 对应的圆弧，单位为弧度； f 摩擦 系数，0.3。 以上各式中有 关结构尺寸参数见图 4-1。 整个制动器 因数 bf = t bf2 （4- 4） 制动器结构 参数 ： mmr135=，mmh216=， 0 1 40=， 0 0 100=， 0 3 216= 计算得：12. 2=bf 4.1.3 制动蹄制动蹄 自 锁条自 锁条 件件检验检验 计算计算 对于 支承销式双领蹄 制动器，蹄 不自锁的条件为： b r af)( （4-5） 由 式 （4-14） 后制动器82 . 0 832 . 0 135 38.84 87 . 0 )(3 . 0= = =b r af ， 故 蹄 均不自锁 。 4.2 张开张开力计算力计算 由式 （2-1） ，液压驱 动制动器 所需张开力 rbf t p f = max (4-6) 对前 、后轮 制动器 n rbf t p f 42.15703 135 . 0 12 . 2 32.4494 max1 1 = = = n rbf t p f 37.16344 135 . 0 12 . 2 76.4677 max2 2 = = = 26 4.3 摩擦衬片的磨损特性计算摩擦衬片的磨损特性计算 4.3.1 比能量耗 散率比能量耗 散率 e 紧急制动时汽车制动器能量负荷最大，衬片的磨损最 严重。 在 紧 急 制 动 时 双 轴 汽 车 单 个 前 轮 和 后 轮 制 动 器 的 比 能 量 耗 散 率 分 别 为： 1 2 11 4/ tavme a = （4-7） 2 2 12 4/ )1 (tavme a = （4-8） 式中：