毕业设计（论文）-轻型载货汽车鼓式制动器设计(全套图纸）.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）摘 要汽车是现代人们生活中重要的交通工具其是由多个系统组成的，制动系统就是其中一个重要的组成部分。它既要使行驶中的汽车减速，又要保证车辆能稳定的停驻在原地不动。因此，汽车制动系对于汽车的安全行驶起着举足轻重的作用。在本次设计中，根据已有的CA1046车辆的数据对制动系统进行设计。其中对制动系统的组成、制动系统主要部件的方案论证、制动力矩的计算、鼓式制动器结构参数的设计、制动器相关部件的校核、制动主缸和制动轮缸的直径工作容积的计算、制动踏板力与踏板行程的计算等方面进行了设计分析。设计所附的多张图纸对设计的思想、制动系统的布置设计表达的非常清晰。希望在翻阅说明书的过程中能够结合图纸，这样就可以更加有效的理解设计的思想和意图。关键词：汽车；鼓式制动器；制动系统；制动力矩；制动主缸全套CAD图纸，加153893706ABSTRACTAutomobile is the important transportation tools in the modern life. It is compositive by many systems. The most important parts are the brake system. The system made the autocar slowdown; whats more, the automobile is stopped steadily. There by the brake system play an important part in security steer. In the design, which based on the data of brake system used in CA1041. Decompose of the brake system is designed. And the main piece applied with CA1041 is demonstrated. The braking force and the parameters of drum brakes configuration are included in this design also. Whats more, the validating of correlation parts in the brake system and the diameter of the main crock of braking and the crock applied in brake wheel are designed . Meantime , the its stroke volume are referred to The force effected the footplate when braking and the travel of footplate and so on are analyzed .The drawings are very detail to explain the ideas of design and the disposition for the brake system . When you thumb the annotation text, you can combine the drawings, which made you understand the ideas and meaning in this design effectively.Key words: Automobile；Braking system；Braking torque；Drum type brake；Brake the master cylinder第1章 绪论1.1 制动系统绪论汽车制动系功用是使汽车以适当的减速度降速行驶至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全、停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性良好、制动系工作可靠性的汽车，才能充分发挥其动力性能。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。中兴汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引汽车还应有自动制动装置。行车制动装置用于使行驶的汽车强制减速或停车，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，以保证其工作的可靠。驻车制动装置用语汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在斜坡上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动结构而不用液压或气压驱动，以免其产生故障。应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，则可利用其机械力源（如强力压缩弹簧）实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统，他可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备的，因为普通的手力驻车制动器也可以起到应急制动的作用。辅助制动装置用在山区行驶的汽车上，利用发动机排气制动或电涡流制动等的辅助制动装置，可使汽车下坡长时间而持续地减低或保持稳定车速，并减轻或解除行车制动器的负荷。通常，在总质量5t的客车上和总质量大于12t的载货汽车上装备这种辅助制动-减速装置。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动操纵，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动两个后轮。行车制动和驻车制动这两套装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有压缩机、气路管路、储气筒、控制阀和制动气室等。以前，大多数汽车的驻车制动和应急制动都采用中央制动器，其优点是制动位于主减速器之前的变速器的第二轴或传动轴，所需的制动力距较小，容易适应手操纵力小的特点。但在用作应急制动时，则往往会是传动轴超载。现代汽车由于车速的提高，对应急制动的可靠性要求更严格，因此，在中、高级轿车和部分总质量在l5t以下的载货汽车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。重型载货汽车由于采用气压制动，故多对后轮制动器另设独立的由气压控制而以强力弹簧作为制动力源的应急兼驻车制动驱动机构，也不再设置中央制动器。但也有一些重型汽车除了采用上述措施外，还保留了由气压驱动的中央制动器，以便提高制动系的可靠性。1.1.1 汽车制动系应满足如下要求：1、应能适应有关标准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，也应考虑销售对象所在国家和地区的法规和用户要求。 2、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效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的。 表1.1 国外有关标准法规对制动效能的规定标准名称适用车型制动初速度最大踏板力制动距离制动减速度美联邦汽车安全标准FMVSS 121气压制动汽车32969.873美联邦汽车安全标准FMVSS 105-75液压制动汽车489616.4662.18欧洲经济委员会（ECE）和欧洲经济共同体（EEC）法规货车：总质量总质量 t总质量7050407007007004.44.44.4轿车与客车：座位数（包括司机）8座位数8和总质量5t80605007005.85.0瑞典制动法规总质量t总质量t80605007005.85.0日本制动标准JASO69 13-73货车和客车TA级TB级TC级TD级700800900900平均减速度（持续制动过程中）：0.5 g0.5 g0.5 g0.4 g表l.1给出了欧、美、日等国的有关标准或法规对这两项指标的规定。综合国外有关标准和法规，可以认为：进行制动效能试验时的制动减速度，对轿车应为5.8m/s25.8m/s2。(制动初速度=80km/h)；载货汽车应为4.4 m/s25.5 m/s2。(制动初速度见表1.1)。相应的最大制动距离：轿车为；载货汽车为。式中第一项为反应距离，第二项为制动距离；的单位为m，的单位为km/h。驻坡效能是以汽车在良好的路面上能可靠而无时间限制地停驻的最大坡度()来衡量的，一般应大于。3、工作可靠为此，汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动系统，且它们的制动驱动机构应是各自独立的，而行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30%；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。4、制动效能的热稳定性好汽车的高速制动、短时间的频繁重复制动，尤其是下长坡时的连续制动，均会引起制动器的温升过快，温度过高。特别是下长坡时的频繁制动，可使制动器摩擦副的温度升高达到300400，有时甚至温度高达700。此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生所谓的热衰退现象。制动器发生热衰退后，经过散热、降温和一定次数的和缓使用，使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是抗热衰退的措施。5、制动效能的水稳定性好制动器摩擦表面浸水后，会因为水的润滑作用而使摩擦副的摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在水后反复制动515次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料的吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。另外也应防止泥沙、污物等进入制动器摩擦副工作表面，否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野汽车为了防止水和泥沙进人而采用封闭制动器的措施。6、制动时的汽车操纵稳定性好即以任何速度制动，汽车均不应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。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；后轮抱死而侧滑甩尾，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过15%时，会发生制动时汽车跑偏。7、制动踏板和手柄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：对货车应不大于170mm，其中考虑了摩擦衬片的容许磨损量。制动手柄行程应不大于160mm200mm。各国法规规定，货车制动的最大踏板力一般为500N（轿车）-700N（货车）。8、作用滞后的时间要尽可能短包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间(解除制动滞后时问)。9、制动时不应产生震动和噪声10、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。11、制动报警装置制动系中应有音响或光信号等警报装置，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，例如一旦主、挂车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1。12、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，气制动管路不应出现结冰现象。13、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的要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维。对汽车制动器的性能要求可详见JB393585及JB4200-86标准。随着电子技术的屯速发展，汽车防抱死制动系统(antilock braking system，ABS)在技术上已经成熟，开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面问的附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效地防止汽车在应急制动时由于车轮抱死使汽车失去方向稳定性而出现侧滑或失去转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了汽车高速行驶的安全性1。近年来还出现了EBD+ABS就是在ABS的基础上，平衡每一个轮的有效地面抓地力，改善制动力的平衡，防止出现甩尾和侧移并缩短汽车的制动距离。前者适用于重型汽车和汽车列车，它是用电子控制方式代替气压控制方式，可根据制动踏板行程、车轮载荷以及制动摩擦片的磨损情况来调节各车轮的制动气室压力。它不但可以较大地减少制动反应时间，缩短制动距离，提高牵引车和挂车的制动协调性，还能使制动力分配更为合理；后者(即制动助力系统)适用于轿车，即当出现紧急状况而驾驶员又未能及时地对制动踏板施加足够大的力时，该系统能自动地加以识别并触发电磁阀，使真空助力器在极短时间内实现助力作用，从而实现显著地缩短制动距离的目的。为了防止汽车发生追尾碰撞事故，一些汽车生产大国都在致力于车距报警及防追尾碰撞系统的研究。这种系统是用激光雷达或用微波雷达对前方车辆等障碍物进行监测，若测出实际车距小于安全车距，则会发出警报；若驾驶员仍无反应，则会自动地对汽车施行制动。在部分轿车上已开始装用这种系统。为了节省燃油消耗，减少排放并减轻制动器的工作负荷，制动能回收系统早已成为一个研究课题，以便将制动能储存起来，在需要时再释放出来加以利用。以前这项研究主要针对城市公共汽车，多采用飞轮储能和液压储能方式但由于种种原因未能推广应用。近年来，随着电动汽车及混合动力汽车的研制已取得突破性的进展，制动能回收系统又为一些电动汽车所采用，在减速或下坡时可将驱动电机转变为发电机，使之产生制动作用；同时可用发出的电流使蓄电池充电，以节省能源，增加电动汽车和混合动力汽车的行驶里程。第2章制动器的结构选择及方案分析汽车制动器几乎具为机械摩擦式的，即利用旋转元件与固定元件俩个工作表面间的摩擦产生的制动力据是汽车减速或停车。但用于山区行驶的汽车商的辅助制动装置，则是利用发动机排气制动或电涡流制动等缓速措施，对下长坡的汽车进行减缓或稳定车速的。2.1 制动器的结构型式的选择车轮制动器主要用于行车制动系统，有时也兼作驻车制动之用。制动器主要有摩擦式、液力式、和电磁式等三种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点，但因成本太高，只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器；液力式制动器一般只用缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构不同，可以分为鼓式、盘式和带式三种。带式只用于中央制动器；鼓式和盘式应用最为广泛。鼓式制动器广泛应用于商用车，轻重型载货汽车；同时鼓式制动器结构简单、制造成本低。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构形式。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，后者又安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的凸缘上(对车轮制动器)或变速器壳或与其相固定的支架上(对中央制动器)；其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓，并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，故又称为带式制动器。但现在汽车以很少采用。由于外束型鼓式制动器通产建成为带式制动器，而且在现代汽车商已很少采用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。我选择的参考车型为天津一起生产的CA1046轻型载货汽车。CA1046作为一款轻型载货商用车，出于制造成本及维修成本方面考虑，采用内张型鼓式制动器。鼓式制动器一般可按其制动蹄的受力情况进行分类，它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状态以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。制动蹄按其张开时的转动方向与制动鼓的旋转方向是否一致而分为领蹄和从蹄俩种类型。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄称为领蹄，俩者不一致的则称从蹄。不同形式的鼓式制动器的主要区别有：(1)蹄片鼓动支点的数量和位置不同；(2)张开装置的数量不同；(3)制动时两片蹄片之间有无相互作用。因蹄片的固定支点和张开力位置不同，使不同形式鼓式制动器的领、从蹄的数量有差别，并使制动效能不一样。制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或力矩，称为制动效能。在评比不同形式制动器的效能时，常用一种称为制动器效能因数的无因次指标。制动效能因数的定义为：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。制动效能的稳定性是指其效能因数对摩擦因数的敏感性。使用中随温度和水湿程度变化。要求制动器的效能稳定性好，即是其效能对变化敏感性要小。鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类(见2.1图)，它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状况以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同1。 （a）领从蹄式（凸轮张开）；（b）领从蹄式（制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式 图2.1鼓式制动器简图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，有领蹄和从蹄之分。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄，称为领蹄；反之，则称为从蹄。领从蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行驶的制动效果不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片之间的间隙。因此得到广泛的应用，特别是用于乘用车和总质量较小的商用车的后轮制动器1。CA1046作为商用车总质量较小，因此采用结构简单，成本低的领从蹄式鼓式制动器。 领从蹄鼓式制动器2.2 制动管路的多回路系统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，即应是双管路的。也就是说应将汽车的全部行车制动器的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路失效后，其他完好的回路仍能可靠地工作。下方（2.1）图所示为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统对5种分路方案图。选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。1双腔制动主缸；2双回路系统的一个分路；3双回路的另一分路图2.1双轴汽车液压双回路系统的5种分路方案图2.1(a)为前、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。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。这种分路布置方案在各类汽车上都有采用，但在货车上用得最广泛。这一分路方案若后轮制动管路失效，则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。对于前驱动的轿车，当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将显著降低并小于正常情况下的一半，另外，由于后桥负荷小于前轴，则过大的踏板力会使后轮抱死导致汽车甩尾。图2.1(c)的左右前轮制动器的半数轮缸与全部后制动器轮缸构成一个独立的回路；而两前制动器的另半数轮缸构成另一回路。可看成是一轴半对半个轴的分路型式，简称HI型。图2.1(d)的俩个独立的回路分别为俩侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的型式，简称LL型。图2.1(e)的两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数缸所组成，即前、后半个轴对前、后半个轴的分路型式。简称HH型。这种型式的双回路系统的制动效能最好。HI，LL，HH型的结构均较复杂。LL型与HH型在任一回路失效时，前、后制动力比值均与正常情况下相同，剩余总制动力LL型可达正常值的80%而HH型约为50%左右。HI型单用回路3(见图2.1(c)，即一轴半)时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，在紧急制动时后轮极易先抱死。图2.1(b)为前、后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路，称交叉型，简称X型。其特点是结构也很简单，一回路失效时仍能保持50%的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。此时前、后各有一侧车轮有制动作用使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。所以具有这种分路方案的汽车，因此，采用这种分路方案的汽车，其主销偏移距应取负值(至20mm)，这样，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车的方向稳定性，所以多用于中、小型轿车。基于以上分析，本次设计CA1046采用图2.1(b)所示前后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统。2.3 制动驱动机构的结构型式选择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2.2所示。表2.2 制动驱动机构的结构型式制动力源力的传递方式用途型式制动力源工作介质型式工作介质简单制动系（人力制动系）司机体力机械式杆系或钢丝绳仅限于驻车制动液压式制动液部分微型汽车的行车制动动力制动系气压动力制动系发动机动力空气气压式空气中、重型汽车的行车制动气压-液压式空气、制动液液压动力制动系制动液液压式制动液伺服制动系真空伺服制动系司机体力与发动机动力空气液压式制动液轿车，微、轻、中型汽车的行车制动气压制动系空气液压伺服制动系制动液2.3.1 简单制动系简单制动系即人力制动系，是靠司机作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源，而力的传递方式如表2.2所示，又有为机械式和液压式两种。机械式的靠杆系传力或钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，因此仅用于中、小型汽车的驻车制动装置中1。液压式简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间较短(0.10.3s)；工作压力高(可达10Mpa-20MPa)，缸径尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，使之结构简单、紧凑、，质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影像传输，即产生所谓“气阻”，使制动效能降低甚至失效；而当气温过低时（25度和更低时），由于制动液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及当有局部损坏时，使整个系统都不能继续工作。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车和部分中型货车上。但由于其操纵较沉重，不能适应现代汽车提高操纵轻便型的要求，故当前仅多用于微型汽车上，在轿车和轻型汽车上已极少采用4。2.3.2 动力制动系动力制动是以发动机的动力形成的气压或液压形式的势能作为汽车制动的全部力源进行制动，而司机作用于制动踏板或手柄上的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。在简单制动中的踏板力和其行程之间的反比例关系在动力制动中便不复存在，因此，此处的踏板力较小且可有适当的踏板行程。2.3.3 气压制动系气压制动系是动力制动系最常见的形式，由于可获得较大的制动驱动力，且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接专职结构简单、连接和断开均很方便，因此被广泛用于总质量为8t以上尤其是15t以上的载货汽车、越野汽车和客车上。但气压制动系必须采用空气压缩机、储气罐、制动阀等装置，使其结构复杂、笨重、轮廓尺寸大、造价高；管路中气压的产生和撤出均较慢，作用滞后时间较长(0.3s0.9s)，因此，当制动发到制动气室和储气筒的距离较远时，有必要加设气动的第二级控制元件继东阀（即加速阀）以及快放阀；管路工作压力较低（一般为0.5MPa0.7Mpa），因而制动气室的直径大，只能置于制动器之外，在通过杆件及凸轮或惬块驱动制动蹄，使非簧载质量增大；另外，制动气室排气时也有较大噪声。所以气压制动系统主要用在重型汽车上4。2.3.4 全液压动力制动系全液压动力制动系是用发动机驱动油泵产生的液压作为制动力源。其制动系的液压系统与动力转向的液压系统相同，也有开式(常流式)与闭式(常压式)两种。开式(常流式)系统在不制动时，制动液在无负荷状态下由油泵经制动阀到储液罐不断循环流动，制动时则借助于阀的节流而产生所需的液压进入轮缸。闭式(常压式)回路因平时保持着高液压，故成为常压式。它对制动操纵的反应比开式的快，但对回路的密封要求较高。当油泵出故障时，开式的将立即不起制动作用，而闭式的还有可能利用回路中的蓄能器的液压继续进行若干次制动。故目前汽车用的全液压动力制动系多用闭式(常压式)的。全液压动力制动除具有一般液压制动系的优点外，还具有操纵轻便、制动反应快、制动能力强、受气阻影响较小、易于采用制动力调节装置和防滑移装置，及可与动力转向、液压悬架、举升机构及其他辅助设备共用液压泵和储油罐等优点。化现象也没但其结构复杂，精密件多，对系统的密封性要求也较高，故并未得到广泛应用，目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。各种型式的动力制动在其动力系统失效使回路中的气压或液压达不到正常压力时，制动作用即全部丧失。2.3.5 伺服制动系伺服制动系是在人力液压制动系的基础上加设一套有其他能源提供的助力装置，是人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力最为制动能源的制动系。在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，而在动力伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力（即由伺服制动转变为人力制动）。因次，在中级以上的轿车及轻、中行客、货车上的到广泛使用。按伺服系统能源的不同，又有真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动系之分。其伺服能源分别为真空能（负气压能）、气压能和液压能。真空伺服制动是利用发动机进气管中节气门后的真空度(负压一般可达0.05MPa0.07MPa)做动力源。一般的柴油车若采用真空伺服制动系时，则需有专门的真空原有发动机驱动的真空泵或喷吸器构成。气压伺服制动系是有发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源，伺服气压一般可达0.6MPa0.7Mpa。故在输出力相等时，气压伺服气室直径比真空伺服气室直径小得多。且在双回路制动系中，如果伺服系统也是分立式的，则气压伺服比真空伺服更适宜，因为后者难于使各回路真空度均衡。但气压伺服系统的其他组成部分却较真空伺服系统复杂很多。真空伺服制系动多用于总质量在1.1t1.35t以上的轿车级装载质量在6t以下的轻、中型载货汽车上；气压伺服制动则广泛用于装载质量为6t12t的中、重型载货气车以及少数几种高级轿车上。综合上述所述CA1046选用了真空助力式伺服制动系。 2.4 本章小结本章主要对轻型商用车制动系统的总体设计进行了比较和论证选择，通过对制动器的结构型式、制动驱动机构的结构型式，制动管路布置的结构型式三个方面对制动系统进行了整体上的选择。 第3章制动器主要参数的确定CA1046的主要技术参数汽车轴距L=3100mm；汽车空载及满载时的总质量kg，kg；空载、满载时的轴荷分配，包括前轴负荷kg，kg；空载、满载时的轴荷分配，包括后轴负荷kg，kg；满载空载时的质心位置，包括质心高度mm，mm；质心距前轴距离mm，mm；质心距离mm，mm；车轮滚动半径mm；轮胎型号：6.50-16,7.00-163.1 制动力与制动力分配系数汽车制动时，若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，则对任一角度0的车轮，其力矩平和方程为 Tfre=0 （3-1）式中：Tf制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，Nm； 地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N； re车轮有效半径，m。令 Ff=Tf/re （3-2）并成为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，因此又称为制动周缘力。Ff与地面制动力的方向相反，当车轮角速度0时，大小亦相等，且Ff仅由制动器的结构参数所决定。即Ff取决于制动器的结构形式，结构尺寸，摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正比。当极大踏板力以加大Tf时，Ff和Fb均随之增大。单地面制动力受附着条件的限制，起值不可能大于附着力F，即 F=Z （3-3）或 max= F= Z （3-4）3.2 同步附着系数Ff2/Ff1=1- / （3-5）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，可能有以下三种情况3。1、当时线在曲线下方，制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；2、当时线位于曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性；3、当时制动时汽车前、后轮同时抱死，这时也是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。为了防止汽车制动时前轮失去转向能力和后轮产生侧滑，希望在制动过程中，在即将出现车轮抱死但尚无任何车轮抱死时的制动减速度为该车可能产生的最高减速度。分析表明，汽车在同步附着系数的路面上制动（前、后车轮同时抱死）时，其制动减速度为，即，为制动强度。在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度。这表明只有在的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。附着条件的利用情况可以用附着系数利用率（或称附着力利用率）来表示，可定义为 （3-6）式中：汽车总的地面制动力； 汽车所受重力； 汽车制动强度。当时，利用率最高。直到20世纪50年代，当时的道路条件还不是很好，汽车的行驶速度也不是很高，后轮抱死侧滑的后果也并不显得像前轮抱死而丧失转向能力的后果那样严重，因此，往往将值定的较低，即处于常遇附着系数范围中间较低区域。而现代的道路条件大为改善，汽车行驶速度也大为提高，因而汽车因制动时后轮先抱死的后果十分严重。由于车速高，它不仅会引起侧滑甚至甩尾会发生掉头而丧失操纵稳定性，因此后轮先抱死的情况是最不希望发生的，所以各类轿车和一般载货汽车的值均有增大趋势国外有关文献推荐满载时的同步附着系数：轿车取；货车取为宜。现代汽车多装有比例阀或感载比例阀等制动力调节装置，可根据制动强度、载荷等因素来改变前、后轮制动器制动力的比值，使之接近于理想制动力分配线。为保证汽车制动时的方向稳定性和足够的附着系数利用率，联合国欧洲经济委员会的制动法规规定，在各种在和情况下，轿车在0.15q0.8，其他汽车在0.15q0.3的范围内，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）。我国GB126761999附录制动力在车轴（桥）之间的分配及牵引车与挂车之间制动协调性要求也等采用了其内容。参考与CA1046同类车型的值，取。图3.1除、外的其他类别车辆的制动强度与附着系数要求3.3 制动强度和附着系数利用率根据所选的同步附着系数，可求得： （3-7） 式中：汽车轴距，； 制动力分配系数； 汽车质心高度。进而求得 （3-8） （3-9） 式中：制动强度；汽车总的地面制动力； 前轴车轮的地面制动力； 后轴车轮的地面制动力。当时，故，；。此时，符合GB126761999的要求。当时，可能得到的最大总制动力取决于前轮刚刚首先抱死的条件，即。此时求得： （3-10） （3-11）（3-12） 表3.1 取不同值时对比GB 12676-1999的结果0.10.20.30.40.50.60.73050.45238.08344.611862.315878.622716.337000.80.0620.13150.20950.29780.39870.51490.55740.66930.70320.74070.78240.82910.88180.9416GB126761999符合国家标准符合国家标准符合国家标准符合国家标准符合国家标准符合国家标准符合国家标准当时，可能得到的最大的制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即。此时求得： （3-13） （3-14）（3.15）表3.2取不同值时对比GB 12676-1999的结果0.832069.80.80601.0075GB126761999符合国家标准3.4 制动器最大制动力矩为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩。最大制动力是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的，这时制动力与地面作用于车轮的法向力 成正比。所以，双轴汽车前、后车轮附着力同时被充分利用或前、后轮同时抱死的制动力之比为 （3-16）式中：汽车质心离前、后轴的距离； 同步附着系数； 汽车质心高度。通常，上式的比值：轿车约为1.31.6；货车约为0.50.7；制动器所能产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，即 （3-17） （3-18）式中：前轴制动器的制动力，； 后轴制动器的制动力，； 作用于前轴车轮上的地面法向反力；作用于后轴车轮上的地面法向反力；车轮的有效半径对于常遇道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数值的汽车，为了保证的良好路面上能够制动到后轴车轮和前轴车轮先抱死滑移，前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力矩为 （3-19） （3-20）对于选取较大值的各类汽车，则应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。当时，相应的极限制动强度，故所需的后轴和前轴制动力矩为 （3-21）（3-22）式中：该车所能遇到的最大附着系数； 制动强度； 车轮有效半径。Nm 单个车轮制动器应有的最大制动力矩为的一半，为1721Nm。3.5 制动器因数和制动蹄因数制动器因数又称为制动器效能因数。其实质是制动器在单位输入压力或力的作用下所能输出的力或力矩，用于比较不同结构型式的制动器的效能。制动器因数可定义为在制动鼓或制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即 （3-25）式中：制动器的摩擦力矩； 制动鼓或制动盘的作用半径； 输入力，一般取加于两制动蹄的张开力(或加于两制动块的压紧力)的平均值为输入力。对于鼓式制动器，若作用于两蹄的张开力分别为、，制动鼓内圆柱面半径即制动鼓工作半径为，两蹄给予制动鼓的摩擦力矩分别为和，则两蹄的效能因数即制动蹄因数分别为： （3-26） （3-27）整个鼓式制动器的制动因数则为 （3-28）当时，则 （3-29）蹄与鼓间作用力的分布，其合力的大小、方向及作用点，需要较精确地分析、计算才能确定。今假设在张力P的作用下制动蹄摩擦衬片与鼓之间作用力的合力N图3.2所示作用于衬片的B点上。这一法向力引起作用于制动蹄衬片上的摩擦力为为摩擦系数。a，b，c，h，R 及为结构尺寸，图3.2所示。图3.2鼓式制动器的简化受力图对领蹄取绕支点A的力矩平衡方程，即 （3-30）由上式得领蹄的制动蹄因数为 （3-31） 当制动鼓逆转时，上述制动蹄便又成为从蹄，这时摩擦力的方向与图(3.2)所示相反，用上述分析方法，同样可得到从蹄绕支点A的力矩平衡方程，即 （3-32）由式(3-31)可知：当趋近于占时，对于某一有限张开力，制动鼓摩擦力趋于无穷大。这时制动器将自锁。自锁效应只是制动蹄衬片摩擦系数和制动器几何尺寸的函数。由上述对领从蹄式制动器制动蹄因数的分析与计算可以看出，领蹄由于摩擦力对蹄支点形成的力矩与张开力对蹄支点的力矩同向而使其制动蹄因数值大，而从蹄则由于这两种力矩反向而使其制动蹄因数值小。两者在=0.30.35范围内，当张开力时，相差达3倍之多。图3.3给出了领蹄与从蹄的制动蹄因数及其导数对摩擦系数的关系曲线。由该图可见，当增大到一定值时，领蹄的和均趋于无限大。它意味着此时只要施加一极小张开力，制动力矩将迅速增至极大的数值，此后即使放开制动踏板，领蹄也不能回位而是一直保持制动状态，发生“自锁”现象。这时只能通过倒转制动鼓消除制动。领蹄的和随的增大而急剧增大的现象称为自行增势作用。反之，从蹄的和随的增大而减小的现象称为自行减势作用。在制动过程中，衬片的温度、相对滑动速度、压力以及湿度等因素的变化会导致摩擦系数的改变。而摩擦系数的改变则会导致制动效能即制动器因数的改变。制动器因数对摩擦系数 的敏感性可由来衡量，因而称为制动器的敏感度，它是制动器效能稳定性的主要决定因素，而除决定于摩擦副材料外，又与摩擦副表面的温度和水湿程度有关，制动时摩擦生热，因而温度是经常起作用的因素，热稳定性更为重要。热衰退的台架试验表明，多次重复紧急制动可导致制动器因数值减小50%，而下长坡时的连续和缓制动也会使该值降至正常值的30%。1领蹄；2从蹄图3.3制动蹄因数及其导数与摩擦系数的关系由图3.3也可以看出，领蹄的制动蹄因数虽大于从蹄，但其效能稳定性却比从蹄差。就整个鼓式制动器而言，也在不同程度上存在以为表征的效能本身与其稳定性之间的矛盾。由于盘式制动器的制动器因数对摩擦系数的导数()为常数，因此其效能稳定性最好。3.6 鼓式制动器的结构参数与摩擦系数3.6.1 鼓式制动器的结构参数 1.制动鼓直径D或半径R 当输入力一定时，制动鼓的直径越大，则制动力矩越大，且使制动器的散热性能越好。