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汽车盘式制动器间隙自调装置性能检测台的研制 摘要 汽车制动器是保证汽车安全行驶的重要部件，制动器间隙自调装置 是制动器的一个重要部件，然而制动器的间隙自调装置性能研究在国内外 比较少，特别是盘式制动器间隙自调装置检测的研究在国内还是空白。 本文是在研制安徽省制动器厂的盘式制动器间隙自调装置综合性能 检测台的基础上撰写的。通过对盘式制动器间隙自调装置做了深入的分析 和研究，提出了盘式制动器间隙自调装置的三个检测项目：总体性能测试、 公差带测试和寿命测试。对每项检测目标，本文都深入的研究了其检测方 法。最后论述了盘式制动器间隙自调装置综合性能检测台的设计方案，并 设计了盘式制动器间隙自调装置综合性能检测台。 本文研制的检测台为上一下位机控制系统，上位机采用p c 机，下位 机是基于m p c 0 2 控制卡的控制系统。程序采用面向对象程序设计语言 v b 6 0 开发，具有良好的界砸。 关键词：间隙自调装置检测台m p c 0 2 卡总体性能测试寿命测试 r e s e a r c ha n dm a d et h ec a p a b i l i t i e s7 i b s t i n gs y s t e mo ft h e c l e a r a n c es e l f 二r e g u l a t i gd e v i c eo f a u t o m o b n ed i s c a lb r a k e a b s t r a c t b r a l 【ei so n eo fm em o s ti m p o r t a n tc o i r l p o n e n t sw h i c he n s u r ea u t o m o b i l em ， a i l dt l l ec l e a r 锄c es e l f r e g i i l a t i n gd e “c eo f b r a k ei so n eo f t l l em o s ti m p o r t a n tp a n so f b r 呔c ，b u tt h es 札d yo nt h ec 印曲i l i t i e so fc l e a r a n c es e l f - r e g u l a t i n gd e v i c eo fd i s c a l b r a k ei 8v e r y1 i m e ，e s p e c i a n yt h et e s t i n gs t 耐yo ns e l r e g i l l a t i n gd e v i c eo fd i s c a l b r & k ei sa l m o s tv a c 趾t t h i sp 印e ri s 、柑钍e nb a s i co nm er e s e a r c ha n dm a d e 也ec a p a b i l i t i e st e s t i n g s y s t e mo ft h ec l e a m c es e l f - r e g u l a t i n gd e 、r i c e o fd i s c “b r a k e b yt l l ed ”a n l i c a n a l y s i so f t l l ec l e a r a n c es e l f r e g l l l a i i l l gd e v i c eo f b r a k e ，a n dl h es t u d yo nt h e 劬c t i o n o fs e l f - r e g u l a t i i l 岛s o m et e s t m gi t e m so ft h ec l e a r a l l c es e l f - 1 嘣舛1 a 廿n gd e v i c eo f b r a l ( e w e r ep u tf b n v 盯d e d ，a n dm ec o r r e s p o n d i n gt e s tm e m o d sw e r ed e v e l 叩e d b a s e do n m et e s ti t e m sa r l dt h et c s tm e t h o d s ，as p e c i a lt e s t i n ge q l 邱m e n tw h i c hi su s e dt ot e s t c l e a r a i i c es e l f - r c g u l a t i n gd e v i c eo fd i s c a lb r a k ew 豁d e s i 朗e d ，a i l dac o 玎e s p o n d i n g a u t o m a t i cc o n t r 0 1s y s t e mw 勰d e v e l o p e d t h ee q u i p m e n ti sa 似o - d i m e n s i o nt c s t i i l gs y s t e mc o l l t r o l l e db yc o m p u tc r it h e m o s ti m p o r t a n tp a ni nm ec o i l n - o ls y s t e mi s 口c 0 2c a r dw h i c hr e c e i v e sc o n t r o l s i 口a l s 丘o mt l l ep ca n ds c n d si n s 缸u c t i o nt os t e pm o t o r ，s e v e rm o t e r ，e l e c 试c v a l v e ， a n n u n c i a t o ra n do m c r 印p a m l u s t 1 1 es o f t 、a r ei sp m 孕a l i i l e db y s u a lb 硒i c6 0 k e yw o r d s ：c l e a r a l l c es e l 乒r e g u l a t i n gd e v i c eo f b r a k e ，t e s t i n gm a c h i n e ，m p c 0 2c a r d ， c a p a b i l i t i e st e s t ，l i f et c s t ，c 1 e a r a i l c e 插图和表格清单 图2 一l盘式制动器分类图， 图2 2 盘式制动器结构图 图2 3密封圈式间隙自调装置 图2 4 密封圈式间隙自调点盘式制动器， 图2 5 机械卡环式间隙自调装置。 图2 6 进给式间隙间隙自调装置 图2 7盘式制动器问隙自调装置 图2 8 制动器间隙自调装置性能曲线 图2 9自调装置运动轨迹图 图2 1 0 设想公差带测试示意图 图2 1 1 截尾的序贯抽检图 图2 1 2 系统组成总体框架图，一 图3 一lm p c 0 2 结构示意图 图3 2 运动速度图形 图3 3 批处理方式和独立运动方式运动轨迹比较图 闰3 4 开关量输入信号接线方法， 图3 5 开关量输出信号接线方法 图3 6 脉冲方向输出信号接线法 图3 7 编码器反馈输入信号接线方法 图3 8 增量式编码器接线图 图3 9m p c 0 2 一a 与伺服电机的接线图 图3 一1 0 步进电机开环控制方案示意图， 图3 一l l 步进电机编码器闭环控制示意图 图3 1 2 步进电机运行矩频特性图 图3 一1 31 1 0 b y g 2 0 2 型混合式步进电机控制原理 图3 1 4 光栅尺放大图 图3 1 5 光栅测量原理图 圈3 一1 6 光栅尺控制接线图 图3 1 7e 2 e x 2 m e l 传感器接入电路图， 图3 1 8 捡测台报警电路。，。 图3 1 9 干扰形成的途径 图3 2 0 差分信号输入光电隔离 幽3 2 l 开关量信号输入光电隔离， 幽3 2 2 一点接地示意图 圬_ 舟一加u n坞均加驭孙卵瑚瑚m瑚瑚瑚瑚埘瑚瑚趣川川“_；|!|j；|j|i|；|；|；|；|!|!|j|!|!一|；|；!| 一 一 。 一 一 。 一 一 一 ， 一 一 ， ， 燕燕_ 图4 1 软件总体结构4 6 图4 2 测试总体界面4 7 图4 3 系统登陆界面4 8 圈4 4自调装置总体性能测试流程图4 9 图4 5自调装置总体性能测试工作界面5 0 图4 6 t a b l e c u r v e2 d 拟合曲线图5 2 图4 7 测试二流程图。，5 3 图4 8 公差带测试的工作界面5 4 图4 9 测试二流程图修改部分5 4 图4 一l o 公差带测试示意图2 5 5 图4 1 l 寿命测试流程图5 6 图4 1 2 周期时间控制图5 8 图4 1 3 坐标轴6 0 图4 1 4 坐标轴网格，6 0 表3 1 运动控制的六种基本类型和其函数对照表2 6 表3 2m p c 0 2 卡s i s c 6 8 的接口定义信号2 8 表3 3s i s c 6 8 各接口信号说明2 9 表3 4m d d a 0 8 3 a l a 型伺服电机驱动器主要资源。3 3 表3 5 伺服电机的指令脉冲控制3 4 表4 1 测试一数据平均值列表5 l 表4 2 本次测试中与r 对应的t 一t 的值5 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果一据 我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得金胆王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签名： j 签字日期；玎年调多日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金壁王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金腿 王些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：) 签字日期：。舛脚勺 学位论文作者毕业后去向： 工僻位：多气榉 通讯地址： 日 、， 毛弓 签字日期：3 f 年恒月；日 峨，i 移罐玻凋够 邮编： 致谢 在此论文完成之际，首先要感谢我尊敬的导师尹志强副教授! 在我三年的 研究生学习期间，无论是学习上还是研究中，尹老师都给予我热心的指导和悉心 的照顾。特别是在课题的开发和本论文的撰写过程中，尹老师都不厌其烦、一丝 不苟、不遗余力地给予指导和教诲。尹老师严谨的治学态度、平易近人的待人处 事方式和渊博的学识使我永生难忘，并将永远是我学习的榜样和典范。 同时，真诚的感谢机电教研室的朱华炳，丁苏赤，苏梅俊，刘志峰等老师 在本论文的研究过程中所给予的悉心指导，以及大力的支持，为作者顺利完成学 业创造了条件。 另外，在课题的研究和论文的撰写过程中，得到了机电教研室马世典、袁帅、 李付军、柳欣、程翔宇、单成伟、庞涛等给我的帮助，在这里衷心感谢和祝福所 有给我支持和帮助的所有老师、同学和亲友们，祝福你们生活的更加美好! 最后感谢一直在生活上和学习上支持我的父母和兄弟姐妹以及所有的朋友。 作者：闫真才 2 0 0 5 年4 月 第1 童绪论 1 1 汽车制动器发展概况 自1 8 8 6 年第一辆以内燃机为动力的汽车诞生咀来，汽车工业经历了百余年 的发展过程。由于社会需求的不断增长和科学技术的进步，汽车的设计也日益 精巧，其运输生产率和各项性能都得到了很大提高。现代汽车己成为世界各国 国民经济和社会生活中不可或缺的种运输和代步工具。汽车产业成为许多国 家的支柱产业，汽车工业的规模和汽车产品的质量成为衡量一个国家科技发展 水平的重要标志之一。 汽车制动系统是汽车的重要组成部分是保证汽车安全行驶的必要系统。 一般来说，任何一辆汽车制动系统都有供能装置、控制装置、传能装置和制动 器组成。制动器是保证汽车安全行驶的最重要的部件。目前广泛使用的制动器 是摩擦式制动器、鼓式制动器和盘式制动器。盘式制动器摄早于6 0 年代在美洲 虎汽车上使用，它提高了制动系统抗热、水衰退的能力；鼓式制动器由于热衰 退性、水衰退性等很难满足现代高速轿车对制动性能的要求，轿车上单纯使用 鼓式制动器的情况己不多见，比较常见的是与盘式制动器配合使用，即所谓“前 盘后鼓”，有的轿车已开始普遍采用盘式制动器，重型汽车上盘式制动器的使用 也在逐渐推广。 尽管制动器的发展已出现盘式化的趋势，但盘式制动器还不可能完全取代 其它类型的制动器。同时，人们也在不断研制新型制动器。传统的鼓式制动器 与盘式制动器相比具有某些由其结构形式所导致的不可克服的缺点。为此，研 究人员对其结构进行了一定的改造。如一种多点接触式制动器，环形胀式制动 器等。就目前来看，暂时还不可能出现全新型式的制动器。 在1 9 2 0 年以前，绝大部分汽车仅后轴装用制动器。1 9 0 0 年，试验证明四 轮安装制动器是安全的，有利于汽车制动性能的改善，但真正在四轮上均安装 制动器是1 9 2 0 年以后的事。制动装置虽在不断改进，但在六十年代新式制动双 管路液压制动被研制出来以前，制动装置并未有大的进步。双管路液压制动装 置，对汽车的四个车轮通过两套完全独立的液压系统进行控制，即每个系统控 制两个车轮。这样，若有一套制动管路出现故障。另一套制动管路仍能单独工 作。这无疑对汽车制动时的安全是十分有利的。 最初的汽车，为保证在山区行驶时有较好的转向性能，制动力分配系数较 小。这种设计指导思想一直持续到五、六十年代。这与当时普遍的道路差、车 速低的状况有关。随着汽车特别是轿车车速的提高，制动时后轴先于前轴拖死 滑穆的危害越来越大，为防止这一现象的发生，进入7 0 年代，制动力分配系数 向大的方向发展，且有比例阀、限压阀等制动力调节装嚣予以保证。但制动时 向大的方向发展，且有比例阀、限压润等制动力调节装簧予以保证。但制动时 抱死滑移，不仅车辆安全性降低，失去操纵性，而且制动效能不佳，这就诞生 了a b s ，以控制制动器周缘力，使其在最大附着力上下变动，以充分利用路面 潜在附着力。改善制动性能。制动力调控技术开始得到高度重视和大力发展。 现在，a b s 已逐渐成为轿车的一种标准装备，它的发展和应用对于汽车的主动 安全性具有革命性的影响。在我国汽车a b s 系统的研究始于8 0 年代末，比西欧 落后了近2 0 年。由于资金、技术的投入少而分散，以及微处理器技术及产品的 引进滞后于国外的发展，国内仅有的a b s 技术产品性能与欧、美、日等先进技 术的国家相比还存在着很大的差距，a b s 技术在汽车上的使用还远未普及。”。” 为了提高汽车的制动性能，确保行车安全，现代汽车的制动系统正朝着增 大制动能、制动器盘式化、采用辅助减速制动装置、提高驱动装置的工作可靠 性、防止制动时车轮被抱死、应用制动力调节装置、制动器间隙自调装置及其 它安全措施等方向发展。汽车制动技术的发展始终是围绕着满足制动系统基本 功能、不断提高制动性能的要求来发展。在结构型式不断改进的同时，人们对 制动性能的研究方法也不断发展。随着电子计算机技术的不断发展进步，近代 数学物理方法在汽车设计分析中的应用也日益广泛。优化设计、概率设计、有 限元法、仿真技术、系统工程、控制理论等现代方法都在对制动性能的研究中 得到应用。对制动性能的研究也从以试验研究为主，逐步转向理论研究与试验 研究并重，两者取长补短、协调发展。对制动性能的评价，从以往的制动效能 及其稳定性、制动时方向的稳定性，开始研究建立制动系统的可靠度函数，从 过去的静态特性，到通过系统辨识研究系统的动态性能。相信随着制动技术的 不断发展，汽车将更加安全可靠。 汽车的制动性能是汽车的主要性能之一，也是汽车安全性的主要依托。现 在，随着公路条件的改善、高速公路的兴建、法规的发展和制动标准的不断完 善，对制动系统提出了许多新的课题，诸如高速制动性能、热稳定性、方向稳 定性、制动稳定性、制动力匹配、可靠性、噪声及公害控制等。汽车设计制造 和研究部门在研究探索新的制动系结构型式的同时，也在不断寻求更加快捷、 高效的设计方法和手段。由于汽车运行道路环境的多变性，对汽车制动性能的 评价、制动结构的力学分析及匹配关系，采用传统的设计方法不仅效率低，而 且难以对各种计算数据进行综合考虑。随着计算机科学的发展，采用c a d 方法 对汽车制动系统进行设计分析，从根本上突破人工计算的种种困难，并且可以 大大提高设计分析效率，使制动性能计算及结构分析变得轻而易举。 1 2 间隙自调装置的发展及其检测技术状况 2 0 世纪初的汽车行驶速度比较慢，对制动器的要求也比较低。制动器的磨 损速度很慢，制动器的制动间隙在生产时已经一次性确定，在很长时期内制动 间隙都会比较稳定，无需对制动器间隙进行调整。若制动问隙不再满足制动需 求时，就直接更换零件。 汽车技术的经过几十年迅猛发展，速度得到了快速的提高，制动器的磨损 也进一步加快，同时人们对汽车制动器的要求也越来越高，使得制动器间隙的 可调整成为必要。汽车制动器的间隙调整装置的发展经过了从制动器的制动间 隙手动调整向制动间隙自动调整的过程。最早的间隙调整装置是手动的调整装 置，当间隙达到需要调整时，人为的改变制动器的制动间隙。 为跟上汽车的进一步提速的要求，保证汽车的安全性和平稳性，保持制动 间隙值的稳定成为2 0 世纪后半叶制动器发展的一个重要且紧迫的任务，制动器 间隙白调装置也应运而生。制动器间隙自调装景的应用不仅使间隙调整更精确， 更及时，同时也给维修工作带来方便。随着制动器从鼓式向盘式的转变，近几 年制动器间隙也出现了多种盘式制动器间隙自调装置。 制动器间隙自调装置的检测技术处在初步发展阶段，还不成熟，国际上没 有统一的国际标准，即使欧美发达国家也没有能够制订出国家标准或者行业标 准，当然更没有统一的检测方法。我国在制动器领域的研究大多仅局限于整体 结构的分析，制动器性能和检测方法的研究多数只是针对制动器整体，而对制 动器中各零部件，特别是对间隙自调装置做深入研究的则比较少。由于鼓式制 动器发展较早，到9 0 年代初期，我们国家出现了多种鼓式制动器自调装置，例 如，螺纹推杆制动间隙自调装置，棘齿形制动间隙自调装置，凸轮形制动间隙 自调装置等，也有一定数量的文章对鼓式制动器间隙自调装置的结构作了不少 研究。但是作为新式的盘式制动器间隙自调装置，目前还我们国家没有自己独 立的生产技术，去年有几个厂家引用了国外的生产线，然而在检测技术上一直 是空白，有待研究。“” 1 3 课题的来源和意义 安徽省制动器厂是安徽省5 0 家重点骨干企业，江淮汽车集团成员厂，近年 来发展迅速，效益良好。为了进一步提高制动器厂的效率和效益，该厂近年来 不断的进行新产品的开发和研制。新式盘式制动器是其近期的研发重点，而制 动器间隙自调装置作为制动器的重要部件又是研究的重中之重，该厂的盘式制 动器间隙自调装置性能检测台就是其中的一个项目。 本课题正是基于安徽省制动器厂的这个实际研发项目，由合肥工业大学机 械与汽车工程学院和安徽省制动器厂共同承担。其中，控制部分的软件和硬件 由合肥工业大学机械与汽车工程学院机电一体化教研室负责。并作为本人的硕 士学位论文。 目前，制动效果和散热性能上处于优势地位的盘式制动器得到了广泛的应 用，特别是在高级轿车中，盘式制动器已经占据了主导地位。盘式制动器的一 个重要指标就是制动间隙，制动间隙直接影响制动时间、制动力大小和制动时 的冲击程度。通常制动间隙随着制动村片的磨损面不断增大，为保证制动器能 够正常工作，制动间隙不能过小或过大，制动片的间隙过小很可能导致易于抱 死，间隙过大可能引起很大的刹车冲击。当制动衬片磨损使制动间隙达到可接 受的最大制动间隙时就需进行间隙调整。 近若干年出现了能够自动调整制动间隙的盘式制动器。在这种制动器上装 有间隙自调装置。对于这种自调装置，我们在检测上存在两种问题，其一，目 前国家还没有统一的检测标准，这就导致产品出厂时难以判定制动器间隙自调 装置是否合格。其二，我们的检测方法只是通过测量间隙自调装置的静态指标 来判断自调装置是否合格。通过给间隙自调装置制订合理的检测标准，我们就 有了统一的基准来判断制动器间隙自调装置的好坏，以此评判产品是否合格。 使用盘式制动器间隙自调装置性能检测检测台。我们可以通过动态试验方法， 很好的模拟汽车制动片磨损情况检测自调装置，更好的判断间隙自调装置的性 能。 1 4 本文研究的对象和内容 由于盘式制动自身的优点和间隙自调装置的重要作用，致使现代轿车越来 越多的采用带有间隙自调装置的盘式制动器，然而间隙自调装置的检测在国内 外的研究还不够。针对这种状况，在盘式制动器间隙自调装置运动分析以及自 调性能研究的基础上，本文提出了盘式制动器间隙自调装置的检测项目，并提 出间隙自调装置的检测方法，而且基于这些检测方法开发出盘式制动器间隙自 调装置性能自动检测检测平台。本课题的主要研究内容如下： ( 1 ) 针对目前国内外没有制动器间隙自调装置检测标准的现状，需要提出 盘式制动器间隙自调装置的检测项目和检测标准，丽这首先又需要研究制动器 间隙自调装置。 ( 2 ) 研究自调装置检测方法。对每项检测项目都需要特定的检测方法才能 够确定检测方案。 ( 3 ) 检测方案规划。 ( 4 ) 设计和制作硬件电路。 ( 5 ) 编写和调试软件。 ( 6 ) 验证检测方法，以确保检测方法的可行性和科学性。 第2 章间隙自调装置性能测试方案研究与设计 制动器间隙自调装置性能研究是研制制动器间隙自调装置性能检测台的基 础，性能研究的方法和结果直接决定检测的方式和检测效果，对制动器间隙自 调装置的检测具有举足轻重的影晌。因此，间隙自调装置性能及其检测方法的 研究将是改进制动器间隙自调装置的重要手段，也是本章的研究内容。”3 2 1 制动器概述 一般说来任何汽车制动系统都由供能装置、控制装置、传能装置和制动器 组成。其中制动器是保证汽车安全的最重要的安全器件。制动器按制动原理分 为摩擦式制动器和非摩擦式制动器。摩擦式制动器又分为外抱块式制动器、内 张蹄式制动器、带式制动器和盘式制动器，非摩擦式制动器又分为磁粉式制动 器和磁涡流式制动器。下面对这几种制动器做简要分析：( 1 ) 内张蹄式制动器。 其工作原理为两个内置的制动蹄在径向向外挤压制动鼓，产生制动转矩。特点 是结构紧凑，散热性好，用于安装空间受限制的场合，广泛用于轮式起熏机， 各种车辆上，如汽车、拖拉机等的车轮中。( 2 ) 带式制动器。结构简单紧凑， 包角大( 可超过3 6 0 度) ，制动转矩大。制动轮轴受较大的弯曲力，制动带的比 压和磨损不均匀。简单和差动带式制动器的制动转矩大小均与旋转方向有关， 限制了应用范围，散热性差，适用于大型机器，要求结构紧凑的制动。( 3 ) 磁 粉式制动器。利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动。特点是体积小，重量轻， 激磁功率小且制动转矩和转速无关，然而磁粉会引起零件磨损，多用于自动控 制和各种机器的驱动系统中。( 4 ) 盘式制动器。坚固耐用，维修方便，调速范 围大。但低速时效率低，温升高，必须采用散热措施。常用于有垂直负载的机 械中( 如起重机械的起升机构) ，吸收停车前的动能，以减轻停止时制动器的负 载。( 5 ) 外抱块式制动器。对于直行制动臂，制动转矩大小与转向无关，制动 轮轴不受弯曲作用力，但包角和转矩比较小，制造比带式制动器复杂，杠杆系 统复杂，外形尺寸大，适用于工作频繁及空间较大的场合。”3 2 2 盘式制动器 2 2 1 盘式制动器特点 盘式制动器又称为轴向制动器。盘式制动器摩擦副中的旋转元件是圆盘形 的制动盘，当附有摩擦层的圆盘或摩擦衬片沿轴向移动，并以一定的压力压向 制动盘时，在摩擦衬片和金属盘之间会产生相应的摩擦阻力矩，即制动力矩。 盘式制动器则是由两个平行的摩擦衬片压向旋转着的制动盘以产生制动摩擦 力。从结构上看，在平的制动盘上控制对称且垂直受力的两个衬片要比控制制 动鼓中弧形蹄片的受力和运动容易得多。相对鼓式制动器，盘式制动器有如下 的优点；( 1 ) 盘式制动器沿制动盘轴向施力，制动轴不易受力弯曲。( 2 ) 径向尺 寸小、制动力大。在输出相同力矩的情况下，盘式制动器的尺寸和质量一般小 于鼓式制动器。如飞机的多盘式制动器的制动盘直径仅为5 4 8 m m ，制动力矩可 达4 0 6 5 0 n m 。盘式制动器性能稳定，而且由于它无增力作用，其效率k 与摩 擦系数h 为直线关系，盘式制动器摩擦系数的变化对制动效率系数影响不大， 而蹄式制动器刚好相反。( 3 ) 制动效能的稳定性好，由于制动盘暴露在外，摩擦 衬片的面积相对制动盘的面积要小的多，即二者的摩擦面积比( 重叠系数) 仅 为0 0 5 0 2 ，散热条件好。由于盘式制动器无自增力作用，因此与有增力的 鼓式制动器相比，其制动效能因数随摩擦系数的变化曲线比较平坦，所以当强 制动或连续制动使摩擦材料生热而摩擦系数有所下降时，其制动效能变化很小。 制动盘升温后沿厚度方向的变形量比制动鼓的径向变形量小的多。盘式制动器 对于每个旋转方向都能提供相同大小的制动力矩，而且制动力矩增长比较稳定， 适于高速时使用，甚至在恶劣工况下仍能正常工作。盘式制动器中的制动盘的 热膨胀不会引起制动踏板的行程损失。( 4 ) 有较高的防水能力，由于制动块对盘 的单位压力高，易于将水挤出，在水轮涉水后，制动效能变化较小，由于离心 力作用及衬片对制动盘的摩擦，出水后只需1 2 次制动即可恢复，因而进水后， 效能降低不多。( 5 ) 结构简单，其摩擦衬片比鼓式的衬片更易于加工，更容易更 换，维护也更方便。“们 2 2 2 盘式制动器分类 盘式制动器的固定元件有多种结构形式，大体上可分为两类，一类是由工 作面积不大的摩擦衬片与其金属底板组成的制动块，每个制动器中有2 4 个。 这些制动块及其驱动装置要安装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制 动钳，这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。另一类固定元 件是整个圆盘形的摩擦衬片。制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触的制动 器称为全盘式制动器。 如果按照摩擦副的结构形式不同，盘式制动器基本分类如图2 一l 。 萎r 一钳盘式制动器 量妻霎蚕萎圣霎 霎雾嚣妻裂雾萎c 耋雾妻裂蓑萎 式ir 单盘式制动器 。恬副列a 硼驯祷 制全盘式制动器 多盘式制动器 动ll 载荷自治式制动器 舆l “l 锥盘式制动器一r 单盘式制动器 2 2 3 盘式制动器组成和工作原理： 图2 2 所示为气压盘式制动器结构图，其主要部件有动摩擦片、静摩擦片、 制动盘、间隙自调装置等。汽车在行驶过程中，车轮带动制动器的制动盘2 高 1 静犀擦片2 制动盘3 动摩擦片4 丝杆 5 制动盘转动轴6 制动杆7 回转螺母 图2 2盘式制动器结构图 速转动。制动盘两侧各有一摩擦片，如图2 2 中的静摩擦片1 和动摩擦片3 。 汽车在制动时，依靠动摩擦片和静摩擦片挤压制动盘产生摩擦，从而在制动盘 转动轴上产生和制动盘转动方向相反的制动扭矩，迫使汽车减速，达到制动的 目的。制动杆6 由气囊推动，在刹车时气压系统快速给气囊充气，气囊膨胀向 左推动制动杆。制动杆被推动时，受到一定的阻力，迫使制动杆逆时针( 在图 中位置) 转动，但由于制动器另一端被制动器的缸盖顶住，故制动杆在转动时 同时也克服阻力向左运动，并带动丝杆4 向左移动。丝杆在没有接触到制动盘 时，一直向左移动，在遇到制动盘后，由于制动盘是固定不动的( 相对于底盘) ， 而制动器的外壳是可移动的，故此后，丝杆拉动制动器的壳体向右移动。因静 摩擦片和制动器壳体一直保持相对静止，所以此时两侧制动片同时夹紧制动盘， 在制动盘和摩擦片之间形成摩擦副，迫使汽车减速。 2 3 制动器间隙自调装置及其工作原理 在汽车制动过程中，机械制动摩擦副由于工作磨损使制动器的制动间隙( 也 称退距) 不断增大，因此，常闭式制动器主弹簧的压力将逐渐变小，从而失去 制动过程的稳定性。对于某些常开式制动器常会使制动初始行程逐渐增大。增 加了人力操纵的难度，车辆制动器摩擦衬片的磨损将会导致行车事故。因而， 摩擦副间磨损间隙的补偿装簧特别是间隙自调装置是非常重要的。 这种装置使制动器的工作退距能够自动补偿，以保证驱动装置恒定的工件 行程。目前高速及重型车辆已普遍采用。间隙自调装置一般有如下几种。1 ( 1 ) 密封圈式 这种装置的补偿原理见图2 3 ，主要是借助于密封圈的弹性变形来实现间隙 自调。该装置用于常开式制动器。当制动时，液压缸的压力使活塞前移，密封 圈的内边随活塞移动而变形( 此时变形量等于活塞前移量) 。当制动过程完毕后， 制动盘制动盘 图2 3密封圈式间隙自调装置 油压解除，密封圈的回弹力将活塞拉回原位置。当摩擦片开始磨损时，制动油 压力将使活塞克服密封圈与活塞问的极限摩擦力而继续前移，直至达到所要求 的制动力矩为止。 制动过程完成后，密封圈仍将以同样的回弹力将活塞拉回原位置。这种装 置将能保持恒定的退距。因而常用于常开式制动器中，特别是各种类型的汽车 l _ 摩擦片2 制动盘3 制动器壳体4 密封圈5 活塞 图2 4密封圈式间隙自调点盘式制动器 1 弹簧2 销轴3 卡环组 图2 5 机械卡环式间隙自调装置 及轮式车辆中。密封圈的材料一般具有很好的弹性及抗疲劳性能，而且能够耐 热、耐磨、耐油腐蚀等。 图2 4 为一种常见的密封圈式间隙自调点盘式制动器。图中密封圈4 即带 有间隙自调功能的橡胶密封圈。 ( 2 ) 机械卡环式 图2 5 为机械卡环式间隙自调装置。制动时，液压油经a 孔进入液压缸， 压缩弹簧1 而实现制动。当衬块磨损量大于间隙值时，卡紧在中心销轴2 上的 卡环组3 被迫右移，间隙自调磨损。这种装置多用于常开式制动器。 ( 3 ) 机械进给式 图2 6 为带有进给式间隙自调装置的驱动电磁铁。当线圈1 的电流中断时， 衔铁3 及其底盘9 处于低位，此时，卡钳1 0 与顶杆4 脱开。弹簧2 使制动器紧 闸。 1 线圈2 弹簧3 衔铁4 顶杆5 杠杆6 轴 7 定位螺钉8 销轴9 底盘1 0 卡钳1 1 游标 图2 6 进给式间隙间隙自调装置 通电后，随着衔铁3 上升。卡钳绕轴6 转动，使卡钳1 0 与顶杆4 齿合后。 衔铁带动底盘9 和顶杆4 继续上升，致使杠秆5 松闸。由于卡钳牙的锲入位置 可变，故可保持退距不变，通过游标1 1 可读出主弹簧2 的张力。 ( 4 ) 缸体丝杆式 缸体丝杆式间隙自调装置结构如图2 7 所示。本文也是基于这种结构的间 隙自调装置所做的研究。作者所开发的检测台也是用来测试此种间隙自调装簧 的性能。缸体丝杆式间隙自调装置工作原理如下：参看图2 2 中盘式制动器结 构图，制动杆带动偏心轮运动，偏心轮推动缸体向前运动，当两个制动衬片之 闻的问隙不大于设定的最大制动间隙值x 时，那么在制动时缸体的进距为 l o x ，同时缸体转动，其转动角设为o ，当松开制动杆后，缸体后退x ，同时缸体 回转。角，间隙自调装置不起自调作用。如果两个制动衬片之间的间隙大于设定 的x 值时，那么在制动时缸体的进距为x ( x 尘芝2 ，同时缸体转动，其 转动角为ot ( o 。 o ) 。松开制动杆后，缸体仍然退到固定位置，其后退量为 x ，但是缸体回转e ：角，o 广o 。= e 0 ，由于丝杆不转动，因此缸体在一次 完整的制动中产生的o 让丝杆推动摩擦片前进了l ，l 也就是自调距离。 1 丝杆2 缸体3 滚针轴承4 调整螺钉5 制动杆 图2 7 盘式制动器间隙自调装置 2 4 制动器间隙自调装置测试目标 制订统一的检测标准对各单位和部门具体实施检测设备的质量要求，提高 标准可操作性具有现实意义，特别是对统一企业检测工作要求，提高企业计量 检测的水平和能力，提高检测数据的准确度和可靠性，促进企业技术水平的提 高是非常重要的。在汽车行业也是如此。国内外对汽车及其各零部件制订了大 量的标准，包括整车甚至某一系统的性能，各零部件的尺寸大小以及试验方法。 但是随着汽车工业的发展，汽车上出现了很多新的零部件，部分新零部件的标 准还没有制定或者不够完善，汽车制动器间隙自调装置就属于这样一类。盘式 制动器间隙自调装置既没有统一的国家标准也缺少行业标准，这就大大限制了 盘式制动器间隙自调装置的发展。针对这种状况，我们在经过深入的实践、试 验和研究后，初步确定了盘式制动器间隙自调装置( 以下简称间隙自调装置或 自调装置) 的如下检测项目“”： ( 1 ) 总体性能测试 总体性能测试( 即自调轨迹测试) 用来测试盘式制动器间隙自调装黄的总 体性能，也是检测的重要项目。在对间隙自调装置进行检测时首先测试自调装 冠的自调曲线检验其自调效果，初步判断被检测目标是否合格。 ( 2 ) 公差带的测试 制动器间隙自调装置最基本的功能应该是能够自动调整制动间隙，使制动 间隙值( 或称退距) 稳定在某一范围，比如o 2 0 6 m m 或者0 2 m m o 5 m m ( 各 参考资料标准不一) 。制动器间隙自调装置必须具有一定的自调精度才能保证自 调装置能够对间隙变化比较敏感，从而实现较好的自调效果。当制动间隙发生 变化，超过某一范围后，间隙自调装置就能起到作用，发生自调，使制动器制 动间隙退回到原先的值。保证制动器能够正常工作，确保汽车安全行使。 ( 3 ) 寿命测试 汽车在行驶中，特别是在山区中行车经常需要减速或者制动，间隙自调装 置的动作也会比较频繁。为保证汽车制动器系统能够具有较长的寿命，制动器 间隙自调装置必须能够耐的住一定次数的制动而不失效。一般情况下，我们要 求盘式制动器间隙自调装置能够连续完成几十万次的间隙自调动作而不失效。 为预测产品的耐用性，判断产品是否合格，我们需要进行寿命测试，通过测试 样品的寿命来预测整批产品的寿命。 2 5 间隙自调装置总体性能测试研究 2 5 1 总体性能测试的内容 制动器间隙自调装置有很多部分组成，而各个部分都具各自己的性能和质 量状况，汽车制动性能反映了制动系统中某个组成件或者系统状况，但不能表 示间隙自调装置的状况，当然间隙自凋装置的某一部件的性能不佳只能反应这 个部件性能状况，与自调装置其它组成机构的状况无关。因此要判明白调装置 的总体技术状况，必须检测与状况变化密切相关的性能参数，对自调装置实施 制动器间隙自调装置性能检测。 间隙自调装置总体性能测试是指综合利用现代的检测技术和检测设备，在 间隙自调装置不被解体的前提下，判断自调装置技术状况的一种技术手段。本 文中所做的性能检测是使用我校开发的全自动盘式制动器间隙自调装置性能检 测台完成的。对制动器间隙自调装置的检测首先是检测其总体性能，只有总体 性能合格，才能说明该间隙自调装置能够实现间隙自调的基本功能，这样才有 必要做后面的测试。 间隙自调装置总体性能测试内容包括下面两点： ( 1 ) 制动器间隙自调装置能否实现在制动间隙超出规定值的情况下自动调 整间隙。 ( 2 ) 制动器间隙自调装置的自调曲线和理论曲线的吻合程度。 2 5 2 间隙自调装置总体性能理论曲线的确立 通过前面章节的讨论，我们可以粗略的绘制自调装置总体性能曲线图。用 x 坐标轴表示制动次数，用y 坐标轴表示制动间隙，那么曲线为： y = f ( x )( 2 一1 ) 由于制动次数x 为整数，因此函数f ( x ) 为离散函数，为了便于运算和考察 函数特性，我们把这个离散函数f ( x ) 处理为连续函数f ( x ) ，f ( x ) 数学表达式为 式( 2 2 ) 。 y ：f ( x ) ( 2 2 ) 分析函数f ( x ) ：设间隙自调装置不发生自调时的最大制动间隙为6 。，在制 动间隙大于6o 时，自调装置在每次制动后都会调整制动间隙，使间隙减小，故 d ( f ( x ”d x o 。 由上述分析，制动器总体性能曲线可以定性描绘为图2 8 。 ( 次) 0lz3456 7 891 dl l l z 1 31 4 1 5 1 6 1 71 8 1 9z 0z lz zz 3z 3z 4 z 5 z 6z ，z 8 图2 8 制动器间隙自调装置性能曲线 下面我们对间隙自调装置总体性能曲线作定量的分析，以确定曲线f ( x ) 的 函数表达式。这里我们采用理论分析和试验研究两种方法研究。理论分析使用 运动分析法，试验研究使用曲线拟合法。 ( 1 ) 运动分析法 幽z 一9自调装置运动轨迹圈 参看图2 7 中盘式制动器间隙自调装置结构，结合图2 2 盘式制动器结构 图，给出图2 9 所示的自调装置运动轨迹图。图2 7 中制动杆上端与气囊相连 接，气囊作为制动力源，提供制动力。在制动过程中通过给气囊充气来推动制 动秆。制动杆下端为偏心轮，在运动时偏心轮的运动中心的位置并不发生变化， 始终保持在图2 9 所示的p 点。几何中心是在调整螺钉中心线所在的直线上， 即图2 9 所示的直线0 b 上。制动杆围绕偏心轮的运动中心转动时。偏心轮几何 中心也围绕偏心轮的转动中心运动，这个运动可以分解为在调整螺钉轴线方向 的运动，即图2 9 中o b 方向的运动和0 p 方向的运动。这里只有o b 方向的运动 对制动产生作用。以在制动方向上将发生变化，此时a 点的位置也随着变化。 自调装置的机理在于a 点的变化和缸体转动的关系。如果间隙较大，则制动杆 转动的幅度也较大，a 点运动的幅度也会较大，a 点运动的幅度大到一定的值 后将会带动自调装置中缸体转动。缸体和丝杠之间通过螺纹传递运动，丝杠本 身并不能转动，因此缸体转动会导致缸体和丝杆发生相对位移，准确的讲就是 丝杠向前运动了。由于缸体上装有摩擦簧，缸体只能发生单方向的转动，因此 在松闸后缸体不会回转，也就是实现了自调功能。 通过对制动器间隙自调装置进行运动分析。可确定制动器间隙自调装置理 论曲线。但是理论曲线存在三个问题： 1 ) 理论基础缺少自调装置的测试处在初步阶段，缺乏可靠的理论基础。 2 ) 不准确性影响间隙自调装置的元素相当多，且自调装置测试的为动态 曲线，理论值难以准确的计算出。 3 ) 计算量太大自调装置本身由多个零件组成，计算所涉及的因素比较多。 ( 2 ) 拟合曲线法“3 1 ) 曲线拟合的定义 战线拟合法是用连续曲线近似地刻画或比拟平面上离散点组所表示的坐 标