汽车底盘现代设计-第10章-制动系统设计

汽车底盘现代设计第10章制动系统设计本章内容制动系统设计要求制动器的结构方案分析制动器主要参数的确定制动器的设计与计算制动驱动机构与制动力调节机构鼓式制动器的主要结构元件10.1制动系统设计要求足够的制动能力。工作可靠、操纵轻便、随动性好、间隙调整方便。不应当丧失操纵性和方向稳定性。防止水和污泥进入制动器工作表面。噪声尽可能小、热稳定性良好。作用滞后性应尽可能短。摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命。有报警装置。10.1.1制动系统的作用汽车制动系统是指对汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，从而对其进行一定程度的强制制动的一系列专门装置，如图所示。使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。10.1.2对制动系统提出的设计要求符合法规要求：GB7258-2017《机动车运行安全技术条件》、GB

12676-2014《商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》、

GB/T13594-2003《机动车和挂车防抱制动性能和试验方法》；产生足够的制动力；行车制动系至少有两套相互独立的驱动制动器的管路；在任何速度和各种载荷条件下制动,汽车都不能丧失操纵性和方向稳定性；防止水和污物进入制动器工作表面，以免影响制动性能；制动器的热稳定性较好，操纵轻便；作用滞后性，包括产生制动和解除制动所需要的时间要尽可能的短（气制动车型不得超过0.6s，汽车列车不超过0.8s）。当制动驱动装置的任何元件产生故障，应有报警装置。10.2制动器的结构方案分析制动器有摩擦式、液力式和电磁式等几种。电磁式制动器虽有作用滞后小、易于连接且接头可靠等优点，但因成本高而只在一部分重型汽车上用来做车轮制动器或缓速器。液力式制动器只用作缓速器。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形式不同，分为鼓式、盘式和带式三种。带式只用作中央制动器。10.2.1鼓式制动器鼓式制动器分类：领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式等几种，见图a)～图f)。a)领从蹄式b)单向双领蹄式c)双向双领蹄式d)双从蹄式e)单向自增力式f)双向自增力式鼓式制动器的机械式张开装置一般有3种，如图所示。基本尺寸比例相同的各式鼓式制动器效能因数与摩擦因数的关系曲线，见下图.制动器的效能因数由高至低的顺序为：领从蹄式制动器&双从蹄式制动器。增力式制动器>双领蹄式制动器>而制动器效能稳定性排序则恰好与上述情况相反。图10-4制动器效能因数与摩擦因数的关系各类鼓式制动器性能对比见下表。双从蹄式领从蹄式双领蹄式双向双领蹄式单向增力式双向增力式前进倒退制动效果不同不变不同不变不同不变制动器效能稳定性居第一位居第二位仅强于增力式仅强于增力式差差两蹄片上单位压力相等不等相等相等不等不等磨损均匀不均匀均匀均匀不均匀不均匀轮毂轴承受力不受力受力不受力不受力受力受力结构复杂简单复杂复杂简单复杂调整间隙容易容易容易困难困难困难适用双回路适用不适用适用适用不适用不适用10.2.2盘式制动器a)固定钳式b)滑动钳式c)摆动钳式盘式制动器分类：钳盘式、全盘式

两类。钳盘式：制动器的固定摩擦元件是制动块，装在与车轴连接且不能绕车轴轴线旋转的制动钳中。制动衬块与制动盘接触面很小，在盘上所占的中心角一般仅30"～50"，故这种盘式制动器又称为点盘式制动器。钳盘式制动器再分类：固定钳式制动器；浮动钳式制动器：①滑动钳式制动器；②摆动钳式制动器。固定钳式的优点：易于保证钳的刚度；结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多；容易实现从鼓式到盘式的改型；很能适应不同回路驱动系统的要求(可采用三液压缸或四液压缸结构)。固定钳式的缺点：必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通；固定钳式制动器要兼作驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或是采用如图所示的盘鼓结合式制动器。浮动钳式制动器的优点：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能更进一步靠近轮毂；制动液汽化可能性小；成本低；浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。制动钳的安装位置可以在车轴之前或之后,如图所示。制动钳位于轴后能使制动时轮毂轴承的合成载荷F

减小；制动钳位于轴前，则可避免轮胎向钳内甩溅泥污。左图制动钳位于轴前，右图制动钳位于轴后10.2.3盘式制动器的优缺点(1)热稳定性好、水稳定性好。

(2)制动力矩与汽车运动方向无关。(3)易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。

(4)尺寸小、质量小、散热良好。制动器的优(5点)压：力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。

(6)更换衬块工作简单容易。(7)衬块与制动盘之间的间隙小(0.05-0.15mm)，缩短了制动协调时间。

(8)易于实现间隙自动调整。(1)难以完全防止尘污和锈蚀(封闭的多片全盘式制动器除外)。

(2)兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂。缺点：(3)在制动驱动机构中必须装用助力器。(4)因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。盘式制动器在轿车前轮上得到广泛的应用。10.3制动器主要参数的确定10.3.1鼓式制动器主要参数的确定①制动鼓内径DGB

T37336-2019《汽车制动鼓》②摩擦衬片宽度b

和包角β制动衬片宽度尺寸系列见ZB

T24

005-89。包角β一般不宜大于120°;③摩擦衬片起始角β0④制动器中心到张开力F0

作用线的距离e使距离e（右上图）尽可能大,初步设计时可暂定e

=0.8R

左右。⑤制动蹄支承点位置坐标a

和c使a

尽可能大而c

尽可能小。初步设计时，也可暂定a

=0.8R

左右。轿车：D/Dr=0.64~0.74货车：D/Dr=0.70~0.83Dr是轮辋直径10.3.2盘式制动器主要参数的确定①制动盘直径D通常选择为轮辋直径70%~79%②制动盘厚度h实心制动盘厚度可取为10~20mm;通风式制动盘厚度取为20~50mm;采用较多的是20~30mm③摩擦衬块外半径R2与内半径R1外半径R2与内半径R1（右图）的比值不大于1.5④制动衬块面积A选择质量大小：1.6

~

3.5

kg/cm210.4制动器的设计与计算对于紧蹄的径向变形δ1和压力p1为：10.4.1鼓式制动器的设计与计算①压力沿衬片长度方向的分布规律两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律:一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律表面的径向变形和压力为:新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律。②计算蹄片上的制动力矩法向力解得b为宽度制动力矩还可写成列力平衡方程对于紧蹄对于松蹄鼓上的制动力矩等于两块蹄片的摩擦力矩之和液力驱动对于紧蹄不自锁条件领蹄表面的最大压力紧蹄制动力矩的分母取正值10.4.2盘式制动器的设计与计算单侧制动块加于制动盘的制动力矩单侧衬块加于制动盘的总摩擦力有效半径m值一般不应小于0.65。要求：平面度允差为0.012mm，表面粗糙度为Ra=0.7~1.3μm，两摩擦表面的平行度公差不应大于0.05

mm，端面圆跳动公差不应大于0.03

mm。10.4.3衬片磨损特性计算影响磨损的因素：摩擦衬片（衬块）的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓（制动盘）

的材质及加工情况，以及衬片（衬块）本身材质等许多因素的影响，试验表明，影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率δ

:回转质量换算系数；β

:制动力分配系数。(1)鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.

8W/mm2为宜，计算时取减速度j

=0.6g。制动初速度v1

：①轿车用100km/h（27.8m/s）；②总质量3.5t以下的货车用80

km/h（22.2m/s）；③总质量3.5t以上的货车用65km/h（18m/s）。轿车的盘式制动器在同上的v1和j

的条件下，比能量耗散率e1

≤6.0W/mm2。比摩擦力f0每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力选择：在j

=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力f0以不大于0.48

N/mm2为宜。与之相应的衬片与制动鼓之间的平均单位压力p]=f0

/f

=1.37~1.60N/mm2（设摩擦因数f

=0.3~0.35）。10.4.4前、后轮制动器制动力矩的确定首先，选定同步附着系数φ0，其次，计算前、后轮制动力矩的比值第三，根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前轮制动器的最大制动力矩Mμ1max；第四，再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制动力矩Mμ2max。10.4.5应急制动和驻车制动所需的制动力矩①应急制动应急制动时，后轮一般都将抱死滑移后桥制动力后桥制动力矩②驻车制动上坡停驻时后桥附着力下坡停驻时后桥附着力α

为坡路倾角对α

的关系汽车可能停驻的极限上坡路倾角汽车可能停驻的极限下坡路倾角10.5制动驱动机构与制动力调节机构10.5.1制动驱动机构的形式简单制动动力制动伺服制动制动力源液压式：机械效率低，传动比小，润滑点多；机械式：结构简单，成本低，工作可靠（故障少），应用于中、小型汽车的驻车制动装置中。作用滞后时间较短(0.1~0.3s)；工作压力高(达10~20MPa),结构简单，质量小；机械效率较高空气伺服制动液压伺服制动气压制动：操纵轻便、工作可靠、不易出故障、维修保养方便结构复杂、笨重、成本高；作用滞后时间较长（0.3~0.9s）；簧下质量大；噪声大。全液压动力制动：开式（常流式）；闭式（常压式）真空伺服制动0.05~0.07MPa0.6~0.7MPa10.5.2分路系统全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或多个互相独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。10.5.3液压制动驱动机构的设计计算①制动轮缸直径d

的确定②制动主缸直径d0的确定第i个轮缸的工作容积所有轮缸的总工作容积初步设计时主缸活塞行程S0

和活塞直径d0

:③制动踏板力F0,一般要求：最大踏板力一般为500N（轿车）或700N（货车）。④制动踏板工作行程踏板行程：(计入衬片或衬块的允许磨损量)(a)对轿车最大应不大于

100~150mm，(b)对货车不大于180mm。10.5.4制动力调节限压阀应用：限压阀适用于轴距短且质心高，从而制动时轴荷转移较多的轻型汽车，特别是轻型和微型轿车。1—满载理想特性2—空载理想特性制动防抱死机构（ABS）基本功能:感知制动轮每一瞬时的运动状态，相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮的抱死现象。它可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高行车安全性。滑动率S：分类：ABS系统控制方法主要有两种：①逻辑门限值控制方法；②现代控制方法。控制目的：在各种工况下制动时都可获得最佳的滑动率S，由此可获得最短的制动距离。图10-18

ABS的组成1-踏板，2-主缸，3-压力调节器，4-轮缸，5-制动盘，6-车轮，7-轮速传感器，8-回轮齿圈，9-电子控制器，10-报警灯10.6鼓式制动器的主要结构元件10.6.1制动鼓制动鼓设计要求：●足够大的强度；●足够大的刚度；●足够大的热容量;耐磨损性能良好；●较高的摩擦因数。制动鼓分类分：铸造式、组合式两类，图(a)为铸造式，图(b)圆柱部分用铸铁铸造加腹板部分用钢板冲压，图(c)主体用铝合金铸造加内镶灰铸铁，图(d)制动鼓用钢板冲压加内镶合金铸件。a)铸造式b)圆柱铸造腹板冲压式c)主体铝合金铸造d)钢板冲压(3)方案分析以上几种制动鼓方案特点见下表。型式特点铸造式组合式备注bcd工艺容易困难困难困难耐磨性良好良好良好良好摩擦因数大大大大热容量大小小小质量大小小小刚度大大小大C没有加强筋应用各式汽车轻型汽车轿车中、重型货车10.6.2制动蹄制动蹄设计要求足够的刚度；方法：腹板上开1~2条径向槽；●质量小；●足够的使用寿命；●效率高。形式(2)分特类点类——分钢板焊钢板接焊、接铸造（铸铁、铸铸造钢）两类备注铸造蹄断面有I、山、Π字形，所以刚度大