现代汽车构造 8 汽车制动系设计 学习课件

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目录：第一节

概述

第二节

制动器结构方案分析

第三节

制动器主要参数的确定

第四节

制动器的设计与计算

第五节

制动驱动机构

第六节

制动力调节机构

第七节

制动器主要结构元件

第八章制动系设计2

1.减速停车

——使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；

2.稳速下坡

——在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速；

3.可靠驻车——使汽车可靠地停在原地或坡道上。第一节概述一、制动系功用：二、对制动系配置的要求：行车制动装置驻车制动装置应急制动装置辅助制动装置必须配备的制动装置有些车辆还需配备制动装置分类：（1）按功用分：行车制动装置、驻车制动装置、应急制动装置、辅助制动装置；（2）按制动能量传输分：机械式、液压式、气压式、电磁式、组合式；（3）按回路多少分：单回路制动系、双回路制动系；（4）按能源分：人力制动系、动力制动系、伺服制动系应急制动装置利用机械力源

(如强力压缩弹簧)进行制动。在某些采用动力制动或伺服制动的汽车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现汽车制动。同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动用。辅助制动装置可实现汽车下长坡时持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或者解除行车制动装置的负荷。行车制动装置和驻车制动装置，都由制动器和制动驱动机构两部分组成。基本组成（1）供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传动介质状态的各种部件（2）控制装置：产生制动动作和控制制动效果各种部件，如制动踏板（3）传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件如制动主缸、轮缸（4）制动器：产生阻碍车辆运动或运动趋势的部件6

三、设计制动系时应满足的主要要求1.有足够的制动能力

行车制动能力

驻坡能力

制动减速度

制动距离指标

JB3939-85

指标

最大坡度

JB4019-85

2.工作可靠

行车制动至少有两套独立的驱动制动器的管路。当其中的一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30％。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其它制动装置多为手操纵。第一节概述7

6.操纵轻便，并具有良好的随动性；轿车货车踏板力（N）500700手柄力（N）≤500≤700踏板行程（mm）100～150150～200手柄行程

（mm）160～200

4.防止水和污物进入制动器工作表面；

5.制动器热稳定性好

；JB3935-85JB4200-86行车制动为脚操纵，其他为手操纵。第一节概述制动系的一般要求

3.以任何速度制动，不应丧失操纵性和方向稳定性；JB3939—85。8

7.制动时制动系产生的噪声尽可能小；同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。8.制动器协调时间和解除制动时间尽可能短；第一节概述制动系的一般要求气动制动车辆不超过0.6秒，汽车列车不超过0.8秒。9.摩擦衬片（块）有足够的使用寿命；有消除摩擦副磨损间隙的自动调整机构；11.制动装置失效时，有报警装置。第二节制动器的结构方案分析制动器制动驱动机构制动装置一般构成目前汽车上广泛使用的是摩擦式制动器。鼓式制动器盘式制动器摩擦式制动器的类型带式制动器中央常用车轮

制动器一部分与固定件相连，另一部分与转动件相连。实施制动时，通过二者之间的接触产生的摩擦力，阻止转动件的转动。解除制动时，两者之间脱离接触，可以自由相对运动。引言10

第二节制动器的结构方案分析一、鼓式制动器

（一）概述

1结构原理

两制动蹄片安装于固定件，制动鼓与转动件相连。通过张开装置使制动蹄片撑开，压紧于制动鼓内表面，利用摩擦力，实现制动。

相关概念领蹄：施加的制动力产生的力矩与制动摩擦力产生的力矩方向相同。从蹄：施加的制动力产生的力矩与制动摩擦力产生的力矩方向相反。11

领从蹄式双领蹄式双向双领蹄式双从蹄式双向增力式单向增力式鼓式制动器示意图第二节制动器的结构方案分析鼓式制动器2。主要类型机械式张开装置示意图第二节制动器的结构方案分析张开装置鼓式制动器凸轮式机械式张开装置的类型楔块式非平衡凸轮式平衡凸块式平衡活塞轮缸（液压驱动）13

（2）

不同鼓式制动器的主要区别：蹄片固定点的数量和位置张开装置的形式与数量制动时两块蹄片之间的相互作用（1）

不同鼓式制动器的相同点蹄片固定于车架，利用张开装置，使蹄片撑开紧贴与制动鼓内壁，蹄片与制动鼓的摩擦力阻止制动轮转动。第二节制动器的结构方案分析鼓式制动器3。总体评价14

制动器效能因数（3）制动器效能评价

制动效能制动效能的稳定性

单位输入压力或力的作用下所输出的力或者力矩。

在制动鼓（制动盘）作用半径R上得到的摩擦力与输入力之比。

效能因数K对摩擦因数f的敏感性（dK/df）。

第二节制动器的结构方案分析鼓式制动器15

1

领从蹄式第二节制动器的结构方案分析结构特点：每个蹄片都有固定支点两固定支点位于同一端性能特点：制动性能和效能稳定性较好前进、倒退制动效果不变便于调整制动间隙蹄片磨损不均匀鼓式制动器（二）分类介绍

16

2。单向双领蹄式第二节制动器的结构方案分析结构特点：每个蹄片都有固定支点两固定支点位于不同端性能特点：前进时，制动性能和效能稳定性好便于调整制动间隙蹄片磨损均匀前进、倒退制动效果不一样鼓式制动器17

3。双向双领蹄式第二节制动器的结构方案分析结构特点：两蹄片浮动分别张开蹄片性能特点：制动性能和效能稳定性好适于双回路驱动机构蹄片磨损均匀结构复杂，调整间隙困难鼓式制动器18

4。双从蹄式第二节制动器的结构方案分析结构特点：每个蹄片都有固定支点两固定支点位于不同端性能特点：制动性能和效能稳定性最好制动效能最低鼓式制动器19

5。单向增力式第二节制动器的结构方案分析结构特点：两蹄片只有一个固定支点蹄片下端经推杆相连性能特点：前进制动时，皆为领蹄，制动效果好；制动效能稳定性差；倒退时，制动效果差；蹄片磨损不均匀； 这种制动器只有一个轮缸，故不适合用于双回路驱动机构；调整蹄片间隙困难。鼓式制动器21

6。双向增力式第二节制动器的结构方案分析结构特点：两蹄片有一个支点两个活塞同时张开蹄片性能特点：制动性能好前进与倒车制动效能不变制动性能稳定性较差蹄片磨损不均匀鼓式制动器6.双向增力式23

双从蹄

领从蹄

双领蹄双向双领蹄单增力双增力制动效能123344前进、倒车的制动效果不同相同不同相同不同相同制动效能稳定性432211两蹄片单位压力相等不等相等相等不等不等制动时轮毂受力不受受不受不受受受结构复杂程度复杂简单复杂复杂简单复杂间隙调整容易容易容易困难困难困难是否适用双管路是否是是否否第二节制动器的结构方案分析鼓式制动器（三）综合比较

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如左图所示：制动器的效能因数由高至低的顺序为：增力式制动器，双领蹄式制动器，领从蹄式制动器和双从蹄式制动器。而制动器效能稳定性排序则恰好与上述情况相反。特别说明：鼓式制动器的效能并非单纯取决于根据制动器的结构参数和摩擦因数计算出来的制动器效能因数值，而且还受蹄与鼓接触部位的影响。蹄与鼓仅在蹄的中部接触时，输出制动力矩就小，而在蹄的端部和根部接触时输出制动力矩就较大。制动器的效能因数越高，制动效能受接触情况的影响也越大，故正确的调整对高性能制动器尤为重要。26

二、盘式制动器第二节制动器的结构方案分析（一）

结构原理（二）结构类型钳盘式全盘式按照摩擦副中固定元件的结构

固定元件安装于固定件，制动盘与转动件相连。制动时，固定元件压紧在制动盘上，利用摩擦力，实现制动。分类钳盘式(点盘式制动器)全盘式(离合器式制动器)固定钳式滑动钳式摆动钳式浮动钳式28

第二节制动器的结构方案分析

全盘式制动器中摩擦副的旋转元件与固定元件都是圆盘形，制动时，两盘摩擦表面完全接触，作用原理如同摩擦式离合器。全盘式制动器的结构原理盘式制动器29

第二节制动器的结构方案分析钳盘式制动器的结构原理

钳盘式制动器固定元件是制动块，装在与车轴连接且不能绕车轴轴线旋转的制动钳中。制动块与制动盘接触面积很小。固定钳式浮动钳式按照制动钳的结构钳盘式制动器的分类滑动钳式摆动钳式盘式制动器30

第二节制动器的结构方案分析盘式制动器（三）分类介绍1。固定钳式结构特点：制动钳不动制动盘两侧有液压缸性能特点：除活塞和制动块外无滑动件，刚度好；制造容易，能适应不同回路驱动要求；尺寸大，布置困难，产生热量多；31

第二节制动器的结构方案分析盘式制动器结构特点：制动钳可以做轴向滑动制动盘内侧有液压缸2。滑动钳式结构特点：制动钳与固定座铰接制动盘内侧有液压缸3。摆动钳式32

第二节制动器的结构方案分析盘式制动器浮动钳式制动器性能特点：轴向尺寸小油路便于布置成本低二、盘式制动器与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：1)热稳定性好。一般无自行增力作用，衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题。因此，前轮采用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏。2)水稳定性好。制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。3)制动力矩与汽车运动方向无关。4)易于构成双回路制动系，使系统有较高的可靠性和安全性。5)尺寸小、质量小、散热良好。6)压力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。7)更换衬块工作简单容易。8)衬块与制动盘之间的间隙小(0．05—0．15mm)，这就缩短了制动协调时间。9)易于实现间隙自动调整及应用。盘式制动器的主要缺点是：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。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应用。36

第三节制动器主要参数确定一、鼓式制动器主要参数确定1.制动鼓内径D（半径R）主要考虑：能产生足够的制动力矩便于散热由M=Ff

•R可知，R大，则制动力矩大便于散热摩擦面积大制约因素轮辋内径制动鼓厚度制动鼓刚度37

D/Dr轿车0.64~0.74货车0.70~0.83第三节制动器主要参数确定鼓式制动器主要参数的确定鼓式制动器主要几何参数38

衬片宽度b按照摩擦片规格选取；包角β不宜大于120°。第三节制动器主要参数确定鼓式制动器主要参数的确定2.衬片宽度b和包角β衬片宽度影响摩擦衬片寿命。衬片宽度大，磨损小，但质量大，不易加工；衬片宽度小，磨损快，寿命短。39

3.摩擦片起始角，β0=90－β/2。4.制动器中心到张开力作用线距离尺寸，e≈0.8R。5.制动蹄支承点坐标a和c

在保证强度的情况下，尺寸e、a尽可能大，c尽可能小。第三节制动器主要参数确定鼓式制动器主要参数的确定40

二、盘式制动器主要参数的确定1.制动盘直径D

第三节制动器主要参数确定2.制动盘厚度h实心式盘：10～20mm通风式盘：20～50mm

一般20～30mm

尽量取大，通常为轮辋直径的70％～79％。41

3.摩擦衬块外半径R2和内半径R1比值不大于1.5。4.制动衬块面积：单位衬块面积占整车质量1.6~3.5kg/cm2。第三节制动器主要参数确定盘式制动器主要参数的确定42

§8-4制动器的设计与计算一、鼓式制动器的设计计算1.压力沿衬片长度方向上的分布规律为正弦分布2.蹄片制动力矩43

§8-4制动器的设计与计算二、盘式制动器的设计计算盘式制动器制动力矩计算44

§8-4制动器的设计与计算三、衬片摩擦特性计算1.比能量消耗率e：每单位衬片摩擦面积在单位时间内消耗的能量。45

三、衬片摩擦特性计算2.比摩擦力f0：每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力四、前、后轮制动器

制动力矩的确定

为了保证汽车有良好的制动效能，要求合理地确定前、后轮制动器的制动力矩。为此，首先选定同步附着系数φo，并用下式计算前、后轮制动力矩的比值式中:Mμ1,Mμ2为前、后轮制动器的制动力矩；Ll、L2为汽车质心至前轴和后桥的距离；hg为汽车质心高度。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；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

。五、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，故后桥制动力为：五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩此时所需的后桥制动力矩为五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩如用后轮制动器作为应急制动器，则单个后轮制动器的应急制动力矩为：FB2re/2若用中央制动器进行应急制动，则其应有的制动力矩为：FB2re/io五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩2．驻车制动：（1）上坡时：汽车可能停驻的极限上坡路倾角α1：可根据后桥上的附着力与制动力相等的条件求得，即：由：

得：五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩（2）下坡时：（要求课下自己推导）同理：按照同样条件可得：55

五、应急制动和驻车制动所需的制动力矩驻车制动：极限上坡角α1

极限下坡角α1'

五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩在驻车制动器的设计中，在安装制动器的空间、制动驱动力源等条件允许的范围内，应力求后桥上的驻车制动力矩接近于由α1所确定的极限值magresinal(因α1>α’1)，并保证下坡路上能停驻的坡度不小于法规的规定值。五、应急制动和驻车制动

所需的制动力矩单个后轮驻车制动器的制动力矩上限为：

magresinαl/2中央驻车制动器的制动力矩上限为：

magresinαl／io。58

§8-5制动驱动机构一、制动驱动机构的形式人力制动动力制动伺服制动1.人力制动机械式：已淘汰液压式59

一、制动驱动机构的形式1.人力制动优点：（1）滞后时间短（2）工作压力高（3）效率高缺点：过热后，油汽化，使效能降低应用：轿车、轻型货车、部分中型货车60

一、制动驱动机构的形式2.动力制动利用发动机的动力转化，表现为气压或液压势能气压式：

优点：操纵轻便工作可靠维修方便气源用途多

气压制动回路

62

一、制动驱动机构的形式2.动力制动气压式：缺点：带压缩机，贮气筒、制动阀，结构复杂；滞后时间长；管路压力小，体积质量大；噪声大。应用：8吨以上货车、客车，拖挂车、汽车列车

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一、制动驱动机构的形式2.动力制动全液压式：优点：制动能力强，滞后时间短，易于采用制动力调节装置和滑移装置缺点：结构复杂，精密度高，密封性要求高应用：应用不广泛全液压动力制动系统65

一、制动驱动机构的形式2.动力制动气液联合式：兼有气压式和全液压式的优缺点应用：重型货车气顶液制动系67

一、制动驱动机构的形式3.伺服制动：特点：人力与发动机并用真空伺服制动：应用：总质量1.1～1.35t以上轿车，载重量6t以下轻、中型货车68

一、制动驱动机构的形式3.伺服制动：空气伺服制动：应用：载重量6～12t中、重型货车，少数高级轿车液压伺服制动：应用：各种车型广泛应用真空增压式伺服制动系气压增压伺服制动系二、分路系统

为了提高制动工作可靠性，应采用分路系统。全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或更多的互相独立的回路，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。双轴汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路形式：1)一轴对一轴(Ⅱ)型；2)交叉(X)型；3)一轴半对半轴(H1)型；4)半轴一轮对半轴一轮(LL)型；5)双半轴对双半轴(HH)型73

二、分路系统II型X型HI型LL型HH型分路说明前后轴各用一个回路前轴一侧制动器与后轴对侧制动器同属一个回路每侧前制动器半数轮缸和全部后制动器轮缸一个回路

两侧前轮制动器半数轮缸和一个后轴制动器各一个回路

两侧前后制动器半数轮缸各一个回路前后制动器制动力比值变

不变变

不变

不变管路结构复杂程度

简单

简单

复杂

复杂

复杂

成本低低高高高74

二、分路系统II型X型HI型LL型HH型制动力变化

前置前驱前回路失效，<50％50％前轴回路失效损失小；后轴回路失效损失

50％

50％

对过多、不足转向的影响

产生过多、不足转向

产生过多、不足转向

前后轮抱死的情况

前回路失效后轴抱死甩尾；后回路失效前轴先抱死

前回路失效，后轴抱死甩尾

Ⅱ型的管路布置较为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别是货车上用得最广泛。这种形式若后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯制动能力。对于采用前轮驱动因而前制动器强于后制动器的轿车，当前制动回路失效而单用后桥制动时，制动力将严重不足(小于正常情况下的一半)；若后桥负荷小于前轴，则踏板力过大时易使后桥车轮抱死而汽车侧滑。

X型的结构也很简单。直行制动时任一回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50％。但是，一旦某一管路损坏造成制动力不对称，此时前轮将朝制动力大的一边绕主销转动，使汽车丧失稳定性。这种方案适用于主销偏移距为负值(达20mm)的汽车上。这时，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车稳定性。HI、HH、LL型结构都比较复杂。LL型和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。LL型和HH型的剩余总制动力可达正常值的50％左右。HI型单用一轴半回路时剩余制动力较大此时与LL型一样，紧急制动情况下后轮很容易先抱死。§8．6制动力调节机构

进行制动力调节的必要性：制动力分配系数恒定的制动系，虽然可借选择较大的同步附着系数φo的办法，来保证在相当宽广的附着系数φ<φo。的范围内满足前轮先抱死的要求，但是除了在φo附近的不大区段以外，附着系数利用率都很低