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哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
第1章 緒論
1.1 制動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)介
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)可以分為四種制動(dòng)系統(tǒng)，即行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)、應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)、駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)以及輔助制動(dòng)系統(tǒng)。行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng):使汽車(chē)在行駛過(guò)程中降低速度甚至停車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)為行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)。應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng):在行車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)失效的情況下，保證汽車(chē)能實(shí)現(xiàn)減速或停車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)稱(chēng)為應(yīng)急制動(dòng)系統(tǒng)。駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)：用以使已經(jīng)停止的汽車(chē)駐留原地不動(dòng)的一套裝置，稱(chēng)為駐車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)。輔助制動(dòng)系統(tǒng)：為在下長(zhǎng)坡時(shí)保持穩(wěn)定車(chē)速，避免超速失事，并減輕或能解除行車(chē)制動(dòng)裝置負(fù)荷的制動(dòng)系統(tǒng)。
制動(dòng)系統(tǒng)按能量的傳輸方式，制動(dòng)系統(tǒng)又可分為：
機(jī)械式---小型拖拉機(jī)，農(nóng)用車(chē)；
液壓式---轎車(chē)、輕型車(chē)輛；
氣壓式---中、重型車(chē)輛；
電磁式---中、重型車(chē)輛；
同時(shí)采取兩種以上傳能方式的制動(dòng)系統(tǒng)，又可以稱(chēng)為組合式制動(dòng)系統(tǒng)，如氣頂油制動(dòng)能量的傳輸方式。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)組成。
執(zhí)行機(jī)構(gòu)是產(chǎn)生阻礙車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力(制動(dòng)力)的部件。除包括制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄，制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)鉗，制動(dòng)輪缸外，還應(yīng)包括報(bào)警裝置，壓力保護(hù)，故障診斷等部件。
控制機(jī)構(gòu)是為適應(yīng)所需制動(dòng)力而進(jìn)行操縱控制，供能，調(diào)節(jié)制動(dòng)力，傳遞制動(dòng)能量的部件。包括助力器，踏板，ABS等。
制動(dòng)系統(tǒng)是影響汽車(chē)行駛安全的重要部分，應(yīng)該滿(mǎn)足以下功能:
可以降低行駛汽車(chē)的車(chē)速，必要時(shí)可以在預(yù)定的短距離內(nèi)停車(chē)，并維持行駛方向的穩(wěn)定性。
下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定的車(chē)速駐留制動(dòng)功能，是對(duì)己經(jīng)停駛的汽車(chē)，特別是在坡道上停駛的汽車(chē)，使其可靠地駐留原地不動(dòng)。在上坡或下坡過(guò)程中停車(chē)時(shí)，必須穩(wěn)定地駐留原地不動(dòng)。
汽車(chē)制動(dòng)性能的好壞直接影響汽車(chē)的安全性，其評(píng)價(jià)指標(biāo)為：
制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度；
制動(dòng)方向的穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車(chē)不發(fā)生跑偏，側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力；
制動(dòng)效能的恒定性，即抗熱衰退性和水衰退性的能力。
表1—1為一些國(guó)家對(duì)轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的要求：
表1—1各國(guó)制動(dòng)系統(tǒng)性能要求
項(xiàng)目
中國(guó)
歐盟（EEC）71/320
瑞典F18
美國(guó)105
試驗(yàn)路面
干水泥路面
附著良好
Skid No.81
載重
滿(mǎn)載
一個(gè)駕駛員或滿(mǎn)載
任何載荷
輕，滿(mǎn)載
制動(dòng)初速度
80Km/h
80Km/h
80Km/h
60mile/h
制動(dòng)穩(wěn)定性
不許偏出3.7通道
不抱死跑偏
不抱死跑偏
不抱死跑偏3.66m
制動(dòng)距離
或減速度
≤50.7m
≤50.7m,≥5.8m/ S2
≥5.8 m/S2
≤65.8m
踏板力
＜500N
＜500N
＜500N
66.7-667N
1.2 盤(pán)式制動(dòng)器優(yōu)點(diǎn)
與鼓式制動(dòng)器相比，盤(pán)式制動(dòng)器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
(l)熱穩(wěn)定性好
盤(pán)式制動(dòng)器無(wú)自增力作用，因而與有自增力的鼓式制動(dòng)器相比(尤其是領(lǐng)從蹄式)，制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即制動(dòng)效能穩(wěn)定。鼓式制動(dòng)器受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與制動(dòng)蹄中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能。而盤(pán)式制動(dòng)器中制動(dòng)盤(pán)的軸向熱膨脹極小，徑向熱膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故不會(huì)因此而降低制動(dòng)效能。
(2)水穩(wěn)定性好
盤(pán)式制動(dòng)器中摩擦塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的單位壓力較高，易于將水?dāng)D出。在車(chē)輪涉水后，制動(dòng)效能變化較小，且由于離心力的作用及襯塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的摩擦作用，出水后只需一二次制動(dòng)，性能即可恢復(fù)。而鼓式制動(dòng)器則需多次甚至10余次制動(dòng)，性能方能恢復(fù)。
(3)反應(yīng)靈敏
盤(pán)式制動(dòng)器剎車(chē)片與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙相對(duì)與鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)要小;此外，鼓式制動(dòng)器制動(dòng)行程要比盤(pán)式制動(dòng)器的長(zhǎng)，制動(dòng)鼓熱膨脹也會(huì)引起制動(dòng)踏板行程損失，使得制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)，而制動(dòng)盤(pán)不存在此現(xiàn)象，故反應(yīng)較之鼓式制動(dòng)器更加靈敏。
(4)散熱性好
盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)采用的是通風(fēng)盤(pán)結(jié)構(gòu)，再加上盤(pán)式制動(dòng)器相對(duì)開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，散熱性能良好。
(5)在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量較小。
(6)制動(dòng)盤(pán)沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)象制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大。
(7)容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡(jiǎn)便。
除了以上制動(dòng)性能的優(yōu)勢(shì)外，盤(pán)式制動(dòng)器在使用中還有噪音低，符合環(huán)保及可靠要求；振動(dòng)小，改善了乘坐舒適性等優(yōu)點(diǎn)。
由于具備穩(wěn)定可靠的制動(dòng)性能，盤(pán)式制動(dòng)器大大改善了汽車(chē)高速制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，因此取代傳統(tǒng)的鼓式制動(dòng)器已成為現(xiàn)代制動(dòng)器發(fā)展的必然趨勢(shì)。
其中液壓盤(pán)式制動(dòng)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)HDB)體積較小，提供的制動(dòng)力矩也相對(duì)較小，一般用于轎車(chē)等輕型車(chē)輛上，尤其是轎車(chē)，盤(pán)式制動(dòng)器幾乎已經(jīng)成為現(xiàn)代轎車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)配置之一。而氣壓盤(pán)式制動(dòng)器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)ADB)體積相對(duì)較大，提供的制動(dòng)力矩也較大，故大量應(yīng)用于客車(chē)等中重型車(chē)輛上，發(fā)展前景非常廣闊。
1.3 盤(pán)式制動(dòng)器發(fā)展歷史與趨勢(shì)
上個(gè)世紀(jì)20年代初，盤(pán)式制動(dòng)器就已經(jīng)問(wèn)世，但直到30年代后期才開(kāi)始逐步應(yīng)用于列車(chē)、坦克及飛機(jī)的制動(dòng)上。由于制造技術(shù)的進(jìn)步和人們認(rèn)識(shí)的不斷提高，盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)逐漸被汽車(chē)設(shè)計(jì)師們所認(rèn)識(shí)。60年代以來(lái)，盤(pán)式制動(dòng)器已經(jīng)風(fēng)靡美，日，歐等西方發(fā)達(dá)國(guó)家，廣泛應(yīng)用于轎車(chē)和輕，中型車(chē)輛的前輪上，一些高級(jí)轎車(chē)前后輪均采用了盤(pán)式制動(dòng)器。在一些大客車(chē)和重型汽車(chē)上也得到了廣泛應(yīng)用。目前，西方發(fā)達(dá)國(guó)家轎車(chē)配置盤(pán)式制動(dòng)器的比例幾乎達(dá)到100%。在一些中重型車(chē)輛上面，2000年左右，ADB就已經(jīng)成為歐美國(guó)家城市公交車(chē)輛的標(biāo)配，載重車(chē)輛的后橋安裝率也超過(guò)了50%。目前歐美國(guó)家生產(chǎn)盤(pán)式制動(dòng)器比較著名的有Boseh，TRW，wabco，Bendix和Knorr等。
我國(guó)汽車(chē)工業(yè)起步較晚，故應(yīng)用盤(pán)式制動(dòng)器的時(shí)間較晚，上世紀(jì)80年代雖在一些轎車(chē)上開(kāi)始應(yīng)用，但大多數(shù)是引進(jìn)國(guó)外成品或散件。近些年來(lái)，由于我國(guó)汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是轎車(chē)等乘用車(chē)輛通過(guò)與外國(guó)公司的合作發(fā)展非常之快，也帶動(dòng)了HDB的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)HDB的技術(shù)及工藝相對(duì)較為成熟，也具備了自主研發(fā)能力，規(guī)模相對(duì)較大的一些公司有武漢元豐，浙江亞太，浙江萬(wàn)安等。ADB在我國(guó)應(yīng)用則更晚，國(guó)內(nèi)最大的ADB供應(yīng)商武漢元豐廠(chǎng)成立于1998年。目前ADB形成量產(chǎn)規(guī)模的也只有武漢元豐和浙江萬(wàn)安兩家。上述幾家公司雖然都有一定規(guī)模，但是與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家公司相比，差距仍然較大。
發(fā)達(dá)國(guó)家盤(pán)式制動(dòng)器的發(fā)展目前己進(jìn)入雙盤(pán)式制動(dòng)器和機(jī)電一體化的階段，如圖（1-1）和圖（1-2）所示。
圖1-1雙盤(pán)式制動(dòng)器圖 圖1-2機(jī)電一體化制動(dòng)器
1.4 課題的意義及其必要性
盤(pán)式制動(dòng)器散熱快、重量輕、構(gòu)造簡(jiǎn)單、調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，能顯著減少制動(dòng)距離，為車(chē)輛提供可靠的安全保障。同時(shí)，能顯著減少制動(dòng)噪聲，有效解決制動(dòng)引起噪聲污染。
從市場(chǎng)前景上分析，盤(pán)式制動(dòng)器作為鼓式制動(dòng)器的替代產(chǎn)品，市場(chǎng)需求量大。隨著汽車(chē)技術(shù)的不斷發(fā)展，基于人性化設(shè)計(jì)的低底盤(pán)車(chē)輛;基于乘坐舒適性的空氣彈簧懸架系統(tǒng);基于使汽車(chē)制動(dòng)時(shí)更加可控的ABS、ESP等電子系統(tǒng)都將逐步應(yīng)用到各種車(chē)輛上，盤(pán)式制動(dòng)器能更好的與這些先進(jìn)的技術(shù)匹配，因此，無(wú)論是液壓還是氣壓盤(pán)式制動(dòng)器，前景都很廣闊。
從技術(shù)上看，發(fā)達(dá)國(guó)家盤(pán)式制動(dòng)器制造和研發(fā)水平已相當(dāng)成熟，而我國(guó)盤(pán)式制動(dòng)器生產(chǎn)企業(yè)由于可以引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，制造工藝相對(duì)成熟，但研發(fā)目前都還處于模仿階段，對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器及其與整車(chē)的匹配進(jìn)行深入研究有利于提高我國(guó)汽車(chē)零配件企業(yè)盤(pán)式制動(dòng)器的研發(fā)水平，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。
1.5 課題研究的方法和內(nèi)容
盤(pán)式制動(dòng)器是由制動(dòng)鉗、制動(dòng)塊、制動(dòng)盤(pán)和其它部件組成，目前，汽車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗大都采用浮鉗式結(jié)構(gòu)。顯然，具有浮鉗式結(jié)構(gòu)的制動(dòng)鉗，其結(jié)構(gòu)對(duì)制動(dòng)器系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響。通過(guò)查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，研究各部件之間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。確定輕型貨車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器的的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使其達(dá)到以下要求：具有足夠的制動(dòng)效能以保證汽車(chē)的安全性；本系統(tǒng)采用Ⅱ型雙回路的制動(dòng)管路以保證制動(dòng)的可靠性；采用真空助力器使其操縱輕便；同時(shí)在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無(wú)害的材料。
第2章 盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
2.1 壓盤(pán)式制動(dòng)器的分類(lèi)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
按摩擦副中固定摩擦元件的結(jié)構(gòu)來(lái)分，液壓盤(pán)式制動(dòng)器分為鉗盤(pán)式和全盤(pán)式制動(dòng)器兩大類(lèi)。
鉗盤(pán)式制動(dòng)器由旋轉(zhuǎn)元件(制動(dòng)盤(pán))和固定元件(制動(dòng)鉗)組成。制動(dòng)盤(pán)是由裝在橫跨制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的夾鉗形支架中的摩擦塊和促動(dòng)裝置組成。摩擦塊是由工作面積不大的摩擦材料和金屬背板組成。每個(gè)制動(dòng)器中一般有2~4個(gè)摩擦塊。兩摩擦塊之間裝有作為旋轉(zhuǎn)元件的制動(dòng)盤(pán)。摩擦塊與制動(dòng)盤(pán)的接觸面積較小，在盤(pán)上所占的中心角一般僅約為300~500，故這種盤(pán)式制動(dòng)器又稱(chēng)為點(diǎn)盤(pán)式制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，散熱性較好，且借助于制動(dòng)盤(pán)的離心力作用易將泥水、污物等甩掉，維修也方便。但摩擦塊的面積較小，制動(dòng)時(shí)其單位壓力很高，摩擦面的溫度較高，因此，對(duì)摩擦材料的要求也較高。
鉗盤(pán)式制動(dòng)器過(guò)去只作中央制動(dòng)器，現(xiàn)在則J“泛被各級(jí)轎車(chē)和貨車(chē)作為車(chē)輪制動(dòng)器。
按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式，鉗盤(pán)式制動(dòng)器又可分為浮動(dòng)鉗式和固定鉗式兩種。目前應(yīng)用最為廣泛的是浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器。
全盤(pán)式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件也是以端面工作的金屬圓盤(pán)(制動(dòng)盤(pán))，其固定元件是呈圓盤(pán)形的金屬背板和摩擦塊，工作時(shí)制動(dòng)盤(pán)和摩擦塊之間的摩擦面完全接觸。全盤(pán)式制動(dòng)器只在少數(shù)汽車(chē)(主要是重型汽車(chē))上作為車(chē)輪制動(dòng)器，個(gè)別情況下用作緩速器。
2.1.1 浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器
浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的，其浮動(dòng)方式有兩種，一種是制動(dòng)鉗可作平行滑動(dòng)，另一種的制動(dòng)鉗體可繞—支承銷(xiāo)擺動(dòng)。故有滑動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器和擺動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器之分。
浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理如圖（2-1）：制動(dòng)器的制動(dòng)油缸是單側(cè)的，內(nèi)摩擦塊為活動(dòng)的，外摩擦塊則置于支架上。制動(dòng)時(shí)在油液壓力Pl作用下，活塞推動(dòng)內(nèi)摩擦塊壓靠到制動(dòng)盤(pán)，而反作用力P2則動(dòng)制動(dòng)鉗體連同外摩擦塊壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩摩擦塊的受力相等為止。當(dāng)制動(dòng)結(jié)束以后，由于密封圈要恢復(fù)原形，對(duì)活塞有回位力的作用，活塞得以回位。密封圈既密封又作為回位彈簧。
圖2-1浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器工作示意圖
浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤(pán)的一側(cè)裝油缸，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于布置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪毅，同一組摩擦塊可兼用于行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)。由于浮動(dòng)鉗沒(méi)有跨越制動(dòng)盤(pán)的油道或油管，減少了油液的受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤(pán)的內(nèi)側(cè)，受車(chē)輪遮蔽較少，使冷卻條件較好。另外，單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要長(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)油液溫度比固定鉗式的低30℃一50℃，汽化的可能性較小，但由于制動(dòng)鉗體為浮動(dòng)的，必須設(shè)法減少滑動(dòng)處的摩擦、磨損和噪聲。基于以上優(yōu)缺點(diǎn)的比較及市場(chǎng)需求，現(xiàn)在大多使用滑動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器
2.1.2 固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器
固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器在汽車(chē)上的應(yīng)用較浮動(dòng)鉗式的要早，其制動(dòng)鉗的剛度好，除活塞和摩擦塊外無(wú)其他滑動(dòng)件。但由于活塞需分置于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)，使結(jié)構(gòu)尺寸較大，布置也較困難;需兩組高精度的液壓缸和活塞，成本較高;制動(dòng)產(chǎn)生的熱經(jīng)制動(dòng)鉗體上油路傳給制動(dòng)油液，易使其因溫度過(guò)高而產(chǎn)生氣泡，影響制動(dòng)效果。另外，由于兩側(cè)摩擦塊均靠活塞推動(dòng)，很難兼用于由機(jī)械操縱的駐車(chē)制動(dòng)。圖（2-2）為一典型的固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器。
固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體固定在轉(zhuǎn)向節(jié)(或橋殼)上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動(dòng)盤(pán)軸線(xiàn)方向移動(dòng)，因而在制動(dòng)盤(pán)的制動(dòng)鉗體內(nèi)有兩個(gè)液壓油缸，其中各裝有一個(gè)活塞，如圖（2-3）。制動(dòng)鉗分為內(nèi)側(cè)鉗體和外側(cè)鉗體，由螺栓連接起來(lái)，摩擦塊由導(dǎo)向銷(xiāo)懸裝在鉗體上，可沿導(dǎo)向銷(xiāo)移動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)液進(jìn)入兩個(gè)活塞外腔時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)活塞向內(nèi)將位于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的摩擦塊總成壓緊到制動(dòng)盤(pán)上，從而將車(chē)輪制動(dòng)。當(dāng)放松制動(dòng)踏板使油液壓力減小時(shí)，回位彈簧將兩摩擦塊總成及活塞推離制動(dòng)盤(pán)。這種結(jié)構(gòu)型式又稱(chēng)為對(duì)置活塞式或浮動(dòng)活塞式固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器。
圖2-2固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器
圖2-3固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器工作原理圖
2.1.3 全盤(pán)式制動(dòng)器
全盤(pán)式制動(dòng)器的固定摩擦元件和旋轉(zhuǎn)元件均為圓盤(pán)形，制動(dòng)時(shí)各盤(pán)摩擦表面全部接觸，其工作原理猶如摩擦離合器，故亦稱(chēng)為離合器式制動(dòng)器。使用較多的是多片全盤(pán)式制動(dòng)器，以便獲得較大的制動(dòng)力。但這種制動(dòng)器的散熱性能較差，因此多采用油冷式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
2.2 主要零部件的設(shè)計(jì)
2.2.1 制動(dòng)盤(pán)
制動(dòng)盤(pán)一般用珠光體灰鑄鐵制成，活用添加Cr，Ni等的合金鑄鐵制成。其結(jié)構(gòu)形狀有平板形和禮帽形兩種。后一種的圓柱部分長(zhǎng)度取決于布置尺寸。
制動(dòng)盤(pán)在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。帶有通風(fēng)槽的制動(dòng)盤(pán)，其厚度在20mm-22.5mm之間。而一般不帶通風(fēng)槽的轎車(chē)制動(dòng)盤(pán)，其厚度約在10mm-30mm之間。
制動(dòng)盤(pán)的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制表面的圓跳動(dòng)量、兩側(cè)面的平行度及制動(dòng)盤(pán)的不平衡量，下表給出了幾種車(chē)型這些量的數(shù)據(jù)。
制動(dòng)盤(pán)直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)直徑D受輪輞直徑的限制。通常，制動(dòng)盤(pán)的直徑D選擇為輪輞直徑的70％-79％，而總質(zhì)量大于2t的汽車(chē)應(yīng)取其上限。
2-2一些轎車(chē)制動(dòng)盤(pán)的參數(shù)
車(chē)型
表面圓跳動(dòng)/mm
兩側(cè)表面的平行度/mm
靜不平衡量/N·cm
奧迪
≤0.03
≤0.01
≤0.5
云雀
≤0.05
≤0.03
≤1.5
奧拓
≤0.015
≤1.0
有的文獻(xiàn)認(rèn)為：制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)表面不平行度應(yīng)大于0.008mm；盤(pán)的表面擺差不應(yīng)大于0.1mm；制動(dòng)盤(pán)表面粗糙度不應(yīng)大于0.06mm。
制動(dòng)盤(pán)厚度h直接影響著制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致過(guò)大，制動(dòng)盤(pán)厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些；為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤(pán)厚度不宜過(guò)小制動(dòng)盤(pán)可制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，又可在制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道，通常實(shí)心盤(pán)厚度可取為10mm—20mm；具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤(pán)的厚度取為20mm—50mm，但多采用20mm—30mm。
CA1041輕型貨車(chē)輪輞直徑為16in(1in=0.0254m)
16in×0.0254m=0.4064m
制動(dòng)盤(pán)直徑D=（0.70～0.79）×輪輞直徑
=（0.70～0.79）×0.4064m
=321
取制動(dòng)盤(pán)直徑D=355 mm
2.2.2 制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH370—12或球墨鑄鐵QT500—7制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金制造可做成整體的，也可以做成兩半并有螺栓連接。其外緣留有開(kāi)口，以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有較高的強(qiáng)度和剛度。
一般多在鉗體中加工出制動(dòng)油缸，也有將單獨(dú)制造的油缸裝嵌入鉗體中的。鉗盤(pán)式制動(dòng)器油缸直徑比鼓式制動(dòng)器中的輪缸大得多。為減少傳給制動(dòng)液的熱量，多將杯形活塞的開(kāi)口端頂靠制動(dòng)塊的背板面。有的將活塞開(kāi)口端部切成階梯狀，形成兩個(gè)相對(duì)且在同一平面內(nèi)的小半圓環(huán)形端面?；钊设T鋁合金制造或由鋼制造。為了提高其耐磨損失性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理，當(dāng)制動(dòng)鉗體由鋁合金制造時(shí)，減少傳給制動(dòng)液的熱量則成為必須解決的問(wèn)題。為此，因減少活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積，有時(shí)也可以采用非金屬活塞。
活塞制動(dòng)鉗在汽車(chē)上的安裝位置可在車(chē)軸的前方或后方。制動(dòng)鉗位于車(chē)軸前可避免輪胎甩出來(lái)的泥、水進(jìn)入制動(dòng)鉗，位于車(chē)軸后則可減少制動(dòng)輪轂軸承的合成載荷。
2.2.3 制動(dòng)塊
制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇形，也有矩形、正方形或長(zhǎng)圓形的。活塞應(yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了避免制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液氣化或減少制動(dòng)噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘一層隔熱減震墊。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本轎車(chē)和輕型汽車(chē)摩擦襯塊的厚度在7.5mm~16mm之間，中重型汽車(chē)的摩擦襯塊的厚度在14 mm~22mm之間。許多盤(pán)式制動(dòng)器裝有摩擦襯塊磨損達(dá)到極限時(shí)的警報(bào)裝置，以便能及時(shí)更換摩擦襯塊。本設(shè)計(jì)取制動(dòng)盤(pán)厚度為h=15mm。
推薦摩擦襯塊的外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不大于1.5。若其比值偏大，工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會(huì)不均勻，接觸面即將減小，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。取摩擦襯塊外半徑，內(nèi)半徑
則
摩擦襯塊半徑選取符合要求。
2.2.4 摩擦材料
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能要好，不應(yīng)在溫升到某一參數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗拉、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用污染小和對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。
當(dāng)前，在制動(dòng)器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹(shù)脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹(shù)脂材料，使襯片具有不同的摩擦性能及其他性能。
另一種為編織材料，它是用長(zhǎng)纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織的布，浸以樹(shù)脂結(jié)合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其繞性好，剪切后可以直接鉚到任意
半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在100 oC ~120 oC溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)，沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4~5倍。但其耐熱性差，在200 oC ~250 oC以上即不能承受較高的單位壓力，磨損加快。因?yàn)椋@種材料僅適用于中型以下汽車(chē)的鼓式制動(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。
無(wú)石棉摩擦材料是以多種金屬、有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的纖維或粉末代替石棉作為增強(qiáng)材料，其他成分和制造方法與石棉模壓摩擦材料大致相同。若金屬纖維和粉末的含量在40%以上，則稱(chēng)為半金屬摩擦材料，這種材料在美、歐各國(guó)廣泛用于轎車(chē)的盤(pán)式制動(dòng)器上，已成為制動(dòng)摩擦材料的主流。
粉末冶金摩擦材料是以銅粉或鐵粉為主要成分，摻上石墨粉、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好，但造價(jià)高，適用于高性能轎車(chē)和行駛條件惡劣的貨車(chē)等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車(chē)。
各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約0.3~0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器時(shí)一般取f=0.3~0.35。選用摩擦材料時(shí)應(yīng)考慮到:通常，摩擦系數(shù)愈高的材料其耐磨性愈差。
表2-2列出了各種摩擦材料主要性能指標(biāo)的對(duì)比，供設(shè)計(jì)時(shí)參考。
表2-2摩擦材料性能對(duì)比
摩
擦
材
料
性
能
有機(jī)類(lèi)
無(wú)機(jī)類(lèi)
制法
編織物
石棉模壓
半金屬模壓
金屬燒結(jié)
金屬陶瓷燒結(jié)
硬度
軟
硬
硬
極硬
極硬
密度
小
小
中
大
大
承受負(fù)荷
輕
中
中~重
中~重
中~重
摩擦系數(shù)
中~高
低~高
低~高
低~中
低~高
摩擦系數(shù)穩(wěn)定性
差
良
良
良~優(yōu)
優(yōu)
常溫下的耐磨性
良
良
良
中
中
高溫下的耐磨性
差
良
良
良~優(yōu)
優(yōu)
機(jī)械強(qiáng)度
中~高
低~中
低~中
高
高
熱傳導(dǎo)率
低~中
低
中
高
高
抗振鳴
優(yōu)
良
中~良
差
差
抗顫振
—
中~良
中
—
—
對(duì)偶性
優(yōu)
良
中~良
差
差
2.2.5 制動(dòng)摩擦襯片
在GB5763—1998《汽車(chē)用制動(dòng)器襯片》中，將制動(dòng)摩擦襯片按用途分成4類(lèi)，其中第1類(lèi)為駐車(chē)制動(dòng)器用;第2類(lèi)為微型、輕型汽車(chē)鼓式制動(dòng)器用;第3類(lèi)為中、重型汽車(chē)的鼓式制動(dòng)器用：第4類(lèi)為盤(pán)式制動(dòng)器用。其摩擦性能見(jiàn)表2-3：
表2-3 汽車(chē)制動(dòng)器摩擦襯片的摩擦性能
類(lèi)別
項(xiàng)目
試驗(yàn)溫度
100C
150C
200C
350C
1類(lèi)
摩擦系數(shù)f
0.30-0.70
0.25-0.70
0.20-0.70
指定摩擦系數(shù)的允許偏差△f
±0.10
±0.12
±0.12
磨損率v//(N·m)
≤1.00
≤2.00
≤3.00
2類(lèi)
摩擦系數(shù)f
0.25-0.65
0.25-0.70
0.20-0.70
0.15-0.70
指定摩擦系數(shù)的允許偏差△f
±0.08
±0.10
±0.12
±0.12
磨損率v//(N·m)
≤0.50
≤0.70
≤1.00
≤2.00
3類(lèi)
摩擦系數(shù)f
0.25-0.65
0.25-0.70
0.25-0.70
0.20-0.70
指定摩擦系數(shù)的允許偏差△f
±0.08
±0.10
±0.12
±0.12
磨損率v//(N·m)
≤0.50
≤0.70
≤1.00
≤1.50
4類(lèi)
摩擦系數(shù)f
0.25-0.65
0.25-0.70
0.25-0.70
0.25-0.70
指定摩擦系數(shù)的允許偏差△f
±0.08
±0.10
±0.12
±0.12
磨損率v//(N·m)
≤0.50
≤0.70
≤1.00
≤1.50
2.2.6 盤(pán)式制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖如圖2—5所示，今假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤(pán)接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
（2-1）
式中：——摩擦系數(shù)；
N——單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力(見(jiàn)圖2-5)；
R——作用半徑。
圖2-5盤(pán)式制動(dòng)器計(jì)算用圖 圖2-6鉗盤(pán)式制動(dòng)器作用半徑計(jì)算用圖
對(duì)于常見(jiàn)的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大，取R為平均半徑或有效半徑已足夠精確。如圖（2-5）所示，平均半徑為
式中 ，——扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。
根據(jù)圖（2-6），在任一單元面積只上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤(pán)中心的力矩為，式中q為襯塊與制動(dòng)盤(pán)之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤(pán)上的制動(dòng)力矩為
單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤(pán)的總摩擦力為
得有效半徑為
令，則有
（2-2）
因，，故。當(dāng)，，。但當(dāng)m過(guò)小，即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計(jì)算方法失效。
由求得：
N
則單位壓力
N?m N?m
因此盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)選取也符合設(shè)計(jì)要求。
2.2.7 摩擦襯片的磨損特性計(jì)算
摩擦襯片的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢(shì)能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車(chē)全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來(lái)不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則襯片的磨損愈嚴(yán)重。
制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率又稱(chēng)為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W/mm2。
雙軸汽車(chē)的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為
(2-3)
式中：——汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；
——汽車(chē)總質(zhì)量；
，——汽車(chē)制動(dòng)初速度與終速度，m/s；計(jì)算時(shí)總質(zhì)量3.5t以上的貨車(chē)取=18m/s；
——制動(dòng)減速度，m/s2，計(jì)算時(shí)取=0.6；
——制動(dòng)時(shí)間，s；
Al，A2——前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積；
——制動(dòng)力分配系數(shù)。
在緊急制動(dòng)到時(shí)，并可近似地認(rèn)為，則有
(2-4)
盤(pán)式制動(dòng)器比能量耗損率以不大于6.0W/mm2為宜。比能量耗散率過(guò)高，不僅會(huì)加速制動(dòng)襯片的磨損，而且可能引起制動(dòng)鼓或盤(pán)的龜裂。
W/mm2
因此，符合磨損和熱的性能指標(biāo)要求。
2.2.8 制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算
應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿(mǎn)足如下條件
(3.48) (2-5)
式中：——各制動(dòng)鼓的總質(zhì)量；
——與各制動(dòng)鼓相連的受熱金屬件(如輪轂、輪輻、輪輞等)的總質(zhì)量；
——制動(dòng)鼓材料的比熱容，對(duì)鑄鐵c=482 J/（kg?K），對(duì)鋁合金c=880 J/（kg?K）；
——與制動(dòng)鼓(盤(pán))相連的受熱金屬件的比熱容；
——制動(dòng)鼓(盤(pán))的溫升(一次由=30km/h到完全停車(chē)的強(qiáng)烈制溫升不應(yīng)超過(guò)15℃)；
L——滿(mǎn)載汽車(chē)制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過(guò)程迅速，可以認(rèn)為制動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按前、后軸制動(dòng)力的分配比率分配給前、后制動(dòng)器，即
(2-6)
式中：——滿(mǎn)載汽車(chē)總質(zhì)量；
——汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的初速度；
——汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。
盤(pán)式制動(dòng)器：
由以上計(jì)算校核可知符合熱容量和溫升的要求。
本章小結(jié)
本章通過(guò)對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器分類(lèi)及結(jié)構(gòu)的介紹，以及在網(wǎng)絡(luò)和書(shū)籍上查找到的數(shù)據(jù)資料與權(quán)威論文，選出要應(yīng)用在本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器類(lèi)型，并對(duì)其制動(dòng)盤(pán)，制動(dòng)鉗，制動(dòng)摩擦襯片等材料進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。
第3章 盤(pán)式制動(dòng)器布置
3.1 制動(dòng)力匹配
制動(dòng)力的匹配是在進(jìn)行汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)最重要也最復(fù)雜的一環(huán)，其中前后(對(duì)兩軸車(chē)而言)制動(dòng)力分配則是制動(dòng)力匹配的核心部分。對(duì)于三軸及三軸以上車(chē)輛來(lái)說(shuō)，制動(dòng)力如何分配更是復(fù)雜。制動(dòng)力匹配不僅要考慮整車(chē)參數(shù)，車(chē)型的使用情況(包括行駛制動(dòng)工況，路況，氣候等)，還要符合相關(guān)的法規(guī)。其中我國(guó)與汽車(chē)制動(dòng)性能相關(guān)的法規(guī)主要是GB7285和ZBT24。
3.1.1 汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的受力及相關(guān)分析
3.1.1.1 汽車(chē)制動(dòng)時(shí)受力分析
圖3-1汽車(chē)制動(dòng)時(shí)受力示意圖
圖（3-1）為兩軸汽車(chē)制動(dòng)時(shí)受力示意圖，圖中忽略了汽車(chē)的滾動(dòng)阻力偶矩氣阻力以及旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩，其中：Z1車(chē)制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)車(chē)輪的法向反力，單位N；Z2為汽車(chē)制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)后軸車(chē)輪的法向反力，單位N；L為汽車(chē)軸距，單位mm；L1為汽車(chē)質(zhì)心到軸的距離，單位mm；L2為汽車(chē)質(zhì)心到后軸的距離，單位mm；hg為汽車(chē)質(zhì)心高度，mm；G為汽車(chē)所受重力，單位N；m為汽車(chē)質(zhì)量，kg；FB1為前輪地面制動(dòng)力，單位N；FB2為后輪地面制動(dòng)力，單位N；對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩可以得到：
Z1L2+m(du/dt)hg (3-l)
對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，可以得到:
Z2L=GL1-m(du/dt)hg (3-2)上兩式可以求得地面的法向反力為:
(3-3)
(3-4)
若在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，前后輪都抱死(不論是同時(shí)抱死，還是分別先后抱死)，此時(shí)，或地面作用于前后輪的法向反用力則為:
(3-5)
(3-6)
3.1.1.2 I 曲線(xiàn)
前面己經(jīng)指出，制動(dòng)時(shí)前后輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性均較為有利。此時(shí)前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線(xiàn)，常稱(chēng)之為理想的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)。在任何附著系數(shù)β的路面上，前后輪同時(shí)抱死的條件是:前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力;并且前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即同時(shí)滿(mǎn)足下列三個(gè)式子:
或滿(mǎn)足下列二式：
將(3-5)和(3-6)代入上式，可以得到:
(3-7)
(3-8)
消去變量，則可以得到前后制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系式了：
(3-9)
由式(3—7)畫(huà)成的曲線(xiàn)即為前后車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的系曲線(xiàn)—理想的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)I曲線(xiàn)，如圖（3-2）所示應(yīng)當(dāng)指出的是，I曲線(xiàn)是踏板力增加到前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)的前后輪器制動(dòng)力的分配曲線(xiàn)。車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)，，，所示I曲線(xiàn)也是車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)和的關(guān)系曲線(xiàn)。
還應(yīng)進(jìn)一步指出，汽車(chē)前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力常不能按I曲線(xiàn)的要求來(lái)分配制動(dòng)過(guò)程中常是一根軸先抱死，隨著踏板制動(dòng)力的進(jìn)一步增加，接著另外一根軸抱死。顯然I曲線(xiàn)還是前后輪都抱死后的地面制動(dòng)力FB1與FB2，即和的關(guān)系曲線(xiàn)。
本設(shè)計(jì)車(chē)型所給定的整車(chē)參數(shù)：
汽車(chē)軸距L: 2850mm.
汽車(chē)空載及滿(mǎn)載時(shí)的總質(zhì)量： 空載=2180kg 滿(mǎn)載=4060kg
滿(mǎn)載時(shí)質(zhì)心距前后軸中心線(xiàn)的距離： 前軸=1199mm 后軸=1781mm
質(zhì)心高度: 空載=730mm 滿(mǎn)載=950mm
3.1.1.3 具有固定比值的前后制動(dòng)器制動(dòng)力與同步附著系數(shù)
不少兩軸汽車(chē)的前后制動(dòng)器制動(dòng)力之比為一固定值。常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車(chē)總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱(chēng)為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)并以符號(hào)β表示，即
β=
由上式可以得到： ,
且: (3-10)
若用表示，則為一直線(xiàn)，此直線(xiàn)通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為: tgθ=(1-β)/β.
這條直線(xiàn)為實(shí)際前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)β線(xiàn)，如圖（3-2）所示。圖中β線(xiàn)與I曲線(xiàn)(滿(mǎn)載)交于某一點(diǎn)，此時(shí)的附著系數(shù)等于。β線(xiàn)與 I曲線(xiàn)交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。它是由汽車(chē)參數(shù)的結(jié)構(gòu)決定的，反映汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。
同步附著系數(shù)說(shuō)明，前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車(chē)，只有在同一種附著系數(shù)，即同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)才能使前后輪同時(shí)抱死。同步附著系可以用解析法求得。設(shè)汽車(chē)在同步附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，此時(shí)前后輪同時(shí)抱死，綜合式(3—7)，(3—8)，(3—10)可以得到下式:
圖（3-2）f、r線(xiàn)組與β線(xiàn)
下面利用β線(xiàn)，I曲線(xiàn)，f與r線(xiàn)組分析貨車(chē)在不同Φ值路面上的制動(dòng)過(guò)程。貨車(chē)的同步附著系數(shù)汽=0.39，其中β線(xiàn)，I曲線(xiàn)，f與r線(xiàn)組如圖3—2所示。
(l)當(dāng)必Φ<Φo幾時(shí)，設(shè)Φ=0.3，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，前后制動(dòng)器制動(dòng)力和按β線(xiàn)上升，上升到A點(diǎn)時(shí)，β線(xiàn)與Φ=0.3的f線(xiàn)相交，前輪開(kāi)始抱死，此時(shí)的制動(dòng)減速度是0.27g。此時(shí)的地面制動(dòng)力FB1和FB2:已符合后輪沒(méi)有抱死而前輪先抱死的狀況。如果駕駛員繼續(xù)增加踏板力，F(xiàn)B1和FB2將會(huì)沿f線(xiàn)變化，前輪的地面制動(dòng)力FB1不再等于,但繼續(xù)制動(dòng)，前輪法向反作用力增加，故FB1會(huì)沿f線(xiàn)稍有增加。但因后輪未抱死，所以踏板力增大，F(xiàn)B1和FB2沿β線(xiàn)上升，F(xiàn)B2仍等于而繼續(xù)上升。當(dāng)至A,點(diǎn)時(shí)，f線(xiàn)與I曲線(xiàn)相交，此時(shí)后輪達(dá)到抱死時(shí)所需的地面制動(dòng)力FB2(也即后輪的地面附著力)，于是前后輪都抱死，汽車(chē)獲得的減速度為0.3g。
由此可見(jiàn)，β線(xiàn)位于I曲線(xiàn)下方時(shí)，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。前輪先抱死雖是一種穩(wěn)定工況，但是喪失轉(zhuǎn)向能力。
(2)當(dāng)Φ>Φo時(shí)，設(shè)Φ=0.7，制動(dòng)開(kāi)始時(shí)，前后車(chē)輪均為抱死，故前后輪地面制動(dòng)力和制動(dòng)器制動(dòng)力均沿β線(xiàn)增長(zhǎng)，到B點(diǎn)時(shí)，β線(xiàn)與勢(shì)Φ=0.7的f線(xiàn)相交，地面制動(dòng)力符合后輪先抱死的狀況，后輪開(kāi)始抱死，此時(shí)的減速度是0.6g。從B點(diǎn)以后，再增加踏板力，F(xiàn)B1和FB2將會(huì)沿Φ=0.7的r線(xiàn)變化。但是繼續(xù)制動(dòng)時(shí)，后輪法向反作用力有所減少，因而后輪的地面制動(dòng)力沿r線(xiàn)有所下降。但前輪未抱死，當(dāng)和沿β線(xiàn)增長(zhǎng)時(shí)，始終有FB1=。當(dāng)和到B，點(diǎn)時(shí)，r線(xiàn)與I曲線(xiàn)相交，此時(shí)前輪達(dá)到抱死時(shí)所需的地面制動(dòng)力FB1，前后輪均抱死，汽車(chē)獲得的減速度為0.7g。
由此可見(jiàn)，β線(xiàn)位于I曲線(xiàn)上方時(shí)，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死。因而容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性。
3.1.2 制動(dòng)力匹配實(shí)例
在進(jìn)行實(shí)際制動(dòng)力匹配時(shí)，整車(chē)參數(shù)確定意味著整車(chē)所需的制動(dòng)力也確定了。制動(dòng)力應(yīng)滿(mǎn)足整車(chē)的需要，也應(yīng)滿(mǎn)足法規(guī)所規(guī)定的要求。這里需要指出的是，由于車(chē)輛在行駛過(guò)程中，除了行駛在同步附著系數(shù)路面上以外，是不可能同時(shí)抱死的，針對(duì)不同的車(chē)型所行駛的路況，所需求的前輪或后輪抱死情況也是不同的。比如說(shuō)，貨車(chē)經(jīng)常行駛于山路等多彎路況，是不允許制動(dòng)時(shí)前輪抱死的，因?yàn)榍拜喯人朗マD(zhuǎn)向能力比后輪先抱死發(fā)生側(cè)滑的危險(xiǎn)性要大。而在雨較大的平原地區(qū)，則汽車(chē)后輪先抱死發(fā)生側(cè)滑所造成的交通事故可能性更大。
在不采取比例閥等控制裝置時(shí)，制動(dòng)力分配曲線(xiàn)如圖所示：
圖（3-3） 實(shí)際制動(dòng)力分配的三種情況
A-主要考慮滿(mǎn)載，同步附著系數(shù)較小。但在空載或半空載時(shí)后輪易抱死產(chǎn)生側(cè)滑。
B-兼顧空滿(mǎn)載兩種制動(dòng)工況要求。同步附著系數(shù)大，這是一般車(chē)輛設(shè)計(jì)師所采用的。
C-主要考慮空載工況。沒(méi)有同步附著系數(shù)，經(jīng)常發(fā)生前輪首先抱死失去轉(zhuǎn)向能力的情況，在山區(qū)的車(chē)輛不能采取這種方案。
由圖可知，β線(xiàn)是我們想要的，它與空滿(mǎn)載時(shí)的理想動(dòng)力分配曲線(xiàn)都要相交，對(duì)各種不同Φ值路面的適應(yīng)能力較理想，是一般時(shí)應(yīng)參考的模型。
3.1.3 利用附著系數(shù)
為了防止后軸側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力，汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中最好既不出現(xiàn)后軸車(chē)輪先抱死的情況，也不出現(xiàn)前軸車(chē)輪先抱死或者前后車(chē)輪都抱死的情況。所以應(yīng)當(dāng)以即將出現(xiàn)車(chē)輪抱死但還沒(méi)有任何車(chē)輪抱死時(shí)的制動(dòng)減速度作為汽車(chē)能產(chǎn)生的最高減速度。
從以上分析可知，若在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，則汽車(chē)的前后輪同時(shí)達(dá)到抱死的工況，此時(shí)的制動(dòng)減速度為du/dt=zg，z稱(chēng)為制動(dòng)強(qiáng)度。顯然，z=Φo，Φo為同步附著系數(shù)。在其它附著系數(shù)路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度要比路面附著系數(shù)小。即不出現(xiàn)前輪或后輪抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度必小于地面附著系數(shù)，也就是z<Φ。因此可以說(shuō)，只有在Φ=Φo的路面上時(shí)，地面附著系數(shù)均得到較好的利用。而在或的路面時(shí)，出現(xiàn)前輪或后輪抱死，地面附著系數(shù)均得到較好的利用。這一點(diǎn)在上述分析中可以看出，這個(gè)結(jié)論也常常這樣來(lái)描述:汽車(chē)以一定的減速度制動(dòng)時(shí)，出去制動(dòng)強(qiáng)度z=外，不發(fā)生車(chē)輪抱死時(shí)所要求的(最小)路面附著系數(shù)總大于其制動(dòng)強(qiáng)度。這個(gè)要求的路面附著系數(shù)稱(chēng)之為汽車(chē)在該制動(dòng)強(qiáng)度時(shí)的利用附著系數(shù)。顯然利用附著系數(shù)越接近制動(dòng)強(qiáng)度，地面的附著條件發(fā)揮得越充分，汽車(chē)的制動(dòng)力分配也越合理。通常以利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線(xiàn)來(lái)描述汽車(chē)制動(dòng)力分配的合理性。下面分別將求出前輪或后輪提前抱死時(shí)，前軸和后軸的利用附著系數(shù)。
前軸的利用附著系數(shù)可按下式求出:
設(shè)汽車(chē)前軸或前后軸同時(shí)剛要抱死時(shí)產(chǎn)生的減速度為du/dt=zg，式中z為制動(dòng)強(qiáng)度。則有如下關(guān)系式:
又
由此可以得到前軸的利用附著系數(shù)可以如下方法求得：
由此可以得到前軸的利用附著系數(shù)。
3.2 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)
為了提高制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作可靠性，保證行車(chē)安全，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙管路的。應(yīng)將汽車(chē)的全部行車(chē)制動(dòng)器的液壓或氣壓管路分成兩個(gè)或更多個(gè)相互獨(dú)立的回路，以便當(dāng)一個(gè)回路失效后，其他完好的回路仍能可靠地工作。根據(jù)GB 7258—2004規(guī)定制動(dòng)系統(tǒng)部分管路失效的情況下，應(yīng)能有一定的制動(dòng)力。
（a） （b） （c） （d） （e）
1—雙腔制動(dòng)主缸；2—雙回路系統(tǒng)的一個(gè)分路；3—雙回路的另一分路
圖3-2雙軸汽車(chē)液壓雙回路系統(tǒng)的5種分路方案
圖（3-2）為雙軸汽車(chē)的液壓式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙回路系統(tǒng)的五種分路方案圖。選擇分路方案時(shí)主要是考慮其制動(dòng)效能的損失程度、制動(dòng)力的不對(duì)稱(chēng)情況和回路系統(tǒng)的復(fù)雜程度等。
圖（3-2）(a)為前、后輪制動(dòng)管路各成獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即一軸對(duì)一軸的分路型式，簡(jiǎn)稱(chēng)Ⅱ型。其特點(diǎn)是管路布置最為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的單輪缸(或單制動(dòng)氣室)鼓式制動(dòng)器相配合，成本較低。在各類(lèi)汽車(chē)上都有采用，但在貨車(chē)上用得最廣泛。這一分路方案若后輪制動(dòng)管路失效，則一旦前輪抱死就會(huì)失去轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。對(duì)于前驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)，當(dāng)前輪管路失效而僅由后輪制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能將顯著降低并小于正常情況下的一半，另外由于后橋負(fù)荷小于前軸，則過(guò)大的踏板力會(huì)使后輪抱死導(dǎo)致汽車(chē)甩尾。
圖（3-2）(b)為前、后輪制動(dòng)管路呈對(duì)角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車(chē)輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)車(chē)輪制動(dòng)器同屬一個(gè)回路，稱(chēng)交叉型，簡(jiǎn)稱(chēng)X型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，一回路失效時(shí)仍能保持50%的制動(dòng)效能，并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒(méi)有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與整車(chē)負(fù)荷的適應(yīng)性。此時(shí)前、后各有一側(cè)車(chē)輪有制動(dòng)作用使制動(dòng)力不對(duì)稱(chēng)，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用車(chē)輪的一側(cè)繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性。所以具有這種分路方案的汽車(chē)，其主銷(xiāo)偏移距應(yīng)取負(fù)值(至20mm)，這樣，不平衡的制動(dòng)力使車(chē)輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車(chē)的方向穩(wěn)定性，所以多用于中、小型轎車(chē)。
圖（3-2）(c)的每側(cè)前制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的回路；而兩前制動(dòng)器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路。可看成是一軸半對(duì)半個(gè)軸的分路型式，簡(jiǎn)稱(chēng)HI型。
圖（3-2）(e)的兩個(gè)獨(dú)立的回路均由每個(gè)前、后制動(dòng)器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對(duì)前、后半個(gè)軸的分路型式。簡(jiǎn)稱(chēng)HH型。這種型式的雙回路系統(tǒng)的制動(dòng)效能最好。
HI，LL，HH型的結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜。LL型與HH型在任一回路失效時(shí)，前、后制動(dòng)力比值均與正常情況下相同，剩余總制動(dòng)力LL型可達(dá)正常值的80%而HH型約為50%左右。HI型單用回路3(見(jiàn)圖3-2(c)，即一軸半)時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與LL型一樣，在緊急制動(dòng)時(shí)后輪極易先抱死。
本次設(shè)計(jì)采用圖（3-2）(a)所示前、后輪制動(dòng)管路各成獨(dú)立的的Ⅱ回路系統(tǒng)符合了GB 7258—2004對(duì)制動(dòng)管路布置的要求。
本章小結(jié)
本章主要是對(duì)所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器制動(dòng)力與整車(chē)制動(dòng)性能匹配關(guān)系的計(jì)算，并對(duì)制動(dòng)管路的設(shè)計(jì)做出了對(duì)比分析最后確定合適本車(chē)型的制動(dòng)管路布置形式，得出結(jié)論所設(shè)計(jì)出的制動(dòng)器附和相關(guān)法規(guī)的要求。
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)是以CA1041載貨汽車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)對(duì)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式進(jìn)行分析后，對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)力分配系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率進(jìn)行了計(jì)算分析。根據(jù)現(xiàn)有資料對(duì)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并進(jìn)行了相關(guān)的校核，并且符合GB7258—2004中對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的要求。并且完成了前制動(dòng)器裝配圖、制動(dòng)管路布置圖、相關(guān)零件圖的繪制。
對(duì)液壓管路的布置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，采用了符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。對(duì)制動(dòng)液壓元件，制動(dòng)輪缸主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和校核。經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和校核液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。
但是由于是第一次接觸制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)欠缺水平有限，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免有缺陷和不足。希望各位老師能批評(píng)指正。特別是對(duì)于現(xiàn)在汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛的ABS系統(tǒng)沒(méi)有深入的了解，需要在以后的工作和學(xué)習(xí)中這些彌補(bǔ)不足和缺陷。
致 謝
轉(zhuǎn)眼間，畢業(yè)設(shè)計(jì)就要結(jié)束了，一種成就感尤然而升，畢業(yè)設(shè)計(jì)是專(zhuān)業(yè)教學(xué)計(jì)劃中的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，也是理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)踐性很強(qiáng)的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)這樣的一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面培養(yǎng)學(xué)生能夠獨(dú)立運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)與技能解決本專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)一項(xiàng)有實(shí)際意義的設(shè)計(jì)制造、科研實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)管理等課題；另一方面也是培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問(wèn)題的能力，獨(dú)立解決問(wèn)題的能力，為畢業(yè)后參加工作打下良好的基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)期間遇到了很多具體問(wèn)題，通過(guò)老師和同學(xué)們的幫助，這些問(wèn)題得以及時(shí)的解決。我特別要感謝張偉老師，他給了我大量的指導(dǎo)，并為我們提供了良好的實(shí)習(xí)環(huán)境，帶我們?nèi)ニ膶?shí)驗(yàn)室參觀(guān)學(xué)習(xí)，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了設(shè)計(jì)的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。在我遇到困難的時(shí)候張偉老師總是能耐心的幫我解答，并且讓我們學(xué)習(xí)使用軟件繪圖，為我能順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了非常必要的幫助。在此對(duì)張偉老師的幫助表示最誠(chéng)摯的謝意。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的收獲是巨大的，這不僅僅是由于自己的努力，更重要的還有指導(dǎo)老師、以及同學(xué)們的幫助，在此我再次向幫助過(guò)表示深深的謝意。
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