JN2070越野四驅(qū)貨車氣壓制動系統(tǒng)設(shè)計

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With the rapid development of highways and increased traffic density, traffic accidents are also increasing. According to the information on the vehicle itself as a result of problems caused by traffic accidents, the brake system failure caused the accident accounting for the total number of 45%. So braking system is an extremely important system to ensure traffic safety. In addition, the braking system has a direct impact on the quality of the average vehicle speed and vehicle transportation efficiency, that is, an important factor ensuring cost-effective transport. It not only can slow down a moving vehicle, but also to ensure that the car can be fixed in situ after parking. This shows that the vehicle braking system plays an important role in traffic safety, the reliability of parking, and transport economic efficiency.Today, with ever-expanding highway network, the improvement of vehicle speed and traffic density, on the work of automotive braking system relia become increasingly important. Only vehicles which have good braking performance and reliable braking system can give full play to their high-speed dynamic performance and to ensure the safety of traveling. This shows that the braking system is a very important component of the vehicle, thus its very important to the analysis and design of brake system bodies.bility requirements Keywords: air brake Brake Transmission device目 錄摘 要1Abstract2目 錄3第一章 緒論51.1 研究制動系統(tǒng)的意義51.2 制動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r6第二章 制動系統(tǒng)的總體設(shè)計82.1 制動系的設(shè)計要求82.2 汽車參數(shù)的選擇92.3 制動器方案的選擇102.4 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)方案選擇11第三章 制動過程的動力學(xué)參數(shù)計算153.1制動過程車輪所受的制動力153.1.1地面制動力153.1.2制動器制動力163.1.3地面對前、后車輪的法向反作用力173.1.4理想的前、后制動器制動力分配曲線183.2制動距離與制動減速度計算223.2.1制動距離與制動減速度223.2.2制動距離的分析233.3同步附著系數(shù)與附著系數(shù)利用率計算233.4制動器的最大制動力矩26第四章 制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計294.1 制動鼓內(nèi)徑D294.2 摩擦襯片寬度b包角304.3 摩擦襯片起始角314.4 制動器中心到張開力作用線的距離314.5 制動蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c314.6 摩擦片摩擦系數(shù)31第五章 鼓式制動器的設(shè)計計算335.1 駐車制動能力的計算335.2 中央制動器的計算345.3 壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律355.4 計算蹄片上的制動力矩375.5 檢查制動蹄有無自鎖405.6 摩擦襯片磨損特性計算40第六章 鼓式制動器主要零部件的設(shè)計436.1 制動蹄436.2 制動鼓436.3 摩擦襯片446.4 制動底板456.5 摩擦材料456.6 蹄與鼓之間的間隙調(diào)整裝置466.6.1采用輪缸張開裝置466.6.2采用凸輪張開裝置466.6.3采用楔塊張開裝置476.7 制動器支撐裝置476.8 凸輪式張開機(jī)構(gòu)47第七章 氣壓制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算487.1 制動氣室497.2 貯氣罐517.3 空氣壓縮機(jī)53結(jié) 論55致 謝56參考文獻(xiàn)：57第一章 緒論1.1 研究制動系統(tǒng)的意義近百年來，汽車工業(yè)之所以常勝不衰主要得益于汽車作為商品在世界各處都有廣闊的市場，生產(chǎn)批量大而給企業(yè)帶來豐厚的利潤。最主要的是科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，使汽車能逐漸完善并滿足使用者的需求。隨著我國汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和新交通法規(guī)的實施，我國的汽車及其運(yùn)輸管理開始走向正軌，農(nóng)用運(yùn)輸車將逐漸退出市場，而重型運(yùn)輸自卸車逐漸呈現(xiàn)出廣闊的發(fā)展前景。然而車輛交通安全歷來是人們最為關(guān)心的問題之一，它直接關(guān)系到人民生命和財產(chǎn)的損失，因此汽車制動系統(tǒng)的可靠性研究至關(guān)重要。汽車制動系是用于使行駛中的汽車減速或停車，使下坡行駛的汽車的車速保持穩(wěn)定以及使以停駛的汽車在原地（包括在斜坡上）駐留不動的機(jī)構(gòu)。汽車制動系直接影響著汽車行駛的安全性和停車的可靠性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全、停車可靠，汽車制動系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性良好、制動系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動力性能。汽車制動系統(tǒng)至少有兩套獨(dú)立的制動裝置，即行車制動裝置和駐車制動裝置：重型汽車或經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車要增設(shè)應(yīng)急制動裝置及輔助制動裝置；牽引車還應(yīng)有自動制動裝置。行車制動裝置用于使行駛中的汽車強(qiáng)制減速或停車，并使汽車在下短坡時保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。其驅(qū)動機(jī)構(gòu)常采用雙回路或多回路結(jié)構(gòu)，以保證其工作可靠。駐車制動裝置用于使汽車可靠而無時間限制地停駐在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽車在坡路上起步。駐車制動裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓驅(qū)動，以免其產(chǎn)生故障。應(yīng)急制動裝置用于當(dāng)行車制動裝置意外發(fā)生故障而失效時，這時則可利用應(yīng)急制動裝置的機(jī)械力源(如強(qiáng)力壓縮彈簧)實現(xiàn)汽車制動。應(yīng)急制動裝置不必是獨(dú)立的制動系統(tǒng)，它可利用行車制動裝置或駐車制動裝置的某些制動器件。應(yīng)急制動裝置也不是每車必備，因為普通的手力駐車制動器也可以起應(yīng)急制動的作用。輔助制動裝置用于山區(qū)行駛的汽車上，利用發(fā)動機(jī)排氣制動或電渦流制動等輔助制動裝置，則可使汽車下長坡時長時間而持續(xù)地減低或保持穩(wěn)定車速并減輕或解除行車制動器的負(fù)荷。通常，在總質(zhì)量為5t以上的客車上和12t以上的載貨汽車上裝備這種輔助制動減速裝置。任何一套制動裝置均由制動器和制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)兩部分組成。制動器有鼓式與盤式之分。行車制動是用腳踩下制動踏板操縱車輪制動器來制動全部車輪，而駐車制動則多采用手制動桿操縱，且具有專門的中央制動器或利用車輪制動器進(jìn)行制動。中央制動器位于變速器之后的傳動系中，用于制動變速器第二軸或傳動軸。行車制動和駐車制動這兩套制動裝置必須具有獨(dú)立的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，而且每車必備。行車制動裝置的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時還應(yīng)有制動主缸和制動輪缸以及管路；用氣壓操縱時還應(yīng)有空氣壓縮機(jī)、氣路管道、貯氣簡、控制閥和制動氣室等。過去，大多數(shù)汽車的駐車制動和應(yīng)急制動都使用中央制動器，其優(yōu)點(diǎn)是制動位于主減速器之前的變速器第二軸或傳動軸的制動力矩較小，容易滿足操縱手力小的要求。但在用作應(yīng)急制動時，往往使傳動軸超載?，F(xiàn)代汽車由于車速提高，對應(yīng)急制動的可靠性要求更嚴(yán)，因此，在中、高級轎車和部分總質(zhì)量在1.5t以下的載貨汽車上，多在后輪制動器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動和應(yīng)急制動的作用，從而取消了中央制動器。重型載貨汽車由于采用氣壓制動，故多對后輪制動器另設(shè)獨(dú)立的由氣壓控制而以強(qiáng)力彈簧作為制動力源的應(yīng)急兼駐車制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)，也不再設(shè)置中央制動器。但也有一些重型汽車除了采用了上述措施外，還保留了由氣壓驅(qū)動的中央制動器，以便提高制動系的可靠性。1.2 制動系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r目前國內(nèi)外汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展大致相似，國內(nèi)研究現(xiàn)狀：目前制動系統(tǒng)的供能裝置主要是，人力制動、伺服制動、動力制動三種形式。目前，人力僅是來控制操縱機(jī)構(gòu)，助力系統(tǒng)分為伺服制動、氣定液壓制動、液壓制動。液壓制動是目前得到廣泛應(yīng)用的一種制動系統(tǒng)。傳動裝置上，普遍都是采用氣或液壓通過管路傳遞到制動器上，進(jìn)行壓力制動。目前，也有通過電機(jī)進(jìn)行制動的，通過電機(jī)產(chǎn)生的制動力直接作用在制動器上進(jìn)行制動。制動器主要有鼓式制動器、盤式制動器兩種。鼓式制動器分為很多種、雙領(lǐng)蹄式制動器、領(lǐng)從蹄式制動器等。盤式制動器有固定鉗式制動器、浮動鉗式制動器等。盤式制動器的摩擦材料在逐漸的發(fā)展，目前國內(nèi)多以半金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合摩擦材料應(yīng)用最為普遍。但一些企業(yè)和地方根據(jù)本身的特點(diǎn)，也在研究新型摩擦材料。大約從20世紀(jì)60年代開始，電子技術(shù)的進(jìn)步成為汽車工業(yè)發(fā)展的最大動力?，F(xiàn)代汽車的控制系統(tǒng)幾乎全由電子控制裝置實現(xiàn)，在提高經(jīng)濟(jì)性、動力性、可靠性、舒適性和排放控制系統(tǒng)方面起到明顯的作用。因此，電子產(chǎn)品在汽車上的應(yīng)用比例，已成為評價其品質(zhì)、性能指標(biāo)的重要依據(jù)。今天，ABS/ASR已經(jīng)成為歐美和日本等發(fā)達(dá)國家汽車的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。目前，ABS/ASR已在歐洲新載貨車中普遍使用，并且歐共體法規(guī)EEC/71/320已強(qiáng)制性規(guī)定在總質(zhì)量大于3.5t的某些載貨車上使用，重型車是首先裝用的。然而ABS/ASR只是解決了緊急制動時附著系數(shù)的利用，并可獲得較短的制動距離及制動方向穩(wěn)定性，但是它不能解決制動系統(tǒng)中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能，同時可進(jìn)行制動強(qiáng)度的控制。車輛制動控制系統(tǒng)的發(fā)展主要是控制技術(shù)的發(fā)展。一方面是擴(kuò)大控制范圍、增加控制功能；另一方面是采用優(yōu)化控制理論，實施伺服控制和高精度控制。在第一方面，ABS功能的擴(kuò)充除ASR外，同時把懸架和轉(zhuǎn)向控制擴(kuò)展進(jìn)來，使ABS不僅僅是防抱死系統(tǒng)，而成為更綜合的車輛控制系統(tǒng)。第二章 制動系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1 制動系的設(shè)計要求1）能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項性能指標(biāo)除滿足設(shè)計任務(wù)書的規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求外，也應(yīng)考慮銷售對象國家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。2）具有足夠的制動效能。包括行車制動效能和駐坡制動效能。3）工作可靠。汽車至少應(yīng)有行車制動和駐車制動兩套制動裝置且它們的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動裝置的制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的管路，當(dāng)其中一套失效時，另一套應(yīng)保證汽車制動效能不低于正常值的30%；駐車制動裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)。4）制動效能的水穩(wěn)定性好。制動器摩擦表面浸水后，會因水的潤滑作用使摩擦系數(shù)急劇減小而發(fā)生所謂的“水衰退”現(xiàn)象。一般規(guī)定在出水后反復(fù)制動515次，即應(yīng)恢復(fù)其制動效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢復(fù)迅速。也應(yīng)防止泥沙、污物等進(jìn)入制動器工作表面，否則會使制動效能降低并加速磨損。某些越野汽車為了防止水相泥沙侵入而采用封閉的制動器。5）制動時的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動，汽車都不應(yīng)當(dāng)失去操縱性和方向穩(wěn)定性。為此，汽車前、后輪制動器的制動力矩應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?，最好能隨各軸間載荷轉(zhuǎn)移情況而變化；同一軸上左、右車輪制動器的制動力矩應(yīng)相同。否則當(dāng)前輪抱死而側(cè)滑時，將失去操縱性；后輪抱死而側(cè)滑甩尾，會失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左、右輪的制動力矩差值超過15時，會發(fā)生制動時汽車跑偏。對于汽車列車，除了應(yīng)保證列車各軸有適當(dāng)?shù)闹苿恿Ψ峙渫猓矐?yīng)注意主、掛車之間各軸制動開始起作用的時間，特別是主、掛車之間制動開始時間的協(xié)調(diào)。6）制動效能的熱穩(wěn)定性好。7）制動踏板和手柄的位置和行程符合人-機(jī)工程學(xué)的要求，即操作方便性好，操縱輕便、舒適，能減少疲勞。8）作用滯后的時間要盡可能地短。9) 制動時不應(yīng)產(chǎn)生振動和噪聲。10)與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動干涉，在車輪跳動、汽車轉(zhuǎn)向時不會引起自行制動。11）制動系中應(yīng)有音響或光信號等警報裝置，以便能及時發(fā)現(xiàn)制動驅(qū)動件的故障和功能失效。12）制動系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長、制造成本低，對摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求2.2 汽車參數(shù)的選擇貨車的主要參數(shù)：長寬高（mm） 668023002640軸 距（mm） 3650質(zhì)心距前軸（mm） 2490質(zhì)心距后軸（mm） 1160前 輪 距（mm） 1774后 輪 距（mm） 1774最小離地間隙（mm）300整車整備質(zhì)量（kg）3600最大總質(zhì)量 （kg） 6800最 高 車 速（km/h）90質(zhì)心高度 (mm) 空載 1100mm 滿載 800mm2.3 制動器方案的選擇制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。目前廣泛使用的是摩擦式制動器。摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式。帶式制動器只用做中央制動器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示:圖2-1 制動器的分類鼓式制動器一般可按其制動蹄受力情況進(jìn)行分類，它們的制動效能、制動鼓的受力平衡狀態(tài)以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿有艿挠绊懢煌?。盤式制動器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件是以端面工作的金屬圓盤，被稱為制動盤。其固定元件則有著多種結(jié)構(gòu)型式，大體上可分為兩類。一類是工作面積不大的摩擦塊與其金屬背板組成的制動塊，每個制動器中有24個。這些制動塊及其促動裝置都裝在橫跨制動盤兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱為制動鉗。這種由制動盤和制動鉗組成的制動器稱為鉗盤式制動器。另一類固定元件的金屬背板和摩擦片也呈圓盤形，制動盤的全部工作面可同時與摩擦片接觸，這種制動器稱為全盤式制動器。鉗盤式制動器過去只用作中央制動器，但目前則愈來愈多地被各級轎車和貨車用作車輪制動器。全盤式制動器只有少數(shù)汽車(主要是重型汽車)采用為車輪制動器。鼓式剎車有良好的自剎作用，由于剎車來令片外張，車輪旋轉(zhuǎn)連帶著外張的剎車鼓扭曲一個角度(當(dāng)然不會大到讓你很容易看得出來)剎車來令片外張力(剎車制動力)越大，則情形就越明顯，因此，一般大型車輛還是使用鼓式剎車，除了成本較低外，大型車與小型車的鼓剎，差別可能只有大型采氣動輔助，而小型車采真空輔助來幫助剎車。 成本較低：鼓式剎車制造技術(shù)層次較低，也是最先用于剎車系統(tǒng)，因此制造成本要比碟式剎車低凸輪式制動器。目前，所有國產(chǎn)汽車及部分外國汽車的氣壓制動系統(tǒng)中，都采用凸輪促動的車輪制動器，而且大多設(shè)計成領(lǐng)從蹄式。中重型貨車因為噸位的原因制動力的力量也必須要大，所以用氣壓（就是鼓式剎車）的方式制動，如果使用碟式制動，需要把碟做成相當(dāng)大的直徑，而使用鼓式制動，只需要加深鼓的深度就可以了，直徑可以不太大，所以安裝起來比較方便。所以在本設(shè)計中選用的是鼓式凸輪制動器。2.4 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)方案選擇制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)將來自駕駛員或其他力源的力傳給制動器，使之產(chǎn)生制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三大類。而力的傳遞方式又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別，如下表：表2-1制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動力源力的傳遞方式用途型式制動力源工作介質(zhì)型式工作介質(zhì)簡單制動系（人力制動系）司機(jī)體力機(jī)械式桿系或鋼絲繩僅用于駐車制動液壓式制動液部分微型汽車的行車制動動力制動系氣壓動力制動系發(fā)動機(jī)動力空氣氣壓式空氣中，重型汽車的行車制動氣壓-液壓式空氣，制動液液壓動力制動系制動液液壓式制動液私服制動系真空伺服制動系司機(jī)體力與發(fā)動機(jī)動力空氣液壓式制動液轎車，微，輕，中型汽車的行車制動氣壓伺服制動系空氣液壓伺服制動系制動液人力制動系統(tǒng)是簡單制動單靠駕駛員施加的踏板力或手柄力作為制動力源，人力制動。其又分為機(jī)械式和液壓式兩種機(jī)構(gòu)形式。機(jī)械式完全靠桿系傳力，由于機(jī)械效率低，傳動比小，潤滑點(diǎn)多，且難以保證前、后軸制動力的正確比例和左、右輪制動力的均衡，所以在汽車的行車制動裝置中已被淘汰。但因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠，主要用在駐車制動。液壓式簡單制動系（通常簡稱為液壓制動系）用于行車制動裝置。液壓制動的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯i后時間短(0.10.3s)，工作壓力高(可達(dá)1012MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機(jī)構(gòu)或制動塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低；機(jī)械效率高。液壓制動的主要缺點(diǎn)是：過度受熱后，部分制動液汽化，在管路中形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”，使制動效能減低甚至失效，而當(dāng)氣溫過低時（-25C和更低時），由于制動液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時，使整個系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓制動曾被廣泛應(yīng)用于乘用車和總質(zhì)量不大的商用車。伺服制動的制動能源是人力和發(fā)動機(jī)并用。在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動力伺服系統(tǒng)失效時，仍可全由人力驅(qū)動液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動力（即由伺服制動轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆χ苿樱?。因此，在中級以上的轎車及輕，中型客，貨汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。按伺服系統(tǒng)能源的不同，可分為真空伺服制動系、氣壓伺服制動系和液壓伺服制動系。其伺服能源分別為真空能（負(fù)氣壓能），氣壓能和液壓能。真空伺服制動系是利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門后的真空度(負(fù)壓，一般可達(dá)0.050.07 MPa)作動力源，一般的柴油車若采用真空伺服制動系時，則需有專門的真空源由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動系是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動力源，伺服氣壓一般可達(dá)0.60.7 MPa。故在輸出力相等時，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動系中，如果伺服系統(tǒng)也是分立式的，則氣壓伺服比真空伺服更適宜，因此后者難于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。真空私服制動系多用于總質(zhì)量在1.1t-1.35t以上的轎車及裝載質(zhì)量在6t以下的輕，中型載貨汽車上，氣壓伺服制動系則廣泛用于裝載質(zhì)量為612t的商用車，以及少數(shù)幾種排量在4.0L以上的乘用車。全液壓動力制動系是用發(fā)動機(jī)驅(qū)動油泵產(chǎn)生的液壓作為制動力源。其制動系的液壓系統(tǒng)與動力轉(zhuǎn)向的液壓系統(tǒng)相同，也有開式（常流式）和閉式（常壓式）兩種。開式（常流式）系統(tǒng)在不制動時，制動液在無負(fù)荷狀況下由油泵經(jīng)制動閥到儲液罐不斷地循環(huán)流動，制動時則借助于閥的節(jié)流而產(chǎn)生所需的液壓進(jìn)入輪缸。閉式（常壓式）回路因平時保持著高液壓，故又稱常壓式。它對制動操縱的反應(yīng)比開式的快，但對回路的密封要求較高。當(dāng)油泵出故障時，開式的將立即補(bǔ)氣之動作用，而閉式的還有可能利用回路中的蓄能器的液壓繼續(xù)進(jìn)行若干次制動。故目前汽車用的全液壓動力制動系多用閉式（常壓式）的。全液壓動力制動系除具有一般液壓制動系統(tǒng)的有點(diǎn)外，還具有操縱輕便，制動反應(yīng)快，制動能力強(qiáng)，受氣阻影響較小，易于采用制動力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動力轉(zhuǎn)向，液壓懸架，舉升機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備共用液壓泵和儲油罐等優(yōu)點(diǎn)。但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，精密件多，對系統(tǒng)的封閉性要求也較高，故并未得到廣泛應(yīng)用。各種形式的動力制動在動力系統(tǒng)失效時，制動作用即全部喪失。氣壓制動系統(tǒng)是發(fā)展最早的一種動力制動系統(tǒng)。其供能裝置和傳動裝置全部是氣壓式的。其控制裝置大多數(shù)是由制動踏板機(jī)構(gòu)和制動閥等氣壓控制原件組成，也有的在踏板機(jī)構(gòu)和制動閥之間還串聯(lián)有液壓式操縱傳動裝置。氣壓制動由于可獲得較大的制動驅(qū)動力且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動驅(qū)動系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡單聯(lián)接和斷開都很方便,因此廣泛用于總質(zhì)量為8t以上尤其是15t以上的載貨汽車,越野汽車和客車上.但氣壓制動系必須采用空氣壓縮機(jī),貯氣罐,制動閥等裝置,使結(jié)構(gòu)復(fù)雜,笨重,輪廓尺寸大,造價高;管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢,作用滯后時間較長(0.30.9s),因此在制動閥到制動氣室和貯氣罐的距離較遠(yuǎn)時有必要加設(shè)氣動的第二級控制元件繼動閥(即加速閥)以及快放閥;管路工作壓力較低(一般為0.50.7MPa),因而制動氣室的直徑大,只能置于制動器之外,再通過桿件及凸輪或楔塊驅(qū)動制動蹄,使非簧載質(zhì)量增大;另外,制動氣室排氣時也有較大噪聲。汽車在行駛過程中駕駛員要經(jīng)常使用制動器，為了減輕駕駛員的工作強(qiáng)度，目前汽車基本上都采用了伺服制動系統(tǒng)或動力制動系統(tǒng)。載重汽車一般均采用動力制動系統(tǒng)。在本設(shè)計中選用的是氣壓制動系統(tǒng)。 第三章 制動過程的動力學(xué)參數(shù)計算3.1制動過程車輪所受的制動力汽車受到與行駛方向相反的外力時，才能從一定的速度制動到較小的車速或直至停車。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動力。地面制動力越大，制動距離也越短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響。下面分析一個車輪在制動時的受力情況。3.1.1地面制動力假設(shè)滾動阻力偶矩、車輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車輪在平直良好路面上制動時的受力情況如圖3-1所示。圖3-1 車輪制動時受力簡圖是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑動時的摩擦力矩，單位為；是地面制動力，單位為N；為車輪垂直載荷、為車軸對車輪的推力、為地面對車輪的法向反作用力，它們的單位均為N。顯然，從力矩平衡得到 （3-1）式中，為車輪的有效半徑（m）。地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，但地面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一個是制動器內(nèi)制動摩擦片與制動鼓或制動盤間的摩擦力，一個是輪胎與地面間的摩擦力附著力。3.1.2制動器制動力在輪胎周緣為了克服制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力，以符號表示，顯然 （3-2）式中：是車輪制動器摩擦副的摩擦力矩。制動器制動力是由制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車輪半徑以及踏板力有關(guān)。圖3-2給出了地面制動力、車輪制動力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動踏板時，首先消除制動系間隙后，制動器制動力開始增加。開始時踏板力較小，制動器制動力也較小，地面制動力足以克服制動器制動力，而使得車輪滾動。此時，=，在此處鍵入公式。且隨踏板力增加成線性增加。圖3-2 地面制動力、車輪制動力及附著力之間的關(guān)系但是地面制動力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動力，即: （3-3） （3-4）當(dāng)制動踏板力上升到一定值時，地面制動力達(dá)到最大地面制動力=,車輪開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動踏板力以及制動管路壓力的繼續(xù)升高，制動器制動力繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動力不再增加。上述分析表明，汽車地面制動力取決于制動器制動力，同時又受到地面附著力的閑置。只有當(dāng)制動器制動力足夠大，而且地面又能夠提供足夠大的附著力，才能獲得足夠大的地面制動力。3.1.3地面對前、后車輪的法向反作用力圖3-3所示為，忽略汽車的滾動阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動時的受力情況。圖 3-3 制動時的汽車受力圖因為制動時車速較低，空氣阻力可忽略不計，則分別對汽車前后輪接地點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力、為 （3-5）式中：，為制動強(qiáng)度，汽車所受重力； 汽車軸距；汽車質(zhì)心離前軸距離；汽車質(zhì)心離后軸距離； 為汽車質(zhì)心高度（滿載時=800mm）；重力加速度；若在附著系數(shù)為的路面上制動，前、后輪都抱死（無論是同時抱死或分別先后抱死），此時。地面作用于前、后輪的法向反作用力為 （3-6）式（3-5）、（3-6）均為直線方程，由上式可見，當(dāng)制動強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時，前后軸車輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。3.1.4理想的前、后制動器制動力分配曲線汽車總的地面制動力為： (3-7)式中：制動強(qiáng)度；前軸車輪的地面制動力；后軸車輪的地面制動力。由式（3-5）、式（3-6）求得前、后軸車輪附著力： （3-8）前已指出，制動時前、后車輪同時抱死，對附著條件的利用，制動時汽車的方向穩(wěn)定性均較為有利。此時的前、后輪制動器制動力和的關(guān)系曲線，常稱為理想的前、后輪制動器制動力分配曲線。在任何附著系數(shù)的路面上，前、后輪制動器制動力分別等于各自的附著力，即：將（3-7）式代入上式，得 （3-9）式中：前軸車輪的制動器制動力，；后軸車輪的制動器制動力，；前軸車輪的地面制動力；后軸車輪的地面制動力；，地面對前、后軸車輪的法向反力； 汽車的重力；，汽車質(zhì)心離前、后軸距離； 汽車質(zhì)心高度。消去變量，得 （3-10）如已知汽車軸距、質(zhì)心高度、總質(zhì)量、質(zhì)心的位置 (質(zhì)心至后軸的距離)，就可用式（3-10）繪制前、后制動器制動力的理想分配關(guān)系曲線，簡稱I曲線。圖3-4就是根據(jù)式（3-10）繪制的汽車在空載和滿載兩種工況的I曲線。圖3-4 I曲線示意圖根據(jù)方程組（3-30）的兩個方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（0.1,0.2,0.3,1.0）,每個值代入方程組（3-30），就具有一個交點(diǎn)的兩條直線，變化值，取得一組交點(diǎn)，連接這些交點(diǎn)就制成I曲線，見圖3-5。圖3-5 理想的前、后制動器制動力分配曲線I曲線時踏板力增長到使前、后車輪制動器同時抱死時前、后制動器制動力的理想分配曲線。前、后車輪同時抱死時，所以I曲線也是前、后車輪同時抱死時，和的關(guān)系曲線。在本設(shè)計中，重型貨車在滿載時的基本數(shù)據(jù)如下：汽車的重力G=6800kg.軸距L=3650mm，質(zhì)心距前軸a=2490mm,質(zhì)心距后軸b=1160mm.地面附著系數(shù)。將以上數(shù)據(jù)代入（3-6）（3-9），得,=3204.38N，=3595.02N。（5）具有固定比值的前、后制動器制動力兩軸汽車的前、后制動器制動力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動器制動力對汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，即制動器制動力分配系數(shù)，它可表示為 （3-11）式中，為前制動器制動力；為汽車總制動器制動力，為后輪制動器制動力。故，且 （3-12）若用表示，則其為一條直線，此直線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為它是實際前、后制動器制動力實際分配線，簡稱為線。如圖3-6所示。圖3-6載貨汽車的I曲線和曲線3.2制動距離與制動減速度計算3.2.1制動距離與制動減速度制動距離與汽車的行駛安全有直接關(guān)系，它指的是汽車速度為時，從駕駛員開始操控制動控制裝置到汽車完全停住為止所駛過的距離。制動距離與制動踏板力、路面附著條件、車輛載荷、發(fā)動機(jī)是否結(jié)合等許多因素有關(guān)。由于各種汽車的動力性不同，對制動效能也提出了不同的要求：一般轎車、輕型貨車行駛車速高，所以要求制動效能也高；重型貨車行駛速度低，要求就稍微低一點(diǎn)。制動減速度是制動時車速對時間的導(dǎo)數(shù)，即。它反映了地面制動力的大小，因此與制動器制動力及附著力有關(guān)。在不同的路面上，由于地面制動力為故汽車能達(dá)到的減速度（m/s）為若允許汽車的前、后輪同時抱死，則式中：汽車所受重力，N；滑動附著系數(shù)；（=0.7）重力加速度， m/s；制動初速度，m/s；代入數(shù)據(jù)得到 3.2.2制動距離的分析 （3-13）式中：制動機(jī)構(gòu)滯后時間，單位s；（0.2s0.45s，計算時取0.3s）制動器制動力增長過程所需的時間，單位s；（一般為0.2s）制動器的作用時間，一般在0.2s0.9s之間；制動初速度，m/s；計算時總質(zhì)量10t以上的汽車取=65km/h=18.1m/s；代入數(shù)據(jù)得： s綜合國外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)：進(jìn)行制動效能試驗時的制動減速度，載貨汽車應(yīng)為3.46.5 m/s；相應(yīng)的最大制動距離：貨車為，式中第一項為反應(yīng)距離；第二項為制動距離，單位為m；單位為m/s。代入數(shù)據(jù)得：6.62m顯然，故本設(shè)計符合要求。3.3同步附著系數(shù)與附著系數(shù)利用率計算由式(3-12)可表達(dá)為 (3-14)上式在圖 3-3中是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線，是汽車實際前、后制動器制動力分配線，簡稱線。圖3-6中線與I曲線交于B點(diǎn)， B點(diǎn)處的附著系數(shù)=,則稱為同步附著系數(shù)。同步附著系數(shù)的計算公式是： （3-15）對于前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后車輪制動器才會同時抱死。當(dāng)汽車在不同值的路面上制動時，可能有以下情況： (1)當(dāng)，線位于I曲線上方，制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。(3)當(dāng)，制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。將以下數(shù)據(jù)汽車的重力G=6800kg.軸距L=3650mm，質(zhì)心距前軸a=2490mm,質(zhì)心距后軸b=1160mm.地面附著系數(shù)。代入式（3-15），得把值代入式(3-12)得：tan=1.168；=49.43為了防止汽車的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時的制動減速度，為該車可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時，其制動減速度為g，即=，為制動強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時的制動強(qiáng)度，這表明只有在=的路面上，地面的附著條件才得到充分利用。附著條件的利用情況用附著系數(shù)利用率(附著力利用率)表示： (3-16)式中：汽車總的地面制動力；G汽車所受重力；制動強(qiáng)度。當(dāng)=時，=，=1,利用率最高。取=1，則=0.7在的范圍內(nèi)，必須滿足0.1+0.85(-0.2)。本設(shè)計中，（滿足要求）根據(jù)所定的同步附著系數(shù)，由式（3-9）及式（3-12）得 （3-17） （3-18）進(jìn)而求得 （3-19） （3-20）當(dāng)=時：，故，=；=1當(dāng)時：可能得到的最大總制動力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（3-6）、式（3-7）、式（3-12）和式（3-14）得 （3-24） （3-25） （3-26）本設(shè)計中汽車的值恒定，其值小于可能遇到的最大附著系數(shù)，使其在常遇附著系數(shù)范圍內(nèi)不致過低。在的良好路面上緊急制動時，總是后輪先抱死。3.4制動器的最大制動力矩為保證汽車有良好的制動效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前，后輪制動器的制動力矩。最大制動力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時制動力與地面作用于車輪的法向力,成正比。由式(3-10)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時被充分利用或前、后輪同時抱死時的制動力之比為 （3-27）式中：,汽車質(zhì)心離前、后軸距離；同步附著系數(shù)；汽車質(zhì)心高度。制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即 （3-28）式中：前軸制動器的制動力，；后軸制動器的制動力，；作用于前軸車輪上的地面法向反力；作用于后軸車輪上的地面法向反力；車輪有效半徑。對于常遇的道路條件較差，車速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動到后軸和前軸先后抱死滑移（此時制動強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動器所能產(chǎn)生的最大制動力力矩為 （3-29） （3-30）對于選取較大值的汽車，從保證汽車制動時的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動力矩。當(dāng)時，相應(yīng)的極限制動強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸的最大制動力矩為 （3-31） （3-32）式中：該車所能遇到的最大附著系數(shù)；制動強(qiáng)度，由式確定；車輪有效半徑。本設(shè)計中，同步附著系數(shù)的值為0.85，所以應(yīng)用式（3-22）、（3-23）進(jìn)行計算。將以下數(shù)據(jù)汽車的重力G=6800N.軸距L=3650mm，質(zhì)心距前軸a=2490mm,質(zhì)心距后軸b=1160mm.地面附著系數(shù)。汽車車輪的有效半徑代入式（3-31）、（3-32）中，得 一個車輪制動器的最大制動力矩為上列計算結(jié)果的半值。第四章 制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計4.1 制動鼓內(nèi)徑D輸入力一定時，制動鼓內(nèi)徑越大，則制動力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。但的增大（圖4-1）受輪輞內(nèi)徑限制，制動鼓與輪輞之間應(yīng)保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于2030mm，否則不僅制動鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應(yīng)有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減少制動時的溫度。制動鼓的直徑小，剛度就大，并有利于保證制動鼓的加工精度。圖4-1 鼓式制動器主要幾何參數(shù)制動鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下：轎車 =0.64-0.74貨車 =0.70-0.83制動鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參考專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T3091999制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列。轎車制動鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小125mm-150mm，載貨汽車和客車的制動鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80mm-100mm，設(shè)計時亦可按輪輞直徑初步確定制動鼓內(nèi)徑（見表4-1）。表4-1 制動鼓最大內(nèi)徑輪輞直徑/in121314151620制動鼓最大內(nèi)徑/mm轎車180200240260-貨車、客車220240260300320420制動鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)符合QC/T 309-1999制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列的規(guī)定。由上述表格和輪胎標(biāo)準(zhǔn)初選制動鼓內(nèi)徑420mm4.2 摩擦襯片寬度b包角徑R既定后。摩擦襯片寬b和包角 便決定了襯片的摩擦面積A ，而A =Rb ，制動蹄各蹄總的摩擦面積 越大則單位壓力愈小從而磨損特性愈好。根據(jù)國外統(tǒng)計資料分析，單個車輪蹄式制動器總的襯片摩擦面積隨汽車總重而增加具體數(shù)如表4-2 摩擦襯片面積。表4-2 制動器襯片摩擦面積汽車類型汽車總質(zhì)量m/t單個制動器總的襯片摩擦面積/mm轎車0.9-1.51.5-2.5100-200200-300客車與貨車1.0-1.51.5-2.52.5-3.53.5-7.07.0-12.012.0-17.0120-200150-250(多為150-200)250-400300-650550-1000600-1500(多600-1200)由根據(jù)表4-2選取對于車總質(zhì)量m =12t-17t時，A =300-650cm 則b= A /R =200.6mm，根據(jù)ZBT2400589選取b=210mm制動鼓半徑R=D/2=420/2=210mm確定后，襯片的摩擦面積為A=Rb初選=100初選A=1200/2=600cm24.3 摩擦襯片起始角摩擦襯片起始角如圖4-1所示。通常是將摩擦襯片布置在制動蹄外緣得得中央。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點(diǎn)對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性。0=100-/2=100-100/2=504.4 制動器中心到張開力作用線的距離在滿足制動輪缸或凸輪能夠布置在制動鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高起制動效能，初步設(shè)計時可暫取左右。4.5 制動蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c應(yīng)在保證兩蹄支承端面不致相互干涉的條件下，使盡可能大而盡可能?。▓D5-1）。初步設(shè)計可取=0.8R左右。,取為40mm4.6 摩擦片摩擦系數(shù)選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。摩擦襯片的型號及性能如表4-3。表4-3內(nèi)張?zhí)闶街苿悠饕r片型號性能及用途產(chǎn)品規(guī)格摩擦系數(shù)硬度（HBS）適用范圍SY-11070.39-0.4520-50主要用于轎車等輕負(fù)荷車SY02040.36-0.4220-50主要用于中型載重汽車SY-90020.38-0.4320-50主要用于重型載貨汽車由表4-3選取SY-9002規(guī)格選取摩擦襯片摩擦系數(shù)為0.4第五章 鼓式制動器的設(shè)計計算5.1 駐車制動能力的計算汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖如圖5-1所示，由該圖可得出汽車上坡停駐時的后軸車輪的附著力為 (5-1)同理可求得汽車下坡停駐時后軸車輪的附著力為 (5-2)圖5-1汽車在上坡路上停駐時的受力簡圖根據(jù)后軸車輪附著力與制動力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐時的坡度極限傾角，即根據(jù) (5-3)求得汽車在上坡時可能停駐的極限上坡路傾角為 （5-4）汽車在下坡時可能停駐的極限下坡路傾角為 （5-5）一般要求各類汽車的最大停駐坡度不應(yīng)小于16%20%；汽車列車的最大停駐坡度約為12%左右。為了使汽車汽車能在接近于由上式確定的坡度傾角為的坡路上停駐，則應(yīng)使后軸上的駐車制動力矩接近于由所確定的極限值（此處不應(yīng)是因為的緣故，式中的為車輪的有效半徑），并保證在下坡路上能停駐的坡度不小于法規(guī)規(guī)定值。中央駐車制動器的制動力矩上限值為，為后驅(qū)動橋的主減速比。設(shè)計中，此重型貨車在上坡時可能停駐的極限上坡路傾角為重型貨車在上坡時可能停駐的極限下坡路傾角為5.2 中央制動器的計算設(shè)計中中央制動器選取帶式。帶式中央制動器曾作為中，重型汽車及拖拉機(jī)的應(yīng)急制動裝置和駐車制動裝置，裝在汽車變速器的第二軸上，其主要缺點(diǎn)是發(fā)生油污染（固裝在發(fā)動機(jī)及變速器之后），極低的熱容量以及需要大的支撐力等，故在現(xiàn)代汽車上很少采用。圖5-2帶式中央制動器的一般結(jié)構(gòu)對于圖5-2所示的帶式制動器，其平衡條件為 （5-6）式中：輸入力，N； ，制動帶力，N； 制動器尺寸，mm； 制動帶包角，（）； 摩擦系數(shù)； 鼓阻力，摩擦力，N。設(shè)計中取=200mm，=30mm，=60mm，=，=0.4，=1500N代入式（5-6）得,;對于簡單的帶式制動器（=0，=），直接作用在制動帶上的制動力或輸入力可由下式得出：如圖6-2所示的帶式制動器，制動鼓順時針旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的制動器因數(shù)為1.245.3 壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律除摩擦襯片因有彈性容易變形外，制動鼓、蹄片和支承也有變形，所以計算法向壓力在摩擦襯片上的分布規(guī)律比較困難。通常只考慮襯片徑向變形的影響，其他零件的影響較小而忽略不計。制動器摩擦材料的摩擦系數(shù)及所產(chǎn)生的摩擦力對制動器因數(shù)BF有很大的影響，掌握制動提摩擦面上的壓力分布規(guī)律，有助于正確分析制動器因數(shù)。但用解析方法方法精確計算沿蹄片長度方向的壓力分布規(guī)律比較困難，因為除了摩擦襯片有彈性容易變形外，制動鼓，制動蹄以及支承也會有彈性變形，但與摩擦襯片的變形量相比，則相對很小，故在通常的近似計算中只考慮襯片徑向變形的影響，其他零件變形的影響較小，可忽略不計，即通常作如下一些假設(shè)：（1）制動鼓，制動蹄為絕對剛性體（2）在外力作用下，變形僅發(fā)生在摩擦襯片上（3）壓力與變形符合虎克定律制動蹄有一個自由度和兩個自由度之分，本設(shè)計中前輪所采用的單向雙領(lǐng)蹄和后輪所用的領(lǐng)從蹄的蹄片均為繞支承銷轉(zhuǎn)動的蹄片，為一個自由度。下面分析具有一個自由度的緊蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律。如圖5-3（a）所示，制動蹄在張開力P作用下繞支承銷點(diǎn)轉(zhuǎn)動張開，設(shè)其轉(zhuǎn)角為，則蹄片上