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XXX大學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
HX7200制動(dòng)系設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：______________
學(xué) 號(hào)：______________
班 級(jí): ______________
專 業(yè)：______________
指導(dǎo)教師：______________
年4月
目 錄
目 錄 2
摘 要 4
Abstract 5
第1章 緒 論 6
1.1本課題研究背景 6
1.2制動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀 8
1.3本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容 9
第2章 制動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 10
2.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 10
2.2 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式的方案比較選擇 11
2.3 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng) 13
第3章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1 HX7200車的主要技術(shù)參數(shù) 16
3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及其選擇 16
3.2.1 同步附著系數(shù) 16
3.2.2 制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 18
3.3 制動(dòng)器因數(shù)和制動(dòng)蹄因數(shù) 21
3.4 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù) 21
3.4.1盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 21
3.5 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.5.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律 22
3.5.2 制動(dòng)器因數(shù)及摩擦力矩分析計(jì)算 25
3.5.3 制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩 27
3.6 摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 28
3.7 制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算 29
3.8駐車制動(dòng)計(jì)算 30
3.9 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32
3.9.1.制動(dòng)盤 32
3.9.2制動(dòng)鉗 32
3.9.3制動(dòng)塊 32
3.9.4 摩擦材料 32
3.9.5 制動(dòng)摩擦襯片 33
第4章 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
4.1 輪缸直徑與工作容積 33
4.1.1 盤式制動(dòng)器直徑與工作容積 34
4.2 制動(dòng)主缸直徑與工作容積 35
4.3 制動(dòng)輪缸活塞寬度與缸筒的壁厚 35
4.3.1 盤式制動(dòng)輪缸活塞寬度與缸筒壁厚 35
4.3.2 盤式制動(dòng)器活塞寬度與缸筒壁厚 36
4.7 真空助力器 36
4.7.1 真空助力器的選擇 36
4.8 制動(dòng)液的選擇與使用 38
4.9 制動(dòng)力分配的調(diào)節(jié)裝置 38
4.9.1 感載比例閥 38
第5章 結(jié) 論 39
參考文獻(xiàn) 40
致 謝 41
摘 要
國內(nèi)汽車市場迅速發(fā)展，隨著汽車保有量的增加，帶來的安全問題也越來越引起人們的注意，而制動(dòng)系統(tǒng)則是汽車主動(dòng)安全的重要系統(tǒng)之一。因此，如何開發(fā)出高性能的制動(dòng)系統(tǒng)，為安全行駛提供保障是我們要解決的主要問題。另外，隨著汽車市場競爭的加劇，如何縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)效率，降低成本等，提高產(chǎn)品的市場競爭力，已經(jīng)成為企業(yè)成功的關(guān)鍵。
本說明書主要根據(jù)已有的HX7200車輛的數(shù)據(jù)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先介紹了汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展、結(jié)構(gòu)、分類，并通過對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。采用液壓雙回路盤式制動(dòng)器。對(duì)主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：汽車制動(dòng)系統(tǒng)；盤式制動(dòng)器；液壓
Abstract
The rapid development of the domestic auto market, with the increase in car ownership, and security problems are more and more attention, and the brake system is an important system of vehicle active safety. Therefore, how to design a high-performance braking system, to provide protection for safe driving is the main problem we must solve. In addition, with the auto market competition, how to shorten the product development cycle, improve the design efficiency, reduce the cost, improve the market competitiveness of products, has become the key to business success.
This paper mainly based on the braking system design of HX7200 vehicle existing data. It first introduces the development of automobile brake system, the structure, classification, and the structure of the disc brake and the advantages and disadvantages are analyzed. Hydraulic dual circuit brake disc. The main components of the design.
Keywords: automobile brake disc brake; hydraulic system;
第1章 緒 論
1.1本課題研究背景
汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運(yùn)輸工具。汽車制動(dòng)系是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng)，它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置。而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，人們對(duì)安全性、可靠性要求越來越高，為保證人身和車輛的安全，必須為汽車配備十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng)。汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。自從汽車誕生之日起，汽車的制動(dòng)性就顯得至關(guān)重要；并且隨著汽車技術(shù)的發(fā)展和汽車行駛車速的提高，其重要性也顯得越來越明顯。制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制動(dòng)距離太長、緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)。
汽車制動(dòng)性就是指汽車行駛時(shí)能在短距離內(nèi)停車并且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時(shí)能維持一定車速的能力，以及汽車在一定坡道上能長時(shí)間停車不動(dòng)的駐車制動(dòng)器性能。汽車的制動(dòng)性主要由制動(dòng)效能、制動(dòng)效能的恒定性和制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性三方面來評(píng)價(jià)。
1、 制動(dòng)效能：
即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度，是指在良好路面上，汽車以一定初速制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度，是制動(dòng)性能最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離與汽車的行駛安全有直接的關(guān)系，它指的是汽車空檔時(shí)以一定初速，從駕駛員踩著制動(dòng)踏板開始到汽車停止為止所駛過的距離。制動(dòng)距離與制動(dòng)踏板力以及路面附著條件有關(guān)。制動(dòng)減速度反映了地面制動(dòng)力，因此它與制動(dòng)器制動(dòng)力（車輪滾動(dòng)時(shí)）及附著力（車輪抱死拖滑時(shí)）有關(guān)。由于各種汽車動(dòng)力性不同，對(duì)制動(dòng)效能的要求也就不同：一般轎車、輕型貨車的行駛速度高，所以要求其制動(dòng)效能也高；而重型貨車行駛速度相對(duì)較低，其制動(dòng)效能的要求也就稍低一些。
2、 制動(dòng)效能的恒定性：
制動(dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，汽車在繁重的工作條件下制動(dòng)時(shí)（例如下長坡長時(shí)間、連續(xù)制動(dòng)）或高速制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器溫度常在300°C以上，有時(shí)甚至達(dá)到600-700°C，制動(dòng)器溫度上升后，摩擦力矩將顯著下降，這種現(xiàn)象就稱為制動(dòng)器的熱衰退。所以制動(dòng)器溫度升高后，能否保持在冷狀態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題。汽車在高速行駛或下長坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度，稱為抗熱衰退性能。制動(dòng)器抗熱衰退性能一般用一系列連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能的保持程度來衡量。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)草案ISO／DIS6597，要求以一定車速連續(xù)制動(dòng)15次，每次的制動(dòng)強(qiáng)度為3m／s2，最后的制動(dòng)效能應(yīng)不低于規(guī)定的冷試驗(yàn)制動(dòng)效能（5.8m／s2）的60％（在制動(dòng)踏板力相同的條件下）。制動(dòng)器抗熱衰退性能與制動(dòng)器材料和制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。
此外，汽車在涉水行駛后，制動(dòng)器還存在水衰退的問題。當(dāng)汽車涉水時(shí)，水進(jìn)入制動(dòng)器，短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)效能的降低稱為水衰退。汽車應(yīng)該在短時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)原有的制動(dòng)效能。
3、制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性：
即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。制動(dòng)過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力而使汽車失去控制離開原來的行駛方向，甚至發(fā)生撞入對(duì)方車輛行駛軌道、下溝、滑下山坡的危險(xiǎn)情況。一般把汽車在制動(dòng)過程中維持直線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性。制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性合格的車輛在試驗(yàn)過程中不允許產(chǎn)生不可控制的效應(yīng)使它離開一定寬度的試驗(yàn)通道。
制動(dòng)時(shí)汽車自動(dòng)向左或向右偏駛稱為“制動(dòng)跑偏”。造成汽車制動(dòng)時(shí)跑偏的原因有兩個(gè)：一是汽車左、右車輪，特別是前軸左、右車輪（轉(zhuǎn)向輪）制動(dòng)器動(dòng)力不相等；二是制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)（互相干涉）。其中第一個(gè)原因是制造、調(diào)整誤差造成的，汽車究竟向左還是向右跑偏，要根據(jù)具體的情況而定；而第二個(gè)原因是設(shè)計(jì)造成的，制動(dòng)時(shí)汽車總是向左（或向右）一方跑偏。側(cè)滑是指制動(dòng)時(shí)汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動(dòng)。其中最危險(xiǎn)的情況是在告訴制動(dòng)時(shí)發(fā)生后軸側(cè)滑，此時(shí)汽車常發(fā)生不規(guī)則的急劇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而失去控制，嚴(yán)重時(shí)甚至可使汽車調(diào)頭。 前輪失去轉(zhuǎn)向能力是指汽車的彎道制動(dòng)時(shí)，汽車不再按原來彎道行駛而是沿彎道切線方向駛出，和直線行駛制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤汽車仍按直線方向行駛的現(xiàn)象。
側(cè)滑和跑偏是有聯(lián)系的，嚴(yán)重的跑偏會(huì)引起后軸側(cè)滑，而易于發(fā)生側(cè)滑的汽車也有加劇跑偏的趨勢。失去轉(zhuǎn)向能力和后軸側(cè)滑也是有聯(lián)系的，一般汽車如果后軸不會(huì)側(cè)滑，前輪就可能失去轉(zhuǎn)向能力；后軸側(cè)滑，則前輪常仍有轉(zhuǎn)向能力。由實(shí)驗(yàn)和理論分析得出一個(gè)結(jié)論，制動(dòng)時(shí)若后軸車輪比前軸車輪先抱死拖滑，就可能出現(xiàn)后軸側(cè)滑；若能使前、后軸車輪同時(shí)抱死或前軸車輪先抱死、后軸車輪抱死或不抱死，則能防止后軸側(cè)滑。不過若前軸車輪抱死，汽車將失去轉(zhuǎn)向能力。
制動(dòng)跑偏、側(cè)滑和前輪失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的重要原因。一些國家對(duì)交通事故的統(tǒng)計(jì)表明，發(fā)生人身傷亡的交通事故中，在潮濕路面上約有1／3與側(cè)滑有關(guān)；在冰雪路面上有70％-80％與側(cè)滑有關(guān)。而根據(jù)對(duì)側(cè)滑事故的分析，發(fā)現(xiàn)有50％是由制動(dòng)引起的。因此，從保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性的角度出發(fā)，首先不能出現(xiàn)只有后軸車輪抱死或后軸車輪比前軸車輪先抱死的情況，以防止危險(xiǎn)的后軸側(cè)滑?鴉其次，應(yīng)盡量少出現(xiàn)只有前軸車輪抱死或前、后軸車輪都抱死的情況，以維持汽車的轉(zhuǎn)向能力。最理想的情況是，防止任何車輪抱死，前、后車輪都處于滾動(dòng)的狀態(tài)，這樣就可以確保制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。因此，各國都制訂了一些規(guī)范來對(duì)汽車制動(dòng)器的制動(dòng)性提出要求。
1.2制動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀
制動(dòng)器有兩種型式：盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器。前面提到，制動(dòng)過程是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)化為熱能，而高溫會(huì)使制動(dòng)器出現(xiàn)熱衰退現(xiàn)象，因此，制動(dòng)器的散熱能力至關(guān)重要。 鼓式制動(dòng)器是最早的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動(dòng)過程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降，因此在近三十年中，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)類轎車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵）、回位彈簧、定位銷等零部件組成。底板安裝在車軸的固定位置上，它是固定不動(dòng)的，上面裝有制動(dòng)蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷，承受制動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓有一對(duì)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上有摩擦襯片。制動(dòng)鼓則是安裝在輪轂上，是隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)壓迫制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓受到摩擦減速，迫使車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 盤式制動(dòng)器又稱為碟式制動(dòng)器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤用合金鋼制造并固定在車輪上，隨車輪轉(zhuǎn)動(dòng)；分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)；制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來就好像用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤子，迫使它停下來一樣（圖四）。這種制動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，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，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車停下。有些盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤上還開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。當(dāng)然盤式制動(dòng)器也有自己的缺陷。例如對(duì)制動(dòng)器和制動(dòng)管路的制造要求較高，摩擦片的耗損量較大，成本貴，而且由于摩擦片的面積小，相對(duì)摩擦的工作面也較小，需要的制動(dòng)液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用，所以只能適用于輕型車上。
車輛在行駛過程中要頻繁進(jìn)行制動(dòng)操作，由于制動(dòng)性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全，因此制動(dòng)性能是車輛非常重要的性能之一，改善汽車的制動(dòng)性能始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí)，由于車輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車的速度逐漸減小至零，對(duì)這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動(dòng)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)，因此制動(dòng)過程受力情況分析是車輛試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，由于這一過程較為復(fù)雜，因此一般在實(shí)際中只能建立簡化模型分析，通常人們主要從三個(gè)方面來對(duì)制動(dòng)過程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)：
（1）制動(dòng)效能:即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度；
（2）制動(dòng)效能的恒定性：即抗熱衰退性；
（3）制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性；
目前，對(duì)于整車制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺(tái)架進(jìn)行，由于在汽車道路試驗(yàn)中車輪扭矩不易測量，因此，多數(shù)有關(guān)傳動(dòng)系!制動(dòng)系的試驗(yàn)均通過間接測量來進(jìn)行汽車在道路上行駛，其車輪與地面的作用力是汽車運(yùn)動(dòng)變化的根據(jù)，在汽車道路試驗(yàn)中，如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化，則可為汽車整車制動(dòng)系統(tǒng)性能研究提供更全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和性能評(píng)價(jià)。
1.3本課題的設(shè)計(jì)內(nèi)容
制定出制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，確定制動(dòng)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)：已知HX7200的發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率107/6400KW/rpm，最大扭矩178/4800Nm/rpm。為HX7200設(shè)計(jì)制動(dòng)系，完成其總裝配圖、部分零件圖和分總成圖；
第2章 制動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
汽車制動(dòng)系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，主要涉及制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式選擇，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇，制動(dòng)管路布置結(jié)構(gòu)型式的選擇等三個(gè)方面。本章將就這三個(gè)方面的問題進(jìn)行分析論證。
2.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇
車輪制動(dòng)器主要用于行車制動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也兼作駐車制動(dòng)之用。制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式、和電磁式等三種形式。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用車上用作車輪制動(dòng)器或緩速器；液力式制動(dòng)器一般只用緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器[2]。
摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)不同，可以分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式只用于中央制動(dòng)器；鼓式和盤式應(yīng)用最為廣泛。鼓式制動(dòng)器廣泛應(yīng)用于商用車，同時(shí)鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。
鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是一對(duì)帶有摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者又安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則又緊固于前梁或后橋殼的凸緣上(對(duì)車輪制動(dòng)器)或變速器殼或與其相固定的支架上(對(duì)中央制動(dòng)器)；其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為固定在輪轂上或變速器第二軸后端的制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶；其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外圓柱表面和制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對(duì)摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱為帶式制動(dòng)器?，F(xiàn)外束型鼓式制動(dòng)器主要用于中央制動(dòng)器的設(shè)計(jì)。
相對(duì)于鼓式制動(dòng)器盤式制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）熱穩(wěn)定性好；
（2）水穩(wěn)定性好；
（3）制動(dòng)穩(wěn)定性好；
（4）制動(dòng)力矩與汽車前進(jìn)和后退等行駛狀態(tài)無關(guān)；
（5）在輸出同樣大小的制動(dòng)力矩的條件下，盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)尺寸和質(zhì)量比鼓式制動(dòng)器的要小；
（6）盤式制動(dòng)器的摩擦襯塊比鼓式制動(dòng)器的摩擦襯片在磨損后更易更換，結(jié)構(gòu)也比較簡單，維修、保養(yǎng)容易；
（7）制動(dòng)盤與摩擦襯塊間的間隙小，一次縮短了油缸活塞的操作時(shí)間，并使驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力傳動(dòng)比有增大的可能；
（8）制動(dòng)盤的熱膨脹量不會(huì)像制動(dòng)鼓熱膨脹那樣引起制動(dòng)踏板行程損失，這也使得間隙自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以簡化；
（9）易于構(gòu)成多回路制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使系統(tǒng)有較好的可靠性與安全性，以保證汽車在任何車速下各車輪都能均勻一致地平穩(wěn)制動(dòng)；
（10）能方便地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器磨損報(bào)警，能及時(shí)地更換摩擦襯片。
輕型商用車總質(zhì)量較小，因此采用結(jié)構(gòu)簡單，成本低的領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器。
按摩擦副中的固定摩擦元件的結(jié)構(gòu)來分，盤式制動(dòng)器分為鉗盤制動(dòng)器和全盤制動(dòng)器兩大類。
全盤制動(dòng)器的固定摩擦元件和旋轉(zhuǎn)元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦便面全部接觸。這種制動(dòng)器的散熱性差，為此，多采用油冷式，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
前盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式可分為固定鉗盤和浮動(dòng)鉗盤兩種。其中浮動(dòng)前盤式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤的一側(cè)裝油缸，其結(jié)構(gòu)簡單，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)一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊客兼用于行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)。因此作為輕型商用車前制動(dòng)器采用浮動(dòng)前盤式制動(dòng)器。
2.2 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式的方案比較選擇
根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)以及伺服制動(dòng)三大類型。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，如表2.1所示。
表2.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式
制動(dòng)力源
力的傳遞方式
用途
型式
制動(dòng)力源
工作介質(zhì)
型式
工作介質(zhì)
簡單制動(dòng)系
（人力制動(dòng)系）
司機(jī)體力
機(jī)械式
桿系或鋼絲繩
僅限于駐車制動(dòng)
液壓式
制動(dòng)液
部分微型汽車的行車制動(dòng)
動(dòng)力制動(dòng)系
氣壓動(dòng)力
制動(dòng)系
發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力
空氣
氣壓式
空氣
中、重型汽車的行車制動(dòng)
氣壓-液壓式
空氣、制動(dòng)液
液壓動(dòng)力
制動(dòng)系
制動(dòng)液
液壓式
制動(dòng)液
伺服制動(dòng)系
真空伺服
制動(dòng)系
司機(jī)體力與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力
空氣
液壓式
制動(dòng)液
轎車，微、輕、中型汽車的行車制動(dòng)
氣壓
制動(dòng)系
空氣
液壓伺服
制動(dòng)系
制動(dòng)液
簡單制動(dòng)單靠駕駛員施加的踏板力或手柄力作為制動(dòng)力源，故亦稱人力制動(dòng)。其中，又分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式完全靠桿系傳力，由于其機(jī)械效率低，傳動(dòng)比小，潤滑點(diǎn)多，且難以保證前、后軸制動(dòng)力的正確比例和左、右輪制動(dòng)力的均衡，所以在汽車的行車制動(dòng)裝置中已被淘汰。但因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠(故障少)，還廣泛地應(yīng)用于中、小型汽車的駐車制動(dòng)裝置中[2]。
液壓式簡單制動(dòng)(通常簡稱為液壓制動(dòng))用于行車制動(dòng)裝置。液壓制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間較短(0.1～0.3s)；工作壓力高(可達(dá)10～20MPa)，因而輪缸尺寸小，可以安裝在制動(dòng)器內(nèi)部，直接作為制動(dòng)蹄的張開機(jī)構(gòu)(或制動(dòng)塊的壓緊機(jī)構(gòu))，而不需要制動(dòng)臂等傳動(dòng)件，使之結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量??；機(jī)械效率較高(液壓系統(tǒng)有自潤滑作用)。液壓制動(dòng)的主要缺點(diǎn)是過度受熱后，部分制動(dòng)液汽化，在管路中形成氣泡，嚴(yán)重影響液壓傳輸，使制動(dòng)系效能降低，甚至完全失效。液壓制動(dòng)曾廣泛應(yīng)用在轎車、輕型貨車及一部分中型貨車上[２]。
動(dòng)力制動(dòng)即利用發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成，并表現(xiàn)為氣壓或液壓形式的勢能作為汽車制動(dòng)的全部力源。駕駛員施加于踏板或手柄上的力，僅用于回路中控制元件的操縱。因此，簡單制動(dòng)中的踏板力和踏板行程之間的反比例關(guān)系，在動(dòng)力制動(dòng)中便不復(fù)存在，從而可使踏板力較小，同時(shí)又有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐獭?
氣壓制動(dòng)是應(yīng)用最多的動(dòng)力制動(dòng)之一。其主要優(yōu)點(diǎn)為操縱輕便、工作可靠、不易出故障、維修保養(yǎng)方便；此外，其氣源除供制動(dòng)用外，還可以供其它裝置使用。其主要缺點(diǎn)是必須有空氣壓縮機(jī)、貯氣筒、制動(dòng)閥等裝置，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、成本高；管路中壓力的建立和撤除都較慢，即作用滯后時(shí)間較長(0.3s～0.9s)，因而增加了空駛距離和停車距離，為此在制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和貯氣筒的距離過遠(yuǎn)的情況下，有必要加設(shè)氣動(dòng)的第二級(jí)元件——繼動(dòng)閥(亦稱加速閥)以及快放閥；管路工作壓力低，一般為0.5MPa～0.7MPa，因而制動(dòng)氣室的直徑必須設(shè)計(jì)得大些，且只能置于制動(dòng)器外部，再通過桿件和凸輪或楔塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，這就增加了簧下質(zhì)量；制動(dòng)氣室排氣有很大噪聲。氣壓制動(dòng)在總質(zhì)量8t以上的貨車和客車上得到廣泛應(yīng)用。由于主、掛車的摘和掛都很方便，所以汽車列車也多用氣壓制動(dòng)[３]。
用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動(dòng)系統(tǒng)主缸的驅(qū)動(dòng)力源而構(gòu)成的氣頂液制動(dòng)，也是動(dòng)力制動(dòng)。它兼有液壓制動(dòng)和氣壓制動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)，因氣壓系統(tǒng)管路短，作用滯后時(shí)間也較短。但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、成本高，所以主要用在重型汽車上。
全液壓動(dòng)力制動(dòng)，用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵產(chǎn)生的液壓作為制動(dòng)力源，有閉式(常壓式)與開式(常流式)兩種。
開式(常流式)系統(tǒng)在不制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)液在無負(fù)荷情況下由液壓泵經(jīng)制動(dòng)閥到貯液罐不斷循環(huán)流動(dòng)；而在制動(dòng)時(shí)，則借閥的節(jié)流而產(chǎn)生所需的液壓并傳人輪缸。
閉式回路因平時(shí)總保持著高液壓，對(duì)密封的要求較高，但對(duì)制動(dòng)操縱的反應(yīng)比開式的快。在液壓泵出故障時(shí)，開式的即不起制動(dòng)作用，而閉式的還有可能利用蓄能器的壓力繼續(xù)進(jìn)行若干次制動(dòng)。
全液壓動(dòng)力制動(dòng)除了有一般液壓制動(dòng)系的優(yōu)點(diǎn)以外，還有制動(dòng)能力強(qiáng)、易于采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，即使產(chǎn)生汽化現(xiàn)象也沒有什么影響等好處。但結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，精密件多，對(duì)系統(tǒng)的密封性要求也較高，目前應(yīng)用并不廣泛。
各種形式的動(dòng)力制動(dòng)在動(dòng)力系統(tǒng)失效時(shí)，制動(dòng)作用即全部喪失。
伺服制動(dòng)的制動(dòng)能源是人力和發(fā)動(dòng)機(jī)并用。正常情況下其輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，在伺服系統(tǒng)失效時(shí)，還可以全靠人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)以產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力，因而從中級(jí)以上的轎車到重型貨車，都廣泛采用伺服制動(dòng)。
按伺服力源不同，伺服制動(dòng)有真空伺服制動(dòng)、空氣伺服制動(dòng)和液壓伺服制動(dòng)三類。
真空伺服制動(dòng)與空氣伺服制動(dòng)的工作原理基本一致，但伺服動(dòng)力源的相對(duì)壓力不同。真空伺服制動(dòng)的伺服用真空度(負(fù)壓)一般可達(dá)0.05MPa～0.07MPa；空氣伺服制動(dòng)的伺服氣壓一般能達(dá)到0.6MPa～0.7MPa，故在輸出力相同的條件下，空氣伺服氣室直徑比真空伺服氣室的小得多。但是，空氣伺服系統(tǒng)其它組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。真空伺服制動(dòng)多用于總質(zhì)量在1.1t～1.35t以上的轎車和裝載質(zhì)量在6t以下的輕、中型貨車，空氣伺服制動(dòng)則廣泛用于裝載質(zhì)量為6t～12t的中、重型貨車，以及少數(shù)幾種高級(jí)轎車上。CA1041總質(zhì)量4.06t，本次設(shè)計(jì)采用真空助力式伺服制動(dòng)系統(tǒng)。
2.3 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)將汽車的全部行車制動(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2.2雙軸汽車液壓雙回路系統(tǒng)的5種分路方案
圖2.2為雙軸汽車的液壓式制動(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)稱情況和回路系統(tǒng)的復(fù)雜程度等。
圖2.2(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，簡稱Ⅱ型。其特點(diǎn)是管路布置最為簡單，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。在各類汽車上都有采用，但在貨車上用得最廣泛。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，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，則過大的踏板力會(huì)使后輪抱死導(dǎo)致汽車甩尾。
圖2.2(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)車輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)車輪制動(dòng)器同屬一個(gè)回路，稱交叉型，簡稱X型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)也很簡單，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)沒有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。此時(shí)前、后各有一側(cè)車輪有制動(dòng)作用使制動(dòng)力不對(duì)稱，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車失去方向穩(wěn)定性。所以具有這種分路方案的汽車，其主銷偏移距應(yīng)取負(fù)值(至20mm)，這樣，不平衡的制動(dòng)力使車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車的方向穩(wěn)定性，所以多用于中、小型轎車。
圖2.2(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，簡稱HI型。
圖2.2(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。簡稱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(見圖2.2(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2.2(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。
第3章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算
車輪制動(dòng)器是行車制動(dòng)系的重要部件。按GB7258-2004的規(guī)定，行車制動(dòng)必須作用在車輛的所有的車輪上。
3.1 HX7200車的主要技術(shù)參數(shù)
在制動(dòng)器設(shè)計(jì)中需預(yù)先給定的整車參數(shù)：HX7200制動(dòng)器為盤式制動(dòng)器，
3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及其選擇
3.2.1 同步附著系數(shù)
對(duì)于前后制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死，當(dāng)汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下三種情況[4]。
1、當(dāng)時(shí)
線在曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
2、當(dāng)時(shí)
線位于曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
3、當(dāng)時(shí)
制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，這時(shí)也是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。為了防止汽車制動(dòng)時(shí)前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動(dòng)過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無任何車輪抱死時(shí)的制動(dòng)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(dòng)（前、后車輪同時(shí)抱死）時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，為制動(dòng)強(qiáng)度。在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度。這表明只有在的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。附著條件的利用情況可以用附著系數(shù)利用率（或稱附著力利用率）來表示，可定義為
（3.1）
式中：——汽車總的地面制動(dòng)力；
——汽車所受重力；
——汽車制動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)時(shí)，，，利用率最高。
現(xiàn)代的道路條件大為改善，汽車行駛速度也大為提高，因而汽車因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死的后果十分嚴(yán)重。由于車速高，它不僅會(huì)引起側(cè)滑甚至甩尾會(huì)發(fā)生掉頭而喪失操縱穩(wěn)定性，因此后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的，所以各類轎車和一般載貨汽車的值均有增大趨勢。國外有關(guān)文獻(xiàn)推薦滿載時(shí)的同步附著系數(shù)：轎車取；貨車取為宜。
我國GB12676—1999附錄《制動(dòng)力在車軸（橋）之間的分配及掛車之間制動(dòng)協(xié)調(diào)性要求》中規(guī)定了除、外其他類型汽車制動(dòng)強(qiáng)度的要求。
對(duì)于制動(dòng)強(qiáng)度在0.15~0.3之間，若各軸的附著利用曲線位于公式確定的與理想附著系數(shù)利用直線平行的兩條直線（如圖3.1）之間，則認(rèn)為滿足條件要求；對(duì)于制動(dòng)強(qiáng)度，若后軸附著利用曲線能滿足公式，則認(rèn)為滿足的要求[4]。
參考與同類車型的值，取。
圖3.1除、外的其他類別車輛的制動(dòng)強(qiáng)度與附著系數(shù)要求
3.2.2 制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率
根據(jù)選定的同步附著系數(shù)，已知：
（3.2）
式中：——汽車軸距，mm；
——制動(dòng)力分配系數(shù)；
——滿載時(shí)汽車質(zhì)心距前軸中心的距離；
——滿載時(shí)汽車質(zhì)心距后軸中心的距離；
——滿載時(shí)汽車質(zhì)心高度。
求得：
進(jìn)而求得
（3.3）
（3.4）
式中：——制動(dòng)強(qiáng)度；
——汽車總的地面制動(dòng)力；
——前軸車輪的地面制動(dòng)力；
——后軸車輪的地面制動(dòng)力。
當(dāng)時(shí)，，故，；。
此時(shí)，符合GB12676—1999的要求。
當(dāng)時(shí)，可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即。此時(shí)求得：
表3.1 取不同值時(shí)對(duì)比GB 12676-1999的結(jié)果
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
2473.4
5238.0
8344.6
11862.3
15878.6
22716.3
37000.8
0.062
0.1315
0.2095
0.2978
0.3987
0.5149
0.5574
0.621
0.6575
0.6983
0.7746
0.7973
0.8582
0.9290
GB12676—1999
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
符合
國家標(biāo)準(zhǔn)
當(dāng)時(shí)，可能得到的最大的制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。此時(shí)求得：
表3.2取不同值時(shí)對(duì)比GB 12676-1999的結(jié)果
0.8
32069.8
0.8060
1.0075
GB12676—1999
符合國家標(biāo)準(zhǔn)
3.2.3 制動(dòng)器最大的制動(dòng)力矩
為保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。
最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的法向力 成正比。所以，雙軸汽車前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死的制動(dòng)力之比為：
（3.5）
式中：——汽車質(zhì)心離前、后軸的距離；
——同步附著系數(shù)；
——汽車質(zhì)心高度。
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即
（3.6）
式中：——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)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；
——車輪的有效半徑。
對(duì)于選取較大值的各類汽車，應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸制動(dòng)力矩為
（3.7）
（3.8）
式中：——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
——制動(dòng)強(qiáng)度；
——車輪有效半徑。
N?m
N?m
單個(gè)車輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為 、的一半，為3193 N?m 和1835.5N?m。
3.3 制動(dòng)器因數(shù)和制動(dòng)蹄因數(shù)
制動(dòng)器因數(shù)又稱為制動(dòng)器效能因數(shù)。其實(shí)質(zhì)是制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩，用于評(píng)比不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)器的效能。制動(dòng)器因數(shù)可定義為在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
（3.9）
式中：——制動(dòng)器效能因數(shù)
——制動(dòng)器的摩擦力矩；
——制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑；
——輸入力，一般取加于兩制動(dòng)蹄的張開力(或加于兩制動(dòng)塊的壓緊力)的平均值為輸入力。
3.4 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)
3.4.1盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)
1、制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤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)盤的直徑D受輪輞直徑的限制，通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇輪輞直徑的70％～79％，而總質(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限
mm
取制動(dòng)盤直徑mm
2、制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(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)盤厚度又不宜過小。實(shí)心盤的厚度選擇10mm～20mm，選擇制動(dòng)盤厚度為h=15mm。
3、摩擦襯塊工作面積A
推薦根據(jù)制動(dòng)器摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在范圍內(nèi)選取。
根據(jù)推薦值取2.2，依汽車質(zhì)量2180kg，得到單片摩擦襯塊的工作面積取值為。
4、摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑
推薦摩擦襯塊的外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，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，接觸面積將減小，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。
3.5 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.5.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律
從前面的分析可知，制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)及所產(chǎn)生的摩擦力對(duì)制動(dòng)器因數(shù)有很大影響。掌握制動(dòng)蹄摩擦面上的壓力分布規(guī)律，有助于正確分析制動(dòng)器因數(shù)。在理論上對(duì)制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律作研究時(shí)，通常作如下一些假定：
（1）制動(dòng)鼓、蹄為絕對(duì)剛性；
（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
由于本次設(shè)計(jì)采用的是領(lǐng)從蹄式的制動(dòng)鼓，現(xiàn)就領(lǐng)從蹄式的制動(dòng)鼓制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律進(jìn)行分析。
如圖3.5所示，制動(dòng)蹄在張開力P作用下繞支承銷點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)張開，設(shè)其轉(zhuǎn)角為，則蹄片上某任意點(diǎn)A的位移為
=· （3.10）
式中；——制動(dòng)蹄的作用半徑。
由于制動(dòng)鼓剛性對(duì)制動(dòng)蹄運(yùn)動(dòng)的限制，則其徑向位移分量將受壓縮，徑向壓縮為
圖3.5 制動(dòng)摩擦片徑向變形分析簡圖
從圖3.5中的幾何關(guān)系可看到
=
因?yàn)闉槌Ａ?，單位壓力和變形成正比，所以蹄片上任意一點(diǎn)壓力可寫成
(3.11)
式中：——摩擦片上單位壓力。
即制動(dòng)器蹄片上壓力呈正弦分布，其最大壓力作用在與連線呈90°的徑向線上。
上述分析對(duì)于新的摩擦襯片是合理的，但制動(dòng)器在使用過程中摩擦襯片有磨損，摩擦襯片在磨損的狀況下，壓力分布又會(huì)有差別。按照理論分析，如果知道摩擦襯片的磨損特性，也可確定摩擦襯片磨損后的壓力分布規(guī)律。根據(jù)國外資料，對(duì)于摩擦片磨損具有如下關(guān)系式
（3.12）
式中：W——磨損量；
K——磨損常數(shù)；
——摩擦系數(shù)；
——單位壓力；
——磨擦襯片與制動(dòng)鼓之間的相對(duì)滑動(dòng)速度。
圖3.6 作為磨損函數(shù)的壓力分布值
通過分析計(jì)算所得壓力分布規(guī)律如圖3.6所示。圖中表明在第11次制動(dòng)后形成的單位面積壓力仍為正弦分布。如果摩擦襯片磨損有如下關(guān)系：
（3.13）
式中：——磨損常數(shù)。
則其磨損后的壓力分布規(guī)律為(C也為一常數(shù))。結(jié)果表示于圖3.6。
3.5.2 制動(dòng)器因數(shù)及摩擦力矩分析計(jì)算
如前所述，通常先通過對(duì)制動(dòng)器摩擦力矩計(jì)算的分析，再根據(jù)其計(jì)算式由定義得出制動(dòng)器因數(shù)BF的表達(dá)式。假設(shè)鼓式制動(dòng)器中制動(dòng)蹄只具有一個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，由此可得：
（1）定出制動(dòng)器基本結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦片包角及其位置布置參數(shù)，并規(guī)定制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向；
（2）參見3.4.1節(jié)確定制動(dòng)蹄摩擦片壓力分布規(guī)律，令；
（3）在張開力P作用下，確定最大壓力值。
參見圖3.7，所對(duì)應(yīng)的圓弧，圓弧面上的半徑方向作用的正壓力為，摩擦力為。把所有的作用力對(duì)點(diǎn)取矩，可得
ph=RMsind-R(R-Mcos)sind （3.14）
據(jù)此方程式可求出的值。
圖3.7 制動(dòng)蹄摩擦力矩分析計(jì)算
4、計(jì)算沿摩擦片全長總的摩擦力矩
T=R sind=R(cos-cos) （3.15）
5、由公式(3.9)導(dǎo)出制動(dòng)器因數(shù)
由于導(dǎo)出過程的繁瑣，下面對(duì)支承銷式領(lǐng)—從蹄制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。
單個(gè)領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFTl
(3.16)
單個(gè)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFT2
(3.17)
以上兩式中：
以上各式中有關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)見圖3.8。
整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)為
圖3.8 支承銷式制動(dòng)蹄
3.5.3 制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
1、盤式制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡圖如圖3.9所示，今假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
（3.18）
式中： ——摩擦系數(shù)；
N——單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力(見圖3.9)；
R——作用半徑。
圖3.9 盤式制動(dòng)器計(jì)算用圖 圖3.10 鉗盤式制動(dòng)器作用半徑計(jì)算用圖
對(duì)于常見的扇形摩擦襯塊，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41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3.10，在任一單元面積只上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤中心的力矩為，式中q為襯塊與制動(dòng)盤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)盤上的制動(dòng)力矩為
單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤的總摩擦力為
得有效半徑為
令，則有
（3.19）
因，，故。當(dāng)，，。但當(dāng)m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^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
因此盤式制動(dòng)器主要參數(shù)選取也符合設(shè)計(jì)要求。
3.6 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。
汽車的制動(dòng)過程是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，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
(3.20)
式中：——汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；
——汽車總質(zhì)量；
，——汽車制動(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
(3.21)
3.7 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足如下條件
(3.22)
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)相連的受熱金屬件的比熱容；
——制動(dòng)鼓(盤)的溫升(一次由=30km/h到完全停車的強(qiáng)烈制溫升不應(yīng)超過15℃)；
L——滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過程迅速，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
(3.23)
式中 ——滿載汽車總質(zhì)量；
——汽車制動(dòng)時(shí)的初速度；
——汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。
盤式制動(dòng)器：
鼓式制動(dòng)器：
由以上計(jì)算校核可知符合熱容量和溫升的要求。
3.8駐車制動(dòng)計(jì)算
圖3.11為汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力情況，由此可得出汽車上坡停駐時(shí)的后軸車輪的附著力為：
(3.24)
同樣可求出汽車下坡停駐時(shí)的后軸車輪的附著力為：
(3.25)
圖3.11 汽車在坡路上停駐時(shí)的受力簡圖
根據(jù)后軸車輪附著力與制動(dòng)力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐時(shí)的坡度極限傾角，，即由
(3.26)
求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為
(3.27)
汽車在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為
(3.28)
一般對(duì)輕型貨車要求不應(yīng)小于16%~20%，汽車列車的最大停駐坡度約為12％左右。
為了使汽車能在接近于由上式確定的坡度為的坡路上停駐，則應(yīng)使后軸上的駐車制動(dòng)力矩接近于由所確定的極限值 (因)，并保證在下坡路上能停駐的坡度不小于法規(guī)規(guī)定值。
單個(gè)后輪駐車制動(dòng)器的制動(dòng)上限為
N?m
3.9 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.9.1.制動(dòng)盤
制動(dòng)盤一般由珠光體灰鑄鐵制成，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度取決于布置尺寸。為了改善冷卻，有的鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤，可大大增加散熱面積，但盤的整體厚度較大。制動(dòng)盤的工作表面應(yīng)光滑平整。兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于 0.008mm，盤面擺差不應(yīng)大于 0.1mm。 本設(shè)計(jì)采用通風(fēng)式制動(dòng)盤。
3.9.2制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵 K TH370—12 或球墨鑄鐵 QT400—18 制造， 也有用輕合金制造的，可做成整體的，也可做成兩個(gè)由螺栓連接。其外緣留有開口，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。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠制動(dòng)塊的背板?；钊设T鋁合金或鋼制造。為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。
3.9.3制動(dòng)塊
制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起。襯塊多為扇面形，也有矩
形、正方形或長圓形的?；钊麘?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。許多盤式制動(dòng)器裝有襯塊磨損達(dá)極限時(shí)的警報(bào)裝，以便及時(shí)更換摩擦襯片。制動(dòng)塊的厚度取14mm。
3.9.4 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)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無害的材料。
目前在制動(dòng)器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑(由無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)與噪聲消除劑(主要成分為石墨)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)按襯片規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片具有不同的摩擦性能和其他性能。
各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為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0.3～0.35。選用摩擦材料時(shí)應(yīng)注意，一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料其耐磨性愈差。
3.9.5 制動(dòng)摩擦襯片
在GB 5763-1998《汽車用制動(dòng)器襯片》中，將制動(dòng)摩擦襯片按用途分成4類，其中，第1類為駐車制動(dòng)器用；第2類為微型、輕型汽車鼓式制動(dòng)器用；第3類為中重型汽車的鼓式制動(dòng)器用；第4類為盤式制動(dòng)器用[17]。其摩擦性能見表3.5
表3.5 汽車制動(dòng)器摩擦襯片的摩擦性能
類別
項(xiàng) 目
試驗(yàn)溫度
100℃
150℃
200℃
250℃
300℃
350℃
1
類
摩擦系數(shù)
0.30～0.70
0.25～0.70
0.20～0.70
——
——
——
指定摩擦系數(shù)的允許偏差
±0.10
±0.12
±0.12
——
——
——
磨損率（V），10－7cm3/（N?m）
≤1.00
≤2.00
≤3.00
——
——
——
2
類
摩擦系數(shù)
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
±0.0