【091】1JN2070越野四驅(qū)貨車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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JN2070越野四驅(qū)貨車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：陳棋 指導(dǎo)老師：程峰
浙江科技學(xué)院機(jī)械學(xué)院
摘 要
汽車作為陸地上的現(xiàn)代重要交通工具，由許多保證其性能的大部件，即所謂“總成”組成，制動(dòng)系就是其中一個(gè)重要的總成，它直接影響汽車的安全性。隨著高速公路的快速發(fā)展和車流密度的日益增大，交通事故也不斷增加。據(jù)有關(guān)資料介紹，在由于車輛本身的問(wèn)題而造成的交通事故中，制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%?？梢?jiàn)，制動(dòng)系統(tǒng)是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外，制動(dòng)系統(tǒng)的好壞還直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率，也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。制動(dòng)系統(tǒng)既可以使行駛中的汽車減速，又可保證停車后的汽車能駐留原地不動(dòng)。由此可見(jiàn)，汽車制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于汽車行駛的安全性，停車的可靠性和運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益起著重要的保證作用。
當(dāng)今，隨著高速公路網(wǎng)的不斷擴(kuò)展、汽車車速的提高以及車流密度的增大，對(duì)汽車制動(dòng)系的工作可靠性要求顯得日益重要。只有制動(dòng)性能良好和制動(dòng)系工作可靠的汽車才能充分發(fā)揮出其高速行駛的動(dòng)力性能并保證行駛的安全性。由此可見(jiàn)，制動(dòng)系是汽車非常重要的組成部分，從而對(duì)汽車制動(dòng)系的機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算也就顯得非常重要了。
本論文是設(shè)計(jì)JN2070越野四驅(qū)貨車的制動(dòng)系統(tǒng)，采用的是氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的凸輪式鼓式制動(dòng)器。為了安全考慮制動(dòng)系統(tǒng)的氣壓回路采用雙回路。
關(guān)鍵詞：氣壓制動(dòng) 制動(dòng)性 傳動(dòng)裝置
The Design of Air Brake System about JN2070 off-road four-wheel drive truck
Student: Qi Chen Advisor: Dr. Feng Cheng
School of Mechanical and Automotive Engineering
Zhejiang University of Science and Technology
Abstract
As an important modern land-based transport, Automotive components from many large parts ,namely, the so-called "assembly" which ensure the performance of automotive, and braking system which directly affects the safety of motor vehicles is one of the most important assembly. 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 it’s very important to the analysis and design of brake system bodies.bility requirements
Keywords: air brake Brake Transmission device
目 錄
摘 要 1
Abstract 2
目 錄 3
第一章 緒論 5
1.1 研究制動(dòng)系統(tǒng)的意義 5
1.2 制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 6
第二章 制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 8
2.1 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)要求 8
2.2 汽車參數(shù)的選擇 9
2.3 制動(dòng)器方案的選擇 10
2.4 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 11
第三章 制動(dòng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算 15
3.1制動(dòng)過(guò)程車輪所受的制動(dòng)力 15
3.1.1地面制動(dòng)力 15
3.1.2制動(dòng)器制動(dòng)力 16
3.1.3地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力 17
3.1.4理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線 18
3.2制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度計(jì)算 22
3.2.1制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度 22
3.2.2制動(dòng)距離的分析 23
3.3同步附著系數(shù)與附著系數(shù)利用率計(jì)算 23
3.4制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩 26
第四章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 29
4.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D 29
4.2 摩擦襯片寬度b包角 30
4.3 摩擦襯片起始角 31
4.4 制動(dòng)器中心到張開(kāi)力作用線的距離 31
4.5 制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c 31
4.6 摩擦片摩擦系數(shù) 31
第五章 鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 33
5.1 駐車制動(dòng)能力的計(jì)算 33
5.2 中央制動(dòng)器的計(jì)算 34
5.3 壓力沿襯片長(zhǎng)度方向的分布規(guī)律 35
5.4 計(jì)算蹄片上的制動(dòng)力矩 37
5.5 檢查制動(dòng)蹄有無(wú)自鎖 40
5.6 摩擦襯片磨損特性計(jì)算 40
第六章 鼓式制動(dòng)器主要零部件的設(shè)計(jì) 43
6.1 制動(dòng)蹄 43
6.2 制動(dòng)鼓 43
6.3 摩擦襯片 44
6.4 制動(dòng)底板 45
6.5 摩擦材料 45
6.6 蹄與鼓之間的間隙調(diào)整裝置 46
6.6.1采用輪缸張開(kāi)裝置 46
6.6.2采用凸輪張開(kāi)裝置 46
6.6.3采用楔塊張開(kāi)裝置 47
6.7 制動(dòng)器支撐裝置 47
6.8 凸輪式張開(kāi)機(jī)構(gòu) 47
第七章 氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 48
7.1 制動(dòng)氣室 49
7.2 貯氣罐 51
7.3 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(dòng)系統(tǒng)的意義
近百年來(lái)，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(chǎng)，生產(chǎn)批量大而給企業(yè)帶來(lái)豐厚的利潤(rùn)。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(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展和新交通法規(guī)的實(shí)施，我國(guó)的汽車及其運(yùn)輸管理開(kāi)始走向正軌，農(nóng)用運(yùn)輸車將逐漸退出市場(chǎng)，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(lái)是人們最為關(guān)心的問(wèn)題之一，它直接關(guān)系到人民生命和財(cái)產(chǎn)的損失，因此汽車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性研究至關(guān)重要。汽車制動(dòng)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(dòng)的機(jī)構(gòu)。汽車制動(dòng)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(dòng)系的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動(dòng)性良好、制動(dòng)系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動(dòng)力性能。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)至少有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)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(dòng)裝置及輔助制動(dòng)裝置；牽引車還應(yīng)有自動(dòng)制動(dòng)裝置。行車制動(dòng)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(shí)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。其驅(qū)動(dòng)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(dòng)裝置用于使汽車可靠而無(wú)時(shí)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(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，以免其產(chǎn)生故障。
應(yīng)急制動(dòng)裝置用于當(dāng)行車制動(dòng)裝置意外發(fā)生故障而失效時(shí)，這時(shí)則可利用應(yīng)急制動(dòng)裝置的機(jī)械力源(如強(qiáng)力壓縮彈簧)實(shí)現(xiàn)汽車制動(dòng)。應(yīng)急制動(dòng)裝置不必是獨(dú)立的制動(dòng)系統(tǒng)，它可利用行車制動(dòng)裝置或駐車制動(dòng)裝置的某些制動(dòng)器件。應(yīng)急制動(dòng)裝置也不是每車必備，因?yàn)槠胀ǖ氖至︸v車制動(dòng)器也可以起應(yīng)急制動(dòng)的作用。
輔助制動(dòng)裝置用于山區(qū)行駛的汽車上，利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣制動(dòng)或電渦流制動(dòng)等輔助制動(dòng)裝置，則可使汽車下長(zhǎng)坡時(shí)長(zhǎng)時(shí)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(dòng)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(dòng)—減速裝置。任何一套制動(dòng)裝置均由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。制動(dòng)器有鼓式與盤(pán)式之分。行車制動(dòng)是用腳踩下制動(dòng)踏板操縱車輪制動(dòng)器來(lái)制動(dòng)全部車輪，而駐車制動(dòng)則多采用手制動(dòng)桿操縱，且具有專門(mén)的中央制動(dòng)器或利用車輪制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。中央制動(dòng)器位于變速器之后的傳動(dòng)系中，用于制動(dòng)變速器第二軸或傳動(dòng)軸。行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)這兩套制動(dòng)裝置必須具有獨(dú)立的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而且每車必備。行車制動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分液壓和氣壓兩種型式。用液壓傳遞操縱力時(shí)還應(yīng)有制動(dòng)主缸和制動(dòng)輪缸以及管路；用氣壓操縱時(shí)還應(yīng)有空氣壓縮機(jī)、氣路管道、貯氣簡(jiǎn)、控制閥和制動(dòng)氣室等。
過(guò)去，大多數(shù)汽車的駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)都使用中央制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)位于主減速器之前的變速器第二軸或傳動(dòng)軸的制動(dòng)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(dòng)時(shí)，往往使傳動(dòng)軸超載?，F(xiàn)代汽車由于車速提高，對(duì)應(yīng)急制動(dòng)的可靠性要求更嚴(yán)，因此，在中、高級(jí)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(dòng)器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)的作用，從而取消了中央制動(dòng)器。重型載貨汽車由于采用氣壓制動(dòng)，故多對(duì)后輪制動(dòng)器另設(shè)獨(dú)立的由氣壓控制而以強(qiáng)力彈簧作為制動(dòng)力源的應(yīng)急兼駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，也不再設(shè)置中央制動(dòng)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(dòng)的中央制動(dòng)器，以便提高制動(dòng)系的可靠性。
1.2 制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r
目前國(guó)內(nèi)外汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展大致相似，國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：目前制動(dòng)系統(tǒng)的供能裝置主要是，人力制動(dòng)、伺服制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)三種形式。目前，人力僅是來(lái)控制操縱機(jī)構(gòu)，助力系統(tǒng)分為伺服制動(dòng)、氣定液壓制動(dòng)、液壓制動(dòng)。液壓制動(dòng)是目前得到廣泛應(yīng)用的一種制動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)裝置上，普遍都是采用氣或液壓通過(guò)管路傳遞到制動(dòng)器上，進(jìn)行壓力制動(dòng)。目前，也有通過(guò)電機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的，通過(guò)電機(jī)產(chǎn)生的制動(dòng)力直接作用在制動(dòng)器上進(jìn)行制動(dòng)。制動(dòng)器主要有鼓式制動(dòng)器、盤(pán)式制動(dòng)器兩種。鼓式制動(dòng)器分為很多種、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器等。盤(pán)式制動(dòng)器有固定鉗式制動(dòng)器、浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器等。盤(pán)式制動(dòng)器的摩擦材料在逐漸的發(fā)展，目前國(guó)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(kāi)始，電子技術(shù)的進(jìn)步成為汽車工業(yè)發(fā)展的最大動(dòng)力?，F(xiàn)代汽車的控制系統(tǒng)幾乎全由電子控制裝置實(shí)現(xiàn)，在提高經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)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(píng)價(jià)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(guó)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(dòng)時(shí)附著系數(shù)的利用，并可獲得較短的制動(dòng)距離及制動(dòng)方向穩(wěn)定性，但是它不能解決制動(dòng)系統(tǒng)中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能，同時(shí)可進(jìn)行制動(dòng)強(qiáng)度的控制。車輛制動(dòng)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(shí)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(shí)把懸架和轉(zhuǎn)向控制擴(kuò)展進(jìn)來(lái)，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(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.1 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)要求
1）能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。各項(xiàng)性能指標(biāo)除滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的規(guī)定和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)要求外，也應(yīng)考慮銷售對(duì)象國(guó)家和地區(qū)的法規(guī)和用戶要求。
2）具有足夠的制動(dòng)效能。包括行車制動(dòng)效能和駐坡制動(dòng)效能。
3）工作可靠。汽車至少應(yīng)有行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)兩套制動(dòng)裝置且它們的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動(dòng)裝置的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(shí)，另一套應(yīng)保證汽車制動(dòng)效能不低于正常值的30%；駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
4）制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。制動(dòng)器摩擦表面浸水后，會(huì)因水的潤(rùn)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(dòng)5—15次，即應(yīng)恢復(fù)其制動(dòng)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(dòng)器工作表面，否則會(huì)使制動(dòng)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(dòng)器。
5）制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性好。即以任何速度制動(dòng)，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(dòng)器的制動(dòng)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(dòng)器的制動(dòng)力矩應(yīng)相同。否則當(dāng)前輪抱死而側(cè)滑時(shí)，將失去操縱性；后輪抱死而側(cè)滑甩尾，會(huì)失去方向穩(wěn)定性；當(dāng)左、右輪的制動(dòng)力矩差值超過(guò)15％時(shí)，會(huì)發(fā)生制動(dòng)時(shí)汽車跑偏。對(duì)于汽車列車，除了應(yīng)保證列車各軸有適當(dāng)?shù)闹苿?dòng)力分配外，也應(yīng)注意主、掛車之間各軸制動(dòng)開(kāi)始起作用的時(shí)間，特別是主、掛車之間制動(dòng)開(kāi)始時(shí)間的協(xié)調(diào)。
6）制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。
7）制動(dòng)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(shí)間要盡可能地短。
9) 制動(dòng)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。
10)與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在車輪跳動(dòng)、汽車轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng)。
11）制動(dòng)系中應(yīng)有音響或光信號(hào)等警報(bào)裝置，以便能及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)件的故障和功能失效。
12）制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長(zhǎng)、制造成本低，對(duì)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(zhǎng)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 800mm
2.3 制動(dòng)器方案的選擇
制動(dòng)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(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可分為鼓式、盤(pán)式和帶式。帶式制動(dòng)器只用做中央制動(dòng)器；鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示:
圖2-1 制動(dòng)器的分類
鼓式制動(dòng)器一般可按其制動(dòng)蹄受力情況進(jìn)行分類，它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀態(tài)以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。
盤(pán)式制動(dòng)器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件是以端面工作的金屬圓盤(pán)，被稱為制動(dòng)盤(pán)。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(dòng)塊，每個(gè)制動(dòng)器中有2～4個(gè)。這些制動(dòng)塊及其促動(dòng)裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱為制動(dòng)鉗。這種由制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鉗組成的制動(dòng)器稱為鉗盤(pán)式制動(dòng)器。另一類固定元件的金屬背板和摩擦片也呈圓盤(pán)形，制動(dòng)盤(pán)的全部工作面可同時(shí)與摩擦片接觸，這種制動(dòng)器稱為全盤(pán)式制動(dòng)器。鉗盤(pán)式制動(dòng)器過(guò)去只用作中央制動(dòng)器，但目前則愈來(lái)愈多地被各級(jí)轎車和貨車用作車輪制動(dòng)器。全盤(pán)式制動(dòng)器只有少數(shù)汽車(主要是重型汽車)采用為車輪制動(dòng)器。
鼓式剎車有良好的自剎作用，由于剎車來(lái)令片外張，車輪旋轉(zhuǎn)連帶著外張的剎車鼓扭曲一個(gè)角度(當(dāng)然不會(huì)大到讓你很容易看得出來(lái))剎車來(lái)令片外張力(剎車制動(dòng)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(dòng)輔助，而小型車采真空輔助來(lái)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(dòng)器。目前，所有國(guó)產(chǎn)汽車及部分外國(guó)汽車的氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中，都采用凸輪促動(dòng)的車輪制動(dòng)器，而且大多設(shè)計(jì)成領(lǐng)從蹄式。
中重型貨車因?yàn)閲嵨坏脑蛑苿?dòng)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(dòng)，如果使用碟式制動(dòng)，需要把碟做成相當(dāng)大的直徑，而使用鼓式制動(dòng)，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(lái)比較方便。所以在本設(shè)計(jì)中選用的是鼓式凸輪制動(dòng)器。
2.4 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇
制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將來(lái)自駕駛員或其他力源的力傳給制動(dòng)器，使之產(chǎn)生制動(dòng)力矩。根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式
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(jiǎn)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
僅用于駐車制動(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
私服制動(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)
氣壓伺服制動(dòng)系
空氣
液壓伺服制動(dòng)系
制動(dòng)液
人力制動(dòng)系統(tǒng)是簡(jiǎn)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，人力制動(dòng)。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(dòng)比小，潤(rùn)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(jiǎn)單，成本低，工作可靠，主要用在駐車制動(dòng)。
液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系（通常簡(jiǎn)稱為液壓制動(dòng)系）用于行車制動(dòng)裝置。液壓制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯i后時(shí)間短(0.1～0.3s)，工作壓力高(可達(dá)10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄張開(kāi)機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低；機(jī)械效率高。液壓制動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：過(guò)度受熱后，部分制動(dòng)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(dòng)效能減低甚至失效，而當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)（-25C和更低時(shí)），由于制動(dòng)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(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓制動(dòng)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(dòng)的制動(dòng)能源是人力和發(fā)動(dòng)機(jī)并用。在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動(dòng)力伺服系統(tǒng)失效時(shí)，仍可全由人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力（即由伺服制動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆χ苿?dòng)）。因此，在中級(jí)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(dòng)系、氣壓伺服制動(dòng)系和液壓伺服制動(dòng)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(dòng)系是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門(mén)后的真空度(負(fù)壓，一般可達(dá)0.05～0.07 MPa)作動(dòng)力源，一般的柴油車若采用真空伺服制動(dòng)系時(shí)，則需有專門(mén)的真空源—由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動(dòng)系是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動(dòng)力源，伺服氣壓一般可達(dá)0.6～0.7 MPa。故在輸出力相等時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(dòng)系則廣泛用于裝載質(zhì)量為6～12t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(dòng)力制動(dòng)系是用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生的液壓作為制動(dòng)力源。其制動(dòng)系的液壓系統(tǒng)與動(dòng)力轉(zhuǎn)向的液壓系統(tǒng)相同，也有開(kāi)式（常流式）和閉式（常壓式）兩種。開(kāi)式（常流式）系統(tǒng)在不制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)液在無(wú)負(fù)荷狀況下由油泵經(jīng)制動(dòng)閥到儲(chǔ)液罐不斷地循環(huán)流動(dòng)，制動(dòng)時(shí)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(shí)保持著高液壓，故又稱常壓式。它對(duì)制動(dòng)操縱的反應(yīng)比開(kāi)式的快，但對(duì)回路的密封要求較高。當(dāng)油泵出故障時(shí)，開(kāi)式的將立即補(bǔ)氣之動(dòng)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(dòng)。故目前汽車用的全液壓動(dòng)力制動(dòng)系多用閉式（常壓式）的。
全液壓動(dòng)力制動(dòng)系除具有一般液壓制動(dòng)系統(tǒng)的有點(diǎn)外，還具有操縱輕便，制動(dòng)反應(yīng)快，制動(dòng)能力強(qiáng)，受氣阻影響較小，易于采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動(dòng)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(chǔ)油罐等優(yōu)點(diǎn)。但其機(jī)構(gòu)復(fù)雜，精密件多，對(duì)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(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。
氣壓制動(dòng)系統(tǒng)是發(fā)展最早的一種動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。其供能裝置和傳動(dòng)裝置全部是氣壓式的。其控制裝置大多數(shù)是由制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)和制動(dòng)閥等氣壓控制原件組成，也有的在踏板機(jī)構(gòu)和制動(dòng)閥之間還串聯(lián)有液壓式操縱傳動(dòng)裝置。氣壓制動(dòng)由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單聯(lián)接和斷開(kāi)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(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī),貯氣罐,制動(dòng)閥等裝置,使結(jié)構(gòu)復(fù)雜,笨重,輪廓尺寸大,造價(jià)高;管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢,作用滯后時(shí)間較長(zhǎng)(0.3～0.9s),因此在制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和貯氣罐的距離較遠(yuǎn)時(shí)有必要加設(shè)氣動(dòng)的第二級(jí)控制元件——繼動(dòng)閥(即加速閥)以及快放閥;管路工作壓力較低(一般為0.5～0.7MPa),因而制動(dòng)氣室的直徑大,只能置于制動(dòng)器之外,再通過(guò)桿件及凸輪或楔塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄,使非簧載質(zhì)量增大;另外,制動(dòng)氣室排氣時(shí)也有較大噪聲。汽車在行駛過(guò)程中駕駛員要經(jīng)常使用制動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)或動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。載重汽車一般均采用動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。
在本設(shè)計(jì)中選用的是氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。
第三章 制動(dòng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算
3.1制動(dòng)過(guò)程車輪所受的制動(dòng)力
汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小的車速或直至停車。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對(duì)較小，所以實(shí)際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)距離也越短，所以地面制動(dòng)力對(duì)汽車制動(dòng)性具有決定性影響。
下面分析一個(gè)車輪在制動(dòng)時(shí)的受力情況。
3.1.1地面制動(dòng)力
假設(shè)滾動(dòng)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(dòng)時(shí)的受力情況如圖3-1所示。
圖3-1 車輪制動(dòng)時(shí)受力簡(jiǎn)圖
是車輪制動(dòng)器中摩擦片與制動(dòng)鼓或盤(pán)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力矩，單位為；是地面制動(dòng)力，單位為N；為車輪垂直載荷、為車軸對(duì)車輪的推力、為地面對(duì)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(dòng)力是使汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)間的摩擦力，一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。
3.1.2制動(dòng)器制動(dòng)力
在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)表示，顯然
（3-2）
式中：是車輪制動(dòng)器摩擦副的摩擦力矩。制動(dòng)器制動(dòng)力是由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動(dòng)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(dòng)力、車輪制動(dòng)力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，首先消除制動(dòng)系間隙后，制動(dòng)器制動(dòng)力開(kāi)始增加。開(kāi)始時(shí)踏板力較小，制動(dòng)器制動(dòng)力也較小，地面制動(dòng)力足以克服制動(dòng)器制動(dòng)力，而使得車輪滾動(dòng)。此時(shí)，=，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(dòng)力、車輪制動(dòng)力及附著力之間的關(guān)系
但是地面制動(dòng)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(dòng)力，即:
（3-3）
（3-4）
當(dāng)制動(dòng)踏板力上升到一定值時(shí)，地面制動(dòng)力達(dá)到最大地面制動(dòng)力=,車輪開(kāi)始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動(dòng)踏板力以及制動(dòng)管路壓力的繼續(xù)升高，制動(dòng)器制動(dòng)力繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動(dòng)力不再增加。
上述分析表明，汽車地面制動(dòng)力取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，同時(shí)又受到地面附著力的閑置。只有當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)力。
3.1.3地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力
圖3-3所示為，忽略汽車的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。
圖 3-3 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車速較低，空氣阻力可忽略不計(jì)，則分別對(duì)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(dòng)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(shí)=800mm）；
—重力加速度；
若在附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（無(wú)論是同時(shí)抱死或分別先后抱死），此時(shí)。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(jiàn)，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，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(dòng)器制動(dòng)力分配曲線
汽車總的地面制動(dòng)力為：
(3-7)
式中：—制動(dòng)強(qiáng)度；
—前軸車輪的地面制動(dòng)力；
—后軸車輪的地面制動(dòng)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(dòng)時(shí)前、后車輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用，制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性均較為有利。此時(shí)的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線，常稱為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線。在任何附著系數(shù)的路面上，前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)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(dòng)器制動(dòng)力，；
—后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
—前軸車輪的地面制動(dòng)力；
—后軸車輪的地面制動(dòng)力；
，—地面對(duì)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(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系曲線，簡(jiǎn)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(gè)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(gè)值代入方程組（3-30），就具有一個(gè)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(jiàn)圖3-5。
圖3-5 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線
I曲線時(shí)踏板力增長(zhǎng)到使前、后車輪制動(dòng)器同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線。前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，，，所以I曲線也是前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，和的關(guān)系曲線。
在本設(shè)計(jì)中，重型貨車在滿載時(shí)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(dòng)器制動(dòng)力
兩軸汽車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動(dòng)器制動(dòng)力對(duì)汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配比例，即制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，它可表示為
（3-11）
式中，為前制動(dòng)器制動(dòng)力；為汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力，，為后輪制動(dòng)器制動(dòng)力。故
，
且
（3-12）
若用表示，則其為一條直線，此直線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，且其斜率為
它是實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力實(shí)際分配線，簡(jiǎn)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(dòng)距離與制動(dòng)減速度計(jì)算
3.2.1制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度
制動(dòng)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(shí)，從駕駛員開(kāi)始操控制動(dòng)控制裝置到汽車完全停住為止所駛過(guò)的距離。制動(dòng)距離與制動(dòng)踏板力、路面附著條件、車輛載荷、發(fā)動(dòng)機(jī)是否結(jié)合等許多因素有關(guān)。由于各種汽車的動(dòng)力性不同，對(duì)制動(dòng)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(dòng)效能也高；重型貨車行駛速度低，要求就稍微低一點(diǎn)。
制動(dòng)減速度是制動(dòng)時(shí)車速對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，即。它反映了地面制動(dòng)力的大小，因此與制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力有關(guān)。
在不同的路面上，由于地面制動(dòng)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(shí)抱死，則
式中：—汽車所受重力，N；
—滑動(dòng)附著系數(shù)；（=0.7）
—重力加速度， m/s；
—制動(dòng)初速度，m/s；
代入數(shù)據(jù)得到
3.2.2制動(dòng)距離的分析
（3-13）
式中：—制動(dòng)機(jī)構(gòu)滯后時(shí)間，單位s；（0.2s～0.45s，計(jì)算時(shí)取0.3s）
—制動(dòng)器制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需的時(shí)間，單位s；（一般為0.2s）
—制動(dòng)器的作用時(shí)間，一般在0.2s～0.9s之間；
—制動(dòng)初速度，m/s；計(jì)算時(shí)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(guó)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)：進(jìn)行制動(dòng)效能試驗(yàn)時(shí)的制動(dòng)減速度，載貨汽車應(yīng)為3.4～6.5 m/s；相應(yīng)的最大制動(dòng)距離：貨車為，式中第一項(xiàng)為反應(yīng)距離；第二項(xiàng)為制動(dòng)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(jì)符合要求。
3.3同步附著系數(shù)與附著系數(shù)利用率計(jì)算
由式(3-12)可表達(dá)為
(3-14)
上式在圖 3-3中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線，是汽車實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)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(jì)算公式是：
（3-15）
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)，可能有以下情況：
(1)當(dāng)<，線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。
(2)當(dāng)>，線位于I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)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。
(3)當(dāng)，制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)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(dòng)過(guò)程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無(wú)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g，即=，為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)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(dòng)力；
G——汽車所受重力；
——制動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)=時(shí)，=，=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(jì)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(shí)：，，故，=；=1
當(dāng)<時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛抱死的條件，即。由式和和式（3-8），（3-13）得
（3-21）
（3-22）
（3-23）
當(dāng)>時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)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(jì)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(guò)低。在>的良好路面上緊急制動(dòng)時(shí)，總是后輪先抱死。
3.4制動(dòng)器的最大制動(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。由式(3-10)可知，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)抱死時(shí)的制動(dòng)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(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
（3-28）
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；
—車輪有效半徑。
對(duì)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(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為
（3-29）
（3-30）
對(duì)于選取較大值的汽車，從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)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的最大制動(dòng)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(dòng)強(qiáng)度，由式確定；
—車輪有效半徑。
本設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)車輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩為上列計(jì)算結(jié)果的半值。
第四章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
4.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D
輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，則制動(dòng)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(dòng)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20—30mm，否則不僅制動(dòng)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(mén)嘴。制動(dòng)鼓應(yīng)有足夠的壁厚，用來(lái)保證有較大的剛度和熱容量，以減少制動(dòng)時(shí)的溫度。制動(dòng)鼓的直徑小，剛度就大，并有利于保證制動(dòng)鼓的加工精度。
圖4-1 鼓式制動(dòng)器主要幾何參數(shù)
制動(dòng)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(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參考專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T309—1999《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》。轎車制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小125mm-150mm，載貨汽車和客車的制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80mm-100mm，設(shè)計(jì)時(shí)亦可按輪輞直徑初步確定制動(dòng)鼓內(nèi)徑（見(jiàn)表4-1）。
表4-1 制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑
輪輞直徑/in
12
13
14
15
16
20
制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑/mm
轎車
180
200
240
260
--
--
貨車、客車
220
240
260
300
320
420
制動(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)符合QC/T 309-1999《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)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(dòng)鼓內(nèi)徑420mm
4.2 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(dòng)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(guó)外統(tǒng)計(jì)資料分析，單個(gè)車輪蹄式制動(dòng)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(dòng)器襯片摩擦面積
汽車類型
汽車總質(zhì)量m/t
單個(gè)制動(dòng)器總的襯片摩擦面積/mm
轎車
0.9-1.5
1.5-2.5
100-200
200-300
客車與貨車
1.0-1.5
1.5-2.5
2.5-3.5
3.5-7.0
7.0-12.0
12.0-17.0
120-200
150-250(多為150-200)
250-400
300-650
550-1000
600-1500(多600-1200)
由根據(jù)表4-2選取對(duì)于車總質(zhì)量m =12t-17t時(shí)，A =300-650cm
則b= A /R =200.6mm，根據(jù)ZBT24005—89選取b=210mm制動(dòng)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=600cm2
4.3 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(dòng)蹄外緣得得中央。有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。
β0=100°-β/2=100-100°/2=50°
4.4 制動(dòng)器中心到張開(kāi)力作用線的距離
在滿足制動(dòng)輪缸或凸輪能夠布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高起制動(dòng)效能，初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫取左右。
4.5 制動(dòng)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小（圖5-1）。初步設(shè)計(jì)可取=0.8R左右。
,取為40mm
4.6 摩擦片摩擦系數(shù)
選擇摩擦片時(shí)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(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。摩擦襯片的型號(hào)及性能如表4-3。
表4-3內(nèi)張?zhí)闶街苿?dòng)器襯片型號(hào)性能及用途
產(chǎn)品規(guī)格
摩擦系數(shù)
硬度（HBS）
適用范圍
SY-1107
0.39-0.45
20-50
主要用于轎車等輕負(fù)荷車
SY0204
0.36-0.42
20-50
主要用于中型載重汽車
SY-9002
0.38-0.43
20-50
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(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 駐車制動(dòng)能力的計(jì)算
汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖5-1所示，由該圖可得出汽車上坡停駐時(shí)的后軸車輪的附著力為
(5-1)
同理可求得汽車下坡停駐時(shí)后軸車輪的附著力為
(5-2)
圖5-1汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力簡(jiǎn)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，，即根據(jù)
(5-3)
求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為
（5-4）
汽車在下坡時(shí)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(dòng)力矩接近于由所確定的極限值（此處不應(yīng)是因?yàn)?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(dòng)器的制動(dòng)力矩上限值為，為后驅(qū)動(dòng)橋的主減速比。
設(shè)計(jì)中，此重型貨車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為
重型貨車在上坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為
5.2 中央制動(dòng)器的計(jì)算
設(shè)計(jì)中中央制動(dòng)器選取帶式。帶式中央制動(dòng)器曾作為中，重型汽車及拖拉機(jī)的應(yīng)急制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)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(dòng)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(dòng)器的一般結(jié)構(gòu)
對(duì)于圖5-2所示的帶式制動(dòng)器，其平衡條件為
（5-6）
式中：—輸入力，N；
，—制動(dòng)帶力，N；
—制動(dòng)器尺寸，mm；
—制動(dòng)帶包角，（°）；
—摩擦系數(shù)；
—鼓阻力，摩擦力，N。
設(shè)計(jì)中取=200mm，=30mm，=60mm，=，=0.4，=1500N代入式（5-6）得
,,;
對(duì)于簡(jiǎn)單的帶式制動(dòng)器（=0，=），直接作用在制動(dòng)帶上的制動(dòng)力或輸入力可由下式得出：
如圖6-2所示的帶式制動(dòng)器，制動(dòng)鼓順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)器因數(shù)為
1.24
5.3 壓力沿襯片長(zhǎng)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(dòng)鼓、蹄片和支承也有變形，所以計(jì)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(jì)。
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)BF有很大的影響，掌握制動(dòng)提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)。但用解析方法方法精確計(jì)算沿蹄片長(zhǎng)度方向的壓力分布規(guī)律比較困難，因?yàn)槌四Σ烈r片有彈性容易變形外，制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄以及支承也會(huì)有彈性變形，但與摩擦襯片的變形量相比，則相對(duì)很小，故在通常的近似計(jì)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(jì)，即通常作如下一些假設(shè)：
（1）制動(dòng)鼓，制動(dòng)蹄為絕對(duì)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(dòng)蹄有一個(gè)自由度和兩個(gè)自由度之分，本設(shè)計(jì)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(dòng)的蹄片，為一個(gè)自由度。
下面分析具有一個(gè)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(dòng)蹄在張開(kāi)力P作用下繞支承銷點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)張開(kāi)，設(shè)其轉(zhuǎn)角為，則蹄片上
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