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XXX大學(xué)
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
金杯載貨汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：______________
學(xué) 號(hào)：______________
班 級(jí): ______________
專 業(yè)：______________
指導(dǎo)教師：______________
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)研究現(xiàn)狀 8
1.3本課題研究目的 9
1.4本課題研究內(nèi)容 9
第2章 制動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì) 11
2.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇 11
2.2鼓式制動(dòng)器 12
2.2.2 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 13
2.2.3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 13
2.2.4 單向增力式制動(dòng)器 13
2.2.5 單向增力式制動(dòng)器 13
2.2.6 雙向增力式制動(dòng)器 14
2.3制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇 14
2.4 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng) 17
第3章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.1金杯載貨汽車的主要技術(shù)參數(shù) 19
3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)及其選擇 19
3.2.1 同步附著系數(shù) 19
3.2.3 制動(dòng)器最大的制動(dòng)力矩 23
3.3 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù) 24
3.3.1 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 24
3.3.2 摩擦片摩擦系數(shù) 26
3.4 鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 27
3.4.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律 27
3.5.2 制動(dòng)器因數(shù)及摩擦力矩分析計(jì)算 30
3.5 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
3.5.1 制動(dòng)鼓 35
3.5.2 制動(dòng)蹄 36
3.5.3 制動(dòng)底板 37
3.5.4 制動(dòng)蹄的支承 37
3.5.5 制動(dòng)輪缸 37
3.5.6.制動(dòng)盤 37
3.5.7制動(dòng)鉗 38
3.5.8制動(dòng)塊 38
3.5.9 摩擦材料 38
3.5.10 制動(dòng)摩擦襯片 38
3.6 制動(dòng)蹄支承銷剪切應(yīng)力計(jì)算 40
第4章 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 43
4.1 輪缸直徑與工作容積 43
4.2 制動(dòng)主缸直徑與工作容積 45
4.3 制動(dòng)輪缸活塞寬度與缸筒的壁厚 45
4.3.1 制動(dòng)輪缸活塞寬度與缸筒壁厚 45
4.3.2制動(dòng)器活塞寬度與缸筒壁厚 46
4.4 制動(dòng)主缸行程的計(jì)算 47
4.5 制動(dòng)主缸活塞寬度與缸筒的壁厚 47
4.5.1 制動(dòng)主缸活塞寬度 47
4.5.2 制動(dòng)主缸筒的壁厚 47
4.6 制動(dòng)踏板力與踏板行程 48
結(jié) 論 50
參考文獻(xiàn) 51
致 謝 52
摘 要
國內(nèi)汽車市場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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)已有的金杯載貨汽車的數(shù)據(jù)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。制定出金杯載貨汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，確定計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)制，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖，布置圖和零件圖。
關(guān)鍵詞：汽車制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)器
ABSTRACT
The rapid development of the domestic automobile market, with the increase of car ownership, the security problem has become more and more people's attention, and the braking system is one of the important systems of automobile active safety. Therefore, how to develop a high performance braking system, to provide protection for the safe driving is the main problem to be solved. In addition, with the increasing competition in the automotive market, how to shorten the product development cycle, improve design efficiency, reduce costs, improve the market competitiveness of products, has become the key to the success of enterprises.
This paper mainly based on the brake system of the existing design of Jinbei light truck data SY1041DJF1. Develop structure scheme of the gold SY1041DJF1 light-duty vehicle braking system, calculation of braking system of the main design parameters of, using computer aided design and drawing of assembly drawing, arrangement diagram and parts diagram.
Key words: automobile brake system; brake
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)。近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。汽車制動(dòng)系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動(dòng)裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動(dòng)能，以達(dá)到車輛制動(dòng)減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。
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(shì)。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)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(cè)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(cè)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(cè)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本課題研究目的
通過對(duì)金杯載貨汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以掌握汽車制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和方法，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)。設(shè)計(jì)與專業(yè)關(guān)系緊密，可綜合利用所學(xué)的汽車構(gòu)造、汽車設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程材料和CAD繪圖等專業(yè)知識(shí)。
1.4本課題研究內(nèi)容
制定出金杯載貨汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，確定計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)制，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖，布置圖和零件圖。
第2章 制動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)
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。
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?。?
（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。
作為一款輕型載貨商用車，出于制造維修成本以及制動(dòng)效能等方面考慮，采用鼓式制動(dòng)器。
2.2鼓式制動(dòng)器
鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用干各類汽車上。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)器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者則安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件為制動(dòng)鼓。車輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦路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)鼓的外因柱表面與制動(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。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。鼓式制動(dòng)器按蹄的類型分為：雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器、雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器、單向增力式制動(dòng)器、雙向增力制動(dòng)器。
2.2.1 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)，兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動(dòng)器。 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)，兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動(dòng)器。 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。
2.2.2 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
汽車倒車時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)地使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有“增勢(shì)”作用，故又稱為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱為減勢(shì)蹄?！霸鰟?shì)”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而“減勢(shì)”作用使從蹄所受的法向反力減小。
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)較低，也便于附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。
2.2.3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車制動(dòng)。
2.2.4 單向增力式制動(dòng)器
單向增力式制動(dòng)器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。
2.2.5 單向增力式制動(dòng)器
單向增力式制動(dòng)器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。
2.2.6 雙向增力式制動(dòng)器
將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則成為雙向增力式制動(dòng)器。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來說，不論汽車前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。
鼓式制動(dòng)器可按其制動(dòng)蹄的受力情況分類(見圖2.1)，它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀況以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同[2]。
（a） （b） （c）
（d） （e） （f）
（a）領(lǐng)從蹄式（凸輪張開）；（b）領(lǐng)從蹄式（制動(dòng)輪缸張開）；（c）雙領(lǐng)蹄式（非雙向，平衡式）；
（d）雙向雙領(lǐng)蹄式；（e）單向增力式；（f）雙向增力式
圖2.1鼓式制動(dòng)器簡圖
金杯載貨汽車采用結(jié)構(gòu)簡單，前輪采用雙領(lǐng)蹄式鼓式制動(dòng)器、后輪采用成本低的領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器。
2.3制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇
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)量小；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(shì)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)。
2.4 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?？煽闯墒且惠S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金杯載貨汽車的主要技術(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)如表3.1所示
表3.1 金杯載貨汽車整車參數(shù)
已知參數(shù)
金杯載貨汽車
軸距L（mm）
2500
整車質(zhì)量（Kg）
1983
裝載質(zhì)量（Kg）
2000
最高車速（km/h）
95
輪胎
R16
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(shì)。國外有關(guān)文獻(xiàn)推薦滿載時(shí)的同步附著系數(shù)：轎車?。回涇嚾橐?。
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3.2 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
1510.21
3201.14
5107.29
7754.6
9753.59
12624.9
15986.56
0.061
0.1315
0.2095
0.2978
0.3987
0.5149
0.5574
0.618
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3.3取不同值時(shí)對(duì)比GB 12676-1999的結(jié)果
0.8
19929.6
0.8065
1.0082
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2090.35 N?m 和1053.035N?m。
3.3 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)
3.3.1 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)
1、制動(dòng)鼓直徑
當(dāng)輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓的直徑越大，則制動(dòng)力矩越大，且使制動(dòng)器的散熱性能越好。但直徑的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制，而且的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增加，使汽車的非懸掛質(zhì)量增加，不利于汽車的行駛的平順性。制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)有一定的間隙，以利于散熱通風(fēng)，也可避免由于輪輞過熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動(dòng)鼓直徑的尺寸。由于金杯載貨汽車采用16的輪輞所以取，制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑之比的一般范圍為：貨車 。
=40.64mm
mm
2、制動(dòng)蹄摩擦片寬度、制動(dòng)蹄摩擦片的包角和單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積
由《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》的規(guī)定，選取制動(dòng)蹄摩擦片寬度mm；摩擦片厚度mm。
摩擦襯片的包角通常在范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角時(shí)磨損最小，制動(dòng)鼓的溫度也最低，而制動(dòng)效能則最高。再減小雖有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。包角也不宜大于，因?yàn)檫^大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。
綜上所述選取領(lǐng)蹄，從蹄
單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積：
（3.9）
式中：——單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積，mm2
——制動(dòng)鼓內(nèi)徑，mm；
——制動(dòng)蹄摩擦片寬度，mm；
——分別為兩蹄的摩擦襯片包角，（）。
cm2
表3.4 制動(dòng)器襯片摩擦面積
汽車類別
汽車總質(zhì)量t
單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積cm2
轎車
客車與貨車
（多為）
（多為）
由表3.4數(shù)據(jù)可知設(shè)計(jì)符合要求。
3、摩擦襯片起始角
摩擦襯片起始角如圖3.4所示。通常是將摩擦襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，并令。
領(lǐng)蹄包角
從蹄包角
圖3.2 鼓式制動(dòng)器的主要幾何參數(shù)
4、張開力的作用線至制動(dòng)器中心的距離
在滿足制動(dòng)輪缸布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離（見圖3.4）盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫取，根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)際情況取mm
5、制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置與
如圖3.4所示，制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)尺寸盡可能地小設(shè)計(jì)時(shí)常取mm，以使盡可能地大，初步設(shè)計(jì)可暫取，根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況取mm。
3.3.2 摩擦片摩擦系數(shù)
選擇摩擦片時(shí)，不僅希望起摩擦系數(shù)要高些，而且還要求其熱穩(wěn)定性好，受溫度和壓力的影響小。不宜單純的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)器是非常重要的各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說來，摩擦系數(shù)越高的材料，其耐磨性能越差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)，并非一定要追求最高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于250℃時(shí)，保持摩擦系數(shù)=0.35~0.4已不成問題。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，取=0.3可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際值。另外，在選擇摩擦材料時(shí)，應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無害的材料。
3.4 鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
北汽BJ2023越野車鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)主要采用前輪雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器，后輪采用后領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。
圖3.3 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 圖3.4 后領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
3.4.1 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）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、鼓式制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須建立制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。
為計(jì)算有一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄片上的力矩，在摩擦襯片表面上取一橫向單元面積，并使其位于與軸的交角為處，單元面積為。，其中b為摩擦襯片寬度，R為制動(dòng)鼓半徑，為單元面積的包角，如圖3.8所示。
由制動(dòng)鼓作用在摩擦襯片單元面積的法向力為：
(3.18)
而摩擦力產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為
在由至區(qū)段上積分上式，得
(3.19)
當(dāng)法向壓力均勻分布時(shí)，
(3.20)
式（3.19）和式（3.20）給出的由壓力計(jì)算制動(dòng)力矩的方法，但在實(shí)際計(jì)算中采用由張開力P計(jì)算制動(dòng)力矩的方法則更為方便。
圖3.9 張開力計(jì)算用圖
增勢(shì)蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩可表達(dá)如下：
(3.21)
式中:——單元法向力的合力；
——摩擦力的作用半徑(見圖3.9)。
如果已知制動(dòng)蹄的幾何參數(shù)和法向壓力的大小，便可算出蹄的制動(dòng)力矩。
為了求得力與張開力的關(guān)系式，寫出制動(dòng)蹄上力的平衡方程式：
(3.22)
式中：——軸與力的作用線之間的夾角；
——支承反力在工：軸上的投影。
解式(3..27)，得
(3.23)
對(duì)于增勢(shì)蹄可用下式表示為
(3.24)
對(duì)于減勢(shì)蹄可類似地表示為
(3.25)
圖3.10 制動(dòng)力矩計(jì)算用圖
為了確定，及，，必須求出法向力N及其分量。如果將(見圖3.10)看作是它投影在軸和軸上分量和的合力，則根據(jù)式（3.23）有： (3.26)
因此對(duì)于領(lǐng)蹄：
(3.36)
==
式中：。
根據(jù)式(3.24)和式(3.26)，并考慮到