第八章制動系設計1

1、1 概述概述一、功用一、功用v1.以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車v2.下坡時使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速下坡時使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速u 二、組成二、組成v1.制動裝置分類：分類：v2.行車行車制動裝置組成制動裝置組成v3.使汽車可靠地停在原地或坡道上使汽車可靠地停在原地或坡道上 制動器：制動器： 制動驅動機構制動驅動機構返回w二、制動系的設計要求二、制動系的設計要求駐車制動能力駐車制動能力行車制動能力行車制動能力(JB4019-85)V(km/h)制動減速度制動減速度j(m/s2)制動距離制動距離St空駛距離空駛距離+制動距離制動距離轎車貨車8040、50、705.

2、874.45.5經驗數(shù)值：轎a=0.1，列車a=0.18貨a=0.060.15Ma(t) 13.5 70 3.512 50 12 40226 . 321 VjaVSt(JB3939-85)v2.2.工作可靠工作可靠v3.以任何速度制動，汽車都不應當喪失操縱性以任何速度制動，汽車都不應當喪失操縱性和方向穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性v4. 防止水和污泥進入制動器工作表面熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：v5.5.制動能力的熱穩(wěn)定性好制動能力的熱穩(wěn)定性好初速為80%Vmax時重復制動1520次，制動到1/2初速時制動性能指標70%80%以上至少有兩套獨立的驅動制動器的管路至少有兩套獨立的驅動制動器的管路(JB3935-85

3、和和JB4200-86)v6. 操縱輕便，并具有良好的隨動性操縱輕便，并具有良好的隨動性踏板力Fmax(N)手柄拉力(N)踏板行程（mm）手柄行程（mm)轎車貨車500700 500 700 100150 150200160200v7.制動噪聲盡可能小，力求減少散發(fā)出對人體制動噪聲盡可能小，力求減少散發(fā)出對人體有害的物質，以減少公害有害的物質，以減少公害v8. 作用滯后性（包括產生制動和解除制動的滯作用滯后性（包括產生制動和解除制動的滯后時間）應盡可能短后時間）應盡可能短v9. 摩擦襯片/塊應有足夠的使用壽命v10. 應有能消除因磨損而產生間隙的機構，間應有能消除因磨損而產生間隙的機構，間隙調

4、整容易隙調整容易v12. 制動裝置中任一元件發(fā)生故障并使其基本功制動裝置中任一元件發(fā)生故障并使其基本功能受到破壞時，應有報警裝置能受到破壞時，應有報警裝置v11.11.與懸架、轉向裝置不產生運動干涉，在車與懸架、轉向裝置不產生運動干涉，在車輪跳動或汽車轉向時不會引起自行制動輪跳動或汽車轉向時不會引起自行制動返回2 制動器的結構方案分析制動器的結構方案分析制動器型式：制動器型式：帶式帶式w摩擦式制動器摩擦副形式：摩擦式制動器摩擦副形式：摩擦式摩擦式電磁式電磁式液力式液力式廣泛應用于汽車制動器廣泛應用于汽車制動器 特點：作用滯后小，易于連接且特點：作用滯后小，易于連接且接頭可靠，但成本高接頭可靠，

5、但成本高只要用于作緩速器只要用于作緩速器鼓式鼓式盤式盤式制動器在單位輸入壓力或力作用制動器在單位輸入壓力或力作用下所輸出的力或力矩下所輸出的力或力矩w 制動器效能因素制動器效能因素在制動鼓或制動盤的作用半徑在制動鼓或制動盤的作用半徑R上所得到的摩擦力（上所得到的摩擦力（Mm m/R)與輸入與輸入力力F0之比之比RFMK0m返回領從蹄式領從蹄式雙領蹄式雙領蹄式從蹄無支承從蹄無支承從蹄有支承從蹄有支承單向雙領蹄式單向雙領蹄式雙向雙領蹄式雙向雙領蹄式雙從蹄式（一般不用）雙從蹄式（一般不用）增 力 式增 力 式單向增力式單向增力式雙向增力式雙向增力式液壓驅動液壓驅動（按蹄的屬性）（按蹄的屬性）氣壓驅動

6、氣壓驅動（按張開裝置類型）（按張開裝置類型）凸 輪凸 輪曲 柄曲 柄楔楔圓弧線凸輪圓弧線凸輪漸開線凸輪漸開線凸輪阿基米德線凸輪阿基米德線凸輪單 楔單 楔雙 楔雙 楔鼓 式鼓 式盤 式盤 式液壓驅動液壓驅動氣壓驅動氣壓驅動鉗盤式鉗盤式全盤式全盤式浮動鉗浮動鉗固定鉗固定鉗滑 動滑 動擺 動擺 動制制動動器器w車輪制動器型式：車輪制動器型式：返回制動器效能前、倒車制動效能制動器效能穩(wěn)定性兩蹄片單位壓力制動時輪鼓軸受力結構調整間隙運用雙管路居第三位不變居第二位不等受力簡單容易不適用居第二位不同僅強于增力式相等不受復雜適用居第一位不變較差困難適用應用中、重貨轎車后軸中轎前軸中輕貨部分轎車w一、鼓式一、鼓

7、式制動器制動器(5種形式比較)0F0F1F2F2Ff1Ff領從蹄式0F1F2Ff1Ff雙領蹄式2F0F0F1F2Ff1Ff雙向雙領蹄式2F0F0F0F制動器效能前、倒車制動效能制動器效能穩(wěn)定性兩蹄片單位壓力制動時輪鼓軸受力結構調整間隙運用雙管路前進時好不同差不等受力簡單困難不適用不變復雜應用少數(shù)輕、中貨和轎車前軸大型高速轎車中央制動器w 鼓式制動鼓式制動器器(5(5種形式比較種形式比較續(xù)續(xù)) )01F1F2Ff1Ff單向增力式2F02F01F1F2Ff1Ff雙向增力式2F02F01F機械式機械式張開裝張開裝置置u二、盤式制動器二、盤式制動器v1. 盤式制動器型式：盤式制動器型式：鉗盤式鉗盤式全

8、盤式全盤式a)固定鉗式固定鉗式b)滑動鉗式滑動鉗式c)擺動鉗式擺動鉗式固定鉗式固定鉗式浮動鉗式浮動鉗式滑動鉗式滑動鉗式擺動鉗式擺動鉗式返回v2. 結構型式分析結構型式分析特特 點點應應 用用固定鉗式固定鉗式僅制動塊和活塞為滑動件，制動鉗的僅制動塊和活塞為滑動件，制動鉗的剛度好；結構和制造工藝與一般制動剛度好；結構和制造工藝與一般制動輪缸相近，很適應分路系統(tǒng)的要求；輪缸相近，很適應分路系統(tǒng)的要求；工作可靠。工作可靠。但但液壓缸跨過制動盤，增液壓缸跨過制動盤，增大了制動器尺寸，增大了布置難度與大了制動器尺寸，增大了布置難度與受熱機會；制動液易受熱汽化，難以受熱機會；制動液易受熱汽化，難以實現(xiàn)駐車制

9、動實現(xiàn)駐車制動曾廣泛曾廣泛應用應用浮動鉗式浮動鉗式無跨越制動盤的油道或油管，減少了無跨越制動盤的油道或油管，減少了液壓缸、活塞等精密件，成本低，重液壓缸、活塞等精密件，成本低，重量較輕，軸向尺寸小，冷卻條件好，量較輕，軸向尺寸小，冷卻條件好，可兼作駐車制動?？杉孀黢v車制動。廣泛廣泛返回v3. 與鼓式制動器比較與鼓式制動器比較1 1）制動效能的穩(wěn)定性好）制動效能的穩(wěn)定性好3）水穩(wěn)定性好水穩(wěn)定性好4）制動力矩與汽車行駛方向無關）制動力矩與汽車行駛方向無關6）同樣條件下，盤時制動器可承受較高的摩擦力矩，襯）同樣條件下，盤時制動器可承受較高的摩擦力矩，襯片磨損小且較均勻，使用壽命長片磨損小且較均勻，使

10、用壽命長5 5）結構簡單，其摩擦襯塊更易更換，維護方便，具有制）結構簡單，其摩擦襯塊更易更換，維護方便，具有制動間隙自調能力，利于襯片的調節(jié)和安裝動間隙自調能力，利于襯片的調節(jié)和安裝7）踏板力受車速影響較小。制動盤受熱后厚度變化量小，踏板行程變化不大2）熱穩(wěn)定性好）熱穩(wěn)定性好9） 易于構成雙回路制動系，使系統(tǒng)由較高的可靠性和安全性盤式制動器優(yōu)點：盤式制動器優(yōu)點：8）襯塊與制動盤之間的間隙?。ǎ┮r塊與制動盤之間的間隙?。?.050.15mm）w盤式制動器3）兼作駐車制動時，附加的手驅動機構較復雜兼作駐車制動時，附加的手驅動機構較復雜4）因襯塊工作面積小，所以磨損快，使用壽命）因襯塊工作面積小，所

11、以磨損快，使用壽命較低，需用高材質的襯塊。較低，需用高材質的襯塊。2）大部分制動盤都暴露在空氣中，易受塵污和）大部分制動盤都暴露在空氣中，易受塵污和銹蝕銹蝕1 1）制動效能較低，其效能因數(shù)的平均值只有）制動效能較低，其效能因數(shù)的平均值只有雙領蹄時制動器的雙領蹄時制動器的25%25%左右，需有助力裝置。左右，需有助力裝置。所需制動液壓力較高，對密封要求較高所需制動液壓力較高，對密封要求較高返回3 制動器主要參數(shù)的確定制動器主要參數(shù)的確定u一、一、鼓式制動器主要參數(shù)的確定鼓式制動器主要參數(shù)的確定v1. 制動鼓內徑制動鼓內徑D（半徑（半徑R）而當輪輞已定而當輪輞已定, R， Dt ，散熱散熱溫升溫升

12、推薦：推薦：襯片摩擦面積：Ap=Rbq討論：0F0F鼓式制動器主要幾何參數(shù)O0CeaDRFMfm tDDr(輪輞直徑)RD輪輞R，MmR，Ap D/Dr轎車0.640.74貨車0.700.83(ZB T24 005-89)v2.2.襯片寬度襯片寬度b b、包角、包角 Ap愈大，制動蹄襯片所受單位壓力，能量負荷v 一般：一般： =90100車型汽車總質量ma t單個制動器總的Apcm2轎車0.91.51.52.5100200200300貨車及客車1.01.51.52.52.53.53.57.07.012.012.017.0120200150250(多為150200)250400300650550

13、10006001500（多為6001200） 磨損特性愈好！磨損特性愈好！要求：要求： 120（磨損最小，制動溫度最低，且制動效能最高）(ZB T24 005-89)返回v3. 3. 襯片起始角襯片起始角 0 0v4. 尺寸e (制動器中心到張制動器中心到張開力開力F0作用線的距離作用線的距離e) D=(70%79%)Drv5.5.尺寸尺寸a、c（制動蹄支承點位置）（制動蹄支承點位置）(對稱布置對稱布置)2900qRe8 . 0初步設計時，?。?F0F鼓式制動器主要幾何參數(shù)O0CeaD盡可能小些，初步設計時，可取：cRa8 .0u二、盤式制動器主要參數(shù)的確定二、盤式制動器主要參數(shù)的確定v1.

14、制動盤直徑制動盤直徑D：返回v2.制動盤厚度制動盤厚度hR2/R1 1.5v4. 制動襯塊面積制動襯塊面積A推薦：推薦：R1R2qqOv3. 摩擦襯塊外半徑摩擦襯塊外半徑R2、內半徑、內半徑R1影響: 制動盤質量、工作溫升實心制動盤：實心制動盤：h=1020mm通風式制動盤：通風式制動盤：h=2050mm，常用，常用2030mm返回4 制動器的設計與計算制動器的設計與計算一、一般原則一、一般原則v（一）制動器效能制動器效能1.定義：定義：2.評價指標：評價指標：制動器效能因數(shù)制動器效能因數(shù)K 式中：式中：F0輸入力。一般取施加于兩制動蹄的張開力輸入力。一般取施加于兩制動蹄的張開力（或施加于兩制

15、動塊的壓緊力）的平均值作為（或施加于兩制動塊的壓緊力）的平均值作為輸入力，即輸入力，即 F0=(F01+F02)/2K的定義：定義：RFMK0m返回 3、K的計算的計算盤式：盤式：f摩擦因數(shù)摩擦因數(shù) 當當F01=F02=F0時，則有：時，則有：RFFMMRFFMMRFMKtttt)()(220201210201210mmmmmFfFfF0F0fFfFFFKf222000鼓式：鼓式：02F01F制動蹄受力簡圖Oa1a2RRh1h2Ff2Ff1F1F2RFMKtt0111mRFMKtt0222m21021ttttKKRFMMKmm返回 領從蹄式領從蹄式K的計算的計算M1=0:f fRafRhRfa

16、hFFKft111101110111101aFRFhFf結論：在幾何參數(shù)既定情況下，結論：在幾何參數(shù)既定情況下，h1/R 和和a1/R 均為常數(shù)。故：均為常數(shù)。故：Kt1和和dKt1/df 僅為僅為f 的函數(shù)！的函數(shù)！02F01F制動蹄受力簡圖Oa1a2RRh1h2Ff2Ff1F1F2RfahFFf11011 2111211111)()()(RfahafRafRhRhfRadfdKtFf1F1ffFFf 11 領從蹄式領從蹄式K的計算的計算（續(xù)）（續(xù)）1)f,Kt1及及dKt1/df急劇急劇自行增勢作用自行增勢作用2222222222220222)()()(RfahafRafRhRhfRadf

17、dKfRafRhFFKtft0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 12 24 46 68 8K Kt tf領蹄領蹄從蹄從蹄0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 12 24 46 68 8dKff領蹄領蹄從蹄從蹄制動蹄效能因數(shù)及其導數(shù)與摩擦系數(shù)的關系df結論：結論：領蹄具有較高的效能因數(shù)，從蹄具有較好的制動效能穩(wěn)定性！2）當f =a1/R，Kt1 自鎖而而Kt2 但但dKt2/df；當；當f ：Kt2 h2/R， dKt2/df 0 從動蹄制動效能較穩(wěn)定從動蹄制動效能較穩(wěn)定v(二) 制動效能穩(wěn)定性制動效能穩(wěn)定性2）摩擦副表面溫度）摩擦副表面溫度1 1）摩擦

18、副材料）摩擦副材料3）摩擦副表面水濕程度影響影響 f 的因素：的因素：由上述分析可見：由上述分析可見：F 綜合分析結論綜合分析結論:)( fFK 盤式制動器效能最為穩(wěn)定！盤式制動器效能最為穩(wěn)定！(dK/df=2)返回w二、鼓式制動器的設計計算二、鼓式制動器的設計計算徑向變形：徑向變形：故：故：0F兩自由度計算模型y1x1E1E1最大壓力線（外廓線）RA1B11B111C1OO1111111cosBBCB而由：)(90111max111111190)(OOBB)sin( 11max11)sin(11max1 ppF 壓力壓力:同理可得單自由度下壓力：同理可得單自由度下壓力：)210( sinma

19、x11pp(10-1)1.1.壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律返回2 2、蹄片上的制動力矩、蹄片上的制動力矩微元面積：微元面積：bRdbRda a摩擦力摩擦力fdF1所產生的微摩擦力矩所產生的微摩擦力矩0F計算制動力矩簡圖y1x1RO fdF1dF1d法向力：3)(10 sin max11dbRpbRdpdF sin 2max11mdfbRpRfdFdMt) 410( ) cos(cos2max1mfbRpMtF 從從 積分，得積分，得:sinmax11pp 當法向壓力均勻分布時：當法向壓力均勻分布時：)510( ) (2111mfbRpMbRdpdFft返回3 3.

20、. Mm t與張開力與張開力F0101的關系的關系Mmt=fF1R1 (10-6)01F計算張開力簡圖y1x1ROR10F1fF10FyFxhacc) 810( )sin(cos111011fRfchFF)910( )sin(cos 1011111011DFfRfcfRhFMtm)1010( )sin(cos2022222022DFfRfcfRhFMtmF 同理可同理可得得:7)(10 00)sin(coscos1101111001cFRfFaFfFFFxx)1110( 20210121DFDFMMMttmmm)1210( 210DDMFmF 當當F F00 F0202 F0 0時時，得到，得

21、到:則：則：w三三. .盤式制動器的設計計算盤式制動器的設計計算式中：式中：R作用半徑，取作用半徑，取R=Rm=(R1+R2)/2 或或R=Re(有效半徑）有效半徑）)( )(3222131322aRRfpdRdfpRMRR qqmqF 設單位壓力為設單位壓力為p由由(a)/(b)得有效作用半徑：得有效作用半徑：212231320322RRRRfFMRem1.1.制動力矩制動力矩Mm=2fF0R (10-13)R1R2qqOdRRmRe盤式制動器作用半徑計算簡圖dR2 2. .有效半徑有效半徑Re則單側制動力矩：則單側制動力矩：單側總摩擦力：單側總摩擦力：)( )(2121220bRRfpfp

22、RdRdfFRR qqq)1410( Re2 0fFMm返回w四.襯片磨損特性的計算襯片磨損特性的計算2）表面粗糙度：Ra0.71.3mm1 1）平面度允差：）平面度允差：0.0120.012mmmm3）兩摩擦表面的平行度 0.05mm2. 工作面加工精度要求：工作面加工精度要求：1. 襯片磨損襯片磨損F 影響因素影響因素:3. 材料：材料：HT250以上以上4）端面圓跳動）端面圓跳動 0.03mm2)表面溫度表面溫度1)1)摩擦力摩擦力3)滑磨速度4) 鼓/盤材質5)5)加工情況加工情況返回1）比能耗散率比能耗散率式中：式中：緊急制動下：緊急制動下：V2=0， =1V1、V2制動的初、終速回

23、轉質量換算系數(shù)制動力分配系數(shù)單位襯片摩擦面積在單位時間內耗散的能量w/mm2單前輪制動器：單前輪制動器：后輪制動器：后輪制動器：1222112)(21tAVVmea)1(2)(21222212tAVVmeajVVt2122022111riiImrImTgfW12114tAVmea)1(42212tAVmeaA1、A2前、后制動器襯片面積返回2）比摩擦力比摩擦力要求：要求： j=0.6g下下平均單位壓力平均單位壓力 pm= f0/f =1.371.6N/mm2 md、mh各制動鼓/盤總質量、與制動鼓/盤相連接金屬件的總質量2. 制動器熱容量和溫升的核算：制動器熱容量和溫升的核算：單位襯片摩擦面積

24、的制動摩擦力F 鼓式：鼓式：e 1.8 w/mm2F 盤式：盤式：e 6.0 w/mm2V1=100km/h(轎轎) 80km/h(貨貨ma35kN)式中：式中：RAMfm0要求：要求：j=0.6g時時,f0 0.48N/mm2Lt)cmc(mhhddDCd、Ch鼓/盤、與鼓/盤相連接金屬件的比熱容Dt制動鼓/盤的溫升（V1=30km/h0， Dt 15 ）鑄鐵：鑄鐵：C=482=482J/(/(kgK),),鋁合金：鋁合金： C=880=880J/(/(kgK) )五、前、后輪制動器制動力矩的確定五、前、后輪制動器制動力矩的確定L滿載汽車制動時由動能轉變的熱能?？烧J為制動產生的熱能全部為前、后制動器所吸收，并按前、后軸制動力的分配比率分配為給前、后制動器