大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化

I摘要FormulaSAE比賽由美國(guó)車(chē)輛工程師學(xué)會(huì)（SAE）于1979年創(chuàng)立，每年在世界各地有600余支大學(xué)車(chē)隊(duì)參加各個(gè)分站賽，2011年將在中國(guó)舉辦第一屆中國(guó)大學(xué)生方程式賽車(chē)，本設(shè)計(jì)將針對(duì)中國(guó)賽程規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。本說(shuō)明書(shū)主要介紹了大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)的設(shè)計(jì)，首先介紹了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義、研究現(xiàn)狀以及設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行方案論證分析與選擇，主要包括制動(dòng)器形式方案分析、制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)形式選擇、液壓分路系統(tǒng)的形式選擇和液壓制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)方案，最后確定方案采用簡(jiǎn)單人力液壓制動(dòng)雙回路前后盤(pán)式制動(dòng)器。除此之外，還根據(jù)已知的汽車(chē)相關(guān)參數(shù)，通過(guò)計(jì)算得到了制動(dòng)器主要參數(shù)、前后制動(dòng)力矩分配系數(shù)、制動(dòng)力矩和制動(dòng)力以及液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)參數(shù)。最后對(duì)制動(dòng)性能進(jìn)行了詳細(xì)分析。關(guān)鍵字：制動(dòng)、盤(pán)式制動(dòng)器、液壓中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第1章緒論1AbstractFormulaSAEracewasfoundedin1979bytheAmericancarsinstituteofEngineerseveryyearmorethan600teamsparticipateinvariousracesaroundtheworld,ChinawillholdthefirstFormulaoneforChinesecollegestudents,thedesignwillbefordesignoftheprovisionsoftheChinesecalendar.ThispapermainlyintroducesthedesignofbreakingsystemoftheFormulaStudent.Firstofall,breakingsystem'sdevelopment,structureandcategoryareshown,andaccordingtothestructures,virtuesandweaknessofdrumbrakeanddiscbrakeanalysisisdone.Atlast,theplanadoptinghydroidtwo-backwaybrakewithfrontdiscandreardisc.Besides,thispaperalsointroducesthedesigningprocessoffrontbrakeandrearbreak,brakingcylinder,parameter'schoiceofmaincomponentsbrakingandchannelsettingsandtheanalysisofbrakeperformance.Keywords:braking,brakingdisc,hydroidpressure第1章緒論1.1制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義汽車(chē)是現(xiàn)代交通工具中用得最多、最普遍、也是運(yùn)用得最方便的交通工具。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)底盤(pán)上的一個(gè)重要系統(tǒng)，它是制約汽車(chē)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(chē)運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車(chē)上最重要的安全件。汽車(chē)的制動(dòng)性能直接影響汽車(chē)的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車(chē)流密度的日益增大，人們對(duì)安全性、可靠性的要求越來(lái)越高，為保證人身和車(chē)輛安全，必須為汽車(chē)配備十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.2制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀車(chē)輛在形式過(guò)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(chē)輛非常重要的性能之一，改善汽車(chē)的制動(dòng)性能始終是汽車(chē)設(shè)計(jì)制造和使用部門(mén)的重要任務(wù)。當(dāng)車(chē)輛制動(dòng)時(shí)，由于車(chē)輛受到與行駛方向相反的外力，所以才導(dǎo)致汽車(chē)的速度逐步減小到0，對(duì)這一過(guò)程中車(chē)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(guò)程受力情況分析是車(chē)輛試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，由于這一過(guò)程較為復(fù)雜，因此一般在實(shí)際中只能建立簡(jiǎn)化模型分析，通常人們從三個(gè)方面來(lái)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)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：即熱衰退性；3）制動(dòng)時(shí)汽車(chē)方向的穩(wěn)定性；目前，對(duì)于整車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要通過(guò)路試或臺(tái)架進(jìn)行，由于在汽車(chē)道路試驗(yàn)中車(chē)輪扭矩不易測(cè)量，因此，多數(shù)有關(guān)制動(dòng)系的試驗(yàn)均通過(guò)間接測(cè)量來(lái)進(jìn)行汽車(chē)在道路上的行駛，其車(chē)輪與地面的作用力是汽車(chē)運(yùn)動(dòng)變化的根據(jù)，在汽車(chē)道路試驗(yàn)中，如果能夠方便地測(cè)量出車(chē)輪上扭矩的變化，則可為汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)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本次制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)1）具有良好的制動(dòng)效能；2）具有良好的制動(dòng)效能穩(wěn)定性；3）制動(dòng)時(shí)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性好；4）制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好；21.4大學(xué)生方程式賽車(chē)制動(dòng)規(guī)則和要求1.4.1制動(dòng)系統(tǒng)——概況賽車(chē)必須配備有剎車(chē)系統(tǒng)。并且作用于所有四個(gè)車(chē)輪上，而且只被一個(gè)控制器控制。1）它必須有兩套獨(dú)立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄漏或失效時(shí)，至少在兩輪上還保持有有效的制動(dòng)力。每個(gè)液壓回路必須有其專屬的儲(chǔ)油罐（可用獨(dú)立儲(chǔ)油罐或用原廠的儲(chǔ)油罐）。2）單個(gè)剎車(chē)作用時(shí)，有限的滑移差是可以接受的。3）剎車(chē)系統(tǒng)必須在以下的測(cè)試中，能夠抱死所有四個(gè)輪。4）線控制動(dòng)是禁止的。5）沒(méi)有保護(hù)的塑料剎車(chē)線是禁止的。6）剎車(chē)系統(tǒng)必須裝有碎片護(hù)罩，以防傳動(dòng)系失效或小碰撞（引起的碎片破壞制動(dòng)系統(tǒng)）。7）從側(cè)面看，安裝在賽車(chē)簧上（簧上質(zhì)量：指懸架支撐的質(zhì)量）部分上的剎車(chē)系統(tǒng)的任何部分都不可以伸到車(chē)架或者承載式車(chē)身的下表面以下。（新內(nèi)容）1.4.2制動(dòng)測(cè)試剎車(chē)系統(tǒng)將在動(dòng)態(tài)中測(cè)試。并且必須能四輪抱死，并且不跑偏，同時(shí)能夠在由制動(dòng)性能檢查官員指定的加速賽盡頭停車(chē)。1.4.3剎車(chē)踏板超程開(kāi)關(guān)1）車(chē)上必須裝有一個(gè)剎車(chē)踏板超程開(kāi)關(guān)。在萬(wàn)一剎車(chē)踏板超程引起剎車(chē)系統(tǒng)失效時(shí)，這個(gè)開(kāi)關(guān)必須能夠被啟動(dòng)并停止發(fā)動(dòng)機(jī)。該開(kāi)關(guān)必須能夠徹底斷絕點(diǎn)火，同時(shí)切斷傳給任何電動(dòng)燃油泵的電力。2）重復(fù)啟用此開(kāi)關(guān)不能恢復(fù)給這些部件的動(dòng)力。并且它必須被設(shè)計(jì)成不能被車(chē)手重置。3）開(kāi)關(guān)只有被相似的部件代替才可，而不是通過(guò)依靠邏輯程序控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元，或有相似功能的數(shù)字控制器來(lái)替代。1.4.4剎車(chē)燈1）賽車(chē)必須配備有至少15w，或可以從后面看等效的清晰可見(jiàn)的紅色剎車(chē)燈。如果使用了LED（發(fā)光二極管）燈源，它必須在非常強(qiáng)的日光下也清晰可見(jiàn)。2）剎車(chē)燈必須安置在兩輪之間的中線并在垂直方向上和車(chē)手的肩膀的高度齊高，并且在側(cè)面，接近賽車(chē)的中線。31.5本次制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)1）學(xué)習(xí)大學(xué)生方程式賽車(chē)的相關(guān)規(guī)程2）根據(jù)整車(chē)基本參數(shù)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的主要部件制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，并選擇合適的制動(dòng)器部件。合理設(shè)計(jì)制動(dòng)系統(tǒng)，滿足賽車(chē)相關(guān)要求3）計(jì)算并得出賽車(chē)的I曲線和β線，論證制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。4）設(shè)計(jì)過(guò)程中要考慮具有剎車(chē)踏板超程開(kāi)關(guān)、剎車(chē)燈，要求完成其控制電路設(shè)計(jì)。5）繪制制動(dòng)系統(tǒng)裝配圖6）將方案論證的結(jié)果及設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果整理，完成畢業(yè)論文。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第2章制動(dòng)系統(tǒng)方案論證分析與選擇4第2章制動(dòng)系統(tǒng)方案論證分析與選擇2.1制動(dòng)器形式方案分析汽車(chē)制動(dòng)器幾乎均為機(jī)械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件和固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動(dòng)力矩使汽車(chē)減速或停車(chē)。一般摩擦式制動(dòng)器按旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤(pán)式兩大類(lèi)。2.1.1鼓式制動(dòng)器鼓式制動(dòng)器是最早形式汽車(chē)制動(dòng)器，當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)汽車(chē)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軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動(dòng)鼓。車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪轂上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦蹄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)鼓的外圓柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對(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(chē)制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車(chē)的中央制動(dòng)器，通常所說(shuō)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(lèi)型分為:1)領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器如圖2-1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車(chē)前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn)），則蹄1為領(lǐng)蹄，蹄2為從蹄。汽車(chē)倒車(chē)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)得使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反反向旋轉(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)從蹄使制動(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(kāi)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。增勢(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(chē)前進(jìn)與倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，也便于服裝駐車(chē)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(chē)的前、后輪制動(dòng)器及轎車(chē)的后輪制動(dòng)器。5圖2-1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器2)雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器若在汽車(chē)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)蹄使制動(dòng)器（如圖2-2所示）。顯然，當(dāng)汽車(chē)倒車(chē)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為雙向領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖所示，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)鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平面式制動(dòng)器。雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車(chē)時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于中級(jí)轎車(chē)的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類(lèi)汽車(chē)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(chē)時(shí)則相反。圖2-2雙領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器3)雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器6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（如圖2-3所示）。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(chē)前進(jìn)及倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛應(yīng)用于中、輕型載貨汽車(chē)和部分轎車(chē)的前后輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)用于駐車(chē)制動(dòng)。圖2-3雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器4)單向增力式制動(dòng)器單向增力式制動(dòng)器如圖2-4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)地板上的支承銷(xiāo)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的制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車(chē)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(chē)制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它用于少數(shù)輕、中型貨車(chē)和轎車(chē)上作為前輪制動(dòng)器。圖2-4單向增力式制動(dòng)器5）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(xiāo)也作為7兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動(dòng)器(如圖2-5所示)。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)不論汽車(chē)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。雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車(chē)上用的較多，而且常常將其作為行車(chē)制動(dòng)與駐車(chē)制動(dòng)功用的制動(dòng)器，但行車(chē)制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開(kāi)力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車(chē)制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過(guò)鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用于汽車(chē)的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車(chē)制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車(chē)制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問(wèn)題并不突出。但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降。因此，在轎車(chē)領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車(chē)中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車(chē)制動(dòng)。圖2-5雙向增力式制動(dòng)器2.1.2盤(pán)式制動(dòng)器盤(pán)式制動(dòng)器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤(pán)式和全盤(pán)式兩大類(lèi)。1）鉗盤(pán)式鉗盤(pán)式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤(pán)式制動(dòng)器、浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器等。定鉗盤(pán)式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤(pán)與車(chē)輪相連并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其他滑動(dòng)件，易于保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)鼓式制動(dòng)器到盤(pán)式制動(dòng)器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤(pán)得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂；沒(méi)有跨越制動(dòng)盤(pán)的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性?。怀杀镜停桓?dòng)盤(pán)的制動(dòng)塊可兼用駐車(chē)制動(dòng)。2）全盤(pán)式8在全盤(pán)制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤(pán)形，制動(dòng)時(shí)各盤(pán)摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動(dòng)器散熱條件較差，其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有鉗盤(pán)式制動(dòng)器廣泛。盤(pán)式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：1）制動(dòng)效能穩(wěn)定性好；2）制動(dòng)力矩與汽車(chē)運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)；3）易于構(gòu)成雙回路，有較高的可靠性和安全性；4）尺寸小、質(zhì)量小、散熱好；5）制動(dòng)襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻；6）更換襯塊工作簡(jiǎn)單容易。7）襯塊與制動(dòng)盤(pán)間的間隙小，縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。8）易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)最終確定本次設(shè)計(jì)采用前后盤(pán)式制動(dòng)器，且均為浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器。2.2制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)形式選擇根據(jù)動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)及伺服制動(dòng)三大類(lèi)型。而力的傳遞方式又有機(jī)械式、液壓式、氣壓式、氣壓-液壓式的區(qū)別。2.2.1簡(jiǎn)單制動(dòng)系簡(jiǎn)單制動(dòng)系即人力制動(dòng)系，是靠四級(jí)作用于制動(dòng)踏板上或手柄上的力作為制動(dòng)力源。而傳力方式有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式的靠桿系或鋼絲繩傳力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造假低廉，工作可靠，但機(jī)械效率低，因此僅用于中、小型汽車(chē)的駐車(chē)制動(dòng)裝置中。液壓式的簡(jiǎn)單制動(dòng)系統(tǒng)通常稱為液壓制動(dòng)系，用于行車(chē)制動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時(shí)間短（0.1-0.3s),工作壓力大（可達(dá)10MPa-12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄的張開(kāi)機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊的壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低。但其有限的力傳動(dòng)比限制了它在汽車(chē)上的適用范圍。另外，液壓管路在過(guò)渡受熱時(shí)會(huì)形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”使制動(dòng)效能降低甚至失效；而當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)（-25攝氏度和更低時(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，液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系曾廣泛用于轎車(chē)、輕型及以下的貨車(chē)和部分中型貨車(chē)上。但由于操作較沉重，不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)提高操作輕便性的要求，故當(dāng)前僅多用于微型汽車(chē)上，在轎車(chē)和輕型汽車(chē)已經(jīng)極少采用。2.2.2動(dòng)力制動(dòng)系動(dòng)力制動(dòng)系是以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力形成的氣壓或液壓勢(shì)能作為汽車(chē)制動(dòng)的全部力源進(jìn)行制動(dòng)，而9司機(jī)作用于制動(dòng)踏板或手柄上的力僅用于對(duì)制動(dòng)回路中控制元件的操縱。在簡(jiǎn)單制動(dòng)系中的踏板力與其行程間的發(fā)比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)系中便不復(fù)存在。動(dòng)力制動(dòng)系有氣壓制動(dòng)系、氣頂液式制動(dòng)系和全液壓動(dòng)力制動(dòng)系3種。1)氣壓制動(dòng)系氣壓制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系最常見(jiàn)的型式，由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，且主車(chē)與被拖的掛車(chē)以及汽車(chē)列車(chē)之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接和斷開(kāi)均很方便，因此被廣用于總質(zhì)量為8t以上尤其是15t以上的載貨汽車(chē)、越野汽車(chē)和客車(chē)上，但氣壓制動(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒、制動(dòng)閥等裝置，使其結(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)（0.3s-0.9s),因此，當(dāng)制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和儲(chǔ)氣罐的距離較遠(yuǎn)時(shí)，有必要加設(shè)啟動(dòng)的第二控制元件--繼動(dòng)閥（即加速閥）以及快放閥；管路工作壓力較低（一半為0.5MPa-0.9MPa)。因而制動(dòng)器室的直徑達(dá)，只能置于制動(dòng)器之外，在通過(guò)桿件及凸輪或鍥塊驅(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。2)氣頂液式制動(dòng)系氣頂液式制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系的另一種型式，即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動(dòng)系統(tǒng)主缸的驅(qū)動(dòng)力源的一種制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它兼有液壓制動(dòng)和氣壓制動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)。由于其氣壓系統(tǒng)的管路短，故作用滯后時(shí)間也較短。顯然，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價(jià)高，故主要用于重型汽車(chē)上，一部分總質(zhì)量為9t-11t的中型汽車(chē)上也有所采用。3)全液壓動(dòng)力制動(dòng)系全液壓動(dòng)力制動(dòng)系除具有一般液壓制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操作輕便、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)備共同液壓泵和儲(chǔ)油等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密件多，對(duì)系統(tǒng)的密封性要求也較高，故并未得到廣泛應(yīng)用，目前僅用于某些高級(jí)轎車(chē)、大型客車(chē)以及極少數(shù)的重礦用自卸汽車(chē)上。2.2.3伺服制動(dòng)系伺服制動(dòng)系是在人力液壓制動(dòng)系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套除其他能源提供的助力裝置，使人力與動(dòng)力可兼用，即兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系，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。因此，在中級(jí)以上的轎車(chē)及輕、中型客、貨汽車(chē)上得到了廣泛的應(yīng)用。按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動(dòng)系、氣壓伺服制動(dòng)系和液壓伺服制動(dòng)系之分，其伺服能源分別為真空能（負(fù)氣壓能）、氣壓能和液壓能。根據(jù)賽規(guī)及經(jīng)驗(yàn)要求，確定本次設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單液壓制動(dòng)。102.3液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇圖2-1液壓分路系統(tǒng)形式為了提高制動(dòng)工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車(chē)的所有行車(chē)制動(dòng)器的液壓或氣壓管路分為兩個(gè)或更多的相互獨(dú)立的回路，其中一個(gè)回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動(dòng)作用。雙軸汽車(chē)的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)有以下常見(jiàn)的物種分路形式(如圖2-1所示)：一軸對(duì)一軸（II）型，前軸制動(dòng)器與后橋制動(dòng)器各用一個(gè)回路。交叉型（X），前軸的一側(cè)車(chē)輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)策車(chē)輪制動(dòng)器同屬一個(gè)回路。一周半對(duì)半軸（HI）型，兩側(cè)前制動(dòng)器的板書(shū)輪缸和全部后制動(dòng)器輪缸屬于一個(gè)回路，其余的前輪缸則屬另一回路。半軸一輪對(duì)半軸一輪（LL)型，兩個(gè)回路分別對(duì)兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器起作用。雙半軸對(duì)雙半軸（HH）型，每個(gè)回路均只對(duì)每個(gè)前、后制動(dòng)器的半數(shù)輪缸起作用。II型管路布置較為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的但輪崗鼓式制動(dòng)器配合使用，成本較低，目前在各類(lèi)汽車(chē)特別是商用車(chē)商用得最廣泛。對(duì)于這種形式，若后制動(dòng)回路失效，則一旦前輪抱死即極易喪失轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。對(duì)于采用前輪驅(qū)動(dòng)因而前制動(dòng)器強(qiáng)于后制動(dòng)器的乘用車(chē)，當(dāng)前制動(dòng)回路失效而單用后橋制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)力將嚴(yán)重不足（小于正常情況下的一半），并且，若后橋負(fù)荷小于前軸負(fù)荷，則踏板力過(guò)大時(shí)易使后橋車(chē)輪抱死而汽車(chē)側(cè)滑。X型的結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。直行制動(dòng)時(shí)任一回路失效，剩余的總制動(dòng)力都能保持正常值的50%。但是，一旦某一管路損壞造成制動(dòng)力不對(duì)稱，此時(shí)前輪將朝制動(dòng)力大的一邊繞主銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車(chē)喪失穩(wěn)定性。因此，這種方案適用于主銷(xiāo)偏移距為負(fù)值（達(dá)20mm)的汽車(chē)上。這時(shí)，不平衡的制動(dòng)力使車(chē)輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車(chē)的穩(wěn)定性。HI、HH、LL型結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜。LL型和HH型在任一回路失效時(shí)，前后制動(dòng)力比值均與11正常情況下相同，剩余總制動(dòng)力可達(dá)正常值的50%左右。HI型單用一軸半回路時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與LL型一樣，緊急制動(dòng)情況下后輪很容易先抱死。綜合以上各個(gè)管路的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇X型管路。2.4液壓制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)方案為了提高汽車(chē)行駛的安全性，并根據(jù)交通法則的要求，現(xiàn)代汽車(chē)的行駛制動(dòng)系統(tǒng)都采用了雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。雙回路制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)主缸為串聯(lián)雙缸制動(dòng)主缸，單缸制動(dòng)主缸已經(jīng)被淘汰。儲(chǔ)存罐中的油經(jīng)每一腔的進(jìn)油螺栓和各自旁通孔、補(bǔ)償孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔內(nèi)產(chǎn)生的油壓分別經(jīng)各自的出油閥和各自的管路傳到前、后輪制動(dòng)器的輪缸。主缸不工作時(shí)，前、后倆工作腔內(nèi)的活塞頭部與皮碗正好位于前、后腔內(nèi)各自的旁通孔和補(bǔ)償孔之間。當(dāng)踏下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)推桿推動(dòng)后缸活塞前移，到皮碗掩蓋住旁通孔后，此腔液壓升高。在后腔液壓和后腔彈簧力的作用下，推動(dòng)前缸活塞向前移動(dòng)，前腔壓力也隨之升高。當(dāng)繼續(xù)下踩制動(dòng)踏板時(shí)，前、后腔的液壓繼續(xù)升高，使前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)。撤除踏板力后，制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)、主缸前后腔活塞和輪缸活塞，在各自的復(fù)位彈簧作用下回位，管路中的制動(dòng)液借其壓力推開(kāi)回油閥門(mén)流回主缸。于是接觸制動(dòng)。當(dāng)迅速放開(kāi)制動(dòng)踏板時(shí)，由于油液的粘性和管路阻力的影響，油液不能及時(shí)流回主缸并填充因活塞右移而讓出的空間，因而在旁通孔開(kāi)啟之前，壓油腔中產(chǎn)生一定的真空度。此時(shí)進(jìn)油腔液壓高于壓油腔，因而進(jìn)油腔的油液便從前、后缸活塞的前密封皮碗的邊緣與缸壁間的間隙流入各自的壓油腔以填補(bǔ)真空。與此同時(shí)，儲(chǔ)液室中的油液經(jīng)補(bǔ)償孔流入各自的進(jìn)油腔?；钊耆珡?fù)位后，旁通孔已開(kāi)放，由制動(dòng)管路繼續(xù)流回主缸而顯多余的油液便可經(jīng)前、后缸的旁通孔流回儲(chǔ)液室。液壓系統(tǒng)中因密封不良而產(chǎn)生的制動(dòng)液漏泄，和因溫度變化而引起的制動(dòng)液膨脹或收縮，都可以通過(guò)補(bǔ)償孔和旁通孔得到補(bǔ)償。若與前腔連接的制動(dòng)管路損壞樓有時(shí)，則在踩下制動(dòng)踏板時(shí)只后腔中能建立液壓，前腔中無(wú)壓力。此時(shí)在液壓差作用下，前腔活塞迅速前移到前缸活塞前端頂?shù)街鞲左w上。此后，后缸工作腔中液壓方能升高到制動(dòng)所需的值。若與后腔連接的制動(dòng)管路損壞漏油時(shí)，則在踩下制動(dòng)踏板時(shí)，起先只是后缸活塞前移，而不能推動(dòng)前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液壓。但在后缸活塞直接頂觸前缸活塞時(shí)，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液壓而制動(dòng)。由此可見(jiàn)，采用這種主缸的雙回路液壓制動(dòng)系，當(dāng)制動(dòng)系統(tǒng)中任一回路失效時(shí)，串聯(lián)雙缸制動(dòng)主缸的另一腔仍能夠工作，只是所需踏板行程加大，導(dǎo)致汽車(chē)制動(dòng)距離增長(zhǎng)，制動(dòng)力減小。大大的提高了工作的可靠性。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第3章制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算12第3章制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值3.1.1相關(guān)主要參數(shù)1.汽車(chē)相關(guān)主要參數(shù)如表3.1所示。表3.1汽車(chē)相關(guān)主要參數(shù)編號(hào)名稱符號(hào)數(shù)值單位備注1質(zhì)量M0320.000kg2重力G3136.000N3質(zhì)心高h(yuǎn)g300.000mm11.82inch4軸距L1600.000mm63.04inch5質(zhì)心至前軸的距離a848.000mm33.41inch6質(zhì)心至后軸的距離b752.000mm29.63inch7前軸負(fù)荷Wf1473.920N47.00%8后軸負(fù)荷Wr1662.080N53.00%2.2010年FSAE贊助輪胎相關(guān)參數(shù)如表3.2所示。表3.22010年FSAE贊助輪胎相關(guān)參數(shù)規(guī)格180/530R13標(biāo)準(zhǔn)輪輞內(nèi)距8輪胎胎面寬(mminch)2238.8輪胎外徑(mminch)53321.0輪胎接地面寬(mminch)1857.3輪胎半徑(mm)244輪胎周長(zhǎng)1626輪輞內(nèi)距7.5-8.5133.1.2同步附著系數(shù)的分析當(dāng)時(shí)：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)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這是容易發(fā)生后軸策劃而使汽車(chē)喪失方向穩(wěn)定性；（3）當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車(chē)前后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。分析表明，汽車(chē)在同步系數(shù)為的路面上制動(dòng)（前后輪同時(shí)抱死）時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即q=,q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)到前輪或者后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度q<,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。根據(jù)相關(guān)資料查出賽車(chē)=0.7，故取=0.7。3.1.3地面對(duì)前、后輪的法向反作用力若在不同附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時(shí)抱死（不論是同時(shí)抱死或分別先后抱死），此時(shí)或。地面作用于前、后輪的法向反作用力為（3-1）（3-2）前后輪同時(shí)抱死制動(dòng)時(shí)地面對(duì)前、后輪法向反作用力的變化如表3.3所示表3.3前后輪同時(shí)抱死地面對(duì)前、后輪法向反作用力的變化φ01474166247%53%0.11533160349%51%0.21592154451%49%0.31650148653%47%0.41709142755%46%0.51768136856%44%0.61827130958%42%0.71886125060%40%0.81944119262%38%0.92003113364%36%1.02062107466%34%143.2制動(dòng)器有關(guān)計(jì)算3.2.1確定前后制動(dòng)力矩分配系數(shù)根據(jù)公式：（3-3）得到：（3-4）3.2.2制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，假定前后輪同時(shí)抱死拖滑，此時(shí)所需的前橋制動(dòng)力矩為（3-5）式中，G為賽車(chē)重力；L為軸距；a為汽車(chē)質(zhì)心到前軸的距離；為汽車(chē)質(zhì)心的高度；為附著系數(shù)；為輪胎有效半徑。當(dāng)==0.7時(shí)，即因?yàn)?=(3-6)所以3.2.3盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)確定1）制動(dòng)盤(pán)直徑D制動(dòng)盤(pán)直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時(shí)制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得到增加，可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤(pán)的直徑通常選擇為輪輞直徑的70％一79％?？傎|(zhì)量大于2t的汽車(chē)應(yīng)取上限。這里去制動(dòng)盤(pán)的直徑D為輪輞直徑的百分之70%，即mm2）制動(dòng)盤(pán)厚度的選擇15制動(dòng)盤(pán)厚度對(duì)制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動(dòng)盤(pán)厚度不宜取得大；為了降低溫度，制動(dòng)盤(pán)厚度又不宜取得過(guò)小。制動(dòng)盤(pán)可以做成實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動(dòng)盤(pán)中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取為10～20mm，通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán)厚度取為20～50mm，采用較多的是20～30mm。在高速運(yùn)動(dòng)下緊急制動(dòng),制動(dòng)盤(pán)會(huì)形成熱變形,產(chǎn)生顫抖。為提高制動(dòng)盤(pán)摩擦面的散熱性能,大多把制動(dòng)盤(pán)做成中間空洞的通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán),這樣可使制動(dòng)盤(pán)溫度降低20%～30%。這里制動(dòng)器采用實(shí)心制動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)，mm厚度。3）摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R2摩擦襯塊（如圖3-1所示）是指鉗夾活塞推動(dòng)擠壓在制動(dòng)盤(pán)上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。因?yàn)橹苿?dòng)器直徑D等于231mm,則摩擦塊mm取，所以mm。圖3-1摩擦襯塊4）摩擦襯塊工作面積對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器襯塊工作面積A，推薦根據(jù)制動(dòng)襯塊單位面積占有的汽車(chē)質(zhì)量在范圍內(nèi)選用。單個(gè)前輪摩擦塊,則單個(gè)前輪制動(dòng)器A=48;單個(gè)后輪摩擦塊，則單個(gè)后輪制動(dòng)器A=32.能夠滿足β的要求。5）摩擦襯塊摩擦系數(shù)f 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。各種制動(dòng)器用擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈16差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國(guó)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)=0.35～0.40已無(wú)大問(wèn)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。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(wú)害的材料。所選擇摩擦系數(shù)=0.35?？偨Y(jié)得到參數(shù)如表3.4所示表3.4制動(dòng)器基本參數(shù)制動(dòng)盤(pán)外徑/mm工作半徑/mm制動(dòng)盤(pán)厚度/mm摩擦襯塊厚度/mm摩擦面積前輪2319610948后輪23196109323.2.4盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力計(jì)算假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤(pán)接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為（3-7）式中，為摩擦因數(shù)；為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力；R為作用半徑。對(duì)于常見(jiàn)的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔缓艽螅瑒tR等于平均半徑或有效半徑，在實(shí)際中已經(jīng)足夠精確。平均半徑為mm式中，和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。有效半徑是扇形表面的面積中心至制動(dòng)盤(pán)中心的距離，如下式所示（推導(dǎo)見(jiàn)離合器設(shè)計(jì)）（3-8）式中，.因?yàn)?,故，越小，則兩者差值越大。應(yīng)當(dāng)指出，若過(guò)小，即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大，襯塊摩擦面上各不同半徑處得滑磨速度相差太遠(yuǎn)，磨損不均勻，因?yàn)閱挝粔毫Ψ植季鶆蜻@一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì)算方法也就不適用。值一般不應(yīng)小于0.65.假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤(pán)接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩17為（3-9）式中，為摩擦因數(shù)；為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力；R為作用半徑。對(duì)于常見(jiàn)的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔缓艽?，則R等于平均半徑或有效半徑，在實(shí)際中已經(jīng)足夠精確。平均半徑為（3-10）式中，和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。對(duì)于前制動(dòng)器(3-11)所以對(duì)于后制動(dòng)器(3-12)所以3.3制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)盤(pán)一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr或Ni等合金鑄鐵制成。制動(dòng)盤(pán)在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤(pán)這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20-30%，但盤(pán)得整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)盤(pán)的汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)，其厚度約在10-13mm之間。本次設(shè)計(jì)采用的材料為HT250。.2）制動(dòng)鉗制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH370-12或球墨鑄鐵QT400-18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄。3）制動(dòng)塊制動(dòng)塊由背板和摩擦襯快組成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘結(jié)在一起。4）摩擦材料制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值以后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水（油、制動(dòng)液）率，低的壓縮率、低的熱18傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能，制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕?、?yīng)盡量采用污染小對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。當(dāng)前，制動(dòng)器廣泛采用模壓材料。5）制動(dòng)輪缸制動(dòng)輪缸采用單活塞式制動(dòng)輪缸，其在制動(dòng)器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸簡(jiǎn)為通孔，需鏜磨?；钊射X合金制造。活塞外端壓有鋼制的開(kāi)槽頂快，以支承插槽中的制動(dòng)蹄，極端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處得橡膠皮碗密封。本次設(shè)計(jì)采用的是HT250.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第4章液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算19第4章液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1前輪制動(dòng)輪缸直徑的確定制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)塊施加的張開(kāi)力與輪缸直徑和制動(dòng)管路壓力的關(guān)系為(4-1)制動(dòng)管路壓力一般不超過(guò)10～12。取。(4-2)輪缸直徑應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選取（HG2865-1997),具體為19mm、22mm、24mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm、50mm、55mm。因此取前輪制動(dòng)輪缸直徑為32mm.同理，后輪制動(dòng)輪缸直徑。因此取后輪制動(dòng)輪缸直徑為25mm.4.2制動(dòng)主缸直徑的確定第個(gè)輪缸的工作容積為：(4-3)式中，為第個(gè)輪缸活塞的直徑；為輪缸中活塞的數(shù)目；為第個(gè)輪缸活塞在完全制動(dòng)時(shí)的行程，初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鼓式制動(dòng)器可取2.0-2.5mm.此處取mm.所以一個(gè)前輪輪缸的工作容積為一個(gè)后輪輪缸的工作容積為所有輪缸的總工作容積為,式中，為輪缸數(shù)目。制動(dòng)主缸應(yīng)有的工作容積為,式中為制動(dòng)軟管的變形容積。在初步設(shè)計(jì)時(shí)，制動(dòng)主缸的工作容積可為：對(duì)于乘用車(chē);對(duì)于商用車(chē)。此處取。20所以(4-4)主缸活塞行程和活塞直徑為(4-5)一般=（0.8～1.2）。此處取=。所以(4-6)主缸的直徑應(yīng)符合QC/T311-1999中規(guī)定的尺寸系列，具體為19mm、22mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm。所以取得mm。4.3制動(dòng)踏板力和制動(dòng)踏板工作行程制動(dòng)踏板力為：(4-7)式中，為制動(dòng)主缸活塞直徑；p為制動(dòng)管路的液壓；為探班機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比；為踏板機(jī)構(gòu)及液壓主缸的機(jī)械效率，可取=0.82～0.86.此處取=4，=0.85.制動(dòng)踏板力應(yīng)滿足以下要求；最大踏板力一般為500N（乘用車(chē)）或700N（商用車(chē)）。設(shè)計(jì)時(shí)，制動(dòng)踏板力可在200N～350N的范圍內(nèi)選取。所以符合設(shè)計(jì)要求。制動(dòng)踏板工作行程為(4-8)式中，為主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5mm～2mm;為主缸活塞空行程，主缸活塞由不工作時(shí)的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過(guò)的行程。制動(dòng)器調(diào)整正常時(shí)的踏板工作行程,在只應(yīng)占計(jì)及制動(dòng)襯塊的容許磨損量的踏板行程的40%～60%。為了避免空氣侵入制動(dòng)管路，在計(jì)算制動(dòng)主缸活塞回位彈簧時(shí)，應(yīng)保證踏板放開(kāi)后，制動(dòng)管路中仍保持0.05～0.14的殘余壓力。最大踏板行程，對(duì)乘用車(chē)應(yīng)不大于100～150mm,對(duì)商用車(chē)不大于180mm。此外，作用在制動(dòng)手柄上最大的力，對(duì)乘用車(chē)不大于400N，對(duì)商用車(chē)不大于600N。制動(dòng)手柄最大21行程對(duì)乘用車(chē)不大于160mm,對(duì)商用車(chē)不大于220mm.符合設(shè)計(jì)要求中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第5章制動(dòng)性能分析22第5章制動(dòng)性能分析任何一套制動(dòng)裝置都是由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。汽車(chē)的制動(dòng)性是指汽車(chē)在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車(chē)速至停車(chē)或下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車(chē)速的能力。5.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車(chē)的制動(dòng)性主要由下列三方面來(lái)評(píng)價(jià)：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，即抗熱衰退性能。3）制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車(chē)不發(fā)生跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。5.2制動(dòng)效能制動(dòng)效能是指在良好路面上，汽車(chē)以一定初速度制動(dòng)到停車(chē)的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的減速度。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小，制動(dòng)減速度越大，汽車(chē)的制動(dòng)效能就越好。5.3制動(dòng)效能的恒定性制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。汽車(chē)在高速行駛或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。因?yàn)橹苿?dòng)過(guò)程中實(shí)際上是把汽車(chē)行駛的動(dòng)能通過(guò)制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動(dòng)器溫度升高后能保持在冷態(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(wèn)題。5.4制動(dòng)時(shí)汽車(chē)方向的穩(wěn)定性制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)給定路徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車(chē)將偏離原來(lái)的路徑。制動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力，稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況。制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時(shí)，汽車(chē)將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)按給定路23徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測(cè)試時(shí)都要求了其實(shí)驗(yàn)通道的寬度。方向穩(wěn)定性是從制動(dòng)跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力方面來(lái)考驗(yàn)。制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè)：汽車(chē)左右車(chē)輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車(chē)輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等。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)上不協(xié)調(diào)（相互干涉）。前者是由于制動(dòng)調(diào)整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。側(cè)滑是指汽車(chē)制動(dòng)時(shí)某一軸的車(chē)輪或兩軸的車(chē)輪發(fā)生橫向滑動(dòng)的現(xiàn)象。最危險(xiǎn)的情況時(shí)高速制動(dòng)時(shí)后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時(shí)抱死或前軸先報(bào)死后軸始終不抱死。理論分析如下，真正的評(píng)價(jià)需要靠實(shí)驗(yàn)。5.5制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析對(duì)于一般汽車(chē)而言，根據(jù)其前后軸制動(dòng)力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)如下三種情況：前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑。后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。前后輪同時(shí)抱死拖滑。所以，前后輪制動(dòng)力分配將影響汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設(shè)計(jì)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)必須妥善處理的問(wèn)題。根據(jù)給定參數(shù)和及制動(dòng)力分配系數(shù)，應(yīng)用EXCEL編制出制動(dòng)力分配曲線如下：當(dāng)I線與β線相交時(shí)，即=0.7時(shí)，即前后輪同時(shí)抱死。當(dāng)I線在β線下方時(shí)，前輪先抱死。當(dāng)I線在β線上方時(shí)，后輪先抱死。通過(guò)圖5-1可以看出相關(guān)參數(shù)和制動(dòng)力分配系數(shù)的合理性。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文第5章制動(dòng)性能分析24圖5-1賽車(chē)制動(dòng)力分配曲線5.6制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離S制動(dòng)系的制動(dòng)效果，可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來(lái)評(píng)價(jià)。假設(shè)汽車(chē)是在水平的，堅(jiān)硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)所以符合要求。255.7摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算摩擦襯塊的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤(pán)）的材質(zhì)及加工情況，以及襯片本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計(jì)算磨損性能極為困難。但試驗(yàn)表明，影響磨損的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。從能量的觀點(diǎn)來(lái)說(shuō)，汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程即是將汽車(chē)的機(jī)械能（動(dòng)能和勢(shì)能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了汽車(chē)全部動(dòng)能耗散的任務(wù)。此時(shí)，由于制動(dòng)時(shí)間很短，實(shí)際上熱能還來(lái)不及逸散到大氣中就被制動(dòng)器所吸收，致使制動(dòng)器溫度升高。這就是所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴(yán)重。對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器的襯塊，其單位面積上的能量負(fù)荷比鼓式制動(dòng)器襯片大許多倍，所以制動(dòng)盤(pán)的表面溫度比制動(dòng)鼓的高。各種汽車(chē)的總質(zhì)量及其制動(dòng)襯塊的摩擦面積各不相同，因而有必要用一種相對(duì)的量作為評(píng)價(jià)能量負(fù)荷的指標(biāo)。目前，各國(guó)常用的指標(biāo)是比能量消散率，即單位時(shí)間內(nèi)襯塊單位摩擦面積耗散的能量，通常所用的計(jì)量單位為。比能量耗散率有時(shí)也稱為單位功負(fù)荷，或簡(jiǎn)稱能量負(fù)荷。雙軸汽車(chē)的單個(gè)前輪及后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為(5-1)(5-2)(5-3)式中，為汽車(chē)總質(zhì)量；為汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；、為制動(dòng)初速度和終速度（）；為制動(dòng)減速度（）；t為制動(dòng)時(shí)間；、為前、后制動(dòng)襯片（襯塊）的摩擦面積；為制動(dòng)力分配系數(shù)。在緊急制動(dòng)到停車(chē)的情況下，，并可認(rèn)為，故(5