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1、汽車設計教案 馬天飛第八章第八章 制動系設計制動系設計第一節(jié) 概述第二節(jié) 制動器的結構方案分析 第三節(jié) 制動器主要參數的確定 第四節(jié) 制動器的設計與計算 第五節(jié) 制動驅動機構的設計與計算 1汽車設計教案 馬天飛 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 一、功用1、使汽車以適當的減速度降速行駛直至停車；2、在下坡行駛時使汽車保持有適當的穩(wěn)定車速；3、使汽車可靠地停在原地或坡道上。二、組成制動系至少應具有兩套獨立的制動裝置：行車制動裝置和駐車制動裝置。汽車還設有應急制動、輔助制動和自動制動裝置。任何一套制動裝置都由制動器和制動驅動機構兩部分組成。2汽車設計教案 馬天飛三、設計要求1.具有足夠的制動效能；制動減速
2、度和制動距離，駐坡能力 2.工作可靠；獨立雙管路，30%3.不應喪失操縱性和方向穩(wěn)定性；4.防止水和污泥進入制動器工作表面；5.制動能力的熱穩(wěn)定性良好；6.操縱輕便，并具有良好的隨動性；7.制動時產生的噪聲盡可能小，減少公害；3汽車設計教案 馬天飛三、設計要求（續(xù)）8.作用滯后性應盡可能好；以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需的時間來評價 9.摩擦襯片（塊）應有足夠的使用壽命；10.能夠進行間隙調整，最好設置自動調整間隙機構；11.任何制動元件發(fā)生故障時，應有音響等報警提示。4汽車設計教案 馬天飛第二節(jié) 制動器的結構方案分析 v 制動器的分類 5汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器v 鼓式
3、制動器的各種結構形式 6汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器不同結構方案的區(qū)別v 主要區(qū)別 蹄片固定支點的數量和位置不同；張開裝置的形式與數量不同；制動時兩塊蹄片之間有無相互作用。7汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器制動器評價指標 制動器效能：制動器在單位輸入壓力或力的作用下所輸出的力或力矩。制動器效能因數K：在制動鼓或制動盤的作用半徑R上所得到的摩擦力（M/R）與輸入力F0之比。制動器效能的穩(wěn)定性：效能因數K對摩擦因數f的敏感性(dK/df)。8汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器方案分析領從蹄式 雙領蹄式雙向雙領蹄式 雙從蹄式 單向增力式 雙向增力式 結構簡單復雜最復雜復雜簡單復雜制動器效能
4、居中較高較高最低最高最高效能穩(wěn)定性居中較低較低最高最低最低兩蹄片單位壓力不等相等相等相等不等不等磨損狀態(tài)不均勻均勻均勻均勻不均勻不均勻輪轂軸承受力狀態(tài)受力不受力不受力不受力受力受力前進倒退制動效果相同不同相同不同不同相同調整間隙容易容易困難容易困難困難適用雙回路不適用適用適用適用不適用不適用9汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器分類v全盤式 v鉗盤式固定鉗式浮動鉗式滑動鉗式擺動鉗式 10汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器鉗盤式制動器方案分析固定鉗式浮動鉗式制動鉗剛度大小用于雙回路適用不適用徑向尺寸大小軸向尺寸大小布置困難容易制動液容易汽化不易汽化用于駐車制動困難方便成本高低11汽車設計教案 馬天
5、飛二、盤式制動器制動鉗的安裝位置 v 制動鉗位于軸前，可避免輪胎向鉗內甩濺泥污；v 制動鉗位于軸后，能使制動時輪轂軸承的合成載荷F減小。12汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器與鼓式制動器比較盤式鼓式備注熱穩(wěn)定性好差利用摩擦助勢作用水穩(wěn)定性好差離心力將水甩出制動力矩大小與汽車運動方向無關有關尺寸、質量小大散熱能力好差不工作區(qū)域的差別襯塊壓力分布均勻不均襯塊磨損均勻不均更換襯塊簡單困難13汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器與鼓式制動器比較（續(xù)）盤式鼓式備注制動器間隙 小大制動協(xié)調時間短長實現間隙自調 容易困難制動器間隙小防止塵污和銹蝕 困難容易兼作駐車制動器 困難簡單手驅動機構復雜是否需要助力必需
6、不需要求管路壓力高襯塊壽命低高襯塊面積小應用乘用車商用車14汽車設計教案 馬天飛第三節(jié) 制動器主要參數的確定 一、鼓式制動器主要參數的確定 包括制動鼓內徑D、摩擦襯片寬度b、包角和起始角0、尺寸參數e、a和c。15汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定 1.制動鼓內徑D影響因素要求D備注制動力矩大散熱能力大輪輞內徑限制 小20mm間隙增加摩擦面積大減小質量小制動鼓剛度小16汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定v 制動鼓內徑D 的選取v 制動鼓內徑尺寸應參照專業(yè)標準QC/T 309-1999制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列選取。D/Dr備注乘用車0.640.74Dr為輪
7、輞直徑商用車0.700.8317汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定 2.摩擦襯片寬度bv 制動襯片寬度尺寸系列見QC/T3091999。影響因素要求b備注提高襯片壽命 大減輕質量小成本小襯片與鼓接觸均勻小提高剛度小b大時可用兩條腹板18汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定 3.摩擦襯片包角 v 試驗表明，摩擦襯片包角=90100時，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最高。v 過大容易使制動器發(fā)生自鎖。v 包角一般不宜大于120。影響因素要求備注增大摩擦面積 大Ap=b D/2減少單位壓力大增加襯片壽命大散熱良好小19汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定
8、4.摩擦襯片起始角0 v 對稱布置：將襯片布置在制動蹄的中央，即0=90-/2。v 襯片相對于最大壓力點對稱布置：為了適應單位壓力的分布，以改善磨損均勻性和制動效能。20汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定 5.制動器中心到張開力Fo作用線的距離e v 在保證輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內的條件下，應使距離e盡可能大，以提高制動效能。v 初步設計時可暫定e=0.8R左右。21汽車設計教案 馬天飛一、鼓式制動器主要參數的確定 6.制動蹄支承點位置坐標a和c v 應在保證兩蹄支承端毛面不致互相干涉的條件下，使a盡可能大而c盡可能小。v 初步設計時，也可暫定a=0.8R左右。22汽車設
9、計教案 馬天飛二、盤式制動器主要參數的確定 1、制動盤直徑D v 制動盤直徑D大，則制動盤的有效半徑增加；可以降低制動鉗的夾緊力；減少襯塊的單位壓力和工作溫度。v 受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%79%?？傎|量大于兩噸的汽車應取上限。23汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器主要參數的確定 2、制動盤厚度h v制動盤厚度h大，則制動時溫升減少；但質量增大。v不同結構形式制動盤的厚度：實心制動盤1020mm；通風式制動盤2030mm，最大可達50mm。24汽車設計教案 馬天飛二、盤式制動器主要參數的確定 3、摩擦襯塊外半徑R2與內半徑R1 v半徑比R2/R1偏大,則工作時襯塊
10、的外緣與內側圓周速度相差較多；磨損不均勻，接觸面積減少；最終導致制動力矩變化大。v推薦摩擦襯塊的半徑比R2/R1不大于1.5。4、制動襯塊面積A v推薦制動襯塊單位面積占有的汽車質量在1.63.5kg/cm2范圍內選用。25汽車設計教案 馬天飛第四節(jié) 制動器的設計與計算 一、鼓式制動器的設計計算 1、壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律只考慮摩擦襯片的徑向變形；忽略制動鼓、蹄片和支承的變形。26汽車設計教案 馬天飛1、壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律v兩個自由度的緊蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律坐標系 坐標原點取在制動鼓中心O點；y1坐標軸線通過蹄片的瞬時轉動中心A1點。27汽車設計教案 馬天飛1、壓力沿襯片長
11、度方向的分布規(guī)律兩自由度緊蹄制動時，蹄片中心位于O1點；摩擦襯片的表面輪廓（E1E1線），就沿OO1方向平移進入制動鼓內。對于表面上任一點B1，其徑向變形為而則有28汽車設計教案 馬天飛1、壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律單自由度緊蹄制動時，蹄片繞支承銷A1轉動角d；襯片表面任意點B1的變形為B1點的徑向變形為考慮到得所以29汽車設計教案 馬天飛1、壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律總結v可見，蹄片壓力沿摩擦襯片長度的分布符合正弦曲線規(guī)律；v沿襯片長度方向壓力分布的不均勻程度，可用不均勻系數評價 式中，pf為在同一制動力矩作用下，假想壓力分布均勻時的平均壓力；pmax為壓力分布不均勻時蹄片上的最大壓力。
12、30汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩 v為了計算鼓式制動器產生的制動力矩，必須明確蹄壓緊到制動鼓上的力與產生制動力矩之間的關系。對于一個自由度的蹄片，在摩擦襯片表面取一微元bRd。由鼓作用在微元面積上的法向力為31汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩（續(xù)）摩擦力fdF1產生的制動力矩為襯片全部摩擦面積上的制動力矩法向壓力均勻分布時 可以計算出不均勻系數 32汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩v建立制動力矩與張開力Fo的關系 緊蹄產生的制動力矩式中，R1為摩擦力fF1的作用半徑。33汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩制動力矩與張開力的關系 列出蹄上的力平衡
13、方程式 式中，1為x1軸和力F1的作用線之間的夾角。解得 34汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩v制動力矩與張開力的關系緊蹄的制動力矩同樣的，對于松蹄，有 35汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩v 確定R1.2和1.2將襯片上的微元法向力dF(1.2)向x、y軸投影并在整個襯片弧長上積分則36汽車設計教案 馬天飛2、計算蹄片上的制動力矩確定R1.2和1.2將 代入并與 消去pmax，得到顯然，蹄片的R1.2和1.2的值只取決于角度和。37汽車設計教案 馬天飛制動鼓受到的制動力矩等于兩蹄的摩擦力矩之和對于等促動力式制動器，有F01=F02，則 對于等位移式制動器，兩蹄產生的制
14、動力矩相同，則3、制動鼓上的制動力矩38汽車設計教案 馬天飛v制動蹄上的自鎖條件 D1的分母小于等于零時，緊蹄將自鎖，即 為防止蹄片自鎖，應有最后，可以計算出領蹄表面的最大壓力 3、制動鼓上的制動力矩39汽車設計教案 馬天飛v假設襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸；各處單位壓力分布均勻。v制動器的制動力矩作用半徑R 可以用平均半徑Rm代替二、盤式制動器的設計計算 40汽車設計教案 馬天飛v若m=R1/R2過小，則扇形的徑向寬度過大；襯塊內、外半徑圓周處的滑磨速度相差很大；磨損不均勻。v因而單位壓力分布均勻這一假設條件不能成立，則上述計算方法也就不適用。vm 值一般不應小于0.65。二、盤式制動器的
15、設計計算 41汽車設計教案 馬天飛v制動盤的材料和工藝要求采用牌號不低于HT250的珠光體灰鑄鐵，摩擦性能良好，有足夠的強度和耐磨性能；工作面加工精度：平面度允差為0.012mm；表面粗糙度為0.71.3m；兩表面平行度不應大于0.05mm；制動盤的端面圓跳動不應大于0.03mm。二、盤式制動器的設計計算 42汽車設計教案 馬天飛v摩擦襯片（襯塊）磨損的影響因素：溫度摩擦力滑磨速度制動鼓（制動盤）的材質及加工情況襯片（襯塊）本身材質v試驗表明，影響磨損的最重要因素是摩擦表面的溫度溫度和摩擦力摩擦力。三、襯片磨損特性的計算 43汽車設計教案 馬天飛v制動器的能量負荷汽車制動時，動能轉化成的熱量的
16、大部分被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。能量負荷越大，則襯片（襯塊）磨損將越嚴重。單位面積上的能量負荷越高，則表面溫度也越高，磨損更嚴重。三、襯片磨損特性的計算 44汽車設計教案 馬天飛v比能量耗散率單位時間內襯片（襯塊）單位摩擦面積耗散的能量；計量單位為W/mm2；比能量耗散率有時也稱為單位功負荷，或簡稱能量負荷。v比能量耗散率的選取鼓式制動器的比能量耗散率不應大于1.8W/mm2；乘用車的盤式制動器比能量耗散率應不大于6.0 W/mm2。v比能量耗散率過高不僅引起襯片（襯塊）的加速磨損，且有可能使制動鼓或制動盤更早發(fā)生龜裂。三、襯片磨損特性的計算 45汽車設計教案 馬天飛v比摩擦力f0襯
17、片（襯塊）單位摩擦面積的制動器摩擦力。比摩擦力越大，則磨損將越嚴重。單個車輪制動器的比摩擦力v在j=0.6g時，鼓式制動器的比摩擦力f0以不大于0.48 N/mm2為宜。三、襯片磨損特性的計算 46汽車設計教案 馬天飛v為了保證汽車有良好的制動效能，要求合理地確定前、后輪制動器的制動力矩。選定同步附著系數，并計算前、后輪制動力矩的比值 根據汽車滿載在實際路面上緊急制動到前輪抱死拖滑，計算前輪制動器的最大制動力矩M1max；根據前面已確定的前、后輪制動力矩的比值，計算出后輪制動器的最大制動力矩M2max。四、前后輪制動器制動力矩的確定 47汽車設計教案 馬天飛v應急制動時，一般后輪都將抱死滑移后
18、橋制動力應為此時所需的后橋制動力矩為 如用后輪制動器作為應急制動器，則單個后輪制動器應急制動力矩為 FB2re/2。若用中央制動器進行應急制動，則制動力矩應為FB2re/i0。五、應急制動和駐車制動所需的制動力矩 48汽車設計教案 馬天飛v駐車制動汽車在上坡路上停駐時，后橋附著力為 汽車在下坡路上停駐時的后橋附著力為五、應急制動和駐車制動所需的制動力矩 49汽車設計教案 馬天飛v駐車制動汽車在坡路上可靠停駐所需的制動力FB2與后橋所能提供的附著力F2 的關系如圖所示。汽車可能停駐的極限上/下坡路傾角 五、應急制動和駐車制動所需的制動力矩 設計駐車制動器時，制動力矩極限值由極限上坡傾角確定。50
19、汽車設計教案 馬天飛第五節(jié) 制動驅動機構的設計與計算 一、制動驅動機構的形式 v制動驅動機構將來自駕駛員或其它力源的力傳給制動器，使之產生制動力矩。簡單制動（人力制動）機械式液壓式 動力制動氣壓制動氣頂液制動 全液壓動力制動 伺服制動真空伺服制動空氣伺服制動液壓伺服制動 51汽車設計教案 馬天飛二、分路系統(tǒng) 一軸對一軸（II）型交叉（X）型一軸半對半軸（HI）型半軸一輪對半軸一輪（LL）型雙半軸對雙半軸（HH）型52汽車設計教案 馬天飛二、分路系統(tǒng) 一軸對一軸（II）型若后制動回路失效，一旦前輪抱死，極易喪失轉彎制動能力。對于前輪驅動的乘用車，當前制動回路失效而單用后橋制動時，制動力將嚴重不足
20、。若后橋負荷小于前軸，則踏板力過大時易使后橋車輪抱死而汽車側滑。管路布置簡單，成本較低，商用車使用廣泛。53汽車設計教案 馬天飛二、分路系統(tǒng) 交叉（X）型直行制動時，任一回路失效，剩余總制動力都能保持正常值的50%。某一管路損壞造成制動力不對稱，前輪將朝制動力大的一邊繞主銷轉動，使汽車喪失穩(wěn)定性。若主銷偏移距為負值，不平衡的制動力使車輪反向轉動，可改善汽車穩(wěn)定性。結構簡單。54汽車設計教案 馬天飛二、分路系統(tǒng) HI、HH、LL型結構比較復雜。LL型和HH型的剩余總制動力可達正常值的50%左右。LL型和HH型在任一回路失效時，前、后制動力比值均與正常情況下相同。HI型單用一軸半回路時剩余制動力較大，但此時與LL型一樣，緊急制動情況下后輪很容易先抱死。55
汽車設計：第八章 制動系設計
