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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1設(shè)計(jì)的目的及意義
汽車(chē)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(chē)制動(dòng)系是汽車(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、可靠性要求越來(lái)越高，為保證人身和車(chē)輛的安全,必須為汽車(chē)配備十分可靠的制動(dòng)器[1]。
通過(guò)查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，確定以比亞迪F3轎車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)為基本的為其設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使其達(dá)到以下要求：具有足夠的制動(dòng)效能以保證汽車(chē)的安全性；同時(shí)在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無(wú)害的材料。
1.2研究現(xiàn)狀
雖然在汽車(chē)制動(dòng)器領(lǐng)域，盤(pán)式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器是必然的趨勢(shì)，但在現(xiàn)階段，鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。相對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求高，造價(jià)高等缺點(diǎn)，鼓式制動(dòng)器不僅結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在輕、重型載貨汽車(chē)上，鼓式制動(dòng)器還是在大量使用的。
鼓式相對(duì)盤(pán)式，其制動(dòng)效能和散熱性要差許多。鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上，制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量，制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。另外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車(chē)蹄的空隙。針對(duì)以上缺點(diǎn)，現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器則采取一些改進(jìn)措施： 1）合理確定制動(dòng)鼓的直徑 2）合理確定摩擦襯片寬度 3）合理確定輪轂散熱結(jié)構(gòu) 4）合理選擇輪胎和輪輞??5）加裝氣門(mén)嘴固定卡??6）采用目前較先進(jìn)的技術(shù)，以防車(chē)輪過(guò)熱，如采用制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)整臂、使用緩速器。設(shè)計(jì)中采用的是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，兼顧了制動(dòng)器效能因數(shù)和制動(dòng)器效能的穩(wěn)定性。它的工作原理是利用與車(chē)身(或車(chē)架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車(chē)輪(或傳動(dòng)軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，亦即由制動(dòng)踏板的踏板力通過(guò)推桿和主缸活塞，使主缸油液在一定壓力下流入輪缸，并通過(guò)兩輪缸活塞推使制動(dòng)蹄繞支承銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開(kāi)而以其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)制動(dòng)鼓產(chǎn)生摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，使車(chē)輪減速直至停車(chē)。
鼓式制動(dòng)器是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)，其剎車(chē)鼓的設(shè)計(jì)1902年就已經(jīng)使用在馬車(chē)上了，直到1920年左右才開(kāi)始在汽車(chē)工業(yè)廣泛應(yīng)用。四輪轎車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車(chē)全部負(fù)荷的70%-80%，前輪制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)作用，因此轎車(chē)生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤(pán)后鼓的制動(dòng)方式。
汽車(chē)制動(dòng)性能是確保車(chē)輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車(chē)輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。鼓式制動(dòng)器是應(yīng)用非常廣泛的一種制動(dòng)器，有其優(yōu)良的制動(dòng)效果及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式[2]。應(yīng)用Pro/E 軟件建立鼓式制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型, 并完成虛擬裝配，然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析，為鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,，可縮短鼓式制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為以后進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。
目前使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)成為如今研究現(xiàn)狀，也必將成為以后的發(fā)展趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的使用可降低工程設(shè)計(jì)成本的13%~30%，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間30%~60%，增加分析問(wèn)題的深度和廣度3~35倍，提高作業(yè)生產(chǎn)率40%~70%，提高設(shè)備利用率2~3倍，減少加工過(guò)程30%~60%,降低人工成本5%~20%。以PTC公司的Pro/Engineer為代表的基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的問(wèn)市給機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，使得它變得其實(shí)可行。
近年來(lái)在計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來(lái)的有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計(jì)算問(wèn)題提供了有效的途徑。我國(guó)在"九五"計(jì)劃期間大力推廣CAD技術(shù)，機(jī)械行業(yè)大中型企業(yè)CAD的普及率從"八五"末的20%提高到目前的70%。隨著企業(yè)CAD應(yīng)用的普及，工程技術(shù)人員已逐步甩掉圖板，而將主要精力投身如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，計(jì)算機(jī)輔助工程分析（CAE，Computer Aided Engineering）方法和軟件將成為關(guān)鍵的技術(shù)要素。在工程實(shí)踐中，有限元分析軟件與CAD系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：增加設(shè)計(jì)功能，減少設(shè)計(jì)成本；縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期； 增加產(chǎn)品和工程的可靠性； 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低材料的消耗或成本； 在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題； 模擬各種試驗(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)； 進(jìn)行機(jī)械事故分析，查找事故原因。 在大力推廣CAD技術(shù)的今天，從自行車(chē)到航天飛機(jī)，所有的設(shè)計(jì)制造都離不開(kāi)有限元分析計(jì)算，F(xiàn)EA在工程設(shè)計(jì)和分析中將得到越來(lái)越廣泛的重視。汽車(chē)的任何零部件都可以根據(jù)其所要求的性能對(duì)其進(jìn)行有限元分析,尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案, 以做到既能降低生產(chǎn)成本, 又能提高其性能, 達(dá)到最優(yōu)的結(jié)合。例如,美國(guó)的ANSYS 公司已經(jīng)利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行了鋼板彈簧精確設(shè)計(jì); 上海匯眾汽車(chē)制造有限公司利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行油門(mén)踏板桿材料的斷裂優(yōu)化分析以解決國(guó)產(chǎn)化材料的替代等等。汽車(chē)工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的水平,世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展無(wú)一不與汽車(chē)工業(yè)有著極為密切的關(guān)系;作為世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的美國(guó)的汽車(chē)就一直處于汽車(chē)行業(yè)領(lǐng)頭地位。作為制造業(yè)的中堅(jiān),汽車(chē)工業(yè)一直是以有限元為主的CAE技術(shù)應(yīng)用的先鋒。既然汽車(chē)的發(fā)展與有限元技術(shù)的應(yīng)用有如此密切的聯(lián)系,故必須要加大對(duì)此項(xiàng)技術(shù)的投入;不但要加大資金的投入,而且一定要加大人力資源的投入,培養(yǎng)一批熟練掌握并能更進(jìn)一步開(kāi)發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的人才。
車(chē)輛在行駛過(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)器的性能是車(chē)輛非常重要的性能之一,改善汽車(chē)的制動(dòng)器的性能始終是汽車(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)的速度逐漸減小至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,通常人們主要從三個(gè)方面來(lái)對(duì)制動(dòng)過(guò)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(chē)的方向穩(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)傳動(dòng)系和制動(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)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)[2]。
1.3預(yù)期目標(biāo)
(1)具有良好的制動(dòng)效能
(2)具有良好的制動(dòng)效能的穩(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
1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù)，對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和，利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖，通過(guò)干涉檢查驗(yàn)證制動(dòng)器設(shè)計(jì)的正確性，利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。
制定出鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案，確定計(jì)算制動(dòng)器的主要參數(shù)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖和零件圖。對(duì)設(shè)計(jì)出的鼓式制動(dòng)器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。
第2章 總體方案的確定
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)元件與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)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤(pán)式兩大類(lèi)。
2.2鼓式制動(dòng)器
鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車(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袖套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件為制動(dòng)鼓。車(chē)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(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，但現(xiàn)代汽車(chē)已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱為鼓式制動(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)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(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[3]。
圖2.1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
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，也便于附裝駐車(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。
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)蹄式制動(dòng)器。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為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖2.2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)鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動(dòng)器[4]。
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)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)蹄式制動(dòng)器
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(chē)前進(jìn)及倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車(chē)和部分轎車(chē)的前、后車(chē)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(chē)制動(dòng)。如圖2.3所示。
圖2.3 雙向雙領(lǐng)蹄式器
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(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，它僅用于少數(shù)輕、中型貨車(chē)和轎車(chē)上作為前輪制動(dòng)器。如圖2.4所示。
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(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)共用的制動(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)器也廣泛用作汽車(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[5]。
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)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低，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)。如圖2.5所示。
圖2.5 雙向增力式制動(dòng)器
2.3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)型式又可分為定鉗盤(pán)式制動(dòng)器、浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器等。
①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)輪相聯(lián)并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽中旋轉(zhuǎn)。具有下列優(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)從鼓式制動(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。
②浮動(dòng)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)的內(nèi)側(cè)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)的油道或油管加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性??；成本低；浮動(dòng)鉗的制動(dòng)塊可兼用于駐車(chē)制動(dòng)。
（2）全盤(pán)式
在全盤(pán)式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓形盤(pán)，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)沒(méi)有浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器廣泛。
通過(guò)對(duì)盤(pán)式、鼓式制動(dòng)器的分析比較可以得出盤(pán)式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器比較有如下均一些突出優(yōu)點(diǎn):
①制動(dòng)穩(wěn)定性好.它的效能因素與摩擦系數(shù)關(guān)系的K-p曲線變化平衡，所以對(duì)摩擦系數(shù)的要求可以放寬，因而對(duì)制動(dòng)時(shí)摩擦面間為溫度、水的影響敏感度就低。所以在汽車(chē)高速行駛時(shí)均能保證制動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性[6]。
②盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，汽車(chē)減速度與制動(dòng)管路壓力是線性關(guān)系，而鼓式制動(dòng)器卻是非線性關(guān)系。
③輸出力矩平衡.而鼓式則平衡性差。
④制動(dòng)盤(pán)的通風(fēng)冷卻較好，帶通風(fēng)孔的制動(dòng)盤(pán)的散熱效果尤佳，故熱穩(wěn)定性好，制動(dòng)時(shí)所需踏板力也較小。
⑤車(chē)速對(duì)踏板力的影響較小。
2.4制動(dòng)器形式的確定
因?yàn)楸葋喌螰3轎車(chē)屬于家庭用經(jīng)濟(jì)型小型轎車(chē)，所以基于汽車(chē)的生產(chǎn)成本應(yīng)符合適用人群的原則，再綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)最終確定比亞迪F3轎車(chē)的制動(dòng)器設(shè)計(jì)采用前盤(pán)后鼓式。而我所設(shè)計(jì)的后輪鼓式制動(dòng)器采用的是雙向雙領(lǐng)蹄式。
2.5本章小結(jié)
本章對(duì)此次設(shè)計(jì)的總體方案進(jìn)行分析，對(duì)比了目前各種制動(dòng)器形式的利弊，為確定本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案提供了依據(jù)，作為設(shè)計(jì)的開(kāi)始本章顯得十分的重要，確定了制動(dòng)器的形式為以后的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
第3章 鼓式制動(dòng)器的設(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)主要技術(shù)參數(shù)
設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的參數(shù)數(shù)據(jù)是采用比亞迪F3轎車(chē)的具體參數(shù)如下： 整車(chē)質(zhì)量： 空載：1200kg
滿載：1600kg
質(zhì)心位置： a=1.04m b=1.56m
質(zhì)心高度： 空載：hg=0.60m
滿載：hg=0.55m
軸 距： L=2.6m
輪 距: L=1.48m
最高車(chē)速： 180km/h
最大功率/轉(zhuǎn)速：78/6000 kw/rpm
最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速：134/4500 N·m/rpm
輪 胎： 195/60R15
3.1.2同步附著系數(shù)的分析
(1)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，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車(chē)失去方向穩(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)在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車(chē)輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，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。
根據(jù)相關(guān)資料查出轎車(chē)0.6，故取=0.7。
3.2制動(dòng)器有關(guān)計(jì)算
3.2.1地面對(duì)車(chē)輪的法向反作用力
——地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車(chē)行駛方向相反，N；
——車(chē)輪有效半徑，m。
令 （3.1）
并稱之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動(dòng)周緣力。與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車(chē)輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車(chē)輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力，
即≤ （3.2）
或 （3.3）
式中： ——輪胎與地面間的附著系數(shù)；
Z——地面對(duì)車(chē)輪的法向反力。
當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值時(shí)，車(chē)輪即被抱死并在地面上滑
移。此后制動(dòng)力矩即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與相平衡以阻止車(chē)輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動(dòng)到=0以后，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不再增大，而制動(dòng)器制動(dòng)力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升(見(jiàn)圖3.1)。
圖3.1 制動(dòng)力與踏板力的關(guān)系
根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的整車(chē)受力分析，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車(chē)輪的法向反力Z1，Z2為：
＝（1560+x6.86）＝8955N （3.4）
＝（1040－x6.86）＝2805N （3.5）
式中： G——汽車(chē)所受重力；
L——汽車(chē)軸距；
——汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離；
——汽車(chē)質(zhì)心離后軸距離；
——汽車(chē)質(zhì)心高度；
g ——重力加速度；
-——汽車(chē)制動(dòng)減速度。
3.2.2前后軸制動(dòng)力的確定
汽車(chē)總的地面制動(dòng)力為
（3.6）
式中： ——制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力；
，——前后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力。
由以上兩式可求得前、后軸車(chē)輪附著力為
（3.7）
（3.8）
上式表明：汽車(chē)在附著系數(shù)為任意確定值的路面上制動(dòng)時(shí)，各軸附著力即極限制動(dòng)力并非為常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力的函數(shù)。當(dāng)汽車(chē)各車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車(chē)前、后軸的軸荷分配，前、后車(chē)輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)的情況有三種，即
(1)前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；
(2)后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；
(3)前、后輪同時(shí)抱死拖滑。
在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。
由式（3.9）、式(3.10)不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死即前、后軸車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是
= （3.9）
（3.10）
式中： ——前軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——后軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——前軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力；
——后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力；
，——地面對(duì)前、后軸車(chē)輪的法向反力；
G ——汽車(chē)重力；
，——汽車(chē)質(zhì)心離前、后軸距離；
——汽車(chē)質(zhì)心高度。
選取j=0.7，則：= （3.11）
=x=8232N
/=4.2 （3.12）
由式（3.11）、式（3.12）得：=6256.32N,=1975.68N
3.2.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩的確定
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車(chē)輪的計(jì)算力矩所制約，即：
=6256.32×0.3075=1923.8N·m (3.13)
=1975.68×0.3075=607.5 N·m (3.14)
式中：——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
一個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上列公式計(jì)算結(jié)果的半值。則后輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大力矩為 303.75N·m
3.3鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑
輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，制動(dòng)力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。
圖3.2雙領(lǐng)蹄式鼓式制動(dòng)器
但增大D受輪輞內(nèi)徑限制，如圖3.2所示。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20mm．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)鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下：
乘用車(chē)： D／Dr=0.64～0.78
貨車(chē)： D／Dr=0 .74～0 .83
制動(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB T24 D05—89《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》選取。
依據(jù)汽車(chē)后輪輪胎型號(hào)：195/60R15
于是，得輪輞直徑Dr: Dr =25.4 x 15=381 mm （1 in=25.4mm）
取 D／Dr=0.78
則制動(dòng)鼓內(nèi)徑直徑:D=0.78 x Dr=0.78x381=297.18mm
參照中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》，輪輞直徑15英寸的制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑不超過(guò)300mm。
取 D=300mm。
3.3.2 制動(dòng)鼓壁厚
制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其散熱容量，但試驗(yàn)表明，壁厚由11mm增至20mm時(shí)，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：
轎車(chē)制動(dòng)鼓壁厚取為7—12mm。
貨車(chē)取為13—18mm。
本設(shè)計(jì)取制動(dòng)鼓厚度為 n=10mm。
制動(dòng)鼓有鑄造的和組合式兩種。鑄造制動(dòng)鼓多選用灰鑄鐵，具有機(jī)械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點(diǎn)。為防止制動(dòng)鼓工作時(shí)受載變形，常在制動(dòng)鼓的外圓周部分鑄有肋，用來(lái)加強(qiáng)剛度和增加散熱效果。精確計(jì)算制動(dòng)鼓壁厚既復(fù)雜又困難，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。
3.3.3 摩擦襯片的寬度和包角
摩擦襯片寬度尺寸b的選取對(duì)摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬些，則質(zhì)量大，不易加工，并且增加了成本。
制動(dòng)鼓半徑R確定后，襯片的摩擦面積為
Ap=Rβb (3.15)
式中: θ以弧度（rad）為單位。
制動(dòng)器各蹄襯片總的摩擦面積∑Ap越大，制動(dòng)時(shí)所受單位面積的正壓力和能量負(fù)荷越小，從而磨損特性越好。
試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角β=90°～100°時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度最低，且制動(dòng)效能最高。β角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過(guò)高將加速磨損。實(shí)際上包角兩端處單位壓力最小，因此過(guò)分延伸襯片的兩端以加大包角，對(duì)減小單位壓力的作用不大，而且將使制動(dòng)不平順，容易使制動(dòng)器發(fā)生自鎖。因此，包角一般不宜大于120°。
?。?β=108°。
襯片寬度b較大可以減少磨損，但過(guò)大將不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。制動(dòng)器各蹄摩擦襯片總摩擦面積越大，則制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單位面積越小，從而磨損也越小。根據(jù)中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》，對(duì)于（0.9~1.5）t的轎車(chē)，單個(gè)制動(dòng)器總的摩擦面積Ap為（100~200）cm2,見(jiàn)表3.1。這里?。篈p=150cm2.，b=64mm。
表3-1 襯片摩擦面積
汽車(chē)類(lèi)別
汽車(chē)總質(zhì)量
m/t
單個(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積 /cm
轎車(chē)
0.9~1.5
1.5~2.5
100~200
200~300
客車(chē)與貨車(chē)
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
250~400
300~650
550~1000
600~1500
3.3.4 摩擦襯片的起始角
一般將襯片布置在制動(dòng)碲的中央，即令=90°－。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，以改善磨損均勻性和制動(dòng)效能。
此設(shè)計(jì)中 令=90°－=90°－=36°
3.3.5 摩擦襯片的摩擦系數(shù)
摩擦片摩擦系數(shù)對(duì)制動(dòng)力矩的影響很大，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)器用摩擦材料的摩擦系數(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)已無(wú)大問(wèn)題。
本設(shè)計(jì)取=0.3。
3.4鼓式制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1 制動(dòng)鼓摩擦襯片的摩擦系數(shù)
制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)其溫升不應(yīng)超過(guò)極限值。制動(dòng)鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料向匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面摩擦均勻。
中型，重型載貨汽車(chē)和中型、大型客車(chē)多采用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動(dòng)鼓；輕型貨車(chē)和一些轎車(chē)則采用鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合制動(dòng)鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動(dòng)鼓在轎車(chē)上得到了日益廣泛的應(yīng)用；鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金也是鑄到一起的，這中內(nèi)鑲一層珠光體組織的灰鑄鐵作為工作表面，其耐磨性和散熱性都很好，而且減少了質(zhì)量。
本設(shè)計(jì)采用的制動(dòng)鼓材料：鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金鑄到一起
3.4.2 制動(dòng)蹄
轎車(chē)和微型，輕型載貨汽車(chē)的制動(dòng)蹄管飯采用T形型鋼碾壓或鋼板沖壓--焊接制成；大噸位載貨汽車(chē)的制動(dòng)蹄則多采用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，單小型車(chē)用鋼板制的制動(dòng)蹄腹板上有時(shí)開(kāi)有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動(dòng)蹄摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動(dòng)時(shí)的尖叫聲。
制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車(chē)的約為3mm~5mm；貨車(chē)的約為5mm~8mm。摩擦片的厚度，轎車(chē)的多為4.5mm~5mm。
本設(shè)計(jì)制動(dòng)蹄選用：T形HT200
制動(dòng)蹄腹板厚度：5mm
制動(dòng)蹄翼緣厚度：5mm
摩擦襯片厚度：5mm
3.4.3 制動(dòng)底板
制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動(dòng)底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它應(yīng)該有足夠的剛度。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小，踏板行程增大，襯片磨損也不均勻。
本設(shè)計(jì)底板的材料：HT200
3.4.4 后輪制動(dòng)輪缸直徑與工作容積的設(shè)計(jì)計(jì)算
（3.16）
式中：p—考慮到制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8Mp～12Mp。
取：p=10Mp
經(jīng)查比亞迪F3轎車(chē)使用與維護(hù)手冊(cè)得： P=7065N
所以： =30mm
根據(jù)GB7524-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸中選取,因此輪缸直徑為30mm[5]。
一個(gè)輪缸的工作容積
根據(jù)公式
（3.17）
式中：——一個(gè)輪缸活塞的直徑；
n——輪缸活塞的數(shù)目；
δ——一個(gè)輪缸完全制動(dòng)時(shí)的行程：
初步設(shè)計(jì)時(shí)δ可取2mm-2.5mm
δ=2mm
式中：——消除制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓間的間隙所需的輪缸活塞行程。
——由于摩擦襯片變形而引起的輪缸活塞。
，——分別為鼓式制動(dòng)器變形與制動(dòng)鼓變形而引起的輪缸活塞行程。
得一個(gè)輪缸的工作容積：
=2826mm
3.5制動(dòng)性能分析
3.5.1 制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
汽車(chē)制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)：
（1）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度；
（2）制動(dòng)效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能；
（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[6]。
3.5.2 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[9]。
3.5.3 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)器溫度升高后能否保持在冷態(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。
3.5.4 制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(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)定性的包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況[6]。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)都要求了其試驗(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)向能力等方面考驗(yàn)。
制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè)：
（1）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。
（2）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）。
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)的情況是在高速制動(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)抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死[7]。
理論上分析如下，真正的評(píng)價(jià)是靠實(shí)驗(yàn)的。
3.5.5 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)器制動(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：
（1）前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑。
（2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。
（3）前、后輪同時(shí)抱死拖滑。
所以，前、后制動(dòng)器制動(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)系必須妥善處理的問(wèn)題。
根據(jù)所給參數(shù)及制動(dòng)力分配系數(shù)，繪制出制動(dòng)力分配曲線如圖3.3：
當(dāng)I線與β線相交時(shí)，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
1
2
1
2
I線
I線（滿載）
I線（滿載）
I線（空載）
j=0.7
B
0
Fb1/KN
FB2/KN
圖3.3轎車(chē)的I曲線和線
3.5.6 制動(dòng)減速度
制動(dòng)系的作用效果，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)=
式中：—汽車(chē)前、后輪制動(dòng)力矩的總合。
= M+ M=785+1600=2385Nm （3.18）
r—滾動(dòng)半徑 r=370mm
Ga—汽車(chē)總重 Ga=1200kg
代入數(shù)據(jù)得=(785+1600)/0.377×1200=6.16m/s
轎車(chē)制動(dòng)減速度應(yīng)在5.8—7m/s,所以符合要求。
3.5.7 制動(dòng)距離
在勻減速度制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離S為
S=1/3.6（t+ t/2）Va+ Va/254 （3.19）
式中：t—消除蹄與制動(dòng)鼓間隙時(shí)間，取0.1s
t—制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需時(shí)間取0.2s
故S=1/3.6（0.1+ 0.2/2）30+ 30/254×0.7=7.2m
轎車(chē)的最大制動(dòng)距離為：S=0.1V+V/150
V取30km/小時(shí)：S=0.1+30/150=9m
S
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