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摘 要：隨著生活水平的提高和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活節(jié)奏變得越來(lái)越快，因此人們對(duì)交通工具的快捷性要求越來(lái)越高。為了應(yīng)對(duì)高車速對(duì)人們安全構(gòu)成的威脅，許多法規(guī)對(duì)汽車的安全性提出了更高的要求，制動(dòng)系的設(shè)計(jì)成為其中很重的一個(gè)方面。本設(shè)計(jì)根據(jù)制動(dòng)器的工作原理，對(duì)多種制動(dòng)器進(jìn)行分析比較，選擇了制動(dòng)效能較高的鼓式制動(dòng)器作為設(shè)計(jì)的對(duì)象。依據(jù)給定的參數(shù)，進(jìn)行重要數(shù)值的計(jì)算。隨后，又根據(jù)工藝學(xué)的知識(shí)，進(jìn)行制動(dòng)器零件的設(shè)計(jì)和工藝分析。
總之，本設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的制動(dòng)器，以提高汽車的安全性。
關(guān)鍵詞： 制動(dòng)系; 制動(dòng)效能; 制動(dòng)器
Abstract
Keywords: Braking system ; Braking quality ; Brake
1 緒論
1.1 汽車制動(dòng)系概述
盡可能提高車速是提高運(yùn)輸生產(chǎn)率的主要技術(shù)措施之一。但這一切必須以保證行駛安全為前提。因此，在寬闊人少的路面上汽車可以高速行駛。但在不平路面上，遇到障礙物或其它緊急情況時(shí)，應(yīng)降低車速甚至停車。如果汽車不具備這一性能，提高汽車行駛速度便不可能實(shí)現(xiàn)。所以，需要在汽車上安裝一套可以實(shí)現(xiàn)減速行駛或者停車的制動(dòng)裝置——制動(dòng)系統(tǒng)。
制動(dòng)系是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的行駛安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車密度的日益增大，交通事故時(shí)有發(fā)生。因此，為保證汽車行駛安全，應(yīng)提高汽車的制動(dòng)性能，優(yōu)化汽車制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)。
制動(dòng)裝置可分為行車制動(dòng)、駐車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和輔助制動(dòng)四種裝置。其中行駛中的汽車減速至停止的制動(dòng)系叫行車制動(dòng)系。使已停止的汽車停駐不動(dòng)的制動(dòng)系稱為駐車制動(dòng)系。每種車都必須具備這兩種制動(dòng)系。應(yīng)急制動(dòng)系成為第二制動(dòng)系，它是為了保證在行車制動(dòng)系失效時(shí)仍能有效的制動(dòng)。輔助制動(dòng)系的作用是使汽車下坡時(shí)車速穩(wěn)定的制動(dòng)系。
汽車制動(dòng)系統(tǒng)是一套用來(lái)使四個(gè)車輪減速或停止的零件。當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)動(dòng)作開(kāi)始。踏板裝在頂端帶銷軸的桿件上。踏板的運(yùn)動(dòng)促使推桿移動(dòng)，移向主缸或離開(kāi)主缸。
主缸安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)室的隔板上，主缸是一個(gè)由駕駛員通過(guò)踏板操作的液壓泵。當(dāng)踏板被踩下，主缸迫使有壓力的制動(dòng)液通過(guò)液壓管路到四個(gè)車輪的每個(gè)制動(dòng)器。液壓管路由鋼管和軟管組成。它們將壓力液從主缸傳遞到車輪制動(dòng)器。
盤(pán)式制動(dòng)器多用于汽車的前輪，有不少車輛四個(gè)車輪都用盤(pán)式制動(dòng)器。制動(dòng)盤(pán)裝在輪輞上、與車輪及輪胎一起轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，主缸的液體壓力傳遞到盤(pán)式制動(dòng)器。該壓力推動(dòng)摩擦襯片靠到制動(dòng)盤(pán)上，阻止制動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
圖1-1汽車制動(dòng)系統(tǒng)的基本部件
1.液壓助力制動(dòng)器 2.主缸和防抱死裝置 3.前盤(pán)式制動(dòng)器 4.制動(dòng)踏板 5.駐車制動(dòng)桿 6.防抱死計(jì)算機(jī) 7.后盤(pán)式制動(dòng)器
很多汽車都采用助力制動(dòng)系統(tǒng)減少駕駛員在制動(dòng)停車時(shí)必須加到踏板上的力。助力制動(dòng)器一般有兩種型式。最常見(jiàn)的型式是利用進(jìn)氣歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一種型式是采用泵產(chǎn)生液壓力提供助力。
駐車制動(dòng)器總成用來(lái)進(jìn)行機(jī)械制動(dòng)，防止停放的車輛溜車，在液壓制動(dòng)完全失效時(shí)實(shí)現(xiàn)停車。絕大部分駐車制動(dòng)器用來(lái)制動(dòng)兩個(gè)后車輪。有些前輪驅(qū)動(dòng)的車輛裝有前輪駐車制功器，因?yàn)樵诰o急停車中絕大部分的制動(dòng)功需要用在車輛的前部。駐車制動(dòng)器一般用手柄或腳踏板操作。當(dāng)運(yùn)用駐車制動(dòng)器時(shí)，駐車制動(dòng)鋼索機(jī)械地拉緊施加制動(dòng)的稈件。駐車制動(dòng)器由機(jī)械控制，不是由液壓控制。
每當(dāng)以很強(qiáng)的壓力進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動(dòng)。這叫做“車輪抱死”。這并不能幫助車輛停下來(lái)，而是使輪胎損失—些與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時(shí)，車輛不再是處于控制下的停車，駕駛員處在危險(xiǎn)之中。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員知道，防止車輪抱死的對(duì)策是迅速上、下踩動(dòng)制動(dòng)踏板。這樣間歇地對(duì)制動(dòng)器提供液壓力，使駕駛員在緊急制動(dòng)時(shí)能控制住車輛。
現(xiàn)今許多新型車輛裝備了防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動(dòng)系統(tǒng)做的工作與有經(jīng)驗(yàn)駕駛員做的相同，只是更快、更精確些。它感受到某車輪快要抱死或滑移時(shí)，迅速中斷該車輪制動(dòng)器的制動(dòng)壓力。在車輪處的速度傳感器監(jiān)測(cè)車輪速度，并將信息傳遞給車上計(jì)算機(jī)。于是，計(jì)算機(jī)控制防抱死制動(dòng)裝置，輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動(dòng)。
1.2 汽車制動(dòng)器的工作原理
一般制動(dòng)系的工作原理可用下圖所示的一種簡(jiǎn)單的液壓制動(dòng)系示意圖來(lái)說(shuō)明?！獋€(gè)以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動(dòng)鼓8固定在車輪輪毅上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動(dòng)的制動(dòng)底板11上，有兩個(gè)支承銷12，支承著兩個(gè)弧形制動(dòng)卸10的下端。制動(dòng)蹄的外圓面上又裝有一般是非金屬的摩擦片9。制動(dòng)底板上還裝有液壓制動(dòng)輪缸6，用油管5與裝在車架上的液壓制動(dòng)主缸4相連通。主缸中的活塞3可由駕駛員通過(guò)制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)來(lái)操縱。
制動(dòng)系不工作時(shí)，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面與制動(dòng)蹄摩擦片的外圓面之間保持有一定的間隙，使車輪和制動(dòng)鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。
要使行駛中的汽車減速，駕駛員應(yīng)跺下制動(dòng)踏板l，通過(guò)推桿2和主缸活塞3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流人輪缸6，并通過(guò)兩個(gè)輪缸活塞7推使兩制動(dòng)蹄10繞支承銷12轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開(kāi)而以其摩擦片9壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)卸就對(duì)旋轉(zhuǎn)著的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩M，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周繞力F，同時(shí)路面也對(duì)車輪作用一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力F。制動(dòng)力F由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個(gè)汽車減速。制動(dòng)力愈大，汽車減速度也愈大。當(dāng)撤開(kāi)制動(dòng)踏板時(shí)．回位彈簧13即將制動(dòng)蹄拉回原位，摩擦力矩M和制動(dòng)力F消失，制動(dòng)作用即行終止。
圖1-2 鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)踏板 2.推桿 3.主缸活塞 4.制動(dòng)主缸 5.油管 6.制動(dòng)輪缸 7.輪缸活塞 8.制動(dòng)鼓 9.摩擦片 10.制動(dòng)蹄 11.制動(dòng)底板 12.支承銷 13.制動(dòng)體回位彈簧
圖中所示的制動(dòng)器中，由制動(dòng)鼓8、摩擦片9和制動(dòng)蹄10所構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個(gè)制動(dòng)力矩(摩擦力矩M)以阻礙車輪轉(zhuǎn)動(dòng)該系統(tǒng)稱為制動(dòng)器。
顯然，阻礙汽車運(yùn)動(dòng)的制動(dòng)力F不僅取決于制動(dòng)力矩M，還取決于輪胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動(dòng)系事實(shí)上不可能產(chǎn)生制動(dòng)汽車的效果。不過(guò)，在討論制動(dòng)系的結(jié)構(gòu)問(wèn)題時(shí)，一般都假定具備良好的附著條件。
1.3 設(shè)計(jì)的目的和意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合性地運(yùn)用幾年內(nèi)所學(xué)知識(shí)去分析、解決一個(gè)問(wèn)題，在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，所學(xué)知識(shí)得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。不少學(xué)生在作完畢業(yè)設(shè)計(jì)后，感到自己的實(shí)踐動(dòng)手、動(dòng)筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會(huì)去競(jìng)爭(zhēng)，去創(chuàng)造的自信心。
通過(guò)大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，從理論與實(shí)踐上均有了一定程度的積累。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對(duì)我們以往所學(xué)的知識(shí)的綜合運(yùn)用與進(jìn)一步的鞏固加深，并對(duì)解決實(shí)際問(wèn)題的能力的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，目的在于：
1、 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想與工作作風(fēng)。
2、 進(jìn)一步培養(yǎng)制圖、繪圖的能力。
3、 學(xué)會(huì)分析與評(píng)價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)與性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及其有關(guān)參數(shù)。
4、 學(xué)會(huì)汽車一些主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法以及總體設(shè)計(jì)的一般方法，以畢業(yè)后從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
5、 培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決問(wèn)題的能力。
2 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
汽車的制動(dòng)器設(shè)計(jì)究竟采用哪一種結(jié)構(gòu)方案較為合理，能夠最大限度的發(fā)揮制動(dòng)器的功用，首先應(yīng)該從制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則上談起。
2.1 鼓式制動(dòng)器
l-調(diào)整楔2-推桿3-制動(dòng)蹄4-連接彈簧5-上回位彈簧6-彈簧座7-手制動(dòng)拉桿8-下回位彈簧9-車輪制動(dòng)缸l0-制動(dòng)底板ll—旋塞12-制動(dòng)摩擦片l3-彈簧
鼓式制動(dòng)器總成的主要零部件有：制動(dòng)鼓和輪毅總成、制動(dòng)蹄總成、制動(dòng)底板、液壓輪缸、制動(dòng)蹄回位彈簧／壓緊裝置、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)。為制動(dòng)車輪、制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄提供摩擦表面，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓周是一加工過(guò)的制動(dòng)表面。車輪通過(guò)螺母和雙頭螺栓安裝到制動(dòng)鼓輪毅上。該輪轂安放在允許車輪總成轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪軸承上。
各種鼓式制動(dòng)器的示意圖如下：
1、領(lǐng)從蹄式 2、雙領(lǐng)蹄式 3、雙向領(lǐng)從蹄式
4、雙從蹄式 5、單向增力式 6、雙向增力式
2.2 盤(pán)式制動(dòng)器
盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)的基本零件是制動(dòng)盤(pán)，輪轂和制動(dòng)卡鉗組件。制動(dòng)盤(pán)為停止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供摩擦表面。車輪通過(guò)雙頭螺栓和帶突緣的螺母裝到制動(dòng)盤(pán)轂上。轂內(nèi)有允許車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承。制動(dòng)盤(pán)的每一面有加工過(guò)的制動(dòng)表面。
液壓元件和摩擦元件裝在制動(dòng)卡鉗組件內(nèi)。制動(dòng)卡鉗裝到車輛上時(shí)，它跨騎在制動(dòng)盤(pán)和輪轂的外徑處。
進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，靠主缸的液壓力，制動(dòng)卡鉗內(nèi)的活塞被迫外移?；钊麎毫νㄟ^(guò)摩擦塊或制動(dòng)蹄夾住制動(dòng)盤(pán)。由于施加在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的液壓力是方向相反、大小相等的，制動(dòng)盤(pán)不會(huì)變形，除非制動(dòng)過(guò)猛或持續(xù)加壓。
制動(dòng)盤(pán)表面的摩擦能生成熱。由于制動(dòng)盤(pán)在轉(zhuǎn)動(dòng)。表面沒(méi)有遮蓋，熱很容易消散到周圍空氣中。由于迅速冷卻的特性，即使在連續(xù)地猛烈制動(dòng)之后，盤(pán)式制動(dòng)器比抗制動(dòng)衰退的鼓式制動(dòng)器工作得要好。許多車輛的前部采用盤(pán)式制動(dòng)器的主要理由就是它抗制動(dòng)衰退性好和停車平穩(wěn)。
圖2-2 盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖
1.制動(dòng)卡鉗組件 2.制動(dòng)盤(pán)和轂組件 3.輪轂 4.雙頭螺栓 5.摩擦面 6.摩擦塊
2.2.1 定鉗盤(pán)式制動(dòng)器
鉗盤(pán)式制動(dòng)器主要有以下幾種結(jié)構(gòu)型式：
圖2-3 鉗盤(pán)式制動(dòng)器示意圖
a)、d) 固定鉗式 b) 滑動(dòng)鉗式 c) 擺動(dòng)鉗式
固定鉗式制動(dòng)器，如圖（a）所示，制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)均有油缸。制動(dòng)時(shí)，僅兩側(cè)油缸中的活塞驅(qū)使兩側(cè)制動(dòng)塊向盤(pán)面移動(dòng)。這種制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是：
（1）除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其它滑動(dòng)件，易于保證鉗的剛度；
（2）結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動(dòng)輪缸相差不多，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤(pán)式的改型；
（3）很能適應(yīng)分路系統(tǒng)的要求；
就目前汽車發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，隨著汽車性能要求的提高，固定鉗結(jié)構(gòu)上的缺點(diǎn)也日益明顯。主要有以下幾個(gè)方面：
（1）固定鉗式至少要有兩個(gè)油缸分置于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)部油道或外部油管（橋管）來(lái)連通，這就使制動(dòng)器的徑向和軸向的尺寸都比較大，因而在車輪中布置比較困難；
（2）在嚴(yán)酷的使用條件下，固定鉗容易使制動(dòng)液溫度過(guò)高而汽化，從而使制動(dòng)器的制動(dòng)效能受到影響；
（3）固定前盤(pán)式制動(dòng)器為了要兼充駐車制動(dòng)器，必須在主制動(dòng)鉗上另外附裝一套供駐車制動(dòng)用的輔助制動(dòng)鉗，或者采用盤(pán)鼓結(jié)合式制動(dòng)器，其中用于駐車制動(dòng)的鼓式制動(dòng)器只能是雙向增力式的，但這種雙向增力式制動(dòng)器的調(diào)整不方便。
2.2.2 浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器
浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗一般設(shè)計(jì)成可以相對(duì)于制動(dòng)盤(pán)軸向滑動(dòng)。其中只在制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝鉗體。
浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器可分為滑動(dòng)鉗式（圖b）和擺動(dòng)鉗式（圖c）。與固定鉗式制動(dòng)器相比較，其優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：
(1).鉗的外側(cè)沒(méi)有油缸，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂。因此，在布置時(shí)較容易；
(2).浮動(dòng)鉗沒(méi)有跨越制動(dòng)盤(pán)的油管或油道，減少了受熱機(jī)會(huì)，且單側(cè)油缸又位于盤(pán)的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽減少而冷卻條件較好等原因，所以其制動(dòng)液汽化可能性較??；
(3).浮動(dòng)鉗的同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車制動(dòng)；
(4).采用浮動(dòng)鉗可將油缸和活塞等緊密件減去一半，造價(jià)大為降低。這一點(diǎn)對(duì)大批量生產(chǎn)的汽車工業(yè)式十分重要的。
與定鉗盤(pán)式制動(dòng)器相反，浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器的單側(cè)油缸結(jié)構(gòu)不需要跨越制動(dòng)盤(pán)的油道，故不僅軸向和徑向尺寸較小，有可能布置得更接近車輪輪轂，而且制動(dòng)液受熱氣化的機(jī)會(huì)就少。
此外，浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器在兼充行車和駐車制動(dòng)器的情況下，不用加設(shè)駐車制動(dòng)鉗，只須在行車制動(dòng)鉗的油缸附近加裝一些用以推動(dòng)油缸活塞的駐車制動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)零件即可。
2.2.3 全盤(pán)式制動(dòng)器
與鼓式制動(dòng)器相比較，盤(pán)式制動(dòng)器有如下優(yōu)點(diǎn)：
1、一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用，因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定。
2、浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常。
3、在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較小。
4、制動(dòng)盤(pán)沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏扳行程過(guò)大。
5、較易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡(jiǎn)便。
與鼓式制動(dòng)器比較，盤(pán)式制動(dòng)器有如下缺點(diǎn)：
1、效能較低，故用于液壓制動(dòng)系時(shí)所需制動(dòng)促動(dòng)管路壓力較高，一班要用伺服裝置。
2、兼用于駐車制動(dòng)時(shí)，需要加裝的駐車制動(dòng)傳動(dòng)裝置較鼓式制動(dòng)器復(fù)雜，因而在后輪的應(yīng)用受到限制。
盤(pán)式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器，主要是由于盤(pán)式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)決定的。
盤(pán)式制動(dòng)器在液力助力下制動(dòng)力大且穩(wěn)定，在各種路面都有良好的制動(dòng)表現(xiàn)，其制動(dòng)效能遠(yuǎn)高于鼓式制動(dòng)器，而且空氣直接通過(guò)盤(pán)式制動(dòng)盤(pán)，故盤(pán)式制動(dòng)器的散熱性很好。但是盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)相對(duì)于鼓式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求也較高，而且造價(jià)高于鼓式制動(dòng)器。
相對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)效能和散熱性都要差許多，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。而且由于散熱性不好，鼓式制動(dòng)器存在熱衰退現(xiàn)象。當(dāng)然，鼓式制動(dòng)器也并非一無(wú)是處，它便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。
我們知道，高速行駛的轎車，由于頻繁使用制動(dòng)，制動(dòng)器的摩擦將會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使制動(dòng)器溫度急劇上升，這些熱如果不能很好地散出，就會(huì)大大影響制動(dòng)性能，出現(xiàn)所謂的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象，這可不是鬧著玩的，制動(dòng)器直接關(guān)乎生命。僅從這一點(diǎn)上，您就應(yīng)該理解為什么盤(pán)式制動(dòng)器會(huì)逐步取代鼓式制動(dòng)器了吧。目前，在中高級(jí)轎車上前后輪都已經(jīng)采用盤(pán)式制動(dòng)器。
不過(guò)，時(shí)下我們開(kāi)的大部分轎車(如夏利、富康、捷達(dá)等)，采用的還不完全是盤(pán)式制動(dòng)器，而是前盤(pán)后鼓式混合制動(dòng)器(即前輪采用盤(pán)式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(dòng)器)，這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)槠囋诰o急制動(dòng)時(shí)，軸荷前移，對(duì)前輪制動(dòng)的要求比較大，一般來(lái)說(shuō)前輪用了盤(pán)式制動(dòng)器就可以了。當(dāng)然，前后輪都使用盤(pán)式制動(dòng)器是趨勢(shì)（如VOLVO轎車）。
3 制動(dòng)系的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)
3.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配
前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配關(guān)系將影響汽車的制動(dòng)方向穩(wěn)定性和附著條件的利用，是汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。一般根據(jù)前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、裝載情況、道路附著條件和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，汽車制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)三種情況：前后輪同時(shí)抱死拖滑；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。
如前所述，前后輪同時(shí)抱死工況可避免后軸側(cè)滑，并保證前輪只有在最大制動(dòng)強(qiáng)度下，才使汽車失去轉(zhuǎn)向能力，這種工況道路附著條件利用較好。前輪較后輪先抱死，雖然不會(huì)發(fā)生側(cè)滑，但是汽車喪失轉(zhuǎn)向能力。在一定速度下，后輪較前輪先抱死一定時(shí)間，會(huì)造成汽車后軸側(cè)滑。
3.1.1 制動(dòng)時(shí)前,后輪的地面法向反作用力
圖3-1制動(dòng)時(shí)汽車受力情況
圖3-1所示為，忽略汽車的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車速較低，空氣阻力可忽略不計(jì)，則分別對(duì)汽車前后輪接地點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力為
????????????????????????? （3-1）?
??
??????????????????????? （3-2）
式中：和分別為前后輪因制動(dòng)形成的動(dòng)載荷。如果假設(shè)汽車前后輪同時(shí)抱死，則汽車制動(dòng)減速度為
或????????????????????????? （3-3）
式中：為附著系數(shù)。
??? 將式（3-3）代入式（3-1），有
?????????????????????????? （3-4）
由式（3-4）可知，制動(dòng)時(shí)汽車前輪的地面法向反作用力隨制動(dòng)強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而增大；后輪的地面法向反作用力隨制動(dòng)強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而減小。隨大軸距汽車前后軸的載荷變化量小于短軸距汽車載荷變化量。例如，某載貨汽車滿載在干燥混凝土水平路面上以規(guī)定踏板力實(shí)施制動(dòng)時(shí)，為靜載荷的90％，為靜載荷的38％，即前軸載荷增加90％，后軸載荷降低38％。
3.1.2 前,后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線
在汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)時(shí)，如果在不同道路附著條件下制動(dòng)均能保證前、后制動(dòng)器同時(shí)抱死，則此時(shí)的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力和的關(guān)系曲線，被稱為前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線，通常簡(jiǎn)稱為I曲線。
在任何附著吸塵的路面上前、后輪制動(dòng)器同時(shí)抱死，則前、后制動(dòng)器制動(dòng)力必定等于各自的附著力，且前、后制動(dòng)器制動(dòng)力（或地面制動(dòng)力）之和等于附著力，即
???????????????????????????? （3-5）
將式（3-5）中的第二公式除以第三個(gè)公式，并將式（3-4）代入，有
?????????????? ????????? （3-6）
聯(lián)立方程組（3-6），并消除變量后，將方程表示的形式，即得到前后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系式為
?????????????????? （3-7）
?
圖3-2 I曲線示意圖
圖3-3 I曲線的一種制作方法
如已知汽車軸距、質(zhì)心高度、總質(zhì)量、質(zhì)心的位置(質(zhì)心至后軸的距離)，就可用式（3-7）繪制前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配關(guān)系曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。圖3-2就是根據(jù)式（3-7）繪制的汽車在空載和滿載兩種工況的I曲線。
根據(jù)方程組（3-6）的兩個(gè)方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（＝0.1,0.2,0.3,……,1.0）,每個(gè)值代入方程組（3-6），就具有一個(gè)交點(diǎn)的兩條直線，變化值，取得一組交點(diǎn)，連接這些交點(diǎn)就制成I曲線，見(jiàn)圖3-3。
I曲線時(shí)踏板力增長(zhǎng)到使前、后車輪制動(dòng)器同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的理想分配曲線。前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，，，所以I曲線也是前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，和的關(guān)系曲線。
3.2 具有固定比值的前，后輪制動(dòng)器制動(dòng)力與同步附著系數(shù)
兩軸汽車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動(dòng)器制動(dòng)力對(duì)汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力之比來(lái)表明分配比例，即制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，它可表示為
?????????????????? ?????????? （3-8）
因?yàn)椋?
???????????????????????? （3-9）
整理式（3-9）得
??????????????????????????? （3-10）
或表示為，即
???????????????????????? （3-11）
式（3-10）為一線性方程。它是實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力實(shí)際分配線，簡(jiǎn)稱為線。線通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，其斜率為
具有固定的線與I線的交點(diǎn)處的附著系數(shù),被稱為同步附著系數(shù)。它表示具有固定線的汽車只能在一種路面上實(shí)現(xiàn)前、后輪同時(shí)抱死。同步附著系數(shù)時(shí)由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，它是反應(yīng)汽車制動(dòng)性能的一個(gè)參數(shù)。
同步附著系數(shù)說(shuō)明，前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只能在一種路面上，即在同步附著系數(shù)的路面上才能保證前后輪同時(shí)抱死。
同步附著系數(shù)也可用解析方法求出。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，此時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，將式（3-6）代入式（3-10），得
? ???????????????????????? （3-12）
整理后，得出
?????????????????????????????? （3-13）
3.3 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩
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
Mμ=2f／FoR
式中，f為摩擦因數(shù)；Fo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?，取R等于平均半徑Rm，或有效半徑Re，在實(shí)際上已經(jīng)足夠精確。
圖3-4 鉗盤(pán)式制動(dòng)器的作用半徑計(jì)算參考圖
如圖3-4，平均半徑為
Rm=(R1+R2)/2
式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。
故有效半徑為
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12)
可見(jiàn)，有效半徑Re即是扇形表面的面積中心至制動(dòng)盤(pán)中心的距離。上式也可寫(xiě)成
Re=4/3[1-R1R2/(R1+R2)2](R1+R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2]Rm
式中，m= R1/R2
因?yàn)閙<1，m/(1+m)2<1/4，故Re>Rm，且m越小則兩者差值越大。
應(yīng)當(dāng)指出，若m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的滑磨速度相差太遠(yuǎn)，磨損將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì)算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于0．65。
制動(dòng)盤(pán)工作面的加工精度應(yīng)達(dá)到下述要求：平面度允差為0．012mm，表面粗糙度為Ra0.7—1.3μm，兩摩擦表面的平行度不應(yīng)大于0．05mm，制動(dòng)盤(pán)的端面圓跳動(dòng)不應(yīng)大于0．03mm。通常制動(dòng)盤(pán)采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造。為保證有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，其牌號(hào)不應(yīng)低于HT250。
3.4 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率
汽車制動(dòng)減速度，其中被稱為制動(dòng)強(qiáng)度。由前述可知，若汽車在具有同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，汽車的前、后輪將同時(shí)達(dá)到抱死的工況，此時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度。在其他路面上制動(dòng)時(shí)，既不出現(xiàn)前輪抱死也不發(fā)生后輪抱死的制動(dòng)強(qiáng)度必然小于地面附著系數(shù)，即。就是說(shuō)，只有在的路面上，地面的附著條件才能被充分地利用。而在的路面上，因出現(xiàn)前輪或后輪先抱死的現(xiàn)象，地面附著條件未被很好地被利用。為了定量說(shuō)明地面附著條件的利用程度，定義利用附著系數(shù)為
????????????,??
設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時(shí)剛要抱死時(shí)，汽車產(chǎn)生的減速度（或表示為），則由式（3-1）得前輪地面法向反作用力為
??????????????????????????? （3-14）
前輪制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力為
?????????????????????????? （3-15）
將式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），則
???????????????? （3-16）
同理可推導(dǎo)出后輪利用附著系數(shù)。
后輪剛要抱死時(shí)，后輪地面制動(dòng)力和地面法向反作用力
???????????????? （3-17）
??????????????????????????? （3-18）
將式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），則
????????????????????????? （3-19）
對(duì)于已知汽車總質(zhì)量、軸距、質(zhì)心位置、、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，則可繪制出利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖。
附著效率是制動(dòng)強(qiáng)度和利用附著系數(shù)之比。
它是也用于描述地面附著條件的利用程度，并說(shuō)明實(shí)際制動(dòng)力分配的合理性。根據(jù)附著效率的定義，有
??????????????????????????? （3-20）
??????? ???????????????? （3-21）
式中；和分別時(shí)前軸和后軸的附著效率。
4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)參數(shù)
裝備質(zhì)量 1310kg （G1=750㎏；G2=560㎏）
滿載質(zhì)量 1860Kg （G1=870㎏；G2=990㎏）
質(zhì)心高度
空載時(shí) 616mm
滿載時(shí) 580mm
軸距 2513mm
輪胎 195/65 R15 91V
圖4-1 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
4.2 參數(shù)選擇以及數(shù)據(jù)計(jì)算
4.2.1 盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定
制動(dòng)盤(pán)直徑D
輪輞直徑為15×24.5=367.5mm 取367mm
制動(dòng)盤(pán)直徑為70%～79%輪輞直徑 即：256.9～289.93 取270mm
制動(dòng)盤(pán)厚度h
選擇通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán)h=25㎜
摩擦襯塊外半徑R2、內(nèi)半徑R1
根據(jù)制動(dòng)盤(pán)直徑可確定摩擦襯塊外徑R2=130㎜
考慮到R2/ R1＜1.5，可選取R1=92mm，則R2/ R1=1.41＜1.5
4.2.2 摩擦塊摩損均勻性驗(yàn)證
假設(shè)襯塊的摩擦表面全部于制動(dòng)盤(pán)接觸，而且各處單位壓力均勻，則制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
f 為摩擦因素,F0為單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力，R作用半徑
在實(shí)際的計(jì)算過(guò)程中，R值我們?nèi)∑骄礡m就可以了，設(shè)襯塊的與制動(dòng)盤(pán)之間的單位壓力為p,則在任意微元面積RdRdφ 上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤(pán)的中心的力矩為fpR2dRdφ,而單側(cè)制動(dòng)塊加于制動(dòng)盤(pán)的制動(dòng)力矩應(yīng)為：
單側(cè)襯塊加于制動(dòng)盤(pán)的總摩擦力為：
所以有效半徑：
平均半徑為：
因?yàn)椹e -Rm│ =0.5mm, Rm 和Re 之間相差不大，所以可以得出摩擦襯塊和制動(dòng)盤(pán)之間的單位壓力分布均勻，摩擦塊的磨損較為均勻。
4.2.3 緊急制動(dòng)時(shí)前后輪法向反力及附著力矩
1. 空載情況
質(zhì)心至前軸距離：
質(zhì)心至后軸距離：
考慮到汽車的行駛安全，選取瀝青路（濕）的附著系數(shù)，則緊急制動(dòng)時(shí)前后軸法向反力Fz1,Fz2及每輪附著力距Mφ1,Mφ2分別為
滿載情況
質(zhì)心到前軸的距離:
質(zhì)心到后軸的距離:
緊急制動(dòng)時(shí)候的前后軸發(fā)向反力Fz1,Fz2以及每輪附著力矩M’φ1,M’φ2分別為：
4.2.4 同步附著系數(shù)的確定
同步附著系數(shù)的選取原則：
1、路面狀況好，可以取大一點(diǎn)； 路面差，取小一些。
2、單胎，抗滑性能差，取大些；雙胎，抗側(cè)滑強(qiáng)取小一些。
3、車速高，取大些；車速低取小些。
4、平原地區(qū)，取大些；山區(qū)取小些。
綜上所述，選擇此輕型汽車的=0.7
空載時(shí)制動(dòng)力分配系數(shù)
滿載時(shí)制動(dòng)力分配系數(shù)
4.2.5 制動(dòng)器的效率
鉗盤(pán)式制動(dòng)器效能因數(shù) k=2,其中 取0.4
因此： k=0.8
4.2.6 制動(dòng)力矩及制動(dòng)盤(pán)的壓力
假設(shè)摩擦盤(pán)完全接觸，而且各處的壓力分布均勻。那么盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩為：
為了保證汽車有良好的制動(dòng)穩(wěn)定性，汽車前輪先抱死，后輪后抱死（滿載時(shí)候）則汽車的前輪制動(dòng)器的產(chǎn)生的制動(dòng)力矩等于前輪的附著力矩。即：
單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)盤(pán)的壓力：
前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩：
4.2.7 同步附著系數(shù)的驗(yàn)算
已知：
制動(dòng)力分配系數(shù)：
那么同步附著系數(shù)：
與設(shè)定值吻合。
4.3 制動(dòng)踏板行程的計(jì)算
制動(dòng)踏板工作行程
其中：（操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比）取4－7；主缸活塞行程：（0.8－1.2），依《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（五）。第七章，液壓缸。表37.7－3.取25mm；
主缸推桿與活塞間隙：0.2mm；
主缸活塞空行程： 2mm；
則： mm.
法規(guī)要求不大于150－200mm，故符合法規(guī)。