商務(wù)汽車盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
2018年07月
摘 要
制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，本論文主要介紹了商務(wù)車的制動(dòng)器設(shè)計(jì)。從盤式和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)與性能對(duì)比入手，考慮到盤式制動(dòng)器制動(dòng)效能更好，且尺寸和質(zhì)量都相對(duì)較小，散熱性能好，且所設(shè)計(jì)商務(wù)車的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和功率較大，車速較高，整體性能較好，屬于中高檔車，故本設(shè)計(jì)前后輪均選用了浮盤式制動(dòng)器。
基本結(jié)構(gòu)選定后本論文對(duì)制動(dòng)器展開了以下設(shè)計(jì)。第一制動(dòng)系的參數(shù)：包括制動(dòng)力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率以及最大制動(dòng)力矩等參數(shù)的選擇計(jì)算；第二制動(dòng)器及其零部件：制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗體、摩擦襯塊等制動(dòng)器零部件的尺寸計(jì)算與材料選擇；第三駐車制動(dòng)：本設(shè)計(jì)選用了后輪駐車制動(dòng)，在后輪盤式制動(dòng)器上加裝了駐車制動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)；第四制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：制動(dòng)輪缸、制動(dòng)主缸、以及踏板行程的設(shè)計(jì)計(jì)算。
上述完畢后對(duì)所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器進(jìn)行了制動(dòng)減速度與制動(dòng)距離的驗(yàn)算，對(duì)制動(dòng)效能的穩(wěn)定性以及制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并用MATLAB繪圖功能繪制出了前后軸制動(dòng)力分配曲線，上述均符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了該制動(dòng)器設(shè)計(jì)的合理性。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)與計(jì)算用CAD繪制出了該商務(wù)車制動(dòng)器的裝配圖和制動(dòng)鉗體、制動(dòng)盤、活塞、摩擦襯塊等零件圖，并對(duì)其進(jìn)行了三維建模。
除此之外，本論文簡(jiǎn)單介紹了制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇，制動(dòng)主缸，制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)的選擇以及制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景。
關(guān)鍵詞： 盤式制動(dòng)器 CAD MATLAB 設(shè)計(jì) 建模
Abstract
Brake is an important part of brake system, this paper mainly introduces the design of commercial vehicle brake. From the comparison of drum brake and disc brake about the structure and performance, because the disc-brake braking performance is better, and size and quality are relatively small, thermal performance is good, and the commercial vehicle designed torque and power is larger, high speed, good performance, belongs to high-grade car, so this design sense are chosen floating disc brakes.
This paper start the following steps after selecting the basic structure. First, the parameters of braking power distribution coefficient include: adhesion coefficient, synchronous adhesion coefficient, strength, and brake, and maximum braking torque parameters calculation, etc. The second brake and its components: the brake disc and calliper, friction lining block size of components etc brake calculation and material selection, The third in the design in the rear brake selection in the rear brake disc, install the parking brake on the mechanical structure, Fourth: brake wheel drive mechanism brake cylinder, the brake pedal stroke the cylinder, and the design calculation.
After the design of brake ,this paper start the checking of braking deceleration and braking distance, analyzed the stability of braking efficiency and braking direction, and drawn out with MATLAB braking force distribution curve, above all comply with the design requirements, and verifies the rationality of the design of the brakes. Finally, according to the design and calculation using CAD drawing brake assembly and brake caliper disc brake, piston, liner, friction parts ,at the same time ,the paper also carried a three-dimensional modeling.
In addition, this paper briefly introduces the drive mechanism brake type selection, brake main cylinder pipe, braking system, the selection of multi-loop research status of brake and development prospects.
Key words: brake disc CAD MATLAB design modeling
目 錄
摘要 I
1 緒論 1
1.1制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念 1
1.2制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 2
1.3課題主要內(nèi)容 3
1.4課題研究方案 4
2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式選擇 5
2.1鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 5
2.2盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介 7
2.3盤式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn) 8
2.2該商務(wù)車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇 8
3 制動(dòng)系的主要參數(shù)及選擇 10
3.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 11
3.2同步附著系數(shù) 15
3.3制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 17
3.4制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 18
3.5 制動(dòng)器因數(shù) 19
3.6盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 20
4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.1摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算 21
4.1.1比能量耗散率 21
4.1.2比滑磨功 22
4.2制動(dòng)器熱容量和溫升核算 23
4.3盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 24
4.4駐車制動(dòng)計(jì)算 25
5 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 27
5.1制動(dòng)盤 27
5.2制動(dòng)鉗 28
5.3制動(dòng)塊 28
5.4摩擦材料 28
5.5制動(dòng)輪缸 29
5.6制動(dòng)間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 29
6 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與計(jì)算 31
6.1制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 31
6.2制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng) 36
6.3液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 38
6.3.1制動(dòng)輪缸直徑與工作容積 38
6.3.2制動(dòng)主缸直徑與工作容積 39
6.3.3制動(dòng)踏板力與踏板行程 40
6.3.4制動(dòng)主缸 40
7 制動(dòng)性能分析 42
7.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 42
7.1.1制動(dòng)效能 42
7.1.2制動(dòng)效能的恒定性 43
7.1.3制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 43
7.2制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析 44
結(jié) 論 45
致 謝 46
參考文獻(xiàn) 47
附錄C MATELAB編制制動(dòng)力分配曲線 63
52
1緒論
1.1 制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念：
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為制動(dòng)；汽車上裝設(shè)的一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，對(duì)汽車進(jìn)行一定程度的制動(dòng)，這種可控制的對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)的外力稱為制動(dòng)力；這樣的一系列專門裝置即稱為制動(dòng)系。
這種用以使行駛中的汽車減速甚至停車的制動(dòng)系稱為行車制動(dòng)系；用以使已停駛的汽車駐留原地不動(dòng)的裝置，稱為駐車制動(dòng)系。這兩個(gè)制動(dòng)系是每輛汽車必須具備的。
圖1.1 汽車制動(dòng)系組成
1-制動(dòng)助力器； 2-制動(dòng)燈開關(guān)； 3-駐車制動(dòng)與行車制動(dòng)警示燈； 4-駐車制動(dòng)接觸裝置；
5-后輪制動(dòng)器； 6-制動(dòng)燈； 7-駐車制動(dòng)踏板； 8-制動(dòng)踏板；
9制動(dòng)主缸；10-制動(dòng)鉗；11-發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管； 12-低壓管； 13-制動(dòng)盤
任何制動(dòng)系都具有以下四個(gè)基本組成部分（如圖1.1所示）：
供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的各種部件。
控制裝置：包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件。
傳動(dòng)裝置：包括將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件
制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力（制動(dòng)力）的部件，其中包括輔助制動(dòng)系中的緩速裝置。
按制動(dòng)能源來分類，行車制動(dòng)系可分為，以駕駛員的肌體作為唯一制動(dòng)能源的制動(dòng)系稱為人力制動(dòng)系；完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的則是動(dòng)力制動(dòng)系，其制動(dòng)源可以是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)或油泵；兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系稱為伺服制動(dòng)系。
駐車制動(dòng)系可以是人力式或動(dòng)力式。專門用于掛車的還有慣性制動(dòng)系和重力制動(dòng)系。按照制動(dòng)能量的傳輸方式，制動(dòng)系可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式和電磁式等。同時(shí)采用兩種以上傳能方式的制動(dòng)系可稱為組合式制動(dòng)系。
制動(dòng)系統(tǒng)是評(píng)價(jià)汽車安全性的一個(gè)重要因素，也是汽車的重要組成部分之一。當(dāng)今汽車行業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，人類對(duì)汽車的性能要求也越來越高。一款安全、輕便、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)可以大大提高汽車的性能。這也是汽車設(shè)計(jì)人員不斷追求的目標(biāo)。
1.2 制動(dòng)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀：
目前，車輛主要還是采用盤式和鼓式制動(dòng)器的組合形式。雖然盤式制動(dòng)器的使用經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)在有所提高，但是與鼓式制動(dòng)器比起來還是貴得多。當(dāng)然，氣壓盤式制動(dòng)器的性能更優(yōu)越，內(nèi)襯的使用壽命更長(zhǎng)，維修間隔和保養(yǎng)技術(shù)也進(jìn)一步提升。
摩擦材料現(xiàn)在更大程度的向有機(jī)材料類型轉(zhuǎn)變，這對(duì)盤式制動(dòng)器的發(fā)展來說是一個(gè)契機(jī)，可以使得氣壓盤式制動(dòng)器在更高的溫度下運(yùn)行，而鼓式制動(dòng)器材料是不能承受這樣的溫度的。鼓式制動(dòng)器的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到了最高限度。
因此，汽車制動(dòng)器未來的發(fā)展重點(diǎn)是浮鉗式盤式制動(dòng)器。尤其在前輪安裝的通風(fēng)盤式制動(dòng)器又是發(fā)展重點(diǎn)。另外，作為需要在增大制動(dòng)力的一種制動(dòng)產(chǎn)品，雙盤式制動(dòng)器在商用車應(yīng)用的氣壓式雙盤式制動(dòng)器將是未來發(fā)展的方向。在后輪盤式制動(dòng)器中，帶駐車制動(dòng)器功能的盤中鼓式制動(dòng)器將是未來發(fā)展的一種趨勢(shì)。隨著BBW技術(shù)的發(fā)展，盤式電動(dòng)制動(dòng)器是未來發(fā)展的重點(diǎn)方向。
在材料選擇方面：80年代之前，國(guó)內(nèi)外都主要采用有石棉樹脂型摩擦材料用于汽車制動(dòng)，但因石棉摩擦產(chǎn)生有毒粉塵吸入人體后對(duì)肺產(chǎn)生影響，以及產(chǎn)生環(huán)境污染，同時(shí)在高速、高溫下，石棉材料的強(qiáng)度、摩擦系數(shù)、耐磨性能等均下降，因此，汽車制動(dòng)系無(wú)石棉化已是一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)外從70年代就開始禁止采用石棉用做制動(dòng)材料，我國(guó)在1999年修改的GB12676-1999法規(guī)也明確規(guī)定“2003年10月1日之后，制動(dòng)襯片應(yīng)不含石棉”。目前國(guó)際上第三代摩擦材料誕生——無(wú)石棉有機(jī)物NAO片。主要使用玻璃纖維、芳香族聚酰纖維或其它纖維（碳、陶瓷等）作為加固材料。其主要優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)論在低溫或高溫都保持良好的制動(dòng)效果，減少磨損，降低噪音，延長(zhǎng)剎車盤的使用壽命，代表目前摩擦材料的發(fā)展方向。
目前國(guó)內(nèi)多以半金屬纖維增強(qiáng)復(fù)合摩擦材料應(yīng)用最為普遍。但一些企業(yè)和地方根據(jù)本身的特點(diǎn)，也在研究新型摩擦材料，比如由河北工業(yè)大學(xué)所承擔(dān)的科研項(xiàng)目“替代石棉制品汽車制動(dòng)摩擦片的研制”中，采用當(dāng)?shù)氐暮Ｅ菔w維來研制摩擦材料取得初步成功；西安交大與廣東省東方劍麻集團(tuán)有限公司聯(lián)合研制采用劍麻作為增強(qiáng)纖維也初步取得成功，據(jù)報(bào)道該制動(dòng)器的摩擦系數(shù)、磨損率、硬度、沖擊韌性等各項(xiàng)性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、具有摩擦系數(shù)平穩(wěn)、熱恢復(fù)性能好、剎車噪音小、使用壽命長(zhǎng)、低成本等優(yōu)點(diǎn)。另外，國(guó)內(nèi)還有人研究采用水鎂石做摩擦材料。不同的纖維有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，因此研制一種比較符合各種要求的摩擦材料也就成為人們的追求。但不管如何，未來汽車制動(dòng)摩擦材料必須是環(huán)保化、安全化、輕量化以及低成本的原則。
另外，現(xiàn)代汽車制動(dòng)控制技術(shù)正朝著電子制動(dòng)控制方向發(fā)展。全電制動(dòng)控制因其巨大的優(yōu)越性，將取代傳統(tǒng)的以液壓為主的傳統(tǒng)制動(dòng)控制系統(tǒng)。同時(shí)，隨著其他汽車電子技術(shù)特別是超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，電子元件的成本及尺寸不斷下降。汽車電子制動(dòng)控制系統(tǒng)將與其他汽車電子系統(tǒng)如汽車電子懸架系統(tǒng)、汽車主動(dòng)式方向擺動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)、電子導(dǎo)航系統(tǒng)、無(wú)人駕駛系統(tǒng)等融合在一起成為綜合的汽車電子控制系統(tǒng)，未來的汽車中就不存在孤立的制動(dòng)控制系統(tǒng)，各種控制單元集中在一個(gè)ECU中，并將逐漸代替常規(guī)的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車輛控制的智能化。但是，汽車制動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展受整個(gè)汽車工業(yè)發(fā)展的制約。有一個(gè)巨大的汽車現(xiàn)有及潛在的市場(chǎng)的吸引，各種先進(jìn)的電子技術(shù)、生物技術(shù)、信息技術(shù)以及各種智能技術(shù)才不斷應(yīng)用到汽車制動(dòng)控制系統(tǒng)中來。同時(shí)需要各種國(guó)際及國(guó)內(nèi)的相關(guān)法規(guī)的健全，這樣裝備新的制動(dòng)技術(shù)的汽車就會(huì)真正應(yīng)用到汽車的批量生產(chǎn)中。
1.3 課題主要內(nèi)容：
題目簡(jiǎn)介：后輪驅(qū)動(dòng)；總長(zhǎng)4300mm；總寬1790mm；軸距2576mm；前輪距1460mm；后輪距1473mm；整備質(zhì)量1598kg；發(fā)動(dòng)機(jī)排量2.5L，最大功率85kw/5500r/min，最大轉(zhuǎn)矩158 N·m /4000r/min，壓縮比8.7:1；五檔手動(dòng)變速器，推薦傳動(dòng)比：=3.6，=2.123，=1.458，=1.070，=0.857，=3.5；推薦主減速比：4.111；最高車速：200km/h。
根據(jù)所給商務(wù)車的技術(shù)參數(shù)及性能參數(shù)，并綜合考慮制動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求，如下：
1）具有足夠的制動(dòng)效能。
2）工作可靠。
3）在任何速度下制動(dòng)時(shí)，汽車都不應(yīng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
4）防止水和污泥進(jìn)入制動(dòng)器工作表面。
5）制動(dòng)能力的熱穩(wěn)定性良好。
6）操縱輕便，并具有良好的隨動(dòng)性。
7）制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時(shí)力求減少散發(fā)出對(duì)人體有還的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。
8）作用滯后性應(yīng)盡可能好。
9）摩擦襯片應(yīng)有足夠的使用壽命。
10）摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)。
11）當(dāng)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的任何元件發(fā)生故障并是使基本功能遭到破壞時(shí)，汽車制動(dòng)系應(yīng)有音響或光信號(hào)等報(bào)警提示。
結(jié)合以上參數(shù)及要求，適當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，設(shè)計(jì)一款合適的汽車制動(dòng)器并通過繪圖軟件將該制動(dòng)器布置圖繪出。
1.4 課題研究方案：
1）制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析及選擇。分析該商務(wù)車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)要求，通過比較、計(jì)算以及查閱相關(guān)資料，選出適合的結(jié)構(gòu)方案。
2）制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇。選擇制動(dòng)力、制動(dòng)力分配系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、最大制動(dòng)力矩等。
3）制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算。根據(jù)所選方案與參數(shù)，分析計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)、摩擦襯塊的磨損特性，核算制動(dòng)器熱容量和溫升等
4）制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
5）制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算
6）綜合上述設(shè)計(jì)與計(jì)算，用繪圖軟件繪制該制動(dòng)器的零部件圖及總布置圖
2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式選擇
2.1鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介
鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用干各類汽車上。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。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。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)器按蹄的類型分為：
圖 2.1 鼓式制動(dòng)器簡(jiǎn)圖
（a）領(lǐng)從蹄式（用凸輪張開）；（b）領(lǐng)從蹄式（用制動(dòng)輪缸張開）；（c）雙領(lǐng)蹄式（非雙向，平衡式）；（d）雙向雙領(lǐng)蹄式；（e）單向增力式；（f）雙向增力式
（1）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
如圖2.1（a）(b)所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進(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。汽車倒車時(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?！霸鰟?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，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車時(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、重型載貨汽車的前、后輪制動(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。
（2）雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
若在汽車前進(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)汽車倒車時(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2.1(c)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。
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(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)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。
（3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
如圖2.1（d）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)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車制動(dòng)。
（4）單向增力式制動(dòng)器
如圖2.1（e）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、中型貨車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。
（5） 雙向增力式制動(dòng)器
如圖2.1（f）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)器來說，不論汽車前進(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)器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過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)器也廣泛用作汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(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，故其熱衰退問題并不突出。
2.2 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)介
盤式制動(dòng)器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。
（1）鉗盤式
鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為定鉗盤式制動(dòng)器、浮鉗盤式制動(dòng)器等。
①定鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪相聯(lián)并在制動(dòng)鉗體開口槽中旋轉(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)盤式制動(dòng)器：浮動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的。其浮動(dòng)方式有兩種，一種是制動(dòng)鉗體可作平行滑動(dòng)；另一種是制動(dòng)鉗體可繞一支承銷擺動(dòng)。故有滑動(dòng)和擺動(dòng)之分，其中滑動(dòng)應(yīng)用的較多。它們的制動(dòng)油缸均為單側(cè)的，且與油缸同側(cè)的制動(dòng)塊總成是活動(dòng)的，而另一側(cè)的制動(dòng)塊總成則固定在鉗體上。制動(dòng)時(shí)在油液壓力作用下，活塞推動(dòng)活動(dòng)制動(dòng)塊總成壓靠到制動(dòng)盤，而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定制動(dòng)塊總成壓向制動(dòng)盤的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊總成受力均等為止。對(duì)擺動(dòng)鉗式盤式制動(dòng)器來說，鉗體不是滑動(dòng)而是在與制動(dòng)盤垂直的平面內(nèi)擺動(dòng)。這樣就要求制動(dòng)摩擦襯塊應(yīng)預(yù)先做成楔形的(摩擦表面對(duì)背面的傾斜角為6°左右)。在使用過程中，摩擦襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻(一般約為l mm)后即應(yīng)更換。這種制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤的內(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；沒有跨越制動(dòng)盤的油道或油管加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性小。
（2）全盤式
在全盤式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓形盤，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸，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)沒有浮鉗盤式制動(dòng)器廣泛。
2.3 盤式制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)
盤式制動(dòng)器比鼓式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 熱穩(wěn)定好，原因是一般無(wú)自行増力作用，襯塊摩擦表現(xiàn)壓力分布較鼓式中的襯片更為均勻，此外，制動(dòng)鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄的中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能，這稱為機(jī)械衰退，制動(dòng)盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故無(wú)機(jī)械衰退問題，因此，前輪采用盤式制動(dòng)器。汽車制動(dòng)時(shí)不易跑偏。
（2） 水穩(wěn)定性好，制動(dòng)塊對(duì)盤的單位壓力高，易于將水?dāng)D出，因而浸水后效能降低不多，又由于離心力作用及襯塊對(duì)盤的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一，二次制動(dòng)即能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需經(jīng)十余次制動(dòng)方能恢復(fù)。
（3） 制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)。
（4） 易于構(gòu)成雙回路制動(dòng)系，使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。
（5） 尺寸小，質(zhì)量小，散熱良好。
（6） 壓力在制動(dòng)襯塊上的分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻。
（7） 更換襯塊簡(jiǎn)單容易。
（8） 襯塊與制動(dòng)盤之間的間隙?。?.05-0.15mm），從而縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。
（9） 易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。
（10） 能方便地實(shí)現(xiàn)制動(dòng)器磨損報(bào)警，以便及時(shí)更換摩擦襯塊。
盤式制動(dòng)器的主要缺點(diǎn)：
（1） 難以完全防止塵污和銹蝕（封閉的多片全盤式制動(dòng)器除外）。
（2） 兼作駐車制動(dòng)器時(shí)，所需附加的手驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜。
（3） 在制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中必須裝有助力器。
（4） 因?yàn)橐r塊工作表面小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì)的襯塊。
2.4該商務(wù)車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的最終選擇
汽車制動(dòng)簡(jiǎn)單來講，就是利用摩擦將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，使汽車失去動(dòng)能而停止下來。因此，散熱對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)是十分重要的。如果制動(dòng)系統(tǒng)經(jīng)常處于高溫狀態(tài)，就會(huì)阻礙能量的轉(zhuǎn)換過程，造成制動(dòng)性能下降。越是跑得快的汽車，制動(dòng)起來所產(chǎn)生的熱量越大，對(duì)制動(dòng)性能的影響也越大。解決好散熱問題，對(duì)提高汽車的制動(dòng)性能也就起了事倍功半的作用。所以，現(xiàn)代轎車的車輪除了使用鋁合金車圈來降低運(yùn)行溫度外，還傾向于采用散熱性能較好的盤式制動(dòng)器。
當(dāng)然，盤式制動(dòng)器也有自己的缺陷。例如對(duì)制動(dòng)器和制動(dòng)管路的制造要求較高，摩擦片的耗損量較大，成本貴，而且由于摩擦片的面積小，相對(duì)摩擦的工作面也較小，需要的制動(dòng)液壓高，必須要有助力裝置的車輛才能使用。而鼓式制動(dòng)器成本相對(duì)低廉，比較經(jīng)濟(jì)。四輪轎車在制動(dòng)過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%－80%，因此前輪制動(dòng)力要比后輪大。轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)的方式。但隨著轎車車速的不斷提高，近年來采用盤式制動(dòng)器的轎車日益增多，尤其是中高級(jí)轎車，一般都采用了盤式制動(dòng)器。
縱觀現(xiàn)代商務(wù)車市場(chǎng)，隨著人類對(duì)汽車安全性能重視的加劇，為了保持制動(dòng)力系數(shù)的穩(wěn)定性以及考慮到盤式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)，在商務(wù)車領(lǐng)域盤式制動(dòng)器已基本取代鼓式制動(dòng)器，特別是浮動(dòng)鉗盤式。根據(jù)制動(dòng)盤的不同，盤式制動(dòng)器還可分為普通盤式和通風(fēng)盤式。普通盤式我們比較容易理解，就是實(shí)心的。通風(fēng)盤式就是空心的，顧名思義具有通風(fēng)功效，指的是汽車在行使當(dāng)中產(chǎn)生的離心力能使空氣對(duì)流，達(dá)到散熱的目的，這是由盤式碟片的特殊構(gòu)造決定的。從外表看，它在圓周上有許多通向圓心的洞空，這些洞空是經(jīng)一種特殊工藝（slotteded drilled）制造而成，因此比普通盤式散熱效果要好許多。由于制造工藝與成本的關(guān)系，一般中高級(jí)轎車中普遍采用前通風(fēng)盤、后普通盤的制動(dòng)片。如Passat,Vento Golf2.0,Corrado等車，部分高級(jí)轎車采用前后通風(fēng)盤。值得一提的是，在前輪使用通風(fēng)盤正在逐步取代使用實(shí)心盤。ABS把大部分的制動(dòng)力分配到前輪，防止甩尾，對(duì)前剎的散熱要求很高，所以一般前輪都會(huì)采用通風(fēng)盤。
綜上所述，本次商務(wù)車設(shè)計(jì)，前后輪均采用浮動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。其中前輪制動(dòng)盤選擇通風(fēng)盤，后輪選擇普通盤，并且在后輪上設(shè)置駐車制動(dòng)傳動(dòng)裝置。
第三章：制動(dòng)器主要參數(shù)及其選擇
盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般流程為：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，所給數(shù)據(jù)，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)確定出整車總布置參數(shù)。在有關(guān)的整車總布置參數(shù)及制動(dòng)器結(jié)構(gòu)型式確定之后，根據(jù)已給參數(shù)并參考已有的同等級(jí)汽車的同類型制動(dòng)器，初選制動(dòng)器的主要參數(shù)，并據(jù)以進(jìn)行制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)；然后進(jìn)行制動(dòng)力矩和磨損性能的驗(yàn)算，并與所要求的數(shù)據(jù)比較，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
之后再根據(jù)各項(xiàng)演算和比較的結(jié)果，對(duì)初選的參數(shù)進(jìn)行必要的修改，直到基本性能參數(shù)能滿足使用要求為止；最后進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析。
在這里先給出該商務(wù)車的整車參數(shù)：
1.尺寸參數(shù)：
長(zhǎng)度：4300mm； 寬度：1790mm； 高度：1582mm 軸距：2576mm ；
前輪距：1460mm ； 后輪距：1473
質(zhì)心高度：空載 690mm ； 滿載 710m
質(zhì)心到前軸的距離：空載1240 ； 滿載1396
質(zhì)心到后軸的距離：空載1336 ； 滿載1280
2.質(zhì)量參數(shù)：
整車整備質(zhì)量：1598kg ；
總質(zhì)量：2145kg ；
前軸載荷：空載828kg 滿載1015kg
后軸載荷：空載770kg 滿載1130kg
3.性能參數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)排量：2.5L；
最大功率：85kw/5500r/min
最大轉(zhuǎn)矩：158 N?m /4000r/min
壓縮比：8.7:1；
五檔手動(dòng)變速器：=3.6，=2.123，=1.458，=1.070，=0.857，=3.
推薦主減速比：4.111；
最高車速：200km/h。
輪胎有效半徑：365mm
3.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
汽車制動(dòng)時(shí)，如果忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任一角速度的車輪，其力矩平衡方程為
(3.1)
式中：——制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N·m ；
——地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N ；
——車輪有效半徑，m 。
假設(shè)當(dāng)時(shí)速，至汽車停止時(shí)速度。剎車距離。由，
得 `
由前后輪分配可知：(假設(shè))
前輪的其中一個(gè)輪
后輪的其中一個(gè)輪
因此，由公式（3.1）求得 ；
令 (3.2)
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，又稱為制動(dòng)周緣力。與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車輪角速度時(shí)，大小也相等。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)及車輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓成正比。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
≤ (3.3)
(3.4)
式中：——輪胎與地面間的附著系數(shù)；
——地面對(duì)車輪的法向反力。
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
圖 3.1 制動(dòng)力與踏板力的關(guān)系
圖3.2 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
阻止車輪再旋轉(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（圖3.1）。
根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析（圖3.2），并考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力為
(3.5)
式中：G——汽車所受重力；
L——汽車軸距；
——汽車質(zhì)心離前軸距離；
——汽車質(zhì)心離后軸距離；
——汽車質(zhì)心高度；
g——重力加速度；
——汽車制動(dòng)減速度。
算得
汽車總的地面制動(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；
——前后軸車輪的地面制動(dòng)力。
由式（3.5）、式（3.6）求得前、后軸車輪附著力
（3-7）
在此取附著系數(shù)，因此求得10151N 4564N
上式表明：汽車在附著系數(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)度或總制動(dòng)力的函數(shù)。當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動(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。
第（3）種情況的附著條件利用得最好。由式(3.6)、式(3.7)得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死即前、后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是：
(3.8)
式中：——前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；
——前軸車輪的地面制動(dòng)力；
——后軸車輪的地面制動(dòng)力；
，——地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力；
G——汽車重力；
，——汽車質(zhì)心離前、后軸距離；
——汽車質(zhì)心高度。
由式(3.8)知前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力，是的函數(shù)。式(3.8)中消去，得
(3.9)
式中：L——汽車的軸距。
圖 3.3 某汽車的I曲線和曲線
將上式繪成以，為坐標(biāo)的曲線，即為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線，如圖 3. 3所示。如果汽車前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力，能按I曲線的規(guī)律分配，則能保證汽車在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，都能使前、后車輪同時(shí)抱死。目前大多數(shù)兩軸汽車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力之比值為一定值，并以前制動(dòng)與汽車總制動(dòng)力之比表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)：
（3.10）
由于在附著條件所限定的范圍內(nèi)，地面制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力，故通稱為制動(dòng)力分配系數(shù)。
在本設(shè)計(jì)的商務(wù)車中：
由式（3.8）； ;
3.2同步附著系數(shù)
由式(3.10)可表達(dá)為 (3.11)
上式在圖 3.3中是一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線，是汽車實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱線。圖中線與I曲線交于B點(diǎn)， B點(diǎn)處的附著系數(shù)=,則稱為同步附著系數(shù)。它是汽車制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。
同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是：。 求得
對(duì)于前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后車輪制動(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死。當(dāng)汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況：
(1)當(dāng)<，線位于I曲線下方，制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。
(2)當(dāng)>，線位于I曲線上方，制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車失去方向穩(wěn)定性。
(3)當(dāng)，制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。
為了防止汽車的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑，希望在制動(dòng)過程中，在即將出現(xiàn)車輪抱死但尚無(wú)任何車輪抱死時(shí)的制動(dòng)減速度，為該車可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為du/dtg，即，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)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度q<，這表明只有在=的路面上，地面的附著條件才得到充分利用。附著條件的利用情況用附著系數(shù)利用率(附著力利用率)表示：
(3.12)
算得
式中：——汽車總的地面制動(dòng)力；
G——汽車所受重力；
——制動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)=時(shí)，=，=1,利用率最高。
直至20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)道路條件還不很好，汽車行駛速度也不很高，后輪抱死側(cè)滑的后果也不顯得像前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力那樣嚴(yán)重，因此往往將值定得較低，即處于常遇附著系數(shù)范圍的中間偏低區(qū)段。但當(dāng)今道路條件大為改善，汽車行駛速度也大為提高，因而汽車因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重。由于車速高，它不僅會(huì)引起側(cè)滑甩尾甚至?xí){(diào)頭而喪失操縱穩(wěn)定性。后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的。因此各類轎車和一般載貨汽車的值有增大的趨勢(shì)。
如何選擇同步附著系數(shù) ，是采用恒定前后制動(dòng)力分配比的汽車制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問題。在汽車總重和質(zhì)心位置已定的條件下，的數(shù)值就決定了前后制動(dòng)力的分配比。
的選擇與很多因數(shù)有關(guān)。首先，所選的應(yīng)使得在常用路面上，附著系數(shù)利用率較高。具體而言，若主要是在較好的路面上行駛，則選的值可偏高些，反之可偏低些。從緊急制動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)，值宜取高些。汽車若常帶掛車行駛或常在山區(qū)行駛，值宜取低些。此外，的選擇還與汽車的操縱性、穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)，與汽車的載荷情況也有關(guān)?？傊倪x擇是一個(gè)綜合性的問題，上述各因數(shù)對(duì)的要求往往是相互矛盾的。因此，不可能選一盡善盡美的值，只有根據(jù)具體條件的不同，而有不同的側(cè)重點(diǎn)。
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù)和應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車：0.65～0.80；輕型客車、輕型貨車：0.55～0.70；大型客車及中重型貨車：0.45～0.65。
現(xiàn)代汽車多裝有比例閥或感載比例閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置，可根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度、載荷等因素來改變前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值，使之接近于理想制動(dòng)力分配曲線。
為保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(ECE)的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車在 0.15≤q≤0.8，其他汽車在0.15≤q≤0.3 的范圍內(nèi)，前輪均應(yīng) 能先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在 0.2≤≤0.8 的范圍內(nèi)，必須滿足 q≥0.1+0.85(-0.2)。由式（13）可知q=0.77，滿足。
3.3制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率
上面已給出了制動(dòng)強(qiáng)度q和附著系數(shù)利用率的定義式。下面再討論一下當(dāng)=、<和>時(shí)的q和。根據(jù)所定的同步附著系數(shù)，由式（3.10）及式（3.11）得
（3.13）進(jìn)而求得 （3.14）
（3.15）
當(dāng)=時(shí)：，，故=14715，q=；=1。
當(dāng)<時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（3.6）、式（3.7）、式（3.12）和式（3.14）得
（3.16） （3.17）
（3.18）
當(dāng)>時(shí)：可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即。由式（3.6）、式（3.7）、式（3.13）和式（3.15）得
（3.19）
（3.20）
（3.21）
本設(shè)計(jì)中汽車的值恒定，其值小于可能遇到的最大附著系數(shù)，使其在常遇附著系數(shù)范圍內(nèi)不致過低。在>的良好路面上緊急制動(dòng)時(shí)，總是后輪先抱死。
3.4制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩
為保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。
最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的法向力,成正比。由式(3.8)可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為
=2.224
式中：,——汽車質(zhì)心離前、后軸距離;
——同步附著系數(shù)；
——汽車質(zhì)心高度。
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即
；
式中：——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，；
——作用于前軸車輪上的地面法向反力；
——作用于后軸車輪上的地面法向反力；
——車輪有效半徑。
對(duì)于常遇到的道路條件較差、車速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為：
3705N
1665N
對(duì)于選取較大的同步附著系數(shù)值的汽車，從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度，故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為
(3.22)
(3.23)
本設(shè)計(jì)選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車，為了保證在的良好的路面上（例如=0.7）能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移（此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度），前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為
（3.24）
（3.25）
式中：——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
——制動(dòng)強(qiáng)度，由式(4-20)確定；
——車輪有效半徑。
一個(gè)車輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩為上列計(jì)算結(jié)果的半值。
3.5 制動(dòng)器因數(shù)
式(3.1)給出了制動(dòng)器因數(shù)BF的表達(dá)式，它表示制動(dòng)器的效能，又稱為制動(dòng)器效能因數(shù)。其實(shí)質(zhì)是制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩，用于評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)器的效能。制動(dòng)器因數(shù)可定義為在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
(3.26)
式中：——制動(dòng)器的摩擦力矩；
R——制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑；
P——輸入力，一般取加于兩制動(dòng)蹄的張開力(或加于兩制動(dòng)塊的壓緊力)的平均值為輸入力。對(duì)于鉗盤式制動(dòng)器，兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力均為P，則制動(dòng)盤在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2P（為盤與制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)），于是鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為
(3.27)
式中：f為摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)中取f=0.4；則BF=0.8
3.6盤式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定
（1）制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這是制動(dòng)盤的有效半徑得到增大，可以減小制動(dòng)鉗的夾緊力，降低襯塊的單位壓力和工作溫度，受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤的直徑通常選擇為70％～79％，而總質(zhì)量大于總質(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限。
在本設(shè)計(jì)中： 取D=320mm
（2）制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度又不宜過小。制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，又可在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取10mm-20mm；具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤的兩工作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤的厚度取為20mm-50mm,但多采用20mm-30mm。
在本設(shè)計(jì)中：前制動(dòng)器采用通風(fēng)盤，取厚度h=25mm；后制動(dòng)盤采用實(shí)心盤，取厚度h=12mm
（3）摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑
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，接觸面積減小，最終將導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。在本設(shè)計(jì)中：取=110mm, =154mm
（4）摩擦襯快工作面積A
一般摩擦襯快單位面積占有汽車質(zhì)量在1.6kg/-3.5kg/范圍內(nèi)選取，考慮到現(xiàn)今摩擦材料的不斷升級(jí)，此范圍可適當(dāng)擴(kuò)大些。本次設(shè)計(jì)使用半金屬摩擦材料，其摩擦系數(shù)優(yōu)于石棉材料。故取前輪制動(dòng)器的摩擦襯塊工作面積75 ；后輪制動(dòng)器的摩擦襯塊工作為70 。
表 3.1 一些國(guó)產(chǎn)汽車前盤式的制動(dòng)器的主要參數(shù)
車牌
車型
制動(dòng)盤外徑/mm
工作半徑/mm
制動(dòng)盤厚度/mm
摩擦襯塊厚度/mm
摩擦面積/cm
云雀
GHK7060
212
86
10
9
65.4
奧拓
SC7080
215
91
10
15.5
60
桑塔納
2000
256
106
20
14
76
奧迪
100
256
104
22
14
96
4.制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算
摩擦襯片(襯塊)的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車的制動(dòng)過程是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢(shì)能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則襯片(襯塊)的磨損愈嚴(yán)重。
4.1.1比能量耗散率
制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率又稱為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為。
雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為
（4.1）
式中：——汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；
——汽車總質(zhì)量；
，——汽車制動(dòng)初速度與終速度，；計(jì)算時(shí)總商務(wù)車取=；
——制動(dòng)減速度，m／s2，計(jì)算時(shí)取j=0．6g；
——制動(dòng)時(shí)間，；
——前、后制動(dòng)器襯片(襯塊)的摩擦面積；
（；）
——制動(dòng)力分配系數(shù)。
在緊急制動(dòng)到時(shí)，并可近似地認(rèn)為，則有
； （4.2）
把個(gè)參數(shù)值代入上式得
比能量耗散率過高會(huì)引起襯片（襯塊）的急劇磨損，還可能引起制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤產(chǎn)生龜裂。推薦：取減速度j=0.6g，制動(dòng)初速度：轎車用100km/h、總質(zhì)量小于3.5t的貨車為80km/h、總質(zhì)量在3.5t以上的貨車用65km/m，鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于1.8W/為宜。取同樣的和j時(shí)，轎車的盤式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于6.0為宜。式中t為100Km/h時(shí)的制動(dòng)時(shí)間，其值為4.728s。為前后制動(dòng)器摩擦襯片面積。，求得，，符合要求。
4.1.2 比滑磨功
磨損和熱的性能指標(biāo)也可用襯塊在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功，即比滑磨功來衡量：
（4.3）
式中：——汽車總質(zhì)量，kg；
——汽車最高制動(dòng)車速，m/s
——車輪制動(dòng)器各襯塊的總摩擦面積，
——許用比滑磨功，對(duì)轎車取
可求得：，滿足要求。
4.2 制動(dòng)器的熱容量和溫升核算
應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件：
（4.4）
式中：——各制動(dòng)盤的總質(zhì)量，為已知4Kg
——與各制動(dòng)盤相連的金屬（如輪轂、輪輻、制動(dòng)鉗體等）總質(zhì)量，為5kg
——制動(dòng)盤材料的比容熱，對(duì)鑄鐵C=482J/(kgK)；對(duì)于鋁合金C=880 J/(kgK)
——與制動(dòng)盤相連的受熱金屬件的比容熱；
——制動(dòng)盤的溫升（一次由到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，溫升不應(yīng)超過15 ）；
——滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過程迅速，可以認(rèn)為制動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按前、后制動(dòng)力的分配比率分配給前后、制動(dòng)器，即
（4.5）
（4.6）
求得：
所以：
式中 ——汽車滿載總質(zhì)量，為2145Kg
——汽車制動(dòng)時(shí)的初速度
——汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，為0.69
核算：
故，滿足以下條件：
4.3盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算
圖 4.1盤式制動(dòng)器的計(jì)算用圖
盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖如圖 4.1所示，假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
（4.7）
式中：——摩擦系數(shù)，取值0.4；
N——單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力
R——作用半徑，