第八章制动系设计1

1、1 概述概述一、功用一、功用v1.以适当的减速度降速行驶直至停车以适当的减速度降速行驶直至停车v2.下坡时使汽车保持适当的稳定车速下坡时使汽车保持适当的稳定车速u 二、组成二、组成v1.制动装置分类：分类：v2.行车行车制动装置组成制动装置组成v3.使汽车可靠地停在原地或坡道上使汽车可靠地停在原地或坡道上 制动器：制动器： 制动驱动机构制动驱动机构返回w二、制动系的设计要求二、制动系的设计要求驻车制动能力驻车制动能力行车制动能力行车制动能力(JB4019-85)V(km/h)制动减速度制动减速度j(m/s2)制动距离制动距离St空驶距离空驶距离+制动距离制动距离轿车货车8040、50、705.

2、874.45.5经验数值：轿a=0.1，列车a=0.18货a=0.060.15Ma(t) 13.5 70 3.512 50 12 40226 . 321 VjaVSt(JB3939-85)v2.2.工作可靠工作可靠v3.以任何速度制动，汽车都不应当丧失操纵性以任何速度制动，汽车都不应当丧失操纵性和方向稳定性和方向稳定性v4. 防止水和污泥进入制动器工作表面热稳定性：热稳定性：v5.5.制动能力的热稳定性好制动能力的热稳定性好初速为80%Vmax时重复制动1520次，制动到1/2初速时制动性能指标70%80%以上至少有两套独立的驱动制动器的管路至少有两套独立的驱动制动器的管路(JB3935-85

3、和和JB4200-86)v6. 操纵轻便，并具有良好的随动性操纵轻便，并具有良好的随动性踏板力Fmax(N)手柄拉力(N)踏板行程（mm）手柄行程（mm)轿车货车500700 500 700 100150 150200160200v7.制动噪声尽可能小，力求减少散发出对人体制动噪声尽可能小，力求减少散发出对人体有害的物质，以减少公害有害的物质，以减少公害v8. 作用滞后性（包括产生制动和解除制动的滞作用滞后性（包括产生制动和解除制动的滞后时间）应尽可能短后时间）应尽可能短v9. 摩擦衬片/块应有足够的使用寿命v10. 应有能消除因磨损而产生间隙的机构，间应有能消除因磨损而产生间隙的机构，间隙调

4、整容易隙调整容易v12. 制动装置中任一元件发生故障并使其基本功制动装置中任一元件发生故障并使其基本功能受到破坏时，应有报警装置能受到破坏时，应有报警装置v11.11.与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动返回2 制动器的结构方案分析制动器的结构方案分析制动器型式：制动器型式：带式带式w摩擦式制动器摩擦副形式：摩擦式制动器摩擦副形式：摩擦式摩擦式电磁式电磁式液力式液力式广泛应用于汽车制动器广泛应用于汽车制动器 特点：作用滞后小，易于连接且特点：作用滞后小，易于连接且接头可靠，但成本高接头可靠，

5、但成本高只要用于作缓速器只要用于作缓速器鼓式鼓式盘式盘式制动器在单位输入压力或力作用制动器在单位输入压力或力作用下所输出的力或力矩下所输出的力或力矩w 制动器效能因素制动器效能因素在制动鼓或制动盘的作用半径在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦力（上所得到的摩擦力（Mm m/R)与输入与输入力力F0之比之比RFMK0m返回领从蹄式领从蹄式双领蹄式双领蹄式从蹄无支承从蹄无支承从蹄有支承从蹄有支承单向双领蹄式单向双领蹄式双向双领蹄式双向双领蹄式双从蹄式（一般不用）双从蹄式（一般不用）增 力 式增 力 式单向增力式单向增力式双向增力式双向增力式液压驱动液压驱动（按蹄的属性）（按蹄的属性）气压驱动

6、气压驱动（按张开装置类型）（按张开装置类型）凸 轮凸 轮曲 柄曲 柄楔楔圆弧线凸轮圆弧线凸轮渐开线凸轮渐开线凸轮阿基米德线凸轮阿基米德线凸轮单 楔单 楔双 楔双 楔鼓 式鼓 式盘 式盘 式液压驱动液压驱动气压驱动气压驱动钳盘式钳盘式全盘式全盘式浮动钳浮动钳固定钳固定钳滑 动滑 动摆 动摆 动制制动动器器w车轮制动器型式：车轮制动器型式：返回制动器效能前、倒车制动效能制动器效能稳定性两蹄片单位压力制动时轮鼓轴受力结构调整间隙运用双管路居第三位不变居第二位不等受力简单容易不适用居第二位不同仅强于增力式相等不受复杂适用居第一位不变较差困难适用应用中、重货轿车后轴中轿前轴中轻货部分轿车w一、鼓式一、鼓

7、式制动器制动器(5种形式比较)0F0F1F2F2Ff1Ff领从蹄式0F1F2Ff1Ff双领蹄式2F0F0F1F2Ff1Ff双向双领蹄式2F0F0F0F制动器效能前、倒车制动效能制动器效能稳定性两蹄片单位压力制动时轮鼓轴受力结构调整间隙运用双管路前进时好不同差不等受力简单困难不适用不变复杂应用少数轻、中货和轿车前轴大型高速轿车中央制动器w 鼓式制动鼓式制动器器(5(5种形式比较种形式比较续续) )01F1F2Ff1Ff单向增力式2F02F01F1F2Ff1Ff双向增力式2F02F01F机械式机械式张开装张开装置置u二、盘式制动器二、盘式制动器v1. 盘式制动器型式：盘式制动器型式：钳盘式钳盘式全

8、盘式全盘式a)固定钳式固定钳式b)滑动钳式滑动钳式c)摆动钳式摆动钳式固定钳式固定钳式浮动钳式浮动钳式滑动钳式滑动钳式摆动钳式摆动钳式返回v2. 结构型式分析结构型式分析特特 点点应应 用用固定钳式固定钳式仅制动块和活塞为滑动件，制动钳的仅制动块和活塞为滑动件，制动钳的刚度好；结构和制造工艺与一般制动刚度好；结构和制造工艺与一般制动轮缸相近，很适应分路系统的要求；轮缸相近，很适应分路系统的要求；工作可靠。工作可靠。但但液压缸跨过制动盘，增液压缸跨过制动盘，增大了制动器尺寸，增大了布置难度与大了制动器尺寸，增大了布置难度与受热机会；制动液易受热汽化，难以受热机会；制动液易受热汽化，难以实现驻车制

9、动实现驻车制动曾广泛曾广泛应用应用浮动钳式浮动钳式无跨越制动盘的油道或油管，减少了无跨越制动盘的油道或油管，减少了液压缸、活塞等精密件，成本低，重液压缸、活塞等精密件，成本低，重量较轻，轴向尺寸小，冷却条件好，量较轻，轴向尺寸小，冷却条件好，可兼作驻车制动。可兼作驻车制动。广泛广泛返回v3. 与鼓式制动器比较与鼓式制动器比较1 1）制动效能的稳定性好）制动效能的稳定性好3）水稳定性好水稳定性好4）制动力矩与汽车行驶方向无关）制动力矩与汽车行驶方向无关6）同样条件下，盘时制动器可承受较高的摩擦力矩，衬）同样条件下，盘时制动器可承受较高的摩擦力矩，衬片磨损小且较均匀，使用寿命长片磨损小且较均匀，使

10、用寿命长5 5）结构简单，其摩擦衬块更易更换，维护方便，具有制）结构简单，其摩擦衬块更易更换，维护方便，具有制动间隙自调能力，利于衬片的调节和安装动间隙自调能力，利于衬片的调节和安装7）踏板力受车速影响较小。制动盘受热后厚度变化量小，踏板行程变化不大2）热稳定性好）热稳定性好9） 易于构成双回路制动系，使系统由较高的可靠性和安全性盘式制动器优点：盘式制动器优点：8）衬块与制动盘之间的间隙小（）衬块与制动盘之间的间隙小（0.050.15mm）w盘式制动器3）兼作驻车制动时，附加的手驱动机构较复杂兼作驻车制动时，附加的手驱动机构较复杂4）因衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命）因衬块工作面积小，所

11、以磨损快，使用寿命较低，需用高材质的衬块。较低，需用高材质的衬块。2）大部分制动盘都暴露在空气中，易受尘污和）大部分制动盘都暴露在空气中，易受尘污和锈蚀锈蚀1 1）制动效能较低，其效能因数的平均值只有）制动效能较低，其效能因数的平均值只有双领蹄时制动器的双领蹄时制动器的25%25%左右，需有助力装置。左右，需有助力装置。所需制动液压力较高，对密封要求较高所需制动液压力较高，对密封要求较高返回3 制动器主要参数的确定制动器主要参数的确定u一、一、鼓式制动器主要参数的确定鼓式制动器主要参数的确定v1. 制动鼓内径制动鼓内径D（半径（半径R）而当轮辋已定而当轮辋已定, R， Dt ，散热散热温升温升

12、推荐：推荐：衬片摩擦面积：Ap=Rbq讨论：0F0F鼓式制动器主要几何参数O0CeaDRFMfm tDDr(轮辋直径)RD轮辋R，MmR，Ap D/Dr轿车0.640.74货车0.700.83(ZB T24 005-89)v2.2.衬片宽度衬片宽度b b、包角、包角 Ap愈大，制动蹄衬片所受单位压力，能量负荷v 一般：一般： =90100车型汽车总质量ma t单个制动器总的Apcm2轿车0.91.51.52.5100200200300货车及客车1.01.51.52.52.53.53.57.07.012.012.017.0120200150250(多为150200)250400300650550

13、10006001500（多为6001200） 磨损特性愈好！磨损特性愈好！要求：要求： 120（磨损最小，制动温度最低，且制动效能最高）(ZB T24 005-89)返回v3. 3. 衬片起始角衬片起始角 0 0v4. 尺寸e (制动器中心到张制动器中心到张开力开力F0作用线的距离作用线的距离e) D=(70%79%)Drv5.5.尺寸尺寸a、c（制动蹄支承点位置）（制动蹄支承点位置）(对称布置对称布置)2900qRe8 . 0初步设计时，取：0F0F鼓式制动器主要几何参数O0CeaD尽可能小些，初步设计时，可取：cRa8 .0u二、盘式制动器主要参数的确定二、盘式制动器主要参数的确定v1.

14、制动盘直径制动盘直径D：返回v2.制动盘厚度制动盘厚度hR2/R1 1.5v4. 制动衬块面积制动衬块面积A推荐：推荐：R1R2qqOv3. 摩擦衬块外半径摩擦衬块外半径R2、内半径、内半径R1影响: 制动盘质量、工作温升实心制动盘：实心制动盘：h=1020mm通风式制动盘：通风式制动盘：h=2050mm，常用，常用2030mm返回4 制动器的设计与计算制动器的设计与计算一、一般原则一、一般原则v（一）制动器效能制动器效能1.定义：定义：2.评价指标：评价指标：制动器效能因数制动器效能因数K 式中：式中：F0输入力。一般取施加于两制动蹄的张开力输入力。一般取施加于两制动蹄的张开力（或施加于两制

15、动块的压紧力）的平均值作为（或施加于两制动块的压紧力）的平均值作为输入力，即输入力，即 F0=(F01+F02)/2K的定义：定义：RFMK0m返回 3、K的计算的计算盘式：盘式：f摩擦因数摩擦因数 当当F01=F02=F0时，则有：时，则有：RFFMMRFFMMRFMKtttt)()(220201210201210mmmmmFfFfF0F0fFfFFFKf222000鼓式：鼓式：02F01F制动蹄受力简图Oa1a2RRh1h2Ff2Ff1F1F2RFMKtt0111mRFMKtt0222m21021ttttKKRFMMKmm返回 领从蹄式领从蹄式K的计算的计算M1=0:f fRafRhRfa

16、hFFKft111101110111101aFRFhFf结论：在几何参数既定情况下，结论：在几何参数既定情况下，h1/R 和和a1/R 均为常数。故：均为常数。故：Kt1和和dKt1/df 仅为仅为f 的函数！的函数！02F01F制动蹄受力简图Oa1a2RRh1h2Ff2Ff1F1F2RfahFFf11011 2111211111)()()(RfahafRafRhRhfRadfdKtFf1F1ffFFf 11 领从蹄式领从蹄式K的计算的计算（续）（续）1)f,Kt1及及dKt1/df急剧急剧自行增势作用自行增势作用2222222222220222)()()(RfahafRafRhRhfRadf

17、dKfRafRhFFKtft0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 12 24 46 68 8K Kt tf领蹄领蹄从蹄从蹄0 00.20.20.40.40.60.60.80.81 12 24 46 68 8dKff领蹄领蹄从蹄从蹄制动蹄效能因数及其导数与摩擦系数的关系df结论：结论：领蹄具有较高的效能因数，从蹄具有较好的制动效能稳定性！2）当f =a1/R，Kt1 自锁而而Kt2 但但dKt2/df；当；当f ：Kt2 h2/R， dKt2/df 0 从动蹄制动效能较稳定从动蹄制动效能较稳定v(二) 制动效能稳定性制动效能稳定性2）摩擦副表面温度）摩擦副表面温度1 1）摩擦

18、副材料）摩擦副材料3）摩擦副表面水湿程度影响影响 f 的因素：的因素：由上述分析可见：由上述分析可见：F 综合分析结论综合分析结论:)( fFK 盘式制动器效能最为稳定！盘式制动器效能最为稳定！(dK/df=2)返回w二、鼓式制动器的设计计算二、鼓式制动器的设计计算径向变形：径向变形：故：故：0F两自由度计算模型y1x1E1E1最大压力线（外廓线）RA1B11B111C1OO1111111cosBBCB而由：)(90111max111111190)(OOBB)sin( 11max11)sin(11max1 ppF 压力压力:同理可得单自由度下压力：同理可得单自由度下压力：)210( sinma

19、x11pp(10-1)1.1.压力沿衬片长度方向的分布规律压力沿衬片长度方向的分布规律返回2 2、蹄片上的制动力矩、蹄片上的制动力矩微元面积：微元面积：bRdbRda a摩擦力摩擦力fdF1所产生的微摩擦力矩所产生的微摩擦力矩0F计算制动力矩简图y1x1RO fdF1dF1d法向力：3)(10 sin max11dbRpbRdpdF sin 2max11mdfbRpRfdFdMt) 410( ) cos(cos2max1mfbRpMtF 从从 积分，得积分，得:sinmax11pp 当法向压力均匀分布时：当法向压力均匀分布时：)510( ) (2111mfbRpMbRdpdFft返回3 3.

20、. Mm t与张开力与张开力F0101的关系的关系Mmt=fF1R1 (10-6)01F计算张开力简图y1x1ROR10F1fF10FyFxhacc) 810( )sin(cos111011fRfchFF)910( )sin(cos 1011111011DFfRfcfRhFMtm)1010( )sin(cos2022222022DFfRfcfRhFMtmF 同理可同理可得得:7)(10 00)sin(coscos1101111001cFRfFaFfFFFxx)1110( 20210121DFDFMMMttmmm)1210( 210DDMFmF 当当F F00 F0202 F0 0时时，得到，得

21、到:则：则：w三三. .盘式制动器的设计计算盘式制动器的设计计算式中：式中：R作用半径，取作用半径，取R=Rm=(R1+R2)/2 或或R=Re(有效半径）有效半径）)( )(3222131322aRRfpdRdfpRMRR qqmqF 设单位压力为设单位压力为p由由(a)/(b)得有效作用半径：得有效作用半径：212231320322RRRRfFMRem1.1.制动力矩制动力矩Mm=2fF0R (10-13)R1R2qqOdRRmRe盘式制动器作用半径计算简图dR2 2. .有效半径有效半径Re则单侧制动力矩：则单侧制动力矩：单侧总摩擦力：单侧总摩擦力：)( )(2121220bRRfpfp

22、RdRdfFRR qqq)1410( Re2 0fFMm返回w四.衬片磨损特性的计算衬片磨损特性的计算2）表面粗糙度：Ra0.71.3mm1 1）平面度允差：）平面度允差：0.0120.012mmmm3）两摩擦表面的平行度 0.05mm2. 工作面加工精度要求：工作面加工精度要求：1. 衬片磨损衬片磨损F 影响因素影响因素:3. 材料：材料：HT250以上以上4）端面圆跳动）端面圆跳动 0.03mm2)表面温度表面温度1)1)摩擦力摩擦力3)滑磨速度4) 鼓/盘材质5)5)加工情况加工情况返回1）比能耗散率比能耗散率式中：式中：紧急制动下：紧急制动下：V2=0， =1V1、V2制动的初、终速回

23、转质量换算系数制动力分配系数单位衬片摩擦面积在单位时间内耗散的能量w/mm2单前轮制动器：单前轮制动器：后轮制动器：后轮制动器：1222112)(21tAVVmea)1(2)(21222212tAVVmeajVVt2122022111riiImrImTgfW12114tAVmea)1(42212tAVmeaA1、A2前、后制动器衬片面积返回2）比摩擦力比摩擦力要求：要求： j=0.6g下下平均单位压力平均单位压力 pm= f0/f =1.371.6N/mm2 md、mh各制动鼓/盘总质量、与制动鼓/盘相连接金属件的总质量2. 制动器热容量和温升的核算：制动器热容量和温升的核算：单位衬片摩擦面积

24、的制动摩擦力F 鼓式：鼓式：e 1.8 w/mm2F 盘式：盘式：e 6.0 w/mm2V1=100km/h(轿轿) 80km/h(货货ma35kN)式中：式中：RAMfm0要求：要求：j=0.6g时时,f0 0.48N/mm2Lt)cmc(mhhddDCd、Ch鼓/盘、与鼓/盘相连接金属件的比热容Dt制动鼓/盘的温升（V1=30km/h0， Dt 15 ）铸铁：铸铁：C=482=482J/(/(kgK),),铝合金：铝合金： C=880=880J/(/(kgK) )五、前、后轮制动器制动力矩的确定五、前、后轮制动器制动力矩的确定L满载汽车制动时由动能转变的热能。可认为制动产生的热能全部为前、后制动器所吸收，并按前、后轴制动力的分配比率分配为给前、后制动器