第10章 制动系统设计

第一节概述

第二节制动系统的结构形式及选择

第三节制动系统主要参数的确定

第四节制动器的设计与计算

第五节制动驱动机构的设计与计算

第六节制动力调节机构

第七节制动鼓的有限元分析第10章制动系统设计第一节概述1)具有足够的制动效能。

2)制动稳定性好。

3)工作可靠性高。

4)操纵轻便。

5)作用滞后性好。

6)制动热稳定性好。

7)制动水稳定性好。

8)制动公害小。

9)能调整制动间隙。第二节制动系统的结构形式及选择一、制动器的选型

二、制动驱动机构一、制动器的选型1.鼓式制动器

2.盘式制动器1.鼓式制动器(1)领从蹄式领从蹄式制动器的每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端，如图10-1a所示。

(2)单向双领蹄式单向双领蹄式制动器的两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端，如图10-1b所示。

(3)双向双领蹄式双向双领蹄式制动器的结构特点是两蹄片浮动，用各有两个活塞的两轮缸张开蹄片(见图10-1c)。

(4)双从蹄式双从蹄式制动器的两蹄片各有一个固定支点，而且两固定支点位于两蹄片的不同端，并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片(见图10-1d)。

(5)单向增力式单向增力式制动器的两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体，制动器仅有一个轮缸用来产生推力，张开蹄片(见图10-1e)。

(6)双向增力式双向增力式制动器的两蹄片上端有一个制动时不同时使用的共用支点，支点下方有一轮缸，内装两个活塞用来同时驱动张开两蹄片，两蹄片下方经推杆连接成一体(见图10-1f)。1.鼓式制动器图10-1鼓式制动器示意图2.盘式制动器(1)固定钳式如图10-2a所示，制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。

(2)浮动钳式2.盘式制动器图10-2钳盘式制动器示意图

a)固定钳式b)滑动钳式c)摆动钳式(2)浮动钳式1)滑动钳式。

2)摆动钳式。

1)热稳定性好。

2)水稳定性好。

3)制动力矩大小与汽车运动方向无关。

4)易于构成双回路制动系统，使系统有较高的可靠性和安全性。

5)尺寸小、质量小、散热良好。

6)衬块比鼓式中的衬片磨损均匀，且更换容易。

7)易于实现间隙自动调整。二、制动驱动机构1.制动驱动机构的形式

2.分路系统2.分路系统图10-3分路系统第三节制动系统主要参数的确定一、同步附着系数的确定

二、制动器最大制动力矩

三、制动器效能因数

四、制动器主要参数的选取一、同步附着系数的确定1)前轮先抱死拖滑，后轮再抱死拖滑。

2)后轮先抱死拖滑，前轮再抱死拖滑。

3)前、后轮同时抱死拖滑。

1)当φ<φ0，β线位于I曲线下方，制动时总是前轮先抱死。

2)当φ>φ0，β线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死，因而容易发生后轴侧滑使汽车失去稳定性。

3)当φ=φ0，制动时汽车的前、后轮将同时抱死。3)前、后轮同时抱死拖滑。图10-4某商用汽车的I线和β线四、制动器主要参数的选取1.鼓式制动器主要参数

2.盘式制动器主要参数1.鼓式制动器主要参数(1)制动鼓内径D输入力F0一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。

(2)摩擦衬片宽度b和包角θ制动鼓内径D确定后，摩擦衬片的宽度b和包角θ便决定了衬片的摩擦面积Ap；Ap=Rbθ，R为制动鼓半径。

(3)摩擦衬片起始角θ0一般将衬片布置在制动蹄的中央，即θ0＝90°-θ/2。

(4)制动器中心到张开力F0作用线的距离e在保证轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下，e应尽可能大，以提高制动效能。

(5)制动蹄支承点位置坐标a和c在保证两蹄支承端面互不干涉的条件下，使a尽可能大而c尽可能小(见图10-6)。

(6)摩擦片摩擦因数选择摩擦片时，不仅希望其摩擦因数要高些，而且还要求其热稳定性好，受温度和压力的影响小。图10-5制动效能因数曲线

1—双向自动增力蹄制动器2—双领蹄制动器

3—领、从蹄制动器4—双从蹄制动器5—盘式制动器1.鼓式制动器主要参数图10-7制动鼓的结构形式1.鼓式制动器主要参数2.盘式制动器主要参数(1)制动盘直径D制动盘直径D应尽可能取大些，以增大制动盘的有效半径，减小制动钳的夹紧力，降低衬块的单位压力和工作温度。

(2)制动盘厚度h制动盘厚度h对制动盘质量和工作时的温升有影响。

(3)摩擦衬块外半径R2与内半径R1推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。

(4)制动衬块工作面积A在确定盘式制动器制动衬块工作面积A时，根据制动衬块单位面积占有的汽车质量，推荐在1.6～3.5kg/cm2范围内选用。第四节制动器的设计与计算一、鼓式制动器的设计计算

二、衬片磨损特性的计算

三、盘式制动器的设计计算

四、应急制动和驻车制动所需的制动力矩一、鼓式制动器的设计计算1.压力沿衬片长度方向的分布规律

2.制动蹄片上的制动力矩1.压力沿衬片长度方向的分布规律图10-8计算摩擦衬片径向变形简图

a)有一个自由度的领蹄b)有两个自由度的领蹄2.制动蹄片上的制动力矩图10-9制动力矩的计算用简图三、盘式制动器的设计计算四、应急制动和驻车制动所需的制动力矩1.应急制动

2.驻车制动2.驻车制动图10-11盘式制动器的计算用图第五节制动驱动机构的设计与计算一、液压制动驱动机构的设计计算

二、气压制动驱动机构的设计一、液压制动驱动机构的设计计算1.制动轮缸直径d的确定

2.制动主缸直径d0的确定

3.储液罐设计

4.真空管的布置

5.制动管的布置

6.踏板力Fp

7.制动踏板工作行程Sp二、气压制动驱动机构的设计1.制动气室设计

2.储气筒

3.空气压缩机的选择

4.气管直径的选择1.制动气室设计图10-13凸轮张开装置2.储气筒2.储气筒3.空气压缩机的选择第六节制动力调节机构一、限压阀

二、制动防抱死装置(ABS)一、限压阀图10-14限压阀及其静特性

1—满载理想特性2—空载理想特性二、制动防抱死装置(ABS)图10-15附着系数与车轮滑动率的关系二、制动防抱死装置(ABS)图10-16制动防抱死装置的组成及布置第七节制动鼓的有限元分析1)在ANSYS中，对制动鼓的两种简化模型进行实体建模和网格划分。

2)对有限元模型施加边界条件，包括热、结构及热应力耦合分析的边界条件。

3)通过热分析，得出制动鼓的温度分布；通过结构分析与热应力耦合分析，得出在单一机械载荷作用下及机械载荷与温度载荷共同作用下制动鼓的应力和位移结果。

4)对计算结果进行分析与比较，得出温度对制动鼓强度的影响，为制动鼓的有限元分析提供一定的理论依据。

一、制动鼓分析模型的建立

二、制动鼓边界条件的处理

三、有限元结果分析一、制动鼓分析模型的建立1)车在最高时速时开始制动，直到车速为零。

2)制动过程中摩擦片的摩擦因数不随温度和压力的变化而变化。

3)制动气室的压力保持不变。

4)摩擦片和制动鼓之间在包角范围内完全接触。

5)摩擦衬片只发生径向变形，且符合虎克定律。图10-171/8模型、1/2模型有限元网格划分一、制动鼓分析模型的建立二、制动鼓边界条件的处理1.热分析的边界条件

2.结构分析的边界条件

3.耦合分析的边界条件2.结构分析的边界条件图10-18热分