輕型載貨汽車后鼓式制動(dòng)器CADCAE設(shè)計(jì)-畢業(yè)論文

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 輕型載貨汽車后鼓式制動(dòng)器CAD/CAE設(shè)計(jì)摘 要汽車制動(dòng)既能使行駛中的汽車減速，又能使車輛能穩(wěn)定地停駐在原地不動(dòng)。隨著現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，汽車的保有量越來越多，并且隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，高速公路的增加以及汽車行駛速度的提高，汽車的制動(dòng)性越來越重要。汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一，制動(dòng)性直接關(guān)系到交通安全，重大交通事故往往與制動(dòng)距離太長、緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)，而良好的制動(dòng)性能，可以化險(xiǎn)為夷，避免交通事故。所以汽車的制動(dòng)性是汽車安全行駛的重要保障。本次論文通過對(duì)輕型載貨汽車后鼓式制動(dòng)器的CAD/CAE設(shè)計(jì)，詳細(xì)地對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了闡述。首先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書上提供

2、的整車制動(dòng)參數(shù)繪制出理想制動(dòng)力分配I曲線，利用圖像法確定空載和滿載狀態(tài)的同步附著系數(shù)，然后計(jì)算出制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，繪出曲線，初步選擇合適的制動(dòng)力分配系數(shù)。通過設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，繪制并驗(yàn)證利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線。對(duì)制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算，選擇與設(shè)計(jì)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)制動(dòng)器主要零部件如制動(dòng)蹄進(jìn)行有限元分析，校核了強(qiáng)度。在本次設(shè)計(jì)中，輕型載貨汽車選擇了真空伺服鼓式制動(dòng)器，確定了輕型載貨汽車的同步附著系數(shù)、制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩，制動(dòng)器因數(shù)等參數(shù)。通過對(duì)制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄進(jìn)行ANSYS有限元分析，結(jié)果顯示其應(yīng)力應(yīng)變均處在允許范圍內(nèi)，并且適當(dāng)?shù)臏p少了制動(dòng)

3、蹄的材料，以減輕簧下質(zhì)量，提高行駛平順性。關(guān)鍵詞：輕型載貨汽車；制動(dòng)系統(tǒng)；制動(dòng)器；有限元分析VAbstractThe brake of the car can make the car slow down and keep the vehicle stable and stopping in place. With the development of modern society, the number of car ownership is increasing, and with the development of automobile technology, the improvem

4、ent of highway and the increase of vehicle speed, vehicle brake become more and more important. The braking performance is one of the main properties of the car, the brake related to traffic safety directly, many traffic accidents just because the braking distance is too long, and emergency braking

5、sideslip, and good braking performance can save and avoid the traffic accidents. So the vehicle brake is the important guarantee for the safe driving of the car.In this paper, through the CAD/CAE design of rear drum brake light duty vehicle, the braking system are described in detail. First of all,

6、draw the ideal brake force distribution curve I according to the braking parameters provided by the design task book, using the least square method to determine the synchronous adhesion coefficient of no-load and full-load condition, then calculate the brake force distribution coefficient, draw the

7、curve , and select the appropriate brake force distribution coefficient initially. Select the structure form of the brake by design experience, draw and verify the curve of utilization of attachment coefficient and brake strength. Do the design and strength calculation to the main components of the

8、structure of the brake, select and design of the brake drive mechanism. Have the finite element analysis to the main parts of the brake such as the brake shoes, and checking the strength.In this design, the light-duty vehicle chooses vacuum servo brake and determines the synchronous adhesion coeffic

9、ient, brake maximum braking torque and brake factor and other parameters of light truck. By ANSYS finite element analysis of brake drum and brake shoes, the result shows that the stress and strain are in allowable range, and by reducing the brake shoe materials appropriately, can reduce unsprung mas

10、s and improve ride comfort.Keywords: light duty vehicle, the braking system, brake, finite element analysis 目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒 論11.1 課題背景及研究的目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.3 汽車制動(dòng)系統(tǒng)未來趨勢(shì)31.3 制動(dòng)系統(tǒng)組成與分類31.3.1 制動(dòng)系統(tǒng)的組成31.3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的分類31.4 本文的主要研究內(nèi)容4第2章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式選擇及方案分析52.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇52.

11、2 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)62.3 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式選擇92.3.1 簡(jiǎn)單制動(dòng)系92.3.2 動(dòng)力制動(dòng)系92.3.3 氣壓制動(dòng)系102.3.4 全液壓動(dòng)力制動(dòng)系102.3.5 伺服制動(dòng)系112.4 本章小結(jié)11第3章 鼓式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定與設(shè)計(jì)計(jì)算123.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)123.2 同步附著系數(shù)173.3 制動(dòng)強(qiáng)度與附著系數(shù)利用率193.4 制動(dòng)器因數(shù)與制動(dòng)蹄因數(shù)203.5 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩203.6 利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率213.7 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)243.7.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑253.7.2 摩擦襯片寬度與包角253.7.3 摩擦襯片起始角263.7.4 制動(dòng)器中

12、心到張開力作用線的距離263.7.5 制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)k與c273.7.6 摩擦片摩擦系數(shù)273.8 駐車制動(dòng)能力的計(jì)算273.9 壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律及徑向變形規(guī)律283.10 制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩303.11 檢查制動(dòng)蹄有無自鎖323.12 摩擦襯片磨損特性計(jì)算333.13 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)343.13.1 制動(dòng)鼓343.13.2 制動(dòng)蹄353.13.3 制動(dòng)底板363.13.4 制動(dòng)蹄支承363.13.5 制動(dòng)輪缸363.13.6 摩擦材料363.13.7 制動(dòng)摩擦襯片373.13.8 制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)383.13.9 制動(dòng)蹄支承銷剪切應(yīng)力計(jì)算393.1

13、4 制動(dòng)主缸和制動(dòng)輪缸的設(shè)計(jì)計(jì)算403.14.1制動(dòng)輪缸直徑與工作容積403.14.2 制動(dòng)輪缸活塞寬度與缸筒的壁厚423.14.3 制動(dòng)主缸直徑與工作容積433.14.4 制動(dòng)主缸行程的計(jì)算433.14.5 制動(dòng)主缸活塞寬度與缸筒的壁厚443.14.6 制動(dòng)踏板力與踏板行程443.14.7 真空助力器的選擇463.14.8 制動(dòng)液的選擇與使用473.14.9 制動(dòng)力分配的調(diào)節(jié)裝置483.15 三維建模483.15.1 制動(dòng)器主要零部件建模483.15.2 鼓式制動(dòng)器建模493.16 本章小結(jié)50第4章 鼓式制動(dòng)器的有限元分析514.1 有限元分析模型的建立514.2 邊界條件施加方式的確定5

14、24.3 加載過程534.4 計(jì)算結(jié)果534.5 本章小結(jié)54結(jié) 論55致 謝56參考文獻(xiàn)57第1章 緒 論1.1 課題背景及研究的目的和意義隨著汽車的增多、車速的提高以及車流密度的日益增大，為了保證行車安全，汽車制動(dòng)系的工作可靠性顯得非常重要，提高制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造水平具有重要的現(xiàn)實(shí)意義1。制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于汽車行駛的安全性起著重要的保證作用，制動(dòng)器是保證汽車能夠有效操控和安全行駛的重要裝置，它能夠使汽車在行駛過程中，車速能得到有效的控制，或使汽車能以適當(dāng)?shù)臏p速度平穩(wěn)減速，直至停止行駛。對(duì)后鼓式制動(dòng)器進(jìn)行CAD/CAE設(shè)計(jì)，可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。有限元分析為深入研究摩擦副接觸壓強(qiáng)分布特性、

15、優(yōu)化制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)以及改善制動(dòng)效能等方面提供了依據(jù)2。汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)，制動(dòng)系統(tǒng)是汽車的重要組成部分之一，是汽車安全行駛的重要保證，它直接關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全3。本次設(shè)計(jì)為鼓式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器分為領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙向增力式等幾種4。就制動(dòng)效能而言，自增力式制動(dòng)器由于對(duì)摩擦助勢(shì)作用利用的最為充分而居首位，以下依次為雙領(lǐng)蹄式、領(lǐng)從蹄式、雙從蹄式。但是蹄鼓之間的摩擦系數(shù)本身是一個(gè)不穩(wěn)定的因素，隨著蹄片材料、溫度和表面狀況有很大變化。自增力式制動(dòng)器的效能對(duì)摩擦系數(shù)的依賴性最大，因而其制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性最差。一般

16、來說，在相同的散熱條件下，制動(dòng)效能越好的制動(dòng)器，它的制動(dòng)效能熱穩(wěn)定性就越差?，F(xiàn)代汽車普遍采用的摩擦式制動(dòng)器的實(shí)際工作性能是整個(gè)制動(dòng)系中最復(fù)雜、最不穩(wěn)定的因素，因此改進(jìn)制動(dòng)器機(jī)構(gòu)、解決制約其性能的突出問題具有非常重要的意義5。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以輕型載貨汽車為研究對(duì)象，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述，同時(shí)對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析，提高汽車的制動(dòng)性能，進(jìn)而提高車輛主動(dòng)安全性能，同時(shí)鍛煉自己的軟件使用能力、專業(yè)知識(shí)運(yùn)用能力、分析和解決實(shí)際工程問題的能力。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀國外對(duì)汽車鼓式制動(dòng)器動(dòng)力學(xué)的研究起步較早，研究方法以物理試驗(yàn)和建模仿真為主，建模方法己從多剛體動(dòng)力學(xué)建模過渡到多

17、柔性體建模，研究內(nèi)容已經(jīng)從動(dòng)力學(xué)和摩擦學(xué)分析逐步過渡到考慮熱學(xué)的動(dòng)力學(xué)分析。隨著研究的深入，國外在建立制動(dòng)器的柔性多體系統(tǒng)模型和剛?cè)岬満蟿?dòng)力學(xué)分析方面己比較成熟。美國福特汽車公司的YitZong(Jim) Chern等人2005年證明了有限元方法對(duì)制動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)性能預(yù)測(cè)得比較準(zhǔn)。法國里昂INSA工程師學(xué)院的Franecsco Massi等人2007年用plast3有限元程序研究變形體間伴隨摩擦的接觸問題，推進(jìn)了伴隨摩擦的柔性體接觸問題的研究。最近幾年,國外在建立基于熱彈耦合的制動(dòng)器柔性體模型方面研究較多?？紤]到有限元模型的計(jì)算量，2008年,Jiayin Li和Barber等人指出有限元方法可

18、進(jìn)行熱彈接觸瞬態(tài)仿真，但當(dāng)機(jī)構(gòu)之間作相對(duì)滑動(dòng)時(shí)對(duì)流換熱和熱傳導(dǎo)方程可導(dǎo)致數(shù)值收斂性和穩(wěn)定性上的困難，且計(jì)算時(shí)間長，由此，利用高速算法簡(jiǎn)化模型來研究制動(dòng)器的性能，取得較好的收斂效果。2011年，法國阿爾薩斯大學(xué)的Lyes Nechak等人研究了摩擦系統(tǒng)在非線性摩擦系數(shù)下的動(dòng)態(tài)行為，并證明此方法應(yīng)用到鼓式制動(dòng)器上時(shí)與經(jīng)典方法同樣有效6。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀一些學(xué)者運(yùn)用有限元模型對(duì)鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了研究，但其中研究制動(dòng)過程中的溫度場(chǎng)問題和接觸問題的較多。呂彭民等為研究徑向浮動(dòng)蹄式制動(dòng)器的性能特點(diǎn)，利用接觸與多點(diǎn)約束相結(jié)合的方法，建立了結(jié)構(gòu)有限元模型。經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，該模型較傳統(tǒng)模型能更準(zhǔn)確的反映摩擦片

19、的受力狀態(tài)，且制動(dòng)力矩仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)有較好的一致性7。形成完整的鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)方法由于是實(shí)踐性課題，常見于碩士生研究論文。王宣鋒即以此種制動(dòng)器為研究對(duì)象，以提高其實(shí)際輸出制動(dòng)力矩為研究目的，既滿足社會(huì)的現(xiàn)實(shí)需要又提高現(xiàn)生產(chǎn)和現(xiàn)使用的重型載貨車的制動(dòng)安全性8。吳永海以制動(dòng)器為研究對(duì)象，提出制動(dòng)器及組件快速建模策略，構(gòu)建了參數(shù)化的制動(dòng)器典型組件庫和特征庫；庫系統(tǒng)采用參數(shù)化圖庫引用、管理機(jī)制并擁有一個(gè)開放的擴(kuò)充接口；以Pro/E為CAD支撐軟件，采用VC+語言，開發(fā)了車輛制動(dòng)器CAD系統(tǒng)9。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程的進(jìn)一步發(fā)展也有很好的提示作用。1.2.3 汽車制動(dòng)系統(tǒng)未來趨勢(shì)從國內(nèi)外的發(fā)展動(dòng)向來看，近年

20、來汽車的性能在向高速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，道路的復(fù)雜性也越來越高，由此，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的使用要求也越來越高。所以，增加制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，提高其使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已經(jīng)成為目前制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。此次課題對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的研究，主要是在制動(dòng)系統(tǒng)滿足汽車使用要求和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，對(duì)制動(dòng)力分配進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)而設(shè)計(jì)操作更為輕便，可靠性高的制動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)汽車對(duì)復(fù)雜道路環(huán)境適應(yīng)性的優(yōu)化。1.3 制動(dòng)系統(tǒng)組成與分類1.3.1 制動(dòng)系統(tǒng)的組成制動(dòng)系統(tǒng)是由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。制動(dòng)器是指產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力（制動(dòng)力）的部件，其中也包括輔助制動(dòng)系統(tǒng)中的緩速裝置。制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包

21、括功能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置以及報(bào)警裝置、壓力保護(hù)裝置等附加裝置。供能裝置供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量并改善傳能介質(zhì)狀態(tài)。其中，產(chǎn)生制動(dòng)能量的部分稱為制動(dòng)能源10。1.3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的分類制動(dòng)系統(tǒng)按其功用可分類為：（1）行車制動(dòng)系統(tǒng)使行駛的汽車降低速度甚至停車的一套裝置。（2）駐車制動(dòng)系統(tǒng)使已停駛的汽車駐留原地不動(dòng)的一套裝置。（3）第二制動(dòng)系統(tǒng)在行車制動(dòng)系統(tǒng)失效的情況下，保證汽車仍能實(shí)現(xiàn)減速或停車的一套裝置。（4）輔助制動(dòng)系統(tǒng)在汽車下坡時(shí)用以穩(wěn)定車速的一套裝置。按制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)能源分類：（1）人力制動(dòng)系統(tǒng)以駕駛員的肌體作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系統(tǒng)。（2）動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力

22、轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)。（3）伺服制動(dòng)系統(tǒng)兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)11。按照制動(dòng)能量的傳輸方式，制動(dòng)系統(tǒng)又可分為機(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)系統(tǒng)，可稱為組合式制動(dòng)系統(tǒng)。傳動(dòng)裝置采用單一的氣壓或液壓回路的制動(dòng)系統(tǒng)稱為單回路制動(dòng)系統(tǒng)，規(guī)定所有汽車必須采用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。在雙回路制動(dòng)系統(tǒng)中，所有行車制動(dòng)器的氣壓或液壓管路分屬于兩個(gè)彼此隔絕的回路。這樣，即使其中一個(gè)回路失效，還能利用另一回路獲得一定的制動(dòng)力12。1.4 本文的主要研究內(nèi)容本論文主要以輕型載貨汽車整車參數(shù)為依據(jù)，研究后鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其制動(dòng)性能的優(yōu)化，要求所

23、設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)具有足夠的制動(dòng)效能。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：（1）查閱書籍以及文獻(xiàn)等資料了解汽車制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，熟悉其發(fā)展?fàn)顩r，掌握汽車制動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)造和工作原理，深入分析各種鼓式制動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和控制原理，對(duì)鼓式制動(dòng)器的型式進(jìn)行選擇。（2）以輕型載貨汽車整車參數(shù)為依據(jù)，進(jìn)行后鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和計(jì)算，以及制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的計(jì)算，使其具有較好的穩(wěn)定性，可靠性。（3）對(duì)設(shè)計(jì)出的制動(dòng)系統(tǒng)各部件尺寸進(jìn)行詳細(xì)深入分析、建模。熟悉并運(yùn)用MATLAB等工程軟件，并對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。（4）結(jié)合輕型載貨汽車整車參數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)和尺寸用CAD/CAE軟件建造制動(dòng)系統(tǒng)的三維模型，以及繪制后鼓式制動(dòng)器的總體裝配圖

24、，部件裝配圖和零件圖。GB12676-1999汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)方法、GB13594-2003機(jī)動(dòng)車和掛車防抱制動(dòng)性能和試驗(yàn)方法、GB7258-2004機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件等對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的性能、要求及試驗(yàn)方法都作了詳細(xì)的規(guī)定，因此，制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足以上法規(guī)的要求。同時(shí)，為提高整車性能，不同級(jí)別的車型，又會(huì)對(duì)制動(dòng)性能提出高于以上標(biāo)準(zhǔn)的要求，這些要求會(huì)在設(shè)計(jì)任務(wù)書中體現(xiàn)。第2章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式選擇及方案分析2.1 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式的選擇車輪制動(dòng)器主要用于行車制動(dòng)系統(tǒng)，有時(shí)也兼作駐車制動(dòng)之用。制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式、和電磁式等三種形式。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后性好、易于連接而且

25、接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用車上用作車輪制動(dòng)器或緩速器；液力式制動(dòng)器一般只用緩速器。目前廣泛使用的仍為摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)不同，可以分為鼓式、盤式和帶式三種。帶式只用于中央制動(dòng)器；鼓式和盤式應(yīng)用最為廣泛。鼓式制動(dòng)器廣泛應(yīng)用于商用車，輕重型載貨汽車；同時(shí)鼓式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低。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)形式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是一對(duì)帶有摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者又安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則又緊固于前梁或后橋殼的凸緣上(對(duì)車輪制動(dòng)器)或變速器殼或與其相固定的支架上(對(duì)中央制動(dòng)器)；其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為固定

26、在輪轂上或變速器第二軸后端的制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦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)鼓的外圓柱表面和制動(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。但現(xiàn)在汽車以很少采用。由于外束型鼓式制動(dòng)器通產(chǎn)建成為帶式制動(dòng)器，而且在現(xiàn)代汽車商已很少采用，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)。本次設(shè)計(jì)車型為輕型載貨汽車，出于制造成本及維修成本方面考慮，采用內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器

27、。鼓式制動(dòng)器一般可按其制動(dòng)蹄的受力情況進(jìn)行分類，它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀態(tài)以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。制動(dòng)蹄按其張開時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向是否一致而分為領(lǐng)蹄和從蹄兩種類型。制動(dòng)蹄張開的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致的制動(dòng)蹄稱為領(lǐng)蹄，倆者不一致的則稱從蹄。不同形式的鼓式制動(dòng)器的主要區(qū)別有：(1)蹄片鼓動(dòng)支點(diǎn)的數(shù)量和位置不同；(2)張開裝置的數(shù)量不同；(3)制動(dòng)時(shí)兩片蹄片之間有無相互作用。因蹄片的固定支點(diǎn)和張開力位置不同，使不同形式鼓式制動(dòng)器的領(lǐng)、從蹄的數(shù)量有差別，并使制動(dòng)效能不一樣。制動(dòng)器在單位輸入壓力或力的作用下所輸出的力或力矩，稱為制動(dòng)效能。在評(píng)價(jià)不同形式制動(dòng)器

28、的效能時(shí)，常用一種稱為制動(dòng)器效能因數(shù)的無因次指標(biāo)。制動(dòng)效能因數(shù)的定義為：在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑上所得到的摩擦力與輸入力之比。制動(dòng)效能的穩(wěn)定性是指其效能因數(shù)對(duì)摩擦因數(shù)的敏感性。使用中隨溫度和水濕程度變化。要求制動(dòng)器的效能穩(wěn)定性好，即是其效能對(duì)變化敏感性要小。鼓式制動(dòng)器可按其制動(dòng)蹄的受力情況分類(見圖2-1)，它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀況以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同10。制動(dòng)蹄按其張開時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向是否一致，有領(lǐng)蹄和從蹄之分。制動(dòng)蹄張開的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致的制動(dòng)蹄，稱為領(lǐng)蹄；反之，則稱為從蹄。領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動(dòng)器中居中游；

29、前進(jìn)、倒退行駛的制動(dòng)效果不變；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；便于附裝駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；易于調(diào)整蹄片之間的間隙。因此得到廣泛的應(yīng)用，特別是用于乘用車和總質(zhì)量較小的商用車的后輪制動(dòng)器。輕型載貨汽車總質(zhì)量較小，因此采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低的領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器。2.2 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)為了提高制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工作可靠性，保證行車安全，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，即應(yīng)是雙管路的。也就是說應(yīng)將汽車的全部行車制動(dòng)器的液壓或氣壓管路分成兩個(gè)或更多個(gè)相互獨(dú)立的回路，以便當(dāng)一個(gè)回路失效后，其他完好的回路仍能可靠地工作。 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

30、式（非雙向，平衡式）；(d)雙向雙領(lǐng)蹄式；(e)單向增力式；(f)雙向增力式下圖2-2所示為雙軸汽車的液壓式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙回路系統(tǒng)對(duì)5種分路方案圖。選擇分路方案時(shí)，主要是考慮其制動(dòng)效能的損失程度、制動(dòng)力的不對(duì)稱情況和回路系統(tǒng)的復(fù)雜程度等。圖2-2(a)為前、后輪制動(dòng)管路各成獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即一軸對(duì)一軸的分路型式，簡(jiǎn)稱型。其特點(diǎn)是管路布置最為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的單輪缸(或單制動(dòng)氣室)鼓式制動(dòng)器相配合，成本較低。這種分路布置方案在各類汽車上都有采用，但在貨車上用得最廣泛。這一分路方案若后輪制動(dòng)管路失效，則一旦前輪抱死就會(huì)失去轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。對(duì)于前驅(qū)動(dòng)的轎車，當(dāng)前輪管路失效而僅由后輪制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能將顯

31、著降低并小于正常情況下的一半，另外，由于后橋負(fù)荷小于前軸，則過大的踏板力會(huì)使后輪抱死導(dǎo)致汽車甩尾。圖2-2 (c)的左右前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的回路；而兩前制動(dòng)器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路?？煽闯墒且惠S半對(duì)半個(gè)軸的分路型式，簡(jiǎn)稱HI型。圖2-2 雙軸汽車液壓雙回路系統(tǒng)的5種分路方案1-雙腔制動(dòng)主缸；2-雙回路系統(tǒng)的一個(gè)分路；3-雙回路系統(tǒng)的另一分路圖2-2 (d)的兩個(gè)獨(dú)立的回路分別為兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器所組成，即半個(gè)軸與一輪對(duì)另半個(gè)軸與另一輪的型式，簡(jiǎn)稱LL型。圖2-2 (e)的兩個(gè)獨(dú)立的回路均由每個(gè)前、后制動(dòng)器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對(duì)前

32、、后半個(gè)軸的分路型式。簡(jiǎn)稱HH型。這種型式的雙回路系統(tǒng)的制動(dòng)效能最好。HI，LL，HH型的結(jié)構(gòu)均較復(fù)雜。LL型與HH型在任一回路失效時(shí)，前、后制動(dòng)力比值均與正常情況下相同，剩余總制動(dòng)力LL型可達(dá)正常值的80%而HH型約為50%左右。HI型單用回路3(見圖2-2 (c)，即一軸半)時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與LL型一樣，在緊急制動(dòng)時(shí)后輪極易先抱死。圖2-2 (b)為前、后輪制動(dòng)管路呈對(duì)角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)車輪制動(dòng)器同屬一個(gè)回路，稱交叉型，簡(jiǎn)稱X型。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，一回路失效時(shí)仍能保持50%的制動(dòng)效能，并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了

33、制動(dòng)時(shí)與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。不平衡的制動(dòng)力使車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車的方向穩(wěn)定性，所以多用于中、小型轎車?；谝陨戏治觯敬卧O(shè)計(jì)輕型載貨汽車采用圖2-2（b）所示前后輪制動(dòng)管路呈對(duì)角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)。2.3 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的型式選擇根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)以及伺服制動(dòng)三大類型。而力的傳遞方式又有機(jī)械式、液壓式、氣壓式和氣壓-液壓式的區(qū)別。2.3.1 簡(jiǎn)單制動(dòng)系簡(jiǎn)單制動(dòng)系即人力制動(dòng)系，是靠司機(jī)作用于制動(dòng)踏板上或手柄上的力作為制動(dòng)力源，而力的傳遞方式又分為機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式的靠桿系傳力或鋼絲繩傳力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，工作可靠，但機(jī)械效率低，因此僅用于

34、中、小型汽車的駐車制動(dòng)裝置中。液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系通常簡(jiǎn)稱為液壓制動(dòng)系，用于行車制動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時(shí)間較短(0.10.3s)；工作壓力高(可達(dá)10MPa20MPa)，缸徑尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄的張開機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊的壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低。但其有限的力傳動(dòng)比限制了它在汽車上的使用范圍。另外，液壓管路在過度受熱時(shí)會(huì)形成氣泡而影像傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”，使制動(dòng)效能降低甚至失效；而當(dāng)氣溫過低時(shí)（-25度和更低時(shí)），由于制動(dòng)液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系曾廣泛用于轎車、輕型及以下的貨車和部分中型貨車

35、上。但由于其操縱較沉重，不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車提高操縱輕便型的要求，故當(dāng)前僅多用于微型汽車上，在轎車和輕型汽車上已極少采用。2.3.2 動(dòng)力制動(dòng)系動(dòng)力制動(dòng)是以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力形成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能作為汽車制動(dòng)的全部力源進(jìn)行制動(dòng)，而司機(jī)作用于制動(dòng)踏板或手柄上的力僅用于對(duì)制動(dòng)回路中控制元件的操縱。在簡(jiǎn)單制動(dòng)中的踏板力和其行程之間的反比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)中便不復(fù)存在，因此，此處的踏板力較小且可有適當(dāng)?shù)奶ぐ逍谐獭?.3.3 氣壓制動(dòng)系氣壓制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系最常見的形式，由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接專職結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接和斷開均很方便，因此被廣泛用于總質(zhì)量為8t以

36、上尤其是15t以上的載貨汽車、越野汽車和客車上。但氣壓制動(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、制動(dòng)閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價(jià)高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤出均較慢，作用滯后時(shí)間較長(0.3s0.9s)，因此，當(dāng)制動(dòng)發(fā)到制動(dòng)氣室和儲(chǔ)氣筒的距離較遠(yuǎn)時(shí)，有必要加設(shè)氣動(dòng)的第二級(jí)控制元件繼東閥（即加速閥）以及快放閥；管路工作壓力較低（一般為0.5MPa0.7MPa），因而制動(dòng)氣室的直徑大，只能置于制動(dòng)器之外，在通過桿件及凸輪或愜塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外，制動(dòng)氣室排氣時(shí)也有較大噪聲。所以氣壓制動(dòng)系統(tǒng)主要用在重型汽車上。2.3.4 全液壓動(dòng)力制動(dòng)系全液壓動(dòng)力制動(dòng)系是用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)油泵產(chǎn)生的

37、液壓作為制動(dòng)力源。其制動(dòng)系的液壓系統(tǒng)與動(dòng)力轉(zhuǎn)向的液壓系統(tǒng)相同，也有開式(常流式)與閉式(常壓式)兩種。開式(常流式)系統(tǒng)在不制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)液在無負(fù)荷狀態(tài)下由油泵經(jīng)制動(dòng)閥到儲(chǔ)液罐不斷循環(huán)流動(dòng)，制動(dòng)時(shí)則借助于閥的節(jié)流而產(chǎn)生所需的液壓進(jìn)入輪缸。閉式(常壓式)回路因平時(shí)保持著高液壓，故成為常壓式。它對(duì)制動(dòng)操縱的反應(yīng)比開式的快，但對(duì)回路的密封要求較高。當(dāng)油泵出故障時(shí)，開式的將立即不起制動(dòng)作用，而閉式的還有可能利用回路中的蓄能器的液壓繼續(xù)進(jìn)行若干次制動(dòng)。故目前汽車用的全液壓動(dòng)力制動(dòng)系多用閉式(常壓式)的。全液壓動(dòng)力制動(dòng)除具有一般液壓制動(dòng)系的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操縱輕便、制動(dòng)反應(yīng)快、制動(dòng)能力強(qiáng)、受氣阻影響較小、易于

38、采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動(dòng)力轉(zhuǎn)向、液壓懸架、舉升機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備共用液壓泵和儲(chǔ)油罐等優(yōu)點(diǎn)。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精密件多，對(duì)系統(tǒng)的密封性要求也較高，故并未得到廣泛應(yīng)用，目前僅用于某些高級(jí)轎車、大型客車以及極少數(shù)的重型礦用自卸汽車上。2.3.5 伺服制動(dòng)系伺服制動(dòng)系是在人力液壓制動(dòng)系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套有其他能源提供的助力裝置，是人力與動(dòng)力可兼用，即兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系。在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動(dòng)力伺服系統(tǒng)失效時(shí)，仍可全由人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力（即由伺服制動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿肆χ苿?dòng)）。因次，在中級(jí)以上的轎車及輕、中行客、貨車上的到廣泛使

39、用。按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動(dòng)系、氣壓伺服制動(dòng)系和液壓伺服制動(dòng)系之分。其伺服能源分別為真空能（負(fù)氣壓能）、氣壓能和液壓能。氣壓伺服制動(dòng)系是有發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動(dòng)力源，伺服氣壓一般可達(dá)0.6MPa0.7MPa。故在輸出力相等時(shí)，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動(dòng)系中，如果伺服系統(tǒng)也是分立式的，則氣壓伺服比真空伺服更適宜，因?yàn)楹笳唠y于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜很多。真空伺服制系動(dòng)多用于總質(zhì)量在1.1t1.35t以上的轎車級(jí)裝載質(zhì)量在6t以下的輕、中型載貨汽車上；氣壓伺服制動(dòng)則廣泛用于裝載質(zhì)量為6t12t

40、的中、重型載貨氣車以及少數(shù)幾種高級(jí)轎車上。綜合上述所述輕型載貨汽車選用真空助力式伺服制動(dòng)系。2.4 本章小結(jié)本章主要交代了多種制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式，交代了其性能比較和優(yōu)缺點(diǎn)，并且參考同類型車的設(shè)計(jì)方案，并考慮到使用環(huán)境，設(shè)計(jì)成本，運(yùn)行成本，維修費(fèi)用等方面，綜合考慮后選擇了真空伺服驅(qū)動(dòng)領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。第3章 鼓式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定與設(shè)計(jì)計(jì)算在制動(dòng)器設(shè)計(jì)中需預(yù)先給定的整車參數(shù)有：汽車軸距；汽車空載及滿載時(shí)的總質(zhì)量；空、滿載時(shí)的前、后軸荷分配；空滿載時(shí)的質(zhì)心位置，包括質(zhì)心高度、質(zhì)心距前、后軸的距離；車輪滾動(dòng)半徑等。而對(duì)汽車制動(dòng)性能有重要影響的制動(dòng)系參數(shù)有：制動(dòng)力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、附

41、著系數(shù)利用率、最大制動(dòng)力矩與制動(dòng)器因數(shù)等。表3-1 輕型載貨汽車參考數(shù)據(jù)狀態(tài)質(zhì)量（kg）軸距(mm)質(zhì)心距前軸距離(mm)質(zhì)心距后軸距離(mm)質(zhì)心高度(mm)輪胎規(guī)格空載21803308135917419507.00R1614P.R滿載60003308178113197303.1 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)汽車制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任一角速度0的車輪，其力矩平衡方程為 （3-1）式中 Tf 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，(Nm)；FB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

42、向與汽車行駛方向相反，（N）；re 車輪有效半徑，（m）。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，因此又稱為制動(dòng)周緣力。Ff與地面制動(dòng)力FB的方向相反，當(dāng)車輪角速度0時(shí)，大小亦相等，且Ff僅由制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即Ff取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)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)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大Tf時(shí)，F(xiàn)f和FB均隨之增大。但地面制動(dòng)力FB受附著條件的限制，其值不可能大于附著力F，即 （3-3） 或 （3-4）式中 輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z 地面對(duì)車輪的法向反力。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力Ff和地面制動(dòng)力FB達(dá)

43、到附著力F的值時(shí)，車輪即將被抱死并在地面上滑移。此后制動(dòng)力矩Tf即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而Ff=Tf/re。即成為與FB相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動(dòng)到車輪角速度=0以后，地面制動(dòng)力FB達(dá)到附著力F值后就不再增大，而制動(dòng)器制動(dòng)力Ff由于踏板力FP的增大使摩擦力矩Tf增大而繼續(xù)上升，如圖3-1所示。圖 3-1 制動(dòng)器制動(dòng)力Ff、地面制動(dòng)力FB與踏板力Fp的關(guān)系圖3-2所示為汽車在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。圖中忽略了空氣阻力、旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)產(chǎn)生的慣性力偶矩以及汽車的滾動(dòng)阻力偶矩。在以下的分析中還忽略了制動(dòng)時(shí)車輪邊滾動(dòng)邊滑動(dòng)的情況，且附著系數(shù)只取一個(gè)定值。根據(jù)圖3-2給出的汽車制動(dòng)時(shí)的

44、整車受力情況，并對(duì)后軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，得平衡式為 圖 3-2 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖對(duì)前軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，得平衡式為 式中 Z1汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)前軸車輪的法向反力，（N）； Z2汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)后軸車輪的法向反力，（N）； L 汽車軸距，（mm）； L1汽車質(zhì)心離前軸距離，（mm）； L2汽車質(zhì)心離后軸距離，（mm）； hg汽車質(zhì)心高度，（mm）； G汽車所受重力，（N）； m汽車質(zhì)量，（kg）； 汽車制動(dòng)減速度，（m/s2）。根據(jù)上述汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析，考慮到汽車制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移及G=mg，式中g(shù)為重力加速度（m/s2），則可求汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1

45、，Z2分別為 （3-5）令，q稱為制動(dòng)強(qiáng)度，則汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對(duì)汽車前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2又可表達(dá)為 （3-6）若在附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)，前、后輪均抱死（同時(shí)抱死或先后抱死均可），此時(shí)汽車總的地面制動(dòng)力FB(=FB1+FB2)等于汽車前、后軸車輪的總的附著力F=(F1+F2)，亦等于作用于質(zhì)心的制動(dòng)慣性力（見圖3-2），即有或 代入式（3-5），得水平地面作用于前、后軸車輪的法向反作用力的另一表達(dá)式： （3-7）式（3-5），式（3-6）及式（3-7）均為直線方程，由上式可見，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，前后軸車輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。汽車的總地面

46、制動(dòng)力為 （3-8）式中 q制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力； FB1，F(xiàn)B2前后軸車輪的地面制動(dòng)力。由式(3-4)式（3-6）及式（3-8）可求出前、后軸車輪的附著力為 （3-9）上式表明：汽車在附著系數(shù)為任一確定值的路面上制動(dòng)時(shí)，各軸車輪附著力即極限制動(dòng)力并非常數(shù)，而制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力FB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，以及前、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3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。在上述3種情況中，顯然是第（3）

47、種情況的附著條件利用得最好。由式（3-8），式（3-9）不難求得任何附著系數(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)被充分利用的條件為 (3-10)式中 Ff1前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)f1=FB1=Z1； Ff2后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)f2=FB2=Z2； FB1前軸車輪的地面制動(dòng)力； FB2前軸車輪的地面制動(dòng)力； Z1，Z2地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力； G汽車重力； L1，L2汽車質(zhì)心離前、后軸的距離； hg汽車質(zhì)心高度。由式（3-10）可知，前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力Ff1，F(xiàn)f2是的函數(shù)。由式（3-10）中消去得 （3-11）式中 L汽車的軸距。將上式

48、繪成以Ff1，F(xiàn)f2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。圖3-3 載貨汽車的I曲線與線如果汽車前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力Ff1，F(xiàn)f2能按I曲線的規(guī)律分配，則可保證汽車在任一附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，均可使前、后車輪同時(shí)抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車尤其是貨車的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力比值為一定值，并以前制動(dòng)器制動(dòng)力Ff1與汽車總的制動(dòng)器制動(dòng)力Ff之比來表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，即 （3-12）又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，因此又可通稱為制動(dòng)力分配系數(shù)。3.2 同步附著系數(shù)由式（3-12）可得 （3

49、-13）式（3-13）在圖（3-3）中為一條通過坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為（1-）/的直線，它是具有制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)為的汽車的實(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)處的附著系數(shù)=0，則稱線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)0為同步附著系數(shù)。有分析表明，汽車在同步附著系數(shù)0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，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的制動(dòng)強(qiáng)度q。這表明只有在=0的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。附著條件的利用情況可以用附著系數(shù)利用率來表示，可定義為 （3-14）式中 FB汽車總的地面制動(dòng)力； G汽車所受重力； q制

50、動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)=0時(shí)，q=0，=1，利用率最高。直到20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的道路條件還不是很好，汽車的行駛速度也不是很高，后輪抱死側(cè)滑的后果也并不顯得像前輪抱死而喪失轉(zhuǎn)向能力的后果那樣嚴(yán)重，因此，往往將0 值定的較低，即處于常遇附著系數(shù)范圍中間較低區(qū)域。而現(xiàn)代的道路條件大為改善，汽車行駛速度也大為提高，因而汽車因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死的后果十分嚴(yán)重。由于車速高，它不僅會(huì)引起側(cè)滑甚至甩尾會(huì)發(fā)生掉頭而喪失操縱穩(wěn)定性，因此后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的。國外有文獻(xiàn)推薦滿載時(shí)的同步附著系數(shù)：轎車取00.6；貨車取00.5為宜。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

51、、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0.15q0.8，其他汽車在0.15q0.3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0.2q0.8的范圍內(nèi)，必須滿足q0.1+0.85(-0.2)。我國GB 12676-1999附錄A制動(dòng)力在車軸（橋）之間的分配及牽引車與掛車之間制動(dòng)協(xié)調(diào)性要求也采用了其內(nèi)容。由確定載貨汽車同步附著系數(shù)的簡(jiǎn)便方法，確定同步附著系數(shù)值10。依照本次設(shè)計(jì)輕型載貨汽車的數(shù)據(jù)算得同步附著系數(shù)0約為0.786。3.3 制動(dòng)強(qiáng)度與附著

52、系數(shù)利用率前面的式（3-8），式（3-14）已分別給出了制動(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)=0，0時(shí)的q和。根據(jù)選定的同步附著系數(shù)0，可由式（3-10）和式（3-13）求得 （3-15） （3-16）式中 L汽車軸距， L= L1+L2。進(jìn)而求得 （3-17） (L1-0hg)q （3-18）當(dāng)=0時(shí)，F(xiàn)B1=F1；FB2=F2，故FB=G，q=，=1。此時(shí)，符合GB126761999的要求。當(dāng)0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FB2=F2。由式（3-8），式（3-9），式（3-14）和式（3-18）得 （3-22） （3-23） （3-24）根據(jù)所

53、選的同步附著系數(shù)，可求得=0.61。3.4 制動(dòng)器因數(shù)與制動(dòng)蹄因數(shù)制動(dòng)器因數(shù)BF表示制動(dòng)器的效能，因此又稱為制動(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，用于比較不同結(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 （3-25）式中 Tf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。3.5 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Z1，Z2成正比。由式（3-