帕薩特B5鉗盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【三維PROE模型】
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摘 要
本文首先對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器原理和對(duì)各種各樣的制動(dòng)器進(jìn)行分析,詳細(xì)地闡述了各類(lèi)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu),工作原理和優(yōu)缺點(diǎn)。再根據(jù)轎車(chē)的車(chē)型和結(jié)構(gòu)選擇了適合的方案。根據(jù)市場(chǎng)上同系列車(chē)型的車(chē)大多數(shù)是滑鉗盤(pán)式制動(dòng)器,而且滑動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能居中,設(shè)計(jì)規(guī)范,所以我選擇滑動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器。本文探討的是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的滑動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器,對(duì)這種制動(dòng)器的制動(dòng)力,制動(dòng)力分配系數(shù),制動(dòng)器因數(shù)等進(jìn)行計(jì)算.對(duì)制動(dòng)器的主要零件如制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鉗、支架、摩擦襯片、活塞等進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算,從而比較設(shè)計(jì)出一種比較精確的制動(dòng)器。本文所采用的設(shè)計(jì)計(jì)算公式均來(lái)自參考資料。
關(guān)鍵詞: 盤(pán)式制動(dòng)器；制動(dòng)力； 制動(dòng)力分配系數(shù)； 制動(dòng)器因數(shù)
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ABSTRACT
This paper first principle of the car brake and brake on a wide range of analysis,a detailed exposition of the structure of various types of brake, and the advantages and disadvantages of working principle. Accordance with Minibus models and structure chosen for the program me. Under series models on the market with most of the cars leading trailing, and leading trailing simple structure, performance, middling, design specifications, so I chose to receive from the Sliding Disc brake. This paper is a simple structure recipients from the Disc brake, the brake system of this power, braking force distribution coefficient, such as brake factor calculation. brake on the main parts such as brake pan, brake caliper, bracket, friction linings, piston for structural design and design, design and comparison A more precise brake used in the design
of this formula are calculated from the reference.
Key words: disc brakes, power system, power distribution coefficient system, brake factor
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目 錄
第一章 緒論 - 1 -
1.1研究意義 - 1 -
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 - 1 -
1.3 制動(dòng)系的功能和要求 - 2 -
1.4課題任務(wù) - 3 -
1.5整車(chē)參數(shù) - 3 -
第二章 制動(dòng)器方案選擇 - 4 -
2.1制動(dòng)器的主要類(lèi)型 - 4 -
2.2 制動(dòng)器的工作原理及其特點(diǎn) - 4 -
2.2.1鼓式制動(dòng)器 - 4 -
2.2.2盤(pán)式制動(dòng)器 - 5 -
2.3 盤(pán)式制動(dòng)器方案比較 - 6 -
2.3.1 固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器 - 6 -
2.3.2 浮動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器 - 7 -
2.3.3 全盤(pán)式制動(dòng)器 - 8 -
第三章盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 - 10 -
3.1制動(dòng)盤(pán)直徑D - 10 -
3.2制動(dòng)盤(pán)厚度h - 10 -
3.3制動(dòng)塊 - 10 -
第四章盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 - 14 -
4.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) - 14 -
4.2理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn) - 18 -
4.3同步附著系數(shù)計(jì)算 - 19 -
4.4 制動(dòng)力、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率的計(jì)算 - 22 -
4.4.1滿(mǎn)載時(shí)的情況 - 22 -
4.4.2 空載的情況 - 24 -
4.5制動(dòng)最大力矩 - 25 -
4.6 制動(dòng)器因數(shù)及制動(dòng)距離的計(jì)算 - 27 -
4.6.1制動(dòng)器因數(shù)的計(jì)算 - 27 -
4.6.2制動(dòng)器距離的計(jì)算 - 28 -
4.7利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率 - 28 -
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4.7.1利用附著系數(shù) - 28 -
4.7.2制動(dòng)效率E、E - 29 -
4.8制動(dòng)器制動(dòng)性能核算 - 30 -
4.9 校核計(jì)算 - 30 -
4.9.1 摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算 - 30 -
4.9.2 制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算 - 32 -
4.9.3 盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的校核 - 33 -
第五章 總結(jié) - 36 -
參 考 文 獻(xiàn) - 37 -
致謝 - 38 -
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第一章 緒論
1.1研究意義
隨著社會(huì)的不斷向前發(fā)展，汽車(chē)在人們的生活中的作用也日趨明顯，人們從事生產(chǎn)活動(dòng)離不開(kāi)汽車(chē)，日常生活中，汽車(chē)尤其是乘用車(chē)成為經(jīng)常使用的交通工具。擁有一輛轎車(chē)是人們生活質(zhì)量水平提高的標(biāo)志。而制動(dòng)系統(tǒng)是汽車(chē)安全系統(tǒng)當(dāng)中最重要的一項(xiàng)，其結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)劣直接影響車(chē)輛和人身安全。因此人們對(duì)其提出了更嚴(yán)格的要求，現(xiàn)代社會(huì)，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)以提高其工作性能是十分重要的。
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)行業(yè)主要以生產(chǎn)盤(pán)式制動(dòng)器、鼓式制動(dòng)器、真空助力器、液壓制動(dòng)總泵及液壓制動(dòng)分泵等制動(dòng)器產(chǎn)品為主。我國(guó)ABS產(chǎn)品正處于發(fā)展階段，特別是液壓ABS的研究難度較大，因?yàn)橐簤篈BS主要針對(duì)轎車(chē)，而國(guó)內(nèi)的大部分轎車(chē)是以合資為主，其技術(shù)主要由外方控制。重慶聚能汽車(chē)技術(shù)有限公司是目前國(guó)內(nèi)唯一能同時(shí)生產(chǎn)液壓制動(dòng)ABS和氣壓制動(dòng)ABS系列產(chǎn)品的企業(yè)，其技術(shù)已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平。
目前，ABS已成為歐、美和日本的成熟產(chǎn)品，形成了完整的評(píng)估檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，并以ABS為基礎(chǔ)，延伸出許多更優(yōu)越的電子制動(dòng)系統(tǒng)，如：ASR、EBD、BAS、ESP、EBA、TCS、VDC及ACC等等。目前主要集中在ESP及電子制動(dòng)領(lǐng)域的研究方面，如凱西一海斯(K—H)公司在1輛實(shí)驗(yàn)車(chē)上安裝了1種電一液(EH)制動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)徹底改變了制動(dòng)器的操作機(jī)理。通過(guò)采用4個(gè)比例閥和電力電子控制裝置，K—H公司的EBM就能考慮到基本制動(dòng)、ABS、牽引力控制及巡航控制制動(dòng)干預(yù)等情況，而不需另外增加任何一種附加裝置。EBM系統(tǒng)潛在的優(yōu)點(diǎn)是比標(biāo)準(zhǔn)制動(dòng)器能更加有效地分配基本制動(dòng)力，從而使制動(dòng)距離縮短5％。一種完全無(wú)油液和完全電路制動(dòng)BBW 的(Brake—By—Wire)的開(kāi)發(fā)使傳統(tǒng)的液壓制動(dòng)裝置成為歷史。德國(guó)BPW公司還開(kāi)發(fā)了一種電子報(bào)警系統(tǒng)。它收集如輪胎氣壓、摩擦片磨損、制動(dòng)溫度等些參數(shù)，然后傳送給駕駛員或運(yùn)輸公司，可監(jiān)視制動(dòng)摩擦片的磨損情況。一旦發(fā)現(xiàn)制動(dòng)摩擦片需要送維修站處理時(shí)，它可立即告知，并以黃、紅報(bào)警燈顯示制動(dòng)摩擦片損壞程度。對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的研究一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外汽車(chē)行業(yè)所特備關(guān)注的問(wèn)題。由于人們對(duì)制動(dòng)安全性的不斷重視，許多新興的設(shè)計(jì)和電子技術(shù)被應(yīng)用到制動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中去，如ABS防抱死系統(tǒng)、BSA制動(dòng)輔助系統(tǒng)、ESP電子穩(wěn)定程序等均是為了提高制動(dòng)系統(tǒng)的安全性；計(jì)算機(jī)技術(shù)和CAD技術(shù)在制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程的應(yīng)用也大大提高了其質(zhì)量，加快了設(shè)計(jì)的周期。以前乘用車(chē)以“前盤(pán)后鼓”式制動(dòng)器為主的現(xiàn)象現(xiàn)在已逐漸被“前盤(pán)后盤(pán)”式所代替?？萍嫉娜招略庐惻c不同新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用為制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展提供了新的設(shè)計(jì)思路和發(fā)展方向。
1.3 制動(dòng)系的功能和要求
汽車(chē)制動(dòng)系是用于使行駛中的汽車(chē)減速或停車(chē)，使下坡行駛的汽車(chē)的車(chē)速保持穩(wěn)定以及使已停駛的汽車(chē)在原地（包括在斜坡上）駐留不動(dòng)的機(jī)構(gòu)。汽車(chē)制動(dòng)系直接影響著汽車(chē)行駛的安全性和停車(chē)的可靠性。
汽車(chē)制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車(chē)制動(dòng)裝置和駐車(chē)制動(dòng)裝置。行車(chē)制動(dòng)裝置用于使行駛中的汽車(chē)強(qiáng)制減速或停車(chē)，并使汽車(chē)下短坡時(shí)保持的適當(dāng)穩(wěn)定車(chē)速。其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)常采用雙回路或多回路結(jié)構(gòu)，以保證其工作可靠。
駐車(chē)制動(dòng)裝置用于使汽車(chē)可靠而無(wú)時(shí)間限制地停駐在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽車(chē)在坡路上起步。駐車(chē)制動(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)而不用液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)，以免其產(chǎn)生故障。
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)具備以上的功能。這些功能是設(shè)置在汽車(chē)上的一套專(zhuān)門(mén)的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些裝置是由制動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)組成的。也就是由供能裝置、操縱機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)器、調(diào)節(jié)制動(dòng)力裝置、制動(dòng)防抱裝置、報(bào)警裝置和壓力保護(hù)裝置等組成。
汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)必須具備如下功能：
1）在汽車(chē)行駛過(guò)程中能以適當(dāng)?shù)臏p速度使車(chē)降速到所需值，甚至停車(chē)；
2）使汽車(chē)在下坡行駛時(shí)保持穩(wěn)定的速度;
3）使汽車(chē)可靠在原地（包括斜坡）停駐;
4）制動(dòng)系應(yīng)滿(mǎn)足的要求:
5）應(yīng)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定;
6）具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車(chē)制動(dòng)效能和駐車(chē)制動(dòng)效能;
7）工作可靠;
8）制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好;
9）制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好;
10）制動(dòng)時(shí)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性好;
11）制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程應(yīng)符合人—機(jī)工程學(xué)要求;
12）作用滯后的時(shí)間要盡可能短;
13）制動(dòng)時(shí)不能產(chǎn)生噪聲和振動(dòng);
14）與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在車(chē)輪跳動(dòng)或汽車(chē)轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng);
15）能全天侯使用;
16）制動(dòng)系機(jī)件的使用壽命長(zhǎng)，制造成本低；對(duì)摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求，應(yīng)力求減小制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害人體的石棉纖維。
1.4課題任務(wù)
（1）了解固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器設(shè)計(jì)的基本步驟，
（2）學(xué)會(huì)如何確定固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的相關(guān)參數(shù)，
（3）使用Proe繪制固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器三維模型，
（4）分析固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。
1.5整車(chē)參數(shù)
車(chē)型：帕薩特轎車(chē)
基本參數(shù)：
1）車(chē)長(zhǎng)：4870mm；
2）車(chē)高：1472mm；
3）車(chē)寬：1834mm；
4）軸距：L=2803mm；
5）最高車(chē)速：Vmax=200 Km/h；
6）汽車(chē)空載質(zhì)量：ma =1435Kg； 汽車(chē)滿(mǎn)載總質(zhì)量：ma =1930Kg；
7）空載時(shí)汽車(chē)的質(zhì)心高度：h’g =800mm； 滿(mǎn)載時(shí)汽車(chē)的質(zhì)心高度為hg=930mm；
8）汽車(chē)空載時(shí)的軸荷分配：前軸60%，后軸40%；
9）汽車(chē)滿(mǎn)載時(shí)的軸荷分配：前軸52%，后軸48%；
10）汽車(chē)前軸的距離：L1= 1577mm；
11）汽車(chē)后軸的距離：L2=1550mm；
前后輪胎規(guī)格： 215/60R15 則：輪輞直徑約為381mm；
最大功率：96kw。
第二章 制動(dòng)器方案選擇
2.1制動(dòng)器的主要類(lèi)型
制動(dòng)器是具有使運(yùn)動(dòng)部件(或運(yùn)動(dòng)機(jī)械)減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置。是使機(jī)械中的運(yùn)動(dòng)件停止或減速的機(jī)械零件。俗稱(chēng)剎車(chē)、閘。制動(dòng)器主要由制架、制動(dòng)件和操縱裝置等組成。
目前，廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同，可分為鼓式、盤(pán)式和帶式三種。①鼓式制動(dòng)器分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩類(lèi)。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面與制動(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。②盤(pán)式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件是一個(gè)垂向安放且以?xún)蓚?cè)面為工作面的制動(dòng)盤(pán)，其固定摩擦元件一般是位于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)并帶有摩擦片的制動(dòng)塊。當(dāng)制動(dòng)盤(pán)被兩側(cè)的制動(dòng)塊夾緊時(shí)，摩擦面便產(chǎn)生作用于制動(dòng)盤(pán)上的摩擦力矩以阻止車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。③鼓式制動(dòng)器的帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器，這里不做考慮。
2.2 制動(dòng)器的工作原理及其特點(diǎn)
2.2.1鼓式制動(dòng)器
典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵）、回位彈簧、定位銷(xiāo)等零部件組成。底板安裝在車(chē)軸的固定位置上，它是固定不動(dòng)的，上面裝有制動(dòng)蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷(xiāo)，承受制動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓有一對(duì)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上有摩擦襯片。制動(dòng)鼓則是安裝在輪轂上，是隨車(chē)輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似園鼓狀。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)蹄壓迫制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓受到摩擦減速，迫使車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
在轎車(chē)制動(dòng)鼓上，一般只有一個(gè)輪缸，在制動(dòng)時(shí)輪缸受到來(lái)自總泵液力后，輪缸兩端活塞會(huì)同時(shí)頂向左右制動(dòng)蹄的蹄端，作用力相等。但由于車(chē)輪是旋轉(zhuǎn)的，制動(dòng)鼓作用于制動(dòng)蹄的壓力左右不對(duì)稱(chēng)，造成自行增力或自行減力的作用。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱(chēng)為領(lǐng)蹄，自行減力的一側(cè)制動(dòng)蹄稱(chēng)為從蹄，領(lǐng)蹄的摩擦力矩是從蹄的2～2.5倍，兩制動(dòng)蹄摩擦襯片的磨損程度也就不一樣。
為了保持良好的制動(dòng)效率，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間要有一個(gè)最佳間隙值。隨著摩擦襯片磨損，制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的間隙增大，需要有一個(gè)調(diào)整間隙的機(jī)構(gòu)。過(guò)去的鼓式制動(dòng)器間隙需要人工調(diào)整，用塞尺調(diào)整間隙?，F(xiàn)在轎車(chē)鼓式制動(dòng)器都是采用自動(dòng)調(diào)整方式，摩擦襯片磨損后會(huì)自動(dòng)調(diào)整與制動(dòng)鼓間隙。當(dāng)間隙增大時(shí)，制動(dòng)蹄推出量超過(guò)一定范圍時(shí)，調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)會(huì)將調(diào)整桿（棘爪）拉到與調(diào)整齒下一個(gè)齒接合的位置，從而增加連桿的長(zhǎng)度，使制動(dòng)蹄位置位移，恢復(fù)正常間隙。
2.2.2盤(pán)式制動(dòng)器
盤(pán)式制動(dòng)器又稱(chēng)為碟式制動(dòng)器，顧名思義是取其形狀而得名。它由液壓控制，主要零部件有制動(dòng)盤(pán)、分泵、制動(dòng)鉗、油管等。制動(dòng)盤(pán)用合金鋼制造并固定在車(chē)輪上，隨車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。分泵固定在制動(dòng)器的底板上固定不動(dòng)。制動(dòng)鉗上的兩個(gè)摩擦片分別裝在制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)。分泵的活塞受油管輸送來(lái)的液壓作用，推動(dòng)摩擦片壓向制動(dòng)盤(pán)發(fā)生摩擦制動(dòng)，動(dòng)作起來(lái)就好象用鉗子鉗住旋轉(zhuǎn)中的盤(pán)子，迫使它停下來(lái)一樣。這種制動(dòng)器散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車(chē)，盤(pán)式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車(chē)停下。有些盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)上還開(kāi)了許多小孔，加速通風(fēng)散熱提高制動(dòng)效率。
圖 2.1 制動(dòng)器原理
與鼓式制動(dòng)器比較，盤(pán)式制動(dòng)器有以下優(yōu)點(diǎn)：
熱穩(wěn)定性好。原因是一般無(wú)自行增力作用，摩擦襯塊表面壓力分布較鼓式中的襯塊更為均勻。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(chēng)之為機(jī)械衰退。制動(dòng)盤(pán)的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，古無(wú)機(jī)械衰退問(wèn)題。因此，前輪采用盤(pán)式制動(dòng)器，汽車(chē)制動(dòng)時(shí)不易跑偏。
水穩(wěn)性好。制動(dòng)塊對(duì)盤(pán)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(pán)的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一、二次制動(dòng)機(jī)能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需要經(jīng)過(guò)十余次才能恢復(fù)正常。
制動(dòng)力矩與汽車(chē)制動(dòng)方向無(wú)關(guān)。
易于構(gòu)成雙回路制動(dòng)系，是系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。
尺寸小、質(zhì)量小、散熱性良好。
壓力在制動(dòng)塊上分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻
更換襯塊簡(jiǎn)單容易。
襯塊與制動(dòng)盤(pán)之間的間隙小，從而縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。
易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。
方案初步選取：基于以上比較盤(pán)式制動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，以及轎車(chē)對(duì)制動(dòng)器安全性要求較高，其效能穩(wěn)定性要好，所以不能選擇效能穩(wěn)定性較差的鼓式制動(dòng)器，所以可以初步確定為盤(pán)式制動(dòng)器。
2.3 盤(pán)式制動(dòng)器方案比較
盤(pán)式制動(dòng)器分為固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器、浮動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器、全盤(pán)式盤(pán)式制動(dòng)器，各有其優(yōu)缺點(diǎn)。
2.3.1 固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器
固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器如下圖所示，其制動(dòng)鉗體固定在轉(zhuǎn)向節(jié)（或橋殼）上，在制動(dòng)鉗體上有兩個(gè)液壓油缸，其中各裝一個(gè)活塞。當(dāng)壓力油液進(jìn)入兩個(gè)油缸活塞外腔時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)活塞向內(nèi)將位于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的制動(dòng)塊總成壓緊到制動(dòng)盤(pán)上，從而將車(chē)輪制動(dòng)。當(dāng)放松制動(dòng)踏板使油液壓力減少時(shí)，回位彈簧則將兩制動(dòng)塊總成及活塞推離制動(dòng)盤(pán)。這種結(jié)構(gòu)形式又稱(chēng)為對(duì)置活塞式或浮動(dòng)活塞式固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器。固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗剛度好，除活塞和制動(dòng)塊外無(wú)其他滑動(dòng)件。但由于需采用兩個(gè)油缸并分置制動(dòng)盤(pán)的兩側(cè)，因而必須用跨越制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)部油道或外部油管來(lái)連通。這就使得制動(dòng)器的徑向和軸向尺寸都較大，因而在車(chē)輪中，特別是車(chē)輪輪距小的微型車(chē)的前輪中的布置比較困難；需兩組高精度的液壓缸和活塞，成本較高；制動(dòng)產(chǎn)生的熱經(jīng)制動(dòng)鉗體上的油路傳給制動(dòng)油液，易使其由于溫度過(guò)高而產(chǎn)生氣泡，影響制動(dòng)效果。微型客車(chē)從結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)性上考慮都不適用固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器。近年來(lái)，由于汽車(chē)性能要求的提高，固定鉗式固有的弱點(diǎn)使之不能完全適應(yīng)這些要求，故不采納固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器。
活塞
制動(dòng)鉗體
制動(dòng)塊
車(chē)橋
進(jìn)油口
制動(dòng)盤(pán)
缺點(diǎn)：油缸多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制動(dòng)鉗尺寸大。
油路中的制動(dòng)液受制動(dòng)盤(pán)加熱易汽化。
圖2.2 固定鉗式盤(pán)式制動(dòng)器
2.3.2 浮動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器
浮動(dòng)鉗式盤(pán)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)，另一種的制動(dòng)鉗體可繞一支撐銷(xiāo)擺動(dòng)。但它們的制動(dòng)油缸都是單側(cè)的，且與油缸同側(cè)的制動(dòng)塊總成為活動(dòng)的，而另一側(cè)的制動(dòng)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)該側(cè)活動(dòng)的制動(dòng)塊總成壓靠到制動(dòng)盤(pán)，而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定于其上的制動(dòng)塊總成壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩側(cè)的制動(dòng)塊總成的受力均等為止。浮動(dòng)鉗盤(pán)式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤(pán)的一側(cè)裝油缸，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于布置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可將制動(dòng)器近一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊可兼用于行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)。由于浮動(dòng)鉗沒(méi)有跨越制動(dòng)盤(pán)的油道或油管，減少了油液受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤(pán)的內(nèi)側(cè)，受車(chē)輪遮蔽較小，使冷卻條件較好。另外單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要長(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)油液溫度比固定鉗式的低30 ℃~50℃，汽化的可能性較小。相比于固定鉗式浮動(dòng)鉗式可將油缸和活塞等精密件減去一半，造價(jià)大為降低。
圖2.3 浮鉗式制動(dòng)器
2.3.3 全盤(pán)式制動(dòng)器
全盤(pán)式制動(dòng)器由固定摩擦圓盤(pán)和旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)組成。定圓盤(pán)通過(guò)導(dǎo)向平鍵或花鍵聯(lián)接(見(jiàn)鍵聯(lián)接、花鍵聯(lián)接)于固定殼體內(nèi)，而動(dòng)圓盤(pán)用導(dǎo)向平鍵或花鍵裝在制動(dòng)軸上，并隨軸一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)受到軸向力時(shí),動(dòng)、定圓盤(pán)相互壓緊而制動(dòng)。為增多盤(pán)數(shù)和在圓盤(pán)表面覆蓋一層石棉等摩擦材料可增大制動(dòng)力矩。其工作原理如摩擦離合器，故又稱(chēng)離合器式制動(dòng)器。這種制動(dòng)器結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦面積大，制動(dòng)力矩大，但散熱條件差，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)成本高，故不予以采用。
圖2.4 全盤(pán)式制動(dòng)器
綜上所述：選擇方案三浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)器最為理想?；瑒?dòng)鉗式制動(dòng)器由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小和耐高溫，它既滿(mǎn)足了制動(dòng)安全實(shí)用性也具有較低的生產(chǎn)成本，得到了廣泛的應(yīng)用，所以我考慮選用滑動(dòng)鉗式盤(pán)式制動(dòng)器做為轎車(chē)的制動(dòng)器。
第三章盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定
3.1制動(dòng)盤(pán)直徑D
制動(dòng)盤(pán)直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時(shí)制動(dòng)盤(pán)的有效直徑得到增加，可以減少制動(dòng)盤(pán)的夾緊力，降低襯塊的單位面積壓力和工作溫度。由于受到輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤(pán)的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%-79%?？傎|(zhì)量大于2t的汽車(chē)應(yīng)取上限。
我所設(shè)計(jì)的汽車(chē)，滿(mǎn)載時(shí)的總質(zhì)量有1920kg,我對(duì)該車(chē)前輪制動(dòng)器制動(dòng)盤(pán)的直徑選擇為輪輞直徑的75%，給定的輪胎參數(shù)為：215R15，這就是說(shuō)輪輞直徑為381mm。那么:
制動(dòng)盤(pán)直徑D=d×74%=381×74%=280mm
式中d──輪輞直徑，d=15英寸=381mm
3.2制動(dòng)盤(pán)厚度h
制動(dòng)盤(pán)厚度h直接影響著制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為了使質(zhì)量不至于太大，制動(dòng)盤(pán)的厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些，為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤(pán)厚度又不宜過(guò)小。制動(dòng)盤(pán)可以做成實(shí)心的，為了通風(fēng)散熱，降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，又可以在制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通常，實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取為10～20mm,具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤(pán)兩工作面之間的尺寸一般取20～30mm。
我所設(shè)計(jì)的汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)為了降低溫升，增加散熱，我選用通風(fēng)式的制動(dòng)盤(pán)。
厚度為：
H=28mm
3.3制動(dòng)塊
制動(dòng)塊有背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接壓嵌在一起?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。
圖3.1 摩擦塊
1）摩擦襯塊內(nèi)半徑R1與外半徑R2
一般摩擦襯塊的外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不應(yīng)偏大。因?yàn)?，如果比值偏大，工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會(huì)不均勻，接觸面積將減少，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
經(jīng)過(guò)計(jì)算參考，選擇R1=86mm，R2=134mm。
Rm=R1+R2/2=110mm；
Re=4/3（1-m/（1+m）（1+m））Rm=115mm。
m=R1/R2=0.6。
2）摩擦襯塊的工作面積A
確定盤(pán)式制動(dòng)器摩擦襯塊工作面積A時(shí)，根據(jù)摩擦襯塊單位面積占有的汽車(chē)質(zhì)量，推薦在1.6-3.5kg/cm。
選取a=60 ；
則：
單片襯塊作用面積 A=（60/360）π（）=6047mm。
檢驗(yàn)：143540%0.5/（26047）=2.37kg/cm<3.5kg/cm滿(mǎn)足。
3）摩擦襯塊的材料
選擇摩擦塊時(shí)不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求。各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于250℃時(shí)，保持摩擦系數(shù)f=0.35～0.40已無(wú)大問(wèn)題。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，取f=0.35可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際。另外，在選擇摩擦材料時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無(wú)害的材料。
4）摩擦襯塊有效半徑
盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖如圖3-1所示，今假設(shè)襯塊的摩擦表面與制動(dòng)盤(pán)接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為：
（3.1）
式中， ——摩擦系數(shù)；
N——單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力N；
R——作用半徑，mm。
根據(jù)圖3.1，在任一單元面積只RdR上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤(pán)中心的力矩為，式中p為襯塊與制動(dòng)盤(pán)之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤(pán)上的制動(dòng)力矩為：
（3.2）
單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤(pán)的總摩擦力為：
（3.3）
式中，f—摩擦系數(shù) f=0.36
—摩擦襯塊扇行弧度角一半 =
得有效半徑為：
（3.4）
令，則有：
制動(dòng)器制動(dòng)襯塊有效半徑：=115.3mm
第四章盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，如果忽略路面對(duì)車(chē)輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任一角速度>0的車(chē)輪，其力矩平衡方程為:
(4.1)
式中， ——制動(dòng)器對(duì)車(chē)輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N·m；
——地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱(chēng)地面制動(dòng)力，其方向與汽車(chē)行駛方向相反，N；
——車(chē)輪有效半徑，m。
令 (4.2)
并稱(chēng)之為制動(dòng)器制動(dòng)力，與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車(chē)輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車(chē)輪有效半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成比例。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
≤ （4.3）
或 （4.4）式中 ， ——輪胎與地面間的附著系數(shù)；
Z——地面對(duì)車(chē)輪的法向反力，N。
圖4.1 制動(dòng)力分配曲線(xiàn)
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(chē)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阻止車(chē)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)上升如圖(4.1)。
根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的整車(chē)受力分析如圖4.2，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(chē)輪的法向反力Z1，Z2為：
(4.5)
（4.6）
圖4.2 汽車(chē)受力分析
式中， G——汽車(chē)所受重力，N；
L——汽車(chē)軸距，mm；
——汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離，mm；
——汽車(chē)質(zhì)心離后軸的距離，mm；
——汽車(chē)質(zhì)心高度，mm；
g——重力加速度，m/s；
——汽車(chē)制動(dòng)減速度, m/s。
汽車(chē)總的地面制動(dòng)力為:
（4.7） 式中， q（）——制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱(chēng)比減速度或比制動(dòng)力；
,——前后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力，N。
由以上兩式可求得前、后軸車(chē)輪附著力為:
（4.8）
（4.9）
上式表明：汽車(chē)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q或總制動(dòng)力的函數(shù)。當(dāng)汽車(chē)各車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車(chē)前、后軸的軸荷分配，前、后車(chē)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(guò)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。
在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。
由式(4.7)、式(4.8)和式(4.9)求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死即前、后軸車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是：
(4.10)
（4.11）
式中，——前軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，N，；
——后軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，N，；
——前軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力，N；
——后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力，N；
，——地面對(duì)前、后軸車(chē)輪的法向反力，N；
G——汽車(chē)重力，N；
，——汽車(chē)質(zhì)心離前、后軸距離,mm；
——汽車(chē)質(zhì)心高度，mm。
圖4.3 轎車(chē)的I曲線(xiàn)和曲線(xiàn)
由式(4.10)可知，前、后車(chē)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)。
將上式繪成以，為坐標(biāo)的曲線(xiàn)，即為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)I曲線(xiàn)，如圖4.3所示。如果汽車(chē)前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力，能按I曲線(xiàn)的規(guī)律分配，則能保證汽車(chē)在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，都能使前、后車(chē)輪同時(shí)抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車(chē)尤其是貨車(chē)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(chē)總制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱(chēng)為汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)：
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，故又可通稱(chēng)為制動(dòng)力分配系數(shù)。
4.2理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)
前面已經(jīng)指出，制動(dòng)時(shí)前、后輪同時(shí)抱死，對(duì)附著條件的利用、制動(dòng)時(shí)汽車(chē)方向的穩(wěn)定性均較為有利。此時(shí)的前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力和的關(guān)系曲線(xiàn)，常稱(chēng)為理想的前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力分配曲線(xiàn)。
在任何附著系數(shù)的φ 路面上，前、后輪同時(shí)抱死的條件是：前后輪的動(dòng)力之和等于附著力，并且前后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力分別等于各自的制動(dòng)力，即
+= φ G
=φ
=φ （4.13）
或
+= φ G
= （4.14）
代入上式，得
+= φ G
= （4.15）
由式（4.13）畫(huà)成的曲線(xiàn)，即為前后輪同時(shí)抱死時(shí)前后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力的關(guān)系曲線(xiàn)；理想的錢(qián)后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)I曲線(xiàn)。
I曲線(xiàn)可有作圖法直接求得。先將式（4.13）中的第一式按不同的φ 值（φ =0.1,0.2,0.3,···）作圖畫(huà)在4.3上，得到與坐標(biāo)軸成45度、與坐標(biāo)截距依次為φ g（0.1g，0.2g，0.3g···）的平行線(xiàn)；再對(duì)式（4.14）第二式按不同的φ 值（φ =0.1,0.2,0.3，····）帶入，也做與圖4.3上；得到一組通過(guò)原點(diǎn)、斜率不同的（斜率等于/，其值大小與φ有關(guān)，隨著φ值增大，斜率減?。┑纳渚€(xiàn)。
這兩組直線(xiàn)中，對(duì)于某一φ值，均可以找到兩組直線(xiàn)，著兩條直線(xiàn)的交點(diǎn)即可滿(mǎn)足值和值。把對(duì)不同φ值的兩直線(xiàn)交點(diǎn)A,B,C···連接起來(lái)便得到了I曲線(xiàn)。曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)代表在該附著系數(shù)路面上前后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力應(yīng)有的數(shù)值。
由此可見(jiàn)，只要給出汽車(chē)總質(zhì)量、汽車(chē)質(zhì)心的位置，就能做出I曲線(xiàn)。另外I曲線(xiàn)隨著負(fù)載增加而上移。
應(yīng)當(dāng)指出，I曲線(xiàn)是踏板力增長(zhǎng)到前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配曲線(xiàn)。車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)，==，==，所以I曲線(xiàn)也是前后輪同時(shí)抱死時(shí)和的關(guān)系曲線(xiàn)。
還要進(jìn)一步指出，汽車(chē)前后制動(dòng)器制動(dòng)力長(zhǎng)不能按I曲線(xiàn)來(lái)分配。制動(dòng)過(guò)程中嘗試一根車(chē)軸先抱死，隨著踏板力的進(jìn)一步增加，接著另一根軸接著抱死。
4.3同步附著系數(shù)計(jì)算
由 (4.12) 可知分配曲線(xiàn)表達(dá)為：
= (4.16)
上式在圖4.3中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為(1-)/的直線(xiàn)，它是具有制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)為的汽車(chē)的實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)。圖中線(xiàn)與I曲線(xiàn)交于B點(diǎn)，可求出B點(diǎn)處的附著系數(shù)=,則稱(chēng)線(xiàn)與I曲線(xiàn)交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。它是汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，由汽車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是：
對(duì)于前、后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車(chē)，只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪制動(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死。當(dāng)汽車(chē)在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下情況：
(1)當(dāng)<，線(xiàn)位于I曲線(xiàn)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(xiàn)位于I曲線(xiàn)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(chē)失去方向穩(wěn)定性。
(3)當(dāng)=，制動(dòng)時(shí)汽車(chē)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(chē)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(guò)程中，在即將出現(xiàn)車(chē)輪抱死但尚無(wú)任何車(chē)輪抱死時(shí)的制動(dòng)減速度，為該車(chē)可能產(chǎn)生的最高減速度。分析表明，汽車(chē)在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng)(前、后車(chē)輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為du/dt=qg=g，即q=，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可用附著系數(shù)利用率 (或附著力利用率)來(lái)表達(dá)，可定義為：
式中 ，——汽車(chē)總的地面制動(dòng)力，N；
G——汽車(chē)所受重力，N；
q——制動(dòng)強(qiáng)度。
當(dāng)=時(shí)， q=，=1,利用率最高。
當(dāng)今道路條件大為改善，汽車(chē)行駛速度也大為提高，因而汽車(chē)因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重。由于車(chē)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(lèi)轎車(chē)和一般載貨汽車(chē)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(chē)制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問(wèn)題。在汽車(chē)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(chē)若常帶掛車(chē)行駛或常在山區(qū)行駛，值宜取低些。此外，的選擇還與汽車(chē)的操縱性、穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)，與汽車(chē)的載荷情況也有關(guān)?？傊倪x擇是一個(gè)綜合性的問(wèn)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(mǎn)載的同步附著系數(shù)和應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車(chē)：0.65～0.80；輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)：0.55～0.70；大型客車(chē)及中重型貨車(chē)：0.45～0.65。
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(chē)制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問(wèn)題。在汽車(chē)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。
理想情況下，前后車(chē)輪同時(shí)抱死，前后制動(dòng)器的制動(dòng)力計(jì)算根據(jù)所給定的技術(shù)參數(shù)、公式、、.取分別為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0時(shí)計(jì)算空載和滿(mǎn)載的制動(dòng)器制動(dòng)力，列表如下：
表 4.1 空載和滿(mǎn)載的制動(dòng)器制動(dòng)力
值
空載
滿(mǎn)載
FKN
FKN
F/ F
FKN
FKN
F/ F
0.1
0.55
0.33
1.68
0.64
0.52
1.22
0.2
1.13
1.60
1.88
1.34
0.99
1.35
0.3
1.77
0.82
1.16
2.10
1.40
1.5
0.4
2.37
1.00
2.37
2.90
1.76
1.66
0.5
3.2
1.13
2.83
3.75
2.07
1.81
0.6
3.98
1.21
3.29
4.66
2.32
2.00
0.7
4.82
1.24
3.89
5.63
2.52
2.24
0.8
5.70
1.22
4.67
6.65
2.67
2.51
0.9
6.63
1.16
5.72
7.72
2.60
3.0
1.0
7.61
1.05
7.24
8.84
2.51
3.52
滿(mǎn)載時(shí)取 F/ F＝2.24
則
同步附著系數(shù) （4.18）
空載時(shí)＝0.33 滿(mǎn)載時(shí)＝0.77
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，滿(mǎn)載的同步附著系數(shù)應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車(chē)：0.65～0.80；輕型客車(chē)、輕型貨車(chē)：0.55～0.70；大型客車(chē)及中重型貨車(chē)：0.45～0.65。
4.4 制動(dòng)力、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率的計(jì)算
4.4.1滿(mǎn)載時(shí)的情況
1） 汽車(chē)在理想路面上行駛
即當(dāng)=時(shí)，有：=，=，故
=G=mag=15009.80.72=10672 N
q==0.72；ε =q/=1
==G(+qhg)/L
=
=
以上式中， 、──汽車(chē)前、后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力；
──汽車(chē)總的地面制動(dòng)力
、──前、后軸車(chē)輪附著力；
q──制動(dòng)強(qiáng)度；
──附著系數(shù)利用率；
G──汽車(chē)所受重力；
g──重力加速度；
、──前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力（又稱(chēng)制動(dòng)周緣力）
F′ ──單個(gè)前輪制動(dòng)器制動(dòng)力；
T′ ──單個(gè)前輪制動(dòng)器制動(dòng)力矩。
2）當(dāng)汽車(chē)在較差路面行駛
即當(dāng)〈時(shí)，汽車(chē)可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前
剛剛首先抱死的條件，即=。若取=0.5，則制動(dòng)力可以寫(xiě)為
（4.19）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫(xiě)為
（4.20）
附著系數(shù)利用率可以寫(xiě)為
（4.21）
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力FB1為
（4.22）
F′=F/2
T′=F′re
3） 當(dāng)汽車(chē)在較好路面行駛
即當(dāng) >時(shí)，汽車(chē)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=F。若取=0.9，則
制動(dòng)力FB可以寫(xiě)為
（4.23）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫(xiě)為
（4.24）
附著系數(shù)利用率可以寫(xiě)為
（4.25）
可得后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力FB2為
（4.26）
F=F-F
F′=F1/2
T′=F′*re
從以上的計(jì)算結(jié)果均通過(guò)Matlab編程運(yùn)算得出，詳見(jiàn)運(yùn)算表格，從結(jié)果可知路面條件越好，車(chē)輪與路面間的附著系數(shù)越高，則前輪制動(dòng)器所承受的制動(dòng)力和制動(dòng)力矩就越大。
4.4.2 空載的情況
1）當(dāng)=時(shí)，有：
=F，=F （4.27）
故
FB=G=mag
q==0.47；ε =q/=1 （4.28）
=F=G(L2+qhg)/L （4.29）
=
F′f1=FB1/2
T′f1=F′f1re
2）當(dāng)〈 時(shí)，汽車(chē)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=F。若取=0.3
則制動(dòng)力可以寫(xiě)為
（4.30）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫(xiě)為
（4.31）
附著系數(shù)利用率可以寫(xiě)為
（4.32）
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力FB1為
（4.33）
F′f1=Ff1/2
T′f1=F′f1*re
3）當(dāng)φ >φ0時(shí)，汽車(chē)可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛抱死的條件，即FB2=Fφ2。若取φ=0.6，則
制動(dòng)力FB可以寫(xiě)為
（4.34）
制動(dòng)強(qiáng)度q可以寫(xiě)為
（4.35）
附著系數(shù)利用率可以寫(xiě)為
（4.36）
可以算出前輪制動(dòng)器的制動(dòng)力FB2為
（4.37）
FB1=FB-FB2
F′f1=FB1/2
T′f1=F′f1*re
4.5制動(dòng)最大力矩
最大制動(dòng)力是在滿(mǎn)載時(shí)汽車(chē)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(chē)輪的法向力,成正比。由式(4.5)可知，雙軸汽車(chē)前、后車(chē)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：
=2.7 （4.38）式中， ,——汽車(chē)質(zhì)心離前、后軸距離，mm;
——同步附著系數(shù)；
——汽車(chē)質(zhì)心高度，mm。
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車(chē)輪的計(jì)算力矩所制約，即：
式中， ——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，N ;
——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，N ;
——作用于前軸車(chē)輪上的地面法向反力，N；
——作用于后軸車(chē)輪上的地面法向反力，N；
——車(chē)輪有效半徑，mm。
對(duì)于常遇到的道路條件較差、車(chē)速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車(chē)，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(chē)輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為：
（4.39）
（4.40）
對(duì)于選取較大值的各類(lèi)汽車(chē)，則應(yīng)從保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。為了保證在的良好路面上能制動(dòng)到后軸車(chē)輪和前、后車(chē)輪先后抱死滑移，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：
(4.41)
(4.42)式中， ——該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù)；
q——制動(dòng)強(qiáng)度;
——車(chē)輪有效半徑，m。
因?yàn)樗x取的車(chē)型為帕薩特轎車(chē)，所遇道路路面較好，同步附著系數(shù)也較高。所以采取公式（4.41）和（4.42）計(jì)算制動(dòng)器在路面附著系數(shù)為0.8時(shí)的后軸和前軸最大制動(dòng)力矩：
后軸：
=
=753(Nm)
前軸：=1676(Nm)
式中 ，——該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù)，=0.8；
q——制動(dòng)強(qiáng)度；
——車(chē)輪有效半徑，=0.28m。
一個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上公式計(jì)算所得結(jié)果的半值。
4.6 制動(dòng)器因數(shù)及制動(dòng)距離的計(jì)算
4.6.1制動(dòng)器因數(shù)的計(jì)算
制動(dòng)器因數(shù)又稱(chēng)為制動(dòng)器效能因數(shù)，它表示制動(dòng)器的效能，用BF表示。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)可以定義為在制動(dòng)盤(pán)的作用半徑上所能產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
（4.43）
式中，R——制動(dòng)盤(pán)的作用半徑；
P——輸入力，一般取加于兩制動(dòng)塊的壓緊力；
因?yàn)槲覍?duì)微型客車(chē)前輪制動(dòng)器選用的是鉗盤(pán)式制動(dòng)器，設(shè)兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力均為P，則制動(dòng)盤(pán)在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為2fP，那么鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為
（4.44） 式中，f——盤(pán)與制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)。
利用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，我們可以取f=0.35,那么，該車(chē)前輪制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)為
（4.45）
4.6.2制動(dòng)器距離的計(jì)算
制動(dòng)距離是制動(dòng)效能的一個(gè)重要指標(biāo)，即
（4.46）
式中：——制動(dòng)初速度，在這里取=80
則該車(chē)的制動(dòng)距離為
=50.67m （4.47）
4.7利用附著系數(shù)與制動(dòng)效率
為了防止前軸失去轉(zhuǎn)向能力和后軸側(cè)滑，汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中最好不要出現(xiàn)前輪先抱死的危險(xiǎn)情況，也不
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