第八章 制动器设计

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假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接 触,且各处单位压力分布均匀,则制 动器的制动力矩为
平均半径
单侧制动块加于制动盘的制动力矩
单侧衬块加于制动盘的总摩擦力
有效半径
有效半径Re即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。
若m过小,即扇形的径向宽度过大,衬块摩 擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远,磨损 将不均匀。m值一般不应小于0.65。
6.双向增力式
两蹄片端部各有一个制动时不 同时使用的共用支点,支点下方 有张开装置,两蹄片下方经推杆 连接成一体。 制动器效能很高,制动器效能 稳定性比较差 。 不适合于双回路制动系统。
二、盘式制动器
固定钳式 钳盘式(点盘式制动器 ) 滑动钳式
浮动钳式
摆动钳式 全盘式(离合器式制动器 )

行车制动装置 驻车制动装置 应急制动装置 辅助制动装置
汽车制动系统图组
制动系应满足如下要求: 1)足够的制动能力 。行车制动:JB3939-85。 驻车制动:JB4019-85。 2)工作可靠 。采用双管路制动系统。其中一套管路失效时另一条管路 的制动能力不低于未失效时的30%。 3)不应当丧失操纵性和方向稳定性 。 JB3939-85。 4)防止水和污泥进入制动器工作表面。 5)热稳定性良好 。JB3935-85和JB4200-85。 6)操纵轻便,并具有良好的随动性 。 7)噪声尽可能小。 8)作用滞后性应尽可能短 。气制动<0.6s,列车<0.8s 9)摩擦衬片(块)应有足够的使用寿命。 10)调整间隙工作容易。 11)报警装置
δ—汽车回转质量换算系数;
在紧急制动到停车的情况下,v2=0,δ=1,有
3.双向双领蹄式
两蹄片浮动,始终为领蹄。 制动效能相当高,而且不变,磨损 均匀,寿命相同。 应用比较广泛。
4.双从蹄式
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。 制动器效能稳定性最好,但制动 器效能最低。 很少应用。
5.单向增力式
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。 制动器效能很高,制动器效能稳 定性相当差。 用于少数轻、中型货车前制动器。
§8-4制动器的设计与计算
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 假设:制动鼓、蹄片和支承没有变 形,衬片有径向变形。压力正比于 变形。 一个自由度 制动蹄 建立坐标系 两个自由度 两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律:
cos 1 1 B1C1 B1 B1
对于紧蹄的径向变形δ1和压力p1为:
应在保证两蹄支承端毛面不致互相于涉的条件下,使a尽可能大 而c尽可能小,
初步设计时取: a=0.8R左右。
二、盘式制动器主要参数的确定 1.制动盘直径D 制动盘直径D应尽可能取大 些,这时制动盘的有效半径得 到增加,可以降低制动钳的夹 紧力,减少衬块的单位压力和 工作温度。 受轮辋直径的限制,制动盘 的直径选择为轮辋直径的 70 %~79%。 总质量大于2t的汽车应取上 限。
制动盘工作面的加工精度要求:

平面度允差为 0.012mm 表面粗糙度为Ra0.7~1.3μm 两摩擦表面的平行度不应大于0.05mm 制动盘的端面园跳动不应大于0.03mm

通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保 证有足够的强度和耐磨性能,其牌号不应低于HT250。
制动器设计参考《机械传动装置设计手册》 第27章 制动器 卞学良编
三、衬片磨损特性的计算 摩擦衬片(衬块)的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓(制动 盘)的材质及加工情况,以及衬片(衬块)本身材质等许多因素的影响, 试验表明,影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。 制动器能量负荷:在汽车制动过程中,制动器所承担的汽车动能转换成制 动器热能的量。 比能量耗散率:每单位村片(衬块)摩擦面积的每单位时间耗散的能量。 通常所用的计量单位为w/mm2。比能量耗散率有时也称为单位功负荷, 或简称能量负荷。 双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率
1 1max sin(a1 1 ) p1 p1max sin(a1 1 )
是α1的函数
1 (1 1 ) 90
B1B1' OO1 1max
一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律
sin 1 A1 B1 sin 1d 1 B1C1 B1 B1
采用较多的是 20~30mm。
3.摩擦衬块外半径R2与内半径R1 推荐 R2/R1≤1.5。 若此比值偏大,工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相 差较多,磨损不均匀,接触面积减少,最终导致制动力矩
变化大。
4.制动衬块面积A 对于盘式制动器衬块工作面积A,推荐根据制动村块 单位面积占有的汽车质量在1.6~3.5kg/cm2范围内选用。 即 G/A= 1.6~3.5kg/cm2
制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或 力矩。

制动器效能因数:
在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到摩擦力 (Mμ/R)与输入力F0之比。
K

M F0 R
制动器效能的稳定性:
效能因数K对摩擦因数f的敏感性(dK/df)。
1.领从蹄式
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 。 张开装置:



轿车:D/Dr=0.64~0.74 货车:D/Dr=0.70~0.83 按ZBT24 005-89《制动鼓工作直 径及制动蹄片宽度尺寸系列》选取 2.摩擦衬片宽度b和包角β 摩擦衬片宽度尺寸b的选取对摩 擦衬片的使用寿命有影响。 衬片宽度尺寸取窄些,则磨损 速度快,衬片寿命短; 若衬片宽度尺寸取宽些,则质 量大,不易加工,并且增加了成 本。
制动衬片宽度尺寸系列 ZB T24 005-89。
制动鼓半径R确定后,衬片的摩擦面积为Ap=Rβb。制动器各蹄衬片 总的摩擦面积∑Ap越大,制动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小, 从而磨损 特性越好。 根据国外统计资料分析,单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质 量增大而增大,见表
摩擦衬片包角 β 试验表明,摩擦衬片包角 β=90°~100 °时,磨损最小,制动鼓温 度最低,且制动效能最高。 β角减小虽然有利于散热,但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两 端处单位压力最小,因此过分延伸衬片的两端以加大包角,对减小单 位压力的作用不大,而且将使制动不平顺,容易使制动器发生自锁。 包角一般不宜大于120 ° 。
制动器有两块蹄片,鼓上的制动力矩等于它们的摩擦力矩之和,即
液力驱动时,F01=F02=F0。所需的张开力为
用凸轮张开机构的张开力,由作用在蹄上的力矩平衡条件得到的 方程式求出
计算鼓式制动器,必须检查蹄有无自锁的可能。 自锁条件: 当式中的分母等于零时,蹄自锁,即
不自锁条件
领蹄表面的最大压力
二、盘式制动器的设计计算


更换衬块容易。
衬块与制动盘之间的间隙小(0.05~0.15mm),缩短了制动协调时间。 易于实现间隙自动调整。 1)难以完全防止尘污和锈蚀(封闭的多片全盘式制动器除外)。 2)兼作驻车制动器时,所需附加的手驱动机构比较复杂。
盘式制动器的缺点:
3)在制动驱动机构中必须装用助力器。
4)因为衬块工作面积小,所以磨损快,使用寿命低,需用高材质的衬 块。
紧蹄产生的制动力矩Mμt1
F1—为紧蹄的法向合力 R1 —摩擦力fF1 的作用半径
δ1 — x1轴和力F1的作用线之间的夹角
F′ —支承反力在x1轴上的投影
解联立方程式得到
对于紧蹄
对于松蹄
式中: δ 1、δ2、R1和R2未知,计算δ 1、δ2、R1和R2值,必 须求出法向力F及其分量。
所以
如果顺着制动鼓旋转的蹄片和逆着制动鼓旋转的蹄片的a′和a″ 角度不同。很显然两块蹄片的δ和R1值也不同。
制动钳的安装位 置可以在车轴之 前或之后。

制动钳位于轴后
能使制动时轮毂 轴承的合成载荷 F减小。

制动钳位于轴前, 则可避免轮胎向 钳内甩溅泥污。
盘式制动器优点:
热稳定性好。 a) 一般无自行增力作用,衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更 为均匀。 b) 制动盘的轴向膨胀极小,径向膨胀根本与性能无关,故无机械衰 退问题。因此,前轮采用盘式制动器,汽车制动时不易跑偏。 水稳定性好。 a) 制动块对盘的单位压力高,易于将水挤出,因而浸水后效能降低 不多; b) 又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用,出水后只需经一、二 次制动即能恢复正常。 制动力矩与汽车运动方向无关。 易于构成双回路制动系,使系统有较高的可靠性和安全性。 尺寸小、质量小、散热良好。 衬块磨损均匀。
摩擦式 液力式 -----缓速器 电磁式
磨擦副结构
鼓式 盘式 带式-----中央制动器
Байду номын сангаас
一、鼓式制动器 分领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、 双向增力式等几种 主要区别: ①蹄片固定支点的数量和位置不同; ②张开装置的形式与数量不同; ③制动时两块蹄片之间有无相互作用。

制动器效能:
OA1 OB1 R
在等腰三角形A1OB1
dγ—蹄的转角
A1 B1 R sin sin 1
表面的径向变形和压力为:
1 R sin ad
p1 p max sin a
是α的函数
结论:新蹄片压力沿摩擦衬片 长度的分布符合正弦曲线规律
沿摩擦衬片长度方向压力分布的不均匀程度,可用不 均匀系数△评价
应用:
盘式制动器在轿车前轮上得到广泛的应用。
§8-3 制动器主要参数的确定
一、鼓式制动器主要参数的确定
1.制动鼓内径D

输人力F。一定时,制动鼓内径越大,制动力矩越大,且散热能力也 越强。 增大D受轮锅内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙,通常 要求该间隙不小于20mm,否则不仅制动鼓散热条件太差,而且轮辋 受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。 制动鼓应有足够的壁厚,用来保证有较大的刚度和热容量,以减小制 动时的温升。 制动鼓的直径小,刚度就大,并有利于保证制动鼓的加工精度。
平衡式 楔块式 凸轮或楔块式
平衡凸块式
非平衡式 活塞轮缸(液压驱动)
制动器的效能和效能稳定性,在各式制动器中居中游 ;两蹄衬片 磨损不均匀,寿命不同。
2.双领蹄式
结构特点 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,每块 蹄片有各自独立的张开装置,且位于 与固定支点相对应的一方。 性能特点 制动器的制动效能相当高; 倒车制动时,制动效能明显下降; 两蹄片磨损均匀,寿命相同; 结构略显复杂。
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。

为使质量小些,制动盘厚度不宜取得很大; 为了降低温度,制动盘厚度又不宜取得过小。 制动盘可以做成实心的,或者为了散热通风的需要在制动
盘中间铸出通风孔道。
实心制动盘厚度 通风式制动盘厚度 h =10~20mm, h = 20~50mm,
pmax / p f
pf—在同一制动力矩作用下,假想压力分布均匀时的平均压 力;
pmax—压力分布不均匀时蹄片上的最大压力。
2.计算蹄片上的制动力矩 蹄压紧到制动鼓上的力与产生制动 力矩之间的关系 在摩擦衬片表面取一横向微元面积 法向力
制动力矩
上式为制动力矩与压力之间的关系。 实际计算时还必须建立制动力矩与张开力F0的关系。
第八章 制动系设计
第八章
制动系设计
§8-1概述 §8-2制动器的结构方案分析
§8-3制动器主要参数的确定
§8-4制动器的设计与计算
§8-5制动驱动机构
§8-6制动力调节机构 §8-7 制动器的主要结构元件
§8-1 概述 功用: 使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车; 在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速; 使汽车可靠地停在原地或坡道上。
3.摩擦衬片起始角β0 一般将衬片布置在制动蹄的中央。 即
0 90 / 2
有时为了适应单位压力的分布情况,将村片相对于最大压力点对 称布置,以改善磨损均匀性和制动效能。
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,应使距离 e尽可能大,以提高制动效能。 初步设计时取: e=0.8R左右。 5.制动蹄支承点位置坐标a和c
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