第八章制动系设计_汽车设计
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2020/6/16
§8-6制动力调节机构
一、限压阀
限压阀适用于轴距短且质心高，从而制动时轴荷转移较多的轻型汽车， 特别是轻型和微型轿车。 二、制动防抱死机构（ABS）
2020/6/16
基本功能: 感知制动轮每一瞬时的运动状态，相应地调节制动器制动力矩 的大小，避免出现车轮的抱死现象。
它可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高行车安 全性。
四、前、后轮制动器制动力矩的确定 首先选定同步附着系数φ0， 计算前、后轮制动力矩的比值
根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前 轮制动器的量大制动力矩Mμ1max；
再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制 动力矩Mμ2max。
2020/6/16
五、应急制动和驻车制动所需的制动力矩 1.应急制动
2.制动主缸直径d0的确定 第i个轮缸的工作容积
所有轮缸的总工作容积
初步设计时
主缸活塞行程S0和活塞直径d0 一般
3.制动踏板力Fp 要求：最大踏板力一般为500N（轿车）或700N（货车）。
4.制动踏板工作行程 踏板行程（计入衬片或衬块的允许磨损量）对轿车最大应大于
100~150mm，对货车不大于180mm。
2020/6/16
2020/6/16
二、盘式制动器
固定钳式
钳盘式(点盘式制动器 ) 浮动钳式
滑动钳式 摆动钳式
全盘式(离合器式制动器 )
盘式制动器有如下优点：
热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双 回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易； 缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。
2020/6/16
2020/6/16
2020/6/16
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2020/6/16
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
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
1 B 1 C 1 B 1 B 1 s1 i n A 1 B 1 s1 i d n
表面的径向变形和压力为:
1
p1
Rsinad
pmax sina
新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律
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2.计算蹄片上的制动力矩 法向力 制动力矩
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对于紧蹄 对于松蹄
应急制动时，后轮一般都将抱死滑移 后桥制动力 前桥制动力 2.驻车制动 上坡停驻时后桥附着力
下坡停驻时后桥附着力
2020/6/16
汽车可能停驻的极限上坡路倾角 汽车可能停驻的极限下坡路倾角
2020/6/16
§8-5制动驱动机构
一、制动驱动机构的形式
机械式：机械效率低，传动比小，润滑点多
wk.baidu.com
简单制动
结构简单，成本低，工作可靠（故障少）， 应用于中、小型汽车的驻车制动装置中
鼓制动器
2020/6/16
阶跃式自调装置(适用于双向增力式制动器)
2020/6/16
2020/6/16
next
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next
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back
真空伺服制动 0.05~0.07MPa
伺服制动 空气伺服制动 0.6~0.7MPa 液压伺服制动
2020/6/16
二、分路系统 全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或多个互相独立的回路，其
中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。
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三、液压制动驱动机构的设计计算 1.制动轮缸直径d的确定
2020/6/16
§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 轿车：D/Dr=0.64~0.74 货车：D/Dr=0.70~0.83 ZBT24 005-89《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸 系列》 2.摩擦衬片宽度b和包角β 包角一般不宜大于120°。 制动衬片宽度尺寸系列见ZB T24 005-89。 3.摩擦衬片起始角β0
液力驱动
自锁条件 领蹄表面的最大压力
不会自锁
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二、盘式制动器的设计计算
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
m值一般不应小于0.65。 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，制动盘的端面圆跳动不应大于0.03mm。
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制动系应满足如下要求：
1）足够的制动能力 。 2）工作可靠 。 3）不应当丧失操纵性和方向稳定性 。 4）防止水和污泥进入制动器工作表面。 5）热稳定性良好 。 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 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
制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。
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三、摩擦衬片（衬块） 1）具有一定的稳定的摩擦因数。 2）具有良好的耐磨性。 3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。 4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。 5）应采用对人体无害的摩擦材料。 6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。 7）摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。
滑动率S ABS系统控制方法目前主要有逻辑门限值控制方法和现代控制方法两种， 目的是在各种工况下制动时都可获得最佳的滑动率S，由此可获得最短的制动距 离。
2020/6/16
§8-7 制动器的主要结构元件
一、制动鼓 制动鼓应当有足够的强度、刚度
和热容量，与摩擦衬片材料相配合， 又应当有较高的摩擦因数。 铸造式：多选用灰铸造铁，
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§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
两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律:
1B 1C 1B 1B 1 co 1s
对于紧蹄的径向变形δ1和压力p1为：
p11p11mmaaxsxsiinna(a(1111))
一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律
4.制动器中心到张开力F0作用线的距离e
使距离e（图8-7）尽可能大, 初步设计时可暂定e=0.8R左右。 5.制动蹄支承点位置坐标a和c
使a尽可能大而c尽可能小。初步设计时，也可暂定a=0.8R左右。
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二、盘式制动器主要参数的确定 1.制动盘直径D 通常选择为轮辋直径70%~79% 2.制动盘厚度h 实心制动盘厚度可取为10~20mm; 通风式制动盘厚度取为20~50mm; 采用较多的是20~30mm 3.摩擦衬块外半径R2与内半径R1 外半径R2与内半径R1（图8-11）的比值不大于1.5 4.制动衬块面积A 1.6~3.5kg/cm2
液压式：作用滞后时间较短（0.1~0.3s）；工作压 力高（可10~20MPa），结构简单，质量 小；机械效率较高
气压制动：操纵轻便、工作可靠、不易出故障、维
修保养方便
制动力源 动力制动
结构复杂、笨重、成本高；作用滞后时 间较长（0.3~0.9s）；簧下质量大；噪
声大。
开式（常流式）
全液压动力制动 闭式（常压式）
轿车的盘式制动器在同上的υ1和j的条件下，比能量耗散率应不大于 6.0W/mm2。
2020/6/16
比摩擦力f0 每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力
在j=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力f0以不大于0.48N/mm2为宜。与之相 应的衬片与制动鼓之间的平均单位压力pm=f0/f=1.37~1.60N/mm2（设摩擦因 数f=0.3~0.35）。
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四、制动鼓（盘）与衬片（块）之间的间隙自动调整装置 产生制动作用的时间增长；
间隙过大 同步制动性能变坏； 增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板或手柄行程增大
盘式制动器 利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定
隙所需的活塞设定行程△。
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石棉摩阻材料：由增强材料（石棉及其它纤维）、粘结剂、摩擦性能 调节剂组成 制造容易、成本低、不易刮伤对偶； 耐热性能差，随着温度升高而摩擦因数降低、 磨耗增高和对环境污染
半金属摩阻材料：由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成
较高的耐热性和耐磨性，没有石棉粉尘公害
金属摩阻材料：粉末冶金无机质 耐热性好、摩擦性能稳定 制造工艺复杂、成本高、容易产生噪声和刮伤对偶
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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。
双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率
鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8W/mm2为宜，计算时取减速度 j=0.6g。制动初速度υ1：轿车用100km/h（27.8m/s）；总质量3.5t以下的货 车用80km/h（22.2m/s）；总质量3.5t以上的货车用65km/h（18m/s）。
具有机械加工容易、耐磨热 容量大等优点 轿车壁厚取为7~12mm，货车 取为13~18mm。 组合式：质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦因数 二、制动蹄
轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用T形钢辗压 或用钢板焊接制成；重型货车的制动蹄则多用铸 铁或铸钢铸成，断面有工字形、山字形和Ⅱ字形 几种 。制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车为 3~5mm，货车约为5~8mm。
§8-6制动力调节机构
一、限压阀
限压阀适用于轴距短且质心高，从而制动时轴荷转移较多的轻型汽车， 特别是轻型和微型轿车。 二、制动防抱死机构（ABS）
2020/6/16
基本功能: 感知制动轮每一瞬时的运动状态，相应地调节制动器制动力矩 的大小，避免出现车轮的抱死现象。
它可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高行车安 全性。
四、前、后轮制动器制动力矩的确定 首先选定同步附着系数φ0， 计算前、后轮制动力矩的比值
根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前 轮制动器的量大制动力矩Mμ1max；
再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制 动力矩Mμ2max。
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五、应急制动和驻车制动所需的制动力矩 1.应急制动
2.制动主缸直径d0的确定 第i个轮缸的工作容积
所有轮缸的总工作容积
初步设计时
主缸活塞行程S0和活塞直径d0 一般
3.制动踏板力Fp 要求：最大踏板力一般为500N（轿车）或700N（货车）。
4.制动踏板工作行程 踏板行程（计入衬片或衬块的允许磨损量）对轿车最大应大于
100~150mm，对货车不大于180mm。
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二、盘式制动器
固定钳式
钳盘式(点盘式制动器 ) 浮动钳式
滑动钳式 摆动钳式
全盘式(离合器式制动器 )
盘式制动器有如下优点：
热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双 回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易； 缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。
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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
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
1 B 1 C 1 B 1 B 1 s1 i n A 1 B 1 s1 i d n
表面的径向变形和压力为:
1
p1
Rsinad
pmax sina
新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律
2020/6/16
2.计算蹄片上的制动力矩 法向力 制动力矩
2020/6/16
对于紧蹄 对于松蹄
应急制动时，后轮一般都将抱死滑移 后桥制动力 前桥制动力 2.驻车制动 上坡停驻时后桥附着力
下坡停驻时后桥附着力
2020/6/16
汽车可能停驻的极限上坡路倾角 汽车可能停驻的极限下坡路倾角
2020/6/16
§8-5制动驱动机构
一、制动驱动机构的形式
机械式：机械效率低，传动比小，润滑点多
wk.baidu.com
简单制动
结构简单，成本低，工作可靠（故障少）， 应用于中、小型汽车的驻车制动装置中
鼓制动器
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阶跃式自调装置(适用于双向增力式制动器)
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真空伺服制动 0.05~0.07MPa
伺服制动 空气伺服制动 0.6~0.7MPa 液压伺服制动
2020/6/16
二、分路系统 全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或多个互相独立的回路，其
中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。
2020/6/16
三、液压制动驱动机构的设计计算 1.制动轮缸直径d的确定
2020/6/16
§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 轿车：D/Dr=0.64~0.74 货车：D/Dr=0.70~0.83 ZBT24 005-89《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸 系列》 2.摩擦衬片宽度b和包角β 包角一般不宜大于120°。 制动衬片宽度尺寸系列见ZB T24 005-89。 3.摩擦衬片起始角β0
液力驱动
自锁条件 领蹄表面的最大压力
不会自锁
2020/6/16
二、盘式制动器的设计计算
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
m值一般不应小于0.65。 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，制动盘的端面圆跳动不应大于0.03mm。
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制动系应满足如下要求：
1）足够的制动能力 。 2）工作可靠 。 3）不应当丧失操纵性和方向稳定性 。 4）防止水和污泥进入制动器工作表面。 5）热稳定性良好 。 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 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
制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。
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三、摩擦衬片（衬块） 1）具有一定的稳定的摩擦因数。 2）具有良好的耐磨性。 3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。 4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。 5）应采用对人体无害的摩擦材料。 6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。 7）摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。
滑动率S ABS系统控制方法目前主要有逻辑门限值控制方法和现代控制方法两种， 目的是在各种工况下制动时都可获得最佳的滑动率S，由此可获得最短的制动距 离。
2020/6/16
§8-7 制动器的主要结构元件
一、制动鼓 制动鼓应当有足够的强度、刚度
和热容量，与摩擦衬片材料相配合， 又应当有较高的摩擦因数。 铸造式：多选用灰铸造铁，
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§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
两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律:
1B 1C 1B 1B 1 co 1s
对于紧蹄的径向变形δ1和压力p1为：
p11p11mmaaxsxsiinna(a(1111))
一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律
4.制动器中心到张开力F0作用线的距离e
使距离e（图8-7）尽可能大, 初步设计时可暂定e=0.8R左右。 5.制动蹄支承点位置坐标a和c
使a尽可能大而c尽可能小。初步设计时，也可暂定a=0.8R左右。
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二、盘式制动器主要参数的确定 1.制动盘直径D 通常选择为轮辋直径70%~79% 2.制动盘厚度h 实心制动盘厚度可取为10~20mm; 通风式制动盘厚度取为20~50mm; 采用较多的是20~30mm 3.摩擦衬块外半径R2与内半径R1 外半径R2与内半径R1（图8-11）的比值不大于1.5 4.制动衬块面积A 1.6~3.5kg/cm2
液压式：作用滞后时间较短（0.1~0.3s）；工作压 力高（可10~20MPa），结构简单，质量 小；机械效率较高
气压制动：操纵轻便、工作可靠、不易出故障、维
修保养方便
制动力源 动力制动
结构复杂、笨重、成本高；作用滞后时 间较长（0.3~0.9s）；簧下质量大；噪
声大。
开式（常流式）
全液压动力制动 闭式（常压式）
轿车的盘式制动器在同上的υ1和j的条件下，比能量耗散率应不大于 6.0W/mm2。
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比摩擦力f0 每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力
在j=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力f0以不大于0.48N/mm2为宜。与之相 应的衬片与制动鼓之间的平均单位压力pm=f0/f=1.37~1.60N/mm2（设摩擦因 数f=0.3~0.35）。
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四、制动鼓（盘）与衬片（块）之间的间隙自动调整装置 产生制动作用的时间增长；
间隙过大 同步制动性能变坏； 增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板或手柄行程增大
盘式制动器 利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定
隙所需的活塞设定行程△。
2020/6/16
石棉摩阻材料：由增强材料（石棉及其它纤维）、粘结剂、摩擦性能 调节剂组成 制造容易、成本低、不易刮伤对偶； 耐热性能差，随着温度升高而摩擦因数降低、 磨耗增高和对环境污染
半金属摩阻材料：由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成
较高的耐热性和耐磨性，没有石棉粉尘公害
金属摩阻材料：粉末冶金无机质 耐热性好、摩擦性能稳定 制造工艺复杂、成本高、容易产生噪声和刮伤对偶
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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。
双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率
鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8W/mm2为宜，计算时取减速度 j=0.6g。制动初速度υ1：轿车用100km/h（27.8m/s）；总质量3.5t以下的货 车用80km/h（22.2m/s）；总质量3.5t以上的货车用65km/h（18m/s）。
具有机械加工容易、耐磨热 容量大等优点 轿车壁厚取为7~12mm，货车 取为13~18mm。 组合式：质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦因数 二、制动蹄
轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用T形钢辗压 或用钢板焊接制成；重型货车的制动蹄则多用铸 铁或铸钢铸成，断面有工字形、山字形和Ⅱ字形 几种 。制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车为 3~5mm，货车约为5~8mm。