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        汽車制動器的比較分類及原理

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        少年 發表于 2015-11-21 18:53:42 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
        1引言
           汽車的安全性是汽車設計和制造的第一指標,而汽車的制動性能可靠性是衡量汽車安全標準的最重要因素。制動器是汽車制動系統的核心元件,對汽車的安全性能有著至關重要的作用。汽車制動器是用于使行駛中的汽車減速或停車,使下坡行駛的汽車的車速保持穩定以及使已停駛的汽車在原地(包括在斜坡上)駐留不動的機構。               
          當今,隨著高速公路路路網的不斷擴展汽車車速的提高以及車流密度的增大,對汽車制動系的工作可靠性可要求顯得日益重要。因為只有制動性能良好 制動器工作可靠的汽車才能充分發揮出其高速行駛的動力性能并保證行駛的安全性。由此可見,制動器是汽車非常重要的組成部分,,從而對汽車制動器的結構分析與比較對比也就顯得非常重要了。
        1.1制動器研究的目的及意義
           汽車的生產涉及到許多領域,其獨有的安全性、經濟性、舒適性、等眾多指標,也對設計提出了更高的要求。汽車制動器是汽車行駛的一個重要主動安全機構,其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響。
           隨著汽車的形式速度和路面情況復雜程度的提高,更加需要高性能、長壽命的制動系統。其性能的好壞對汽車的行駛安全有著重要影響,如果此系統不能正常工作,車上的駕駛員和乘客將會受到車禍的傷害。
            汽車是現代交通工具中用的最多、最普遍、也是運用得最方便的交通工具。汽車制動器是汽車底盤上的一個重要機構,它是制約汽車運動的裝置,而制動器又是制動系統中直接作用制約汽車運動的一個關鍵裝置,是汽車上最重要的
        安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業的迅速發展和車流密度的日益增大,人民對安全性、可靠性的要求越來越高,為保證人身和車輛安全,必須為汽車配備十分可靠的制動系統。
            車輛在形式過程中要頻繁進行制動操作,由于制動性能的好壞直接關系到交通和人身安全,因此制動性能是車輛非常重要的性能之一,汽車的制動器性能的比較是本論文的主要內容。
            汽車制動器直接影響著汽車行駛的安全性和停車的可靠性。隨著高速公路的迅速的迅速發展和車速的提高以及車流密度的日益增大,為了保證行車安全停車可靠,汽車制動器的工作可靠性顯得日益重要。也只有制動性能良好也只有制動性能良好制動器工作可靠的汽車,才能充分發揮其動力性能。任何一套制動裝置均由制動器和制動驅動機構兩部分組成。制動器有鼓式與盤式之分。行車制動時用腳踩下制動踏板操縱車輪制動制動器來制動全部車輪;而駐車制動則多采用手制動桿操縱(但也有用腳踏板操縱的),且利用專設的中央制動器或利用車輪制動器進行制動。利用車輪制動器時,絕大不部分駐車制動器用來制動汽車作為陸地上的現代重要交通工具,有許多保證其使用性能的大部件,即所謂總成組成,制動器就是其中一個重要的總成。它既可以使行駛中的汽車的汽車減速,又可保證停車后的后的汽車汽車能駐留駐留原地原地不動不動。由此可見,汽車制動器對與汽車行駛的安全性安和停車的可靠性起著重要的保證作用。
        1.2制動器的現狀
           汽車制動器幾乎均為機械摩擦式的,即利用旋轉元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產生的制動力矩使汽車減速或停車。但用于山區行駛汽車上的輔助輔助制動裝置·則是利用發動機排氣制動電渦流制動等緩速措施,對于下坡的汽車進行減速或穩定車速的。
            對制動器的早期研究側重于試驗研究其摩擦特性,隨著用戶對其制動性能和使用壽命要求的不斷提高,有關其基礎理論與應用方面的研究也在深入進行。
           目前,汽車所用的制動器幾乎都是摩擦式的,可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動器被普遍使用。但由于為了提高其制動效能而必須加制動增力系統,使其造價較高,故低端車一般還是使用前盤后鼓式。汽車制動過程實際上是一個能量轉換過程,它把汽車行駛時產生的動能轉換為熱能。高速行駛的汽車如果頻繁使用制動器,制動器因摩擦會產生大量的熱量,使制動器溫度急劇升高,如果不能及時的為制動器散熱,它的效率就會大大降低,影響制動性能,出現所謂的制動效能熱衰退現象。  在中高級轎車上前后輪都已經采用了盤式制動器。不過,時下還有不少經濟型轎車采用的還不完全是盤式制動器,而是前盤后鼓式混合制動器(即前輪采用盤式制動器、后輪采用鼓式制動器),這主要是出于成本上的考慮,同時也是因為轎車在緊急制動時,負荷前移,對前輪制動的要求比較高,一般來說前輪用盤式制動器就夠了。當然,前后輪都使用盤式制動器是一種趨勢。在貨車上,盤式制動器也有被采用的,但離完全取代鼓式制動器還有相當長的一段距離。  
            操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力,那時的汽車重量比較小,速度比較低,機械制動已經能夠滿足汽車制動的需要,但隨著汽車自身重量的增加,助力裝置對機械制動器來說越來越顯得非常重要,從而開始出現了真空助力裝置。
        另外,近年來則出現了一些全新的制動器結構形式,如磁粉制動器、濕式多盤制動器、電力液壓制動臂型盤式制動器、濕式盤式彈簧制動器等。
        1.3制動器研究的內容
           制動器是制動系中最主要的一個部件,是制動系統中用以產生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力的部件。  
           凡是利用固定元件與旋轉元件工作表面的摩擦而產生制動力矩的制動器都稱為摩擦制動器,摩擦制動器可分為鼓式和盤式兩大類。
           前者的摩擦副中的旋轉元件為制動鼓,其工作表面為圓柱面;后者的旋轉元件則為圓盤狀的制動盤,以端面為工作表面。
           目前廣泛使用的是摩擦式制動器,盤式制動器的摩擦力產生于同汽車固定部位相連的部件與一個或幾個制動盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動盤工作表面的一小部分的盤式制動器稱為鉗盤式制動器;摩擦材料覆蓋制動盤全部工作表面盤式制動器稱為全盤式制動器。現代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動器應用最為廣泛,僅有個別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動器,以及全盤式制動器。鉗盤式制動器中定鉗盤式為制動鉗固定在制動盤兩側,且在其兩側均設有加壓機構。浮鉗盤式制動器僅在制動盤一側設有加壓機構的制動鉗,借其本身的浮動,而在制動盤的另一側產生壓緊力。又分為制動鉗可相對于制動鉗可相對于制動盤軸向滑動鉗盤式制動器;與制動鉗可在垂直于制動盤的平面內擺動的擺動鉗盤式制動器。  鼓式制動器摩擦副中的旋轉元件為制動鼓,鼓式制動器根據其結構都不同,又分為:雙向自增力蹄式制動器、雙領蹄式制動器、領從蹄式制動器、雙從蹄式制動器。  正如上面我們看的一樣,制動器器的類型很多,那么每種類型的制動器器都適用什么類型的車呢?是不是有種減速器是完美無缺的?本課題就是來解決這些問題的。其實每種類型都有它的優缺點,我們本課題要研究的內容就是要通過分析,找出不同類型的減速器的優缺點。了解了他們的優缺點后我們就能更好更充分的利用它們,為汽車優化設計提供方便。
        2制動器工作原理
        汽車制動器的工作原理如圖1所示
           制動器主要由旋轉部分,固定部分和張開機構組成。旋轉部分由制動鼓8,它固定在車輪輪轂上,隨車輪一同旋轉,它的工作面是內圓柱面。
           固定部分主要包括制動蹄10和制動底板11等。制動底板用螺栓與轉向節凸緣(前橋)或橋殼凸緣(后橋)固定在一起。在固定不動的制動底板上,有兩個支承銷12,支承在兩個弧形制動蹄的下端。
           制動蹄的外圓面上裝有摩擦襯片9,上端用制動蹄回位彈簧13拉緊壓靠在制動輪缸活塞7上。制動蹄可以用凸輪或液壓輪缸等張開機構使其張開。液壓輪缸也安裝在制動底板上。
           制動傳動機構主要由制動踏板1、推桿2、制動主缸4、制動輪缸6、和油管5等組成。裝在車架上的制動主缸用油管5與制動輪缸連通。制動主缸活塞3可以由駕駛員通過制動踏板1來操縱。
           制動器再不工作時,制動蹄在回位彈簧的拉動下,使制動鼓的內圓面與制動蹄摩擦襯片的外圓面之間保留一定的間隙,使制動鼓可以隨車輪自由旋轉。
           制動時,踩下制動踏板,推桿便推動制動主缸活塞,使制動主缸中的油液以一定壓力流入制動輪缸,通過制動輪缸活塞使兩制動蹄的上端向外張開,從而使摩擦襯片壓緊在制動鼓的內圓面上。這樣,不旋轉的制動蹄就對旋轉著的制動鼓產生一個摩擦力矩M,其作用方向與車輪旋轉方向相反,摩擦力矩的大小取決于輪缸的張力、摩擦系數和制動鼓及制動蹄的尺寸等。制動鼓將該力矩傳到車輪后,由于車輪與路面間的附著作用,車輪即對路面作用一個向前的周緣力F,與此同時,路面給車輪作用一個向后的反作用力F,即制動力。制動力F由車輪經車橋和懸架傳遞給車架和車身,迫使整個汽車產生一定的減速度。制動力越大,減速度越大。
           當松開制動踏板時,制動蹄回位彈簧即將制動蹄拉回原位,摩擦力矩M和制動力F消失,制動作用隨之解除。
           制動時車輪上的制動力F,不僅取決于制動力矩M,還取決于輪胎與路面間的摩擦條件。如果完全放棄附著條件。如果完全喪失附著作用,就不會產生制動效果,即車輪停止了轉動而被抱死,汽車仍然向前滑動。
           不過,在討論制動器的結構問題時,一般都假設具備良好的附著條件。
           近年來,國內外不少汽車在制動系中增設了前后橋車輪制動力分配調節裝置,以減少車輪抱死現象。但最理想的還是電子控制的自動防抱死制動裝置。
                         圖1汽車制動器工作原理示意圖
        1-制動踏板;2-推桿;3-油管;4-制動輪缸;5-制動輪缸活塞;6-制動鼓;7-摩擦襯片8-制動蹄;9-制動底板;10-制動銷;11-制動蹄回位彈簧

        3幾種典型制動器的結構比較   
           鼓式制動器可按其制動蹄的結構情況分類(見圖3.1),它們的制動效能,制動鼓的受力平衡狀況以及對車輪旋轉方向對制動效能的影響均不同。圖 3.1 鼓式制動器簡圖  (a)領從蹄式(用凸輪張開);(b)領從蹄式(用制動輪缸張開);(c)雙領蹄式(非雙向,平衡式);(d)雙向雙領蹄式;(e)單向增力式;(f)雙向増力式    制動蹄按其張開時的轉動方向和制動鼓的轉動方向是否一致,有領蹄和從蹄之分。制動蹄張開的轉動方向與制動鼓的旋轉方向一致的制動蹄,稱為領蹄;反之,則稱為從蹄。

                  圖 3.1 鼓式制動器簡圖  引用4
        (a)領從蹄式(用凸輪張開);(b)領從蹄式(用制動輪缸張開);(c)雙領蹄式(非雙向,平衡式);(d)雙向雙領蹄式;(e)單向增力式;(f)雙向増力式
        3.1領從蹄式制動器  
           如圖3.1(a),(b)所示,若圖上的旋轉箭頭代表汽車前進時的制動鼓的旋轉方向(制動鼓正向旋轉),則蹄1為領蹄,蹄2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉方向改變,變為反向旋轉,隨之領蹄與從蹄也就相互對調。這種當制動鼓正,反向旋轉時總具有一個領蹄和一個從蹄的內張型鼓式制動器,稱為領從蹄式制動器。由圖3.1(a),(b)可見,領蹄所受的摩擦力矩使蹄壓得更緊,即摩擦力矩具有“增勢”作用,故稱為增勢蹄;而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢,即摩擦力矩具有“減勢”作用,故又稱為減勢蹄。“增勢”作用使領蹄所受的法向反力增大,而“減勢”作用使從蹄所受的法向反力減小。
        領從蹄式制動器的兩個蹄常有固定的支點。張開裝置有凸輪式見圖3.1(a),鍥塊,曲柄式和具有兩個或四個等直徑活塞的制動輪缸式的見圖3.1(b)。后者可保證作用在兩蹄上的張開力相等并用液壓驅動,而凸輪式,鍥塊式和曲柄式等張開裝置則用氣壓驅動。當張開裝置中的制動凸輪和制動鍥塊都是浮動的時,也能保證兩蹄張開力相等,這時的凸輪稱為平衡凸輪。也有非平衡式的制動凸輪,其中心是固定的,不能浮動,所以不能保證作用在兩蹄上的張開力相等。
           根據支承結構及調整方法的不同,領從蹄鼓式液壓驅動的車輪制動器又有不同的結構方案,如圖3.2所示

              圖 3.2 領從蹄式制動器的結構方案(液壓驅動)引用 4
        (a)一般形式;(b)單固定支點;輪缸上調整(c)雙固定支點;偏心軸調整;(d)浮動蹄片;支點端調整
        3.2 雙領蹄式制動器
           當汽車前進時,若兩制動蹄均為領蹄的制動器,稱為雙領蹄式制動器。但這種制動器在汽車倒車時,兩制動蹄又都變為從蹄,因此,它又稱為單向為單向雙領蹄式制動器。如圖3.1(c)所示,兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動,兩套制動蹄,制
           動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心為對稱布置的,因此兩蹄對鼓作用的合力恰好相互平衡,故屬于平衡式制動器。  單向雙領蹄式制動器根據其調整方法的不同,又有多種結構方案
           雙領蹄式制動器有高的正向制動效能,但倒車時變為雙從蹄式,使制動效能大減。中級轎車的前制動器常用這種形式,這是由于這類汽車前進制動時,前軸的軸荷及附著力大于后軸,而倒車時則相反,采用這這種結構作為前輪制動器并與領從蹄式后輪制動器相匹配,則可較容易地獲得所希望的前,后制動力分配并使前,后輪制動器的許多零件有相同的尺寸。它不用于后輪還由于有兩個互相成中心對稱的制動輪缸,難于附加駐車制動驅動機構。
           

             圖 3.3 單向雙領蹄式制動器的結構方案(液壓驅動)引用4
        (a)一般形式;(b)偏心調整;(c)輪缸上調整;(d)浮式蹄片,輪缸支座調整端;(e)浮動蹄片,輪缸偏心機構調整
        3.3 雙向雙領蹄式制動器
           當制動鼓正向和反向旋轉時兩制動蹄均為領蹄的制動器,稱為雙向雙領蹄式制動器。如3.1(d)圖所示。其兩蹄的兩端均為浮式支承,不是支承在支承銷上,而是支承在兩個活塞制動輪缸的支座上(圖3.1(d),圖3.4)或其他張開裝置的支座上。當制動時,油壓使兩個制動輪缸的兩側活塞(圖3.4)或其他張開裝置的兩側均向外移動,使兩制動蹄均壓緊在制動鼓的內圓柱面上。
        結論:雖然領從蹄式制動器的效能及穩定性在各式制動器中均處于中等水平,但由于其在汽車前進和倒車時的制動性能不變,結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構,易于調整蹄片與制動鼓之間的間隙。故仍廣泛用作載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動器。根據設計車型的特點及制動要求,并考慮到使結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構等因數,選用領從蹄式制動器,其支撐結構型式為浮式平行支撐。
           制動鼓靠摩擦力帶動兩制動蹄轉過一小角度,使兩制動蹄的轉動方向均與制動鼓的轉向方向一致;當制動鼓反向旋轉時,其過程類同但方向相反。因此,制動鼓在正向,反向旋轉時兩制動蹄均為領蹄,故稱雙向雙領蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。由于這種這種制動器在汽車前進和倒退時的性能不變,故廣泛用于中,輕型載貨汽車和部分轎車的前,后輪。但用作后輪制動器時,需另設中央制動器。

            圖 3.4 雙向雙領蹄式鼓式制動器的結構方案(液壓驅動)引用4
                  (a)一般形式;(b)偏心機構調整;(c)輪缸上調整
        3.4 單向増力式制動器        
           如圖3.1(e)所示,兩蹄下端以頂桿相連接,第二制動蹄支承在其上端制動底板上的支承銷上。當汽車前進時,第一制動蹄被單活塞的制動輪缸推壓到制動鼓的內圓柱面上。制動鼓靠摩擦力帶動第一制動蹄轉過一小角度,進而經頂桿推動第二制動蹄也壓向制動鼓的工作表面并支承在其上端的支承銷上。顯然,第一制動蹄為一增勢的領蹄,而第二制動蹄不僅是一個增勢領蹄,而且經頂桿傳給它的推力Q要比制動輪缸給第一制動蹄的推力P大很多,使第二制動蹄的制動力矩比第一制動蹄的制動力矩大2-3倍之多。由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡,因此屬于一種非平衡式制動器。      雖然這種制動器在汽車前進制動時,其制動效能很高,且高于前述各種制動器,但在倒車制動時,其制動效能卻是最低的。因此,僅用于少數輕,中型貨車和轎車上作前輪制動器。
        3.5 雙向増力式制動器      
           如圖3.1(f)所示,將單向増力式制動器的單活塞制動輪缸換以雙活塞制動輪缸,其上端的支承銷也作為兩蹄可共用的,則成為雙向増力式制動器。對雙向増力式制動器來說,不論汽車前進制動或倒退制動,該制動器均為増力式制動器。只是當制動鼓正向旋轉時,前制動蹄為第一制動蹄,后制動蹄為第二制動蹄;而反向旋轉時,第一制動蹄與第二制動蹄正好對調。第一制動蹄是增勢蹄,第二制動蹄不僅是增勢領蹄,而且經頂桿傳給它的推力Q要比制動輪缸給第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制動時作用于第二蹄上端的制動輪缸推力起著減小第二蹄與支承銷間壓緊力的作用。雙向増力式制動器也是屬于非平衡式制動器。      圖3.5給出了雙向増力式制動器(浮動支承)的幾種結構方案。

            圖 3.5 雙向増力式制動器(浮動支承)的結構方案  引用4
              (a)一般形式;(b)支承上調整;(c)輪缸上調整

            圖 3.6 雙向増力式制動器(固定支點)的結構方案 引用4  
               (a)一般形式;(b)浮動調整;(c)中心調整
        結論:雖然領從蹄式制動器的效能及穩定性在各式制動器中均處于中等水平,但由于其在汽車前進和倒車時的制動性能不變,結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構,易于調整蹄片與制動鼓之間的間隙。故仍廣泛用作載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動器。根據設計車型的特點及制動要求,并考慮到使結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構等因數,選用領從蹄式制動器,其支撐結構型式為浮式平行支撐。
        4幾種典型的制動器受力對比分析
        4.1鼓式制動器
           鼓式制動器是利用制動傳動機構使制動蹄將制動摩擦片壓緊在制動鼓內側,從而產生制動力,根據需要使車輪減速或在最短的距離內停車,以確保行車安全,并保障汽車停放可靠不能自動滑移。
           鼓式制動器摩擦副中的旋轉元件是制動鼓,其工作表面是內圓面。制動蹄的張開是由液壓機構控制的制動輪缸驅動的。用制動輪缸張開的鼓式制動器,按其結構與工作特點不同,又分為領從蹄式制動器、雙領蹄式與雙從蹄式制動器、雙向雙領蹄式制動器和自增力式制動器。
        4.1.1領從蹄式制動器
        受力情況如圖4.1所示
           制動時,兩制動蹄1和2在相等的促動力F的作用下,繞各自的支承銷3和4向外偏轉一個角度,緊壓在制動鼓5上,旋轉的制動鼓即對兩制動蹄分別作用著垂直方向的反作用力F1和F2以及相應的切線方向的摩擦力F3和F4.這些作用力實際是在兩個制動蹄的全部工作面上分布的,為了簡化說明,假設這些反作用力都集中于摩擦片的中央位置,力的作用方向如圖4.1所示。領蹄1上的摩擦力F3,對支承銷4所形成的力矩方向,與促動力F對支承銷形成的力矩方向是相同的,所以由于F3作用的結果,使領蹄1在制動鼓上壓得更緊,從而使力F1,F3變的更大,起到增勢作用,故領蹄也稱為增勢蹄。而從蹄2上的摩擦力F4對支承銷3所形成的力矩方向,與促動力F對支承銷形成的力矩方向是相反的。由于F4的作用,是從蹄2有離開制動鼓的趨勢,使力F2、F4變的更小,起到減勢作用,故從蹄也稱為減勢蹄。
           由此可見,雖然兩蹄所受的促動力F相等(制動輪缸活塞直徑相等,系統中的油壓相等),但由于摩擦力F3、F4所起的作用不同,因而使兩蹄所產生的制動力矩不同。
           當其他條件相同時,領蹄的制動力矩約為從蹄力制動力矩的2—3倍。為了使領蹄和從蹄的摩擦片壽命相近,一般的措施是將領蹄的摩擦片設計得比從蹄長一些。
           由于領蹄和從蹄所受的法向力F1和F2不能互相平衡,因此這種制動器也稱為簡單非平衡制動器。不平衡的法向力由車輪輪轂軸承的反力來平衡,這就對輪轂軸承形成了附加徑向載荷,影響輪轂的使用壽命。
           一汽紅旗CA7220、捷達、奧迪100和上海桑塔納2000型轎車的后輪制動器都采用了這種領從蹄式制動器。
           鼓式制動器摩擦副中的旋轉元件是制動鼓,其工作表面是內圓面。制動蹄的張開是由液壓機構控制的制動輪缸驅動的。用制動輪缸張開的鼓式制動器,按其結構與工作特點不同,又分為領從蹄式制動器、雙領蹄式與雙從蹄式制動器、雙向雙領蹄式制動器和自增力式制動器。
           結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構,易于調整蹄片與制動鼓之間的間隙。故仍廣泛用作載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動器。根據設計車型的特點及制動要求,并考慮到使結構簡單,造價較低,也便于附裝駐車制動機構等因數,選用領從蹄式制動器,其支撐結構型式為浮式平行支撐。
           領從蹄式制動器的結構方案(液壓驅動) 一般形式、單固定支點、輪缸上調整、雙固定支點、偏心軸調整、浮動蹄片、支點端調整 。 雙領蹄式制動器當汽車前進時,若兩制動蹄均為領蹄的制動器,稱為雙領蹄式制動器。但這種制動器在汽車倒車時,兩制動蹄又都變為從蹄,因此,它又稱為單向為單向雙領蹄式制動器。兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動,兩套制動蹄,制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心為對稱布置的,因此兩蹄對鼓作用的合力恰好相互平衡,故屬于平衡式制動器。  單向雙領蹄式制動器根據其調整方法的不同,又有多種結構方案。
           
                            圖4.1  領從蹄式制動器受力分析
        4.1.2雙領蹄式與雙從蹄式制動器
           當汽車前進時,兩制動蹄均為領蹄的制動器稱為雙領蹄式制動器。
           如圖4.2所示。為雙領蹄式制動器。雙領蹄式制動器的結構方案(液壓驅動)一般形式;偏心調整;輪缸上調整、浮式蹄片、輪缸支座調整端;浮動蹄片,輪缸偏心機構調整 。
        雙領蹄式制動器有高的正向制動效能,但倒車時變為雙從蹄式,使制動效能大減。中級轎車的前制動器常用這種形式,這是由于這類汽車前進制動時,前軸的軸荷及附著力大于后軸,而倒車時則相反,采用這這種結構作為前輪制動器并與領從蹄式后輪制動器相匹配,則可較容易地獲得所希望的前,后制動力分配并使前,后輪制動器的許多零件有相同的尺寸。它不用于后輪還由于有兩個互相成中心對稱的制動輪缸,難于附加駐車制動驅動機構。
                            圖4.2 雙領蹄式制動器受力分析
        4.1.3自增力式制動器
           自增力式制動器分為單向自增力和雙向自增力兩種。在結構上只是輪缸上的活塞數目不同而已。
           自增力式制動器在國產氣車應用較少。這里對雙向自增力式制動器做一簡單說明。
           結構原理圖如圖4.3所示。
           當行車制動時,兩制動蹄在相同的輪缸促進力F作用下時向外張開,壓靠在旋轉的制動鼓上,并由于摩擦力的作用,使兩制動蹄均沿順時針方向轉動。當后制動蹄3尚未頂靠到支承銷5時,前制動蹄1與制動鼓所產生的切向合力所造成的繞下支點的力矩與促動力所造成的繞同一支點的力矩同向,故前蹄為領蹄;
           當兩制動蹄繼續轉動到后制動蹄3頂靠在支承銷5 上以后,前制動蹄1即對浮動的可調頂桿2產生作用力FS,并間接作用在后制動蹄下端。
           此時后制動蹄上端為支承點,在促進力F和FS的共同作用下向外旋轉張開,使該制動蹄也變成了領蹄,且此時后制動蹄對制動鼓的壓力比前制動蹄還大,產生了自動增力作用。
           倒車制動時,兩制動蹄的工作情況真好相反,此時前制動蹄具有自動增力效果。
           由于在行車制動和倒車制動時,制動器都具有自動增力作用,因此該種制動器稱為雙向自增力式制動器。
           雙向増力式制動器,將單向増力式制動器的單活塞制動輪缸換以雙活塞制動輪缸,其上端的支承銷也作為兩蹄可共用的,則成為雙向増力式制動器。對雙向増力式制動器來說,不論汽車前進制動或倒退制動,該制動器均為増力式制動器。只是當制動鼓正向旋轉時,前制動蹄為第一制動蹄,后制動蹄為第二制動蹄;而反向旋轉時,第一制動蹄與第二制動蹄正好對調。第一制動蹄是增勢蹄,第二制動蹄不僅是增勢領蹄,
           而且經頂桿傳給它的推力要比制動輪缸給第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制動時作用于第二蹄上端的制動輪缸推力起著減小第二蹄與支承銷間壓緊力的作用。雙向増力式制動器也是屬于非平衡式制動器。給出了雙向増力式制動器(浮動支承)的幾種結構方案,給出了雙向増力式制動器(固定支點)另外幾種結構方案。雙向増力式制動器(浮動支承)的結構方案 一般形式;支承上調整;輪缸上調整 、雙向増力式制動器(固定支點)的結構方案一般形式;浮動調整;中心調整。雙向増力式制動器在高級轎車上用得較多,而且往往將其作為行車制動與駐車制動共用的制動器,但行車制動是由液壓通過制動輪缸產生制動蹄的張開力進行制動,而駐車制動則是用制動操縱手柄通過拉繩及杠桿等操縱。另外,它也廣泛用于汽車中央制動器,因為駐車制動要求制動器正,反向的制動效能都很高,而且駐車制動若不用于應急制動時不會產生高溫,因而熱衰退問題并不突出。上述制動器的特點是用制動器效能,效能穩定性和摩擦襯片磨損均勻程度來評價。増力式制動器效能最高,雙領蹄式次之,領蹄式更次之,還有一種雙從蹄式制動蹄的效能最低,故極少采用。而就工作穩定性來看,名次排列正好與效能排列相反,雙從蹄式最好,増力式最差。摩擦系數的變化是影響制動器工作效能穩定性的主要因素。
           但行車制動是由液壓通過制動輪缸產生制動蹄的張開力進行制動,而駐車制動則是用制動操縱手柄通過拉繩及杠桿等操縱。另外,它也廣泛用于汽車中央制動器,因為駐車制動要求制動器正,反向的制動效能都很高,而且駐車制動若不用于應急制動時不會產生高溫,因而熱衰退問題并不突出。
           此時后制動蹄上端為支承點,在促進力F和FS的共同作用下向外旋轉張開,使該制動蹄也變成了領蹄,且此時后制動蹄對制動鼓的壓力比前制動蹄還大,產生了自動增力作用。
           自增力式制動器分為單向自增力和雙向自增力兩種。在結構上只是輪缸上的活塞數目不同而已。
           日本豐田皇冠轎車、南京依維柯輕型載貨汽車、北京切諾基BJ2021輕型越野汽車的后輪制動器及北京BJ1040輕型載貨汽車的前輪制動器,都采用了雙向自增力式制動器。
        4.2盤式制動器
           盤式制動器摩擦副中的旋轉元件是以端面工作的金屬圓盤,稱為制動盤。其固定元件有多種結構形式。按摩擦副中固定元件的結構不同,盤式制動器分為鉗盤式和全盤式制動器兩大類,即鉗盤式制動器和全盤式制動器。
        4.2.1定鉗式盤式制動器
           鉗盤式制動器的固定摩擦元件是兩塊帶有摩擦襯塊的制動塊,后者裝在以螺栓固定于轉向節或橋殼上的制動鉗體中。兩塊制動塊之間裝有作為旋轉元件的制動盤,制動盤用螺栓固定于輪轂上。制動塊的摩擦襯塊與制動盤的接觸面積很小,在盤上所占的中心角一般僅約30°~50°,因此這種盤式制動器又稱為點盤式制動器。其結構較簡單,質量小,散熱性較好,且借助于制動盤的離心力作用易于將泥水、污物等甩掉,維修也方便。但由于摩擦襯塊的面積較小,制動時其單位壓力很高,摩擦面的溫度較高,故對摩擦材料的要求較高。
           定鉗式盤式制動器,在制動鉗體上有兩個液壓油缸,其中各裝有一個活塞。當壓力油液進入兩個油缸活塞外腔時,推動兩個活塞向內將位于制動盤兩側的制動塊總成壓緊到制動盤上,從而將車輪制動。當放松制動踏板使油液壓力減小時,回位彈簧又將兩制動塊總成及活塞推離制動盤。這種型式也稱為對置活塞式或浮動活塞式固定鉗式盤式制動器。
           制動盤4與車輪相連接,隨車輪一起轉動。輪缸活塞3布置在制動盤兩側的制動鉗支架1中,活塞的端部粘有摩擦片2.制動鉗用螺栓固定在橋殼或轉向節上,即不能旋轉,也不能軸向移動。制動時,高壓制動液被壓入兩側制動輪缸中,推動輪缸活塞,使兩個制動摩擦片同時壓向制動盤 ,產生制動作用。
           此時,活塞上矩形橡膠密封圈的刃邊在活塞摩擦力的作用下產生彈性變形。解除制動時,活塞在密封圈的彈力作用下回位,直至密封圈變形完全消失為止。
                                 定鉗盤式制動器結構簡圖
                1-摩擦片;2-制動鉗支架;3-輪缸活塞;4-制動盤
        4.2.2浮鉗式制動器
           浮動鉗式盤式制動器的制動鉗體是浮動的。其浮動方式有兩種,一種是制動鉗體可作平行滑動;另一種是制動鉗體可繞一支承銷擺動(見圖2-3)。因而有滑動鉗式盤式制動器和擺動鉗式盤式制動器之分。但它們的制動油缸均為單側的,且與油缸同側的制動塊總成是活動的,而另一側的制動塊總成則固定在鉗體上。制動時在油液壓力作用下,活塞推動該側活動的制動塊總成壓靠到制動盤,而反作用力則推動制動鉗體連同固定于其上的制動塊總成壓向制動盤的另一側,直到兩側的制動塊總成受力均等為止。對擺動鉗式盤式制動器來說,鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內擺動。這樣就要求制動摩擦襯塊應預先做成楔形的(摩擦表面對背面的傾斜角為6°左右)。在使用過程中,摩擦襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻(一般約為l mm)后即應更換。 固定鉗式盤式制動器在汽車上的應用是早于浮動鉗式的,其制動鉗的剛度好,除活塞和制動塊外無其他滑動件,但由于需采用兩個油缸分置于制動盤的兩側,使結構尺寸較大,布置較困難;需兩組高精度的液壓缸和活塞,成本較高;制動熱經制動鉗體上的油路傳給制動油液,易使其由于溫度過高而產生氣泡影響制動效果。另外,由于兩側制動塊均靠活塞推動,難于兼用于由機械操縱的駐車制動,必須另加裝一套駐車制動用的輔助制動鉗,或是采用盤鼓結合式后輪制動器,其中作為駐車用的鼓式制動器由于直徑較小,只能是雙向增力式的,這種“盤中鼓”的結構很緊湊,但雙向增力式制動器的調整不方便。  浮動鉗式盤式制動器只在制動盤的一側裝油缸,結構簡單,造價低廉,易于布置,結構尺寸緊湊,可以將制動器進一步移近輪轂,同一組制動塊可兼用于行車和駐車制動。浮動鉗由于沒有跨越制動盤的油道或油管,減少了油液的受熱機會,單側油缸又位于盤的內側,受車輪遮蔽較少,使冷卻條件較好。另外,單側油缸的活塞比兩側油缸的活塞要長,也增大了油缸的散熱面積,因此制動油液溫度比固定鉗式的低30℃~50℃,汽化的可能性較小。但由于制動鉗體是浮動的,必須設法減少滑動處或擺動中心處的摩擦、磨損和噪聲。  與鼓式制動器相比,盤式制動器的優點有:  1)熱穩定性較好。這是因為制動盤對摩擦襯塊無摩擦增力作用,還因為制動摩擦襯塊的尺寸不長,其工作表面的面積僅為制動盤面積的12%~6%,故散熱性較好。  2)水穩定性較好。因為制動襯塊對盤的單位壓力高,易將水擠出,同時在離心力的作用下沾水后也易于甩掉,再加上襯塊對盤的擦拭作用,因而,出水后只需經一、二次制動即能恢復正常;而鼓式制動器則需經過十余次制動方能恢復正常制動效能。  3)制動穩定性好。盤式制動器的制動力矩與制動油缸的活塞推力及摩擦系數成線性關系,再加上無自行增勢作用,因此在制動過程中制動力矩增長較和緩,與鼓式制動器相比,能保證高的制動穩定性。
                 浮動鉗式盤式制動器結構示意圖
           制動時,內側活塞及摩擦片在液壓F1作用力下,向左移動壓向制動盤4.同時,液壓的反作用力F2推動制動鉗體1向右移動,使外側摩擦片也壓靠在制動盤4上。導向銷2上的橡膠襯套不僅能夠稍微變形以消除制動器間隙,而且可以是導向銷免受污染。
           解除制動時,橡膠襯套所釋放出來的彈性能有助于外側制動塊離開制動盤。活塞密封圈使使活塞回位。若制動器產生了過量的間隙,活塞則相對于密封圈移動,借此實現間隙調整。
                          浮鉗盤式制動器結構示意圖
                      1-制動鉗體;2-制動盤

        5幾種典型制動器的制動效能比較
        5.1制動效能的恒定性
        以上的論述僅限于再冷制動情況(制動器起始溫度在100攝氏度以下)汽車在
        繁重的工作條件下制動時( 例如在下坡制動時,制動器就要在較長的時間下連續地進行較大強度的制動),制動器溫度常在300攝氏度以上,有時達到600-700攝氏度.高速制動時,制動器溫度也會很快上升。制動器溫度上升后,摩擦力矩常會有顯著下降,這種現象稱為制動器的熱衰退。例如Lexus LS400汽車在冷制動時,起始制動車速為195km/h,制動距離為163.9m,減速度為8.5m/s2,而經過下山中的26次制動,前制動器溫度達693攝氏度.這時以同樣的起始車速制動,減速度為6.0m/s2,制動距離加長了80.6m達到244.5m。 熱衰退是目前制動器不可避免的現象,只是程度上有所差別。制動效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能。
          制動器抗熱衰退性能一般用一系列連續制動時制動效能的保持程度來衡量。根據國家行業標準ZBT 24007—1989,要求以一定車速連續制動15次,每次的制動減速度為3m.s2,最后的制動效能應不低于規定的冷實驗制動效能(5.8m.s2)的60% (在制動踏板力相同的條件下)。
           山區行駛的貨車和高速行駛的轎車,對熱衰退性能有更高的要求。一些國家規定,大型貨車必須裝備輔助制動器,以保持山區行駛的制動效能。
           抗熱衰退性能與制動器摩擦副材料及制動器結構有關。
           一般制動器的制動鼓、盤由鑄鐵制成,而摩擦片由石棉、半金屬和無石棉等幾種材料制成。按照ECE R13 的規定,由于石棉有害人的健康,不得使用含石棉的摩擦片。正常制動時,摩擦副的溫度在200攝氏度左右,摩擦副的摩擦因數約為0.3—0.4。但在更高的溫度時,有些摩擦片的摩擦會有很大降低而出現抗熱衰退現象。另外,如果制動器結構不合理或使用不當時會引起制動液的溫度急劇上升,當溫度超過制動液的沸點時會發生汽化現象,使制動完全失效。
           制動器的抗熱衰退性能不僅受摩擦材料摩擦因數下降的影響,而且同制動器的結構形式有密切關系。
        5.2制動效能因數計算
           制動效能因數定義為;在制動鼓或制動盤的作用半徑R上所得到的摩擦力于輸入力F之比,即
           根據制動器的力矩計算工式得出制動因數的表達式為;
           K=M/FR
           式中,K為制動器效能因數;M為制動器輸出的制動力矩。
        根據制動器的力矩計算工式得出制動因數的表達式可表達為;
           K=U1/S1+U2/S2
           式中,U1和U2分別是領、從蹄的摩擦力;S1和 S2領、從蹄的輪缸蹄推力。
           摩擦因數的微小改變,能引起制動效能大幅度變化,及制動器的穩定性差。雙從蹄制動器情況與之相反。領、從蹄式制動器介于二者之間。這里要特別強調的是盤式制動器,其制動效能沒有鼓式制動器大(一般盤式制動器常加裝真空助力器以增大制動效能),但其穩定性好。高強度制動時,摩擦材料的摩擦因數雖有下降,但對制動效能影響不大。同時盤式制動器與鼓式制動器相比,反應時間短且不會因為熱膨脹而增加制動間隙。
        5.3制動效能的比較
           根據圖5,常用制動效能因數與摩擦因數的關系曲線來說明各種類型制動器的效能及其穩定程度。具有典型尺寸的各種形式制動器制動效能因數與摩擦因數的關系曲線。由圖可知,對于雙向自動增力蹄及雙領蹄制動器,由于結構上的幾何力學的關系產生增力作用,具有較大的制動因數。摩擦因數變化時,制動效能按非線性關系迅速改變。因此,摩擦因數的微小改變,能引起制動效能大幅度變化,及制動器的穩定性差。雙從蹄制動器情況與之相反。領、從蹄式制動器介于二者之間。這里要特別強調的是盤式制動器,其制動效能沒有鼓式制動器大(一般盤式制動器常加裝真空助力器以增大制動效能),但其穩定性好。高強度制動時,摩擦材料的摩擦因數雖有下降,但對制動效能影響不大。同時盤式制動器與鼓式制動器相比,反應時間短且不會因為熱膨脹而增加制動間隙。因此,盤式制動器已普遍用做轎車的前制動器用做轎車的后制動器的也不少;目前個種噸位的貨車,包括重型貨車(行駛于公路上做長途運輸的)、牽引車采用盤式制動器的也日益增多。總之,盤式制動器越來越廣泛地用于高速轎車、重型礦用車。當汽車涉水時,水進入制動器,短時間內制動效能的降低稱為水衰退。此時,汽車應在短時間內迅速恢復原有的制動效能。
        6各類制動器性能指數及工時費的對比
        6.1制動器性能指數的對比
            內容           盤式制動器         鼓式制動器
        制動溫度(攝氏度)        大于900        小于400
        制動因數        0.75—0.80        2.0—4.0
        拆換摩擦片時間(小時)        小于0.5        4.0
        散熱性(輪輞溫度)        85        140
        磨合里程km        小于100        大于1000
        遲滯量        10        30
        油耗        由于重量減輕,油耗能比鼓式下降百分之4      
        維護所需的耗材        模塊集成度高,維修方便        維修浪費大量工時
        制動性能        不易抱死,涉水性強        容易爆死,內部容易進水或雜物
        環保        環保材料,剎車平穩        摩擦材料含石棉等有毒成分,剎車有尖叫聲
                       
                 表1制動器性能指數的對比















        6.2制動器保養維修工時及工時費的對比
                        正常維修保養制動
        內容        盤式制動器        鼓式制動器        工時費(元/h)        鼓式所需工時費        盤式所需工時費
        拆換摩擦片所需時間        小于0.5        4.0        20        80        10
        按每臺車輛每三個月進行一次二保,平均每年四次,那么保養所需的工時費用如下表所示
        盤式制動器        0.5(h)x4(四輪)x4(保養次數)=8(工時)x20(元/h)=160元/年
        鼓式制動器        4(h)x4(四輪)x4(保養次數)=64(工時)x20(元/h)=1280元/年
        節約的工時費(年)        1120元/年        節省的工時(年)        56(工時/年)
               表2盤式制動器與鼓式制動器保養維修工時及工時費
        7結論
        通過以上比較分析可得一下結論;
           1.鼓式制動器造價便宜,而且符合傳統設計。 四輪轎車在制動過程中,由于慣性的作用,前輪的負荷通常占汽車全部負荷的70%-80%,前輪制動力要比后輪大,后輪起輔助制動作用,因此轎車生產廠家為了節省成本,就采用前盤后鼓的制動方式。不過對于重型車來說,由于車速一般不是很高,剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高,因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設計。
        缺點
           2.鼓式制動器的制動效能和散熱性都要差許多,鼓式制動器的制動力穩定性差,在不同路面上制動力變化很大,不易于掌控。而由于散熱性能差,在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪鼓在高溫影響下較易發生極為復雜的變形,容易產生制動衰退和振抖現象,引起制動效率下降。另外,鼓式制動器在使用一段時間后,要定期調校剎車蹄的空隙,甚至要把整個剎車鼓拆出清理累積在內的剎車粉。
        與鼓式制動器相比,盤式制動器的優點有:
          1.熱穩定性較好。這是因為制動盤對摩擦襯塊無摩擦增力作用,還因為制動摩擦襯塊的尺寸不長,其工作表面的面積僅為制動盤面積的12%~6%,故散熱性較好。
          2.水穩定性較好。因為制動襯塊對盤的單位壓力高,易將水擠出,同時在離心力的作用下沾水后也易于甩掉,再加上襯塊對盤的擦拭作用,因而,出水后只需經一、二次制動即能恢復正常;而鼓式制動器則需經過十余次制動方能恢復正常制動效能。
          3.制動穩定性好。盤式制動器的制動力矩與制動油缸的活塞推力及摩擦系數成線性關系,再加上無自行增勢作用,因此在制動過程中制動力矩增長較和緩,與鼓式制動器相比,能保證高的制動穩定性。
          4.制動力矩與汽車前進和后退行駛無關。
          5.在輸出同樣大小的制動力矩的條件下,盤式制動器的質量和尺寸比鼓式要小。
          6.盤式的摩擦襯塊比鼓式的摩擦襯片在磨損后更易更換,結構也較簡單,維修保養容易。
          7.制動盤與摩擦襯塊間的間隙小(0.05~0.15mm),這就縮短了油缸活塞的操作時間,并使制動驅動機構的力傳動比有增大的可能。
          8.制動盤的熱膨脹不會像制動鼓熱膨脹那樣引起制動踏板行程損失,這也使間隙自動調整裝置的設計可以簡化。
          9.易于構成多回路制動驅動系統,使系統有較好的可靠性和安全性,以保證汽車在任何車速下各車輪都能均勻一致地平穩制動。
           10.能方便地實現制動器磨損報警,以便及時更換摩擦襯塊。
          盤式制動器的主要缺點是難以完全防止塵污和銹蝕(但封閉的多片全盤式制動器除外);兼作駐車制動器時,所需附加的駐車制動驅動機構較復雜,因此有的汽車采用前輪為盤式后輪為鼓式的制動系統;另外,由于無自行增勢作用,制動效能較低,中型轎車采用時需加力裝置。
        8發展前景
          轎車制動器已基本實現前盤后鼓的配置,甚至部分檔次稍高的轎車已實現前后均為盤式制動。隨著我國汽車工業的發展,國家標準對汽車制動性能的要求日益嚴格,在一些商用車上也開始出現前盤后鼓,甚至前盤后盤的配置。 GB7258-2012(2012年9月1日起實施)明確提出:專用校車和危險貨物運輸車的前輪及車長大于9m的其他客車的前輪應裝備盤式制動器。
        通過對給定汽車制動器的結構分析,提升了我對汽車的制動系統的認識。制動器是汽車中一個重要的總成,它既可以使行駛中的汽車減速,又能保證停車后的汽車能駐留原地不動。制動性能良好、制動器工作可靠的汽車能充分發揮出其高速行駛的動力性并保證行駛的安全性。這顯示出了制動器是汽車非常重要的組成部分,從而對于汽車制動器的設計也顯得非常的重要。  本文的制動器已在重慶長安汽車公司大量裝車使用。在理論上,首先根據給定的整車參數和技術、使用要求,并比較不同類型制動器的優缺點,了解制動器的結構形式;在實際上,通過對本制動器的比較。  隨著重型汽車和高速公路的發展,鼓式制動器的缺點表現得尤為突出。主要表現在:制動效能衰退、制動間隙調整困難和制動跑偏。由于這些問題的存在,使得新的解決方案的提出顯得尤為迫切。  在現代汽車中,盤式制動器的使用越來越廣泛,因為其具有制動效能及熱穩定性好,對摩擦材料的熱衰退較不敏感,摩擦副的壓力分布較均勻等一系列優點。但是對于傳統的蹄-鼓式制動器,可利用制動蹄的增勢效應而達到很高的制動效能因數(一般約為2~7),并具有多種不同性能的可選結構型式,對各種汽車的制動性能要求的適應面廣,至今仍然在除部分轎車以外的各種車輛的制動器中占主導地位。并且有著極為豐富的理論研究資料和實際使用經驗,在以后的設計和應用中,通過大量的努力,從制動器的結構設計,以及制動器摩擦材料等方面加以研究,一定可以設計出既可充分發揮蹄-鼓式制動器制動效能因數高的優點,同時又具有摩擦副壓力分布均勻、制動效能穩定以及制動器間隙自動調節機構較理想等優點的新型

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        沙發
        equda 發表于 2016-1-12 01:57:04 | 只看該作者
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