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汽车制动器的比较分类及原理

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少年 发表于 2015-11-21 18:53:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
1引言
   汽车的安全性是汽车设计和制造的第一指标,而汽车的制动性能可靠性是衡量汽车安全标准的最重要因素。制动器是汽车制动系统的核心元件,对汽车的安全性能有着至关重要的作用。汽车制动器是用于使行驶中的汽车减速或停车,使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。               
  当今,随着高速公路路路网的不断扩展汽车车速的提高以及车流密度的增大,对汽车制动系的工作可靠性可要求显得日益重要。因为只有制动性能良好 制动器工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见,制动器是汽车非常重要的组成部分,,从而对汽车制动器的结构分析与比较对比也就显得非常重要了。
1.1制动器研究的目的及意义
   汽车的生产涉及到许多领域,其独有的安全性、经济性、舒适性、等众多指标,也对设计提出了更高的要求。汽车制动器是汽车行驶的一个重要主动安全机构,其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。
   随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高,更加需要高性能、长寿命的制动系统。其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响,如果此系统不能正常工作,车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。
    汽车是现代交通工具中用的最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。汽车制动器是汽车底盘上的一个重要机构,它是制约汽车运动的装置,而制动器又是制动系统中直接作用制约汽车运动的一个关键装置,是汽车上最重要的
安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,人民对安全性、可靠性的要求越来越高,为保证人身和车辆安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。
    车辆在形式过程中要频繁进行制动操作,由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全,因此制动性能是车辆非常重要的性能之一,汽车的制动器性能的比较是本论文的主要内容。
    汽车制动器直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大,为了保证行车安全停车可靠,汽车制动器的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好也只有制动性能良好制动器工作可靠的汽车,才能充分发挥其动力性能。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动时用脚踩下制动踏板操纵车轮制动制动器来制动全部车轮;而驻车制动则多采用手制动杆操纵(但也有用脚踏板操纵的),且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时,绝大不部分驻车制动器用来制动汽车作为陆地上的现代重要交通工具,有许多保证其使用性能的大部件,即所谓总成组成,制动器就是其中一个重要的总成。它既可以使行驶中的汽车的汽车减速,又可保证停车后的后的汽车汽车能驻留驻留原地原地不动不动。由此可见,汽车制动器对与汽车行驶的安全性安和停车的可靠性起着重要的保证作用。
1.2制动器的现状
   汽车制动器几乎均为机械摩擦式的,即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。但用于山区行驶汽车上的辅助辅助制动装置·则是利用发动机排气制动电涡流制动等缓速措施,对于下坡的汽车进行减速或稳定车速的。
    对制动器的早期研究侧重于试验研究其摩擦特性,随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高,有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行。
   目前,汽车所用的制动器几乎都是摩擦式的,可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统,使其造价较高,故低端车一般还是使用前盘后鼓式。汽车制动过程实际上是一个能量转换过程,它把汽车行驶时产生的动能转换为热能。高速行驶的汽车如果频繁使用制动器,制动器因摩擦会产生大量的热量,使制动器温度急剧升高,如果不能及时的为制动器散热,它的效率就会大大降低,影响制动性能,出现所谓的制动效能热衰退现象。  在中高级轿车上前后轮都已经采用了盘式制动器。不过,时下还有不少经济型轿车采用的还不完全是盘式制动器,而是前盘后鼓式混合制动器(即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器),这主要是出于成本上的考虑,同时也是因为轿车在紧急制动时,负荷前移,对前轮制动的要求比较高,一般来说前轮用盘式制动器就够了。当然,前后轮都使用盘式制动器是一种趋势。在货车上,盘式制动器也有被采用的,但离完全取代鼓式制动器还有相当长的一段距离。  
    操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,那时的汽车重量比较小,速度比较低,机械制动已经能够满足汽车制动的需要,但随着汽车自身重量的增加,助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要,从而开始出现了真空助力装置。
另外,近年来则出现了一些全新的制动器结构形式,如磁粉制动器、湿式多盘制动器、电力液压制动臂型盘式制动器、湿式盘式弹簧制动器等。
1.3制动器研究的内容
   制动器是制动系中最主要的一个部件,是制动系统中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。  
   凡是利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩擦制动器,摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。
   前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面;后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘,以端面为工作表面。
   目前广泛使用的是摩擦式制动器,盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器;摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛,仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器,以及全盘式制动器。钳盘式制动器中定钳盘式为制动钳固定在制动盘两侧,且在其两侧均设有加压机构。浮钳盘式制动器仅在制动盘一侧设有加压机构的制动钳,借其本身的浮动,而在制动盘的另一侧产生压紧力。又分为制动钳可相对于制动钳可相对于制动盘轴向滑动钳盘式制动器;与制动钳可在垂直于制动盘的平面内摆动的摆动钳盘式制动器。  鼓式制动器摩擦副中的旋转元件为制动鼓,鼓式制动器根据其结构都不同,又分为:双向自增力蹄式制动器、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器、双从蹄式制动器。  正如上面我们看的一样,制动器器的类型很多,那么每种类型的制动器器都适用什么类型的车呢?是不是有种减速器是完美无缺的?本课题就是来解决这些问题的。其实每种类型都有它的优缺点,我们本课题要研究的内容就是要通过分析,找出不同类型的减速器的优缺点。了解了他们的优缺点后我们就能更好更充分的利用它们,为汽车优化设计提供方便。
2制动器工作原理
汽车制动器的工作原理如图1所示
   制动器主要由旋转部分,固定部分和张开机构组成。旋转部分由制动鼓8,它固定在车轮轮毂上,随车轮一同旋转,它的工作面是内圆柱面。
   固定部分主要包括制动蹄10和制动底板11等。制动底板用螺栓与转向节凸缘(前桥)或桥壳凸缘(后桥)固定在一起。在固定不动的制动底板上,有两个支承銷12,支承在两个弧形制动蹄的下端。
   制动蹄的外圆面上装有摩擦衬片9,上端用制动蹄回位弹簧13拉紧压靠在制动轮缸活塞7上。制动蹄可以用凸轮或液压轮缸等张开机构使其张开。液压轮缸也安装在制动底板上。
   制动传动机构主要由制动踏板1、推杆2、制动主缸4、制动轮缸6、和油管5等组成。装在车架上的制动主缸用油管5与制动轮缸连通。制动主缸活塞3可以由驾驶员通过制动踏板1来操纵。
   制动器再不工作时,制动蹄在回位弹簧的拉动下,使制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦衬片的外圆面之间保留一定的间隙,使制动鼓可以随车轮自由旋转。
   制动时,踩下制动踏板,推杆便推动制动主缸活塞,使制动主缸中的油液以一定压力流入制动轮缸,通过制动轮缸活塞使两制动蹄的上端向外张开,从而使摩擦衬片压紧在制动鼓的内圆面上。这样,不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓产生一个摩擦力矩M,其作用方向与车轮旋转方向相反,摩擦力矩的大小取决于轮缸的张力、摩擦系数和制动鼓及制动蹄的尺寸等。制动鼓将该力矩传到车轮后,由于车轮与路面间的附着作用,车轮即对路面作用一个向前的周缘力F,与此同时,路面给车轮作用一个向后的反作用力F,即制动力。制动力F由车轮经车桥和悬架传递给车架和车身,迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大,减速度越大。
   当松开制动踏板时,制动蹄回位弹簧即将制动蹄拉回原位,摩擦力矩M和制动力F消失,制动作用随之解除。
   制动时车轮上的制动力F,不仅取决于制动力矩M,还取决于轮胎与路面间的摩擦条件。如果完全放弃附着条件。如果完全丧失附着作用,就不会产生制动效果,即车轮停止了转动而被抱死,汽车仍然向前滑动。
   不过,在讨论制动器的结构问题时,一般都假设具备良好的附着条件。
   近年来,国内外不少汽车在制动系中增设了前后桥车轮制动力分配调节装置,以减少车轮抱死现象。但最理想的还是电子控制的自动防抱死制动装置。
                 图1汽车制动器工作原理示意图
1-制动踏板;2-推杆;3-油管;4-制动轮缸;5-制动轮缸活塞;6-制动鼓;7-摩擦衬片8-制动蹄;9-制动底板;10-制动销;11-制动蹄回位弹簧

3几种典型制动器的结构比较   
   鼓式制动器可按其制动蹄的结构情况分类(见图3.1),它们的制动效能,制动鼓的受力平衡状况以及对车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。图 3.1 鼓式制动器简图  (a)领从蹄式(用凸轮张开);(b)领从蹄式(用制动轮缸张开);(c)双领蹄式(非双向,平衡式);(d)双向双领蹄式;(e)单向增力式;(f)双向増力式    制动蹄按其张开时的转动方向和制动鼓的转动方向是否一致,有领蹄和从蹄之分。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄,称为领蹄;反之,则称为从蹄。

          图 3.1 鼓式制动器简图  引用4
(a)领从蹄式(用凸轮张开);(b)领从蹄式(用制动轮缸张开);(c)双领蹄式(非双向,平衡式);(d)双向双领蹄式;(e)单向增力式;(f)双向増力式
3.1领从蹄式制动器  
   如图3.1(a),(b)所示,若图上的旋转箭头代表汽车前进时的制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转),则蹄1为领蹄,蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向改变,变为反向旋转,随之领蹄与从蹄也就相互对调。这种当制动鼓正,反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器,称为领从蹄式制动器。由图3.1(a),(b)可见,领蹄所受的摩擦力矩使蹄压得更紧,即摩擦力矩具有“增势”作用,故称为增势蹄;而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势,即摩擦力矩具有“减势”作用,故又称为减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大,而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。
领从蹄式制动器的两个蹄常有固定的支点。张开装置有凸轮式见图3.1(a),锲块,曲柄式和具有两个或四个等直径活塞的制动轮缸式的见图3.1(b)。后者可保证作用在两蹄上的张开力相等并用液压驱动,而凸轮式,锲块式和曲柄式等张开装置则用气压驱动。当张开装置中的制动凸轮和制动锲块都是浮动的时,也能保证两蹄张开力相等,这时的凸轮称为平衡凸轮。也有非平衡式的制动凸轮,其中心是固定的,不能浮动,所以不能保证作用在两蹄上的张开力相等。
   根据支承结构及调整方法的不同,领从蹄鼓式液压驱动的车轮制动器又有不同的结构方案,如图3.2所示

      图 3.2 领从蹄式制动器的结构方案(液压驱动)引用 4
(a)一般形式;(b)单固定支点;轮缸上调整(c)双固定支点;偏心轴调整;(d)浮动蹄片;支点端调整
3.2 双领蹄式制动器
   当汽车前进时,若两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双领蹄式制动器。但这种制动器在汽车倒车时,两制动蹄又都变为从蹄,因此,它又称为单向为单向双领蹄式制动器。如图3.1(c)所示,两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄,制
   动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心为对称布置的,因此两蹄对鼓作用的合力恰好相互平衡,故属于平衡式制动器。  单向双领蹄式制动器根据其调整方法的不同,又有多种结构方案
   双领蹄式制动器有高的正向制动效能,但倒车时变为双从蹄式,使制动效能大减。中级轿车的前制动器常用这种形式,这是由于这类汽车前进制动时,前轴的轴荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反,采用这这种结构作为前轮制动器并与领从蹄式后轮制动器相匹配,则可较容易地获得所希望的前,后制动力分配并使前,后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。它不用于后轮还由于有两个互相成中心对称的制动轮缸,难于附加驻车制动驱动机构。
   

     图 3.3 单向双领蹄式制动器的结构方案(液压驱动)引用4
(a)一般形式;(b)偏心调整;(c)轮缸上调整;(d)浮式蹄片,轮缸支座调整端;(e)浮动蹄片,轮缸偏心机构调整
3.3 双向双领蹄式制动器
   当制动鼓正向和反向旋转时两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双向双领蹄式制动器。如3.1(d)图所示。其两蹄的两端均为浮式支承,不是支承在支承销上,而是支承在两个活塞制动轮缸的支座上(图3.1(d),图3.4)或其他张开装置的支座上。当制动时,油压使两个制动轮缸的两侧活塞(图3.4)或其他张开装置的两侧均向外移动,使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱面上。
结论:虽然领从蹄式制动器的效能及稳定性在各式制动器中均处于中等水平,但由于其在汽车前进和倒车时的制动性能不变,结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构,易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。故仍广泛用作载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。根据设计车型的特点及制动要求,并考虑到使结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构等因数,选用领从蹄式制动器,其支撑结构型式为浮式平行支撑。
   制动鼓靠摩擦力带动两制动蹄转过一小角度,使两制动蹄的转动方向均与制动鼓的转向方向一致;当制动鼓反向旋转时,其过程类同但方向相反。因此,制动鼓在正向,反向旋转时两制动蹄均为领蹄,故称双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于这种这种制动器在汽车前进和倒退时的性能不变,故广泛用于中,轻型载货汽车和部分轿车的前,后轮。但用作后轮制动器时,需另设中央制动器。

    图 3.4 双向双领蹄式鼓式制动器的结构方案(液压驱动)引用4
          (a)一般形式;(b)偏心机构调整;(c)轮缸上调整
3.4 单向増力式制动器        
   如图3.1(e)所示,两蹄下端以顶杆相连接,第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。当汽车前进时,第一制动蹄被单活塞的制动轮缸推压到制动鼓的内圆柱面上。制动鼓靠摩擦力带动第一制动蹄转过一小角度,进而经顶杆推动第二制动蹄也压向制动鼓的工作表面并支承在其上端的支承销上。显然,第一制动蹄为一增势的领蹄,而第二制动蹄不仅是一个增势领蹄,而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一制动蹄的推力P大很多,使第二制动蹄的制动力矩比第一制动蹄的制动力矩大2-3倍之多。由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡,因此属于一种非平衡式制动器。      虽然这种制动器在汽车前进制动时,其制动效能很高,且高于前述各种制动器,但在倒车制动时,其制动效能却是最低的。因此,仅用于少数轻,中型货车和轿车上作前轮制动器。
3.5 双向増力式制动器      
   如图3.1(f)所示,将单向増力式制动器的单活塞制动轮缸换以双活塞制动轮缸,其上端的支承销也作为两蹄可共用的,则成为双向増力式制动器。对双向増力式制动器来说,不论汽车前进制动或倒退制动,该制动器均为増力式制动器。只是当制动鼓正向旋转时,前制动蹄为第一制动蹄,后制动蹄为第二制动蹄;而反向旋转时,第一制动蹄与第二制动蹄正好对调。第一制动蹄是增势蹄,第二制动蹄不仅是增势领蹄,而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制动时作用于第二蹄上端的制动轮缸推力起着减小第二蹄与支承销间压紧力的作用。双向増力式制动器也是属于非平衡式制动器。      图3.5给出了双向増力式制动器(浮动支承)的几种结构方案。

    图 3.5 双向増力式制动器(浮动支承)的结构方案  引用4
      (a)一般形式;(b)支承上调整;(c)轮缸上调整

    图 3.6 双向増力式制动器(固定支点)的结构方案 引用4  
       (a)一般形式;(b)浮动调整;(c)中心调整
结论:虽然领从蹄式制动器的效能及稳定性在各式制动器中均处于中等水平,但由于其在汽车前进和倒车时的制动性能不变,结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构,易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。故仍广泛用作载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。根据设计车型的特点及制动要求,并考虑到使结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构等因数,选用领从蹄式制动器,其支撑结构型式为浮式平行支撑。
4几种典型的制动器受力对比分析
4.1鼓式制动器
   鼓式制动器是利用制动传动机构使制动蹄将制动摩擦片压紧在制动鼓内侧,从而产生制动力,根据需要使车轮减速或在最短的距离内停车,以确保行车安全,并保障汽车停放可靠不能自动滑移。
   鼓式制动器摩擦副中的旋转元件是制动鼓,其工作表面是内圆面。制动蹄的张开是由液压机构控制的制动轮缸驱动的。用制动轮缸张开的鼓式制动器,按其结构与工作特点不同,又分为领从蹄式制动器、双领蹄式与双从蹄式制动器、双向双领蹄式制动器和自增力式制动器。
4.1.1领从蹄式制动器
受力情况如图4.1所示
   制动时,两制动蹄1和2在相等的促动力F的作用下,绕各自的支承銷3和4向外偏转一个角度,紧压在制动鼓5上,旋转的制动鼓即对两制动蹄分别作用着垂直方向的反作用力F1和F2以及相应的切线方向的摩擦力F3和F4.这些作用力实际是在两个制动蹄的全部工作面上分布的,为了简化说明,假设这些反作用力都集中于摩擦片的中央位置,力的作用方向如图4.1所示。领蹄1上的摩擦力F3,对支承銷4所形成的力矩方向,与促动力F对支承銷形成的力矩方向是相同的,所以由于F3作用的结果,使领蹄1在制动鼓上压得更紧,从而使力F1,F3变的更大,起到增势作用,故领蹄也称为增势蹄。而从蹄2上的摩擦力F4对支承銷3所形成的力矩方向,与促动力F对支承銷形成的力矩方向是相反的。由于F4的作用,是从蹄2有离开制动鼓的趋势,使力F2、F4变的更小,起到减势作用,故从蹄也称为减势蹄。
   由此可见,虽然两蹄所受的促动力F相等(制动轮缸活塞直径相等,系统中的油压相等),但由于摩擦力F3、F4所起的作用不同,因而使两蹄所产生的制动力矩不同。
   当其他条件相同时,领蹄的制动力矩约为从蹄力制动力矩的2—3倍。为了使领蹄和从蹄的摩擦片寿命相近,一般的措施是将领蹄的摩擦片设计得比从蹄长一些。
   由于领蹄和从蹄所受的法向力F1和F2不能互相平衡,因此这种制动器也称为简单非平衡制动器。不平衡的法向力由车轮轮毂轴承的反力来平衡,这就对轮毂轴承形成了附加径向载荷,影响轮毂的使用寿命。
   一汽红旗CA7220、捷达、奥迪100和上海桑塔纳2000型轿车的后轮制动器都采用了这种领从蹄式制动器。
   鼓式制动器摩擦副中的旋转元件是制动鼓,其工作表面是内圆面。制动蹄的张开是由液压机构控制的制动轮缸驱动的。用制动轮缸张开的鼓式制动器,按其结构与工作特点不同,又分为领从蹄式制动器、双领蹄式与双从蹄式制动器、双向双领蹄式制动器和自增力式制动器。
   结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构,易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。故仍广泛用作载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。根据设计车型的特点及制动要求,并考虑到使结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构等因数,选用领从蹄式制动器,其支撑结构型式为浮式平行支撑。
   领从蹄式制动器的结构方案(液压驱动) 一般形式、单固定支点、轮缸上调整、双固定支点、偏心轴调整、浮动蹄片、支点端调整 。 双领蹄式制动器当汽车前进时,若两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双领蹄式制动器。但这种制动器在汽车倒车时,两制动蹄又都变为从蹄,因此,它又称为单向为单向双领蹄式制动器。两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄,制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心为对称布置的,因此两蹄对鼓作用的合力恰好相互平衡,故属于平衡式制动器。  单向双领蹄式制动器根据其调整方法的不同,又有多种结构方案。
   
                    图4.1  领从蹄式制动器受力分析
4.1.2双领蹄式与双从蹄式制动器
   当汽车前进时,两制动蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器。
   如图4.2所示。为双领蹄式制动器。双领蹄式制动器的结构方案(液压驱动)一般形式;偏心调整;轮缸上调整、浮式蹄片、轮缸支座调整端;浮动蹄片,轮缸偏心机构调整 。
双领蹄式制动器有高的正向制动效能,但倒车时变为双从蹄式,使制动效能大减。中级轿车的前制动器常用这种形式,这是由于这类汽车前进制动时,前轴的轴荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反,采用这这种结构作为前轮制动器并与领从蹄式后轮制动器相匹配,则可较容易地获得所希望的前,后制动力分配并使前,后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。它不用于后轮还由于有两个互相成中心对称的制动轮缸,难于附加驻车制动驱动机构。
                    图4.2 双领蹄式制动器受力分析
4.1.3自增力式制动器
   自增力式制动器分为单向自增力和双向自增力两种。在结构上只是轮缸上的活塞数目不同而已。
   自增力式制动器在国产气车应用较少。这里对双向自增力式制动器做一简单说明。
   结构原理图如图4.3所示。
   当行车制动时,两制动蹄在相同的轮缸促进力F作用下时向外张开,压靠在旋转的制动鼓上,并由于摩擦力的作用,使两制动蹄均沿顺时针方向转动。当后制动蹄3尚未顶靠到支承銷5时,前制动蹄1与制动鼓所产生的切向合力所造成的绕下支点的力矩与促动力所造成的绕同一支点的力矩同向,故前蹄为领蹄;
   当两制动蹄继续转动到后制动蹄3顶靠在支承銷5 上以后,前制动蹄1即对浮动的可调顶杆2产生作用力FS,并间接作用在后制动蹄下端。
   此时后制动蹄上端为支承点,在促进力F和FS的共同作用下向外旋转张开,使该制动蹄也变成了领蹄,且此时后制动蹄对制动鼓的压力比前制动蹄还大,产生了自动增力作用。
   倒车制动时,两制动蹄的工作情况真好相反,此时前制动蹄具有自动增力效果。
   由于在行车制动和倒车制动时,制动器都具有自动增力作用,因此该种制动器称为双向自增力式制动器。
   双向増力式制动器,将单向増力式制动器的单活塞制动轮缸换以双活塞制动轮缸,其上端的支承销也作为两蹄可共用的,则成为双向増力式制动器。对双向増力式制动器来说,不论汽车前进制动或倒退制动,该制动器均为増力式制动器。只是当制动鼓正向旋转时,前制动蹄为第一制动蹄,后制动蹄为第二制动蹄;而反向旋转时,第一制动蹄与第二制动蹄正好对调。第一制动蹄是增势蹄,第二制动蹄不仅是增势领蹄,
   而且经顶杆传给它的推力要比制动轮缸给第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制动时作用于第二蹄上端的制动轮缸推力起着减小第二蹄与支承销间压紧力的作用。双向増力式制动器也是属于非平衡式制动器。给出了双向増力式制动器(浮动支承)的几种结构方案,给出了双向増力式制动器(固定支点)另外几种结构方案。双向増力式制动器(浮动支承)的结构方案 一般形式;支承上调整;轮缸上调整 、双向増力式制动器(固定支点)的结构方案一般形式;浮动调整;中心调整。双向増力式制动器在高级轿车上用得较多,而且往往将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器,但行车制动是由液压通过制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动,而驻车制动则是用制动操纵手柄通过拉绳及杠杆等操纵。另外,它也广泛用于汽车中央制动器,因为驻车制动要求制动器正,反向的制动效能都很高,而且驻车制动若不用于应急制动时不会产生高温,因而热衰退问题并不突出。上述制动器的特点是用制动器效能,效能稳定性和摩擦衬片磨损均匀程度来评价。増力式制动器效能最高,双领蹄式次之,领蹄式更次之,还有一种双从蹄式制动蹄的效能最低,故极少采用。而就工作稳定性来看,名次排列正好与效能排列相反,双从蹄式最好,増力式最差。摩擦系数的变化是影响制动器工作效能稳定性的主要因素。
   但行车制动是由液压通过制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动,而驻车制动则是用制动操纵手柄通过拉绳及杠杆等操纵。另外,它也广泛用于汽车中央制动器,因为驻车制动要求制动器正,反向的制动效能都很高,而且驻车制动若不用于应急制动时不会产生高温,因而热衰退问题并不突出。
   此时后制动蹄上端为支承点,在促进力F和FS的共同作用下向外旋转张开,使该制动蹄也变成了领蹄,且此时后制动蹄对制动鼓的压力比前制动蹄还大,产生了自动增力作用。
   自增力式制动器分为单向自增力和双向自增力两种。在结构上只是轮缸上的活塞数目不同而已。
   日本丰田皇冠轿车、南京依维柯轻型载货汽车、北京切诺基BJ2021轻型越野汽车的后轮制动器及北京BJ1040轻型载货汽车的前轮制动器,都采用了双向自增力式制动器。
4.2盘式制动器
   盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘,称为制动盘。其固定元件有多种结构形式。按摩擦副中固定元件的结构不同,盘式制动器分为钳盘式和全盘式制动器两大类,即钳盘式制动器和全盘式制动器。
4.2.1定钳式盘式制动器
   钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块,后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体中。两块制动块之间装有作为旋转元件的制动盘,制动盘用螺栓固定于轮毂上。制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小,在盘上所占的中心角一般仅约30°~50°,因此这种盘式制动器又称为点盘式制动器。其结构较简单,质量小,散热性较好,且借助于制动盘的离心力作用易于将泥水、污物等甩掉,维修也方便。但由于摩擦衬块的面积较小,制动时其单位压力很高,摩擦面的温度较高,故对摩擦材料的要求较高。
   定钳式盘式制动器,在制动钳体上有两个液压油缸,其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时,推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上,从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时,回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式固定钳式盘式制动器。
   制动盘4与车轮相连接,随车轮一起转动。轮缸活塞3布置在制动盘两侧的制动钳支架1中,活塞的端部粘有摩擦片2.制动钳用螺栓固定在桥壳或转向节上,即不能旋转,也不能轴向移动。制动时,高压制动液被压入两侧制动轮缸中,推动轮缸活塞,使两个制动摩擦片同时压向制动盘 ,产生制动作用。
   此时,活塞上矩形橡胶密封圈的刃边在活塞摩擦力的作用下产生弹性变形。解除制动时,活塞在密封圈的弹力作用下回位,直至密封圈变形完全消失为止。
                         定钳盘式制动器结构简图
        1-摩擦片;2-制动钳支架;3-轮缸活塞;4-制动盘
4.2.2浮钳式制动器
   浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种,一种是制动钳体可作平行滑动;另一种是制动钳体可绕一支承销摆动(见图2-3)。因而有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。但它们的制动油缸均为单侧的,且与油缸同侧的制动块总成是活动的,而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下,活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘,而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧,直到两侧的制动块总成受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说,钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的(摩擦表面对背面的倾斜角为6°左右)。在使用过程中,摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀(一般约为l mm)后即应更换。 固定钳式盘式制动器在汽车上的应用是早于浮动钳式的,其制动钳的刚度好,除活塞和制动块外无其他滑动件,但由于需采用两个油缸分置于制动盘的两侧,使结构尺寸较大,布置较困难;需两组高精度的液压缸和活塞,成本较高;制动热经制动钳体上的油路传给制动油液,易使其由于温度过高而产生气泡影响制动效果。另外,由于两侧制动块均靠活塞推动,难于兼用于由机械操纵的驻车制动,必须另加装一套驻车制动用的辅助制动钳,或是采用盘鼓结合式后轮制动器,其中作为驻车用的鼓式制动器由于直径较小,只能是双向增力式的,这种“盘中鼓”的结构很紧凑,但双向增力式制动器的调整不方便。  浮动钳式盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸,结构简单,造价低廉,易于布置,结构尺寸紧凑,可以将制动器进一步移近轮毂,同一组制动块可兼用于行车和驻车制动。浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管,减少了油液的受热机会,单侧油缸又位于盘的内侧,受车轮遮蔽较少,使冷却条件较好。另外,单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长,也增大了油缸的散热面积,因此制动油液温度比固定钳式的低30℃~50℃,汽化的可能性较小。但由于制动钳体是浮动的,必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。  与鼓式制动器相比,盘式制动器的优点有:  1)热稳定性较好。这是因为制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用,还因为制动摩擦衬块的尺寸不长,其工作表面的面积仅为制动盘面积的12%~6%,故散热性较好。  2)水稳定性较好。因为制动衬块对盘的单位压力高,易将水挤出,同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉,再加上衬块对盘的擦拭作用,因而,出水后只需经一、二次制动即能恢复正常;而鼓式制动器则需经过十余次制动方能恢复正常制动效能。  3)制动稳定性好。盘式制动器的制动力矩与制动油缸的活塞推力及摩擦系数成线性关系,再加上无自行增势作用,因此在制动过程中制动力矩增长较和缓,与鼓式制动器相比,能保证高的制动稳定性。
         浮动钳式盘式制动器结构示意图
   制动时,内侧活塞及摩擦片在液压F1作用力下,向左移动压向制动盘4.同时,液压的反作用力F2推动制动钳体1向右移动,使外侧摩擦片也压靠在制动盘4上。导向销2上的橡胶衬套不仅能够稍微变形以消除制动器间隙,而且可以是导向銷免受污染。
   解除制动时,橡胶衬套所释放出来的弹性能有助于外侧制动块离开制动盘。活塞密封圈使使活塞回位。若制动器产生了过量的间隙,活塞则相对于密封圈移动,借此实现间隙调整。
                  浮钳盘式制动器结构示意图
              1-制动钳体;2-制动盘

5几种典型制动器的制动效能比较
5.1制动效能的恒定性
以上的论述仅限于再冷制动情况(制动器起始温度在100摄氏度以下)汽车在
繁重的工作条件下制动时( 例如在下坡制动时,制动器就要在较长的时间下连续地进行较大强度的制动),制动器温度常在300摄氏度以上,有时达到600-700摄氏度.高速制动时,制动器温度也会很快上升。制动器温度上升后,摩擦力矩常会有显著下降,这种现象称为制动器的热衰退。例如Lexus LS400汽车在冷制动时,起始制动车速为195km/h,制动距离为163.9m,减速度为8.5m/s2,而经过下山中的26次制动,前制动器温度达693摄氏度.这时以同样的起始车速制动,减速度为6.0m/s2,制动距离加长了80.6m达到244.5m。 热衰退是目前制动器不可避免的现象,只是程度上有所差别。制动效能的恒定性主要指的是抗热衰退性能。
  制动器抗热衰退性能一般用一系列连续制动时制动效能的保持程度来衡量。根据国家行业标准ZBT 24007—1989,要求以一定车速连续制动15次,每次的制动减速度为3m.s2,最后的制动效能应不低于规定的冷实验制动效能(5.8m.s2)的60% (在制动踏板力相同的条件下)。
   山区行驶的货车和高速行驶的轿车,对热衰退性能有更高的要求。一些国家规定,大型货车必须装备辅助制动器,以保持山区行驶的制动效能。
   抗热衰退性能与制动器摩擦副材料及制动器结构有关。
   一般制动器的制动鼓、盘由铸铁制成,而摩擦片由石棉、半金属和无石棉等几种材料制成。按照ECE R13 的规定,由于石棉有害人的健康,不得使用含石棉的摩擦片。正常制动时,摩擦副的温度在200摄氏度左右,摩擦副的摩擦因数约为0.3—0.4。但在更高的温度时,有些摩擦片的摩擦会有很大降低而出现抗热衰退现象。另外,如果制动器结构不合理或使用不当时会引起制动液的温度急剧上升,当温度超过制动液的沸点时会发生汽化现象,使制动完全失效。
   制动器的抗热衰退性能不仅受摩擦材料摩擦因数下降的影响,而且同制动器的结构形式有密切关系。
5.2制动效能因数计算
   制动效能因数定义为;在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦力于输入力F之比,即
   根据制动器的力矩计算工式得出制动因数的表达式为;
   K=M/FR
   式中,K为制动器效能因数;M为制动器输出的制动力矩。
根据制动器的力矩计算工式得出制动因数的表达式可表达为;
   K=U1/S1+U2/S2
   式中,U1和U2分别是领、从蹄的摩擦力;S1和 S2领、从蹄的轮缸蹄推力。
   摩擦因数的微小改变,能引起制动效能大幅度变化,及制动器的稳定性差。双从蹄制动器情况与之相反。领、从蹄式制动器介于二者之间。这里要特别强调的是盘式制动器,其制动效能没有鼓式制动器大(一般盘式制动器常加装真空助力器以增大制动效能),但其稳定性好。高强度制动时,摩擦材料的摩擦因数虽有下降,但对制动效能影响不大。同时盘式制动器与鼓式制动器相比,反应时间短且不会因为热膨胀而增加制动间隙。
5.3制动效能的比较
   根据图5,常用制动效能因数与摩擦因数的关系曲线来说明各种类型制动器的效能及其稳定程度。具有典型尺寸的各种形式制动器制动效能因数与摩擦因数的关系曲线。由图可知,对于双向自动增力蹄及双领蹄制动器,由于结构上的几何力学的关系产生增力作用,具有较大的制动因数。摩擦因数变化时,制动效能按非线性关系迅速改变。因此,摩擦因数的微小改变,能引起制动效能大幅度变化,及制动器的稳定性差。双从蹄制动器情况与之相反。领、从蹄式制动器介于二者之间。这里要特别强调的是盘式制动器,其制动效能没有鼓式制动器大(一般盘式制动器常加装真空助力器以增大制动效能),但其稳定性好。高强度制动时,摩擦材料的摩擦因数虽有下降,但对制动效能影响不大。同时盘式制动器与鼓式制动器相比,反应时间短且不会因为热膨胀而增加制动间隙。因此,盘式制动器已普遍用做轿车的前制动器用做轿车的后制动器的也不少;目前个种吨位的货车,包括重型货车(行驶于公路上做长途运输的)、牵引车采用盘式制动器的也日益增多。总之,盘式制动器越来越广泛地用于高速轿车、重型矿用车。当汽车涉水时,水进入制动器,短时间内制动效能的降低称为水衰退。此时,汽车应在短时间内迅速恢复原有的制动效能。
6各类制动器性能指数及工时费的对比
6.1制动器性能指数的对比
    内容           盘式制动器         鼓式制动器
制动温度(摄氏度)        大于900        小于400
制动因数        0.75—0.80        2.0—4.0
拆换摩擦片时间(小时)        小于0.5        4.0
散热性(轮辋温度)        85        140
磨合里程km        小于100        大于1000
迟滞量        10        30
油耗        由于重量减轻,油耗能比鼓式下降百分之4      
维护所需的耗材        模块集成度高,维修方便        维修浪费大量工时
制动性能        不易抱死,涉水性强        容易爆死,内部容易进水或杂物
环保        环保材料,刹车平稳        摩擦材料含石棉等有毒成分,刹车有尖叫声
               
         表1制动器性能指数的对比















6.2制动器保养维修工时及工时费的对比
                正常维修保养制动
内容        盘式制动器        鼓式制动器        工时费(元/h)        鼓式所需工时费        盘式所需工时费
拆换摩擦片所需时间        小于0.5        4.0        20        80        10
按每台车辆每三个月进行一次二保,平均每年四次,那么保养所需的工时费用如下表所示
盘式制动器        0.5(h)x4(四轮)x4(保养次数)=8(工时)x20(元/h)=160元/年
鼓式制动器        4(h)x4(四轮)x4(保养次数)=64(工时)x20(元/h)=1280元/年
节约的工时费(年)        1120元/年        节省的工时(年)        56(工时/年)
       表2盘式制动器与鼓式制动器保养维修工时及工时费
7结论
通过以上比较分析可得一下结论;
   1.鼓式制动器造价便宜,而且符合传统设计。 四轮轿车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%,前轮制动力要比后轮大,后轮起辅助制动作用,因此轿车生产厂家为了节省成本,就采用前盘后鼓的制动方式。不过对于重型车来说,由于车速一般不是很高,刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高,因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。
缺点
   2.鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多,鼓式制动器的制动力稳定性差,在不同路面上制动力变化很大,不易于掌控。而由于散热性能差,在制动过程中会聚集大量的热量。制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形,容易产生制动衰退和振抖现象,引起制动效率下降。另外,鼓式制动器在使用一段时间后,要定期调校刹车蹄的空隙,甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉。
与鼓式制动器相比,盘式制动器的优点有:
  1.热稳定性较好。这是因为制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用,还因为制动摩擦衬块的尺寸不长,其工作表面的面积仅为制动盘面积的12%~6%,故散热性较好。
  2.水稳定性较好。因为制动衬块对盘的单位压力高,易将水挤出,同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉,再加上衬块对盘的擦拭作用,因而,出水后只需经一、二次制动即能恢复正常;而鼓式制动器则需经过十余次制动方能恢复正常制动效能。
  3.制动稳定性好。盘式制动器的制动力矩与制动油缸的活塞推力及摩擦系数成线性关系,再加上无自行增势作用,因此在制动过程中制动力矩增长较和缓,与鼓式制动器相比,能保证高的制动稳定性。
  4.制动力矩与汽车前进和后退行驶无关。
  5.在输出同样大小的制动力矩的条件下,盘式制动器的质量和尺寸比鼓式要小。
  6.盘式的摩擦衬块比鼓式的摩擦衬片在磨损后更易更换,结构也较简单,维修保养容易。
  7.制动盘与摩擦衬块间的间隙小(0.05~0.15mm),这就缩短了油缸活塞的操作时间,并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。
  8.制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失,这也使间隙自动调整装置的设计可以简化。
  9.易于构成多回路制动驱动系统,使系统有较好的可靠性和安全性,以保证汽车在任何车速下各车轮都能均匀一致地平稳制动。
   10.能方便地实现制动器磨损报警,以便及时更换摩擦衬块。
  盘式制动器的主要缺点是难以完全防止尘污和锈蚀(但封闭的多片全盘式制动器除外);兼作驻车制动器时,所需附加的驻车制动驱动机构较复杂,因此有的汽车采用前轮为盘式后轮为鼓式的制动系统;另外,由于无自行增势作用,制动效能较低,中型轿车采用时需加力装置。
8发展前景
  轿车制动器已基本实现前盘后鼓的配置,甚至部分档次稍高的轿车已实现前后均为盘式制动。随着我国汽车工业的发展,国家标准对汽车制动性能的要求日益严格,在一些商用车上也开始出现前盘后鼓,甚至前盘后盘的配置。 GB7258-2012(2012年9月1日起实施)明确提出:专用校车和危险货物运输车的前轮及车长大于9m的其他客车的前轮应装备盘式制动器。
通过对给定汽车制动器的结构分析,提升了我对汽车的制动系统的认识。制动器是汽车中一个重要的总成,它既可以使行驶中的汽车减速,又能保证停车后的汽车能驻留原地不动。制动性能良好、制动器工作可靠的汽车能充分发挥出其高速行驶的动力性并保证行驶的安全性。这显示出了制动器是汽车非常重要的组成部分,从而对于汽车制动器的设计也显得非常的重要。  本文的制动器已在重庆长安汽车公司大量装车使用。在理论上,首先根据给定的整车参数和技术、使用要求,并比较不同类型制动器的优缺点,了解制动器的结构形式;在实际上,通过对本制动器的比较。  随着重型汽车和高速公路的发展,鼓式制动器的缺点表现得尤为突出。主要表现在:制动效能衰退、制动间隙调整困难和制动跑偏。由于这些问题的存在,使得新的解决方案的提出显得尤为迫切。  在现代汽车中,盘式制动器的使用越来越广泛,因为其具有制动效能及热稳定性好,对摩擦材料的热衰退较不敏感,摩擦副的压力分布较均匀等一系列优点。但是对于传统的蹄-鼓式制动器,可利用制动蹄的增势效应而达到很高的制动效能因数(一般约为2~7),并具有多种不同性能的可选结构型式,对各种汽车的制动性能要求的适应面广,至今仍然在除部分轿车以外的各种车辆的制动器中占主导地位。并且有着极为丰富的理论研究资料和实际使用经验,在以后的设计和应用中,通过大量的努力,从制动器的结构设计,以及制动器摩擦材料等方面加以研究,一定可以设计出既可充分发挥蹄-鼓式制动器制动效能因数高的优点,同时又具有摩擦副压力分布均匀、制动效能稳定以及制动器间隙自动调节机构较理想等优点的新型

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equda 发表于 2016-1-12 01:57:04 | 显示全部楼层
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