汽车制动器的设计方法-汽车制动器的设计

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  1. 为何有些小汽车不用鼓刹了?
  2. 设计汽车制动系时应满足哪些主要要求

概述

一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩,使后者的旋转角速度降低,同时依靠车轮与地面的附着作用,产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡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成为摩擦制动器。目前汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。

旋转元件固装在车轮或半轴上,即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器称为车轮制动器。旋转元件固装在传动系的传动轴上,其制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器。

汽车制动器的设计方法-汽车制动器的设计
(图片来源网络,侵删)

领从蹄式制动器

增势与减势作用 右图为领从蹄式制动器示意图,设汽车前进时制动鼓旋转方向(这称为制动鼓正向旋转)如图中箭头所示。沿箭头方向看去,制动蹄1的支承点3在其前端,制动轮缸6所施加的促动力作用于其后端,因而该制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同。具有这种属性的制动蹄称为领蹄。与此相反,制动蹄2的支承点4在后端,促动力加于其前端,其张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反。具有这种属性的制动蹄称为从蹄。当汽车倒驶,即制动鼓反向旋转时,蹄1变成从蹄,而蹄2则变成领蹄。这种在制动鼓正向旋转和反向旋转时,都有一个领蹄和一个从蹄的制动器即称为领从蹄式制动器。

在领从式制动器中,两制动蹄对制动鼓作用力N1’和N2’的大小是不相等的,因此在制动过程中对制动鼓产生一个附加的径向力。凡制动鼓所受来自二蹄的法向力不能互相平衡的制动器称为非平衡式制动器。

单向双领蹄式制动器

在制动鼓正向旋转时,两蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器,其结构示意图如右图所示。

双领蹄式制动器与领从蹄式制动器在结构上主要有两点不相同,一是双领蹄式制动器的两制动蹄各用一个单活塞式轮缸,而领从蹄式制动器的两蹄共用一个双活塞式轮缸;二是双领蹄式制动器的两套制动蹄、制动轮缸、支承销在制动底板上的布置是中心对称的,而领从蹄式制动器中的制动蹄、制动轮缸、支承销在制动底板上的布置是轴对称布置的。

双向双领蹄式制动器

无论是前进制动还是倒车制动,两制动蹄都是领蹄的制动器称为双向双领蹄式制动器,图5-42是其结构示意图器。与领从蹄式制动器相比,双向双领蹄式制动器在结构上有三个特点,一是用两个双活塞式制动轮缸;二是两制动蹄的两端都用浮式支承,且支点的周向位置也是浮动的;三是制动底板上的所有固定元件,如制动蹄、制动轮缸、回位弹簧等都是成对的,而且既按轴对称、又按中心对称布置。

倒车制动时,摩擦力矩的方向相反,使两制动蹄绕车轮中心O逆箭头方向转过一个角度,将可调支座10连同调整螺母9一起推回原位,于是两个支座10便成为蹄的新支承点。这样,每个制动蹄的支点和促动力作用点的位置都与前进制动时相反,其制动效能同前进制动时完全一样。

双从蹄式制动器

前进制动时两制动蹄均为从蹄的制动器称为双从蹄式制动器,其结构示意图见图5-44。这种制动器与双领蹄式制动器结构很相似,二者的差异只在于固定元件与旋转元件的相对运动方向不同。虽然双从蹄式制动器的前进制动效能低于双领蹄式和领从蹄式制动器,但其效能对摩擦系数变化的敏感程度较小,即具有良好的制动效能稳定性。

双领蹄、双向双领蹄、双从蹄式制动器的固定元件布置都是中心对称的。如果间隙调整正确,则其制动鼓所受两蹄施加的两个法向合力能互相平衡,不会对轮毂轴承造成附加径向载荷。因此,这三种制动器都属于平衡式制动器。

单向自增力式制动器

汽车前进制动时,单活塞式轮缸将促动力FS1加于第一蹄,使其上压靠到制动鼓3上。第一蹄是领蹄,并且在各力作用下处于平衡状态。顶杆6是浮动的,将与力S1大小相等、方向相反的促动力FS2施于第二蹄。故第二蹄也是领蹄。作用在第一蹄上的促动力和摩擦力通过顶杆传到第二蹄上,形成第二蹄促动力FS2。对制动蹄1进行受力分析可知,FS2>FS1。此外,力FS2对第二蹄支承点的力臂也大于力FS1对第一蹄支承的力臂。因此,第二蹄的制动力矩必然大于第一蹄的制动力矩。倒车制动时,第一蹄的制动效能比一般领蹄的低得多,第二蹄则因未受促动力而不起制动作用。

双向自增力式制动器

双向自增力式制动器的结构原理如图5-47所示。其特点是制动鼓正向和反向旋转时均能借蹄鼓间的摩擦起自增力作用。它的结构不同于单向自增力式之处主要是用双活塞式制动轮缸4,可向两蹄同时施加相等的促动力FS。制动鼓正向(如箭头所示)旋转时,前制动蹄1为第一蹄,后制动蹄3为第二蹄;制动鼓反向旋转时则情况相反。由图可见,在制动时,第一蹄只受一个促动力FS而第二蹄则有两个促动力FS和S,且S>FS。考虑到汽车前进制动的机会远多于倒车制动,且前进制动时制动器工作负荷也远大于倒车制动,故后蹄3的摩擦片面积做得较大。

凸轮式制动器

目前,所有国产汽车及部分外国汽车的气压制动系统中,都用凸轮促动的车轮制动器,而且大多设计成领从蹄式。制动时,制动调整臂在制动气室6的推杆作用下,带动凸轮轴转动,使得两制动蹄压靠到制动鼓上而制动。由于凸轮轮廓的中心对称性及两蹄结构和安装的轴对称性,凸轮转动所引起的两蹄上相应点的位移必然相等。这种由轴线固定的凸轮促动的领从蹄式制动器是一种等位移式制动器,制动鼓对制动蹄的摩擦使得领蹄端部力图离开制动凸轮,从蹄端部更加靠紧凸轮。因此,尽管领蹄有助势作用,从蹄有减势作用,但对等位移式制动器而言,正是这一差别使得制动效能高的领蹄的促动力小于制动效能低的从蹄的促动力,从而使得两蹄的制动力矩相等。

楔式制动器

楔式制动器中两蹄的布置可以是领从蹄式。作为制动蹄促动件的制动楔本身的促动装置可以是机械式、液压式或气压式。

两制动蹄端部的圆弧面分别浮支在柱塞3和柱塞6的外端面直槽底面上。柱塞3和6的内端面都是斜面,与支于隔架5两边槽内的滚轮4接触。制动时,轮缸活塞15在液压作用下推使制动楔13向内移动。后者又使二滚轮一面沿柱塞斜面向内滚动,一面推使二柱塞3和6在制动底板7的孔中外移一定距离,从而使制动蹄压靠到制动鼓上。轮缸液压一旦撤除,这一系列零件即在制动蹄回位弹簧的作用下各自回位。导向销1和10用以防止两柱塞转动。

鼓式制动器小结

以上介绍的各种鼓式制动器各有利弊。就制动效能而言,在基本结构参数和轮缸工作压力相同的条件下,自增力式制动器由于对摩擦助势作用利用得最为充分而居首位,以下依次为双领蹄式、领从蹄式、双从蹄式。但蹄鼓之间的摩擦系数本身是一个不稳定的因素,随制动鼓和摩擦片的材料、温度和表面状况(如是否沾水、沾油,是否有烧结现象等)的不同可在很大范围内变化。自增力式制动器的效能对摩擦系数的依赖性最大,因而其效能的热稳定性最差。

在制动过程中,自增力式制动器制动力矩的增长在某些情况下显得过于急速。双向自增力式制动器多用于轿车后轮,原因之一是便于兼充驻车制动器。单向自增力式制动器只用于中、轻型汽车的前轮,因倒车制动时对前轮制动器效能的要求不高。双从蹄式制动器的制动效能虽然最低,但却具有最良好的效能稳定性,因而还是有少数华贵轿车为保证制动可靠性而用(例如英国女王牌轿车)。领从蹄制动器发展较早,其效能及效能稳定性均居于中游,且有结构较简单等优点,故目前仍相当广泛地用于各种汽车。 概述

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,被称为制动盘。其固定元件则有着多种结构型式,大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块,每个制动器中有2~4个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中,总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形,制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触,这种制动器称为全盘式制动器。钳盘式制动器过去只用作中央制动器,但目前则愈来愈多地被各级轿车和货车用作车轮制动器。全盘式制动器只有少数汽车(主要是重型汽车)用为车轮制动器。这里只介绍钳盘式制动器。钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。

定钳盘式制动器

定钳盘式制动器的结构示意图见右图。跨置在制动盘1上的制动钳体5固定安装在车桥6上,它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动,其内的两个活塞2分别位于制动盘1的两侧。制动时,制动油液由制动总泵(制动主缸)经进油口4进入钳体中两个相通的液压腔中,将两侧的制动块3压向与车轮固定连接的制动盘1,从而产生制动。

这种制动器存在着以下缺点:油缸较多,使制动钳结构复杂;油缸分置于制动盘两侧,必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通,这使得制动钳的尺寸过大,难以安装在现代化轿车的轮辋内;热负荷大时,油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化;若要兼用于驻车制动,则必须加装一个机械促动的驻车制动钳。

浮钳盘式制动器

制动钳体2通过导向销6与车桥7相连,可以相对于制动盘1轴向移动。制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸,而外侧的制动块则附装在钳体上。制动时,液压油通过进油口5进入制动油缸,推动活塞4及其上的摩擦块向右移动,并压到制动盘上,并使得油缸连同制动钳体整体沿销钉向左移动,直到制动盘右侧的摩擦块也压到制动盘上夹住制动盘并使其制动。

与定钳盘式制动器相反,浮钳盘式制动器轴向和径向尺寸较小,而且制动液受热汽化的机会较少。此外,浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下,只须在行车制动钳油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。故自70年代以来,浮钳盘式制动器逐渐取代了定钳盘式制动器。

盘式制动器的特点

盘式制动器与鼓式制动器相比,有以下优点:一般无摩擦助势作用,因而制动器效能受摩擦系数的影响较小,即效能较稳定;浸水后效能降低较少,而且只须经一两次制动即可恢复正常;在输出制动力矩相同的情况下,尺寸和质量一般较小;制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小,不会象制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大;较容易实现间隙自动调整,其他保养修理作业也较简便。对于钳盘式制动器而言,因为制动盘外露,还有散热良好的优点。盘式制动器不足之处是效能较低,故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高,一般要用伺服装置。

目前,盘式制动器已广泛应用于轿车,但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外,大都只用作前轮制动器,而与后轮的鼓式制动器配合,以期汽车有较高的制动时的方向稳定性。在货车上,盘式制动器也有用,但离普及还有相当距离。

为何有些小汽车不用鼓刹了?

制动器的类型有哪些

制动器是可以帮助汽车内部运动部件的停止或者减少的一种服务。制动器的类型有鼓式制动器和盘式制动器两种,目前轿车多用盘式制动器。鼓式制动器:鼓式制动器是最早应用在车辆上的刹车系统,制动鼓安装在车轮上并随车轮一起转动。里面安装有刹车片,在刹车时,刹车活塞会向外推动刹车片与制动鼓产生摩擦,达到制动的效果。

盘式制动器:盘式制动器是最常见的一种刹车系统,盘式制动器以静止的刹车碟片,夹住随轮胎转动的刹车碟盘以产生摩擦力,使车轮转动速度降低的刹车装置。当踩下刹车踏板时,刹车总泵内的活塞会被推动,而在刹车油路中建立压力。压力经由刹车油传送到刹车卡钳上,刹车分泵的活塞在受到压力。

向外移动并推动制动块去夹紧刹车盘,使得制动块与刹车盘发生磨擦,以降低车轮转速。行车制动器是刹车,在行车过程中,一般都用行车制动(脚刹),便于在前进的过程中减速停车;驻车制动就是车子处于静止情况下所用的制动称为驻车制动,也称为手刹,主要作用是防止车子前滑和后溜。

设计汽车制动系时应满足哪些主要要求

为何有些小汽车不用鼓刹了?

鼓式制动器比盘式制动器好吗?这是真的?鼓式制动器在成本上有明显的优势,但由于制动时有“突如其来的感觉”,给人的印象是鼓式制动器更灵敏、制动效果更好、更安全,但实际上并非如此。

盘式制动是靠刹车片与刹车盘的摩擦来实现的,刹车片与刹车盘的接触面积是有限的,鼓式制动器是靠制动蹄与鼓的摩擦来实现的,制动蹄与鼓的接触面积较大,在制动过程中,制动蹄受制动鼓的摩擦而产生轻微的位移。

它产生的功能嵌入制动鼓和支点之间以进一步增加力,因此,在相同的制动压力下,鼓式制动器可以获得比盘式制动器更大的制动力,鼓式刹车的制动效果比碟刹好,这不仅是因为刹车片通过摩擦产生制动力,还因为两个刹车片设计成相反的角度。

相互摩擦时会产生摩擦力,向外扩张的力会进一步增加摩擦力,从而提供更强的制动效果,因此广泛应用于需要高强度制动的大型卡车,成本也有优势,盘式制动器相对便宜,适用对于低价车型,尤其是低价合资车型,可以进一步提升车型的价格优势。

当然也有相对较多的劣势,盘式制动器常用于家用汽车或小型汽车,碟刹主要是美观,散热快,不易变形,刹车均匀,但是,盘式制动器的实际功率不及鼓式制动器,由于家用轿车质量小、惯性小,碟式制动器完全可以满足这类轿车对制动力的要求。

而且维修方便,所以在小型车上使用蝶式刹车比较普遍,而我们见过的大货基本上都是用的鼓式刹车,由于大负载质量大、惯性大,所需制动力也大,在鼓式制动器结构上,上下蹄分为制动助力器和制动减速器。

刹车片的安装往往不在中间位置,中间会有一个角度,鼓式制动器的明显优点是刹车片和鼓的接触面积大,制动力强,并且降***动力并不容易,维护成本,很多低端车型还在使用鼓刹系统,这并不是因为高端车型的刹车效果好。

而是因为它的成本低,如果刹车效果好,为什么保时捷911、兰博基尼、布加迪这些超高速性能的车不用呢?需要更强的刹车效果是有道理的,但他们还是用卡钳通风的盘式制动器。

因为只要技术装备材料符合标准,完全可以满足这些车所需要的强劲制动力,加长卡钳,加大刹车盘,更换耐磨耐高温材料,直观上可以提高制动性能影响,例如,排水不畅;空间大,制动力不均,需要经常调整。

散热性能不好,发热容易减弱;无法配合电控系统保证车辆的主动安全,类似于ESP系统加装、四轮盘式制动等。

鼓刹的保养也比较麻烦,拆掉外壳后,拆开外壳后,里面有一些金属残留物,碟刹可以换刹车片,但鼓式制动器并不那么容易,一旦清洁鼓式制动器,这几乎是一种彻底的耻辱,而且鼓式制动器内部完全密封,很难从内部看出什么问题。它就在那里,诊断起来也比较麻烦;看刹车片的厚度,估计可以行驶的距离。

虽然价格便宜,但盘式刹车在响应速度、制动力更平顺、耐热衰减、耐水衰减等方面更有优势,汽车基本上都是盘式刹车,卡车追求性价比,非常碎石的道路更适合鼓式制动器。

1)

具有足够的制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和

制动距离两项指标来评定的;

驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡

度来评定的。

2)

工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路,其中一套管

路失效时,另一套的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的

30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器,而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚

操纵。

3)

在任何速度下制动时,汽车都不应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)

制动能力的热稳定性良好。

6)

操纵轻便,并具有良好的随动性。

7)

制动时制动系统产生的噪音尽可能小,同时力求减少散发对人体有害的石棉

纤维等物质,以减少公害。

8)

作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反应时间,以制动踏板开始动

作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。

9)

摩擦片应有足够的使用寿命

10)

保证摩擦副磨损后,应有能消除因磨损而产生间隙的机构,且调整间隙工作容易,最好设置自动调整间隙机构。

11)

当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本功能遭到破坏时,

汽车制动系统应有音响火光信号等报警提示。

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