【正文】 第 1章 緒論 2 大學(xué)生 方程式賽車 制動 規(guī)則和要求 制動系統(tǒng) —— 概況 賽車必須配備有剎車系統(tǒng)。并且作用于所有四個車輪上，而且只被一個控制器控制。 1）它必須有兩套獨立的液壓回路，以防系統(tǒng)泄漏或失效時，至少在兩輪上還保持有有效的制動力。每個液壓回路必須有其專屬的儲油罐（可用獨立儲油罐或用原廠的儲油罐）。 2）單個剎車作用時，有限的滑移差是可以接受的。 3）剎車系統(tǒng)必須在以下的測試中，能夠抱死所有四個輪。 4）線控制動是禁止的。 5）沒有保護的塑料剎車線是禁止的。 6）剎車系統(tǒng)必須裝有碎片護罩，以防傳動系失效或小碰撞（引起的碎片破壞制動系統(tǒng)）。 7）從側(cè)面看，安裝在賽車簧上（簧上質(zhì)量：指懸架支撐的質(zhì)量）部分上的剎車系統(tǒng)的任何部分都不可以伸到車架或者承載式車身的下表面以下。（新內(nèi)容） 制動測試 剎車系統(tǒng)將在動態(tài)中測試。并且必須能四輪抱死，并且不跑偏，同時能夠在由制動性能檢查官員指定的加速賽盡頭 停車。 剎車踏板超程開關(guān) 1）車上必須裝有一個剎車踏板超程開關(guān)。在萬一剎車踏板超程引起剎車系統(tǒng)失效時，這個開關(guān)必須能夠被啟動并停止發(fā)動機。該開關(guān)必須能夠徹底斷絕點火，同時切斷傳給任何電動燃油泵的電力。 2）重復(fù)啟用此開關(guān)不能恢復(fù)給這些部件的動力。并且它必須被設(shè)計成不能被車手重置。 3）開關(guān)只有被相似的部件代替才可，而不是通過依靠邏輯程序控制器、發(fā)動機控制單元，或有相似功能的數(shù)字控制器來替代。 剎車燈 1）賽車必須配備有至少 15w，或可以從后面看等效的清晰可見的紅色剎車燈。如果使用了LED（發(fā)光二極管）燈源，它必須在非常強的日光下也清晰可見。 2）剎車燈必須安置在兩輪之間的中線并在垂直方向上和車手的肩膀的高度齊高，并且在側(cè)面，接近賽車的中線。 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 1章 緒論 3 本次制動系統(tǒng)設(shè)計任務(wù) 1）學(xué)習(xí)大學(xué)生方程式賽車的相關(guān)規(guī)程 2）根據(jù)整車基本參數(shù)對制動系統(tǒng)的主要部件制動器進行設(shè)計計算，并選擇合適的制動器部件。合理設(shè)計制動系統(tǒng)，滿足賽車相關(guān)要求 3）計算并得出賽車的 I曲線和 β 線，論證制動系統(tǒng)設(shè)計的合理性。 4）設(shè)計過程中要考慮具有剎車踏板超程開關(guān)、剎車燈，要求完成其控制電 路設(shè)計。 5）繪制制動系統(tǒng)裝配圖 6）將方案論證的結(jié)果及設(shè)計計算的結(jié)果整理，完成畢業(yè)論文。 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 4 第 2 章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 制動器形式方案分析 汽車制動器幾乎均為機械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件和固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動力矩使汽車減速或停車。一般摩擦式制動器按旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。 鼓式制動器 鼓式制動器是最早形式汽車制動器，當盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類汽車上。鼓式制動器又分為 內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動器的摩擦元件是一對帶有 圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半軸套管的凸緣上，其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件作為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪轂上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦蹄片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外圓柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧作為一對摩擦表 面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中，帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)，鼓式制動器按蹄的類型分為 : 1) 領(lǐng)從蹄式制動器 如圖 21 所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向（制動鼓正向旋轉(zhuǎn)），則蹄 1為領(lǐng)蹄，蹄 2為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)得使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對調(diào)了。這種當制動鼓正、反反向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的內(nèi)張型鼓式制動器稱為領(lǐng)從蹄使制動器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩 擦力矩具有增勢作用，故又稱為增勢蹄；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(lǐng)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(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于服裝駐車制動機構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動器及轎車的后輪制動器。 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 5 圖 21 領(lǐng)從蹄 式 制動器 2) 雙領(lǐng)蹄式制動器 若在汽車前進時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，則稱為雙領(lǐng)蹄使制動器 （ 如圖 22 所示） 。顯然，當汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為雙向領(lǐng)蹄式制動器。如圖所示，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作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓的作用的合力恰好相互平衡，故屬于平面式制動器。 雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，但倒車時則變?yōu)殡p從蹄式，使制動效能大降，這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于中級轎車的前輪制動器，這是因為這類汽車前進制動時，前軸的動軸荷及附著力大于后軸，而倒車時則相反。 圖 22 雙領(lǐng)從蹄式制動器 3) 雙向雙領(lǐng) 蹄式制動器 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 6 當制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器 （如圖 23 所示） 。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛應(yīng)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，則需另設(shè)中央制動用于駐車制動。 圖 23 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器 4) 單向增力式制動器 單向增力式制動器如圖 24 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地板上的支承銷上，由于制動時兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式的制動器 。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制 動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它 用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。 圖 24 單向增力式制動器 5） 雙向增力式制動器 將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也作為中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 7 兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動器 (如圖 25 所示 )。對雙向增力式制動器來說不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。 雙向增力式制動器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動與駐車制動功用 的制動器，但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)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鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用于汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。 但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。 圖 25 雙向增力式制動器 盤式制動器 盤式制動器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。 1） 鉗盤式 鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等。 ?定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相連并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現(xiàn)鼓式制動器到盤式制動器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動系的要求。 ?浮鉗盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點： 僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動盤的制動塊可兼用駐車制動。 2） 全盤式 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 8 在全盤制動器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動時各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應(yīng)用遠遠沒有鉗盤式制動器廣泛。 盤式制動器與鼓式制動器相比，有以下優(yōu)點： 1）制動效能穩(wěn)定性好； 2）制動力矩與汽車運動方向無關(guān)； 3）易于構(gòu)成雙回路，有較高的可靠性和安全性； 4）尺寸小、質(zhì)量小、散熱好； 5）制動襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻； 6）更換襯塊工作簡單容易。 7）襯塊與制動盤間的間隙小，縮短了制動協(xié)調(diào)時間。 8）易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。 綜合以上優(yōu)缺點最終確定本次設(shè)計采用前后盤式制動器，且均為浮鉗盤式制動器。 制動驅(qū)動機構(gòu)的機構(gòu)形式選擇 根據(jù)動力源的不同，制動驅(qū)動機構(gòu)可分為簡單制動、動力制動及伺服制動三大類型。而力的傳遞方式又有機械式、液壓式、氣壓式、氣壓 液壓式的區(qū)別。 簡單制動系 簡單制動系即人力制動系，是靠四級作用于制動踏板上或手柄上的 力作為制動力源。而傳力方式有機械式和液壓式兩種。 機械式的靠桿系或鋼絲繩傳力，其結(jié)構(gòu)簡單，造假低廉，工作可靠，但機械效率低，因此僅用于中、小型汽車的駐車制動裝置中。 液壓式的簡單制動系統(tǒng)通常稱為液壓制動系，用于行車制動裝置。其優(yōu)點是作用滯后時間短（ ),工作壓力大（可達 10MPa12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄的張開機構(gòu)或制動塊的壓緊機構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價低。但其有限的力傳動比限制了它在汽車上的適用范圍。另外，液壓管路在過渡受熱時會形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”使制動效能降低甚至失效；而當氣溫過低時（ 25 攝氏度和更低時），由于制動液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當有局部損壞時，使整個系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作，液壓式簡單制動系曾廣泛用于轎車、輕型及以下的貨車和部分中型貨車上。但由于操作較沉重，不能適應(yīng)現(xiàn)代汽車提高操作輕便性的要求，故當前僅多用于微型汽車上，在轎車和輕型汽車已經(jīng)極少采用。 動力制動系 動力制動系是以發(fā)動機動力形成的氣壓或液壓勢能作為汽車制動的全部力源進行制動，而中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士論文 第 2章 制動系統(tǒng)方案論證分析與選擇 9 司機作用于制動踏板或手柄上的力僅用于對制動回路中控制元件的操 縱。在簡單制動系中的踏板力與其行程間的發(fā)比例關(guān)系在動力制動系中便不復(fù)存在。 動力制動系有氣壓制動系、氣頂液式制動系和全液壓動力制動系 3 種。 1)氣壓制動系 氣壓制動系是動力制動系最常見的型式，由于可獲得較大的制動驅(qū)動力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動驅(qū)動系統(tǒng) 的連接裝置結(jié)構(gòu)簡單、連接和斷開均很方便，因此被廣 用于總質(zhì)量為 8t以上尤其是 15t 以上的載貨汽車、越野汽車和客車上，但氣壓制動系必須采用空氣壓縮機、儲氣筒、制動閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢， 作用滯后時間較長（ ),因此，當制動閥到制動氣室和儲氣罐的距離較遠時，有必要加設(shè)啟動的第二控制元件 繼動閥（即加速閥）以及快放閥；管路工作壓力較低（一半為 )。因而制動器室的直徑達，只能置于制動器之外，在通過桿件及凸輪或鍥塊驅(qū)動制動蹄，使