【正文】 國家又興起了對(duì)汽車線控系統(tǒng)的研究，線控制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，并開展了對(duì)電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究。簡(jiǎn)單來說，電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)就是把原來液壓或者壓縮空氣驅(qū) 動(dòng)的部分改為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，借以提高響應(yīng)速度，增加制動(dòng)效能 , 同時(shí)大大簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配和維護(hù)的難度。 由于人們對(duì)制動(dòng)性能要求的不斷提高，傳統(tǒng)的液壓或者空氣制動(dòng)系統(tǒng)在加入大量電子控制系統(tǒng) (如 ABS、 TCS、 ESP)后，結(jié)構(gòu)和管路布置越來越復(fù)雜，加大了液壓 (空氣 )回路泄漏的隱患，同時(shí)裝配和維修的難度也隨之提高；因此，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、功能集成可靠的電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)越來越受到青睞?？梢灶A(yù)見， EMB 將最終取代 1 傳統(tǒng)的液壓(空氣 )制動(dòng)器，成為未來汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展方向 。 鼓式制動(dòng)器技術(shù)研究進(jìn)展和現(xiàn)狀 長(zhǎng)期以來，為 了充分發(fā)揮蹄－鼓式制動(dòng)器的重要優(yōu)勢(shì)，旨在克服其主要缺點(diǎn)的研2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 究工作和技術(shù)改進(jìn)一直在進(jìn)行中，尤其是對(duì)蹄－鼓式制動(dòng)器工作過程和性能計(jì)算分析方法的研究受到高度重視。這些研究工作的重點(diǎn)在于制動(dòng)器結(jié)構(gòu)和實(shí)際使用因素等對(duì)制動(dòng)器的效能及其穩(wěn)定性等的影響，取得了一些重要的研究成果，得到了一些比較可行、有效的改進(jìn)措施，制動(dòng)器的性能也有了一定程度的提高。 1997 年，提出了一種“電控自增力鼓式制動(dòng)器”設(shè)計(jì)方案，該制動(dòng)器是通過機(jī)械的方法來實(shí)現(xiàn)鼓式制動(dòng)器的自增力，制動(dòng)效能因數(shù)的變化范圍為 2～ 6。應(yīng)用一套電控機(jī)械裝置調(diào)整領(lǐng)蹄的支承點(diǎn)來 提高制動(dòng)器的制動(dòng)效能數(shù)，以補(bǔ)償由于摩擦材料的熱衰退而引起的摩擦系數(shù)降低。該制動(dòng)器達(dá)到相同的制動(dòng)力矩所要求的輸入力是盤式制動(dòng)器 1/7。該系統(tǒng)的控制裝置允許每個(gè)制動(dòng)器單獨(dú)工作，從而提高了行車的安全性，另外對(duì)駕駛和操縱舒適性也有所提高，但仍然存在一些問題，諸如系統(tǒng)復(fù)雜、高能耗、高成本、維護(hù)困難等。 1999 年提出一種四蹄八片（塊）式制動(dòng)器，通過對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)合理匹配設(shè)計(jì)，制動(dòng)效能因數(shù)有一定地提高，同時(shí)制動(dòng)效能 _因數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)的敏感性也可以有適當(dāng)?shù)馗纳?，這就在一定程度上改善了制動(dòng)效能的穩(wěn)定性。 2021 年，提出一種具有 多自由度聯(lián)動(dòng)蹄的新型蹄－鼓式制動(dòng)器，該型式的制動(dòng)器使得制動(dòng)效能因數(shù)及其穩(wěn)定性得到顯著提高；摩擦副間壓力分布趨于均勻，可保證摩擦副間接觸狀態(tài)的穩(wěn)定，并延長(zhǎng)摩擦片使用壽命；性能參數(shù)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可根據(jù)對(duì)制動(dòng)效能的需要，較靈活地進(jìn)行制動(dòng)器設(shè)計(jì)。 另外，近年來則出現(xiàn)了一些全新的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式，如磁粉制動(dòng)器、濕式多盤制動(dòng)器、電力液壓制動(dòng)臂型盤式制動(dòng)器、濕式盤式彈簧制動(dòng)器等。對(duì)于關(guān)鍵磁性介質(zhì) —— 磁粉，選用了抗氧化性強(qiáng)、耐磨、耐高溫、流動(dòng)性好的軍工磁粉；磁轂組件選用了超級(jí)電工純鐵 DT4，保證了空轉(zhuǎn)力矩小、重復(fù)控制精度高的性 能要求；在熱容量和散熱等方面，采用了雙側(cè)帶散熱風(fēng)扇，設(shè)計(jì)了散熱風(fēng)道等，使得該技術(shù)有著極好的應(yīng)用前景。盡管對(duì)蹄－鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)研究取得了一定的成績(jī)，但是對(duì)傳統(tǒng)蹄－鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)仍然有著不可替代的基礎(chǔ)性和研發(fā)性作用，也可為后續(xù)設(shè)計(jì)提供理論參考。 研究重點(diǎn) 根據(jù)設(shè)計(jì)車型的特點(diǎn)，進(jìn)行參數(shù)選擇；確定制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案；完成制動(dòng)器的總體和主要零部件的設(shè)計(jì)。 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 汽車總體參數(shù)的選擇及計(jì)算 汽車形式的確定 汽車的分類按照 GB/— 2021將汽車分為乘用車和商用車。不同形式的汽車，主要體現(xiàn)在軸數(shù) 、驅(qū)動(dòng)形式、以及布置形式上有區(qū)別。 軸數(shù) 汽車可以有兩軸、三軸、四軸甚至更多的軸數(shù)。影響選取軸數(shù)的因素主要有汽車的總質(zhì)量、道路法規(guī)對(duì)軸載質(zhì)量的限制和輪胎負(fù)荷能力以及汽車的結(jié)構(gòu)等。 包括乘用車以及汽車總質(zhì)量小于 19t 的公路運(yùn)輸車輛和軸荷不受道路、橋梁限制的不在公路上行駛的車輛，均采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉的兩軸方案?？傎|(zhì)量在 19t~26t的公路運(yùn)輸車采用三軸形式，總質(zhì)量更大的汽車宜采用四軸或四軸以上的形式。 由于本設(shè)計(jì)的汽車是重型，其總質(zhì)量大于 19t，所以采用三軸布置方案。 驅(qū)動(dòng)形式 由 于本設(shè)計(jì)的汽車總質(zhì)量大于 19t，所以采用 6 4的驅(qū)動(dòng)形式。 布置形式 貨車可以按照駕駛室與發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)位置不同，分為平頭式、短頭式、長(zhǎng)頭式和偏置式四種。貨車又可按發(fā)動(dòng)機(jī)位置不同，分為發(fā)動(dòng)機(jī)前置、中置和后置三種布置形式。 平頭式貨車的發(fā)動(dòng)機(jī)位于駕駛室內(nèi)，其主要優(yōu)點(diǎn)是：汽車總長(zhǎng)和軸距尺寸短，最小轉(zhuǎn)彎直徑小，機(jī)動(dòng)性能好；不需要發(fā)動(dòng)機(jī)罩和翼子板，汽車整備質(zhì)量減小，駕駛員視野得到明顯改善，采用翻轉(zhuǎn)式駕駛室時(shí)能改善發(fā)動(dòng)機(jī)及其附件的接近性；汽車貨箱與整車的俯視面積之比比較高。平頭式貨車得到廣泛的應(yīng)用。 所以本設(shè)計(jì) 采用平頭式的布置形式，并且采用發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)。 汽車質(zhì)量參數(shù)的確定 汽車的質(zhì)量參數(shù)包括整車整備質(zhì)量 0m 、載客量、裝載質(zhì)量、質(zhì)量系數(shù) 0m? 、汽2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 車總質(zhì)量 am 、軸荷分配等。 本設(shè)計(jì)中給出裝載質(zhì)量 Ma=20t。 質(zhì)量系數(shù) 質(zhì)量系數(shù) 0m? 是指汽車裝載質(zhì)量與整車整備質(zhì)量的比值，即 0m? ＝ /em 0m 。該系數(shù)反映了汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平， 0m? 值越大，說明該汽車的設(shè)計(jì)水平和工藝水平越先進(jìn)。 參考同類型的汽車的質(zhì)量系數(shù)值（表 21）后，綜合選定本設(shè)計(jì)中的質(zhì)量系數(shù)值 表 21 不同類型汽車的質(zhì)量系數(shù) 0m? 汽車類型 0m? 貨車 輕型 0． 801． 10 中型 1． 201． 35 重型 1． 301． 70 由此可以確定 汽車 的質(zhì)量系數(shù) 0m? =20/12=5/3 汽車總質(zhì)量 汽車總質(zhì)量 am 是指裝備齊全，并按照規(guī)定裝滿客，貨時(shí)的整車質(zhì)量。 商用貨車的總質(zhì)量 am 由整備質(zhì)量 0m 、裝載質(zhì)量 em 和駕駛員以及隨行人員質(zhì)量三部分組成，即 10 65aem m m n? ? ?Kg 式中，為包括駕駛員及隨行人員數(shù)在內(nèi)的人數(shù)，應(yīng)等于座位數(shù)。代入數(shù)據(jù)，可得到總質(zhì) 量 Ma=32t 載荷分配 汽車的軸荷分配是指汽車在空載或滿載靜止?fàn)顟B(tài)下，各車軸對(duì)支承平面的垂直負(fù)荷，也可以用占空載或滿載總質(zhì)量的百分比來表示。 軸荷分配對(duì)輪胎壽命和汽車的許多使用性能有影響。從各輪胎磨損均勻和壽命相近考慮，各個(gè)車輪的負(fù)荷應(yīng)相差不大；為了保證汽車有良好的動(dòng)力性和通過性，驅(qū)動(dòng)橋應(yīng)有足夠大的負(fù)荷，而從動(dòng)軸上的負(fù)荷可以適當(dāng)減小，以利減小從動(dòng)輪滾動(dòng)阻力和提高在環(huán)路面上的通過性，為了保證汽 車有良好的操縱穩(wěn)定性，又要求轉(zhuǎn)向軸的負(fù)荷2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 不應(yīng)過小，因此，可以得出作為很重要的軸荷分配參數(shù)，各使用性能對(duì)其要求是相互矛盾的，這就要求設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)對(duì)整車的性能要求，使用條件等，合理地選擇軸荷分配。 表 22 各類汽車的軸荷分配 車型 滿載 空載 前軸 后軸 前軸 后軸 乘 用 車 發(fā)動(dòng)機(jī)前置前輪驅(qū)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)后置后輪驅(qū)動(dòng) 47% ~ 60% 45% ~ 50% 40% ~ 46% 40% ~ 53% 50% ~ 55% 54% ~ 60% 56% ~ 66% 51% ~ 56% 38% ~ 50% 34% ~ 44% 44% ~ 49% 50% ~ 62% 商 用 貨 車 42? 后輪單胎 42? 后輪雙胎，長(zhǎng)、短頭式 42? 后輪雙胎，平頭式 64? 后輪雙胎 32% ~ 40% 25% ~ 27% 30% ~ 35% 19% ~ 25% 60% ~ 68% 73% ~ 75% 65% ~ 70% 75% ~ 81% 50% ~ 59% 44% ~ 49% 48% ~ 54% 31% ~ 37% 41% ~ 50% 51% ~ 56% 46% ~ 52% 63% ~ 69% 本設(shè)計(jì)選擇 64? 后輪雙胎，平頭式的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 汽車主要數(shù)據(jù)的確定 質(zhì)心高度 汽車的質(zhì)心高度參考同類型重型貨車可以選擇空載時(shí)的質(zhì)心高度為 39。gh =940mm，滿載時(shí)的質(zhì)心高度取為 gh =1480mm。 軸距 軸距 L對(duì)整備質(zhì)量、汽車總長(zhǎng)、汽車最小轉(zhuǎn)彎直徑、傳動(dòng)軸長(zhǎng)度、縱向通過半徑等有影響。當(dāng)軸距小時(shí)，上述指標(biāo)均減小。此外，軸距還對(duì)軸荷分配、傳動(dòng)軸夾角有影響。軸距過短，會(huì)帶來一系列缺點(diǎn)，車廂長(zhǎng)度不足或后懸過長(zhǎng)，制動(dòng)或上坡時(shí)軸荷轉(zhuǎn)移過大，使汽車的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性變壞，車身縱向角震動(dòng)過大，此外還會(huì)導(dǎo)致萬向節(jié)傳動(dòng)的夾角過 大等問題。 綜合各方面數(shù)據(jù)選擇重型貨車的軸距 L=5200mm。 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 3 章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及要求 汽車制動(dòng)器除各種緩速裝置外，幾乎都是機(jī)械摩擦式的，即是利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面 間的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩使汽車減速或停車的，根據(jù)旋轉(zhuǎn)元件的不同分為鼓式和盤式兩大類，不過對(duì)于重型車來說，由于車速一般不是很高，鼓式剎車蹄的耐用程度也比盤式制動(dòng)器高，而且盤式制動(dòng)器比鼓式制動(dòng)器要貴些，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。其工作原理如圖 所示。 2— 制動(dòng)蹄 5— 支承銷 4— 制動(dòng)鼓 圖 鼓式制動(dòng)器工作原理 帶有摩擦片的制動(dòng)蹄 2通過支承銷 3鉸裝在制動(dòng)底版上。制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞（轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪軸）對(duì)制動(dòng)蹄施加張開力 P，使其繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)，并抵靠在制動(dòng)鼓 4表面上。這是制動(dòng) 蹄 2分別受到制動(dòng)鼓作用的法向反力 1Y 、 2Y ，和切向力 1X 、 2X ，而制動(dòng)蹄的切向反力對(duì)制動(dòng)鼓產(chǎn)生一個(gè)與其旋轉(zhuǎn)方向相反的制動(dòng)力矩 （ 1X + 2X ） R，（ R為制動(dòng)鼓工作半徑），從而達(dá)到使汽車減速的目的。 制動(dòng)系應(yīng)滿足如下要求： (1)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。 (2)具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制動(dòng)效能和駐坡制動(dòng)效能。 (3)工作可靠。 (4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。 (5)制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 (6)制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性好。 (7)制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程符合人機(jī)工程學(xué)要求 。 (8)作用滯后的時(shí)間要盡可能地短。 (9)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)系噪聲盡可能小，且無異常聲響。 (10)與懸架、轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，在車輪跳動(dòng)或汽車轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng)。 (11)能全天候使用，氣溫高時(shí)液壓制動(dòng)管路不應(yīng)有氣阻現(xiàn)象；氣溫低時(shí)氣制動(dòng)管路不應(yīng)出現(xiàn)結(jié)冰。 (12)制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長(zhǎng)、制 造成本低；對(duì)摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求，應(yīng)力求減小制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維 [6]。 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 鼓式制動(dòng)器一般可按其制動(dòng)蹄受力情況進(jìn)行分類（見圖 31），它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀態(tài)以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。 圖 31 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 鼓式制動(dòng)器的各種結(jié)構(gòu)形式如圖 32af 所示。 圖 32 鼓式制動(dòng)器示意圖 （ a）領(lǐng)從蹄式（用凸輪張開）；（ b）領(lǐng)從蹄式（用制動(dòng)輪缸張開）；（ c）雙領(lǐng)蹄式（非雙向，平衡式）；（ d）雙向雙領(lǐng)蹄式；（ e）單向增 力式；（ f）雙向增力式 不同形式鼓式制動(dòng)器的主要區(qū)別有：（ 1）蹄片固定支點(diǎn)的數(shù)量和位置不同。（ 2）張開裝置的形式與數(shù)量不同。（ 3）制動(dòng)時(shí)兩蹄片之間有無相互作用。 因蹄片的固定支點(diǎn)和張開力位置不同，使不同形式鼓式制動(dòng)器的領(lǐng)、從蹄數(shù)量有差別，并使制動(dòng)效能不一樣。 在單位輸入壓力或力的作用下所輸出的力或力矩，稱為制動(dòng)效能。在評(píng)比不同形式制動(dòng)器的效能時(shí)，常用一種稱為制動(dòng)效能因素的無因次指標(biāo)。制動(dòng)效能因素的定義為：在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑 R 上所得到的摩擦力（ /MR? ）與 輸入力 0F 之比，即 0MK FR?? 式中， K 為制動(dòng)器效能因素； R為制動(dòng)器輸出的制動(dòng)力矩。 制動(dòng)效能的穩(wěn)定性是指其效能因素 K 對(duì)摩擦因素 的敏感性。使用中 隨溫度和水濕程度變化。要求制動(dòng)器的效能穩(wěn)定性好，即是其效能對(duì) 的變化敏感性小。 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 如圖 32(a)、 (b)所示，圖上方的旋向箭頭代表汽車前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向 (制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn) )，蹄 1為領(lǐng)蹄，蹄 2為從蹄。 汽車倒車時(shí)制動(dòng)鼓的變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，隨之領(lǐng)蹄與從蹄相互對(duì)調(diào)。制動(dòng)鼓正、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。由圖 32(a)、 (b)可見，領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更2021 屆機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 緊，即摩擦力矩具有“增勢(shì)”作用，故又稱增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱減勢(shì)蹄?！霸鰟?shì)”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而“減勢(shì)”作用使從蹄所受的法向反力減小。 對(duì)于兩蹄的張開力 PPP ?? 21 的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，如圖 32(b)所示，兩蹄 壓緊制動(dòng)鼓的法向力相等。但當(dāng)制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)并制動(dòng)時(shí)，領(lǐng)蹄由于摩擦力矩的“增勢(shì)”作用，使其進(jìn)一步壓緊制動(dòng)鼓而使其所受的法向反力