【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 制動(dòng)器（如圖 23所示）。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)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(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)用于駐車制動(dòng)。 圖 23 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 4) 單向增力式制動(dòng)器 單向增力式制動(dòng)器如圖 24 所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)地板上的支承銷上，由于制動(dòng)時(shí)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(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)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(dòng)器。 鹽城工學(xué)院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 24 單向增力式制動(dòng)器 5）雙向增力式制動(dòng)器 將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則稱為雙向增力式制動(dòng)器 (如圖 25所示 )。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來說不論汽車前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。雙向增力式制動(dòng)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(dòng)與駐車制動(dòng)功用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用于汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)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(dòng)過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)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(dòng)器。但由于成本低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比 較小的后輪和駐車制動(dòng)。 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 25 雙向增力式制動(dòng)器 盤式制動(dòng)器 盤式制動(dòng)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(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)形式不同可分為定鉗盤式制動(dòng)器、浮鉗盤式制動(dòng)器等。 ?定鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪相連并在制動(dòng)鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無其他滑動(dòng)件，易于保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革，能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。 ?浮鉗盤 式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤得內(nèi)側(cè)具有液壓缸，故軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂；沒有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性?。怀杀镜停桓?dòng)盤的制動(dòng)塊可兼用駐車制動(dòng)。 2）全盤式 鹽城工學(xué)院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 在全盤制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)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(dòng)器散熱條件較差，其應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有鉗盤式制動(dòng)器廣泛。 盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）制動(dòng)效能穩(wěn)定性好； 2）制動(dòng)力矩與汽車運(yùn)動(dòng)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(dòng)襯塊上壓力均勻，襯塊磨損均勻； 6）更換襯塊工作簡(jiǎn)單容易。 7）襯塊與制動(dòng)盤間的間隙小，縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。 8）易于實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。 綜合以上優(yōu)缺點(diǎn)最終確定本次設(shè)計(jì)采用前后盤式制動(dòng)器，且均為浮鉗盤式制動(dòng)器。 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的形式選擇 根據(jù)動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)及伺服制動(dòng)三大類型。 簡(jiǎn)單制動(dòng)系統(tǒng) 簡(jiǎn)單制動(dòng)系即人力制動(dòng)系，是靠四級(jí)作用于制動(dòng)踏板上或手柄上的力作為制動(dòng)力源。而傳力方式有機(jī)械 式和液壓式兩種。 機(jī)械式的靠桿系或鋼絲繩傳力，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造假低廉，工作可靠，但機(jī)械效率低，因此僅用于中、小型汽車的駐車制動(dòng)裝置中。 液壓式的簡(jiǎn)單制動(dòng)系統(tǒng)通常稱為液壓制動(dòng)系，用于行車制動(dòng)裝置。其優(yōu)點(diǎn)是作用滯后時(shí)間短（ ),工作壓力大（可達(dá) 10MPa12MPa),缸徑尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄的張開機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊的壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低。但其有限的力傳動(dòng)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(shí)會(huì)形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻”使制動(dòng)效能降低甚 至失效；而當(dāng)氣溫過低時(shí)（ 25 攝氏度和更低時(shí)），由于制動(dòng)液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 作，液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)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(dāng)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(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng) 動(dòng)力制動(dòng)系是以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力形成的氣壓或液壓勢(shì)能作為汽車制動(dòng)的全部力源進(jìn)行制動(dòng)，司機(jī)作用于制動(dòng)踏板或手柄上的力僅用于對(duì)制動(dòng)回路中控制元件的操縱。在簡(jiǎn)單制動(dòng)系中的踏板力 與其行程間的發(fā)比例關(guān)系在動(dòng)力制動(dòng)系中便不復(fù)存在。 動(dòng)力制動(dòng)系有氣壓制動(dòng)系、氣頂液式制動(dòng)系和全液壓動(dòng)力制動(dòng)系 3種。 1)氣壓制動(dòng)系 氣壓制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系最常見的型式，由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣筒、制動(dòng)閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價(jià)高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢，作用滯后時(shí)間較長(zhǎng)（ ),因此，當(dāng)制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和儲(chǔ)氣罐的距離較遠(yuǎn)時(shí)，有必要加設(shè)啟動(dòng)的第二控制元件 繼動(dòng)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(dòng)器室的直徑達(dá)，只能置于制動(dòng)器之外，在通過桿件及凸輪或鍥塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外制動(dòng)氣室排氣時(shí)也有較大噪聲。 2)氣頂液式制動(dòng)系 氣頂液式制動(dòng)系是動(dòng)力制動(dòng)系的另一種型式，即利用氣壓系統(tǒng)作為普通的液壓制動(dòng)系統(tǒng)主缸的驅(qū)動(dòng)力源的一種制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它兼有液壓制動(dòng)和氣壓制動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)。由于其氣壓系統(tǒng)的管路短，故作用滯后時(shí)間也 較短。顯然，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大、造價(jià)高，故主要用于重型汽車上，一部分總質(zhì)量為 9t11t 的中型汽車上也有所采用。 3)全液壓動(dòng)力制動(dòng)系 鹽城工學(xué)院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 全液壓動(dòng)力制動(dòng)系除具有一般液壓制動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有操作輕便、制動(dòng)反應(yīng)快、制動(dòng)能力強(qiáng)、受氣阻影響較小、易于采用制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置和防滑移裝置，及可與動(dòng)力轉(zhuǎn)向、液壓懸架、舉升機(jī)構(gòu)及其他輔助設(shè)備共同液壓泵和儲(chǔ)油等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密件多，對(duì)系統(tǒng)的密封性要求也較高，故并未得到廣泛應(yīng)用，目前僅用于某些高級(jí)轎車、大型客車以及極少數(shù)的重礦用自卸汽車上。 伺服制動(dòng)系統(tǒng) 伺服制動(dòng)系是在人力液壓制動(dòng)系的基礎(chǔ)上加設(shè)一套除其他能源提供的助力裝置，使人力與動(dòng)力可兼用，即兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力作為制動(dòng)能源的制動(dòng)系，在正常情況下，其輸出工作壓力主要由動(dòng)力伺服系統(tǒng)產(chǎn)生，而在動(dòng)力伺服系統(tǒng)失效時(shí)，仍可全由人力驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)產(chǎn)生一定程度的制動(dòng)力。因此，在中級(jí)以上的轎車及輕、中型客、貨汽車上得到了廣泛的應(yīng)用。 按伺服系統(tǒng)能源的不同，又有真空伺服制動(dòng)系、氣壓伺服制動(dòng)系和液壓伺服制動(dòng)系之分，其伺服能源分別為真空能（負(fù)氣壓能）、氣壓能和液壓能。 考慮到 FSAE 賽車在體積和質(zhì)量上都相對(duì)較小，采用簡(jiǎn)單 的液壓制動(dòng)在性能上都能達(dá)到賽規(guī)的要求 ， 最后 確定本次設(shè)計(jì)采用簡(jiǎn)單液壓制動(dòng)。 制動(dòng)管路的布置方案選擇 圖 26 常見制動(dòng)管路布置圖 雙軸汽車的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)有 常見的幾種分路形式 ，如圖 26 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 1)圖 26 a稱為 II 型，這種回路前后分開， 其特點(diǎn)是管路布置最為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的單輪缸 (或單制動(dòng)氣室 )鼓式制動(dòng)器相配合，成本較低。這種分路布置方案在各類汽車上均有采用，但在貨車上用得最廣泛。這一分路方案總后輪制動(dòng)管路失效，則一旦前輪制動(dòng)抱死就 會(huì)失去轉(zhuǎn)彎制動(dòng)能力。對(duì)于前輪驅(qū)動(dòng)的轎車，當(dāng)前輪管路失效而僅由后輪制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)效能將明顯降低并小于正常情況下的一半，另外，由于后橋負(fù)荷小于前軸，則過大的踏板力會(huì)使后輪抱死而導(dǎo)致汽車甩尾。 2）圖 26 b稱為 X 型，交叉式，這種布置后輪制動(dòng)管路呈對(duì)角連接的兩個(gè)獨(dú)立的回路系統(tǒng)，即前軸的一側(cè)車輪制動(dòng)器與后橋的對(duì)側(cè)車輪制動(dòng)器同屬于一個(gè)回路。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單，一回路失效時(shí)仍能保持 50％的制動(dòng)效能，并且制動(dòng)力的分配系數(shù)和同步附著系數(shù)沒有變化，保證了制動(dòng)時(shí)與整車負(fù)荷的適應(yīng)性。此時(shí)前、后各有一側(cè)車輪有制動(dòng)作用，使制動(dòng)力不 對(duì)稱，導(dǎo)致前輪將朝制動(dòng)起作用 車輪的一側(cè)繞主銷轉(zhuǎn)動(dòng)，使汽車失去方向穩(wěn)定性。因此，采用這種布置方案的汽車，其主銷偏移距應(yīng)取負(fù)值 (至 20 mm)，這樣，不平衡的制動(dòng)力使車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)，改善了汽車的方向穩(wěn)定性。 3） 圖 26 c為 HI型，其左、右前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸與全部后輪制動(dòng)器輪缸構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的回路，而兩前輪制動(dòng)器的另半數(shù)輪缸構(gòu)成另一回路，可看成是一軸半對(duì)半個(gè)軸的分路型式 4）圖 26 d為 LL型，由兩個(gè)獨(dú)立的問路分別為兩側(cè)前輪制動(dòng)器的半數(shù)輪缸和一個(gè)后輪制動(dòng)器所組成。 5）圖 26 e為 HH 型，由兩個(gè)獨(dú)立的回路均 由每個(gè)前、后制動(dòng)器的半數(shù)缸所組成，即前、后半個(gè)軸對(duì)前、后半個(gè)軸的分路型式， 由于 HI ,LL， HH型的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜， LL型與 HH型在任一回路失效時(shí)，前、后制動(dòng)力的比值均與正常情況下相同，且剩余的總制動(dòng)力可達(dá)到正常值的 50％左占。 HL 型單用回路，即一軸半時(shí)剩余制動(dòng)力較大，但此時(shí)與 LL 型一樣，在緊急制動(dòng)時(shí)后輪極易先抱死。 綜合上述管路布置特點(diǎn)，結(jié)合 FSAE 賽車本身在體積和質(zhì)量以及實(shí)際操作性最終選擇 X型回路布置。 鹽城工學(xué)院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 液壓制動(dòng)主缸的選擇 制動(dòng)主缸主要分為單缸和串聯(lián)雙缸，如下圖 27， 28結(jié)合賽規(guī)要求必須使用兩個(gè) 制動(dòng)主缸，若使用單缸制動(dòng)主缸，則相對(duì)的一組輪公用一條主管路：若使用串聯(lián)雙缸則可以一個(gè)輪對(duì)應(yīng)一條管路，顯然制動(dòng)性能上串聯(lián)雙缸要比單缸有優(yōu)勢(shì)，但雙缸的管路較多，而且體積也相對(duì)大， FSAE 賽車本身前部空間小，布置比較緊湊，因此國(guó)內(nèi)外的車隊(duì)一至選擇單缸制動(dòng)主缸，主要購買的是 Wilwood等廠家的產(chǎn)品，其體積和性能要求都很滿足賽車要求。 圖 27 單缸制動(dòng)主缸 圖 28 串聯(lián)雙缸制動(dòng)主缸 FSAE 大學(xué)生方程式賽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15 3 制動(dòng)過程力學(xué)理論研究 車輪上所受制動(dòng)力 如圖 31 所示 在良好的硬路面上制動(dòng)時(shí)車輪 的受力情況 圖 31 制動(dòng)車輪受力分析 當(dāng)駕駛員踩下制動(dòng)踏板時(shí)，踏板上的力通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)到各車輪的制動(dòng)卡鉗，使得卡鉗內(nèi)活塞推動(dòng)摩擦墊片，形成摩擦力矩阻止 車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，稱這種作用在車輪上的摩擦力矩為制動(dòng)器制動(dòng)力矩 uT ，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的圓周力，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力 uF 其大小為 公式（ 31） uF = ruT (31) 式中 uT ：制動(dòng)器制動(dòng)力矩； r：車輪半徑 由上式可知，制動(dòng)器的制動(dòng)力取決于卡鉗與制動(dòng)盤的間的摩擦力。同時(shí)路面對(duì)車輪作用一個(gè)向后的作用了 bF ,稱為地面制動(dòng)力，這個(gè)力由車輪經(jīng)過車軸和懸架傳達(dá)到車架和車身，迫使整個(gè)汽車 產(chǎn)生一 定的減速度地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)減鹽城工學(xué)院 2021 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 速度越大，制動(dòng)距離就越短。如忽略滾動(dòng)阻力矩和減速時(shí)的慣性，則地面制動(dòng)力bF 與制動(dòng)力矩 uT 應(yīng)有以下關(guān)系 ,如公式（ 32） bF = ruT （ 32） 地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力，一個(gè)是卡鉗和制動(dòng)盤的摩擦力，一個(gè) 是地面和輪胎間的摩擦力。 制動(dòng)器的制動(dòng)力與踏板力成正比，但地面制動(dòng)力 受車輪與地面之間的附著力 ?F 的限制，如 圖 32 所示，為制動(dòng)器制動(dòng)力 uF ，地面制動(dòng)力 bF 以及踏板力 pF 三者之間的關(guān)系 圖 32 地面制動(dòng)力，制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力關(guān)系 當(dāng)踏板力在 0～ 1pF 之間是， 有 uF = bF ，制動(dòng)器制動(dòng)力等于地面制動(dòng)力。 當(dāng)大于踏板力 1pF 時(shí)，制動(dòng)器制動(dòng)力 uF 隨踏板力 pF 成成正 比例繼續(xù)增長(zhǎng)，而地面制動(dòng)力由于受地面附著力限制不再增長(zhǎng)，固有公式（ 33） 關(guān)系 bF ≤ ?F = ??zF （ 33） 即可得