【文章內容簡介】 加大；從蹄由于摩擦力矩的“減勢”作用而使其所受的法向反力減小。這樣，由于兩蹄所受的法向反力不等，不能相互平衡，其差值由車輪輪轂軸承承受。這種制動時兩蹄法向反力不能相互平衡的制動器也稱為非平衡式制動器。液壓或楔塊驅動的領從蹄式制動器均為非平衡式結構，也叫做簡單非平衡式制動器。非平衡式制動器將對輪轂軸承造成附加徑向載荷，而且領蹄摩擦襯片表面的單位壓力大于從蹄的，磨損較嚴重。為使襯片壽命均衡，可 將從蹄的摩擦襯片包角適當?shù)販p小。 對于如圖 32 (a)所示具有定心凸輪張開裝置的領從蹄式制動器，制動時，凸輪機構保證了兩蹄等位移，作用于兩蹄上的法向反力和由此產生的制動力矩分別相等，而作用于兩蹄的張開力 P P2 則不等，且必然有 P1P2。由于兩蹄的法向反力 N1=N2 在制動鼓正、反兩個方向旋轉并制動時均成立，因此這種結構的特性是雙向的，實際上也是平衡式的。其缺點是驅動凸輪的力要大而效率卻相對較低，約為 ～ 。因為凸輪要求氣壓驅動，因此這種結構僅用于總質量大于或等于 10 t 的貨車和客車上。 領從蹄式 制動器的兩個蹄常有固定的支點。張開裝置有凸輪式 (見圖 32(a)、圖3圖 34)、楔塊式 (見圖 3圖 36)、曲柄式 (參見圖 312)和具有兩個或四個等直徑活塞的制動輪缸式的 (見圖 32(b)、圖 3圖 38)。后者可保證作用在兩蹄上的張開力相等并用液壓驅動，而凸輪式、楔塊式和曲柄式等張開裝置則用氣壓驅動。當張開裝置中的制動凸輪和制動楔塊都是浮動的時，也能保證兩蹄張開力相等，這時的凸輪稱為平衡凸輪。也有非平衡式的制動凸輪，其中心是固定的，不能浮動，所以不能保證作用在兩蹄上的張開力相等。 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 10 圖 33 S凸輪制動器 圖 34 楔塊式張開裝置及其受力簡圖 圖 35 S凸輪式車輪制動器 1— 制動蹄； 2— 凸輪； 3— 制動底板； 4— 調整臂； 5— 凸輪支座及制動氣室； 6— 滾輪 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 11 圖 36 楔塊式張開裝置的車輪制動器 1— 制動蹄； 2— 制動底板； 3— 制動氣室； 4— 楔塊； 5— 滾輪 6— 柱塞； 7— 檔塊； 8— 棘爪； 9— 調整螺釘； 10— 調整套筒 圖 37 制動輪缸具有兩個個等直徑活塞的車輪制動器 1— 活塞； 2— 活塞支承 圈； 3— 密封圈； 4— 支承； 5— 制動底板； 6— 制動蹄 7— 支承銷； 8— 青銅偏心輪； 9— 制動蹄定位銷； 10— 駐車制動傳動裝置 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 12 圖 38制動輪缸具有四個等直徑活塞的車輪制動器 1— 制動蹄； 2— 制動底板； 3— 制動器間隙調整凸輪； 4— 偏心支承銷 領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和倒車時的制動性能不變，結構簡單，造價較低，也便于附裝駐車制動機構，故仍廣泛用作中、重型載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動器。 單向雙領蹄式制動器 當汽車前進時，若兩制動蹄均為領蹄的制動器，稱為雙領 蹄式制動器。但這種制動器在汽車倒車時，兩制動蹄又都變?yōu)閺奶?，因此，它又稱為單向雙領蹄式制動器。如圖 310 (c)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，因此兩蹄對鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器。 單向雙領蹄式制動器根據(jù)其調整方法的不同，又有多種結構方案，如圖 310 所示。 圖 310 單向雙領蹄式制動器的機構方案（液壓驅動） 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 13 （ a）一般形式；（ b）偏心調整；（ c）輪缸上調整；（ d）浮動蹄片，輪缸支座端調整；（ e）浮動 蹄片，輪缸偏心機構調整 雙領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。中級轎車的前制動器常用這種型式，這是由于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，采用這種結構作為前輪制動器并與領從蹄式后輪制動器相匹配，則可較容易地獲得所希望的前、后輪制動力分配并使前、后輪制動器的許多零件有相同的尺寸。它不用于后輪還由于有兩個互相成中心對稱的制動輪缸，難于附加駐車制動驅動機構。 雙向雙領蹄式制動器 當制動鼓正向和反向旋轉時兩制動蹄均為領蹄的制動器，稱為雙向雙 領蹄式制動器。如圖 32(d)及圖 31圖 312 所示。 圖 311 雙向雙領蹄式制動器的結構方案（液壓驅動） （ a）一般形式；（ b）偏心機構調整；（ c）輪缸上調整 其兩蹄的兩端均為浮式支承，不是支承在支承銷上，而是支承在兩個活塞制動輪缸的支座上 (圖 32(d)、圖 311)或其他張開裝置的支座上 (圖 31圖 313)。 圖 312 曲柄機構制動器（氣壓驅動） 圖 313 雙楔制動器（氣壓驅動） 當制動時，油壓使兩個制動輪缸的兩側活塞 (圖 311)或其他張開裝置的兩側 (圖31圖 313)均向外移動，使兩制動蹄均壓緊在制動鼓的內圓柱面上。制動鼓靠摩擦力帶動兩制動蹄轉過一小角度，使兩制動蹄的轉動方向均與制動鼓的旋轉方向一致；當制動鼓反向旋轉時，其過程類同但方向相反。因此，制動鼓在正向、反向旋轉時兩制動蹄均為領蹄，故稱為雙向雙領蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。由于這種制2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 14 動器在汽車前進和倒退時的性能不變，故廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后輪。但用作后輪制動器時，需另設中央制動器。 雙從蹄式制動器 雙從蹄式制動器的兩蹄片各 有一個固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄片的不同端，并用各有一個活塞的兩輪缸張開蹄片，其結構形式與單向雙領蹄式相反。 雙從蹄式制動器的制動效能穩(wěn)定性最好，但因制動效能最低，所以很少采用。 單向增力式制動器 如圖 32(e)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底板上的支承銷上。當汽車前進時，第一制動蹄被單活塞的制動輪缸推壓到制動鼓的內圓柱面上。制動鼓靠摩擦力帶動第一制動蹄轉過一小角度，進而經頂桿推動第二制動蹄也壓向制動鼓的工作表面并支承在其上端的支承銷上。顯然，第一制動蹄為一增勢的領蹄，而第二制動蹄不僅是一個增勢領蹄，而且經頂桿傳給它的推力 Q要比制動輪缸給第一制動蹄的推力 P大很多，使第二制動蹄的制動力矩比第一制動蹄的制動力矩大 2～3倍之多。由于制動時兩蹄的法向反力不能互相平衡，因此屬于一種非平衡式制動器。 雖然這種制動器在汽車前進制動時，其制動效能很高，且高于前述各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作前輪制動器。 雙向增力式制動器 如圖 32(f)所示，將單向增力式制動器的單活塞制動輪缸換以雙活塞式制動輪缸，其上端的支承銷也 作為兩蹄可共用的，則成為雙向增力式制動器。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。只是當制動鼓正向旋轉時，前制動蹄為第一制動蹄，后制動蹄為第二制動蹄；而反向旋轉時，第一制動蹄與第二制動蹄正好對調。第一制動蹄是增勢領蹄，第二制動蹄不僅是增勢領蹄，而且經頂桿傳給它的推力 Q 要比制動輪缸給第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制動時作用于第二蹄上端的制動輪缸推力起著減小第二蹄與支承銷間壓緊力的作用。雙向增力式制動器也是屬于非平衡式制動器。 圖 314 給出了雙向增力式制動器 (浮動支承 )的 幾種結構方案，圖 315給出了雙向增力式制動器 (固定支點 )另外幾種結構方案。 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 15 雙向增力式制動器在高級轎車上用得較多，而且往往將其作為行車制動與駐車制動共用的制動器，但行車制動是由液壓通過制動輪缸產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綱索拉繩及杠桿等操縱。另外，它也廣泛用于汽車中央制動器，因為駐車制動要求制動器正、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應急制動時不會產生高溫，因而熱衰退問題并不突出。 圖 314 雙向增力式制動器（浮動支承）的結構方案 圖 315雙向增力 式制動器（固定支點）的結構方案 （ a）一般形式；（ b）浮動形式；（ c）中心調整 鼓式制動器方案的確定 考慮到制動器的效能因素和制動器效能的穩(wěn)定性，且領從蹄式制動器的蹄片與制動鼓之間的間隙易于調整，便于附裝駐車制動裝置，根據(jù)設計車型的特點及制動要求 ，并考慮到使結構簡單，造價較低，也便于附裝駐車制動機構等因數(shù)，本文選擇 凸輪式領從蹄式制動器 作為設計方案 。 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 16 第 4 章 理想制動力及其分配 對汽車制動性能有著重要影響的制動系參數(shù)有：制動力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、 制動器最大制動力矩 等。 制 動力與制動力分配系數(shù) 汽車制動時，如果忽略路面對車輪的滾動阻力矩和汽車回轉質量的慣性力矩，則任一角速度 ? 0的車輪，其力矩平衡方程為 : 0?? eBf rFT 式（ ） 式中： fT —— 制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉方向相反， N m； BF —— 地面作用于車輪上的制動力，之間的摩擦力，又稱為地面制即地面與輪胎動力，其方向與汽車行駛方向相反， N； er —— 車輪有效半徑， m。 令 fF = fT /er 式 () 即制動器制動 力，它是在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動周緣力。fF與地面制動力 BF 的方向相反，當車輪角速度 ? 0時，大小亦相等，且 fF僅由制動器結構參數(shù)所決定。即 fF 取決于制動器的結構型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪有效半徑等，并與制動踏板力即制動系的液壓或氣壓成正比。當加大踏板力以加大 fT ， fF 和 BF 均隨之增大。但地面制動力 BF 受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力 ?F ，即 BF ≤ ?? ZF? 式（ ） 式中 ? —— 輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z—— 地面對車輪的法向反力。 當制動器制動力 fF 和地面制動力 BF 達到附著力 ?F 值時，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動力矩 fT 即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而 eff rTF /? 即成為與 BF 相平衡以阻止車輪再旋轉的周 緣力的極限值。當制動到 ? =0 以后，地面制動力 BF 達到附著力 ?F 值后就不再增大，而制動器制動力 fF 由于踏板力 PF 的 增大使摩擦力 矩 fT 增大而繼續(xù)上升如圖 。 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 17 圖 制動器制動力與踏板力關系曲線 根據(jù)汽車制動時的 整車受力分析，考慮到制動時的軸荷轉移，可求得地面對前、后軸車輪的法向反力 Z1， Z2 為： )(21 dtdughLLGZ g?? 式（ ） )(12 dtdughLLGZ g?? 式（ ） 式中 ： G—— 汽車所受重力； L—— 汽車軸距； 1L — — 汽車質心離前軸距離； 圖 汽車制動時整車受力分析圖 2L —— 汽車質心離后軸距離； gh —— 汽車質心高度； 2021 屆機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計 18 g —— 重力加速度； dtdu—— 汽車制動減速度。 若在附著系數(shù)為 ? （我們選擇在瀝青路面上制動，則選取 ? =）的路面上制動，前、后輪均抱死（同時抱死或先 后抱死均可），此時汽車總的地面制動力為 GqdtdugGFFF BBB ???? 21 式 () 式中 q（gdtduq?） —— 制動強度，亦稱比減速度或比制動力； 1BF ， 2BF —— 前后軸車輪的地面制動力。 此時 BF 等于汽車前、后軸車輪的總的附著力 ?F ，亦等于作用于質心的制動慣性力 dtdum ，即有 BF = ?F = ?G = dtdum 式