【文章內(nèi)容簡介】 的性能和結(jié)構(gòu)外，還必須符合國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定（對(duì)于出口車，要滿足使用國的有關(guān)法規(guī)）。下面列出對(duì)制動(dòng)裝置的主要要求。 （ 1） 具有良好的冷態(tài)制動(dòng)效能，能產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力，使汽車的行車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和駐車制動(dòng)性能符合強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求。 （ 2） 具有良好的制動(dòng)效能穩(wěn)定性 ，由于摩擦熱的影響或摩擦表面浸水使效能降低的程度盡可能小并能夠復(fù)原，也即制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性都要好。 8 （ 3） 具有良好的制動(dòng)方向穩(wěn)定性，應(yīng)使制動(dòng)力在車軸間合理分配，并在同一車軸的左、右輪之間對(duì)稱分配。 （ 4） 控制輕便，控制裝置的位置應(yīng)便于操縱，控制力和行程的大小應(yīng)適當(dāng) ,即制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程符合人 — 機(jī)工程學(xué)要求。 （ 5） 工作可靠，如行車制動(dòng)系傳能裝置必須至少采用雙回路，反映時(shí)間應(yīng)短；動(dòng)力制動(dòng)系必須至少有兩個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)能裝置，并具有保護(hù)壓力裝置和報(bào)警裝置等。 （ 6）制動(dòng)襯片（塊）磨損小 ，制動(dòng)間隙的檢查、調(diào)整和制動(dòng)襯片（塊）的更換應(yīng)方便。 （ 7） 工作時(shí)產(chǎn)生的顫振和噪聲小，排出物對(duì)環(huán)境的污染也應(yīng)小。 （ 8） 各部件特別是車輪制動(dòng)器的尺寸和質(zhì)量應(yīng)盡可能??；并且與懸架、轉(zhuǎn)向裝置都不能產(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)。 （ 9） 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)，氣動(dòng)管路也不該出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。 （ 10）制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)使用壽命長，制造成本低；對(duì)摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)境要求，應(yīng)力求減小到制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害于人體的石棉纖維 ]8[ 。 9 第二章 制動(dòng)器綜述 制動(dòng)器及其材料的發(fā)展歷史簡介 我國 50年代以來的貨車、小型客車的前后制動(dòng)器多為鼓式制動(dòng)器其制動(dòng)力矩較大，但其散熱條件較差，制動(dòng)器材料的熱衰現(xiàn)象較為嚴(yán)重，隨著車速的提高，其弱點(diǎn)越來越突出，從而使制動(dòng)器的使用壽命較短，現(xiàn)代小型轎車如夏利、富康、桑塔納等的制動(dòng)器都采用前盤后鼓式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器之所以得到普遍的應(yīng)用，是因?yàn)樵趶?qiáng)烈的制動(dòng)情況下，制動(dòng)器力矩很大，汽車以較大的初速度進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，在前輪上設(shè)置盤式制動(dòng)器能使汽車保持良好的穩(wěn)定性。 伴隨著美國汽車行業(yè)突飛猛進(jìn) 的發(fā)展，制動(dòng)器也經(jīng)歷了數(shù)次大革命。在過去的 100 多年間，美國汽車制動(dòng)器的發(fā)展大體上經(jīng)歷了以下過程 :從原始的機(jī)械裝置過渡到拉索鼓式制動(dòng)器和杠桿鼓式制動(dòng)器 。從最初是將制動(dòng)器安裝在后輪發(fā)展到全輪使用制動(dòng)器，繼而又采用液壓系統(tǒng)和帶真空加力器以及帶有電控的盤式制動(dòng)器。制動(dòng)器的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。 (1)早期的機(jī)械制動(dòng)器時(shí)代 :最早的制動(dòng)器最早安裝在動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)中， 1902年的“奧茲莫比爾” R 型車裝有外接觸的帶式制動(dòng)器，一些早期的轎車裝有控制后輪的機(jī)械嚙合制動(dòng)器。福特公司 19081927 年間制造的 T型車， 1903 年 的 A 型車，裝用過一種動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器。但隨著車輛的功率、重量、最高車速及道路安全問題的增多，復(fù)式、半圓式及內(nèi)張鼓式制動(dòng)器這樣一些更為先進(jìn)的機(jī)械車輪制動(dòng)器問世，鼓式制動(dòng)器最初被用于后車輪，后來逐漸普及到四輪。福特公司1928 年 A 型車的四輪均裝有機(jī)械鼓式制動(dòng)器。通用汽車公司 19241928 年間制造的各型車均采用四輪機(jī)械鼓式制動(dòng)器。機(jī)械鼓式制動(dòng)器的另一重要發(fā)展是自重的增加，助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來說己顯得十分重要。 1932 年生產(chǎn)的重量為 3860kg的凱迪拉克 V16 車，四輪均采用直徑為 毫米的鼓式制動(dòng)器， 并有制動(dòng)踏板控制的真空助力裝置。林肯公司也于 1932 年推出 V12 轎車，該車采用通過四根軟索真空加力器的鼓式制動(dòng)器。 （ 2）液壓制動(dòng)器時(shí)代：液壓制動(dòng)器是繼機(jī)械制動(dòng)器后的又一重大革 新。 Duesenberg Eight 車率先使用了轎車液壓制動(dòng)器，以“克菜斯勒”為商標(biāo)的四輪液壓制動(dòng)器于 1924 年問世，通用和福特分別于 1934 年和 1939 年采用了液壓制動(dòng)技術(shù) , 但直到 50～ 60年代，液壓助力器才成為現(xiàn)實(shí)。 10 (3)盤式制動(dòng)器時(shí)代 :盤式制動(dòng)器的出現(xiàn)使美國汽車在制動(dòng)性能方面有了質(zhì)的飛躍。與鼓式制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器有很多 優(yōu)點(diǎn)。 1965 年批量生產(chǎn)的福特、雷鳥、林肯、大陸等車均采用了 keiseyHayes 前輪盤式制動(dòng)器，雪佛萊、克爾維特等車采用了四輪盤式制動(dòng)器。此后，盤式制動(dòng)器開始流行。 (4)電子制動(dòng)控制裝置時(shí)代 :電子制動(dòng)控制裝置包括防抱系統(tǒng) (ABS)和牽引控制系統(tǒng) (TCS)， ABS 目前為美、日、歐等發(fā)達(dá)國家轎車的標(biāo)準(zhǔn)裝備。 1936 年博世公司申請(qǐng)一項(xiàng)電液控制的 ABS 裝置專利，促進(jìn)了防抱系統(tǒng)在汽車上的應(yīng)用 1969 年的福特 Ⅲ車的后輪使用了真空助力的 ABS 制動(dòng)器。 1971 年克萊斯勒 Imperial 車采用了升輪控制的 ABS 裝置。這些早期的 ABS 裝置性能有限，可靠性不夠理想，且成本高。 1979 年默奔茨推出一種性能可靠，帶有獨(dú)立液壓助力器的全數(shù)字電子系統(tǒng)控制的 ABS 制動(dòng)裝置，美國 1985 年的 Continental MKVL 采用帶數(shù)字顯示式微處理器、復(fù)合主缸、液壓制動(dòng)助力器、電磁閥及執(zhí)行器“一體化”的 ABS 防抱裝置。 TCS 是通過電子控制的燃油系統(tǒng)調(diào)整主制動(dòng)器與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩。 TCS 在歐洲生產(chǎn)。 19901991 年間，美國首次將 TCS 用于凱迪拉克 Allante 車上。汽車用先進(jìn)電子裝置方面的開始發(fā)展包括 :改進(jìn)的 ABSASR 控制系統(tǒng)，車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，互感式車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，集成化車輛動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)，汽車穩(wěn)定性控制系統(tǒng)及主動(dòng)式方向擺動(dòng)穩(wěn)定性控制系統(tǒng)等。制動(dòng)器開發(fā)廠商還提出了未來將ABS / TCS 和 VDC(車輛動(dòng)態(tài)控制 )與智能化運(yùn)一體化運(yùn)用的構(gòu)思 ]1[ 。 從車輛發(fā)明以來，就開始了使用剎車材料的歷史。其材料從木材、皮革等發(fā)展到棉花、棉布、鑄鐵。棉花纖維浸漬粘合劑再經(jīng)加壓成型、加工后的產(chǎn)品是最初開發(fā)和使用的摩擦片，但在使用中因摩擦熱升溫至 120 0C，棉花纖維會(huì)燃燒 ，于是以石棉作為替代品，由于石棉耐高溫強(qiáng)度較高，纖維性和柔韌性不錯(cuò)，且來源豐富，價(jià)格低廉，逐步成為摩擦材料中最重要組成部分。 石棉纖維摩擦片在隨后的使用中，發(fā)現(xiàn)其高溫衰退性十分明顯，主要原因是石棉導(dǎo)熱性很差，摩擦熱難以迅速散失，使衰退層變厚，磨損加劇。石棉的化學(xué)成分為含 1215%結(jié)品水的硅酸鎂， 500℃以上將發(fā)生如下反應(yīng) : ? ? OHS iOO S iOMgOHS iOM g O 224222 432232 ????? 水份全部析出，纖維變脆，完全失去了增強(qiáng)作用。 1980 年代以后，石棉對(duì)人體健康的損害已被醫(yī)學(xué)界公認(rèn)。許多國家和政對(duì)石11 棉的使用做了 嚴(yán)格的限制，客觀上又一次推動(dòng)了新型剎車材料的開發(fā)研究，主要集中在尋求替代石棉的纖維上，涌現(xiàn)出許多新的纖維，如玻璃纖維、 Kevlar 纖維、Aramid 纖維、碳纖維、銅纖維、鈦酸鉀纖維、云母纖維、 Emicortt 纖維及硅灰石、海泡石纖維、硅酸鋁纖維、巖棉以及尼龍纖維等，希望得到性能更優(yōu)良的無公害摩擦片。許多纖維性能有互補(bǔ)性，大多新纖維價(jià)格較貴。兼顧材料性能和經(jīng)濟(jì)性，考慮性能的互補(bǔ)，必然要求在摩擦片中同時(shí)采用二種或二種以上的纖維，這種利用“混雜效應(yīng)”的新型摩察片 混雜纖維 (NAO)摩擦片的性能調(diào)整及發(fā)展的 余地都很大，具有廣闊的發(fā)展前景，被稱為第二代無石棉摩擦片。 我國摩擦材料的研究起步較晚，與發(fā)達(dá)國家存在一定的差距。但近八年來，在國外形勢(shì)的緊迫下，加快了研究開發(fā)步伐。 國外許多發(fā)達(dá)國家近年來對(duì)摩擦材料的研究投入了大量的人力物力，并設(shè)立專門課題。在材料的配方選擇、工藝改良、材料變革、機(jī)理探討等方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。先后開發(fā)的無石棉摩擦材料已有幾十種，主要有半金屬、金屬、有機(jī)纖維、無機(jī)礦物摩擦材料等，并取得了一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益 ]7[ 。 汽車制動(dòng)器的評(píng) 價(jià)指標(biāo) 汽車的制動(dòng)性能是汽車的主要性能指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到交通安全重大交通事故往往與制動(dòng)距離過長、緊急制動(dòng)時(shí)發(fā)生側(cè)滑等情況有關(guān)。所以汽車的制動(dòng)性能是汽車行駛的重要安全保障。改善汽車的制動(dòng)性能即改進(jìn)作為制動(dòng)系統(tǒng)最主要部分的制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)性能，始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。一輛汽車制動(dòng)性能的好壞，主要從以下三個(gè)方面來進(jìn)行評(píng)價(jià) : （ 1） 制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度 。 （ 2） 制動(dòng)效能的恒定性，即抗熱或水衰退性能 。 （ 3） 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏，側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向 能力的性能。 汽車的制動(dòng)效能是汽車迅速降低車速直至停車的能力，它是制動(dòng)性能最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)定制動(dòng)效能的指標(biāo)是制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度。制動(dòng)距離是指在一定的制動(dòng)初速度下，汽車從駕駛員踩著制動(dòng)踏板開始到停車為止所駛過的距離，它與駕駛員的反應(yīng)時(shí)間、制動(dòng)系的協(xié)調(diào)時(shí)間、制動(dòng)踏板力以及路面附著條件有關(guān)。制動(dòng)減速度常指制動(dòng)過程中的最大減速度，它反映了地面制動(dòng)力，因此它與制動(dòng)12 器制動(dòng)力及輪胎與道路的附著力有關(guān)。 汽車制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰退性能?？篃崴ネ诵阅苁侵钙囋诟咚傩旭偦蛟谙麻L坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。 因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，而制動(dòng)器溫度升高后，能否保持在冷狀態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能己成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題。此外，實(shí)際行駛時(shí)，制動(dòng)器還存在水衰退問題，要求制動(dòng)器在浸水后仍應(yīng)保持其制動(dòng)效能。 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性是指汽車在制動(dòng)過程中維持原線行駛或按預(yù)定彎道行駛的能力。制動(dòng)時(shí)汽車自動(dòng)向左或向右偏駛稱為制動(dòng)跑偏，側(cè)滑是指制動(dòng)時(shí)汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動(dòng)，失去轉(zhuǎn)向能力是指彎道制動(dòng)時(shí)，汽車不再按原來彎道行駛而沿彎道切線方向駛出，以及直線行駛制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤汽車仍按直線方 向行駛的現(xiàn)象。制動(dòng)跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力是造成交通事故的重要原因]8[ 。 鼓式制動(dòng)器的工作原理 鼓式制動(dòng)器的工作原理可用如圖 21 所示的一種簡單的液壓制動(dòng)系示意圖來說明。一個(gè)以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動(dòng)鼓 8 固定在車輪輪毅上，隨車輪同旋轉(zhuǎn)。在固定不動(dòng)的制動(dòng)底板 11 上，有兩個(gè)支承銷 12，支承著兩個(gè)弧形制動(dòng)蹄 10 的下端。制動(dòng)蹄的外圓上面又裝有一般是非金屬的摩擦片 9，制動(dòng)底板上還裝有液壓制動(dòng)輪缸 6。用油管與裝在車架上的液壓制動(dòng)主缸 4 相連通。主缸中的活塞 3 可由駕 駛員通過制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu) 1來操縱。 制動(dòng)系不工作時(shí)，制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面與制動(dòng)蹄摩擦片的外圓之間保持有一定的間隙，使車輪和制動(dòng)鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。 要使行駛中的汽車減速，駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板 1，通過推桿 2 和主缸活塞3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸，并通過兩個(gè)輪缸活塞 7 的推力 ,使兩制動(dòng)蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開，使其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄就對(duì)旋轉(zhuǎn)著的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力距 uM ，其方向與車輪方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩 uM 、傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力 Fu。同時(shí)路面也對(duì)車輪作用著一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力 Fa 由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定13 的減速度，制動(dòng)力愈大，則汽車減速度也愈大。 圖 21 鼓式制動(dòng)系工作原理示意圖 ]7[ 盤式制動(dòng)器的工作原理 制動(dòng)過程的工作原理 盤式制動(dòng)器大體上可以分為：定鉗盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。定鉗盤式制動(dòng)器制動(dòng)鉗替兩側(cè)都安有液壓缸，制動(dòng)過程中制動(dòng)鉗體不 動(dòng)，具有一定壓力的液壓油流入兩側(cè)的制動(dòng)輪缸。輪缸中的活塞在制動(dòng)液的作用下推動(dòng)制動(dòng)塊卡緊隨車輪旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤產(chǎn)生制動(dòng)力。盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器相比有以下缺點(diǎn)： (1) 液壓缸較多，使制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 (2) 液壓缸分置于制動(dòng)盤兩側(cè)，必須用跨越制動(dòng)盤的鉗內(nèi)油道或外部油管 14 來連通。這必然使得制動(dòng)鉗的尺寸過大，難以安裝在現(xiàn)代化轎車的輪輞內(nèi)。 (3) 熱負(fù)荷大時(shí)液壓缸特別是外側(cè)液壓缸和跨越制動(dòng)盤的油管或油道中 的制動(dòng)液容易受熱汽化。 (4) 若要兼用于駐車制動(dòng)，則必須加裝一個(gè)機(jī)械促動(dòng)的駐車制動(dòng)鉗。 鑒于定鉗 盤式制動(dòng)器的上述缺點(diǎn)，到上世紀(jì) 60年代，定鉗盤式制動(dòng)器逐漸被浮鉗盤式制動(dòng)器取代。所以今天我們主要研究盤式制動(dòng)器的浮鉗盤式制動(dòng)器其大致工作原理如圖 22所示 : 圖 22 滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器工作原理示意圖 浮前鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗可以相對(duì)制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)。制動(dòng)鉗支架 12 固定在轉(zhuǎn)向節(jié)上，制動(dòng)鉗體 6 與支架 12 可沿導(dǎo)向銷 13 軸向滑動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板 1，通過推桿 2和主缸活塞 3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸，活塞 8 在液壓力 P1 的作用下，將制動(dòng)塊 9 推向制動(dòng)盤 11。與此同時(shí)，作用在制15 動(dòng)鉗體 6上的反作用力 P2推動(dòng)制動(dòng)鉗體 6沿導(dǎo)向銷向 13左移動(dòng)，使固定在制動(dòng)鉗體上的固定制動(dòng)塊壓 10 靠到制動(dòng)盤 11 上。于是，制動(dòng)盤兩側(cè)的摩擦塊 10在 P1 和 P2 的作用下夾緊制動(dòng)盤 11，使之在制動(dòng)盤上產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向向反的制動(dòng)力矩，促使汽車制動(dòng) ]8[ 。為了更一步加深浮前鉗盤式制動(dòng)器的工作原理，我將在最后一章利用 FLASH 動(dòng)畫制作軟件制作出兩種結(jié)構(gòu)型式的工作原理示意圖。 盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 假定襯塊的摩擦表面全部與制動(dòng)盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則 制動(dòng)器的制動(dòng)力矩 fN RT