【正文】 m 地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力即地面與輪胎之間的摩擦力又稱(chēng)為地面制動(dòng)力其方向與汽車(chē)行駛方向相反 N 車(chē)輪有效半徑 m 假設(shè)當(dāng)時(shí)速至汽車(chē)停止時(shí) 速度剎車(chē)距離由 得 由前后輪分配可知 假設(shè) 前輪的其中一個(gè)輪 后輪的其中一個(gè)輪 因此由公式 31 求得 令 32 并稱(chēng)之為制動(dòng)器制動(dòng)力它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力又稱(chēng)為制動(dòng)周緣力與地面制動(dòng)力的方向相反當(dāng)車(chē)輪角速度時(shí)大小也相等取決于制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式尺寸摩擦副的摩擦系數(shù)及車(chē)輪有效半徑等并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的 液壓成正比當(dāng)加大踏板力以加大和均隨之增大但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制其值不可能大于附著力即 ≤ 33 34 式中輪胎與地面間的附著系數(shù) 地面對(duì)車(chē)輪的法向反力 當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值時(shí)車(chē)輪即被抱死并在地面上滑移此后制動(dòng)力矩即 表現(xiàn)為靜摩擦力矩而即成為與相平衡以 圖 31 制動(dòng)力與踏板力的關(guān)系 圖 32 制動(dòng)時(shí)的汽車(chē)受力圖 阻止車(chē)輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值當(dāng)制動(dòng)到 0 以后地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不再增大而制動(dòng)器制動(dòng)力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升圖 31 根據(jù)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的整車(chē)受力分析圖 32 并考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移可求得地面對(duì)前后軸車(chē)輪的法向反力為 35 式中 G 汽車(chē)所受重力 L 汽車(chē)軸距 汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離 汽車(chē)質(zhì)心離后軸距離 汽車(chē)質(zhì)心高度 g 重力 加速度 汽車(chē)制動(dòng)減速度 算得 汽車(chē)總的地面制動(dòng)力為 36 式中制動(dòng)強(qiáng)度亦稱(chēng)比減速度或比制動(dòng)力 前后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力 由式 35 式 36 求得前后軸車(chē)輪附著力 37 在此取附著系數(shù)因此求得 10151N 4564N 上式表明汽車(chē)在附著系數(shù)為任意確定值的路面上制動(dòng)時(shí)各軸附著力即極限制動(dòng)力并非為常數(shù)而是制動(dòng)強(qiáng)度或總制動(dòng)力的函數(shù)當(dāng)汽車(chē)各車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)根據(jù)汽車(chē)前后軸的軸荷分配前后車(chē) 輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配道路附著系數(shù)和坡度情況等制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)的情況有三種即 1 前輪先抱死拖滑然后后輪再抱死拖滑 2 后輪先抱死拖滑然后前輪再抱死拖滑 3 前后輪同時(shí)抱死拖滑 第 3 種情況的附著條件利用得最好由式 36 式 37 得在任何附著系數(shù)的路面上前后車(chē)輪同時(shí)抱死即前后軸車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是 38 式中前軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力 后軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力 前軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力 后軸車(chē)輪的地面制動(dòng)力 地面對(duì)前后軸車(chē)輪的法向反力 G 汽車(chē)重力 汽車(chē)質(zhì)心離前后軸距離 汽車(chē)質(zhì)心高度 由式 38 知前后車(chē)輪同時(shí)抱死時(shí)前后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力是的函數(shù)式 38 中消去得 39 式中 L 汽車(chē)的軸距 圖 33 某汽車(chē)的 I 曲線和曲線 將上式繪成以為坐標(biāo)的曲線即為理想的前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線簡(jiǎn)稱(chēng)I曲線如圖 3 3所示如果汽車(chē)前后制動(dòng)器的制動(dòng)力能按 I曲線的規(guī)律分配則能保證汽車(chē)在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)都能使前后車(chē)輪同時(shí)抱死目前大多數(shù)兩軸汽車(chē)的前后制動(dòng)器制動(dòng)力之比值為一定值并以前制動(dòng)與汽車(chē)總制動(dòng)力之比表明分配的比例稱(chēng)為汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù) 310 由于在附著條件所限定的范圍內(nèi)地面制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力故通稱(chēng)為制動(dòng)力分配系數(shù) 在本設(shè)計(jì)的商務(wù)車(chē)中 由式 38 32 同步附著系數(shù) 由式 310 可表達(dá)為 311 上式在圖 33 中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為 1 的直線是汽車(chē)實(shí)際前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線簡(jiǎn)稱(chēng)線圖中線與 I曲線交于 B點(diǎn) B點(diǎn)處的附著系數(shù) 則稱(chēng)為同步附著系數(shù)它是汽車(chē)制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)由汽車(chē)結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定 同步 附著系數(shù)的計(jì)算公式是 求得 對(duì)于前后制動(dòng)器制動(dòng)力為固定比值的汽車(chē)只有在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上前后車(chē)輪制動(dòng)器才會(huì)同時(shí)抱死當(dāng)汽車(chē)在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)可能有以下情況 1 當(dāng) 線位于 I 曲線下方制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死它雖是一種穩(wěn)定工況但喪失轉(zhuǎn)向能力 2 當(dāng) 線位于 I 曲線上方制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性 3 當(dāng)制動(dòng)時(shí)汽車(chē)前后輪同時(shí)抱死是一種穩(wěn)定工況但也失去轉(zhuǎn)向能力 為了防止汽車(chē)的前輪失去轉(zhuǎn)向能力和后輪產(chǎn)生側(cè)滑希望在制動(dòng)過(guò)程中在即將出現(xiàn)車(chē)輪抱死但尚無(wú)任何車(chē)輪抱死時(shí)的制動(dòng) 減速度為該車(chē)可能產(chǎn)生的最高減速度分析表明汽車(chē)在同步附著系數(shù)的路面上制動(dòng) 前后車(chē)輪同時(shí)抱死 時(shí)其制動(dòng)減速度為 dudtg即 q為制動(dòng)強(qiáng)度而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)達(dá)到前輪或后輪即將抱死時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度 q 這表明只有在 的路面上地面的附著條件才得到充分利用附著條件的利用情況用附著系數(shù)利用率 附著力利用率 表示 312 算得 式中汽車(chē)總的地面制動(dòng)力 G 汽車(chē)所受重力 制動(dòng)強(qiáng)度 當(dāng) 時(shí) 1 利用率最高 直至 20世紀(jì) 50年代當(dāng)時(shí)道路條件還不很好汽車(chē)行駛速度也 不很高后輪抱死側(cè)滑的后果也不顯得像前輪抱死喪失轉(zhuǎn)向能力那樣嚴(yán)重因此往往將值定得較低即處于常遇附著系數(shù)范圍的中間偏低區(qū)段但當(dāng)今道路條件大為改善汽車(chē)行駛速度也大為提高因而汽車(chē)因制動(dòng)時(shí)后輪先抱死引起的后果十分嚴(yán)重由于車(chē)速高它不僅會(huì)引起側(cè)滑甩尾甚至?xí){(diào)頭而喪失操縱穩(wěn)定性后輪先抱死的情況是最不希望發(fā)生的因此各類(lèi)轎車(chē)和一般載貨汽車(chē)的值有增大的趨勢(shì) 如何選擇同步附著系數(shù) 是采用恒定前后制動(dòng)力分配比的汽車(chē)制動(dòng)系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問(wèn)題在汽車(chē)總重和質(zhì)心位置已定的條件下的數(shù)值就決定了前后制動(dòng)力的分配比 的選擇與很多因數(shù)有關(guān)首先 所選的應(yīng)使得在常用路面上附著系數(shù)利用率較高具體而言若主要是在較好的路面上行駛則選的值可偏高些反之可偏低些從緊急制動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)值宜取高些汽車(chē)若常帶掛車(chē)行駛或常在山區(qū)行駛值宜取低些此外的選擇還與汽車(chē)的操縱性穩(wěn)定性的具體要求有關(guān)與汽車(chē)的載荷情況也有關(guān)總之的選擇是一個(gè)綜合性的問(wèn)題上述各因數(shù)對(duì)的要求往往是相互矛盾的因此不可能選一盡善盡美的值只有根據(jù)具體條件的不同而有不同的側(cè)重點(diǎn) 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)空滿(mǎn)載的同步附著系數(shù)和應(yīng)在下列范圍內(nèi)轎車(chē) 065～ 080 輕型客車(chē)輕型貨車(chē) 055～ 070 大型客車(chē)及中重型貨車(chē) 045～ 065 現(xiàn)代汽 車(chē)多裝有比例閥或感載比例閥等制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)制動(dòng)強(qiáng)度載荷等因素來(lái)改變前后制動(dòng)器制動(dòng)力的比值使之接近于理想制動(dòng)力分配曲線 為保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) ECE 的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定在各種載荷情況下轎車(chē)在 015≤ q≤ 08 其他汽車(chē)在 015≤ q≤ 03 的范圍內(nèi)前輪均應(yīng) 能先抱死在車(chē)輪尚未抱死的情況下在 02≤≤ 08 的范圍內(nèi)必須滿(mǎn)足 q≥ 01085 02 由式 13 可知 q 077 滿(mǎn)足 33 制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 上面已給出了制動(dòng)強(qiáng)度 q 和附著系數(shù)利用率的定義式下面再討論 一下當(dāng) 時(shí)的 q 和根據(jù)所定的同步附著系數(shù)由式 310 及式 311 得 313 進(jìn)而求得 314 315 當(dāng) 時(shí)故 14715q 1 當(dāng) 時(shí)可能得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件即由式 36式 37 式 312 和式 314 得 316 317 318 當(dāng) 時(shí)可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件即由式 36式 37 式 313 和式 315 得 319 320 321 本設(shè)計(jì)中汽車(chē)的值恒定其值小于可能遇到的最大附著系數(shù)使其在常遇附著系數(shù)范圍內(nèi)不致過(guò)低在 的良好路面上緊急制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死 34 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 為保證汽車(chē)有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性應(yīng)合 理地確定前后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩 最大制動(dòng)力是在汽車(chē)附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車(chē)輪的法向力成正比由式 38 可知雙軸汽車(chē)前后車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用或前后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為 2224 式中汽車(chē)質(zhì)心離前后軸距離 同步附著系數(shù) 汽車(chē)質(zhì)心高度 制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩受車(chē)輪的計(jì)算力矩所制約即 式中前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力 后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力 作用于前軸車(chē)輪上的地面法向反力 作用于后軸車(chē)輪上的地面法向反力 車(chē)輪有效半徑 對(duì)于常遇到的道路條件較差車(chē)速較低因而選取了較小的同步附 著系數(shù)值的汽車(chē)為了保證在的良好的路面上例如 07 能夠制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度前后軸的車(chē)輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為 3705N 1665N 對(duì)于選取較大的同步附著系數(shù)值的汽車(chē)從保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩當(dāng)時(shí)相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為 322 323 本設(shè)計(jì)選取了較小的同步附著系數(shù)值的汽車(chē)為了保證在的良好的路面上例如 07 能夠 制動(dòng)到后軸和前軸先后抱死滑移此時(shí)制動(dòng)強(qiáng)度前后軸的車(chē)輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力力矩為 324 325 式中該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù) 制動(dòng)強(qiáng)度由式 420 確定 車(chē)輪有效半徑 一個(gè)車(chē)輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩為上列計(jì)算結(jié)果的半值 35 制動(dòng)器因數(shù) 式 31 給出了制動(dòng)器因數(shù) BF 的表達(dá)式它表示制動(dòng)器的效能又稱(chēng)為制動(dòng)器效能因數(shù)其實(shí)質(zhì)是制動(dòng)器在單位輸 入壓力或力的作用下所能輸出的力或力矩用于評(píng)價(jià)不同結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)器的效能制動(dòng)器因數(shù)可定義為在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比即 326 式中制動(dòng)器的摩擦力矩 R 制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)的作用半徑 P 輸入力一般取加于兩制動(dòng)蹄的張開(kāi)力 或加于兩制動(dòng)塊的壓緊力 的平均值為輸入力對(duì)于鉗盤(pán)式制動(dòng)器兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力均為 P 則制動(dòng)盤(pán)在其兩側(cè)工作面的作用半徑上所受的摩擦力為 2P 為盤(pán)與制動(dòng)襯塊間的摩擦系數(shù)于是鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為 327 式中 f 為摩擦系數(shù)本設(shè)計(jì)中取 f 04 則 BF 08 36 盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 1 制動(dòng)盤(pán)直徑 D 制動(dòng)盤(pán)直徑 D 應(yīng)盡可能取大些這是制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得到增大可以減小制動(dòng)鉗的夾緊力降低襯塊的單位壓力和工作溫度受輪輞直徑的限制制動(dòng)盤(pán)的直徑通常選擇為 70％～ 79％而總質(zhì)量大于總質(zhì)量大于 2t 的汽車(chē)應(yīng)取上限 在本設(shè)計(jì)中 取 D 320mm 2 制動(dòng)盤(pán)厚度 h 制動(dòng)盤(pán)厚度 h 直接影響著制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升為使質(zhì)量不致太大制動(dòng)盤(pán)厚度又不宜過(guò)小制動(dòng)盤(pán)可以制成實(shí)心的而為了通風(fēng)散熱又可在制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間鑄 出通風(fēng)孔道通常實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取 10mm20mm 具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤(pán)的兩工作面之間的尺寸即制動(dòng)盤(pán)的厚度取為 20mm50mm 但多采用20mm30mm 在本設(shè)計(jì)中前制動(dòng)器采用通風(fēng)盤(pán)取厚度 h 25mm 后制動(dòng)盤(pán)采用實(shí)心盤(pán)取厚度h 12mm 3 摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑 推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值 偏大工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多磨損不均勻接觸面積減小最終將導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大在本設(shè)計(jì)中取 110mm 154mm 435kg 范圍內(nèi)選取考慮到現(xiàn)今摩擦材料的不斷升級(jí)此范圍可適當(dāng)擴(kuò)大些本次設(shè)計(jì)使用半 金屬摩擦材料其摩擦系數(shù)優(yōu)于石棉材料故取前輪制動(dòng)器的摩擦襯塊工作面積 75 后輪制動(dòng)器的摩擦襯塊工作為 70 表 31 一些國(guó)產(chǎn)汽車(chē)前盤(pán)式的制動(dòng)器的主要參數(shù) 車(chē)牌 車(chē)型 制動(dòng)