汽车制动器的设计

汽车制动器的设计内容摘要：

摩擦片时不仅希望其 摩擦系数要高些 ， 更 要求其 热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。 不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性的要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。 各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为 ～ ，少数可达。 一般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈差。 所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。 当前国产的制动摩擦片材料在温度低于 250℃时，保持摩擦系数f =～ 已无大问题。 因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，取f = 可使计算结果接近实际。 另外，在选择摩擦材料时应 尽量采用减少污染和对人体无害的材料。 第三 章 主要零部件的设计 和参数的计算 制动器主要零件的结构设计 1． 制动盘 制动盘一般由 珠光体灰铸铁制成 ，其结构形状有 平板形 (用于全盘式制动器 )和 礼帽形 (用于钳盘式制动器 )两种。 后一种的圆柱部分长度取决于布置尺寸。 为了改善冷却，有的钳盘式制动器的制动盘铸 成中间有径向通风槽的双层盘，可大大增加散热面积，但盘的整体厚度较大。 制动盘的工作表面应光滑平整。 两侧表面不平行度不应大于 ，盘面摆差不应大于。 在加工方面，制动盘厚度变化大于技术要求，能引起踏板脉动或前端震动。 制动盘不符合技术要求的，需精加工满足要求。 （制动盘表面的轻微刻痕，深度不超过 是正常的，对制动器工作的影响不大）。 制动盘的厚度检查，测量距制动盘外缘 12mm 且相隔约 45 各点对照技术要求检查测量结果。 若发现制动盘厚度或平行度超差，必须更换或修复制动盘。 制动盘端面圆跳动 摩擦表面个端面圆跳动： 过大的端面圆跳动，转动时将引起制动盘左右摆动。 这种摆动撞击摩擦块，在工作中引起踏板震动，并影响制动效果。 如何检查和防护制动盘 将千分表调到零，转动车轮一整圈，细心观察千分表刻度。 断面圆跳动不得超过。 若制动盘断面圆跳动不符合技术要求，需检查轮毂及轴承总成的断面跳动。 若轮毂及轴承总成的摆差不符合技术要求，则要更换轮毂及轴承总成。 若轮毂及轴承的断面跳动在技术要求范围内，那么问题在于制动盘。 在安装时也要注意，用力矩扳手拧紧轮毂螺栓螺母，错误的拧紧方法可能导致断 面圆跳动增大 导致制动粗糙或脉动。 2． 制动钳 制动钳由可锻铸铁 K 丁 H370— 12 或球墨铸铁 QT400— 18 制造，也有用轻合金制造的，可做成整体的，也可做成两牛并由螺栓连接。 其外缘留有开口，以便不必拆下制动钳便可检查或更换制动块。 制动钳体应有高的强度和刚度。 一般多在钳体中加工出制动油缸，也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。 为了减少传给制动液的热量，多将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。 有的活塞的开口端部切成阶梯状，形成两个相对且在同一平面内的小半圆环形端面。 活塞由铸铝合金或钢制造。 为了提高耐磨损性能，活塞的 工作表面进行镀铬处理。 当制动钳体由铝合金制造时，减少传给制动液的热量成为必须解决的问题。 为此，应减小活塞与制动块背板的接触面积，有时也可采用非金属活塞。 3．制动鼓 制动鼓应具有 高的刚性和大的热容量 ，制动时其温升不应超过极限值。 制动鼓的材料与摩擦衬片的材料相匹配，应能保证具有高的摩擦系数并使工：作表面磨损均匀。 中型、重型货车和中型、大型客车多采用灰铸铁 HT200 或合金铸铁制造的制动鼓；轻型货车和一些轿车则采用由钢板冲压成形的辐板与铸铁鼓筒部分铸成一体的组合式制动鼓；带有灰铸铁内鼓筒的铸铝合金制动鼓在轿车上得 到了日益广泛的应用。 铸铁内鼓筒与铝合金制动鼓本体也是铸到一起的，这种内镶一层珠光体组织的灰铸铁作为工作表面，其耐磨性和散热性都很好，而且减小了质量。 制动鼓在工作载荷作用下会变形，致使蹄鼓间单位压力不均匀，且会损失少许踏板行程。 鼓筒变形后的不圆柱度过大容易引起自锁或踏板振动。 为防止这些现象需提高制动鼓的刚度。 为此，沿鼓口的外缘铸有整圈的加强肋条，也有的加铸若干轴向肋条以提高其散热性能。 制动鼓壁厚的选取主要是从刚度和强度方面考虑。 壁厚取大些也有助于增大热容量，但试验表明，壁厚从 11mm 增至 20mm，摩擦表面平均最高温度变化并不大。 一般铸造制动鼓的壁厚：轿车为 7～ 12mm，中、重型货车为 13～ 18mm。 制动鼓在闭口一侧可开小孔，用于检查制动器间隙。 制动鼓常见的故障 — 制动蹄变形或调节不正确。 －摩擦片松脱 变光滑或磨损。 －制动底板松动。 －自动调节器不起作用。 －润滑油 润滑脂或制动液粘在摩擦片上。 －回位弹簧弹力变弱或损坏。 制动鼓的维修 人们常常通过检查制动蹄来揭示制动鼓的毛病，首先通过目检装在车上的制动蹄来判断制动鼓。 若一车轮上的摩擦片比另一个车轮上的摩擦片磨损较多时，那么这个制动鼓 可能有划痕或表面粗糙。 任何一组制动蹄从一侧到另一侧的不均匀磨损可能是由于制动鼓变成锥形引起的。 摩擦片根部磨损严重表明制动鼓失圆。 彻底的清洁制动鼓。 如果制动鼓已暴露出泄漏油或润滑脂，在除去灰尘后，彻底的用一种非油基溶剂清洗制动鼓。 重新安装制动鼓前，找出漏油的原因并排除故障。 用指甲横滑制动表面，直观的检查制动鼓制动表面的滑痕。 任何大的滑痕 应意味着必须复制动鼓表面或更换制动鼓。 高度磨光的制动鼓表面会引起制动器抱死或噪音。 如何检验制动鼓是否磨损 必须用制动鼓千分尺或量规测量每个检查过的制动鼓，以查明制动鼓是否在安 全修理尺寸极限内。 把制动鼓千分尺调到制动鼓直径大小并测量它的磨损量。 在相互成直角的摩擦表面的宽窄两边缘处进行测量，在圆周上每隔 45 的各点且在最深槽的底部测其直径。 带有锥度或失圆度超过。 如果从最深槽底部测得的最大直径读数超过规定要求 1mm 时，该制动鼓不能重新整修表面而必须更换。 4． 制动蹄 轿车和轻型、微型货车的制动蹄广泛采用 T 形型钢辗压或钢板冲压 — 焊接制成；大吨位货车的制动蹄则多用铸铁、铸钢或铸铝合金制成。 制动蹄的 断面形状和尺寸应保证其刚度好 ，但小型车钢板制的制动蹄腹板上 有时开有一、两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与鼓之间的接触压力均匀，因而使衬片磨损较为均匀，并减少制动时的尖叫声。 重型汽车制动蹄的断面有工字形、山字形和Ⅱ字形几种。 制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车的约为 3— 5mm；货车的约为 5～ 8mm。 摩擦衬片的厚度，轿车多用 ～ 5mm；货车多在 8mm 以上。 衬片可以铆接或粘接在制动蹄上，粘接的允许其磨损厚度较大，但不易更换衬片；铆接的噪声较小。 在使用和更换制动蹄片的时候应该注意的事项：在更换修理时可以使用铆有摩擦片的制动蹄，也可以用提供的摩擦片，自行铆 接。 制动蹄修理完之后，进行基本的调整。 手制动处于松开状态，调节齿板位于最上端，待制动鼓安装完毕后用力踩一制动踏板，然后放开，使蹄片间隙处于最佳状态。 同一车上的制动器，摩擦衬片更换必须同时进行，并须选用同一厂家，同一型号产品。 制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。 制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，故应有足够的刚度。 为此，由钢板冲压成形的制动底板都具有凹凸起伏的形状。 重型汽车则采用可锻铸铁 KTH 370— 12 的制动底座以代替钢板冲压的制动底板。 刚度不足 会导致制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。 5． 支承 二自由度制动蹄的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。 为了使具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使 支承位置可调。 支承销由 45 号钢制造并高频淬火。 其支座为可锻铸铁 (KTH 370— 12)或球墨铸铁 (QT 400— 18)件。 青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。 具有长支承销的支承能可靠地保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。 有时在制动底板上附加一压紧装 置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在张开机构调整推杆端部开槽供制动蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。 6． 制动轮缸 是液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。 轮缸的缸体由灰铸铁 HT250 制成。 其缸筒为通孔，需搪磨。 活塞由铝合金制造。 活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。 轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。 多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领蹄式制动器的两蹄 则各用一个单活塞制动轮缸推动。 7． 制动块 制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接压嵌在一起。 衬块多为扇面形，也有矩形、正方形或长圆形的。 活塞应能压住尽量多的制动块面积，以免衬块发生卷角而引起尖叫声。 制动块背板由钢板制成。 盘式制动器装有衬块磨损达极限时的警报装置，以便及时更换摩擦衬片。 摩擦材料 制动摩擦材料应具有 高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能好，不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有较高的耐挤压和耐冲击性能；制动时不产生噪声和不良气味，应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦 材料。 目前在制动器中广泛采用着 模压材料 ，它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂 (由无机粉粒及橡胶、聚合树脂等配成 )与噪声消除剂 (主要成分为石墨 )等混合后，在高温下模压成型的。 模压材料的挠性较差，故应按衬片或衬块规格模压，其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料，使衬片或衬块具有不同的摩擦性能和其他性能。 另一种是 编织材料 ，它是先用长纤维石棉与铜丝或锌丝的合丝编织成布，再浸以树脂粘合剂经干燥后辊压制成。 其挠性好，剪切后可以直接铆到任何半径的制动蹄或制动带上。 在 100℃～ 120℃温度下，它具有较 高的摩擦系数 ( f = 以上 )，冲击强度比模压材料高 4～ 5 倍。 但耐热性差，在 200℃～ 250℃以上即不能承受较高的单位压力，磨损加快。 因此这种材料仅适用于中型以下汽车的鼓式制动器，尤其是带式中央制动器。 粉末冶金摩擦材料 是以铜粉或铁粉为主要成分 (占质量的 60％～ 80％ )，加上石墨、陶瓷粉等非金属粉末作为摩擦系数调整剂，用粉末冶金方法制成。 其抗热衰退和抗水衰退性能好，但造价高，适用于高性能轿车和行驶条件恶劣的货车等制动器负荷重的汽车。 各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约 为 ～ ，少数可达。 设计计算制动器时一般取 ～。 选用摩擦材料时应注意，一般说来， 摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。 主要零部件 参数 的计算 制动蹄摩擦面的压力分布规律 从前面的分析可知，制动器摩擦材料的摩擦系数及所产生的摩擦力对制动器因数有很大影响。 掌握制动蹄摩擦面上的压力分布规律，有助于正确分析制动器因数。 在理论上对制动蹄摩擦面的压力分布规律作研究时，通常作如下一些 假定 ： (1)制动鼓、蹄为绝对刚性； (2)在外力作用下，变形仅发生在摩擦衬片上； (3)压力与变形符合 虎克定律。 在一般情况下，若浮式蹄的端部支承在斜支座面上，如图 30 所示，则由于蹄片端部将沿支承面作滚动或滑动，它具有两个自由度运动，而绕支承销转动的蹄片只有一个自由度的运动，因此，其压力分布状况和绕支承销转动的情况有所区别。 现分析浮式蹄上任意一点 A 的运动情况。 今设定蹄片和支座面之间摩擦足够大，制动蹄在张开力作用下，蹄片将沿斜支座面上作滚动，设 Q 为其蹄片端部圆弧面之圆心，则蹄片上任意一点 A 的运动可以看成绕 Q 作相对转动和跟随 Q 作移动。 这样 A 点位移由两部分合成：相对运动位移 AB 和牵连运动位移 BC ，它们各自径向位移分量之和为 AD (见图 30)。 AD =AB COS +BC COS(  ) 根据几何 关系可得出 AD =(  OQ +BC Sin ) Sin +BC COS COS 式中  为蹄片端部 圆弧面绕其圆心的相对转角。 令  OQ +BC Sin =C1 BC COS =C2 在一定转角  时， 1C 和 2C 都是常量。 同样，认为 A 点的径向变形量 AD 和压力成正比。 这样，蹄片上任意点 A 处的压力可写成 q=q1 Sin +q2 COS 或 q=q0 Sin( + 0 ) 也就是说， 浮式蹄支承在任意斜支座面上时，其理论压力分布规律仍为正弦分布，但其最大压力点在何处，难以判断。 上述分析对于新的摩擦衬片是合理的，但制动器在使用过程中摩擦衬片有磨损，摩擦衬片在磨损的状况下，压力分布又应如何呢 ?按照理论分析，如果知道摩擦衬片的磨损特性，也可确定摩擦衬片磨损后的压力分布规律。 根据 国外资料，对于摩擦片磨损具有如下关系式 fqvKW 11  式中 W1 —— 磨损量； K1 —— 磨损常数； f —— 摩擦系数； q—— 单位压力； v —— 磨擦衬片与制动鼓之间的相对滑动速度。 通过分析计算所得压力分布规律如图 31 所示。 图中表明在第 11 次制动后形成的单位 面积 压力仍为正弦分布 sin。