第八章制动系设计第八章 制动系设计
§ 8-1概述
§ 8-2制动器的结构方案分析
§ 8-3制动器主要参数的确定
§ 8-4制动器的设计与计算
§ 8-5制动驱动机构
§ 8-6制动力调节机构
§ 8-7 制动器的主要结构元件
§ 8-1概述功用,
使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车 ;
在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速 ;
使汽车可靠地停在原地或坡道上。
行车制动装置驻车制动装置应急制动装置辅助制动装置汽车制动系统图组制动系应满足如下要求：
1）足够的制动能力 。
2）工作可靠 。
3）不应当丧失操纵性和方向稳定性 。
4）防止水和污泥进入制动器工作表面。
5）热稳定性良好 。
6）操纵轻便，并具有良好的随动性 。
7）噪声尽可能小。
8）作用滞后性应尽可能短
9）摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命
10）调整间隙工作容易
11）报警装置
§ 8-2制动器的结构方案分析摩擦式液力式 -----缓速器电磁式磨擦副结构鼓式盘式带式 -----中央制动器分领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式等几种一、鼓式制动器主要区别：
① 蹄片固定支点的数量和位置不同 ;
② 张开装置的形式与数量不同 ;
③ 制动时两块蹄片之间有无相互作用。
制动器效能,制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或力矩。
制动器效能因数,在制动鼓或制动盘的作用半径 R
上所得到摩擦力（ Mμ/R）与输入力 F0之比,
RFMK 0
RF
MK
0
制动器效能的稳定性,效能因数 K对摩擦因数 f
的敏感性（ dK/df）。
1.领从蹄式每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端 。
凸轮或楔块式张开装置,
活塞轮缸（液压驱动）
平衡凸块式楔块式平衡式非平衡式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游 ;两蹄衬片磨损不均匀，寿命不同。
2.双领蹄式两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。
每块蹄片有各自独立的张开装置，且位于与固定支点相对应的一方。
制动器的制动效能相当高 ; 倒车制动时，制动效能明显下降 ; 两蹄片磨损均匀，寿命相同 ; 结构略显复杂。
3.双向双领蹄式两蹄片浮动，始终为领蹄。
制动效能相当高，而且不变，磨损均匀，寿命相同。
4.双从蹄式两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。
制动器效能稳定性最好，但制动器效能最低。
5.单向增力式两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体制动器效能很高，制动器效能稳定性相当差
6.双向增力式制动器效能很高，制动器效能稳定性比较差两蹄片端部各有一个制动时不同时使用的共用支点，支点下方有张开装置，两蹄片下方经推杆连接成一体二、盘式制动器钳盘式 (点盘式制动器 )
全盘式 (离合器式制动器 )
固定钳式滑动钳式摆动钳式浮动钳式盘式制动器有如下优点：
热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易；
缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。
§ 8-3制动器主要参数的确定一、鼓式制动器主要参数的确定
1.制动鼓内径 D
轿车,D/Dr=0.64~0.74
货车,D/Dr=0.70~0.83
ZBT24 005-89,制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列,
2.摩擦衬片宽度 b和包角 β
包角一般不宜大于 120° 。
制动衬片宽度尺寸系列见 ZB T24 005-89。
3.摩擦衬片起始角 β0
4.制动器中心到张开力 F0作用线的距离 e
使距离 e（图 8-7）尽可能大,初步设计时可暂定 e=0.8R左右。
5.制动蹄支承点位置坐标 a和 c
使 a尽可能大而 c尽可能小。初步设计时，也可暂定 a=0.8R左右。
二、盘式制动器主要参数的确定
1.制动盘直径 D
通常选择为轮辋直径 70%~79%
2.制动盘厚度 h
实心制动盘厚度可取为 10~20mm;
通风式制动盘厚度取为 20~50mm;
采用较多的是 20~30mm
3.摩擦衬块外半径 R2与内半径 R1
外半径 R2与内半径 R1（图 8-11）的比值不大于 1.5
4.制动衬块面积 A
1.6~3.5kg/cm2
§ 8-4制动器的设计与计算一、鼓式制动器的设计计算
111111 c o s BBCB
对于紧蹄的径向变形 δ1和压力 p1为：
)s in (
)s in (
11m a x11
11m a x11
app
a
两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律,
1.压力沿衬片长度方向的分布规律一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律
dBABBCB 111111111 s ins in
表面的径向变形和压力为,
app
adR
s in
s in
m a x1
1
新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律
2.计算蹄片上的制动力矩法向力制动力矩对于紧蹄对于松蹄液力驱动自锁条件领蹄表面的最大压力不会自锁二、盘式制动器的设计计算单侧制动块加于制动盘的制动力矩单侧衬块加于制动盘的总摩擦力有效半径
m值一般不应小于 0.65。
平面度允差为 0.012mm，表面粗糙度为 Ra0.7~1.3μm，两摩擦表面的平行度不应大于 0.05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于 0.03mm。
三、衬片磨损特性的计算摩擦衬片（衬块）的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓（制动盘）的材质及加工情况，以及衬片（衬块）本身材质等许多因素的影响，试验表明，影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。
双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率鼓式制动器的比能量耗散率以不大于 1.8W/mm2为宜，计算时取减速度
j=0.6g。制动初速度 υ1：轿车用 100km/h（ 27.8m/s）；总质量 3.5t以下的货车用 80km/h（ 22.2m/s）；总质量 3.5t以上的货车用 65km/h（ 18m/s）。
轿车的盘式制动器在同上的 υ1和 j的条件下，比能量耗散率应不大于
6.0W/mm2。
比摩擦力 f0
每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力在 j=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力 f0以不大于 0.48N/mm2为宜。与之相应的衬片与制动鼓之间的平均单位压力 pm=f0/f=1.37~1.60N/mm2（设摩擦因数 f=0.3~0.35）。
四、前、后轮制动器制动力矩的确定首先选定同步附着系数 φ0，
计算前、后轮制动力矩的比值根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前轮制动器的量大制动力矩 Mμ1max；
再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制动力矩 Mμ2max。
五、应急制动和驻车制动所需的制动力矩
1.应急制动应急制动时，后轮一般都将抱死滑移前桥制动力后桥制动力
2.驻车制动上坡停驻时后桥附着力下坡停驻时后桥附着力汽车可能停驻的极限上坡路倾角汽车可能停驻的极限下坡路倾角
§ 8-5制动驱动机构一、制动驱动机构的形式简单制动动力制动伺服制动制动力源机械式：
液压式：
机械效率低，传动比小，润滑点多结构简单，成本低，工作可靠（故障少），
应用于中、小型汽车的驻车制动装置中作用滞后时间较短（ 0.1~0.3s）；工作压力高（可 10~20MPa），结构简单，质量小；机械效率较高气压制动：
全液压动力制动 闭式（常压式）
开式（常流式）
操纵轻便、工作可靠、不易出故障、维修保养方便结构复杂、笨重、成本高；作用滞后时间较长（ 0.3~0.9s）；簧下质量大；噪声大。
真空伺服制动空气伺服制动液压伺服制动
0.05~0.07MPa
0.6~0.7MPa
二、分路系统全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或多的互相独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。
三、液压制动驱动机构的设计计算
1.制动轮缸直径 d的确定
2.制动主缸直径 d0的确定
3.制动踏板力 Fp
第 i个轮缸的工作容积所有轮缸的总工作容积初步设计时主缸活塞行程 S0和活塞直径 d0
一般要求：最大踏板力一般为 500N（轿车）或 700N（货车）。
4.制动踏板工作行程踏板行程（计入衬片或衬块的允许磨损量）对轿车最大应大于
100~150mm，对货车不大于 180mm。
§ 8-6制动力调节机构一、限压阀限压阀适用于轴距短且质心高，从而制动时轴荷转移较多的轻型汽车，
特别是轻型和微型轿车。
二、制动防抱死机构（ ABS）
基本功能,感知制动轮每一瞬时的运动状态，相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮的抱死现象。
它可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高行车安全性。
滑动率 S
ABS系统控制方法目前主要有逻辑门限值控制方法和现代控制方法两种，
目的是在各种工况下制动时都可获得最佳的滑动率 S，由此可获得最短的制动距离。
§ 8-7 制动器的主要结构元件一、制动鼓二、制动蹄制动鼓应当有足够的强度、刚度和热容量，与摩擦衬片材料相配合，
又应当有较高的摩擦因数。
轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用 T形钢辗压或用钢板焊接制成；重型货车的制动蹄则多用铸铁或铸钢铸成，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，轿车为
3~5mm，货车约为 5~8mm。
制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。
铸造式：
组合式：质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦因数多选用灰铸造铁，
具有机械加工容易、耐磨热容量大等优点轿车壁厚取为 7~12mm，货车取为 13~18mm。
三、摩擦衬片（衬块）
1）具有一定的稳定的摩擦因数。
2）具有良好的耐磨性。
3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。
4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。
5）应采用对人体无害的摩擦材料。
6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。
7）摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。
石棉摩阻材料：
半金属摩阻材料：
金属摩阻材料：
制造容易、成本低、不易刮伤对偶；
耐热性能差，随着温度升高而摩擦因数降低、
磨耗增高和对环境污染较高的耐热性和耐磨性，没有石棉粉尘公害由增强材料（石棉及其它纤维）、粘结剂、摩擦性能调节剂组成由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成粉末冶金无机质耐热性好、摩擦性能稳定制造工艺复杂、成本高、容易产生噪声和刮伤对偶利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定隙所需的活塞设定行程 △ 。
四、制动鼓（盘）与衬片（块）之间的间隙自动调整装置间隙过大产生制动作用的时间增长；
同步制动性能变坏；
增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板或手柄行程增大盘式制动器鼓制动器阶跃式自调装置 (适用于双向增力式制动器 )
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§ 8-1概述
§ 8-2制动器的结构方案分析
§ 8-3制动器主要参数的确定
§ 8-4制动器的设计与计算
§ 8-5制动驱动机构
§ 8-6制动力调节机构
§ 8-7 制动器的主要结构元件
§ 8-1概述功用,
使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车 ;
在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速 ;
使汽车可靠地停在原地或坡道上。
行车制动装置驻车制动装置应急制动装置辅助制动装置汽车制动系统图组制动系应满足如下要求：
1）足够的制动能力 。
2）工作可靠 。
3）不应当丧失操纵性和方向稳定性 。
4）防止水和污泥进入制动器工作表面。
5）热稳定性良好 。
6）操纵轻便，并具有良好的随动性 。
7）噪声尽可能小。
8）作用滞后性应尽可能短
9）摩擦衬片（块）应有足够的使用寿命
10）调整间隙工作容易
11）报警装置
§ 8-2制动器的结构方案分析摩擦式液力式 -----缓速器电磁式磨擦副结构鼓式盘式带式 -----中央制动器分领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式等几种一、鼓式制动器主要区别：
① 蹄片固定支点的数量和位置不同 ;
② 张开装置的形式与数量不同 ;
③ 制动时两块蹄片之间有无相互作用。
制动器效能,制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或力矩。
制动器效能因数,在制动鼓或制动盘的作用半径 R
上所得到摩擦力（ Mμ/R）与输入力 F0之比,
RFMK 0
RF
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0
制动器效能的稳定性,效能因数 K对摩擦因数 f
的敏感性（ dK/df）。
1.领从蹄式每块蹄片都有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的同一端 。
凸轮或楔块式张开装置,
活塞轮缸（液压驱动）
平衡凸块式楔块式平衡式非平衡式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游 ;两蹄衬片磨损不均匀，寿命不同。
2.双领蹄式两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。
每块蹄片有各自独立的张开装置，且位于与固定支点相对应的一方。
制动器的制动效能相当高 ; 倒车制动时，制动效能明显下降 ; 两蹄片磨损均匀，寿命相同 ; 结构略显复杂。
3.双向双领蹄式两蹄片浮动，始终为领蹄。
制动效能相当高，而且不变，磨损均匀，寿命相同。
4.双从蹄式两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端。
制动器效能稳定性最好，但制动器效能最低。
5.单向增力式两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体制动器效能很高，制动器效能稳定性相当差
6.双向增力式制动器效能很高，制动器效能稳定性比较差两蹄片端部各有一个制动时不同时使用的共用支点，支点下方有张开装置，两蹄片下方经推杆连接成一体二、盘式制动器钳盘式 (点盘式制动器 )
全盘式 (离合器式制动器 )
固定钳式滑动钳式摆动钳式浮动钳式盘式制动器有如下优点：
热稳定性好；水稳定性好；制动力矩与汽车运动方向无关；易于构成双回路制动系；尺寸小、质量小、散热良好；衬块磨损均匀；更换衬块容易；
缩短了制动协调时间；易于实现间隙自动调整。
§ 8-3制动器主要参数的确定一、鼓式制动器主要参数的确定
1.制动鼓内径 D
轿车,D/Dr=0.64~0.74
货车,D/Dr=0.70~0.83
ZBT24 005-89,制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列,
2.摩擦衬片宽度 b和包角 β
包角一般不宜大于 120° 。
制动衬片宽度尺寸系列见 ZB T24 005-89。
3.摩擦衬片起始角 β0
4.制动器中心到张开力 F0作用线的距离 e
使距离 e（图 8-7）尽可能大,初步设计时可暂定 e=0.8R左右。
5.制动蹄支承点位置坐标 a和 c
使 a尽可能大而 c尽可能小。初步设计时，也可暂定 a=0.8R左右。
二、盘式制动器主要参数的确定
1.制动盘直径 D
通常选择为轮辋直径 70%~79%
2.制动盘厚度 h
实心制动盘厚度可取为 10~20mm;
通风式制动盘厚度取为 20~50mm;
采用较多的是 20~30mm
3.摩擦衬块外半径 R2与内半径 R1
外半径 R2与内半径 R1（图 8-11）的比值不大于 1.5
4.制动衬块面积 A
1.6~3.5kg/cm2
§ 8-4制动器的设计与计算一、鼓式制动器的设计计算
111111 c o s BBCB
对于紧蹄的径向变形 δ1和压力 p1为：
)s in (
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11m a x11
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两个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律,
1.压力沿衬片长度方向的分布规律一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律
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表面的径向变形和压力为,
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1
新蹄片压力沿摩擦衬片长度的分布符合正弦曲线规律
2.计算蹄片上的制动力矩法向力制动力矩对于紧蹄对于松蹄液力驱动自锁条件领蹄表面的最大压力不会自锁二、盘式制动器的设计计算单侧制动块加于制动盘的制动力矩单侧衬块加于制动盘的总摩擦力有效半径
m值一般不应小于 0.65。
平面度允差为 0.012mm，表面粗糙度为 Ra0.7~1.3μm，两摩擦表面的平行度不应大于 0.05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于 0.03mm。
三、衬片磨损特性的计算摩擦衬片（衬块）的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓（制动盘）的材质及加工情况，以及衬片（衬块）本身材质等许多因素的影响，试验表明，影响磨损的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。
双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率鼓式制动器的比能量耗散率以不大于 1.8W/mm2为宜，计算时取减速度
j=0.6g。制动初速度 υ1：轿车用 100km/h（ 27.8m/s）；总质量 3.5t以下的货车用 80km/h（ 22.2m/s）；总质量 3.5t以上的货车用 65km/h（ 18m/s）。
轿车的盘式制动器在同上的 υ1和 j的条件下，比能量耗散率应不大于
6.0W/mm2。
比摩擦力 f0
每单位衬片（衬块）摩擦面积的制动器摩擦力在 j=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力 f0以不大于 0.48N/mm2为宜。与之相应的衬片与制动鼓之间的平均单位压力 pm=f0/f=1.37~1.60N/mm2（设摩擦因数 f=0.3~0.35）。
四、前、后轮制动器制动力矩的确定首先选定同步附着系数 φ0，
计算前、后轮制动力矩的比值根据汽车满载在柏油、混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑，计算出前轮制动器的量大制动力矩 Mμ1max；
再根据前面已确定的前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制动力矩 Mμ2max。
五、应急制动和驻车制动所需的制动力矩
1.应急制动应急制动时，后轮一般都将抱死滑移前桥制动力后桥制动力
2.驻车制动上坡停驻时后桥附着力下坡停驻时后桥附着力汽车可能停驻的极限上坡路倾角汽车可能停驻的极限下坡路倾角
§ 8-5制动驱动机构一、制动驱动机构的形式简单制动动力制动伺服制动制动力源机械式：
液压式：
机械效率低，传动比小，润滑点多结构简单，成本低，工作可靠（故障少），
应用于中、小型汽车的驻车制动装置中作用滞后时间较短（ 0.1~0.3s）；工作压力高（可 10~20MPa），结构简单，质量小；机械效率较高气压制动：
全液压动力制动 闭式（常压式）
开式（常流式）
操纵轻便、工作可靠、不易出故障、维修保养方便结构复杂、笨重、成本高；作用滞后时间较长（ 0.3~0.9s）；簧下质量大；噪声大。
真空伺服制动空气伺服制动液压伺服制动
0.05~0.07MPa
0.6~0.7MPa
二、分路系统全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或多的互相独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。
三、液压制动驱动机构的设计计算
1.制动轮缸直径 d的确定
2.制动主缸直径 d0的确定
3.制动踏板力 Fp
第 i个轮缸的工作容积所有轮缸的总工作容积初步设计时主缸活塞行程 S0和活塞直径 d0
一般要求：最大踏板力一般为 500N（轿车）或 700N（货车）。
4.制动踏板工作行程踏板行程（计入衬片或衬块的允许磨损量）对轿车最大应大于
100~150mm，对货车不大于 180mm。
§ 8-6制动力调节机构一、限压阀限压阀适用于轴距短且质心高，从而制动时轴荷转移较多的轻型汽车，
特别是轻型和微型轿车。
二、制动防抱死机构（ ABS）
基本功能,感知制动轮每一瞬时的运动状态，相应地调节制动器制动力矩的大小，避免出现车轮的抱死现象。
它可使汽车在制动时维持方向稳定性和缩短制动距离，有效地提高行车安全性。
滑动率 S
ABS系统控制方法目前主要有逻辑门限值控制方法和现代控制方法两种，
目的是在各种工况下制动时都可获得最佳的滑动率 S，由此可获得最短的制动距离。
§ 8-7 制动器的主要结构元件一、制动鼓二、制动蹄制动鼓应当有足够的强度、刚度和热容量，与摩擦衬片材料相配合，
又应当有较高的摩擦因数。
轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用 T形钢辗压或用钢板焊接制成；重型货车的制动蹄则多用铸铁或铸钢铸成，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，轿车为
3~5mm，货车约为 5~8mm。
制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。
铸造式：
组合式：质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦因数多选用灰铸造铁，
具有机械加工容易、耐磨热容量大等优点轿车壁厚取为 7~12mm，货车取为 13~18mm。
三、摩擦衬片（衬块）
1）具有一定的稳定的摩擦因数。
2）具有良好的耐磨性。
3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。
4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。
5）应采用对人体无害的摩擦材料。
6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。
7）摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。
石棉摩阻材料：
半金属摩阻材料：
金属摩阻材料：
制造容易、成本低、不易刮伤对偶；
耐热性能差，随着温度升高而摩擦因数降低、
磨耗增高和对环境污染较高的耐热性和耐磨性，没有石棉粉尘公害由增强材料（石棉及其它纤维）、粘结剂、摩擦性能调节剂组成由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成粉末冶金无机质耐热性好、摩擦性能稳定制造工艺复杂、成本高、容易产生噪声和刮伤对偶利用制动钳中的橡胶密封圈的极限弹性变形量，来保持制动时为消除设定隙所需的活塞设定行程 △ 。
四、制动鼓（盘）与衬片（块）之间的间隙自动调整装置间隙过大产生制动作用的时间增长；
同步制动性能变坏；
增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板或手柄行程增大盘式制动器鼓制动器阶跃式自调装置 (适用于双向增力式制动器 )
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