微型车后制动器设计与计算(二)

第二章 制动器结构分析
   在这一章节中我们将着重分析各种类型的制动器并选择最为合适的类型作为此次文档设计的目标。
  如前面所述,制动器是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩,使后者的旋转角速度降低,同时依靠车轮与路面的附着作用,产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器都称为摩擦制动器。分为盘式和鼓式两大类。
2.1 盘式制动器    现代轿车的制动器的鼓式和盘式两大类型，它们各有千秋，但随着轿车车速的不断提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。
    汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。因此，散热对制动系统是十分重要的。如果制动系统经常处于高温状态，就会阻碍能量的转换过程，造成制动性能下降。越是跑得快的汽车，制动起来所产生的热量越大，对制动性能的影响也越大。解决好散热问题，对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用。所以，现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外，还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。
     盘式制动器又称为碟式制动器，顾名思义是取其形状而得名。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。盘时制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮钳盘式两类。另一种其制动盘的全部工作面可以同时与摩擦片接触的制动器称为全盘式制动器。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动钳上的两个摩擦片分别装在制动盘的两侧。分泵的活塞受油管输送来的液压作用，推动摩擦片压向制动盘发生摩擦制动，动作起来就好象用钳子钳住旋转中的盘子，迫使它停下来一样。这种制动器散热快，重量轻，构造简单，调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔，加速通风散热提高制动效率。
    反观鼓式制动器，由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。
    当然，盘式制动器也有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用，所以只能适用于轻型车上。而鼓式制动器成本相对低廉，比较经济。所以，汽车设计者从经济与实用的角度出发，一般轿车采用了混合的形式，前轮盘式制动，后轮鼓式制动。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%－80%，因此前轮制动力要比后轮大。轿车生产厂家为了节省成本，就采用前轮盘式制动，后轮鼓式制动的方式。四轮盘式制动的中高级轿车，采用前轮通风盘式制动是为了更好地散热，至于后轮采用非通风盘式同样也是成本的原因。毕竟通风盘式的制造工艺要复杂得多，价格也就相对贵了。随着材料科学的发展及成本的降低，在轿车领域中，盘式制动有逐渐取代鼓式制动的趋向。
2.2 鼓式制动器
    凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器称为摩擦制动器。
    鼓式制动器分内张型和外束型两种，内张型鼓式制动器采用带摩擦片的制动蹄作为固定元件，制动鼓为旋转元件。
    以制动蹄促动装置可分为凸轮式制动器、楔形制动器和轮缸式制动器。
 鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，可分为用液压制动轮缸促动装置的轮缸式制动器和用凸轮式制动器和用楔促动装置式制动器等。当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。但由于结构问题使它在制动过程中散热性能差和排水性能差，容易导致制动效率下降，因此在近三十年中，在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。
 鼓式制动器一般用于后轮。典型的鼓式制动器主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。
 鼓式制动器除了成本比较低之外，还有一个好处，就是便于与驻车（停车）制动组合在一起，凡是后轮为鼓式制动器的轿车，其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统，它完全与车上制动液压系统是分离的：利用手操纵杆或驻车踏板（美式车）拉紧钢拉索，操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄，起到停车制动作用，使得汽车不会溜动；松开钢拉索，回位弹簧使制动蹄恢复原位，制动力消失。
2.2.1 凸轮式制动器
    目前,所有国产汽车和部分外国汽车的气压制动系中,都采用凸轮促动的车轮制动器,而且大都设计成领从蹄式。凸轮促动的双向自增力式制动器只宜用作中央制动器。
    以东风EQ1090E型汽车的凸轮式前轮制动器为例,制动蹄是可锻铸铁的,不制动时由回位弹簧拉靠着制动凸轮轴的凸轮上。制动凸轮轴通过支座固定在制动底板上,其尾部花键轴插入制动调整臂的花键孔中。
    制动时,制动调整臂在制动气室的推动下,带动制动凸轮轴转动,推使两制动蹄压靠制动鼓。由于凸轮轮廓的中心对称性,凸轮转动所引起的两蹄上相应点的位移必然相等。这种由轴线固定的凸轮促动的领从蹄式制动器是一种等位移式制动器。这也是一种非平衡式制动器。
2.2.2楔式制动器
    楔式制动器中两蹄的布置可以是领从蹄式,也可以是双向双领蹄式。作为制动蹄促动件的制动楔本身的促动装置可以是机械式,液压式或气压式。
2.2.3轮缸式制动器
（1）领从蹄式制动器
领蹄：制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同。
从蹄：制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反。
以BJ2020N为例分析结构:
    旋转元件制动鼓固装在车轮轮毂的凸缘上，固定部门零件装配基体的制动底板用螺栓与后驱动桥壳半轴套管上的凸缘连接，用钢板料焊接成T形截面的前后两制动蹄，以其腹板下端的孔分别同两支承销上的偏心轴作动配合，制动蹄外圆面上，用埋头铆钉铆接摩擦片。
    作为液压传动装置的制动轮缸直接作为制动蹄促动装置，也用螺钉装在制动底板上，制动蹄腹板的上端松嵌入压合在轮缸活塞上的顶块的直槽中。两制动蹄由回位弹簧拉拢，并以焊在腹板上的琐销紧靠着装在制动底板上的调整凸轮。限位杆借螺纹旋装在制动底板上，弹簧使制动蹄腹板紧靠着限位杆中部的台肩，借以防止制动蹄轴向窜动。
    制动时，两蹄在轮缸中液压作用下。各自绕其支承销偏心轴颈的轴线向外旋转。其中一个与制动鼓旋向相同，一个相反。紧压到制动鼓上。解除制动时，撤除液压，两蹄便在弹簧的作用下回位。
    这一类型的制动器效能稳定性较好，结构较简单，目前仍广泛运用于各种汽车，缺点是领蹄与从蹄所受法向反力不等，在两蹄摩擦片工作面积相等的情况下，领蹄摩擦片上单位压力较大，磨损严重，此外，领从蹄式制动器所受到的来自两蹄的法向力即不相平衡，只能由车轮轮毂轴承的反力来平衡。对轮毂轴承造成了附加径向载荷，使其寿命缩短。
（2） 双领蹄式
    在制动鼓正向旋转时，两蹄均为领蹄的制动器称为双领蹄式制动器。以BJ2020N型汽车前轮制动器为例。两制动蹄各用一个单活塞式轮缸，两套制动蹄，轮缸、支承销和调整凸轮等在制动底板上中心对称布置，两轮缸可借连接油管连通，使其中心油压相等。
    这一类型的制动器在前进制动时，两蹄都是领蹄，制动器效能得到提高，但在倒车制动时，两蹄都变成从蹄。
（3） 双向双领蹄式制动器
    点互换位置，就能得到与前进时相同的制动效能。以红旗CA7560为例，制动底板上所有固定元件既按轴对称，又是中心对称布置。两制动蹄的两端都采用浮式支承，且支点的周向位置也是浮动的。

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