汽車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)

王志霞，班 慶

（河海大學(xué)，江蘇 南京 210049）

從首款汽車問(wèn)世一百多年來(lái)，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，人們不斷在汽車研發(fā)技術(shù)方面注入智慧。剎車的性能影響著汽車的整體制動(dòng)效果，提升汽車的安全駕駛性能也主要通過(guò)制動(dòng)性能的提升來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此，研究?jī)?yōu)化剎車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高制造工藝水平至關(guān)重要。

1.汽車制動(dòng)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

1.1 制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念

制動(dòng)系統(tǒng)主要有三個(gè)功能：將停駛的車輛保持原地不動(dòng)；保持在下坡路上行駛的汽車車速平穩(wěn)；開(kāi)車時(shí)能讓車輛減速甚至停止。每個(gè)車輛安裝的制動(dòng)專用裝置稱為制動(dòng)系統(tǒng)[1]。

1.2 汽車制動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

國(guó)外汽車工業(yè)起步較早，20世紀(jì)70年代就有人開(kāi)始使用CAD/CAE輔助設(shè)計(jì)工具進(jìn)行制動(dòng)系統(tǒng)的研究。改革開(kāi)放以后，我國(guó)人民的生活質(zhì)量越來(lái)越好，汽車保有量也逐年猛增，人們對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)也就越來(lái)越重視。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展讓人們過(guò)上了日新月異的生活，我國(guó)對(duì)制動(dòng)器的研究也在不斷地深入，并取得了一定的成果[2]。

2.盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式

2.1 定鉗盤式制動(dòng)器

在定鉗盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往是依據(jù)車軸的不同選取不同的方向進(jìn)行制作，保障車軸上固定的對(duì)應(yīng)制動(dòng)蹄不能隨意旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)的兩個(gè)活塞也分別位于制動(dòng)盤的兩側(cè)[3]。制動(dòng)盤的有效半徑和制動(dòng)鉗夾緊力成反比，而制動(dòng)盤位于副車架上，副車架是底盤骨架，其承載著車廂的總質(zhì)量，將車廂固定在車輛上。

2.2 浮鉗盤式制動(dòng)器

浮鉗盤式制動(dòng)器的螺栓在浮鉗盤式制動(dòng)器中有著導(dǎo)向的意義，通過(guò)支架進(jìn)行螺栓與制動(dòng)鉗的連接，并且固定連接前懸架進(jìn)行整體焊接，制動(dòng)鉗殼體可以沿著導(dǎo)向進(jìn)行軸的相對(duì)移動(dòng)，浮盤式制動(dòng)器的兩側(cè)也分布著兩個(gè)對(duì)應(yīng)的內(nèi)外摩擦塊，從而在駕駛員踩下制動(dòng)踏板的時(shí)候，內(nèi)外摩擦塊可以在壓力的作用下壓靠到制動(dòng)盤的內(nèi)表面。

3.制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

奧迪A4L的整車參數(shù)如表1所示

表1 奧迪A4L整車參數(shù)

圖1 汽車靜態(tài)受力圖

接下來(lái)我們就對(duì)于奧迪A4L進(jìn)行整車的參數(shù)分析，其中如上圖所示即為汽車靜態(tài)的受力分析圖，并且在給出既定的軸距、負(fù)荷的情況下，可以根據(jù)相關(guān)的公式進(jìn)行軸心距的距離測(cè)定。結(jié)合對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)分析可以得到：

空、滿載兩種工況均可使用式（1）來(lái)求出各自的質(zhì)心位置，則空載時(shí)質(zhì)心位置：

3.2 制動(dòng)系統(tǒng)的主要參數(shù)選擇及計(jì)算

普通的車制動(dòng)改造是不能夠匹配專用車廂的，而本文論述的汽車，需要在轉(zhuǎn)載部分進(jìn)行多部位的調(diào)整，質(zhì)量位置也和普通車對(duì)比較高，整體影響車輛的運(yùn)行穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)的時(shí)候需要計(jì)算整輛車的靜態(tài)穩(wěn)定特點(diǎn)。如果前后制動(dòng)器同時(shí)抱死，路面附著系數(shù)φ等于附著系數(shù)φ0。當(dāng)汽車在不同φ值的路面上制動(dòng)時(shí)，可能有以下三種情況：

（1）當(dāng)φ0＞φ時(shí)，前輪先抱死，失去轉(zhuǎn)向能力；

（2）當(dāng)φ0＜φ時(shí)，后輪先抱死，容易發(fā)生側(cè)滑；

（3）當(dāng)φ0＝φ時(shí)，前后輪同時(shí)抱死，較為穩(wěn)定[5]。

3.3 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)

汽車的制動(dòng)系統(tǒng)中，車輪制動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩方面都和汽車的制動(dòng)體系密切相關(guān)。車輛在等速行駛或者停放在坡道上的時(shí)候，車輛可能會(huì)發(fā)生翻車或者臨界翻車的情況，坡度角βmax需要及時(shí)地測(cè)算和調(diào)整[6]。

4.制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般原則

4.1.1 制動(dòng)器效能

汽車的制動(dòng)盤往往是以圓盤為基礎(chǔ)的工作端面，其表面有對(duì)應(yīng)的圓孔，作用在于降低重量的同時(shí)也可以有效地為實(shí)際使用增加摩擦力。

4.1.2 制動(dòng)器效能恒定性

即當(dāng)車輛高速行駛或在較長(zhǎng)的斜坡上持續(xù)剎車時(shí)，車輛的制動(dòng)效能起伏不大的程度[8]。

4.2 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇

簡(jiǎn)單制動(dòng)整體結(jié)構(gòu)將為簡(jiǎn)單可靠，后者通常用于行車制動(dòng)的過(guò)程中，稱為液壓制動(dòng)系。優(yōu)點(diǎn)在于有著較小尺寸的輪缸，較短時(shí)間的滯后，同時(shí)可以承載較高的工作壓力[10]。

4.3 制動(dòng)管路的多回路系統(tǒng)

多回路制動(dòng)管路在現(xiàn)在的市場(chǎng)上幾乎隨處可見(jiàn)。多回路制動(dòng)器方興未艾，在市場(chǎng)上幾乎看不到多回路制動(dòng)器，而且制動(dòng)管路也是一款小型多回路制動(dòng)器，現(xiàn)在如果打造多回路制動(dòng)器的話，加以完善，等到技術(shù)成熟，可以獲得較好的前景。

4.4 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.4.1 制動(dòng)盤上壓緊力

盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為：

前文已經(jīng)求出摩擦襯塊的內(nèi)半徑R和外半徑r，則平均半徑Rm為：

代入相關(guān)參數(shù)，可求得：平均半徑Rm=160mm，有效半徑Re=160.83mm。

根據(jù)上文內(nèi)容可知，假設(shè)該車滿載，則它在預(yù)設(shè)路面附著系數(shù)的路面上抱死時(shí)，前軸所需制動(dòng)力矩為：T1=FZ1φ rr=4209.6N·m，即2Tf=T1=4209.6N·m，則制動(dòng)器抱死時(shí)，制動(dòng)摩擦襯塊所需壓緊力為：

4.4.2 制動(dòng)輪缸直徑與工作容積

制動(dòng)輪缸的直徑與工作容積與制動(dòng)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，這是一種運(yùn)量大、運(yùn)距長(zhǎng)、輸送范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的連續(xù)機(jī)械。該部分的設(shè)計(jì)通過(guò)促使長(zhǎng)距離的皮帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸巷道的連續(xù)大批量運(yùn)輸，促進(jìn)礦用皮帶運(yùn)輸設(shè)計(jì)的能耗降低，成本節(jié)省，并提升整體的生產(chǎn)效率。

5.結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)介紹制動(dòng)器設(shè)計(jì)的一般規(guī)則，對(duì)制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)闡述。與頂鉗盤式制動(dòng)器相比，本文所述的浮動(dòng)的前盤式制動(dòng)器有著更大的尺寸，更容易在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。除此之外，需要在行車制動(dòng)器的使用過(guò)程中進(jìn)行零件的傳導(dǎo)，浮鉗盤式制動(dòng)器在汽車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與優(yōu)化設(shè)計(jì)中有著重要且明顯的作用。