轻型货车及制动系设计说明书(8)

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3.4 制动驱动机构的结构形式及选择

制动驱动机构用于将驾驶员或其它力源的力传给制动器，使之产生需要的制动转矩。

制动系统工作的可靠性在很大程度上取决于制动驱动机构的结构和性能。所以首先保证制动驱动机构工作可靠性；其次是制动力的产生和撤除都应尽可能快，充分发挥汽车的制动性能；再次是制动驱动机构操纵轻便省力；最后是加在踏板上的力和踩下踏板的距离应该与制动器中产生的制动力矩有一定的比例关系。保证汽车在最理想的情况下产生制动力矩。

根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可以分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。

1）简单制动系即人力制动系，是单靠驾驶员作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源，而力的传递方式又有机械式和液压式两种。

机械式的靠杆系或钢丝绳传力，结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，传动比小，润滑点多，且难以保证前后轴制动力的正确比例和左右轮制动力的均衡所以在汽车的行车制动装置中已被淘汰。因为这种方式结构简单、经济性好，工作可靠等优点广泛地应用于中，小型汽车的驻车制动器中。本设计选用简单制动系统为驻车制动，车内拉杆用钢丝绳连接到后轮制动蹄上，拉动拉杆进行制动。

液压制动用于行车制动装置。制动的优点是作用滞后时间短(0.1s～0.3s)，工作压力大(可达10MPa～12MPa)，缸径尺寸小，可以安装在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，而不需要制动臂等传动件。这样就减少了非黄载质量。液压制动也有器缺点。主要是过度受热后会有一部分制动液液化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系效能降低，甚至完全失效，液压制动广泛应用在轿车，轻型货车及一部分中型货车上。

2）制动即利用发动机的动力转化而成，并表现为气压或液压形式的势能作为汽车制动的全部力源，驾驶员施加于踏板或手柄上的力仅用于回路中的控制元件的操纵。从而可式踏板力较小，同时又又适当的踏板行程。 （1）气压制动系

气压制动系是动力制动系最常见的型式，由于可获得较大的制动驱动力，且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单、连接和断开均很方便，因此被广泛用于总质量为8t以上尤其是15t以上的载货汽车、越野汽车和客车上。但气压制动系必须采用空气压缩机、储气筒、制动阀等装置，使其结构复杂、笨重、轮廓尺寸大、造价高；管路中气压的产生和撤除均较慢，作用滞后时间较长(0.3s～0.9s)，因此，当制动阀到制动气室和储气筒的距离较远时，有必要加设气动的第二级控制元件——继动阀(即加速阀)以及快放阀；管路工作压力较低(一般为0.5MPa～

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0.7MPa)，因而制动气室的直径大，只能置于制动器之外，再通过杆件及凸轮或楔块驱动制动蹄，使非簧载质量增大；另外，制动气室排气时也有较大噪声。 （2）气顶液式制动系

气顶液式制动系是动力制动系的另一种型式，即利用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源的一种制动驱动机构。它兼有液压制动和气压制动的主要优点。由于其气压系统的管路短，故作用滞后时间也较短。显然，其结构复杂、质量大、造价高，故主要用于重型汽车上，一部分总质量为9t—11t的中型汽车上也有所采用。 （3）全液压动力制动系

全液压动力制动系除了具有一般液压制动系统的优点外，还具有操纵轻便、制动反应快、制动能力强、受气阻影响较小、易于采用制动力调节装置和防滑移装置，及可与动力转向、液压悬架、举升机构及其他辅助设备共用液压泵和储油罐等优点。但其结构复杂、精密件多，对系统的密封性要求也较高，并未得到广泛应用，目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。

3）制动系是在人力液压制动系中增加由其他能源提供的助力装置，使人力与动力并用。在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，而在伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。因此，在中级以上的轿车及轻、中型客、货车上得到了广泛的应用。

按伺服系统能源的不同，又有真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动系之分。其伺服能源分别为真空能(负气压能)、气压能和液压能。

综上所述，经过比较与分析，本次设计轻型货车采用伺服制动系统液压传动。

3.4.1 制动管路的形式选择

为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动管路一般都采用分立系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分属于两个或更多的相互隔绝的回路。这样，即使其中一个回路失效后，另一个回路仍然可以起作用。一般多设计成双回路。

下图为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统的5种分路方案图。选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。

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（a） （b） （c） （d） （e）

图3-2双轴汽车液压双回路系统的5种分路方案图

1—双腔制动主缸2—双回路系统的一个回路3—双回路系统的另一分路

图3-2（a）为一轴对一轴II型，前轴制动器与后桥制动器各用一各回路。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸鼓式制动器相配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别使商用车上用的最广泛。对于这种形式，若后轮制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯制动能力。对于采用前轮驱动因而前轮制动强于后轮的乘用车，当前制动回路失效而单用后桥制动时，制动力将严重不足，并且，若后桥负荷小于前轴负荷，则踏板力过大时易使后桥车轮抱死而汽车侧滑。

图3-2（b）X型的结构也很简单，直行制动时任一回路失效，剩余的总制动力都能保持正常值的50%，但是，一旦某一管路破损造成制动力不对称，此时前轮超制动力大的一边绕主销转动，使汽车丧失稳定性。因此这种方案适用于主销偏移距为（达20mm）的汽车上，这时，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车稳定性。

图3-2（c）一轴版对半轴HI型。两侧前制动器的半数轮缸和全部后轮制动器轮缸属一个回路，其余的前轮缸属另一回路。

图3-2（d）半轴一轮对半轴一轮LL型。两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器器作用。

图3-2（e）双半轴对双半轴HH型。每个回路均只对每个前、后制动器的半数轮缸器作用。这种形式的双回路制动效能最好。

HI，LL，HH型的结构均比较复杂。LL型与HH型在任一回路失效时，前、后制动力的比值均与正常情况下相同，剩余的总制动力可达到正常值的50%左右。HI型单用一轴半回路时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，紧急制动情况下后轮极易先抱死。

综合各个方面的因素和比较各回路形式的优缺点。本次设计选择了X型结构。

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3.4.2 液压制动主缸方案的设计

为了提高汽车的行驶安全性，现代汽车的行车制动装置均采用双回路制动系统。双回路制动系统的制动主缸为串列双腔制动主缸，因此用与单回路制动系的单腔制动主缸已被淘汰。制动主缸由灰铸铁制造，也可以采用低碳钢冷挤成形；活塞可用灰铸铁，铝合金或中碳钢制造。

主缸的作用是将驾驶员踩到制动踏板上的压力传递到四个车轮的制动器以使汽车停车。主缸将驾驶员在踏板上的机械压力转变为液压力，在车轮制动器处液压力转（变为机械力。主缸利用液体不可压缩原理，将驾驶员的踏板运动传送到车轮制动器。主缸由储液罐和主缸体构成。储液罐提供主缸工作的制动液。现在的所有储液罐都是分体设计，即两个独立的活塞有两个独立的储液区域。分体设计分别为前轮和后轮，或一个前轮一个后轮的液压系统供液，以防一个液压系统失效影响另一个液压系统。本次设计采用的制动主缸为串列双腔制动主缸。

如图所示，该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成。储蓄罐中的油经每一腔的进油螺栓和各自旁通孔、补偿孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔内产生的油压，分别经各自得出油阀和各自的管路传到前、后制动器的轮缸。

主缸不制动时，前、后两工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前、后腔内各自得旁通孔和补偿孔之间。

当踩下制动踏板时，踏板传动机构通过制动推杆15推动后腔活塞12前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此腔油压升高。在液压和后腔弹簧力的作用下，推动前腔活塞7前移，前腔压力也随之升高。当继续踩下制动踏板时，前、后腔的液压继续提高，使前、后制动器制动。

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撤出踏板力后，制动踏板机构、主缸前、后腔活塞和轮缸活塞在各自的回位弹簧作用下回位，管路中的制动液在压力作用下推开回油阀流回主缸，于是解除制动。

若与前腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，只有后腔中能建立液压，前腔中无压力。此时在液压差作用下，前腔活塞7迅速前移到活塞前端顶到主缸缸体上。此后，后缸工作腔中的液压方能升高到制动所需的值。若与后腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，起先只有后缸活塞12前移，而不能推动前缸活塞7，因后缸工作腔中不能建立液压。但在后腔活塞直接顶触前缸活塞时，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液压而制动。

由此可见，采用这种主缸的双回路液压制动系，当制动系统中任一回路失效时，串联双腔制动主缸的另一腔仍能工作，只是所需踏板行程加大，导致汽车制动距离增长，制动力减小。大大提高了工作的可靠性。

3.5 章液压制动驱动机构的设计计算

3.5.1 制动轮缸直径d的确定

鼓式制动器制动轮缸直径：[2]

制动力矩M?2= Kt1??/4?d2P0R （3.25） d=37.8mm 取38 一个轮缸工作容积 Vi=?/4?Vi d

1n2?i=?/4?382?2?2=4536mm3 （3.26）

d---一个轮缸活塞的直径 n---轮缸中活塞的数目

?i--一个轮缸活塞在完全制动时的行程，对鼓式制动器可取2mm 后轴上所有轮缸工作容积[2]

V=?1Vi=2×4536=9072mm3 （3.27）

n3.5.2 制动主缸直径d0的计算[2]

考虑到制动软管容积变形，则制动主缸应有的工作容积为V0=1.3 V （3.28） V0=1.3 V V0=1.3?9072=11671mm3

V0=?/4d20S0 ?/4 ?d30=4903mm3 d0=24.6mm S0=(0.8~1.2) d0 取S0= d0

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