某越野車雙向自增力中央駐車制動(dòng)器的匹配

摘要：雙向自增力鼓式制動(dòng)器因其效能因數(shù)高，在越野車和輕型卡車上作為中央駐車制動(dòng)器應(yīng)用較多。就雙向自增力中央制動(dòng)器在開發(fā)過程中的幾項(xiàng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了詳述，解析了自增力鼓式駐車制動(dòng)器效能因數(shù)的計(jì)算方法，并通過理論計(jì)算和試驗(yàn)對(duì)比，驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。同時(shí)，分析了摩擦系數(shù)的選擇方法，對(duì)制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)和控制進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：雙向自增力；效能因數(shù)；摩擦系數(shù)；制動(dòng)間隙

中圖分類號(hào)： U463.51 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1005-2550（2013）04-0015-05

雙向自增力制動(dòng)器廣泛用于汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)對(duì)制動(dòng)器前進(jìn)、倒車的制動(dòng)效能要求一樣，而且對(duì)中央制動(dòng)器而言，駐車制動(dòng)在不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生高溫，熱衰退問題。汽車主機(jī)廠在進(jìn)行雙向自增力中央制動(dòng)器方案選型和開發(fā)時(shí)，對(duì)制動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)的控制至關(guān)重要，但卻少有與之相關(guān)的理論分析和計(jì)算方法可供參考，本文結(jié)合實(shí)際開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)雙向自增力的駐車制動(dòng)效能因數(shù)計(jì)算進(jìn)行了推導(dǎo)和驗(yàn)證，同時(shí)由此延伸，對(duì)摩擦系數(shù)、制動(dòng)間隙展開分析，從主機(jī)廠的開發(fā)角度出發(fā)，提供了一種雙向自增力中央制動(dòng)器的正向匹配方法。

1 雙向自增力駐車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡介

雙向自增力駐車制動(dòng)器結(jié)構(gòu)及受力情況見圖1。

制動(dòng)蹄1和制動(dòng)蹄3下端通過浮動(dòng)頂桿2相連，上端與頂桿4相連，靠在支撐銷5上；駐車?yán)?與制動(dòng)蹄3通過6鉸接，中間部位與頂桿4相連。

不難看出，無論是前進(jìn)制動(dòng)還是倒車制動(dòng)，制動(dòng)鼓對(duì)兩制動(dòng)蹄的摩擦力（Ff1、Ff2）始終沿著使制動(dòng)蹄張開的方向，對(duì)制動(dòng)力矩存在增勢作用，因此該結(jié)構(gòu)的制動(dòng)器被稱為雙向自增力式制動(dòng)器。

2 效能因數(shù)的計(jì)算

雙向自增力制動(dòng)器效能因數(shù)的計(jì)算，分前進(jìn)、倒車兩種情況。

2.1 前進(jìn)制動(dòng)效能因數(shù)計(jì)算

由于第一蹄和第二蹄的受力不同，計(jì)算效能因數(shù)時(shí)應(yīng)對(duì)兩蹄單獨(dú)考慮，最后再合二為一，計(jì)算出整個(gè)制動(dòng)器的效能因數(shù)。

第一蹄（制動(dòng)蹄3）的受力分析見圖2[1]，制動(dòng)蹄繞點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)，點(diǎn)A的位置會(huì)隨制動(dòng)蹄的張開浮動(dòng)，所以可將第一蹄歸類為“浮式領(lǐng)蹄”。第一蹄在平行力系F1、F2、Q1作用下平衡，據(jù)此可以判定，制動(dòng)鼓對(duì)第一蹄的壓力中心點(diǎn)E應(yīng)在蹄的左下方。

2.2 倒車制動(dòng)效能因數(shù)計(jì)算

汽車倒車駐車時(shí)，制動(dòng)器效能因數(shù)計(jì)算方法與前進(jìn)制動(dòng)相同，其受力和計(jì)算本章不再重復(fù)。

倒車第一蹄也屬于“浮式領(lǐng)蹄”，與前進(jìn)制動(dòng)不同之處在于：隨著旋轉(zhuǎn)方向的改變，倒車制動(dòng)的第一蹄是制動(dòng)蹄1，第二蹄是制動(dòng)蹄3。

圖4為第一蹄的受力分析圖，與前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的第一蹄類似，也屬于“浮式領(lǐng)蹄”。

2.4 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證

驗(yàn)證效能因數(shù)的計(jì)算方法是否正確，可對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行摩擦性能試驗(yàn)，測定出制動(dòng)力矩，通過制動(dòng)力矩計(jì)算出實(shí)際效能因數(shù)，再與按照上述理論計(jì)算出的效能因數(shù)比較。

圖6是某越野車雙向自增力中央制動(dòng)器理論效能因數(shù)與實(shí)測效能因數(shù)比較情況。

圖6中實(shí)測效能因數(shù)隨力矩變化上升趨勢最后趨于穩(wěn)定，原因是：制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，隨著蹄片不斷張開和壓緊制動(dòng)鼓，兩者間的接觸面積會(huì)越來越大，摩擦系數(shù)亦隨著正壓力的增加利用量不斷上升，效能因數(shù)因而隨著力矩值不斷上升，直至上述兩個(gè)因素趨于穩(wěn)定，效能因數(shù)也隨之趨于穩(wěn)定。理論值是以制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄同心的理想情況進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示，當(dāng)實(shí)測值達(dá)到穩(wěn)定區(qū)域后，即制動(dòng)器達(dá)到其額定摩擦系數(shù)（又稱名義摩擦系數(shù)）時(shí)，與理論值間的誤差在9%以內(nèi)。

因此，實(shí)際的雙向自增力中央制動(dòng)器開發(fā)時(shí)，可以用本文闡述的方法對(duì)效能因數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算，作為設(shè)計(jì)的輸入。

3 摩擦系數(shù)的選定

當(dāng)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)確定之后，制動(dòng)蹄片的摩擦系數(shù)是決定效能因數(shù)最主要參數(shù)。其中雙向自增力的效能因數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)的敏感度最高[2]，在開發(fā)雙向自增力中央制動(dòng)器時(shí)，摩擦系數(shù)的選定十分關(guān)鍵，如果摩擦系數(shù)選擇偏小，制動(dòng)器的制動(dòng)能力會(huì)不足；如果偏大，制動(dòng)器能力會(huì)過剩，并且較高的效能因數(shù)會(huì)出現(xiàn)自鎖、效能不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

4 制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)

制動(dòng)器的制動(dòng)間隙是指非制動(dòng)狀態(tài)下，制動(dòng)蹄片與制動(dòng)鼓間的初始間隙。

雙向自增力中央制動(dòng)器開發(fā)時(shí)，制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。摩擦間隙會(huì)影響制動(dòng)器總成的性能，間隙值過小會(huì)出現(xiàn)拖磨、發(fā)熱；間隙過大時(shí)，會(huì)因制動(dòng)鼓與制動(dòng)蹄的偏心量太大而影響制動(dòng)效能。同時(shí)，制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)與駐車手柄的杠桿比、行程等也密不可分，這將直接關(guān)系到駐車系統(tǒng)的匹配。

制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)首先要考慮零部件加工和裝配的工藝精度。

圖8為典型的中央制動(dòng)器裝配布置圖。

制動(dòng)器2與驅(qū)動(dòng)橋殼1固定，制動(dòng)鼓與驅(qū)動(dòng)橋輸出法蘭4固定，行車時(shí)兩者一起旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)間隙的設(shè)計(jì)，要考慮以下因素：

（1）橋殼1安裝凸臺(tái)和法蘭4安裝凸臺(tái)間的同軸度公差δ1；

（2）制動(dòng)器底板2與驅(qū)動(dòng)橋2凸臺(tái)的最大配合間隙δ2、

（3）制動(dòng)鼓與法蘭4凸臺(tái)的最大配合間隙δ3、

（4）制動(dòng)鼓內(nèi)徑負(fù)偏差t1；

5 結(jié)語

雙向自增力中央制動(dòng)器的設(shè)計(jì)開發(fā)，涉及面很廣，本文著力于對(duì)效能因數(shù)、摩擦系數(shù)、制動(dòng)間隙三個(gè)參數(shù)進(jìn)行理論推導(dǎo)和研究：

（1）提供一種有效的雙向自增力駐車制動(dòng)器效能因數(shù)計(jì)算方法；

（2）分析摩擦系數(shù)對(duì)雙向自增力駐車制動(dòng)器效能因數(shù)影響，并通過汽車的駐坡要求推導(dǎo)摩擦系數(shù)選型方法；

（3）研究雙向自增力中央制動(dòng)器制動(dòng)間隙對(duì)制動(dòng)性能的影響，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)探討各因素與制動(dòng)間隙的量化關(guān)系。

該雙向自增力中央制動(dòng)器的應(yīng)用車型已通過整車道路試驗(yàn)，正式列裝部隊(duì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吉林工業(yè)大學(xué)汽車教研室. 汽車設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1981： 507.

[2] 劉惟信.汽車的制動(dòng)性能的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京： 清華大學(xué)出版社，2004：26.