4制动驱动机构的结构型式选择及设计计算

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1、 4 制动驱动机构的结构型式选择及设计计算 制动驱动机构用于将驾驶员或其他动力源的制动作用力传给制动器， 使之产生制动力矩。 4.1 制动驱动机构的结构型式选择 根据制动力源的不同， 制动驱动机构可分为简单制动、 动力制动和伺服制动三大类。 1.简单制动系 简单制动系即 人力制动系 ， 是靠驾驶员作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源。 力的传递方式又有机械式和液压式两种。 机械式靠杆系或钢丝绳传力， 其结构简单， 造价低廉， 工作可靠， 但机械效率低， 故仅用于中、 小型汽车的驻车制动装置中。 液压式简单制动系通常简称为液压制动系， 用于行车制动装置。 其优点是作用滞后时间短(0 .10.

2、3s)，工作压力高(可达 1012MPa)，轮缸尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构， 使之结构简单、 紧凑、 质量小、 造价低。 但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。 另外， 液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输， 使制动效能降低甚至失效。 液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车及部分中型货车上。 2.动力制动系 动力制动系 是以发动机动力形成的气压或液压势 能作为汽车制动的全部力源进行制动，而驾驶员作用于制动踏板或手柄上的 力仅用于对制动回路中控制元 件的 操纵。在简单制动系中的踏板力与其行程间的反比例关系在动力制动系中便不复存在，因此，此处

3、的踏板力较小且可有适当的踏板行程。 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联接装置结构简单、 联接和断开都很方便， 因此广泛用于总质量为 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、 贮气罐、 制动阀等装置， 使结构复杂、 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(0.30.9s)，因此在制动阀到制动气室和贮气罐的距离较远 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 0.50.7MPa)

4、， 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。 图 48 为一例气压制动系的双回路示意图。由发动机驱动的空气压缩机将压缩空气经单向阀 3充人湿贮气罐 5， 后者用来将压缩空气冷却并进行油水分离， 将清洁的压缩空气经单向阀 8向前桥及后桥贮气罐充气， 并经挂车制动阀 9 等向挂车贮气罐充气。 放气阀 4可供外界使用压缩空气。 当湿贮气罐的气压达 0.8330.882MPa 时， 安全阀 7应打开放气。 前、 后桥贮气罐分别与串列双腔气制动阀 16相连接， 以控制前、后轮的制动，并分别经管路与气压表 19

5、和调压阀 20 相连。双针气压表 19 的上、下指针分别表示前、后桥贮气罐气压。当气压达 0.7840.813MPa 时，调压阀 20 中的阀门被打开使空气压缩机 1 顶 部的卸荷阀 2 工作，不再向贮气罐充气。当气压降至0.6170.666MPa 时，调压阀 20 的阀门又关闭使空气压缩机又开始向贮气罐充气。当气压低于 0.45MPa 时，压力报警灯开关 12 触点闭合，接通电路，使报警灯亮，同时蜂鸣器发出音响信号。单向阀 3、8 可防止倒充气。 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

6、点。 由于气压系统的管路短， 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 911t 的中型汽车上也有采用。 图 49为一例气顶液式制动系的回路图。 全液压动力制动系是用发动机驱动油泵产生的液压作为制动力源。有开式(常 流式)和闭式(常压式)两种。开 式(常流式)系统在不制动 时，制动液在无负荷状况下由油泵经制动阀到贮液罐不断地循环流动， 制动时则借助于阀的节流而产生所需的液压进入轮缸。 闭式回路因平时保持着高液压， 故又称常压式。 它对制动操纵的反应比开式的快，但对回路的密封要求较高。在油泵出故障时，开式的将立即不起制动作用，而闭式的还有可

7、能利用回路中的蓄能器的液压继续进行若干次制动。 全液压动力制动系除具有一般液压制动系统的优点外， 还具有操纵轻便、 制动能力强、 易于采用制动力调节装置和防滑移装置等优点。 但结构复杂、 精密件多， 对系统的密封性要求也较高，故并未得到广泛应用，仅用于某些高级轿车和大型客车上。 图 50为美国 Bendix公司的闭式全液压动力制动系的问路图。 由油泵 4输小的液压先后输入以单向阀 8相互串联的两个蓄能器 5， 后者各为分： 立的前、 后制动管路的压力源。 蓄能器中压力约为 16MPa。 并列双腔制动阀 9在工作时输出的与踏板成比例的工作液压分别输至前桥和中、 后桥制动器油缸。 后制动钳小装有由

8、液压控制的弹簧制动装置。 在双控制单向阀 6 的作用下弹簧制动装置在任一蓄能器的压力降至一定值时均能自动进行应急制动，平时则可在驻车制动控制阀 10 的操纵下起驻车制动作用。 各 种 型 式的动力制动系在其动力系统失效使回路中的 气压或液压达不到正常 压力时，制动作用即会全部丧失。 3.伺服制动系 伺服制动系 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

9、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。 真空伺服制动系是利用发动机进气管中节 气门后的真空度(负压，一般可达0.050.07MPa)作动力源。 一般的柴油车若采用真空伺服制动系时则需有专门的真空源由发动机驱动的真空泵或喷吸器。 气压伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源， 伺服气压一般可达 0.60.7MPa。 故在输出力相等时， 气压伺服气室直径比真空伺服气室直径小得多。且在双回路制动系中，如果伺服系统也是分立式的(图 49)，则气压伺服比真空伺服更适宜， 因为后者难于使各回路真空度均衡。 但气压伺服系统的其他组成部分却较真空伺服系统复杂得多。 真空伺服

10、制动系多用于总质量在 1.11.35t 以上的轿车及装载质量在 6t以下的 轻、中型载货汽车上；气压伺服制动系则广泛用于装载质量为 612t 的中、重型货车以及极少数高级轿车上，例如 Benz600。 液 压 伺 服制动系一般是由发动机驱动高压油泵产生高 压油液供伺服制动系和 动力转向系共同使用。 按照助力特点，伺服制动系又可分为助力式和增压式两种。 助力式伺服制动系如图 51、 图5 2所 示 ， 伺服气室位于制动踏板与制动主缸之间，其控制阀直接由踏板通过推杆操纵， 因此又称为直动式伺服制动系。 驾驶员通过制动踏板直接控制伺服动力的助力大小， 并与之共同推动主缸活塞， 使主缸产生更高的液压通

11、向盘式制动器的油缸和鼓式制动器的轮缸。 由真空(或气压)伺服气室、 制动主缸和控制阀组成的总成称为真空(或气压)助力器。 增压式伺服制动系的回路如图 53及图 54所示。 由真空(气压)伺服气室、 辅助缸和控制阀组成的真空(气压)伺服装置位于制动主缸与制动轮缸之间， 驾驶员通过制动踏板推动主缸活塞所产生的液压作用于辅助缸活塞上， 同时也驱动控制阀使伺服气室工作， 因此又称为远动式伺服制动系。 伺服气室的推动力也作用于辅助缸活塞， 使后者产生高于主缸压力的工作油液并输往制动轮缸， 此即 “增压式” 名称的由来。 而由真空(或气压)伺服气室、 辅助缸和控制阀等组成的伺服装置则称为真空(或气压)增压

12、器。 回路中当通向前轮(或后轮)制动轮缸的管路发生泄漏故障时， 则安全缸内的活塞将移位并堵死通往漏油管路的通道。 当主缸输出油管发生泄漏故障时， 增压式回路中的增压器便无法控制， 而助力式的则较为简单可靠。 在采用双回路系统时， 助力式的除了可采用两个独立的助动器以进一步满足其特别高的安全要求外， 一般只需采用一个带双腔主缸的助力器即可； 而增压式的则必须有两个增压器使回路更加复杂， 或者仍采用一个增压器， 但在通往前、 后轮缸的支管路中各装一个安全缸， 使回路局部地前、后分路，如图 54 所示。欲将液压式简单制动系改造成伺服制动系，采用助力式的也比较简单， 只需在踏板机构和主缸之间加进伺服气

13、室和控制阀即可， 当然还要有伺服系统的动力源。 图 55 是液压伺服制动系的回路图，该系统为开式(常流式)的。因系统中的液压可与动力转向系共用，故其液压伺服制动系统本身并不太复杂。 应指出， 动力制动和伺服制动系统中的管路液压与踏板力之间并不存在固有的比例关系， 为了使驾驶员在制动时能直接感受到踏板力与制动强度间的比例关系， 需要在制动阀或控制阀的设计中予以保证。 4.2 制动管的多回路系统 为了提高制动驱动机构的工作可靠性， 保证行车安全， 制动驱动机构至少应有两套独立的系统， 即应是双管路的。 应将汽车的全部行车制动器的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路， 以便当一个回路失效后，

14、 其他完好的回路仍能可靠地工作。 图 56 为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统的五种分路方案图。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。 图 56(a)为前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，简称型。 其特点是管路布置最为简单， 可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合， 成本较低。 在各类汽车上都有采用， 但在货车上用得最广泛。 这一分路方案若后轮制动管路失效， 则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。 对于前驱动的轿车，当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将显著降低并小于正常情况下的一半，另外由于后桥负

15、荷小于前轴，则过大的踏板力会使后轮抱死导致汽车甩尾。 图 56(b)为前、 后轮制动管路呈对角连接的两个独立的回路系统， 即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路， 称交叉型， 简称 X型 。 其特点是结构也很简单， 一回路失效时仍能保持 50%的制动效能， 并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化， 保证了制动时与整车负荷的适应性。 此时前、 后各有一侧车轮有制动作用使制动力不对称， 导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动， 使汽车失去方向稳定性。所以具有这种分路方 案的汽车，其主销偏移距应取负值( 至20mm)，这样，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车的方向稳定

16、性，所以 多用于中、小型轿车。 图 56(c)的每侧前制动器的半数轮缸与全部后制动器轮缸构成一个独立的回路；而两前制动器的另半数轮缸构成另一回路。 可看成是一轴半对半个轴的分路型式， 简称H I型 。 图 56(d)的两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的型式 LL型。 图 56(e)的两个独立的回路均由每个前、 后制动器的半数缸所组成， 即前、 后半个轴对前、后半个轴的分路型式。简称 HH 型。这种型式的双回路系统的制动效能最好。 HI， LL， HH 型的结构均较复杂。 LL 型与 HH 型在任一回路失效时， 前、 后制动力比值均与正常情况下相同，剩余总制动力 LL 型可达正常值的 80%，而 HH 型约为 50%左右。HI 型单用回路 3(见图 56(c)，即一轴半)时剩除制动力较大，但此时与 LL 型一样，在紧急制动时后轮极易先抱死。 4.3 液压制动驱动机构的设计计算 为了确定制动主缸和轮缸直径、 制动踏板上的力、 踏板