载重汽车行车制动器制动性能的研究

载重汽车行车制动器制动性能的研究 合肥工业大学 硕士学位载重汽车行车制动器制动性能的研究 姓名:纪王芳 申请学位级别:硕士 专业:机械制造及其自动化 指导教师:谢峰 20090301 载重汽车行车制动器制动性能的研究 摘 要 制动器是汽车制动系的关键部件，其性能是影响车辆行驶安全的重要因素之一。随着基础建设的不断发展，载重汽车需求量也在不断增长，改善汽车的制动性，保证车辆安全行驶，对制动器制动性能的研究和改进已经成为汽车制造者的首要任务。 本文以载重汽车的行车制动器为对象。首先分析了行车制动装置的，介绍了行车制动器的设计原理、结构型式以及主要零部件的选择。通过对制动器制动性能要求和国内外制动器性能试验规范的研究，然后总结了制动器性能的主要评价指标和性能试验时需要检测的关键参数。经过对制动器制动性能检测装置的比较，接着提出了使用惯性式试验台架来检测制动器的制动性能，也对惯性式试验台架的设计原理进行了阐述，并在此基础上设计制造出一台单端惯性式试验台以满足实际使用的制动器性能检测需要。 最后，文章通过对不同结构的制动器进行试验，对比和分析试验数据，总结出了影响制动器制动性能的一些关键因素，并对结构的设计和材料的选择提出了改进的建议，这些都为提高制动器的制动性能提供了依据，并且还指出某些因素不仅仅是设计部门考虑的，生产制造部门也应该引起重视。文章结尾也展望了载重汽车行车制动器未来的发展趋势。关键词:制动器，制动性能，试验规范，试验台架 ,,,,,,;, ,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,;, ,,, ,,,,,;, ,,, ,,,;,, ,,,,,,,, ，, ,,,,,, ,,, ,,,,, ,, , ,,, ;,,,,,,,,, ,, ,,,,;,, ,,,,,,, ,,,,,,;,,,,, ,,,,,,,,,;, ,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,, ,,;,,,, ,, ,,, ,,,,,,, ,,;,,,,,(,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,;,,, ,, ,,,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,; ,,;,,,,,,,，,,, ,,,, ,,;,,,,,,,(，, ,, ,,, ,,,,,,, ,,;,,,,,，,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,,;, ,, ,,,,,,, ,,,,,,，,,, ,,,,,, ,,, ,,,,;,, ,,, ,,,,,,;,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,, ,,,,,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,, ,,,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,;,( ,,, ,,,,, ,,,,,, ,,,,,,;,,, ,, ,,, ,,,,,;, ,,,,,, ,, ,,,;,,(,,,,,,,，，, ,,, ,,,,,,,, ;,,,,,,,， ,,,,,,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,,;, ,,,,,,, ,,,,,,，,,,,,,,;,, ,,;,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,，,,,,,,,,, ,,,,;,,,,,，,,,,, ,,, ,,,,, ,,,,;,(,,;,,,,,， ,;;,,,,,, ,, ,,,,,,;, ,, ,,, ,,？,,,,,,,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,;,，,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,, ,,,,, ,,, ,,,,,,，，, ,,,,,,,,,, ,,,, ,,, ,,,, ,,,,,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,(，, ,,, ,,,,,，;,,,,,,,, ,,,,,,, , ,,,,,,,,;, ,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,, ,,,;,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,;, ,,,,,,,，,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,,, ,,,,,,,, ,, ,,,,,,,(,,,,, ,, ,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,,，,, ,,,,,,,,, , ,,,,,, ,,,,, ,,,,,,, ,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,;, ,,,,,,, ,, ,,, ,,;,,,, ,,,,,;,,,,( ,, ,,,,(,;;,,,,,, ,, ,,,,,,, ,, ,,,,,,,,, ,,,,;,,,,, ,,,,,,，;,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,, ,, ,,,,，,,,, ,,,,,,,,, ,,;,,,, ,,,;, ,,,,;, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,,, ,,, ,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,;, ,,, ,,,,,,，,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,,, ,,, , ,,, ,,,,,(,,,,, ,,;,,,, ,,,,,,, ,,, ,,,,,, ,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,,,,,,;, ,,, ,,,, ;,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,(，, ,,,, ,,,,;,,,, ,,,, ,,,, ,, ,,, ,,;,,,, ,,,,, ,,, ,,,, ,, ,,,,,,, ,,,,,, ,,,,,,,,,,, ,,,,;,,,,,, ,,,,,,,,,,,(,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,;, ,,,,,, ,, ,,,;,, ,, ,,,,,,(,,,,,,,,:,,,,,,，,,,,,,, ,,,,,,,,,;,，,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,, ，， 插图清单图,(,气压制动系统原理 图………………………………………………………………,图,—,鼓式制动器示意图………………………………………………………………,图,(,液压轮缸张开的鼓式制动器…………………………………………………,图,—,凸轮驱动的鼓式制动器…………………………………………………………,图,(,蜗杆(蜗轮间隙调整机构………………………………………………………,图,—,钳盘式制动器示意图…………………………………………………………(,,图,(,制动器效能因数与摩擦系数的关系曲线…………………………………(,,图,(,支承销式制动蹄…………………………………………………………………(,,图,,,鼓式制动器的主要几何参数…………………………………………, ,图,(,,钳盘式制动器的摩擦衬块尺寸…………………………………((,,图,(,制动时车轮受力图…………………………………………………………(。,,图,(,地面制动力、制动器制动力及附着力之间的关系…………………,,图,—,汽车制动过程图…………………………………………………………………,,图,,,温度对摩擦系数及制动力的影响……………………………………,,图,(,试验台结构示意图………………………………………………………………(,,图,(,双工位台 架………………………………………………………………………((,,图,(, 惯性式制动器试验台工作原理……………………………………………,,图,(,磨合试验趋线…………………………………………………………………,,图,,,(,)效能试验曲线(,,,,, ,)…………………………………………………(,,图,,,(,)效能试验曲线(,,,,,,)………………………………………………((,,图,(,(,)平均制动力矩(管路压力关系图…………………………………(,,图,,,(,)制动时间(管路压力关系图……………………………………………((,,图,,,盘式制动器衰退试验曲线…………………………………………(,,图,(,某鼓式制动器衰退试验曲线………………………………………,,图,,,盘式制动器第一次效能试验曲线……………………………………(,,图,(,鼓式制动器第一次效能试验曲线………………………………………((,,图,(,鼓式制动器衰退试验曲线…………………………………………,,图,,,制动温升曲线……………………………………………………………………(,,图,一,, ，型制动器效能曲线图………………………………………………………(,,图,(,, ，，型制动器效能曲线图………………………………………………………((,,图,—,, ，，，型制动器效能曲线 图………………………………………………………(,,图,—,, ，型制动器衰退曲线图………………………………………………………((,,图,—,, ，， , 型制动器衰退曲线图……………………………………………………,,图,(,，，，型制动器衰退曲线图………………………………………………………(,,图,(,, ，型制动蹄摩擦衬片面……………………………………………………,,图,(,, ，，型制动蹄摩擦衬片表 面……………………………………………………(,,图,(,, ，，，型制动蹄摩擦衬片表面…………………………………………………,, 表格清单表,(,载重汽车的分级………:…………………………………………………,表,(,制动鼓最大内径………………………………………………………,,表,(,制动器衬片摩擦面积……………………………………………(,,表,(,摩擦材料的性能对比………………………………………………………,,表,(, ,,,,,,,(,,,,《货车、客车制动器台架试验方法》………………,,表,(, ,,,,,,,(,,,,《货车、客车制动器性能要求》……………………((,,表,(,两车型原始参数表………………………………………………………((,,表,(,制动力矩(制动时间………………………………………………(,,表,(,盘式制动器的温度与对应的平均制动力矩……………………………((,,表,(,某鼓式制动器的温度与对应的平均制动力矩……………………一,,表,(,鼓式制动器的温度与对应的平均制动力矩……………………………(,,表,(,制动管路压力(平均制动力矩………………………………………一,, 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包? 竦?金壁王些丕堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字:磊肛芳签字同期:矽哆年 多月歹矿, 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 盒目曼王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权 合肥工业大学((可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 (保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名:移多旁 导师签名: 签字日期:力吵年岁月格日 签字日期: 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 电话: 通讯地址: 邮编: 致 谢 在论文成稿之际，思绪万千，感慨两年多的研究生生活即将结束，想起身边的很多老师、同学、朋友，无以为报，仅以只言片语来表达我对他们的感激之情。 首先感谢我的导师谢峰教授，感谢谢老师在我两年多的研究生学习生活期间，给予我的耐心指导和莫大鼓励。谢老师严谨求实的治学态度，对事业的执着和严以律己、宽以待人的精神使我终身受益。值此论文完成之际，特向谢老师表示我最衷心的感谢和最崇高的敬意～ 感谢合肥工业大学汽车装备工程技术研究所林巨广教授给予我学习和锻炼的平台，感谢刘军部长、沈百诚总工程师、丁苏赤老师、任永强老师、以及大师兄刘波在我学习、工作上对于我的指导和教诲，感谢同事赵刚、陆平对我平时工作的帮助。 感谢师兄师姐:方伟、盛军、雷小宝、杨洪斌、魏义、庆振华、汪洋、蔡高坡，师弟师妹:宋旭、刘国林、李洪山、瞿文平、张婷、朱财龙，好友李家柱、杨丽英、路广、康家乐、张亮、袁翔、贾伟妙、张春艳，是他们的关心和陪伴让我的学习和生活多彩而不平淡，愉悦而不乏味。 感谢江淮股份有限公司梁其传工程师、刘小光工程师、陈双红工程师在我论文试验过程中对我提供的帮助和支持。 感谢合肥工业大学这所校园，感谢她为我提供良好的学习氛围和优异的生活环境，让我结识了众多良师益友，给予了我宝贵的人生财富，造就了今天的我。 最后，感谢我的家人，感谢他们长期以来在我背后默默的支持和无私的奉献。 作者:纪王芳 ,,,,年,月 第一章绪论 ,(,课题背景 汽车是人类史上最伟大的发明之一，它给人类带了巨大的经济效益和社会 效益，但是如果不重视其安全性，也会给人们带来生命和财产上的损失。据统 计，,,,,年，全国共发生道路交通事故,,,，,,,起，造成,,，,,,人死亡、,,,，,,,人受伤，直接财产损失,,亿元，所以汽车的安全性日益得到人们的重视。最近几年来，我国汽车工业发展很快，统计数据显示，,,,,年全年汽车生产,,,(,,万辆，同比增长,,(,,,，比上年净增,,,(,,万辆;销售,,,(,,万辆，同比增长,,(,,,，比上年净增, ,,(,,万辆。汽车已经逐渐开始走入普通家庭，随着高等级公路的快速建设，城市公交运输的快速发展，大中型城市客货车的市场需求也逐步增长，载货汽车和客车历史上一直沿用鼓式制动器作为行车制动的执行机构，近年来随着交通运输的快速发展，货运流量的增大，客运比重也显著提高，特别是高速公路不断提速，高速制动出现许多不容忽视的交通事故，给国民经济及人民生命财产造成不可估量的损失。汽车车速的提高，汽车行驶动能增加，制动过程中产生的热量越大。并且鼓式制动器一般受车辆总布置的限制，都位于车轮内，通风散热条件差，长时间的高速行驶，热量散不出去，致使摩擦产生热衰退、摩擦系数下降、制动力减弱，保证不了安全的制动效能，严重影响行车安全性。并且卡车的“大吨小标”现象目前还普遍存在，标,,的卡车实际能装载,,,以上等，无疑对制动器的安全性留下了隐患。由于汽车行业的快速发展和应用越来越普及，作为汽车的配套件和市场配件的 制动器生产厂家也在大幅度的增加，统计数据还显示随着汽车产销量和社会保有量的增加，汽车交通事故已经成为一大社会公害问题。汽车交通事故的,,,与汽车制动性能有关。由于制动器产品质量的参差不齐，为了控制汽车行驶的安全性，对汽车制动性能检测是必不可少的。 目前，载重汽车也称为卡车，是运载货物和商品用的一种汽车形式，包括自卸卡车、 牵引卡车、非公路和无路地区的越野卡车和各种专为特殊需要制造的卡车(如机场摆渡车、消防车和救护车、油罐车、集装箱牵引卡车等)，按照承载吨位分级见表,(,【,】，本文研究的内容主要就是载重汽车的行车制动器制动性能。 表,(,载重汽车的分级 载重汽车分级 微型 轻型 中型 重型 汽车?苤柿浚 ??,(, ,(,巧(, ,(,—,, ,,,隼 近几年，随着我国运输事业的发展和公路条件的改善，车辆也向高速度、高效益、高安全、高舒适、高环保的方向发展，汽车的行驶安全问题也就越来越受到人们的重视，各国都对制动性能提出了更高的要求。制动性能直接关系到交通安全。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑跑偏等情况有关，无疑汽车的制动性是汽车安全行驶的重要保障。而汽车制动器是组成汽车制动系的重要部件，其作用是产生制动力矩，强制行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及已经停驶的汽车在原地(包括在坡上)驻留不动。因此，汽车制动器必须具有良好的耐用性和可靠性，以减少故障和较长期的保持制动系的制动效能。改善汽车的制动性，始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务【,,。同时，世界各国制动器制造企业对制动器制动性能都提出了各种检测标准，通过对制动器制动性能的检测，以及对检测数据的分析，可改进制动器的结构设计，提高制动性能，确保汽车行驶安全性和可靠性。,(,载重汽车制动器的发展 制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，除了竞赛汽车上才装设的、通过张开活动翼板以增加空气阻力的空气动力缓速装置以外，一般制动器都是通过其中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，以使汽车减速或停车。 目前，载重汽车行车制动器绝大多数采用机械摩擦式制动器，分为鼓式和盘式两大类，鼓式制动器是最早被设计用于制动系统的，而在现有的载货车的制动系统中，多以气压鼓式制动系统为主，但由于鼓式制动器自身的缺点，如制动效能以及散热性差等，而在高速行驶的汽车上便出现了盘式制动器，盘式制动器的散热性好，且稳定性好，耐高温性能好。目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，但除了一些高性能轿车上用于全部车轮外，大都只用做前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期获得汽车在较高速下制动时的方向稳定性，并且也能节约不少成本。在重型载重汽车上，已逐渐开发使用气压盘式制动器，集聚气压制动系和盘式制动器的双重优点。 伴随着汽车工业的迅速发展，以及汽车电子技术的广泛应用，各国对汽车制动系性能的要求越来越高，这必然对制动器的结构以及其零部件材料要求和整个制动系统提出了更高的要求。从制动器本身来看，随着电子技术应用范围的不断扩展，各种原来为机械式的机构逐步的被电子式机构取代，制动器也是一样，全电子式制动器(,,,)将成为制动器发展的必然趋势,,,。,(,汽车制动器性能试验台架的国内外现状分析 无论采用何种形式制动器，都要与整车制动性能匹配，因此测试制动器的制动性能是必不可少的。目前，汽车的制动性主要通过路上试验来评定，虽然路试能全面反映汽车的制动特性，但试验需要有特定的场地，且也颇费时间，因此，在汽车使用企 业以及一般车辆检测单位，常用室内试验装置测试汽车制动器的摩擦力矩，来检查汽车的制动性。 , 室内试验装置主要有平板式、滚动式以及惯性式试验台架。世界上通用的方法是用制动器惯性试验台(国外称为测功机,,,,,,,,,,,)，它可模拟实际工况的惯量载荷，把实物直接装在调速电机主轴上进行室内惯性试验，用来评定摩擦制动器性能的设备，也称为台架试验。测试结果与实际工况条件接近。这种台架试验方法在制动器开发设计过程中起到了重要的作用。 汽车工业高度发达的国家对制动器试验台的研究相对较早，试验技术相对成熟。日本日曙制动器公司研制的单端双轮惯性式试验台，主轴上装有惯性飞轮组，是由多片飞轮组合成，可以根据所要模拟的惯量对飞轮组进行组合调整，该试验台试验顺序可按输入程序自动进行，各种工况条件的磨损试验、效率试验、衰退试验也可组合进行。这种全自动式双轮惯性试验台可以较全面地评定制动器的制动性能，尤其有利于评价鼓式制动器的性能。德国,,,,,, ,,,,,公司(简称,,,)研制的摩擦试验机主要针对盘式制动器开发过程中衬片的摩擦性能对制动稳定性的影响程度，它也是,种有效地测定盘式制动衬片的摩擦系数的试验方法，具有结构简单、经济、数据可靠的特点。既可评定各类盘式制动器的性能，也可作为盘式衬片材料质量的筛选参照。各台架的基本原理都是以一定角速度旋转的惯性飞轮的动能来模拟汽车的实际动能，并在制动时间内被被试制动器吸收，工作循环都是将惯性飞轮启动到预定速度，关闭驱动电机，并打开装置，通过滑动滑台接通被试制动机构进行传动，直到将惯性质量制动到完全停止，记录数据。试验台通过调整飞轮组合实现不同惯量的模拟。采用手操纵或带有一定制动间隔的自动操纵。当要获取制动机构制动特性时，采用手操纵，当进行制动机构耐久性试验时，采用自动操纵。美国,,,,公司研制的惯性式制动器试验台，采用了电惯量模拟技术【,】，研究出一种机械转动惯量电机模拟系统，利用固定的小飞轮和电机联合模拟传统的惯性式摩擦制动器试验台中的大飞轮惯量，该控制系统实现了对模拟负载惯量进行无级调节，也提高了试验设备的加载精度和自动化程度，测得数据更能反应实际工况下的制动性能〔,】。德国,,,, ,;,,,;, ,,公司研制的惯性式制动器试验台，可同时进行同一车型两个制动器总成(一前,后)的性能试验，也可单独进行一个制动器总成的试验。试验过程中，可记录各种模拟工况的如下参数:飞轮转动惯量、惯性质量初速度、制动管路压力、制动鼓(盘)温度、制动衬片(块)温度、制动距离、制动时间、制动力矩和制动噪声等测试项目数据，并显示或打印各种需要的曲线和图表。 由于国内汽车工业水平比发达国家汽车工业水平相对落后，国内制动器试验技术也起步较晚，随着对国外试验设备的引进，对先进技术的消化吸收和自主创新，也己取得了巨大的进步，并填补了这一空缺。典型的国产制动器试验台有天津大学天津内燃机研究所研制的,,,型制动器试验台(,,,(,)，吉林大学机电设备研究所研制的,,系列试验台〔,】以及中国科学院智能机械研究所研制的制动器惯性试验台,,〕等。,,,制.