领从蹄式鼓式制动器结构及其制动性能.doc

第2章 鼓式制动器
2.1鼓式制动器概述
鼓式制动也叫块式制动，是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车的。
早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计在1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。现在鼓式制动器的主流是内张式，它的制动块(刹车蹄)位于制动轮内侧，在刹车的时候制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到刹车的目的。相对于盘式制动器来说，鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。
另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙，甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它造价便宜，而且符合传统设计。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用。
因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。

2.2鼓式制动器分类
一般内张鼓式行车制动器都采用带摩擦片的制动蹄作为固定元件。位于制动鼓内部的制动蹄在一端承受促动力时，可绕其另一端的支点向外旋转，压靠到制动鼓（旋转元件）内圆面上，产生摩擦力矩（制动力矩）进行制动。凡对制动蹄加力使蹄转动的装置称为制动蹄促动装置，常用的促动装置有制动轮缸、凸轮促动装置及楔形促动装置，相应的鼓式制动器称为轮缸式制动器、凸轮式制动器和楔式制动器。领从蹄式制动器、双领蹄式制动器、双从蹄式制动器都是轮缸式制动器的一种。
2.3鼓式制动器工作原理及应用　　
鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，固定元件是制动蹄，制动时制动蹄在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。凡对蹄端加力使蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔。以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。
在轿车制动鼓上，一般只有一个轮缸，在制动时轮缸受到来自总泵液力后，轮缸两端活塞会同时顶向左右制动蹄的蹄端，作用力相等。但由于车轮是旋转的，制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称，造成自行增力或自行减力的作用。因此，业内将自行增力的一侧制动蹄称为领蹄，自行减力的一侧制动蹄称为从蹄，领蹄的摩擦力矩是从蹄的2～2.5倍，两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也就不一样。 　　
为了保持良好的制动效率，制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。随着摩擦衬片磨损，制动蹄与制动鼓之间的间隙增大，需要有一个调整间隙的机构。过去的鼓式制动器间隙需要人工调整，用塞尺调整间隙。现在轿车鼓式制动器都是采用自动调整方式，摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。当间隙增大时，制动蹄推出量超过一定范围时，调整间隙机构会将调整杆（棘爪）拉到与调整齿下一个齿接合的位置，从而增加连杆的长度，使制动蹄位置位移，恢复正常间隙。 　　
轿车鼓式制动器一般用于后轮（前轮用盘式制动器）。鼓式制动器除了成本比较低之外，还有一个好处，就是便于与驻车（停车）制动组合在一起，凡是后轮为鼓式制动器的轿车，其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统，它完全与车上制动液压系统是分离的：利用手操纵杆或驻车踏板（美式车）拉紧钢拉索，操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄，起到停车制动作用，使得汽车不会溜动；松开钢拉索，回位弹簧使制动蹄恢复原位，制动力消失。

2.4鼓式制动器主要参数
2.4.1 制动鼓内径D

图2-1 鼓式制动器示意图
输入力F0一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。但D的增大受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于20mm，否则不仅制动鼓散热条件太差，而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以减少制动时的温升。制动鼓的直径小，刚度就大，并有利于保证制动鼓的加工精度。
乘用车制动鼓直径与轮辋直径之比D/Dr=0.64~0.74
Dr初选406.4mm
经计算得D=260.096~300.736mm 查标准手册选取D=300mm。
2.4.2 摩擦衬片宽度b及包角β
摩擦衬片宽度尺寸b的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。
试验表明，摩擦衬片包角β=90°~100°时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。β角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处的单位压力最小最小因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动作用不平顺，容易使制动器发生自锁。因此，包角一般不宜大于120°。
则可以初选β=90°
制动鼓半径R=D/2=300/2=150mm确定后，衬片的摩擦面积为AP=Rβb
对于乘用车总质量ma=0.9~1.5t时，AP=100~200cm2
初选乘用车总质量ma=1.5t
则b=Ap/Rβ=42.46~84.93mm 查标准手册取b=80mm。
2.4.3 摩擦衬片起始角β0
一般将衬片布置在制动蹄的中央，即令β0=90°-β/2=90°-90°/2=45°。
2.4.4 制动器中心到张开力F0作用线的距离e
在保证轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下，应使距离e尽可能大，以提高制动效能。初步设计时暂定e=0.8R=120mm。
2.4.5 制动蹄支撑点位置坐标a和c
应在保证两蹄支撑端毛面不致互相干涉的条件下，使a尽可能大而c尽可能小。初步设计选a=0.8R=120mm, c=40mm。（图2-1所示）
2.4.6 摩擦片摩擦系数f
一般取f=0.3。

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第3章 领从蹄式制动器
3.1领从蹄式制动器结构及性能
3.1.1领从蹄式制动器结构

图3-1 领从蹄式制动器示意图
1-领蹄； 2-从蹄； 3、4-支点；5-制动鼓； 6-制动轮缸。
3.1.2领从蹄式制动器的制动性能
汽车前进时制动鼓旋转方向（制动鼓正向旋转）如图3-1中箭头所示，沿箭头方向看去，制动蹄1的支点3在前端，制动轮缸6所施加的促动力作用于其后端，因而该制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同。具有这种属性的制动蹄称为领蹄。与此相反，制动蹄2的支点4在后端，促动力加于其前端，其张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反。具有这种属性的制动蹄称为从蹄。
当汽车倒向行驶，即制动鼓反向旋转时，蹄1变成从蹄，而蹄2变成领蹄。这种在制动鼓正向旋转和反向旋转时，都有一个领蹄和一个从蹄的制动器即称为从蹄式制动器。
领从蹄制动器发展较早，其效能及效能稳定性均居于中游，且有结构较简单。前进、倒退行使的制动效果不变；结构简单成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。热稳定性和制动稳定性均一般。
3.1.3制动蹄的支撑方式
制动蹄的支承方式可分为固定式和浮动式两种。固定式支承是把蹄的一端套在或定在支撑销上，只能绕其支撑销摆动，只有一个自由度，如图3-2（a）（b）所示。如果摩擦表面的几何形状加工不正确，摩擦片只能部分地和制动鼓表面接触。

图3-2 制动蹄的支撑方式
1-支撑销 2-支撑块
浮动式支承蹄的支承端呈弧形，支靠在制动底板上的支承块2上[图3-2（c）]，需用两个复位弹簧来拉紧定位。它可使整个制动蹄向鼓的方向张开，又可沿支承块平面（图中垂直方向）有一定量的滑移，它具有两个自由度。其优点是：在制动时，蹄与鼓可以自动定心，保证两者有可能全面贴合。浮动式支承可以省掉一个调整点，调整蹄鼓间隙时，需踩下制动踏板使蹄贴合在鼓上，转动轮缸端的调整机构使蹄与鼓能刚脱离接触即可。为了防止不制动时蹄片滑移，多把轮缸布置在相当于时钟的3时和9时的位置上。此种结构在小型汽车的制动器上广泛使用。
北京BJ2020N型汽车的后轮制动器和上海桑塔纳轿车、一汽捷达轿车和一汽奥迪100型轿车（四缸机）的后轮制动器都为领从蹄式制动器结构。
3.1.4上海桑塔纳轿车的后轮制动器的结构和原理

图3-3 桑塔纳轿车后轮制动器
1-制动底板； 2-销轴； 3、4、11、12-弹簧； 5-压杆； 6-制动杆； 7-带杠杆装置的制动蹄总成； 8-支架； 9-止档板； 10-铆钉； 13-检测孔； 14-压簧； 15-夹紧销； 16-弹簧座； 17-带斜契装置的制动总成； 18-摩擦称片；19-斜契支撑；20-契形块；21-制动轮缸。
制动轮缸是双活塞内张型液压轮缸。制动底板1用螺栓固定在后桥轴端支承座上，制动轮缸21用螺钉固定在制动底板1上方，支架8、止挡板9用铆钉10紧固在底板下方，以上构成了制动底板总成。夹紧销15、弹簧座16和压簧14将制动蹄17和7紧压在制动底板带储油孔的支承平面上，防止制动蹄轴向窜动。制动蹄17上固定有斜楔支承19，它用于支撑调节间隙用的楔形块20，称为带斜楔装置的制动蹄总成。制动蹄7上铆有可以绕销轴2自由转动的制动杆6.制动杆6下端做成构型，与驻车制动钢索相连。制动蹄7称为带杠杆装置的制动蹄总成。摩擦衬片18用空心铆钉 与制动蹄铆接在一起，铆钉头端部埋入摩擦片中，深度约为新摩擦片的三分之二。制动蹄的两端做成圆弧形。复位弹簧3、4、11分别将两个制动蹄上端贴考在轮缸左右活塞端面上，下端贴靠在止挡板两端面上。
制动时，轮缸活塞在制动液压力的作用下推动制动蹄绕制动蹄与止挡板的接触点向外旋转，使摩擦片紧压在制动鼓上，产生制动力矩使汽车制动。解除制动时，制动液压力消失，在复位弹簧3、4、11的作用下制动蹄复位。
桑塔纳轿车后轮制动器兼作驻车制动器，因此在制动器中装有驻车制动器的机械促动装置（图3-3）。制动杆6插在压杆5右端槽中，它们的接触点就成为中间支点。制动蹄7、17的腹板卡在制动压杆两端的槽中。弹簧4的左端钩在制动压杆的孔中，右端与带杠杆装置的制动蹄腹板相连。弹簧3的右端卡在制动压杆右端的钩槽内，左端与斜楔支承19的制动蹄腹板相连。
驻车制动时，将车厢内的驻车制动杆连到制动位置，制动钢索拉动制动杆，使之绕销轴2转动；制动杆在转动过程中，压迫制动压杆向左移动，将带斜楔支承的制动蹄压向制动鼓后，制动压杆停止移动，而制动杆绕与压杆接触的点即中间支点转动，把带杠杆的制动蹄总成压向制动鼓，钢索拉得越紧，摩擦片对制动鼓的压力越大，制动鼓与摩擦片之间产生的摩擦力矩也越大。接触驻车制动时，松开驻车制动杆，制动杆6在复位弹簧作用下回位，同时在复位弹簧3、4、11作用下将两制动蹄拉离制动鼓，回复原位。
这种以车轮制动器兼作驻车制动器的驻车制动系可用于应急制动。
桑塔纳轿车后制动器，其制动蹄采用浮动式支承，可以沿止挡板和轮缸活塞的支承平面做一定的浮动。制动蹄可以自动定心，以保证与制动鼓全面接触。这种制动器的主要特点是顺、倒车制动的性能不变，构造简单，造价较低，而且便于附装驻车制动驱动机构。
桑塔纳轿车后轮制动器的制动间隙是自动调整的，如图3-4所示。

图3-4 桑塔纳轿车后轮制动器制动间隙自动调整原理示意图
1-制动底板；3-弹簧；5-压杆；6-制动杆；7-制动蹄总成；21-制动轮缸
其调整原理：如图3-4所示，在制动蹄7和17之间有一制动压杆5相连，制动压杆两端开有缺口，其左端缺口端面也在楔形快20的齿形面上，楔形块另一侧齿形面压在斜楔支承19上。制动压杆5右端缺口端面顶住制动杆6，.制动压杆5右端缺口的头部有一压杆凸耳，它与制动杆6之间有一个设计间隙s，拉簧3的一头钩住制动蹄17的腹板，另一头钩在压杆5右端的钩尖内，使压杆紧紧压住楔形块20和斜楔支承19.斜楔支承是用铆钉紧固在制动蹄17上的，因此拉簧3也就将压杆紧压在楔形块20和制动蹄17上了。弹簧4的一头钩在压杆左端的孔内，另一头钩在制动蹄7的腹板上部，使压杆与制动杆紧贴在一起。
制动时，轮缸活塞制动蹄7和17各自绕自己与止挡板接触的支点转动，由于拉簧3的刚度设计得比弹簧4大，所以压杆始终压住楔形块20与制动蹄17一起向左方向运动，制动杆用销轴2压铆在制动蹄7的腹板上，可以绕销轴自由摆动。在制动蹄7转动时，随着由于磨损而引起的制动间隙增加，制动杆与压杆原接触处逐渐分开，而与压杆凸耳的距离则越来越小，但是只要制动间隙不超过s值，制动杆就不会与压杆凸耳接触，在这种情况下不会发生间隙调整。这是通常行车制动时的情况。
当制动间隙增加s时，若此时进行行车制动，活塞推动制动蹄17向左方向转动，这时在拉簧3作用下楔形块和制动压杆向左移动。而制动蹄7向右方转动时制动杆移动了相应的距离后将与压杆凸耳接触，并克服拉簧3和4的拉力将压杆向右移动。这样压杆和楔形块之间便产生了间隙。拉力弹簧12将楔形块往下拉，直到压杆和楔形块重新接触，填补这个间隙。
撤销制动时，在拉簧3、4、11作用下，虽然制动蹄要复位，但由于楔形块已下行填补了间隙，因此制动蹄7和17已不可能恢复到制动前的位置。于是原来由于磨损变大的制动间隙便得到了补偿，恢复到初始的设置值。制动时，这个过程反复进行，实现了制动间隙的自动调整。

4.1鼓式制动器特点
4.1．1鼓式制动器
以上介绍的各种鼓式制动器各有利弊。就制动效能而言，在基本结构参数和轮缸工作压力相同的条件下，自增力式制动器由于对摩擦助势作用利用得最为充分而居首位，以下依次为双领蹄式、领从蹄式、双从蹄式。但蹄鼓之间的摩擦系数本身是一个不稳定的因素，随制动鼓和摩擦片的材料、温度和表面状况(如是否沾水、沾油，是否有烧结现象等)的不同可在很大范围内变化。自增力式制动器的效能对摩擦系数的依赖性最大，因而其效能的热稳定性最差。 　　
在制动过程中，自增力式制动器制动力矩的增长在某些情况下显得过于急速。双向自增力式制动器多用于轿车后轮，原因之一是便于兼充驻车制动器。单向自增力式制动器只用于中、轻型汽车的前轮，因倒车制动时对前轮制动器效能的要求不高。双从蹄式制动器的制动效能虽然最低，但却具有最良好的效能稳定性，因而还是有少数华贵轿车为保证制动可靠性而采用(例如英国女王牌轿车)。领从蹄制动器发展较早，其效能及效能稳定性均居于中游，且有结构较简单等优点，故目前仍相当广泛地用于各种汽车。
4.1．1领从蹄式鼓式制动器
领从蹄式制动器的效能和稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行使的制动效果不变；结构简单成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。于是，领从蹄式制动器得到广泛应用，特别是乘用车和总质量较小的商用车的后轮制动器用得较多。
零件检查
1)制动鼓
检查制动鼓是否清洁，通过测量内径检查制动鼓磨损程度，制动鼓内径使用极限
项目
标准值
使用极限
制动鼓内直径
220mm
222mm
无论何时拆卸制动鼓，都应将制动鼓清理干净并检查是否有裂纹、擦伤和深槽。
制动鼓上的裂纹、擦伤、沟槽：
有裂纹的制动鼓使用是不安全的，必须更换。不要对有裂纹的制动鼓进行补焊。磨平所有轻微的擦伤，严重的擦伤将引起制动蹄片过度磨损，应将带动鼓表面修复后使用。
如果制动蹄片轻微磨损且制动鼓上有沟槽，应用细金刚砂砂布磨光，但不要采用机械加工。
注意：当制动鼓被拆卸时，目视检查制动轮缸是否漏液，如有应修理。
2)制动蹄与衬板
如果制动蹄片磨损超出使用极限，应更换制动蹄。制动蹄片使用极限
制动蹄片
标准值
使用极限
厚度（制动蹄片+制动蹄衬板）
7.0mm
3.0mm
如果有一个制动蹄片磨损超出使用极限，应同时更换所有蹄片。
注意：不要用砂纸打磨蹄片，如这样做，砂纸上的硬砂粒将压入蹄片表面，损坏制动鼓，当需要修理时，应更换新件。