汽車制動(dòng)系統(tǒng)組成和原理
汽車制動(dòng)系統(tǒng)組成和原理
組成
(1)供能裝置:包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳動(dòng)介質(zhì)狀態(tài)的各種部件
(2)控制裝置:產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果各種部件,如制動(dòng)踏板
(3)傳動(dòng)裝置:包括將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件如制動(dòng)主缸、輪缸
(4)制動(dòng)器:產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的部件
制動(dòng)系統(tǒng)一般由制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)和制動(dòng)器兩個(gè)主要部分組成。
(1)制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)
產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作、控制制動(dòng)效果并將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件,如圖中的2、3、4、6,以及制動(dòng)輪缸和制動(dòng)管路。
(2)制動(dòng)器
產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力(制動(dòng)力)的部件。汽車上常用的制動(dòng)器都是利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩,稱為摩擦制動(dòng)器。它有鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。
原理
1、一般制動(dòng)系的基本結(jié)構(gòu)
·主要由車輪制動(dòng)器和液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。
·車輪制動(dòng)器主要由旋轉(zhuǎn)部分、固定部分和調(diào)整機(jī)構(gòu)組成,旋轉(zhuǎn)部分是制動(dòng)鼓;固定部分包括制動(dòng)蹄和制動(dòng)底板;調(diào)整機(jī)構(gòu)由偏心支承銷和調(diào)整凸輪組成用于調(diào)整蹄鼓間隙。
·制動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由制動(dòng)踏板、推桿、制動(dòng)主缸、制動(dòng)輪缸和管路組成。
2、制動(dòng)工作原理
制動(dòng)系統(tǒng)的一般工作原理是,利用與車身(或車架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車輪(或傳動(dòng)軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。
1)制動(dòng)系不工作時(shí)
·蹄鼓間有間隙,車輪和制動(dòng)鼓可自由旋轉(zhuǎn)
2)制動(dòng)時(shí)
·要汽車減速,腳踏下制動(dòng)器踏板通過(guò)推桿和主缸活塞,使主缸油液在一定壓力下流入輪缸,并通過(guò)兩輪缸活塞推使制動(dòng)蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng),上端向兩邊分開(kāi)而以其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)制動(dòng)鼓產(chǎn)生摩擦力矩,從而產(chǎn)生制動(dòng)力
3)解除制動(dòng)
·當(dāng)放開(kāi)制動(dòng)踏板時(shí)回位彈簧即將制動(dòng)蹄拉回原位,制動(dòng)力消失。
3、制動(dòng)主缸的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程
·制動(dòng)主缸的作用是將自外界輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液壓能,從而液壓能通過(guò)管路再輸給制動(dòng)輪缸
·制動(dòng)主缸分單腔和雙腔式兩種,分別用于單、雙回路液壓制動(dòng)系。
(1)單腔式制動(dòng)主缸
1)制動(dòng)系不工作時(shí)
·不制動(dòng)時(shí),主缸活塞位于補(bǔ)償孔、回油孔之間
2)制動(dòng)時(shí)
·活塞左移,油壓升高,進(jìn)而車輪制動(dòng)
3)解除制動(dòng)
·撤除踏板力,回位彈簧作用,活塞回位,油液回流,制動(dòng)解除
(2)雙腔式制動(dòng)主缸
1)結(jié)構(gòu)(如一汽奧迪100型轎車雙回路液壓制動(dòng)系統(tǒng)中的串聯(lián)式雙腔制動(dòng)主缸)
·主缸有兩腔
·第一腔與右前、左后制動(dòng)器相連;第二腔與左前、右后制動(dòng)器相通
·每套管路和工作腔又分別通過(guò)補(bǔ)償孔和回油孔與儲(chǔ)油罐相通。第二活塞由右端彈簧保持在正確的初始位置,使補(bǔ)償孔和進(jìn)油孔與缸內(nèi)相通。第一活塞在左端彈簧作用下,壓靠在套上,使其處于補(bǔ)償孔和回油孔之間的位置。
2)工作原理
·制動(dòng)時(shí),第一活塞左移,油壓升高,克服彈力將制動(dòng)液送入右前左后制動(dòng)回路;同時(shí)又推動(dòng)第二活塞,使第二腔液壓升高,進(jìn)而兩輪制動(dòng)
·解除制動(dòng)時(shí),活塞在彈簧作用下回位,液壓油自輪缸和管路中流回制動(dòng)主缸。如活塞回位迅速,工作腔內(nèi)容積也迅速擴(kuò)大,使油壓迅速降低。儲(chǔ)液罐里的油液可經(jīng)進(jìn)油孔和活塞上面的小孔推開(kāi)密封圈流入工作腔。當(dāng)活塞完全回位時(shí),補(bǔ)償孔打開(kāi),工作腔內(nèi)多余的油由補(bǔ)償孔流回儲(chǔ)液罐。若液壓系統(tǒng)由于漏油,以及由于溫度變化引起主缸工作腔、管路、輪缸中油液的膨脹或收縮,都可以通過(guò)補(bǔ)償孔進(jìn)行調(diào)節(jié)。
4、制動(dòng)輪缸的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程
·制動(dòng)輪缸的功用:是將液力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械推力。有單活塞和雙活塞兩種。
1)結(jié)構(gòu)
·奧迪100的雙活塞式輪缸體內(nèi)有兩活塞,兩皮碗,彈簧使皮碗、活塞、制動(dòng)蹄緊密接觸。
2)工作過(guò)程
·制動(dòng)時(shí),液壓油進(jìn)入兩活塞間油腔,進(jìn)而推動(dòng)制動(dòng)蹄張開(kāi),實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
·輪缸缸體上有放氣螺栓,以保證制動(dòng)靈敏可靠。
典型的制動(dòng)系統(tǒng) |
本文是制動(dòng)系統(tǒng)六個(gè)部分的第一部分,我們將按踏板到車輪的順序,從頭到尾詳細(xì)講述制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)部分。本文將介紹汽車制動(dòng)系統(tǒng)的基本概念,并分析一個(gè)簡(jiǎn)單制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理。在其他文章中,我們將向您介紹汽車制動(dòng)系統(tǒng)的其他部件,并詳細(xì)講述每個(gè)部件的工作原理。
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您踩下制動(dòng)踏板以后,汽車通過(guò)制動(dòng)液將您的腳下發(fā)出的力傳遞到制動(dòng)器。而制動(dòng)實(shí)際上需要的力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于您的腳所施加的力,因此汽車必須將您的腳施加的力放大。放大的方式有兩種:
- 機(jī)械效益(杠桿作用)
- 液壓放大
制動(dòng)器通過(guò)摩擦將制動(dòng)力傳遞到輪胎,輪胎則通過(guò)摩擦將制動(dòng)力傳遞到路面。在開(kāi)始討論制動(dòng)系統(tǒng)的各部件之前,先讓我們熟悉一下以下三條原理:
- 杠桿作用
- 液壓作用
- 摩擦力作用
杠桿作用
制動(dòng)踏板以如下方式設(shè)計(jì),它可以將您腿部發(fā)出的力在傳遞到制動(dòng)液之前就放大幾倍。
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如上圖所示,在杠桿的左端施加一個(gè)力F。杠桿左端的長(zhǎng)度(2x)是右端(x)的兩倍。因此,我們可以在杠桿右端獲得一個(gè)2F的力,它運(yùn)動(dòng)的位移(y)則只是左端位移(2y)的一半。改變杠桿左右兩端的相對(duì)長(zhǎng)度,也就改變了放大系數(shù)。
液壓系統(tǒng)
任何液壓系統(tǒng)的基本原理都很簡(jiǎn)單:作用于某一點(diǎn)的力被不能壓縮的液體傳遞到另一點(diǎn),這種液體通常是油類液體。 絕大多數(shù)制動(dòng)系統(tǒng)都是通過(guò)這一過(guò)程放大制動(dòng)力的。下面是一個(gè)最簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng):
如上圖所示:兩個(gè)活塞(紅色)分別裝在充滿油(藍(lán)色)的兩個(gè)玻璃圓桶中,圓桶之間由一個(gè)充滿油的導(dǎo)管連接。如果給一個(gè)活塞(圖中左邊的活塞)施加一個(gè)向下的力,那么這個(gè)力就可以通過(guò)管道內(nèi)的液壓油傳遞到另一個(gè)活塞。由于油不能被壓縮,所以這種傳遞方式的效率非常高,幾乎所有的力都傳遞給了第二個(gè)活塞。液壓系統(tǒng)最大的好處就是,連接兩個(gè)液壓缸的導(dǎo)管可以是任何長(zhǎng)度,也可以曲折成各種形狀以繞過(guò)中間的其他部件。此外,還有一個(gè)好處就是液壓管可以分支,這樣一個(gè)主缸就可以被分成多個(gè)副缸,如下圖所示:
使用液壓系統(tǒng)的另一個(gè)好處就是力的放大或縮小相當(dāng)容易。如果您讀過(guò)滑輪組的工作原理或齒輪比原理,您就會(huì)知道,用力換取位移在機(jī)械系統(tǒng)中極為常見(jiàn)。在液壓系統(tǒng)中,您要做的就是改變其中一個(gè)活塞及其配套液壓缸的尺寸,如下圖所示:
上圖中,力的放大倍數(shù)取決于活塞的直徑。假設(shè)左邊的活塞直徑為5厘米,即半徑為2.5厘米;右邊的活塞直徑為15厘米,即半徑為7.5厘米。兩個(gè)活塞的面積可以通過(guò)公式A=2πr2計(jì)算得出。左邊活塞的面積為19.6平方厘米,右邊活塞的面積為176平方厘米。右邊活塞的面積是左邊活塞的九倍。這就意味著給左邊的活塞施加任何一個(gè)力,右邊的活塞就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)九倍的力。因此,如果給左邊的活塞施加一個(gè)100公斤的向下的力,右邊的活塞就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)900公斤的向上的力。 唯一的不足就是當(dāng)左邊的活塞向下移動(dòng)9厘米時(shí),右邊的活塞只能向上移動(dòng)1厘米。
摩擦力
摩擦力是一個(gè)物體在另一個(gè)物體上滑動(dòng)時(shí)受到的阻力。請(qǐng)看下圖,兩個(gè)滑塊都是用相同材料做成的,但其中一個(gè)較另一個(gè)更重。所以不難看出哪一個(gè)更難推動(dòng)。
摩擦力與重量 |
我們可以通過(guò)近距離地觀察其中一個(gè)滑塊和桌面來(lái)了解其中的原因:
通過(guò)顯微鏡來(lái)研究摩擦力 |
用肉眼看起來(lái)很平滑的接觸面,在顯微鏡下觀察卻是相當(dāng)粗糙的。把滑塊平放在桌面上時(shí),滑塊和桌面之間有許多小鋸齒擠在一起,其中一些會(huì)相互咬合。滑塊重量越大,咬合的鋸齒就越多,其滑動(dòng)阻力也會(huì)越大。
不同的材料具有不同的微觀結(jié)構(gòu)。例如,橡膠與橡膠之間就比鋼鐵與鋼鐵之間更難滑動(dòng)。材料的類型決定了摩擦系數(shù),此系數(shù)等于推動(dòng)滑塊所需的作用力與滑塊重量的比值。在上例中,如果摩擦系數(shù)為1.0,那么推動(dòng)重100公斤的滑塊需要施加100公斤的力,推動(dòng)重400公斤的滑塊需要施加400公斤的力。如果摩擦系數(shù)為0.1,那么10公斤的力就可以推動(dòng)重100公斤的滑塊,而推動(dòng)重400公斤的滑塊也只需施加40公斤的力。
所以推動(dòng)滑塊所需的作用力與其重量成正比。滑塊越重,推動(dòng)它所需的作用力就越大。這一原理適用于制動(dòng)器與離合器這樣的裝置,在這種裝置上,制動(dòng)片緊壓著旋轉(zhuǎn)盤。制動(dòng)片受到的壓力越大,汽車的制動(dòng)力就越大。
摩擦系數(shù)
關(guān)于摩擦力的一個(gè)有趣現(xiàn)象是,推動(dòng)物體所需的力通常比使其持續(xù)運(yùn)動(dòng)所需的力要大。兩個(gè)接觸面在沒(méi)有發(fā)生相對(duì)位移的情況下存在一個(gè)靜摩擦系數(shù)。如果兩個(gè)接觸面發(fā)生了相對(duì)位移,那么克服摩擦力所需的力就取決于動(dòng)摩擦系數(shù),動(dòng)摩擦系數(shù)通常小于靜摩擦系數(shù)。 就汽車輪胎而言,其動(dòng)摩擦系數(shù)遠(yuǎn)小于靜摩擦系數(shù)。所以,當(dāng)輪胎接觸面與路面沒(méi)有發(fā)生相對(duì)位移時(shí),汽車輪胎提供的牽引力最大。當(dāng)輪胎打滑(如剎車或熄火)時(shí),牽引力會(huì)大大降低。 |
在了解實(shí)際的汽車制動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)部件之前,我們先來(lái)看看一個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng):
可以看到,踏板到制動(dòng)軸的距離是制動(dòng)缸到制動(dòng)軸距離的四倍,所以在踏板上施加的力在傳遞到制動(dòng)缸之前就會(huì)被放大四倍。
還可以看到,制動(dòng)缸的直徑是連接踏板的液壓缸直徑的三倍,這又把制動(dòng)力放大了九倍。綜上所述,此系統(tǒng)把您腳部發(fā)出的力放大了36倍。如果您對(duì)踏板施加了10公斤的力,那么在車輪處擠壓制動(dòng)片的力將達(dá)到360公斤。
另一方面。這個(gè)簡(jiǎn)單的制動(dòng)系統(tǒng)還存在幾個(gè)問(wèn)題有待解決。滲漏會(huì)導(dǎo)致什么結(jié)果?如果發(fā)生緩慢的滲漏,最終將導(dǎo)致制動(dòng)缸內(nèi)的制動(dòng)液不足,制動(dòng)系統(tǒng)也會(huì)隨之失效。反之,如果發(fā)生急劇滲漏,您第一次剎車時(shí)所有的制動(dòng)液就會(huì)噴射而出,制動(dòng)系統(tǒng)就會(huì)完全失靈。
現(xiàn)代汽車中的主缸就是為了解決這一問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。請(qǐng)閱讀主缸和組合閥工作原理一文。有關(guān)制動(dòng)系統(tǒng)的其他文章,請(qǐng)參加下一頁(yè)上的鏈接。
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