汽车制动系统组成和原理
原理
 1、⼀般制动系的基本结构
  ·主要由车轮制动器和液压传动机构组成。
  ·车轮制动器主要由旋转部分、固定部分和调整机构组成,旋转部分是制动⿎;固定部分包括制动蹄和制动底板;调整机构由偏⼼⽀承销和调整凸轮组成⽤于调整蹄⿎间隙。
  ·制动传动机构主要由制动踏板、推杆、制动主缸、制动轮缸和管路组成。
  2、制动⼯作原理
  制动系统的⼀般⼯作原理是,利⽤与车⾝(或车架)相连的⾮旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻⽌车轮的转动或转动的趋势。
  1)制动系不⼯作时
  ·蹄⿎间有间隙,车轮和制动⿎可⾃由旋转
汽车制动系统  2)制动时
  ·要汽车减速,脚踏下制动器踏板通过推杆和主缸活塞,使主缸油液在⼀定压⼒下流⼊轮缸,并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕⽀承销转动,上端向两边分开⽽以其摩擦⽚压紧在制动⿎的内圆⾯上。不转的制动蹄对旋转制动⿎产⽣摩擦⼒矩,从⽽产⽣制动⼒
  3)解除制动
  ·当放开制动踏板时回位弹簧即将制动蹄拉回原位,制动⼒消失。
  3、制动主缸的结构及⼯作过程
  ·制动主缸的作⽤是将⾃外界输⼊的机械能转换成液压能,从⽽液压能通过管路再输给制动轮缸
  ·制动主缸分单腔和双腔式两种,分别⽤于单、双回路液压制动系。
  (1)单腔式制动主缸
  1)制动系不⼯作时
  ·不制动时,主缸活塞位于补偿孔、回油孔之间
  2)制动时
  ·活塞左移,油压升⾼,进⽽车轮制动
  3)解除制动
  ·撤除踏板⼒,回位弹簧作⽤,活塞回位,油液回流,制动解除
  (2)双腔式制动主缸
  1)结构(如⼀汽奥迪100型轿车双回路液压制动系统中的串联式双腔制动主缸)
  ·主缸有两腔
  ·第⼀腔与右前、左后制动器相连;第⼆腔与左前、右后制动器相通
  ·每套管路和⼯作腔⼜分别通过补偿孔和回油孔与储油罐相通。第⼆活塞由右端弹簧保持在正确的初始位置,使补偿孔和进油孔与缸内相通。第⼀活塞在左端弹簧作⽤下,压靠在套上,使其处于补偿孔和回油孔之间的位置。
  2)⼯作原理
  ·制动时,第⼀活塞左移,油压升⾼,克服弹⼒将制动液送⼊右前左后制动回路;同时⼜推动第⼆活塞,使第⼆腔液压升⾼,进⽽两轮制动
  ·解除制动时,活塞在弹簧作⽤下回位,液压油⾃轮缸和管路中流回制动主缸。如活塞回位迅速,⼯作腔内容积也迅速扩⼤,使油压迅速降低。储液罐⾥的油液可经进油孔和活塞上⾯的⼩孔推开密封圈流⼊⼯作腔。当活塞完全回位时,补偿孔打开,⼯作腔内多余的油由补偿孔流回储液罐。若液压系统由于漏油,以及由于温度变化引起主缸⼯作腔、管路、轮缸中油液的膨胀或收缩,都可以通过补偿孔进⾏调节。
  4、制动轮缸的结构及⼯作过程
  ·制动轮缸的功⽤:是将液⼒转变为机械推⼒。有单活塞和双活塞两种。
  1)结构
  ·奥迪100的双活塞式轮缸体内有两活塞,两⽪碗,弹簧使⽪碗、活塞、制动蹄紧密接触。  2)⼯作过程
  ·制动时,液压油进⼊两活塞间油腔,进⽽推动制动蹄张开,实现制动。
  ·轮缸缸体上有放⽓螺栓,以保证制动灵敏可靠。
典型的制动系统
制动系统六个部分的第⼀部分,我们将按踏板到车轮的顺序,从头到尾详细讲述制动系本⽂是制动系统
统的各个部分。本⽂将介绍汽车制动系统的基本概念,并分析⼀个简单制动系统的⼯作原理。在其他⽂章中,我们将向您介绍汽车制动系统的其他部件,并详细讲述每个部件的⼯作原理。
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您踩下制动踏板以后,汽车通过制动液将您的脚下发出的⼒传递到制动器。⽽制动实际上需要的⼒要远远⼤于您的脚所施加的⼒,因此汽车必须将您的脚施加的⼒放⼤。放⼤的⽅式有两种:
机械效益(杠杆作⽤)
液压放⼤
制动器通过摩擦将制动⼒传递到轮胎,轮胎则通过摩擦将制动⼒传递到路⾯。在开始讨论制动系统的各部件之前,先让我们熟悉⼀下以下三条原理:
杠杆作⽤
液压作⽤
摩擦⼒作⽤
杠杆作⽤
制动踏板以如下⽅式设计,它可以将您腿部发出的⼒在传递到制动液之前就放⼤⼏倍。
如上图所⽰,在杠杆的左端施加⼀个⼒F。杠杆左端的长度(2x)是右端(x)的两倍。因此,我们可以在杠杆右端获得⼀个2F的⼒,它运动的位移(y)则只是左端位移(2y)的⼀半。改变杠杆左右两端的相对长度,也就改变了放⼤系数。
液压系统
任何液压系统的基本原理都很简单:作⽤于某⼀点的⼒被不能压缩的液体传递到另⼀点,这种液体通常是油类液体。绝⼤多数制动系统都是通过这⼀过程放⼤制动⼒的。下⾯是⼀个最简单的液压系统:
如上图所⽰:两个活塞(红⾊)分别装在充满油(蓝⾊)的两个玻璃圆桶中,圆桶之间由⼀个充满油的导管连接。如果给⼀个活塞(图中左边的活塞)施加⼀个向下的⼒,那么这个⼒就可以通过管道内的液压油传递到另⼀个活塞。由于油不能被压缩,所以这种传递⽅式的效率⾮常⾼,⼏乎所有的⼒都传递给了第⼆个活塞。液压系统最⼤的好处就是,连接两个液压缸的导管可以是任何长度,也可以曲折成各种形状以绕过中间的其他部件。此外,还有⼀个好处就是液压管可以分⽀,这样⼀个主缸就可以被分成多个副缸,如下图所⽰:
使⽤液压系统的另⼀个好处就是⼒的放⼤或缩⼩相当容易。如果您读过滑轮组的⼯作原理或齿轮⽐原理,您就会知道,⽤⼒换取位移在机械系统中极为常见。在液压系统中,您要做的就是改变其中⼀个活塞及其配套液压缸的尺⼨,如下图所⽰:
上图中,⼒的放⼤倍数取决于活塞的直径。假设左边的活塞直径为5厘⽶,即半径为2.5厘⽶;右边的活塞直径为15厘⽶,即半径为7.5厘⽶。两个活塞的⾯积可以通过公式A=2πr2计算得出。左边活塞的⾯积为19.6平⽅厘⽶,右边活塞的⾯积为176平⽅厘⽶。右边活塞的⾯积是左边活塞的九倍。这就意味着给左边的活塞施加任何⼀个⼒,右边的活塞就会产⽣⼀个九倍的⼒。因此,如果给左边的活塞施加
⼀个100公⽄的向下的⼒,右边的活塞就会产⽣⼀个900公⽄的向上的⼒。唯⼀的不⾜就是当左边的活塞向下移动9厘⽶时,右边的活塞只能向上移动1厘⽶。
摩擦⼒
摩擦⼒是⼀个物体在另⼀个物体上滑动时受到的阻⼒。请看下图,两个滑块都是⽤相同材料做成的,但其中⼀个较另⼀个更重。所以不难看出哪⼀个更难推动。
摩擦⼒与重量
我们可以通过近距离地观察其中⼀个滑块和桌⾯来了解其中的原因:
通过显微镜来研究摩擦⼒
⽤⾁眼看起来很平滑的接触⾯,在显微镜下观察却是相当粗糙的。把滑块平放在桌⾯上时,滑块和桌⾯之间有许多⼩锯齿挤在⼀起,其中⼀些会相互咬合。滑块重量越⼤,咬合的锯齿就越多,其滑动阻⼒也会越⼤。
不同的材料具有不同的微观结构。例如,橡胶与橡胶之间就⽐钢铁与钢铁之间更难滑动。材料摩擦系数,此系数等于推动滑块所需的作⽤⼒与滑块重量的⽐值。在上例中,如的类型决定了摩擦系数
果摩擦系数为1.0,那么推动重100公⽄的滑块需要施加100公⽄的⼒,推动重400公⽄的滑块需要施加400公⽄的⼒。如果摩擦系数为0.1,那么10公⽄的⼒就可以推动重100公⽄的滑块,⽽推动重400公⽄的滑块也只需施加40公⽄的⼒。
所以推动滑块所需的作⽤⼒与其重量成正⽐。滑块越重,推动它所需的作⽤⼒就越⼤。这⼀原理适⽤于制动器与离合器这样的装置,在这种装置上,制动⽚紧压着旋转盘。制动⽚受到的压⼒越⼤,汽车的制动⼒就越⼤。
摩擦系数
关于摩擦⼒的⼀个有趣现象是,推动物体所需的⼒通常⽐使其持续运
动所需的⼒要⼤。两个接触⾯在没有发⽣相对位移的情况下存在⼀个
静摩擦系数。如果两个接触⾯发⽣了相对位移,那么克服摩擦⼒所需
的⼒就取决于动摩擦系数,动摩擦系数通常⼩于静摩擦系数。
就汽车轮胎⽽⾔,其动摩擦系数远⼩于静摩擦系数。所以,当轮胎接
触⾯与路⾯没有发⽣相对位移时,汽车轮胎提供的牵引⼒最⼤。当轮
胎打滑(如刹车或熄⽕)时,牵引⼒会⼤⼤降低。
在了解实际的汽车制动系统的各个部件之前,我们先来看看⼀个简单的系统:
可以看到,踏板到制动轴的距离是制动缸到制动轴距离的四倍,所以在踏板上施加的⼒在传递到制动缸之前就会被放⼤四倍。
还可以看到,制动缸的直径是连接踏板的液压缸直径的三倍,这⼜把制动⼒放⼤了九倍。综上所述,此系统把您脚部发出的⼒放⼤了36倍。如果您对踏板施加了10公⽄的⼒,那么在车轮处挤压制动⽚的⼒将达到360公⽄。
另⼀⽅⾯。这个简单的制动系统还存在⼏个问题有待解决。渗漏会导致什么结果?如果发⽣缓慢的渗漏,最终将导致制动缸内的制动液不⾜,制动系统也会随之失效。反之,如果发⽣急剧渗漏,您第⼀次刹车时所有的制动液就会喷射⽽出,制动系统就会完全失灵。
现代汽车中的主缸就是为了解决这⼀问题⽽设计的。请阅读主缸和组合阀⼯作原理⼀⽂。有关制动系统的其他⽂章,请参加下⼀页上的链接。