机械制动器通过力（最常见的是摩擦力）阻止机器或物体的能量。大多数人都熟悉汽车制动器，但是机械制动器在材料处理，制造和其他动力传输应用中也必不可少。

运作方式

机械制动器通过传递到旋转体（例如轴，轴或车轮）的力来起作用，以减慢或停止运动。机械制动器通常与用于接合和分离轴的机械离合器组装在一起。有关这些设备的更多具体数据，请参见机械制动器和离合器组件页面。

基于摩擦的制动器利用粗糙且坚固的材料（即，制动衬片）将其拧紧或压在旋转的物体上以使其减速。基于摩擦的制动会产生巨大的热量和一些噪音，从而降低所有接合表面的面积。制动能力随每个循环而降低，需要检查和更换。摩擦式制动器在汽车应用中大量使用。

齿式制动器具有齿形接触面，可传递动力而不会打滑或发热。仅当停止或以慢速（<20 rpm）运行时才啮合牙齿。

非接触式制动器使用诸如磁场或涡流之类的技术来提供制动作用。制动力与速度成正比。涡流和电磁制动器的一个优点是没有摩擦，因此没有零件磨损。这些制动器的缺点是它们对固定物体没有任何保持力。

绕线弹簧离合器和制动器通过将输入轴和输出轴与过盈配合螺旋离合器弹簧连接来工作。当输入轴沿离合器弹簧的风向旋转时，扭矩传递到输出轴。单独的制动弹簧旋转，直到制动弹簧控制柄脚被锁定为止，然后将制动弹簧围绕输出轴拧紧到固定在螺栓上的固定制动毂上的位置。同时离合器弹簧松开。绕线弹簧制动器可在工业机械中提供精确的停止（±0.5°），但全机械式绕线弹簧离合器和驱动器仅限于较小的尺寸；较大的尺寸是电磁的。

种类

以下制动器是摩擦制动器的类型。

在鼓式制动器中，制动衬片粘附在称为蹄的弯曲支架的外表面上。最常见的配置包括两个靴子，它们安装在板上的鼓内。气缸将靴子压在滚筒的内部，以开始减速。踩在鼓外侧的鼓式制动器称为“扣式制动器”。双扣式制动器对鼓的内部和外部都施加制动压力。

圆锥制动器是鼓式制动器的一种，其中鼓和靴形件是圆锥形截头圆锥体的配合部分。靴（即圆锥体）配有制动衬片，并压入鼓（即杯体）以施加摩擦。优点是增加的表面积和更快的减速。

盘式制动器利用金属盘（也称为转子）连接到车轴。转子在一个卡钳之间旋转，该卡钳包含一个到12个汽缸，这将装在刹车片上的衬里材料推向转子表面。

Ausco-Lambert盘式制动器利用两个盘片以及两个位于盘片内部的360°制动衬块。垫之一是固定的。刹车片没有张紧，而是张开，由执行器提供了刹车片和制动盘之间的初始接触。球形轴承位于锥形凹槽中的制动衬片之间。当轴瓦膨胀时，轴承会倾斜，并使轴瓦彼此卡住，从而为圆盘提供额外的自持摩擦。停止时，制动器自动释放。Ausco-Lambert可节省空间，使用寿命更长，运行温度更低，但被认为过于敏感。他们已经60年没有在汽车上使用了。

带式制动器将高摩擦材料的带子绕在连接至旋转轴的皮带轮上；他们经常骑自行车。如果拉紧带沿车轴旋转方向，则制动器会自动通电。差速带式制动器将制动带的两端固定在杠杆上，以为双向轴提供制动动力。

构型尺寸和重量

尺寸和重量是机械制动器的重要考虑因素。它们增加了操作的重量，需要专用的系统，并且可能需要电源，但是制动器也经过了精心设计，以承受可能施加的最大动能。重量还会增加缠绕弹簧制动器所承受的惯性和动态扭矩。

摩擦制动器的常见尺寸考虑因素包括：

盘/鼓的厚度：垫或靴接合的摩擦表面的宽度盘/鼓直径：盘或鼓的横截面距离制动块总面积：制动块或制动蹄的平方表面积耐磨摩擦面积：制动衬片的平方表面积缸径：盘或鼓的内径螺栓孔：用于轴连接的钻孔的数量和尺寸运行间隙：未接合制动器时，制动器衬片与表面区域之间的距离衬里厚度：刹车衬里材料的高度

卷簧制动器的几何形状：

孔直径：卷绕弹簧组件的内径框架尺寸：离合器和制动器的名义信封尺寸，通常在2到45之间直径：弹簧组件横截面的宽度停止次数：制动环上停止位置的数量和程度间隔螺纹啮合：皮带轮/轮毂上的硬件螺纹孔深度组件

适用的机械制动器的通用零件如图所示。

摩擦制动器

需要很大的力才能使组件从摩擦中减速。仅依靠操作员提供的手动动力的制动器是机械制动器的最纯粹的形式，许多制动器需要自激才能有效。

双重功能制动器是利用两个来源来提供执行器动力的制动器，例如气动机械或液压机械。例如，在乘用车中，操作员踩下踏板，该踏板压缩连接的主缸中的制动液。主缸将其转换为液压，从而驱动从动缸，最终提供制动力。真空伺服器通常可以帮助驾驶员获得为液压系统加压所需的脚压力。类似地，大型商用车经常使用气动机械制动系统（即空气制动器）。

杠杆力是单个系统的总可用制动力。该力必须足以在指定的时间内使轴减速（即制动力）。

制动扭矩计算

环绕式弹簧制动器

为了准确地开始和停止负载，轴需要足够的扭矩来接合离合器弹簧，并且需要足够的惯性来接合制动弹簧。计算所有旋转部件（包括轴，鼓和皮带轮）的惯性（WR²）。参考表将包含有关每英寸厚度长度的钢轴惯性的数据，以及非钢材料的转换数据。要确定空心零件的惯性，首先要找到等效实体零件的惯性（外径），然后找到空心区域的惯性，就好像它是轴一样（内径）。从外径惯性中减去内径惯性，然后将每英寸值乘以零件的长度或厚度。

绕簧制动计算

如果接合制动弹簧所需的最小惯性的最终值等于或小于0，则制动弹簧具有足够的惯性以使轴停止至确定的精度。止动环与制动弹簧接合，并具有一到20个或更多的停止位置。

热管理

制动衬块与鼓或盘表面之间的摩擦将动能转化为热能，这是保持制动器可操作性的主要考虑因素。过热的制动器会将多余的热能传递至制动片，制动片开始变质，从而加剧了制动疲劳。严重的过热会导致制动液蒸发，从而导致盘式制动系统完全失效。在鼓式制动器中，鼓吸收了所产生的全部热量的95％，因此靴和衬里不会经历相同的极端温度，并且制动液仍保持绝缘，不会汽化。滚筒钻孔是一种允许热量散发在滚筒工作表面上形成的孔的技术。

大多数盘式制动器在300°F时，每平方英尺的磁盘表面每小时可排放约3 U，而更高速度的磁盘甚至每小时每平方英尺可排放5 U。车辆运动产生的气流通常足以冷却车辆上的盘式制动器。承受极端温度或固定设备上的光盘会受到被动（增加的表面积，通风槽，多个卡尺，材料更换）和主动（压缩空气）解决方案的影响。

带式制动器的冷却能力较差，因此会导致制动衰减增加。

脱离接触

机械制动器的完全释放会导致制动阻力，从而缩短制动组件的使用寿命并浪费能量。对于许多摩擦制动器，弹簧将制动器保持在分离位置，直到力克服弹簧的预紧力。制动器也可以作为故障安全制动器或弹簧保持制动器接合并需要动力以消除弹簧制动力的制动器提供。

对于带式制动器，要松开制动器，就需要松开制动带，这可以在轴停止时自动制动（如使用自激式制动器），或者通过松开制动杆或其他启动机构来自动完成。轴停止后，自动回旋离合器和制动器中的制动弹簧会自动释放。

用料

制动衬片材料因应用而异。材料必须柔软，坚韧，耐热并且具有高动态摩擦系数。它们适用于由焊接或铆接的钣金制成的垫子或鞋子。

非金属：通常是有机或合成的复合材料，包括纤维素，芳族聚酰胺，聚丙烯腈和烧结玻璃。非金属衬里可最大程度减少转子磨损，但使用寿命短。半金属：填充有金属薄片的复合材料，可提高耐磨性和使用寿命，并增加转子或滚筒的磨损；需要更高的制动扭矩。金属的：通常为性能或高能量应用而保留；由烧结钢制成，可在转子上快速磨损，需要更高的制动扭矩并产生噪音陶瓷：将粘土和瓷器与铜片和细丝混合在一起。中等的耐用性，寿命和扭矩要求，零感知的声音。但是，较高的工作温度可能会使焊盘和其他组件变形。

卡尺通常是金属板，其圆筒由塑料，铝或镀铬钢制成。光盘材料包括：

陶瓷复合材料：碳纤维增强陶瓷在高速和高温下提供稳定的摩擦，比灰铸铁轻50％，但价格也很昂贵。灰口铸铁：具有石墨微结构的铸铁，具有高的热和阻尼能力，具有耐磨性和切削性。它是汽车转子最常用的材料。钢：不锈钢通常集成在自行车和摩托车制动器中，但是导热性很差。钢可能需要较高的热量，但也会腐蚀。铝：具有优异热特性的轻质金属；由于降低了耐磨性和强度，因此仅适用于低RPM应用；有时在自行车上发现钛：仅与有机或树脂基衬里兼容；具有良好的强度和耐腐蚀性的轻量化，但表面摩擦力和寿命低

一些常见的鼓材料是：

铸铁：最常见的制动鼓材料铝：比铁轻，具有更好的散热和制动衰减；需要铁或钢衬以保持结构完整性钢：钢壳是减轻重量和改善铸铁鼓性能的常用方法复合材料：混合材料，例如填充碳化硅的铸铝，可减轻重量并具有足够的摩擦力和耐磨性安装

鼓式制动器的操作部件（弹簧，液压缸和制动蹄）固定在背板上。它是一个刚性的，不旋转的支架，通常固定在轴套上。盘式制动器也使用了背板，但其目的是最大程度地减少制动器灰尘的堆积，有时是可选的。

光盘安装在车轴上，而包含气缸和制动垫的卡钳则固定或浮动。浮动卡尺仅使用一个活塞，因此使用销子和衬套为卡尺提供了有限的横向运动。气缸将带有制动衬块的活塞推向转子，而该运动也将卡钳的另一侧（仅配备制动衬块）拉向转子的另一侧。固定卡钳包括两个活塞，两个活塞将制动衬块同时压向转子的相对侧。通常，浮动卡钳价格便宜，重量轻，并且在基本应用中同样有用，但是它们仅限于单个活塞。固定卡尺可更均匀地施加压力，最多可利用12个气瓶；它们在高性能制动系统上更为常见。

乐队很简单。鼓固定在车轴上，而绑带缠绕在鼓上，一端固定在螺栓或固定点上。带的另一端连接到制动杆或其他连杆。如果带式制动器的两端都连接到连杆，则它支持双向制动。

绕线式弹簧制动器组装在矩形的垫板上，该垫板包括执行器，螺线管和离合器/制动器组件。矩形背板还包括四个通孔，但是这些孔中只有一个固定在非旋转表面上。在比所需数量更多的孔中安装硬件不会允许所需的轴向公差，并且会降低使用寿命，并降低精密机械的制动精度。

再生制动和动态制动

动能回收系统（KERS）收集制动过程中浪费的能量，并将其化学存储在电池中，电存储在电容器中或机械存储在飞轮中。KERS在混合燃料汽车中尤其常见。

在电动机械上，动态制动将多余的机械能转化为热能。如果在断电后轴继续旋转，则轴上的多余电压可能会导致过电压故障。多余的电能会分配给电阻和散热器，有时会用于为其他应用供电。

技术指标杠杆力：制动系统可施加的总可用力响应时间：制动命令与机械装置接合之间的延迟，通常以毫秒为单位。制动能力：制动片表面积和执行器力的累积减速作用（不包括诸如道路状况，抗风性等变量）。速度：与给定机械制动器兼容的最大车轴转速，通常为RPM功率：最大马力（HP）制动扭矩：在特定时间范围内停止制动盘或制动鼓所需的力（英尺-磅）额定扭矩：可以施加到旋转组件的最大扭矩，单位为英尺磅（ft.-lb.）峰值力：执行器可以施加的最大压力持续耗散功率：制动器在故障之前可以承受的功率刹车片的使用寿命：取决于施加的力，材料，循环和工作温度。静态扭矩：施加在圆盘，鼓或轴上的力，以防止其在停止或停放时旋转拉伸强度：缠绕弹簧只能传递不超过其材料强度的扭矩扭矩尺寸比：制动器直径与制动扭矩之比防后退/防超限扭矩：停止时消除轴向后或弹跳运动的扭矩。特征双重功能：单独的压力系统有助于向制动器传递扭矩零背隙：制动接合期间无公差双向：制动器可以使沿任一方向旋转的轴减速滑动指示：反馈制动系统未达到最佳性能可调扭矩：所施加扭矩的可配置设置冲洗：可通过软管或压力冲洗来清洁制动系统反馈：制动器支持用于运行监控的系统制动助力：当真空助力不足时，通过使用电子稳定控制单元来补充制动功率标准品

汽车工程师协会（SAE）是汽车的杰出标准机构，并具有与车辆制动器有关的若干标准。其他标准可以参考动力传动应用中轴减速的工业方法。