轎車后輪制動器設(shè)計大作業(yè)

1、汽車設(shè)計課程設(shè)計轎車后輪制動器設(shè)計學(xué) 院：機械工程學(xué)院班 級： 學(xué) 號：姓 名： 目錄緒論2第1章 制動系統(tǒng)概述3第2章 鼓式制動器的設(shè)計計算7第3章 制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算10第4章 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計13第5章 制動器操縱系統(tǒng)14緒論 汽車的制動器是汽車的主要性能之一，它為汽車安全行駛提供了重要保證。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車車速的提高，設(shè)計一套可靠、穩(wěn)定的制動系統(tǒng)將給駕駛者和乘客的人身財產(chǎn)安全提供有力的保障。改善汽車的制動性也始終是汽車設(shè)計、制造和使用部門的重要任務(wù)。鼓式制動器也叫塊式制動器，是靠制動塊在制動輪上壓緊來實現(xiàn)剎車的。鼓式制動是早期設(shè)計的制動系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計190

2、2年就已經(jīng)使用在馬車上了，直到1920年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在鼓式制動器的主流是內(nèi)張式，它的制動塊(剎車蹄)位于制動輪內(nèi)側(cè)，在剎車的時候制動塊向外張開，摩擦制動輪的內(nèi)側(cè)，達到剎車的目的。近三十年中，鼓式制動器在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟類轎車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。第1章 制動系統(tǒng)概述1.1制動系統(tǒng)概述人們?yōu)榱藵M足生活和工作的需要，希望汽車的行駛速度盡可能快，但必須以保證行駛安全為前提。汽車除能高速行駛外，在即將轉(zhuǎn)向、行經(jīng)不平路面、兩車交會、遇到障礙或危險時，都需減低車速。有時需要在盡可能短的距離內(nèi)將車速降到很低

3、甚至為零。如果汽車不具備這些性能，高速行駛就不可能實現(xiàn)。汽車在長下坡時，在重力作用下，有不斷加速到危險程度的趨勢。此時應(yīng)當將車速限制在一定的安全值以內(nèi)，并保持穩(wěn)定。此外，對已停駛的汽車的汽車，應(yīng)使之可靠地駐留原地不動，使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動等作用統(tǒng)稱為制動。對汽車起制動作用的只能是作用在汽車上的、方向與汽車行駛方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動阻力、上坡阻力、空氣阻力都能對汽車起制動作用。但這些外力的大小都是隨機不可控制的。因此汽車上必須裝設(shè)一系列專門裝置，以便駕駛者能根據(jù)道路和交通等情況，通過外界在汽車某些部分（主要是車輪）施

4、加一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動。這種可控制的對汽車進行制動的外力稱為制動力。  1.1.1制動系統(tǒng)的工作原理 一般制動系的工作原理可用圖1-1所示的一種簡單的液壓制動系示意圖來說明：一個以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動鼓8固定在車輪輪轂上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動的制動底板11上，有兩個支撐銷12，支承著兩個弧形制動蹄10的下端。制動蹄的外圓面上又裝有一般是非金屬的摩擦片9.制動底板上海裝有液壓制動輪缸6，用油管5與裝在車架上的液壓制動主缸4相連通。主缸中的活塞3可由駕駛員通過制動踏板機構(gòu)來操縱。制動系不工作時，制動鼓的內(nèi)圓面與制動蹄摩擦片的外圓面之間保

5、持有一定的間隙，使車輪和制動鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。要使行駛中的汽車減速，駕駛員應(yīng)踩下制動踏板1，通過推桿2和主缸活塞3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸6，并通過兩個輪缸活塞7推使兩制動蹄10繞支承銷12轉(zhuǎn)動，上端向兩邊分開而使其摩擦片9壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動蹄就對旋轉(zhuǎn)著的制動鼓作用一個摩擦力矩Mu,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對路面作用一個向前的作用力Fu，同時路面也對車輪作用一個向后的反作用力，即制動力FB.制動力FB由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個汽車減速。制動力愈大，汽車減速度也愈大。當放開制動踏板時，回

6、位彈簧13即將制動蹄拉回原位，摩擦力矩Mu和制動力FB消失，制動作用及終止。 圖1-1所示的制動系中，由制動鼓8、摩擦片9和制動蹄10所構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個制動力矩以阻礙車輪轉(zhuǎn)動，該系統(tǒng)稱為制動器。上述這種用以使行駛中的汽車減低速度甚至停車的制動系稱為行車制動系，是在行車過程中經(jīng)常使用的。用來使已停駛的汽車駐留原地不動的另一套裝置則稱為駐車制動系。這兩個制動器是每一個汽車都必須具備的。此外，許多國家還規(guī)定汽車必須具有第二制動系，其作用是在行車制動系失效的情況下保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車。經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車，若單靠行車制動系來達到下長坡是穩(wěn)定車速的目的，則可能導(dǎo)致行車制動系的制動器過熱而降低制

7、動效能，甚至完全失效。所以山區(qū)用汽車還應(yīng)具備主要在下坡時用以穩(wěn)定車速的輔助制動系。1.1.2制動系統(tǒng)設(shè)計要求： 設(shè)計制動系時應(yīng)滿足如下主要要求： 1） 足夠的制動能力。行車制動能力，用一定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩項指標評定;駐坡能力是指汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度。2） 工作可靠。行車制動至少有兩套獨立的制動器的管路。當其中一套管路失效時，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低于沒有失效時規(guī)定值的30%。行車和駐車制動裝置可以有共同的制動器，而驅(qū)動機構(gòu)各自獨立。 3） 用任何速度制動標準，汽車都不應(yīng)當喪失操縱性和

8、方向穩(wěn)定性。 4） 防止水和污泥進入制動器工作表面。5） 要求制動能力的熱穩(wěn)定性良好。 6） 操縱輕便，并有良好的隨動性。 7） 制動時制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。 8） 作用滯后性應(yīng)盡可能短。 9） 摩擦襯片應(yīng)有足夠的使用壽命。 10） 摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。 11） 當制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應(yīng)

9、裝有音響或光信號等報警裝置。1.2制動器類型的選擇 鼓式制動器分為領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、單向增力式、雙向增力式等幾種，見下圖的a-f. 由于雙領(lǐng)蹄式和單向增力式一般適用于前輪，所以不采用。從經(jīng)濟性和通用性方面考慮，決定較為常見的領(lǐng)從蹄式制動器。設(shè)計零件結(jié)構(gòu)示意圖如右：第2章 鼓式制動器的設(shè)計計算2.1整車性能參數(shù)2.2 車輛前后輪制動力的分析汽車制動時，如果忽略路面對車輪的滾動阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任一角速度 >0的車輪，其力矩平衡方程為: 式中：制動器對車輪作用的制動力矩，即制動器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，Nm； 地面作

10、用于車輪上的制動力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動力，其方向與汽車行駛方向相反，N； 車輪有效半徑，m。令 并稱之為制動器制動力，它是在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動周緣力。與地面制動力的方向相反，當車輪角速度>0時，大小亦相等，且僅由制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪有效半徑等，并與制動踏板力即制動系的液壓或氣壓成正比。當加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力，即或式中 輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z地面對車輪的法向反力。制動力與踏板力的關(guān)系當制動器制動力和地面制動力達到

11、附著力值時，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動力矩即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當制動到=0以后，地面制動力達到附著力值后就不再增大，而制動器制動力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升（如圖所示）。取前后軸到重心的距離=1275mm =1275mm，重心高550mm 汽車總的地面制動力為式中 q（）制動強度，亦稱比減速度或比制動力；，前后軸車輪的地面制動力。由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為上式表明：汽車在附著系數(shù)為任意確定值的路面上制動時，各軸附著力即極限制動力并非為常數(shù)，而是制動強度q或總制動力的函數(shù)。當汽車各車輪制動器的制動力足夠時，根據(jù)汽

12、車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動器制動力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動過程可能出現(xiàn)的情況有三種，即(1)前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；(2)后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；(3)前、后輪同時抱死拖滑。在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。= （1）1212I線（空載）線0Fb1/KN某轎車的I曲線和線FB2/KNj=0.7B線（滿載） （2）式中 前軸車輪的制動器制動力，；后軸車輪的制動器制動力，；前軸車輪的地面制動力；后軸車輪的地面制動力；，地面對前、后軸車輪的法向反力；G 汽車重力；，汽車質(zhì)心離前、后軸距離；汽車質(zhì)心高度。同步附著系數(shù)選取j=0.7

13、，則：=1360=9329.6N由式(1)、式(2)不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時抱死即前、后軸車輪附著力同時被充分利用的條件。由式（2）得：/=1.865則=6073.2N,=3256.4N即為所求的后輪地面制動力。2.3 前、后輪制動力分配系數(shù)的確定根據(jù)公式：=（L+hg）/L得：=（1275+0.7550）/2550=0.65式中 ：同步附著系數(shù)L：汽車重心至后軸中心線的距離L：軸距hg:汽車質(zhì)心高度2.4制動器制動力矩制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即式中 前軸制動器的制動力，；后軸制動器的制動力，；為車輪的有效半徑，所選車輪為185/60R14T,則

14、輪高為111mm，輪輞半徑為14英寸=355.6mm。所以車輪有效半徑為288.8mm.故后輪制動力矩為940.4N*m由于選取的鼓式制動器為雙向雙領(lǐng)蹄式有兩個輪缸，所以每個輪缸上產(chǎn)生的制動力矩為M/4=235.1N*m進而求得兩蹄上的張開力F0=235.1/D(D為制動鼓內(nèi)徑)。第3章 制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算3.1 制動鼓壁厚的確定 當輸入力P一定時，制動鼓的直徑愈大，則制動力矩亦愈大，散熱性能亦愈好。但直徑D的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制，而且D的增大也使制動鼓的質(zhì)量增大，使汽車的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車的行駛平順性。制動鼓與輪輞之間應(yīng)有相當?shù)拈g隙，此間隙一般不應(yīng)小于2030mm，以利于散熱通

15、風(fēng)，也可避免由于輪輞過熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動鼓直徑D的尺寸。另外，制動鼓直徑D與輪輞直徑之比的一般范圍為：轎車 D=0.640.74轎車輪輞為14in，得到=14×25.4=355.6mm（1 in=25.4mm）表3-1輪輞直徑/in1213141516制動鼓內(nèi)徑/mm轎車180200240260-貨車220240260300320參考上表并結(jié)合實際情況，取D=0.65。得到制動鼓內(nèi)徑D=230mm,所以制動鼓半徑為115mm。3.2 制動鼓式厚度n制動鼓壁厚的選取主要是從剛度和強度方面考慮。壁厚取大些也有助于增大熱容量，但試驗表明，壁厚從11mm增至2

16、0mm，摩擦表面平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動鼓的壁厚：轎車為712mm，中、重型貨車為1318mm。由于本設(shè)計的對象是轎車，所以選取制動鼓的厚度為n=10mm。3.3 制動蹄摩擦襯片的包角和寬度b摩擦襯片的包角可在=90°120°范圍內(nèi)選取，試驗表明，摩擦襯片包角=90°100°時，磨損最小，制動鼓溫度也最低，且制動效能最高。再減小雖有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。一般也不宜大于120°，因過大不僅不利于散熱，而且易使制動作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。本次設(shè)計摩擦襯片的包角取110°。摩擦襯片寬度b較大可以降低單位壓

17、力、減少磨損，但過大則不易保證與制動鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動時使其單位壓力不超過2.5MPa的條件來選擇襯片寬度b的。設(shè)計時應(yīng)盡量按摩擦片的產(chǎn)品規(guī)格選擇b值。另外，根據(jù)國外統(tǒng)計資料可知，單個鼓式車輪制動器總的襯片摩擦面積隨汽車總質(zhì)量的增大而增大，而單個摩擦襯片的摩擦面積A又決定于制動鼓半徑R、襯片寬度b及包角，即 式中是以弧度(rad)為單位，當A，R，確定后，由上式也可初選襯片寬b的尺寸。制動器各蹄摩擦襯片總摩擦面積愈大，則制動時產(chǎn)生的單位面積正壓力愈小，從而磨損亦愈小。摩擦襯片的摩擦面積A取200cm,襯片寬b為45mm。見表汽車類別汽車總質(zhì)量m/t單個制動器的襯片摩擦面積轎車0.

18、91.51.52.5100200200300 3.4摩擦襯片起始角鼓式制動器主要幾何參數(shù)摩擦襯片起始角如圖所示。一般是將襯片布置在制動蹄外緣的中央，并令。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性。則=353.5 開力P的作用線至制動器中心的距離在保證制動輪缸或凸輪能夠布置于制動鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離盡可能地大，以提高其制動效能。取則a=97.8mm3.6 制動蹄支銷中心的坐標位置是k與c如圖所示，制動蹄支銷中心的坐標尺寸k是應(yīng)盡可能地小，以使尺寸c盡可能地大，取c=0.85R。則c=97.8mm3.7 摩擦片摩擦系數(shù)選擇摩擦片時不僅希望其摩擦

19、系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.30.5，少數(shù)可達0.7。一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于250時，保持摩擦系數(shù)=0.350.40已無大問題。因此，在假設(shè)的理想條件下計算制動器的制動力矩，取=0.3可使計算結(jié)果接近實際。因此取=0.3。第4章 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1制動鼓制動鼓應(yīng)具有

20、非常好的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應(yīng)超過極限值。制動鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料向匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面摩擦均勻。輕型貨車和一些轎車則采用鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合制動鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動鼓在轎車上得到了日益廣泛的應(yīng)用；鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金也是鑄到一起的，這中內(nèi)鑲一層珠光體組織的灰鑄鐵作為工作表面，其耐磨性和散熱性都很好，而且減少了質(zhì)量。本設(shè)計采用的制動鼓材料：鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金鑄到一起4.2制動蹄轎車制動蹄管飯采用T形型鋼碾壓或鋼板沖壓-焊接制成。制動蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，單小型車用鋼板制的制動蹄腹板上有時開有一、兩條徑向

21、槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動蹄摩擦襯片與制動鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動時的尖叫聲。制動蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為3mm5mm；摩擦片的厚度多為4.5mm5mm。本設(shè)計制動蹄選用：T形45號鋼制動蹄腹板厚度：5mm制動蹄翼緣厚度：5mm摩擦襯片厚度：5mm4.3制動底板 制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，因此它應(yīng)該有足夠的剛度。剛度不足會使制動力矩減小，踏板行程增大，襯片磨損也不均勻。4.4制動蹄的支承為了使具有支承銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓的工作表面同軸心，應(yīng)使支承位置可調(diào)。4.5制動輪缸制動輪缸的剛起由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需鏜磨?；钊射X合金制造?；钊舛藟河袖撝频拈_槽頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)的橡膠皮碗密封。4.6制動器間隙制動鼓(制動盤)與摩擦襯片(摩擦襯塊)之間在未制動的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙，以保證制動鼓(制動盤)能自由轉(zhuǎn)動。一般，鼓式制動器的設(shè)定間隙為0.20