領(lǐng)從蹄鼓式制動器的設(shè)計(jì)

1、摘 要：隨著生活水平的提高和科技的迅猛發(fā)展，人們的生活節(jié)奏變得越來越快，因此人們對交通工具的快捷性要求越來越高。為了應(yīng)對高車速對人們安全構(gòu)成的威脅，許多法規(guī)對汽車的安全性提出了更高的要求，制動系的設(shè)計(jì)成為其中很重的一個方面。本設(shè)計(jì)根據(jù)制動器的工作原理，對多種制動器進(jìn)行分析比較，選擇了制動效能較高的鼓式制動器作為設(shè)計(jì)的對象。依據(jù)給定的參數(shù)，進(jìn)行重要數(shù)值的計(jì)算。隨后，又根據(jù)工藝學(xué)的知識，進(jìn)行制動器零件的設(shè)計(jì)和工藝分析?？傊?，本設(shè)計(jì)的目的是為了設(shè)計(jì)出高效、穩(wěn)定的制動器，以提高汽車的安全性。關(guān)鍵詞： 制動系; 制動效能; 制動器 AbstractKeywords: Braking system ; B

2、raking quality ; Brake1 緒論1.1 汽車制動系概述盡可能提高車速是提高運(yùn)輸生產(chǎn)率的主要技術(shù)措施之一。但這一切必須以保證行駛安全為前提。因此，在寬闊人少的路面上汽車可以高速行駛。但在不平路面上，遇到障礙物或其它緊急情況時(shí)，應(yīng)降低車速甚至停車。如果汽車不具備這一性能，提高汽車行駛速度便不可能實(shí)現(xiàn)。所以，需要在汽車上安裝一套可以實(shí)現(xiàn)減速行駛或者停車的制動裝置制動系統(tǒng)。制動系是汽車的一個重要組成部分，它直接影響汽車的行駛安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車密度的日益增大，交通事故時(shí)有發(fā)生。因此，為保證汽車行駛安全，應(yīng)提高汽車的制動性能，優(yōu)化汽車制動系的結(jié)構(gòu)。制動裝置可分為行車制

3、動、駐車制動、應(yīng)急制動和輔助制動四種裝置。其中行駛中的汽車減速至停止的制動系叫行車制動系。使已停止的汽車停駐不動的制動系稱為駐車制動系。每種車都必須具備這兩種制動系。應(yīng)急制動系成為第二制動系，它是為了保證在行車制動系失效時(shí)仍能有效的制動。輔助制動系的作用是使汽車下坡時(shí)車速穩(wěn)定的制動系。汽車制動系統(tǒng)是一套用來使四個車輪減速或停止的零件。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板時(shí)，制動動作開始。踏板裝在頂端帶銷軸的桿件上。踏板的運(yùn)動促使推桿移動，移向主缸或離開主缸。 主缸安裝在發(fā)動機(jī)室的隔板上，主缸是一個由駕駛員通過踏板操作的液壓泵。當(dāng)踏板被踩下，主缸迫使有壓力的制動液通過液壓管路到四個車輪的每個制動器。液壓管路由鋼

4、管和軟管組成。它們將壓力液從主缸傳遞到車輪制動器。盤式制動器多用于汽車的前輪，有不少車輛四個車輪都用盤式制動器。制動盤裝在輪輞上、與車輪及輪胎一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)駕駛員進(jìn)行制動時(shí)，主缸的液體壓力傳遞到盤式制動器。該壓力推動摩擦襯片靠到制動盤上，阻止制動盤轉(zhuǎn)動。圖1-1汽車制動系統(tǒng)的基本部件1.液壓助力制動器 2.主缸和防抱死裝置 3.前盤式制動器 4.制動踏板 5.駐車制動桿 6.防抱死計(jì)算機(jī) 7.后盤式制動器 很多汽車都采用助力制動系統(tǒng)減少駕駛員在制動停車時(shí)必須加到踏板上的力。助力制動器一般有兩種型式。最常見的型式是利用進(jìn)氣歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一種型式是采用泵產(chǎn)生液壓力提供助力。 駐

5、車制動器總成用來進(jìn)行機(jī)械制動，防止停放的車輛溜車，在液壓制動完全失效時(shí)實(shí)現(xiàn)停車。絕大部分駐車制動器用來制動兩個后車輪。有些前輪驅(qū)動的車輛裝有前輪駐車制功器，因?yàn)樵诰o急停車中絕大部分的制動功需要用在車輛的前部。駐車制動器一般用手柄或腳踏板操作。當(dāng)運(yùn)用駐車制動器時(shí)，駐車制動鋼索機(jī)械地拉緊施加制動的稈件。駐車制動器由機(jī)械控制，不是由液壓控制。 每當(dāng)以很強(qiáng)的壓力進(jìn)行制動時(shí)，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動。這叫做“車輪抱死”。這并不能幫助車輛停下來，而是使輪胎損失些與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時(shí)，車輛不再是處于控制下的停車，駕駛員處在危險(xiǎn)之中。有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員知道，防止車輪抱死的對策是迅速上、下踩動制動

6、踏板。這樣間歇地對制動器提供液壓力，使駕駛員在緊急制動時(shí)能控制住車輛。 現(xiàn)今許多新型車輛裝備了防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動系統(tǒng)做的工作與有經(jīng)驗(yàn)駕駛員做的相同，只是更快、更精確些。它感受到某車輪快要抱死或滑移時(shí)，迅速中斷該車輪制動器的制動壓力。在車輪處的速度傳感器監(jiān)測車輪速度，并將信息傳遞給車上計(jì)算機(jī)。于是，計(jì)算機(jī)控制防抱死制動裝置，輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動。1.2 汽車制動器的工作原理一般制動系的工作原理可用下圖所示的一種簡單的液壓制動系示意圖來說明。個以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動鼓8固定在車輪輪毅上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動的制動底板11上，有兩個支承銷12，支承著兩

7、個弧形制動卸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。制動底板上還裝有液壓制動輪缸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(jī)構(gòu)來操縱。 制動系不工作時(shí)，制動鼓的內(nèi)圓面與制動蹄摩擦片的外圓面之間保持有一定的間隙，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)跺下制動踏板l，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人輪缸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，上端向兩邊分開而以其摩擦片9壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動卸就對旋轉(zhuǎn)著的制動鼓作用一個摩擦力矩M，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制

8、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周繞力F，同時(shí)路面也對車輪作用一個向后的反作用力，即制動力F。制動力F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(dāng)撤開制動踏板時(shí)回位彈簧13即將制動蹄拉回原位，摩擦力矩M和制動力F消失，制動作用即行終止。 圖1-2 鼓式制動器結(jié)構(gòu)圖1.制動踏板 2.推桿 3.主缸活塞 4.制動主缸 5.油管 6.制動輪缸 7.輪缸活塞 8.制動鼓 9.摩擦片 10.制動蹄 11.制動底板 12.支承銷 13.制動體回位彈簧圖中所示的制動器中，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

9、制動力矩(摩擦力矩M)以阻礙車輪轉(zhuǎn)動該系統(tǒng)稱為制動器。顯然，阻礙汽車運(yùn)動的制動力F不僅取決于制動力矩M，還取決于輪胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動系事實(shí)上不可能產(chǎn)生制動汽車的效果。不過，在討論制動系的結(jié)構(gòu)問題時(shí)，一般都假定具備良好的附著條件。1.3 設(shè)計(jì)的目的和意義畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)論文是本科生培養(yǎng)方案中的重要環(huán)節(jié)。學(xué)生通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，綜合性地運(yùn)用幾年內(nèi)所學(xué)知識去分析、解決一個問題，在作畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，所學(xué)知識得到疏理和運(yùn)用，它既是一次檢閱，又是一次鍛煉。不少學(xué)生在作完畢業(yè)設(shè)計(jì)后，感到自己的實(shí)踐動手、動筆能力得到鍛煉，增強(qiáng)了即將跨入社會去競爭，去創(chuàng)造的自信心。通過大學(xué)四年的學(xué)習(xí)，

10、從理論與實(shí)踐上均有了一定程度的積累。畢業(yè)設(shè)計(jì)就是對我們以往所學(xué)的知識的綜合運(yùn)用與進(jìn)一步的鞏固加深，并對解決實(shí)際問題的能力的訓(xùn)練與檢驗(yàn)，目的在于：1、 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想與工作作風(fēng)。2、 進(jìn)一步培養(yǎng)制圖、繪圖的能力。3、 學(xué)會分析與評價(jià)汽車及其各總成的結(jié)構(gòu)與性能，合理選擇結(jié)構(gòu)方案及其有關(guān)參數(shù)。4、 學(xué)會汽車一些主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法以及總體設(shè)計(jì)的一般方法，以畢業(yè)后從事汽車技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。5、 培養(yǎng)獨(dú)立分析、解決問題的能力。 2 制動器結(jié)構(gòu)簡介 汽車的制動器設(shè)計(jì)究竟采用哪一種結(jié)構(gòu)方案較為合理，能夠最大限度的發(fā)揮制動器的功用，首先應(yīng)該從制動器設(shè)計(jì)的一般原則上談起。2.1 鼓式制動器l-調(diào)

11、整楔2-推桿3-制動蹄4-連接彈簧5-上回位彈簧6-彈簧座7-手制動拉桿8-下回位彈簧9-車輪制動缸l0-制動底板ll旋塞12-制動摩擦片l3-彈簧鼓式制動器總成的主要零部件有：制動鼓和輪毅總成、制動蹄總成、制動底板、液壓輪缸、制動蹄回位彈簧壓緊裝置、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和駐車制動機(jī)構(gòu)。為制動車輪、制動鼓和制動蹄提供摩擦表面，制動鼓的內(nèi)圓周是一加工過的制動表面。車輪通過螺母和雙頭螺栓安裝到制動鼓輪毅上。該輪轂安放在允許車輪總成轉(zhuǎn)動的車輪軸承上。各種鼓式制動器的示意圖如下： 1、領(lǐng)從蹄式 2、雙領(lǐng)蹄式 3、雙向領(lǐng)從蹄式 4、雙從蹄式 5、單向增力式 6、雙向增力式 與鼓式制動器比較，盤式制動器有如下缺點(diǎn)：1

12、、效能較低，故用于液壓制動系時(shí)所需制動促動管路壓力較高，一班要用伺服裝置。2、兼用于駐車制動時(shí)，需要加裝的駐車制動傳動裝置較鼓式制動器復(fù)雜，因而在后輪的應(yīng)用受到限制。盤式制動器將逐步取代鼓式制動器，主要是由于盤式制動器和鼓式制動器的優(yōu)缺點(diǎn)決定的。盤式制動器在液力助力下制動力大且穩(wěn)定，在各種路面都有良好的制動表現(xiàn)，其制動效能遠(yuǎn)高于鼓式制動器，而且空氣直接通過盤式制動盤，故盤式制動器的散熱性很好。但是盤式制動器結(jié)構(gòu)相對于鼓式制動器來說比較復(fù)雜，對制動鉗、管路系統(tǒng)要求也較高，而且造價(jià)高于鼓式制動器。相對于盤式制動器來說，鼓式制動器的制動效能和散熱性都要差許多，鼓式制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上

13、制動力變化很大，不易于掌控。而且由于散熱性不好，鼓式制動器存在熱衰退現(xiàn)象。當(dāng)然，鼓式制動器也并非一無是處，它便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。我們知道，高速行駛的轎車，由于頻繁使用制動，制動器的摩擦將會產(chǎn)生大量的熱，使制動器溫度急劇上升，這些熱如果不能很好地散出，就會大大影響制動性能，出現(xiàn)所謂的制動效能熱衰退現(xiàn)象，這可不是鬧著玩的，制動器直接關(guān)乎生命。僅從這一點(diǎn)上，您就應(yīng)該理解為什么盤式制動器會逐步取代鼓式制動器了吧。目前，在中高級轎車上前后輪都已經(jīng)采用盤式制動器。不過，時(shí)下我們開的大部分轎車(如夏利、富康、捷達(dá)等)，采用的還不完全是盤式制動器，而是前盤后鼓式混合制動器(即前輪采用盤式制動器、后輪采用鼓

14、式制動器)，這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)槠囋诰o急制動時(shí)，軸荷前移，對前輪制動的要求比較大，一般來說前輪用了盤式制動器就可以了。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動器是趨勢（如VOLVO轎車）。3 制動系的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)3.1 制動力與制動力分配前、后制動器制動力分配關(guān)系將影響汽車的制動方向穩(wěn)定性和附著條件的利用，是汽車制動系設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問題。一般根據(jù)前、后軸制動器制動力的分配、裝載情況、道路附著條件和坡度等因素，當(dāng)制動器制動力足夠時(shí)，汽車制動過程可能出現(xiàn)三種情況：前后輪同時(shí)抱死拖滑；前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑；后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。如前所述，前后輪同時(shí)抱死工況可避免后軸側(cè)

15、滑，并保證前輪只有在最大制動強(qiáng)度下，才使汽車失去轉(zhuǎn)向能力，這種工況道路附著條件利用較好。前輪較后輪先抱死，雖然不會發(fā)生側(cè)滑，但是汽車喪失轉(zhuǎn)向能力。在一定速度下，后輪較前輪先抱死一定時(shí)間，會造成汽車后軸側(cè)滑。 制動時(shí)前,后輪的地面法向反作用力圖3-1制動時(shí)汽車受力情況圖3-1所示為，忽略汽車的滾動阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動時(shí)的受力情況。因?yàn)橹苿訒r(shí)車速較低，空氣阻力可忽略不計(jì)，則分別對汽車前后輪接地點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力為          

16、0;               （3-1）                           （3-2） 式中：和分別為前后輪因制動形成的動載荷。如果假設(shè)汽車前后輪同時(shí)抱死，則汽車制動減速度為或&

17、#160;                         （3-3）式中：為附著系數(shù)。    將式（3-3）代入式（3-1），有                

18、0;          （3-4）由式（3-4）可知，制動時(shí)汽車前輪的地面法向反作用力隨制動強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而增大；后輪的地面法向反作用力隨制動強(qiáng)度和質(zhì)心高度增加而減小。隨大軸距汽車前后軸的載荷變化量小于短軸距汽車載荷變化量。例如，某載貨汽車滿載在干燥混凝土水平路面上以規(guī)定踏板力實(shí)施制動時(shí)，為靜載荷的90，為靜載荷的38，即前軸載荷增加90，后軸載荷降低38。 前,后制動器制動力的理想分配曲線在汽車制動系設(shè)計(jì)時(shí)，如果在不同道路附著條件下制動均能保證前、后制動器同時(shí)抱死，則此時(shí)的前、后制動器制動力和的關(guān)系

19、曲線，被稱為前、后制動器制動力的理想分配曲線，通常簡稱為I曲線。在任何附著吸塵的路面上前、后輪制動器同時(shí)抱死，則前、后制動器制動力必定等于各自的附著力，且前、后制動器制動力（或地面制動力）之和等于附著力，即                             （3-5）將式（3-5）中的第二公式除以第三個公式，并將

20、式（3-4）代入，有                         （3-6）聯(lián)立方程組（3-6），并消除變量后，將方程表示的形式，即得到前后制動器制動力的理想分配關(guān)系式為                &#

21、160;  （3-7）  圖3-2 I曲線示意圖 圖3-3 I曲線的一種制作方法如已知汽車軸距、質(zhì)心高度、總質(zhì)量、質(zhì)心的位置(質(zhì)心至后軸的距離)，就可用式（3-7）繪制前、后制動器制動力的理想分配關(guān)系曲線，簡稱I曲線。圖3-2就是根據(jù)式（3-7）繪制的汽車在空載和滿載兩種工況的I曲線。根據(jù)方程組（3-6）的兩個方程也可直接繪制I曲線。假設(shè)一組值（0.1,0.2,0.3,1.0）,每個值代入方程組（3-6），就具有一個交點(diǎn)的兩條直線，變化值，取得一組交點(diǎn)，連接這些交點(diǎn)就制成I曲線，見圖3-3。I曲線時(shí)踏板力增長到使前、后車輪制動器同時(shí)抱死時(shí)前、后制動器制動力的理想分配曲線。前

22、、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，所以I曲線也是前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)，和的關(guān)系曲線。3.2 具有固定比值的前，后輪制動器制動力與同步附著系數(shù)兩軸汽車的前、后制動器制動力的比值一般為固定的常數(shù)。通常用前制動器制動力對汽車總制動器制動力之比來表明分配比例，即制動器制動力分配系數(shù)，它可表示為                            &

23、#160; （3-8）因?yàn)椋?#160;                        （3-9）整理式（3-9）得                     

24、;       （3-10）或表示為，即                         （3-11）式（3-10）為一線性方程。它是實(shí)際前、后制動器制動力實(shí)際分配線，簡稱為線。線通過坐標(biāo)原點(diǎn)，其斜率為具有固定的線與I線的交點(diǎn)處的附著系數(shù),被稱為同步附著系數(shù)。它表示具有固定線的汽車只能在一種路面上實(shí)

25、現(xiàn)前、后輪同時(shí)抱死。同步附著系數(shù)時(shí)由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)決定的，它是反應(yīng)汽車制動性能的一個參數(shù)。同步附著系數(shù)說明，前后制動器制動力為固定比值的汽車，只能在一種路面上，即在同步附著系數(shù)的路面上才能保證前后輪同時(shí)抱死。同步附著系數(shù)也可用解析方法求出。設(shè)汽車在同步附著系數(shù)的路面上制動，此時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，將式（3-6）代入式（3-10），得                       

26、    （3-12）整理后，得出                               （3-13）3.3 制動器的制動力矩假定襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動器的制動力矩為 Mµ=2fFoR式中，f為摩擦因數(shù)；Fo為單側(cè)制

27、動塊對制動盤的壓緊力；R為作用半徑。 對于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔缓艽?，取R等于平均半徑Rm，或有效半徑Re，在實(shí)際上已經(jīng)足夠精確。圖3-4 鉗盤式制動器的作用半徑計(jì)算參考圖 如圖3-4，平均半徑為 Rm=(R1+R2)/2式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。故有效半徑為 Re=M/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12)可見，有效半徑Re即是扇形表面的面積中心至制動盤中心的距離。上式也可寫成Re=4/31-R1R2/(R1+R2)2(R1+R2)/2=4/31-m/(1+m)2Rm式中，m= R1/R2因?yàn)閙<1，m/(1+m)2<

28、1/4，故Re>Rm，且m越小則兩者差值越大。應(yīng)當(dāng)指出，若m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處的滑磨速度相差太遠(yuǎn)，磨損將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計(jì)算方法也就不適用。m值一般不應(yīng)小于065。制動盤工作面的加工精度應(yīng)達(dá)到下述要求：平面度允差為0012mm，表面粗糙度為Ra0.71.3m，兩摩擦表面的平行度不應(yīng)大于005mm，制動盤的端面圓跳動不應(yīng)大于003mm。通常制動盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造。為保證有足夠的強(qiáng)度和耐磨性能，其牌號不應(yīng)低于HT250。3.4 利用附著系數(shù)與制動效率汽車制動減速度，其中被稱為制動強(qiáng)度。由前述可知，若汽

29、車在具有同步附著系數(shù)的路面上制動，汽車的前、后輪將同時(shí)達(dá)到抱死的工況，此時(shí)的制動強(qiáng)度。在其他路面上制動時(shí)，既不出現(xiàn)前輪抱死也不發(fā)生后輪抱死的制動強(qiáng)度必然小于地面附著系數(shù)，即。就是說，只有在的路面上，地面的附著條件才能被充分地利用。而在的路面上，因出現(xiàn)前輪或后輪先抱死的現(xiàn)象，地面附著條件未被很好地被利用。為了定量說明地面附著條件的利用程度，定義利用附著系數(shù)為            ,  設(shè)汽車前輪剛要抱死或前、后輪同時(shí)剛要抱死時(shí)，汽車產(chǎn)生的減速度（或表示為）

30、，則由式（3-1）得前輪地面法向反作用力為                            （3-14）前輪制動器制動力和地面制動力為                

31、;           （3-15）將式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），則                 （3-16）同理可推導(dǎo)出后輪利用附著系數(shù)。后輪剛要抱死時(shí)，后輪地面制動力和地面法向反作用力          

32、60;      （3-17）                            （3-18）將式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），則          

33、0;               （3-19）對于已知汽車總質(zhì)量、軸距、質(zhì)心位置、等結(jié)構(gòu)參數(shù)，則可繪制出利用附著系數(shù)與制動強(qiáng)度的關(guān)系曲線圖。 附著效率是制動強(qiáng)度和利用附著系數(shù)之比。它是也用于描述地面附著條件的利用程度，并說明實(shí)際制動力分配的合理性。根據(jù)附著效率的定義，有                

34、;            （3-20）                         （3-21）式中；和分別時(shí)前軸和后軸的附著效率。4 制動器的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 原始數(shù)據(jù)與技術(shù)參數(shù)裝備質(zhì)量 1310kg （G1=750；G2=560）滿載質(zhì)量 1860Kg （G1=870；G2=990） 質(zhì)心高度 空載時(shí) 616mm 滿載時(shí) 580mm軸距 2513mm輪胎 195/65 R15 91V 圖4-1 制動時(shí)的汽車受力圖4.