轎車后輪制動(dòng)器的設(shè)計(jì)

1、目 錄1 引言31.1制動(dòng)器設(shè)計(jì)的意義31.2 制動(dòng)器的功用及設(shè)計(jì)要求32 制動(dòng)器的選擇42.1制動(dòng)器的種類42.2鼓式和盤式制動(dòng)器的比較42.3鼓式制動(dòng)器的選擇52.3.1鼓式制動(dòng)器52.3.2鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)63 制動(dòng)器主要參數(shù)的選擇73.1捷達(dá)王GTX 1.6MT轎車的整車性能參數(shù)73.2制動(dòng)器主要參數(shù)的選擇83.2.1制動(dòng)鼓內(nèi)經(jīng)D83.2.2制動(dòng)鼓厚度n83.2.3摩擦襯片寬度b和包角83.2.4 摩擦片起始角93.2.5 制動(dòng)器中心到蹄片張開力P作用線的距離e。93.2.6 制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c。94 前后輪的受力分析104.1制動(dòng)力計(jì)算104.2 制動(dòng)效能因數(shù)計(jì)算134.2.

2、1 浮動(dòng)蹄效能因數(shù)計(jì)算。134.2.2 自增力式制動(dòng)蹄效能因數(shù)計(jì)算。134.3 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算145 總結(jié)15參考文獻(xiàn)16轎車后輪制動(dòng)器的設(shè)計(jì)1 引 言1.1制動(dòng)器設(shè)計(jì)的意義 現(xiàn)代交通工具中用得最多的，最普遍的，最方便的交通工具就是汽車，汽車制動(dòng)系是汽車底盤上一個(gè)重要的系統(tǒng)，它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置。而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車最重要的安全件。汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著高速公路的發(fā)展和車流量的密度日益增大，出現(xiàn)了頻繁的交通事故。因此，保證行車安全已成為現(xiàn)今汽車設(shè)計(jì)中一項(xiàng)十分重要的任務(wù)，所以對(duì)汽車制動(dòng)性能及制動(dòng)系結(jié)構(gòu)的要求有逐步提高的趨勢(shì)。

3、1.2 制動(dòng)器的功用及設(shè)計(jì)要求對(duì)制動(dòng)系的主要要求有:（1）足夠的制動(dòng)能力，制動(dòng)能力包括行車制動(dòng)能力和駐車制動(dòng)能力。（2）行車制動(dòng)至少包括兩套獨(dú)立的制動(dòng)管路。（3）用任何車速制動(dòng)，汽車都不應(yīng)該喪失轉(zhuǎn)向能力和方向穩(wěn)定性。（4）防止水和污泥進(jìn)入制動(dòng)器的工作表面。（5）要求制動(dòng)器的熱穩(wěn)定性好。（6）操作輕便。要求制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程，以及踏板力和手柄力能為一般體形和體力的駕駛員所適應(yīng)。（7）作用滯后性包括產(chǎn)生制動(dòng)和解除制動(dòng)的時(shí)間應(yīng)盡可能短。（8）一旦牽引車和掛車（半掛車）之間的連接制動(dòng)管路損壞，牽引車應(yīng)有防止壓縮空氣進(jìn)一步漏失的裝置。（9）為了提高汽車列車的制動(dòng)穩(wěn)定性，除了保證列車各軸有正確的制

4、動(dòng)力分配外，還應(yīng)注意主車掛車之間各軸制動(dòng)器作用的時(shí)間，尤其是主車和掛車之間制動(dòng)開始時(shí)間的調(diào)節(jié)。2 制動(dòng)器的選擇2.1 制動(dòng)器的種類 （1）鼓式制動(dòng)器 1）液壓式：領(lǐng)從蹄式，單向雙領(lǐng)蹄，雙向雙領(lǐng)蹄，單向增力蹄，雙向增力蹄，雙從蹄。 2）凸輪領(lǐng)從蹄，單楔領(lǐng)從蹄,雙楔雙領(lǐng)蹄。 （2）盤式制動(dòng)器 1）液壓式：固定鉗，滑動(dòng)鉗，擺動(dòng)鉗。 2）氣壓式2.2 鼓式和盤式制動(dòng)器的比較 盤式制動(dòng)器的制動(dòng)效能沒有鼓式制動(dòng)器大，但盤式制動(dòng)器的穩(wěn)定性好，反應(yīng)時(shí)間短且不會(huì)因?yàn)闊崤蛎浂黾又苿?dòng)間隙。盤式制動(dòng)器已普遍做轎車的前制動(dòng)器，做后制動(dòng)器的也不少。鼓式制動(dòng)器的穩(wěn)定性和散熱性較差，在不同路面上的制動(dòng)力變化很大，不易掌控。

5、此外由于散熱性比較差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)塊和輪轂在高溫影響下較易發(fā)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率的下降，但是鼓式制動(dòng)器造價(jià)便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。四輪轎車在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%-80%，前輪制動(dòng)力要比后輪大，后輪制動(dòng)器輔助作用，由于鼓式制動(dòng)器成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型轎車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，較多的采用了鼓式制動(dòng)器。 據(jù)此，本次轎車后輪制動(dòng)器的設(shè)計(jì)選用鼓式制動(dòng)器。 2.3 鼓式制動(dòng)器的選擇汽車制動(dòng)幾乎都是機(jī)械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生制動(dòng)力矩使汽車減

6、速或者停車。為了更好的實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，現(xiàn)代轎車大多采用前盤后鼓的設(shè)計(jì)方案。2.3.1鼓式制動(dòng)器 鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種汽車上?，F(xiàn)代的鼓式制動(dòng)器分為以下幾類： （1）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的制動(dòng)效能以及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，也方便附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛應(yīng)用于中重型載貨汽車的前后制動(dòng)器以及轎車的后輪制動(dòng)器。 （2）雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但是倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類轎車前進(jìn)制動(dòng)

7、時(shí)，前軸的動(dòng)載荷與附著力大于后軸而倒車時(shí)則相反。 （3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)肋均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)和倒車時(shí)制動(dòng)性能不變，因此被廣泛用于中輕型載貨汽車和部分轎車的前后車輪，但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，需要另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車制動(dòng)。 （4）單向增力式制動(dòng)器由于制動(dòng)時(shí)兩制動(dòng)蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。2.3.2鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)制動(dòng)器的組

8、成有以下幾個(gè)部分：（1）旋轉(zhuǎn)部分：制動(dòng)鼓 （2）固定部分：制動(dòng)底板 制動(dòng)蹄 （3）張開機(jī)構(gòu)：輪缸 （4）定位調(diào)整：調(diào)整凸輪 偏心支承銷制動(dòng)蹄在促動(dòng)裝置的作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上，對(duì)鼓產(chǎn)生制動(dòng)摩擦力矩。凡對(duì)制動(dòng)蹄端加力并使制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的裝置統(tǒng)稱為制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置，制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置有輪缸、凸輪和楔等。以液壓制動(dòng)輪缸作為制動(dòng)蹄促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為輪缸式制動(dòng)器；以凸輪作為促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為凸輪式制動(dòng)器；用楔作為促動(dòng)裝置的制動(dòng)器稱為楔式制動(dòng)器。3 制動(dòng)器主要參數(shù)的選擇3.1 捷達(dá)王GTX 1.6MT轎車的整車性能參數(shù) 車 型 ： 捷達(dá)王 GTX 1.6MT 驅(qū) 動(dòng) 形 式 ：

9、FF4X2 最 高 車 速 ： U max=190km/h 最 大 爬 坡 度： i max >=35% 汽 車 總 質(zhì)量： ma=1480kg 外 形 尺 寸 ： 總長(zhǎng)La X總寬Ba X 總高Hg =4428 *1660*1420mm 空 氣 阻 力 系 數(shù) ： CD =0.34 軸 距 ： L=2471mm 前 / 后 輪 距 ： a=1492mm/b=1422mm 最 小 轉(zhuǎn) 彎 直 徑 ： 11m 變 速 器 ： 兩軸式，手動(dòng)5擋 各 檔 傳 動(dòng) 比： i1=3.455, i2=1.944, i3=1.370, i4=1.032, i5=0.850, iR=3.167 制動(dòng)距離

10、 （30km/h): 5.6m 最 大 扭 矩 ： 150Nm/4000r/min 最 大 功 率 ： 74kw/5800r/min 輪 胎 型 號(hào) ： 185/60R143.2制動(dòng)器主要參數(shù)的選擇3.2.1制動(dòng)鼓內(nèi)經(jīng)D當(dāng)輸入力P一定時(shí)，制動(dòng)鼓的直徑愈大，則制動(dòng)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(dòng)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。在滿足制動(dòng)力矩的前提下，選擇較小的制動(dòng)鼓內(nèi)經(jīng)，從而增加制動(dòng)鼓和輪輞之間的間隙，有利于散熱。另外，制動(dòng)鼓直徑D與輪輞直徑Dr之比的一般范圍為：轎車 DDr=0.640.74貨車 DDr=0.70

11、0.83捷達(dá)轎車輪輞為14in，得到Dr=14×25.4=355.6mm結(jié)合實(shí)際情況與參考資料選取D/Dr=0.65,因此得到制動(dòng)鼓的內(nèi)經(jīng)D=230mm,故制動(dòng)鼓的內(nèi)徑為115mm。3.2.2制動(dòng)鼓厚度n在保證制動(dòng)力矩及制動(dòng)鼓與輪輞之間間隙的前提下，可以適當(dāng)加厚制動(dòng)鼓，從而增大鼓的熱容量，減少制動(dòng)時(shí)的溫升。此外，厚度的增加剛性就好，有利于制動(dòng)力矩的穩(wěn)定。制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有助于增大熱容量，但試驗(yàn)表明，壁厚從11mm增至20mm，摩擦表面平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：轎車為712mm，中、重型貨車為1318mm。由于本設(shè)計(jì)的對(duì)象是轎

12、車，所以選取制動(dòng)為10mm。3.2.3摩擦襯片寬度b和包角襯片寬度較大可以減少磨損，但是過(guò)大將不易保證制動(dòng)鼓全面接觸。減少襯片包角將有利于散熱，但是單位壓力過(guò)高會(huì)加速磨損。通常是根據(jù)在緊急制動(dòng)時(shí)使其單位壓力不超過(guò)2.5MPa的條件來(lái)選擇襯片寬度b的。設(shè)計(jì)時(shí)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(guó)外統(tǒng)計(jì)資料可知，單個(gè)鼓式車輪制動(dòng)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(gè)摩擦襯片的摩擦面積A又決定于制動(dòng)鼓半徑R、襯片寬度b及包角,即A=R*b*式中以弧度為單位，當(dāng)A，R，確定后，由上式也可初選襯片寬b的尺寸。制動(dòng)器各蹄摩擦襯片總摩擦面積愈大，則制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單位面積正壓力愈小，從而磨損

13、亦愈小。摩擦襯片的包角可在=90°120°范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角=90°100°時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度也最低，且制動(dòng)效能最高。再減小雖有利于散熱，但由于單位壓力過(guò)高將加速磨損。一般也不宜大于120°，因過(guò)大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。本次設(shè)計(jì)摩擦襯片的包角取110°。查閱相關(guān)資料，轎車質(zhì)量在0.9t-1.5t范圍內(nèi)，摩擦片的面積A在100-200cm2范圍內(nèi)，取摩擦面的面積A=200cm2。由公式可得b取45mm。3.2.4 摩擦片起始角一般將摩擦片布置在制動(dòng)蹄中央，0=900-/2。有時(shí)為

14、了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將摩擦片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱布置，以改善摩擦均勻性。則取=350。3.2.5 制動(dòng)器中心到蹄片張開力P作用線的距離e。在保證制動(dòng)輪缸或凸輪能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離e盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫定e=0.8R左右。則e=92mm.3.2.6 制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c。在保證兩蹄支承端毛面不致互相干涉的條件下，盡可能加大a，減少c。初步設(shè)計(jì)可暫定a=0.8R左右。則a=92mm。4 前后輪的受力分析4.1制動(dòng)力計(jì)算 汽車制動(dòng)時(shí)，如果忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則任意角速度>0的車輪，其力矩平衡方程為：-=0式中：

15、制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N·m。地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與車輪之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N。車輪的有效半徑，m。令 =/并稱之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動(dòng)周緣力。與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)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(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力，即式中

16、輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z地面對(duì)車輪的法向反力。當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值時(shí)，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動(dòng)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(dāng)制動(dòng)到=0以后，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不再增大，而制動(dòng)器制動(dòng)力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升。根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2為: Z1= Z2=式中：G汽車所受重力； L汽車軸距； B1汽車質(zhì)心離前軸距離； B2汽車質(zhì)心離后軸距離；汽車質(zhì)心高度； g重力加速度；汽車制動(dòng)減速度。汽車總的地面制動(dòng)力為:式中:q（）制動(dòng)

17、強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力；前后軸車輪的地面制動(dòng)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(dòng)時(shí)，各軸附著力即極限制動(dòng)力并非為常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力的函數(shù)。當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過(guò)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(shí)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) (2)式中：前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，；后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力

18、，；前軸車輪的地面制動(dòng)力；后軸車輪的地面制動(dòng)力；,地面對(duì)前、后軸車輪的法向反作用力;G 汽車重力； b汽車質(zhì)心離前、后軸距離；汽車質(zhì)心高度。因所設(shè)計(jì)的捷達(dá)轎車為輕型轎車后輪鼓式制動(dòng)器，而現(xiàn)代轎車的行使?fàn)顩r較好，特別是高級(jí)公路的高速要求，同步附著系數(shù)可選取=0.7，則：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(shí)抱死即前、后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件。由式（2）得：由式（1）（2）得 9.79 （3）4.2 制動(dòng)效能因數(shù)計(jì)算4.2.1 浮動(dòng)蹄效能因數(shù)計(jì)算領(lǐng)蹄效率系數(shù)Kec1Kec1= （1）從蹄制能因數(shù)Kec2Kec2= (2)式中，=h/R; =a/R; =； V=

19、； ； ； 。對(duì)于雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器，C*=2Kec1;對(duì)于領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，C*=Kec1+Kec2。4.2.2 自增力式制動(dòng)蹄效能因數(shù)計(jì)算。領(lǐng)蹄效能因數(shù)Kec1Kec1= （3）從蹄效能因數(shù)Kec2Kec2= （4） 式中，=h/R; =a/R; =； ； ； ； 對(duì)于領(lǐng)從蹄自增力式制動(dòng)器，C*=Kec1+Kec2;對(duì)于雙領(lǐng)蹄式自增力式制動(dòng)器，C*=2Kec14.3 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算一個(gè)制動(dòng)器產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為 (5)式中，d是輪缸的直徑；P0是管路液壓(MPa)；R是制動(dòng)鼓半徑（m)。5 總 結(jié)在即將完成這次的汽車課程設(shè)計(jì)課題-捷達(dá)轎車的后輪制動(dòng)系的設(shè)計(jì)，我通過(guò)對(duì)捷達(dá)轎車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和形式進(jìn)行了完整的分析，對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的后制動(dòng)器進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)轎車制動(dòng)系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)出合理的符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)用性的制動(dòng)器。首先制定出制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案，本設(shè)計(jì)確定采用后輪轂式制動(dòng)器。其次計(jì)算制動(dòng)系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)(確定同步附著系數(shù)，制動(dòng)力分配系數(shù)，制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩，效能因數(shù)等)，制動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)計(jì)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的參數(shù)計(jì)算。再次利用Auto CAD 2007繪制了后輪鼓式制動(dòng)器裝配圖及零件圖。最終進(jìn)行制動(dòng)力分配編程，對(duì)設(shè)計(jì)出的制動(dòng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。通過(guò)本