目 錄第一章 緒 論 31.1 課題研究的目的與意義 31.2 汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展 41.3 汽車制動系統(tǒng)的功用與組成 41.4 本課題設(shè)計(jì)要求 61.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法 6第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定 62.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 62.2 鼓式制動器的選擇 .72.3 制動器工作間隙的確定 .82.4 制動器驅(qū)動機(jī)構(gòu)的方案選擇 .82.5 制動管路的選擇 .102.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 .10第 3 章 制動器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 113.1 制動力分析 113.2 制動力的分配 .143.2.1 同步附著系數(shù) .143.2.2 最大制動力矩計(jì)算 153.2.3 制動器制動因數(shù) .15第四章 制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 164.1 制動器的類型 .174.2 主要參數(shù)的確定 .174.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 174.2.2 摩擦片摩擦系數(shù) 184.3 制動器壓力的計(jì)算 .194.3.1 制動蹄摩擦面的壓力 194.3.2 鼓式制動器制動力矩 .194.3.3 磨損特性計(jì)算 214.3.4 手動駐車制動的計(jì)算 .224.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .234.4.1 制動鼓 .234.4.2 制動塊 .244.4.3 摩擦材料 .24第五章 三維模型的建立 245.1 制動鼓模型 .245.2 制動塊模型 .255.3 制動器殼體模型 .275.4 制動器總裝配圖模型 .28結(jié) 論 29致 謝 31參 考 文 獻(xiàn) 32第一章 緒 論1.1 課題研究的目的與意義伴隨著社會的發(fā)展科技的進(jìn)步，汽車已成為人民生活中不可或缺的一部分。而制動系統(tǒng)則是每一輛汽車必備的系統(tǒng)，如今中國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展從而使得中國的公路建設(shè)逐漸形成交通運(yùn)輸網(wǎng)。而且國家為了滿足人們的需求，為生活帶來方便對于高速公路的限速也越來也高，部分路段已經(jīng)達(dá)到 120Km/h。而對于車廠來說研發(fā)出高性能，速度快的汽車更是目前趨勢。但是無論速度多快，可以在緊急情況下緊急停車及減速才是最重要的。因?yàn)檫@關(guān)系到人身的安全。在每一輛車上市及量產(chǎn)之前都必須對汽車進(jìn)行可靠性道路測試及國家法規(guī)申報(bào)，而這些項(xiàng)目中必不可少的是制動時(shí)間及制動距離的測試。這就是制動器的作用。對于任何一輛汽車來說兩套獨(dú)立的制動機(jī)構(gòu)是必不可少的。主要包含行車制動和駐車制動兩種。行車制動裝置主要是用于行駛中的汽車在遇到各種路況及緊急情況時(shí)可以減速或者停車。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的腳踏板來控制。而駐車制動主要是車輛在停止熄火，或者半坡啟動時(shí)為避免汽車溜車而采取的制動裝置。目前的駐車制動裝置主要有手動駐車、電子駐車、自動駐車等等幾種。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的手動操作或者車輛的電子控制系統(tǒng)自動識別來實(shí)現(xiàn)。在一些山區(qū)或者坡路上駐車制動是必不可少的。此外在一些特殊車輛上還有應(yīng)急制動、輔助制動等等機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)，這些都是為了保證車輛及人身的安全，因此對于制動系統(tǒng)及制動器的設(shè)計(jì)與研究尤為重要。是汽車的必備系統(tǒng)。1.2 汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展從汽車誕生時(shí)起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機(jī)械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達(dá)到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動汽車沒有內(nèi)燃機(jī)，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。目前的制動系統(tǒng)的發(fā)展不僅僅限于制動器，對于駕駛員來說液壓助力的制動器給駕駛員的操縱帶來了方便。但是駕駛員的操縱不當(dāng)扔回帶來隱患。比如在冰面或濕滑的路面上，急剎車會導(dǎo)致車輛打滑甚至翻車。因此為避免這種情況的出現(xiàn)在制動系統(tǒng)的研究中加入了防抱制動系統(tǒng)，即(ABS)系統(tǒng)。它可以在汽車緊急剎車自動分配汽車制動力，避免汽車打滑。目前車輛防抱制動控制系統(tǒng)(ABS) 已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并且在各種汽車上的到了廣泛的應(yīng)用。但是這種系統(tǒng)只是一份輔助安全保護(hù)系統(tǒng)，因此在駕駛過程中還必須要控制車速，正確駕駛，合適合理利用汽車制動器?？傊囍苿酉到y(tǒng)的發(fā)展是和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都發(fā)生了很大變化。現(xiàn)代的汽車運(yùn)用電子控制技術(shù)的發(fā)展已成為趨勢，越來越多的電子控制、液壓控制系統(tǒng)運(yùn)用到了汽車制動系統(tǒng)中。汽車也在向著智能化。安全化發(fā)展。更加方便的為人們的生活提供方便。1.3 汽車制動系統(tǒng)的功用與組成一般輕型貨車的制動系統(tǒng)主要由下面的 3 個(gè)部分組成：(1)動力裝置：也就是為制動器提供動力能源，主要的動力源有氣動裝置，液壓裝置，電機(jī)控制等幾種；(2)傳動裝置：包括把制動能量傳遞到制動器的各個(gè)部件，主要通過管路及電子線路進(jìn)行傳動；(3)制動器：產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動或者運(yùn)動趨勢的力的部件，也包括輔助制動系統(tǒng)中的部件，如手剎；。制動系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠的停在原地或坡道上。制動系統(tǒng)的一般工作原理是，利用與車身(或車架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車輪(或傳動軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動的趨勢。而制動器就是實(shí)現(xiàn)制動功能的主要部件。制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用汽車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只作緩速器。目前廣泛應(yīng)用的仍為摩擦式制動器。一般制動器都是通過其中的固定元件對旋轉(zhuǎn)元件施加制動力矩，使后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時(shí)依靠車輪與地面的附著作用，產(chǎn)生路面對車輪的制動力以使汽車減速。凡利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動力矩的制動器都成為摩擦制動器摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為盤式、鼓式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示：圖 1-1 制動器分類1.4 本課題設(shè)計(jì)要求對于不同車型，不同的制動器有著不同的設(shè)計(jì)要求，針對本設(shè)計(jì)的汽車制動器而言主要的設(shè)計(jì)要求如下：（1）所設(shè)計(jì)的制動器各項(xiàng)性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)要滿足國家技術(shù)指標(biāo)要求及法規(guī)認(rèn)證的要求；（2）制動器要求足夠的制動能效，在車輛各種使用工況下可以滿足車輛所需的制動力，保證車輛可以減速及緊急制動；（3）制動器的工作要可靠，有足夠的耐久性。在車輛三包期及后期的使用過程中可以保證制動性能；（4）制動器的結(jié)構(gòu)要簡單且便于維護(hù)，以便降低制造成本，提高制動效能及時(shí)間；1.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法（1）通過查閱圖書館及電子資料了解制動器的工作原理及基本設(shè)計(jì)思路，為后期的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；（2）通過主機(jī)廠及 4S 店的現(xiàn)場實(shí)習(xí)了解鼓式制動器的結(jié)構(gòu)及主要零部件工作性能；（3）根據(jù)基礎(chǔ)車型的主要參數(shù)對制動器的制動力矩、操縱力矩、摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算；（4）利用計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)合整車的布置及參數(shù)繪制制動器二維總裝圖及主要零部件圖；（5）根據(jù)繪制的二維圖形對鼓式制動器進(jìn)行三維建模，通過建模了解制動器的結(jié)構(gòu)；（6）整理計(jì)算及資料、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及三維數(shù)模完成設(shè)計(jì)說明書論文的編寫；第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計(jì)參考的車型為長安星卡貨車，裝載質(zhì)量是兩噸，采用兩軸的布置方案。驅(qū)動形式為 4×2 的平頭式貨車發(fā)動機(jī)前置后橋驅(qū)動。而貨車一般采用鼓式后制動器；同時(shí)結(jié)合本設(shè)計(jì)的車型及實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)的制動器類型為行車制動機(jī)駐車制動中用到的鼓式制動器；針對制動力的結(jié)構(gòu)類型，本設(shè)計(jì)的類型選擇為液壓機(jī)械機(jī)構(gòu)。2.2 鼓式制動器的選擇鼓式制動器是最早形式的汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降，因此在近三十年中，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(jì)類汽車中使用。鼓式制動器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車（停車）制動組合在一起，凡是后輪為鼓式制動器的汽車，其駐車制動器也組合在后輪制動器上。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車上制動液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車踏板拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動器的杠件擴(kuò)展制動蹄，起到停車制動作用，使得汽車不會溜動；松開鋼拉索，回位彈簧使制動蹄恢復(fù)原位，制動力消失。典型的鼓式制動器主要由底板、制動鼓、制動蹄、輪缸（制動分泵） 、回位彈簧、定位銷等零部件組成。底板安裝在車軸的固定位置上，它是固定不動的，上面裝有制動蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷，承受制動時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓都有一對制動蹄，制動蹄上有摩擦襯片。制動鼓則是安裝在輪轂上，是隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當(dāng)制動時(shí)，輪缸活塞推動制動蹄壓迫制動鼓，制動鼓受到摩擦減速，迫使車輪停止轉(zhuǎn)動。l.領(lǐng)蹄 2.從蹄 3、4.支點(diǎn) 5.制動鼓 6.制動輪缸圖 2-1 領(lǐng)從蹄式制動器示意圖圖為領(lǐng)從蹄式制動器示意圖，設(shè)汽車前進(jìn)時(shí)制動鼓旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。沿箭頭方向看去，制動蹄 1 的支承點(diǎn) 3 在其前端，制動輪缸 6 所施加的促動力作用于其后端，因而該制動蹄張開時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向相同。具有這種屬性的制動蹄稱為領(lǐng)蹄。與此相反，制動蹄 2 的支承點(diǎn) 4 在后端，促動力加于其前端，其張開時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向相反。具有這種屬性的制動蹄稱為從蹄。當(dāng)汽車倒駛，即制動鼓反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹄 1 變成從蹄，而蹄 2 則變成領(lǐng)蹄。這種在制動鼓正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，都有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的制動器即稱為領(lǐng)從蹄式制動器。結(jié)合本設(shè)計(jì)參考車型特點(diǎn)及思路，本設(shè)計(jì)中的制動器形式選用領(lǐng)從蹄式制動器；2.3 制動器工作間隙的確定 制動蹄在不工作的原始位置時(shí)，其摩擦片與制動鼓間應(yīng)有合適的間隙，其設(shè)定值由汽車制造廠規(guī)定，一般在 0.25～0.5mm 之間。任何制動器摩擦副中的這一間隙( 以下簡稱制動器間隙)如果過小，就不易保證徹底解除制動，造成摩擦副拖磨；過大又將使制動踏板行程太長，以致駕駛員操作不便，也會推遲制動器開始起作用的時(shí)刻。但在制動器工作過程中，摩擦片的不斷磨損將導(dǎo)致制動器間隙逐漸增大。情況嚴(yán)重時(shí)，即使將制動踏板踩到下極限位置，也產(chǎn)生不了足夠的制動力矩。因此，制動器需要對間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)中的工作間隙初始設(shè)定為 0.25mm；2.4 制動器驅(qū)動機(jī)構(gòu)的方案選擇制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)將來自駕駛員或其他力源的力傳給制動器，使之產(chǎn)生制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)一般可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三大類。而力的傳遞方式又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓.液壓式的區(qū)別，如下表 2.1。表 2.1 制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動力源 力的傳遞方式型式 制動力源 工作介質(zhì)型式 工作介質(zhì)用途機(jī)械式 桿系或鋼絲繩僅用于駐車制動簡單制動系（人力制動系） 司機(jī)體力液壓式 制動液 部分微型汽車的行車制動氣壓式 空氣氣壓動力制動系空氣氣壓.液壓式空氣，制動液動力制動系液壓動力制動系發(fā)動機(jī)動力制動液液壓式 制動液中，重型汽車的行車制動真空伺服制動系空氣氣壓伺服制動系空氣私服制動系 液壓伺服制動系司機(jī)體力與發(fā)動機(jī)動力制動液液壓式 制動液 轎車，微，輕，中型汽車的行車制動簡單制動單靠駕駛員施加的踏板力或手柄力作為制動力源，亦稱人力制動。其中，又有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式完全靠桿系傳力，由于機(jī)械效率低，傳動比小，潤滑點(diǎn)多，且難以保證前、后軸制動力的正確比例和左、右輪制動力的均衡，所以在汽車的行車制動裝置中已被淘汰。但因其結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作可靠，還廣泛地應(yīng)用于中、小型汽車的行車制動裝置中。液壓式簡單制動系（通常簡稱為液壓制動系）用于行車制動裝置。液壓制動的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間短(0.1～0.3s)，工作壓力高 (可達(dá) 10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動器內(nèi)部作為制動蹄張開機(jī)構(gòu)或制動塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低；機(jī)械效率高。液壓制動的主要缺點(diǎn)是：過度受熱后，部分制動液汽化，在管路中形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻” ，使制動效能減低甚至失效，而當(dāng)氣溫過低時(shí)（.25 C 和更低時(shí)） ，由于制?動液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓制動曾被廣泛應(yīng)用于乘用車和總質(zhì)量不大的商用車。真空伺服制動系是利用發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門后的真空度(負(fù)壓，一般可達(dá)0.05～0.07 MPa)作動力源，一般的柴油車若采用真空伺服制動系時(shí)，則需有專門的真空源—由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動系是由發(fā)動機(jī)驅(qū)動的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動力源，伺服氣壓一般可達(dá) 0.6～0.7 MPa。故在輸出力相等時(shí)，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動系中，如果伺服系統(tǒng)也是分立式的，則氣壓伺服比真空伺服更適宜，因此后者難于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。真空私服制動系多用于總質(zhì)量在 1.1t.1.35t 以上的轎車及裝載質(zhì)量在 6t 以下的輕，中型載貨汽車上，氣壓伺服制動系則廣泛用于裝載質(zhì)量為 6～12t 的商用車，以及少數(shù)幾種排量在 4.0L 以上的乘用車。本設(shè)計(jì)中采用真空伺服系統(tǒng)來作為制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的方案。2.5 制動管路的選擇為了提高制動工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車的所有行車制動器的液壓或氣壓管路分為兩個(gè)或更多的相互獨(dú)立的回路，其中有一個(gè)回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動作用。雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)有以下常見的五種分路形式。（1）一軸對一軸（II）型、交叉（X）型、一軸對半半軸（ HI）型、半軸一輪對半軸一輪（LL）型、雙半軸對雙半軸（HH）型等；如下圖所示：圖 2.2 分路系統(tǒng)II 型管路的布置較為簡單，可與傳統(tǒng)的但輪缸鼓式制動器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車上用得最廣泛對于這種形式，本設(shè)計(jì)中選用 II 型回路系統(tǒng)。2.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定在制動器設(shè)計(jì)中本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基于長安星卡輕型貨車的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考車型主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 2.1 制動系統(tǒng)整車參數(shù)空載 滿載整車質(zhì)量1685kg 2185kga b質(zhì)心位置1.35m 1.25m空載 滿載 軸 距質(zhì)心高度0.95m 0.85m 2.6m最高車速 車輪工作半徑 輪 胎 同步附著系數(shù)其 他120km/h 370mm 175/70R14 85H =0.60?在汽車制動性能有重要影響的制動系參數(shù)有：（1）制動力及其分配系數(shù)；（2）同步附著系數(shù)；（3）制動器最大制動力矩與制動器因數(shù)；在本設(shè)計(jì)也主要圍繞這些參數(shù)對長安輕型卡車的制動器進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與建模。第 3 章 制動器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 制動力分析汽車受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動到較小的車速或直至停車。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實(shí)際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動力。地面制動力越大，制動距離也越短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響。（1）地面制動力假設(shè)滾動阻力偶矩、車輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車輪在平直良好路面上制動時(shí)的受力情況如圖 3.1 所示。圖 3.1 車輪制動時(shí)受力簡圖是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑動時(shí)的摩擦力矩，單位為T?； 是地面制動力，單位為 N； 為車輪垂直載荷、 為車軸對車輪的Nm?xbFWpF推力、 為地面對車輪的法向反作用力，它們的單位均為 N。z顯然，從力矩平衡得到（3.1）xbTFr??式中， 為車輪的有效半徑（m） 。r地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，但地面制動力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動器內(nèi)制動摩擦片與制動鼓或制動盤間的摩擦力，一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。（2）制動器制動力在輪胎周緣為了克服制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力，以符號表示，顯然F?（3.2）TFr??式中： 是車輪制動器摩擦副的摩擦力矩。制動器制動力 是由制動器T? F?結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車輪半徑以及踏板力有關(guān)。圖 3.2 給出了地面制動力、車輪制動力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動踏板時(shí)，首先消除制動系間隙后，制動器制動力開始增加。開始時(shí)踏板力較小，制動器制動力 也較小，地面制動力 足以克服制動器制動力 ，而F?xbFF?使得車輪滾動。此時(shí)， = ，且隨踏板力增加成線性增加。xb圖 3.2 地面制動力、車輪制動力及附著力之間的關(guān)系但是地面制動力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動力 ，即F?maxbF≤ （3.3）xbzF??（3.4）maxzb當(dāng)制動踏板力上升到一定值時(shí)，地面制動力 達(dá)到最大地面制動力 =xbFxbF,車輪開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動踏板力以及制動管路壓力的F?繼續(xù)升高，制動器制動力 繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動力F?不再增加。xb上述分析表明，汽車地面制動力 取決于制動器制動力 ，同時(shí)又受到xbFF?地面附著力 的閑置。只有當(dāng)制動器制動力 足夠大，而且地面又能夠提供F? ?足夠大的附著力 ，才能獲得足夠大的地面制動力。（3）地面對前、后車輪的法向反作用力圖 3.3 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。圖 3.3 制動時(shí)的汽車受力圖因?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wF點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力 、 為1z2z12()zgzGbhLFz???????（3.5）式中： ， 為制動強(qiáng)度，duzgt?—汽車所受重力；G—汽車軸距；L—汽車質(zhì)心離前軸距離；1—汽車質(zhì)心離后軸距離；2—為汽車質(zhì)心高度；gh—重力加速度；g若在附著系數(shù)為 的路面上制動，前、后輪都抱死（無論是同時(shí)抱死或分?別先后抱死） ，此時(shí) 。地面作用于前、后輪的法向反作xbduFGgt???或用力為（3.6）12()zgzbhLGF????????式（3.6）為直線方程，由上式可見，當(dāng)制動強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，前后軸車輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。3.2 制動力的分配根據(jù)公式： （3.7）Lhg02????得： 6785.1??3.2.1 同步附著系數(shù)在汽車整車結(jié)構(gòu)中，針對制動器有一個(gè)很重要的參數(shù)，即為同步附著系數(shù)，此參數(shù)關(guān)系到整個(gè)制動器的制動性能。而對于汽車來說在同步附著系數(shù) 等于0?路面上的時(shí)才會抱死不打滑，因此針對同步附著系數(shù)有以下幾種情況：（1）當(dāng) 時(shí)：這種情況下前輪比后輪先抱死，這時(shí)汽車失去轉(zhuǎn)向能力；0??（2）當(dāng) 時(shí)：這種情況下后輪比前輪先抱死，這時(shí)汽車失去穩(wěn)定能力；0?（3）當(dāng) 時(shí)：這時(shí)前后輪同時(shí)抱死，同時(shí)也失去轉(zhuǎn)向能力；0??針對同步附著系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)參數(shù)，一般情況下轎車 0.6；0??貨車 0.5。0??（3.8）20gLh????故取 =0.60?3.2.2 最大制動力矩 計(jì)算由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：（3.9）egrqhLGM??)(1max2??式中：Φ——最大附著系數(shù)；q——制動強(qiáng)度；——車輪有效半徑；er——后軸最大制動力矩；max2?MG——汽車滿載質(zhì)量；L——汽車軸距；q= = =0.66gha???)(0?85.0)67.(35.1???故后軸 = =1.57 Nmmmax2?M.)8.6. 61后輪的制動力矩為 =0.785 Nmm2/1057.6?610?前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?ax1f max2f??610?6前輪的制動力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm60?613.2.3 制動器制動因數(shù)作用在制動鼓半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與施加的力之比為制動器因數(shù)，即（3.10）fTBFPR?式中： —制動器的摩擦力矩；fT—制動盤或制動鼓的作用半徑；R—輸入力，去兩制動蹄的平均值。P對于鼓式制動器，當(dāng) 時(shí)，則有 12P?12TBF??根據(jù)受力情況及制動蹄之間的作用力繪制受力簡圖，如下：圖 3.4 受力圖對領(lǐng)題繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb???（3.11）由上式得到領(lǐng)蹄的制動蹄因數(shù)為（3.12）1TNfhfBFcPb????????代入?yún)?shù)得： =0.791T當(dāng)制動鼓逆轉(zhuǎn)時(shí)，上述制動蹄則又成為從蹄，這時(shí)摩擦力 的方向相反，Nf用上述分析方法，同樣可得出從蹄繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb??（3.13）由上式得從蹄的制動蹄因數(shù)為21TNfhfBFcPb????????（3.14）代入?yún)?shù)得： =0.48 2TBF第 4 章 制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的制動器為汽車機(jī)械液壓助力的鼓式制動器，一般情況下安裝在汽車后輪，針對汽車后輪的制動力及整車參數(shù)對鼓式制動器的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合適制動器。4.1 制動器的類型在汽車制動器的發(fā)展過程中，鼓式制動器是最早出現(xiàn)的；要比盤式制動器還早好多年。因此其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而被各類汽車所廣泛應(yīng)用。鼓式制動器主要是靠制動鼓內(nèi)部的制動蹄與制動鼓內(nèi)部的摩擦進(jìn)行制動，制動蹄靠液壓機(jī)機(jī)械彈簧的作用可以抱死或放松制動蹄與制動鼓的接觸，從而使汽車出現(xiàn)制動剎車。根據(jù)鼓式制動器制動蹄的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種類型：（1）領(lǐng)從蹄式制動器：即在制動時(shí)制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹?，一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄相反運(yùn)動張開接觸制動鼓使汽車制動；（2）雙領(lǐng)蹄式制動器：即在制動時(shí)制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄嗤?，有兩個(gè)相同的領(lǐng)蹄進(jìn)行相同運(yùn)動張開接觸制動鼓使汽車制動；（3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動器：即在制動時(shí)制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹模菫閮蓚€(gè)領(lǐng)蹄相反運(yùn)動張開接觸制動鼓使汽車制動；（5）增力式制動器：即在傳統(tǒng)制動器的結(jié)構(gòu)中加入雙活塞式制動輪缸，靠液壓的作用張開制動蹄使其制動；結(jié)合各種制動蹄的結(jié)構(gòu)及原理，本次設(shè)計(jì)最終采用的是領(lǐng)從蹄式制動器。4.2 主要參數(shù)的確定4.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)(1)制動鼓直徑 D 或半徑 R針對制動鼓與輪輞，在汽車設(shè)計(jì)過程中兩運(yùn)動件之間應(yīng)有一定的間隙，一般情況下不應(yīng)小于 20mm～30 mm，以保證有效的散熱及通風(fēng)，保證車輛的制動性能。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動鼓 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；r轎車 =0.64～0.74/rD貨車 =0.70～0.83/r轎車制動鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小 125mm～150 mm 。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及結(jié)構(gòu)參數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 D=240mm 。制動鼓外徑 249mm。（2）制動蹄摩擦襯片的包角? 及寬度 b根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及制動器主要技術(shù)性能指標(biāo)要求，包角? 通常在?=范圍內(nèi)選取，包角太小容易磨損，太大則不容易散熱，因此本設(shè)計(jì)中90~1o包角選取?= 。?0摩擦成片的寬度及直接影響到整車的制動性能，本設(shè)計(jì)中選取的摩擦片寬度為選取 b=45mm 。（3）摩擦襯片起始角 0?摩擦襯片起始角 通常為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最0大壓力點(diǎn)對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性。根據(jù) = -（ /2）=)2/(90?????910?4圖 4.1 制動蹄摩擦襯片參數(shù)（4）張開力的作用線至制動器中線的距離 a在滿足制動輪缸或凸輪能布置在制動鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離 a 盡可能地大，以提高其制動效能。在本設(shè)計(jì)中 a=0.8R，求得 a=99.6mm 。4.2.2 摩擦片摩擦系數(shù)摩擦片是整個(gè)制動器中最關(guān)鍵的零部件，其性能的指標(biāo)直接影響制動器的制動性能，因此針對摩擦片不僅對結(jié)構(gòu)中的散熱通風(fēng)有要求，同時(shí)對其耐久，耐老化，高低溫也有很高的要求。而決定摩擦片性能的主要為其摩擦系數(shù)，不同材料有不同的摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 f=0.3。4.3 制動器壓力的計(jì)算4.3.1 制動蹄摩擦面的壓力可根據(jù)圖 4-2 來分析計(jì)算具有一個(gè)自由度的增勢蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布規(guī)律。此時(shí)摩擦襯片在張開力和摩擦力的作用下，繞支承銷中心轉(zhuǎn)動 d? 角。摩擦襯片表面任意點(diǎn) 沿制動蹄轉(zhuǎn)動的切線方向餓變形即為線1A1B段 ，其徑向變形分量是線段 在半徑 延長線上的投影，即線段 。'B'1O1BC由于 d? 角很小，可以認(rèn)為 =90 則所求的摩擦襯片的徑向變形為'1A?o（4.1'11sinBCd?????）圖 4.2 摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布考慮到 ，則由等腰三角形 可知1OABR??1AOB1/sin/siR???（4.2）代入上式，得摩擦襯片的徑向變形和壓力分別為（4.3）1maxsinRdq???????通過上式可看出摩擦片的徑向變形和壓力都是關(guān)于張開角? 的正弦函數(shù)。4.3.2 鼓式制動器制動力矩在計(jì)算鼓式制動器時(shí)，必須建立制動蹄對制動鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動力矩之間的關(guān)系。增勢蹄產(chǎn)生的制動力矩 可表達(dá)如下：1Tf（4.4）11TfNL??式中： —摩擦系數(shù)（前面以選擇 0.3） ；f—單元法向力的合力；1N—摩擦力 的作用半徑。1?1f如圖 3-3 求得力 與張開力 的關(guān)系式，寫出制動蹄上力的平衡力方程式：11P10111cos(cosin)'xSNfPaf??????????（4.5）圖 4.3 制動蹄對制動鼓的壓緊力關(guān)系式中： —支承反力在 軸上的投影；1xS1x— 軸與力 的作用線之間的夾角。1?1N對式（4.5）求解，得（4.6）??111/'cosinhPff?????????將式（4.6）代入（4.4） ，得增勢蹄的制動力矩 為1Tf= （4.7）??1111/'cosinTfPhff??????????1PB所以增勢蹄的力矩是關(guān)于 的直線函數(shù)。14.3.3 磨損特性計(jì)算由于汽車在使用過程中摩擦襯片是不斷地在與制動鼓內(nèi)壁進(jìn)行接觸摩擦，因此對于制動器摩擦片襯片的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的要求，要求其有足夠的耐磨性，同時(shí)針對使用過程中的磨損特性對其進(jìn)行主要參數(shù)計(jì)算：1）比能量耗散率雙軸汽車的單個(gè)前輪制動器和單個(gè)后輪制動器的比能量耗散率分別為（4.8）211()amvetA????（4.9）212()avet式中： ：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動時(shí) ， ；? 02?v1?：汽車總質(zhì)量；am， ：汽車制動初速度與終速度， / ；計(jì)算時(shí)轎車取 27.8 /1v2 msm；s：制動時(shí)間， ；按下式計(jì)算tst= =27.8/6=4.6jv21?s：制動減速度， ， 0.6×10 6 ；j 2/smgj??6.0?2/sm， ：前、后制動器襯片的摩擦面積； =7600mm ,質(zhì)量在 1.5—1A2 1A22.5/t 的轎車摩擦襯片面積在 200-300cm ,2故取 =30000mm22：制動力分配系數(shù)。?則 = =5.7?121tAvmea??67.0.48250?2/mw轎車盤式制動器的比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0 ，故符合要求。2/= =0.7)1(22????tAvmea )67.01(36.4287502???2/mw轎車鼓式制動器的比能量耗散率應(yīng)不大于 1.8 ，故符合要求。2/2）比滑磨功 fL磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動過程中由最高制動初速度至停車所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來衡量：fL（4.10）][2maxffAvL???式中： ：汽車總質(zhì)量am：車輪制動器各制動襯片的總摩擦面積，?A= =752cm ；?A21??cm27630??2:maxvshk/4/60[ ]：許用比滑磨功，轎車取 1000J/ ～ 1500J/ 。fL2c2cmL = 1497J/ ≤1000J/ ～ 1500J/f752410?2cm22故符合要求。4.3.4 手動駐車制動的計(jì)算汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力簡圖如圖 4-5 由該圖得出汽車上坡停駐時(shí)的后軸附著力為（4.11）????21 1cosincosina ag gGmZLhLh????????同樣求出汽車下頗停駐的后軸車輪的附著力為（4.12）??21' cos'in'agmgZLh???根據(jù)后軸車輪附著力與后輪駐車制動的制動力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐的坡度極限傾角 ，即由,?'（4.13）??1cosinsiagamgLhm???求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為（4.14）1arctngLh????代入汽車參數(shù)，求得 23.22?汽車在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為（4.15）1'arctngLh????代入汽車參數(shù)，求得 16.83'???一般要求各類汽車的最大停駐坡度不應(yīng)小于 16%～20%。圖 4.5 駐車制動計(jì)算模型汽車后軸的單個(gè)后輪駐車制動器的制動力矩的最大上限為： T= （4.16）1sin2aemgr?代入汽車參數(shù)求得 T=760.68 。N?4.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.1 制動鼓在制動鼓設(shè)計(jì)時(shí)要求其課題有足夠的強(qiáng)度與硬度，保證車輛的是使用性能，主要的制動鼓結(jié)構(gòu)如下：（a）鑄造制動鼓；(b),(c)組合式制動鼓1- 沖壓成型幅板；2- 鑄造鼓筒；3- 灰鑄鐵內(nèi)鼓筒；4- 鑄鋁合金制動鼓圖 4.6 制動鼓本次設(shè)計(jì)的制動鼓采用鑄造工藝，鑄造后進(jìn)機(jī)加工而成。針對壁厚一般鑄造制動鼓的壁厚：轎車為 ；中，重型載貨汽車為 。本次7~12m13~8m設(shè)計(jì)取 10mm,針對制動鼓的材料本次設(shè)計(jì)采用的材料是 HT20-40。4.4.2 制動塊針對汽車的制動塊，主要由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，二者采用鉚接成型。主要用于結(jié)構(gòu)的摩擦及運(yùn)動制動。由于單位壓力和工作溫度高等原因，摩擦襯塊要必須厚度足夠，以便可以抵制摩擦磨損，因此其厚度較大。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知轎車和輕型車的厚度在 7.5mm ～16 mm 之間。本設(shè)計(jì)選取為 8mm.4.4.3 摩擦材料根據(jù)用途的而不同摩擦材料也有多種多樣，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，越來越多的合金材料出現(xiàn)在工業(yè)行業(yè)中。針對摩擦材料由于其材料摩擦系數(shù)的不同，使用用途也不一樣，在本設(shè)計(jì)中因?yàn)槠湟竽Σ料禂?shù)較高，因此結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。第五章 三維模型的建立5.1 制動鼓模型在本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用 CATIA 三維制圖軟件對制動鼓的三維模型進(jìn)行建立，主要的建模步驟如下：（1） 利用 命令繪制草圖，草圖模型如下：（2） 運(yùn)用 凸臺拉伸命令完成制動鼓大致結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下：（3） 運(yùn)用 倒圓角命令對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，完成建模。5.2 制動塊模型同樣運(yùn)用 CATIA 三維軟件對制動塊模型進(jìn)行建立，首先繪制草圖，運(yùn)用命令與上述相同，圖紙草圖結(jié)構(gòu)如下：接著運(yùn)用拉伸命令對草圖進(jìn)行立體拉伸，結(jié)果如下：然后運(yùn)用結(jié)合命令安裝形狀完成模型切割，完成模型繪制，結(jié)果如下：5.3 制動器殼體模型運(yùn)用草圖繪制命令，繪制草圖，結(jié)果如下：