轻型载货汽车制动系设计【优秀机械毕业设计论文】
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轻型
载货
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制动
设计
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优良
机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份。38页，13300字。
开题报告一份。
外文翻译一份。
图纸共4张，如下所示
A0-前制动.dwg
A0-后制动.dwg
A0-总装图.dwg
A1-制动鼓.dwg
- 内容简介：
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河南科技大学毕业设计（论文）开题报告 （学生填表） 学院： 车辆与动力工程学院 2013 年 04 月 14 日 课题名称 轻型载货汽车 设计（制动系 设计 ） 学生姓名 刘少华 专业班级 车辆 094 课题类型 毕业设计 指导教师 曹艳玲 薛运起 职称 副教授 高工 课题来源 组合生产 1. 设计（或研究）的依据与意义 设计依据： 在交通运输中，公路运输日益成为主要的交通运输形式。高速公路的快速发展使汽车运输速度加快。但是，在提高车速的同时，汽车应能够及时地制动， 减速，停车。特别是在人流、车流比较大的道路上行车，安全行驶是最重要的前提条件。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力，作用在行驶汽车上的滚动阻力，上坡阻力，空气阻力都能对汽车起制动作用，但这些外力的大小都是随机的、不可控制的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以便 驾驶员能根据道路和交通情况，利用装在汽车上的一系列专门装置，迫使路面在汽车车轮上施加一定的与汽车行驶方向相反的外力，对汽车进行一定程度的强制制动。 设计 意义 ： 汽车工业是一个综合性产业，汽车工业的生产水平，能够代表一个国家的整个工业水平，汽车工业的发展，能够带动各行各业的发展，进而促进我国工业生产的总体水品。所以重视发展汽车工业 ，有着深远的现实意义。 随着我国经济的发展，尤其我国对外贸易的不断扩大，汽车工业受到国外同行业的强烈竞争，而我国汽车工业起步比较晚，生成技术水平较低，因而改进和提高我国的汽车性能及其机构是一个迫在眉睫的问题，这关系到我国汽车工业的生存与发展的大事 。 2. 国内外同类设计（或同类研究）的概况综述 国内： 改革开放以来，国内工业发展迅速，汽车工业同样也经历着快速发展，但是产品的技术含量，各个技术参数仍然受到很大的限制，主要原因在于生产水平、企业管理、员工整体素质、生产效率等，但是相对于其他国家也有很大优势，市场前景广阔、人力资源丰富等，同样我国经年来也取得了良好的成绩，毕竟我国汽车工业处于快速发展时期，高技术含量，高标准的产品 相信会应运而生！ 国外： 国外汽车工业发展历史悠久，产品也很成熟，随着生活节奏的提高，大功率、高转速 的发动机 越来越多，汽车的载重也越来越大型化，因此， 制动系统 的研究方向也一直 是能适应 汽车 的这种技术更新，同时对 制动系 的可靠性、寿命、操纵等各种技术参数的 要求也越来越高。 3. 课题设计（或研究）的内容 设计的 内容： 1 前后制动器设计 1）参数计算（同步附着系数、制动器制动力矩、制动器效能因数、踏板力、温升、制 动主缸轮缸直径等） 2）结构设计 2 制动主缸设计 主缸参数计算、结构设计 3 制动管路布置设计，实现双管路布置 4 应用 行制动力分配分析 4. 设计（或研究）方法 对制动系统进行简单的概述，然后分析制动系统的种类，确定一种制动方式后，对其制动原理进行分析，然后根据汽车的参数，进行计算、验证，画出一些需要的二维三维图纸 ，编写说明书。 5. 实施计划 第 7，完成主要总图设计； 第 11，完成零部件图设计，并完成机绘图； 第 13，整理、编写设计说明书，整理图纸及全部设计文件，最后交卷。 指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 教研室意见 教研室主任签字： 年 月 日 he is in If be of on a as as in of of on of on to or by of is to it is is by a or is is of s: is is to s to at to in “by to of in or in by a of at to or or at or or or so is In is a is a in to a in s is is to At or or or or or in or is on of a r so as is a no If a of or to as s as of to it a of a to to to a of in as at up as as of at If a a is to If is a be to a it of an a is to of or to is on is a of To to To of it a of a A or is on of sh to to of or of a or by or is in in is of to to to or If is to is to of is to it is is by a is is A is in be of to he a be be e to in of it is or of to on or a on an of in 990s. a to of be by a if So to of to at a of in or An if of a a is to a to to at is to a at a In to in do to or a At to if in to A on a in ), is a A is at to of a a to is st ub is is a a a as of an is in o in to s be is th e to If is to to it or it it by of a a of is by by by a to or is it is to a is to 译文： 汽车制动系统 制动系统是汽车中最重要的系统。 如果制动失灵，结果可能是损失惨重的。制动器实际就是能量转换装置，它将汽车的动能（动量）转化成热能 （热量）。当驾驶员踩下制动踏板，所产生的制动力是汽车运动时动力的 10倍。制动系统能对四个刹车系统中的每个施加数千磅的力。 每辆汽车上使用两个完全独立的制动系统，即行车制动器和驻车制动器。 行车制动器起到减速、停车、或保持车辆正常行驶。制动器是由司机用脚踩、松制动器踏板来控制的。驻车制动器的主要作用就是当车内无人的时候，汽车能够保持静止。当独立的驻车制动器 踏板或手杆，被安装时，驻车制动器就会被机械地操作。 制动系统是由下列基本的成分组成 :位于发动机罩下方，而且直接地被连接到制动踏板的“制 动主缸”把驾驶员脚的机械力转变为液压力。钢制的“制动管路”和有柔性的“制动软管”把制动主缸连接到每个轮子的“制动轮缸”上。 制动液 , 特别地设计为的是工作在极端的情况，填充在系统中。“制动盘”和“衬块”是被制动轮缸推动接触“圆盘”和“回转体”如此引起缓慢的拖拉运动 , (希望 )使汽车减慢速度。 典型的制动系统布置有前后盘式，前盘后鼓式，各个车轮上的制动器通过一套管路系统连接到制动主缸上。 基本上讲，所有的汽车制动器都是摩擦制动器。当司机刹车时，控制装置会迫使制动蹄，或制动衬片与车轮处的旋转的制动鼓 或制动盘接触。接触后产生的摩擦使车轮转动减慢或停止，这就是汽车的制动。 在最基本的制动系统中，有一个制动主缸，这个主缸内部填充制动液，并包含两个部分，每个部分里都有一个活塞，两个活塞都连接驾驶室里的制动踏板。当制动踏板被踩下时，制动液会从制动主缸流入轮缸。在轮缸中，制动液推动制动蹄或制动衬片与旋转的制动鼓或制动盘接触。静止的制动蹄或制动衬片与旋转的制动鼓或制动盘之间产生摩擦力使汽车的运动逐渐减缓或停止。 制动液的装置位于主缸的顶部。目前大多数的车都有一个容易看见的装制动液的装置，为的是不用打开盖子就可 以看得见制动液的油面。随着制动踏板的运动制动液就会缓慢的下降，正常情况下是这样的。如果制动液在很短的时间内下降得明显或者下降了三分之二，那么就要尽快的检查你的制动系统了。保持制动液装置充满制动液除非你需要维修它，制动液必须保持很高的沸点。位于在空气中的制动液就会吸收空气中的潮气引起制动液低于沸点。 制动液通过一系列的管路从主缸到达各车轮。橡胶软管只用在需要弹力的地方，比如应用在前轮。在车的行进中上下来回运动。系统的其它部分在所有的连接点上都应用了无腐蚀性的无缝钢管。如果钢线需要修理的话，最好的方法就是 代替这条线。如果这不符合实际，那么为了制动系统可以用特殊的装置修理它。你不可以用铜管来修理制动系。它们是危险也是不正确的。 鼓式制动器包括制动鼓，一个轮缸，回拉弹簧，一个制动底版，两个带摩擦层的制动蹄。制动底版固定在轮轴外部的法兰或 转向节。制动鼓固定在轮毂上。制动鼓的内部表面与制动蹄的内层之间有空隙。要使用制动器时，司机就要踩下踏板，这时轮缸扩大制动片，对其施加压力，是制动蹄触碰制动鼓。制动鼓与摩擦片之间产生的摩擦制动了车轮，从而使汽车停止。要释放制动器时，司机松开踏板，回拉弹簧拉回制动片，这样车轮会自由转动。 盘式制动器包括制动盘而不是鼓，在它的两面上各有一个薄的制动片或叫盘式制动器的制动片。制动片是靠挤住旋转的制动盘来停住汽车。制动主缸里流出的制动液迫使活塞向里部的金属盘移动，这便使摩擦片紧紧地贴住制动盘。这时制动片与制动盘 产生的摩擦使汽车减速、停止，出现了制动行为。活塞分金属或塑料。盘式制动器主要有三种，即：浮动卡钳型、固定卡钳型和滑动卡钳型。浮动卡钳型和滑动卡钳型盘式制动器使用单活塞。固定卡钳型盘式制动器既可以使用两个活塞有可以使用四个活塞。 制动系统是由机械能，液压能或气压能装置驱动的。在机械杠杆适合所有的汽车的驻车制动器中使用。当踩下制动踏板时，杠杆就会推动制动器主缸的活塞给制动液施加压力，制动液通过油管流入轮缸。制动液的压力施加到轮缸活塞以使制动片被压到制动鼓或制动盘上。如果松开踏板，活塞回到原来的位置上，回拉 弹簧拉回制动片，制动液返回制动主缸，这样制动停止。 驻动制动器的主要作用是车内无人时，使汽车静止不动。如果车内安装的是独立的驻车制动器，那么驻车制动器是由司机手动的控制。驻车制动器正常是当车已经停止时使用的。向后拉手闸，并把手柄卡在正确的位置上。现在，即使离开汽车也不用害怕它会自己滑走。如果司机要再次启车时，他必须在松开手杆之前按下按钮。在行车制动器失灵的情况下，手闸必须能停住车。正因为这样，手闸与脚闸分开，手闸使用的是绳索或杠杆而不是液力系统。 防抱死制动系统是使汽车制动更安全、更方便的制动装 置，它既有调节制动系统的压力来防止车轮被完全抱死的功能，又有防止轮胎在滑的路面上行驶或紧急停车时的滑动。 防抱死制动系统最早应用在航空飞行器上，而且在二十世纪 90年代一些国内的汽车内也安装了这种系统。近来，几个汽车制造商引进了更为复杂的防抱死系统。欧洲使用这种系统已有几十年的时间，通过对其的调查，一位汽车制造商坦言，如果所有的汽车都安装上防抱死制动系统，那么交通事故的发生率会降低 同时，一些权威人士预测这种系统会提高汽车的安全性。 防抱死制动系统可以在一秒钟内调节几次制动时车轮上的受力 ，使车轮的滑移受到控制，而且所有的系统基本上都以相同的方式完成。每个车轮都会有一个传感器，电子控制装置能连续检测来自车轮传感器传来的脉冲电信号，并将它们处理转换成和轮速成正比的数值；如果其中一个传感器的信号不断下降，那么这就表明了相应的轮胎趋于抱死，这时电子控制装置向该车轮的制动器发出降低压力的指令。当信号显示车轮转速恢复正常时，电子控制装置会增加制动器的液压。这种循环像司机一样调节制动器，但它的速度更快，达到了每秒循环数次。 防抱死制动系统除了上面基本操作，还有两个特点。首先，当制动系统的压力上升到 使轮胎抱死或即将抱死的时候，防抱死制动系统才会启动；当制动系统在正常情况下，防抱死制动系统停止运作。其次，如果防抱死制动系统有问题时，制动器会独立地继续运行。但控制板上的指示灯亮起提醒司机系统出现问题。 目前欧洲汽车生产商，如：宝马、奔驰、宝时捷等广泛使用的是波许（ 抱死制动系统。这种系统基本组成包括车轮转速传感器，电子控制装置和调节装置。 每个有一个向电子控制装置发出车轮转动情况的信号的传感器，它一般由磁感应传感头和齿圈组成。前面的传感器安在轮毂上，齿圈安在轮网上。后面的传感器安在 后部的监测系统上，齿圈安在轮轴上。传感器本身是缠绕电磁核的电线圈，电磁核才线圈的周围产生磁场。当齿圈的齿移动到磁场时，就会改变线圈的电流。电子控制装置会监测这种变化，然后判断车轮是否即将抱死。 电子控制装置有三个作用，即：信号的处理，编辑和安全防护。信号的处理起到转换器的作用，它是将接受的脉冲电信号处理转换成数值，为编辑做准备。编辑就是分析这些数值，计算出需要制动压力。如果检测出车轮即将抱死，电控装置就会计算出数值向调节装置发出指令。 调节装置 当接受到电子控制装置的指令后，液压执行装置会 调节制动轮缸的液压的大小。调节装置能保持或减小来自制动主缸的液压，而装置本身是不能启用制动器的。这种装置有三个高速率的电磁阀，两个油液存储器和一个带有内外检测阀的传动泵。调节装置中的电子连接器隐藏在塑料盖下。 每个电磁阀都是其独立控制的，并作用于前轮。后部的制动轮缸受到一个电磁阀控制，并依照 防抱死制动系统运行时，电子控制装置会使电磁阀循环运作，这样既能收回又能释放制动器的压力。当压力释放时，它会释放到液压单元。前部的制动器电路有一个单元。存储器低压存储器，它在低压下存储油 液，直到回流泵打开，油液流经制动轮缸进入制动主缸。 I 轻型载货汽车设计（制动系设计） 摘 要 制动系至少有两套制动装置即行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置是用作强制行驶中的汽车减速或停车，并使汽车在下坡时保持适当的稳定车速。驻车制动装置是用作是汽车停在原地或坡道上。 本设计对鼓式制动器的结构形式进行综合的分析，对六种形式的优缺点作了比较，根据对各种制动器方案对比分析，本设计采用了领从蹄式制动器。其主要优点是：制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒退时的制动性能不变，且结构简单，造价较低，也便于附装驻车驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之 间的间隙。本次设计中， 行车制动系采用人力液压式制动；驻车制动的驱动机构为手动驻车；串联双腔制动主缸，双回路结构。前后制动器都采用领从蹄式鼓式制动器。设计中根据总体参数和制动器的结构与参数，通过理论推导和计算，对该车制动时的制动力和制动力矩等做了细致的分析。 关键词：制动系统，制动器，行车制动系，应急制动 of to to a to on an on to of It of of to of of s is in is is it in s is to s s we 录 第一章 概 述 1 第二章 制动系的结构形式及其选择 3 动器结构形式简介 3 动器的结构形式选择 4 动驱动机构的结构型式选择 8 压式制动驱动机构双回路系统方案选择 10 第三章 制动系的主要参数及其选择 11 设计相关的整车参数的确定 11 动力及其分配系数 11 步附着系数 14 大制动力矩 16 动器的结构参数与摩擦系数 17 第四章 制动器的设计计算 20 动器因数的计算 20 开力计算 22 擦衬片的磨损特性计算 22 车制动计算 24 车制动性能计算 25 第五章 液压制动驱动机构的设计计算 27 动轮缸直径与工作容积的确定 27 动主缸直径与工作容积确定 28 动踏板力 F 与踏板行程的设计计算 28 空助力器 29 动力分配的调节装置 31 第六章 制动器主要零 部件的结构设计与强度计算 30 动器主要零部件的结构设计 30 动器主要零件强度计算 31 结论 33 考文献 34 致谢 36 5 第一章 概 述 制动系是用于使行驶中的汽车以适当的减速度降速行驶直至停车，使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停止的汽车在原 地或斜坡上驻留不动的机构。 汽车的制动系统可以分为 4 种制动系统，即行车制动系统、应急制动系统和驻车制动系统，另外还有辅助制动系统。 汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置；重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置和辅助制动装置；牵引汽车还应有自动制动装置。 行车制动装置用于强制行驶中的汽车减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。 驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停住在一定位置甚至在斜坡上，同时它也有助 于汽车在坡路上起步。为防止其产生故障，驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压驱动。 汽车制动系应满足如下要求： 一、符合有关要求和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要求。 二、具有足够的制动效能。包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动能力是用一定的制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠停驻的最大坡度来评定。 三、工作可靠。汽车制动至少应有两套独立的制动装置，且其驱动机 构应各自独立，行车制动装置驱动机构应采用双回路系统，当其中一回路失效时，另一回路仍能可靠工作。 四、制动效能的热、水稳定性好。 五、制动时的操纵稳定性好。即以任何速度制动，汽车都不应当 6 失去操纵性和方向稳定性。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一轴上左、右车轮制动器的制动力矩应相同。 六、制动踏板的位置和行程符合人 机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便，舒适，能减少疲劳。踏板行程不大于 170中考虑了摩擦衬片或衬块的容许磨损量。各国法规规定，制动的 最大踏板力一般为 700N。设计时，紧急制动（约占制动总次数的 5% 10%）踏板力的选取范围为 350 550N 采用伺服制动或动力制动应取小值。 七、作用滞后的时间要尽可能的短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平的时间（制动滞后时间）和从开放踏板至完全解除制动的时间（解除制动滞后时间）。 八、制动时不应产生振动和噪声。 九、与悬架转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。 十、制动系中应有音响或光信号等报警装置以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装 置；一旦主，挂之间的连接制动管路损坏，应有防止压缩空气继续漏失的装置；在行驶过程中挂车一旦脱挂，亦应有安全装置驱使驻车制动将其停驻。 十一、能全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时制动管路不应出现结冰。 十二、制动系的机件应使用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。 随着电子技术飞速发展，汽车防抱死系统（ 技术上已经成熟，开始在汽车上普及。近年来还出现了集 其他扩展功能于一体的电子控制制动系统（ 电 子助力制动系统 (另外，车距报警及防追尾碰撞系统也已在部分轿车上开始使用。 7 第二章 制动系的结构型式及选择 动器结构形式简介 除山区行驶的汽车辅助制动装置利用发动机排气制动或电涡流制动等缓速措施外，汽车制动器几乎均为机械摩擦式。 汽车制动器按其在汽车上的位置分车轮制动器和中央制动器。前者是安装在车轮处，后者则安装在传动系某轴上，例如变速器第二轴的后端或传动轴的前端。 摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。鼓式制动器又分为内张式鼓式制动器和外束型鼓式制动器。内张型鼓式制动器的 固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄，后者安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的凸缘上或变速器壳或与其相固定的支架上；其旋转摩擦元件为制动鼓，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称带式制动器。在汽车制动器中带式制动器曾仅用于某些汽车的中央制动器， 现在汽车已很少使用。由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，而且在汽车上已很少使用。故通常所说的鼓式制动器即是内张型鼓式结构。 盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器常用作轿车的车轮制动器，也可用于各种汽车的中央制动器。车轮制动器主要用于行车制动，有的也可兼作驻车制动之用。 鼓式制动器和盘式制动器的结构形式有多种，其主要结构形式如 8 图 2示。 动器的结构形式选择 和鼓式制动器相比： 一、盘式制动器制动效能较低，用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高； 图 2制 动 器 的 结 构 形 式 二、兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制制动器 鼓式 盘式 液压驱动 气压驱动 液压制动 气压制动 领从蹄式 双领蹄式 双从蹄式 增力式 从蹄无支撑 从蹄无支撑 单向双领蹄式 双向双领蹄式 单向增力式 双向增力式 凸轮 曲柄 楔 圆弧线凸轮 渐开线凸轮 阿基米得线凸轮 单楔 双楔 全盘式 钳盘式 固定钳 浮动钳 滑动 摆动 9 动器复杂，因而在后轮上的应用受到限制； 三、除封闭的多片全盘式制动器外，其他盘式制动器难于完全防止油污和锈蚀； 四、为获得较大制动力矩采用多片全盘式制动器时，其制动盘冷却条件差，温升较大； 五、衬块工作面积小，磨损快，温升高，使用寿命低，需用高材质的摩擦材料，本次设计的目 标车型为轻型载货汽车，从商品的经济性角度出发，不宜选择成本较高的盘式制动器。 综合考虑以上因素，本次设计行车制动采用鼓式制动器。 鼓式制动器的制动蹄按其张开时的转动方向和制动鼓的旋转方向是否一致分为领蹄和从蹄两种。制动蹄张开时的转动方向和制动鼓旋转方向一致的制动蹄称为领蹄，反之则称为从蹄。 鼓式制动器按蹄的类型分为： 图 2 式 制 动 器 简 图 （ a） 领 从 蹄 式 ；（ b） 双 领 蹄 式 ；（ c） 双 向 双 领 蹄 式 ； （ d） 单 向 增 力 式 ；（ e） 双 向 增 力 式 10 从蹄式制动器 如图 2a）示，图上旋向箭头代表汽车前 进时制动鼓旋向，则蹄 1 为领蹄，蹄 2 为从蹄。汽车倒车时制动鼓旋向变为反向，则相应地使领蹄与从蹄相互对调了。这种当制动鼓正反方向旋转总有一领蹄和一从蹄的鼓式制动器称领从蹄式制动器。 对两蹄张开力相等的领从蹄式制动器，制动时领蹄由于摩擦力矩的“增势”作用，使其进一步压紧制动鼓而使其所受法向力加大；从蹄由于摩擦力矩的“减势”作用而使其所受法向力减小，从而导致领蹄磨损较严重。为使两摩擦片寿命均衡可适当减小从蹄摩擦衬片包角。由于两蹄法向力不等，其差值要由车轮轮毂轴承承受。这种两蹄法向力不能相互平衡的制动器称非平衡式制动 器。 领从蹄式制动器的效能和稳定性处于中等水平，汽车前进、倒退行驶时制动性能不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易，故而广泛应用于轻、中、重型货车前后轮制动器及轿车后轮制动器。 领蹄式制动器 汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器称双领蹄制动器。但倒车时两蹄又均变成从蹄，故又称其为单向双领蹄制动器。如图 2b）示，两制动蹄各用一单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上以中心对称布置，属平衡式制动器。 双领蹄式制动器有较高的正向制 动效能，但倒车时制动效能大降。采用前双领蹄式制动器与后领从蹄式制动器相匹配，可较容易的获得所希望的前、后轮制动力分配，并使前、后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。由于其难于附加驻车制动驱动机构，故不用作后轮制动器。 向双领蹄式制动器 汽车前进、倒退时其两蹄均为领蹄，且两蹄两端均为浮式支撑。如图 2c）示。 双向双领蹄式制动器有较高的制动效能，制动性能稳定，故广泛应用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后轮制动器。其结构较复 11 杂，且需另设中央制动器用于驻车制动。 向增力式制动器 单 向增力式制动器的两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体，制动器仅有一个轮缸用来产生推力张开蹄片，如图2d）示。 单向增力式制动器在汽车前进制动时制动效能很高，但倒车制动时其制动效能最低。故仅用于少数轻、中型货车和轿车的前轮制动器。 向增力式制动器 将单向增力式制动器的单活塞制动轮缸换用双活塞制动轮缸，其上端的支撑销也作为两蹄共用，即为双向增力式制动器，如图 2e）示。双向增力式制动器也是非平衡式制动器。 双向增力式制动器的制动效能非常高，施加很小的张开力，即可获得较大 的制动力。其常以行车制动器与驻车制动器共用的形式应用于大型高速轿车，也广泛应用于汽车中央制动器。 上述制动器的特点是用制动器效能、效能的稳定性和摩擦衬片磨损均匀程度来评价。增力式制动器效能最高，双领蹄次之，领从蹄式更次之，双从蹄式制动器的效能最低，故极少采用。而就工作稳定性来考虑，则相反，双从蹄式最好，增力式最差。本次设计车型最高车速 70km/h，对制动器的效能要求不是很高，而制动器的效能稳定性相对较重要。 摩擦系数的变化是影响制动器工作效能稳定性的主要因素。还应指出，制动器的效能不仅与制动器的结构型式、 结构参数和摩擦系数有关，也受到其他因素的影响。例如制动器摩擦衬片与制动鼓仅在衬片的中部接触时，输出的制动力矩就小；而在衬片的两端接触时，输出的制动力矩就大。制动器的效能常以制动效能因数或简称制动因数衡量，制动器效能因数的定义为，在制动鼓或制动盘的作用半径上所得到的摩擦力与输入力之比，即： R （ 2 式中： 制动器的摩擦力 矩； 12 P 输入力，一般取作用于两蹄的张开力的平均值； R 制动鼓或制动盘的作用半径。 基本尺寸比例相同的各种内张式制动器的制动因数 摩擦系数 f 之间的关系如图 2。 大，其制动效能就好。在制动过程中由于热衰退，摩擦系数会变化，因此摩擦系数变化时， 变化小的，制动器效能稳定性就好。 图 2 制 动 器 因 数 摩 擦 系 数 f 的 关 系 曲 线 1 增 力 式 制 动 器； 2 双 领 蹄 式 制 动 器 ； 3 领 从 蹄 式 制 动 器 ； 4 盘 式 制 动 器 ； 5 双 从 蹄 式 制 动 器 综上，本设计所选 制动器结构形式如下：前、后轮均为领从蹄式制动器。 制动蹄上下支承面均加工成弧面，采用浮式支承，这可使整个制动蹄沿支承平面有一定的浮动量，制动蹄可以自动定心，保证与制动鼓全面接触。同时在该制动器中附设驻车制动机械促动装置，兼作驻车制动器。 动驱动机构的结构型式选择 车制动器驱动机构的结构型式选择 制动驱动机构用于将司机或其他动力源的制动作用力传给制动器，使之产生制动力矩。 表 2 1 制 动 驱 动 机 构 的 结 构 型 式 13 制动力源 力的传递方式用途简单制动系（人力制动系）司机体力型式 制动力源 工作介质 型式 工作介质机械式液压式杆系或钢丝绳仅用于驻车制动动力制动系伺服制动系气压动力制动系液压动力制动系真空伺服制动系气压伺服制动系液压伺服制动系发动机动力司机体力与发动机动力空气制动液空气空气制动液液压式液压式气 压 - 液 压 式制动液制动液制动液气压式 空气空气、制动液部分微型汽车的行车制动中、重型汽车的行车制动轿车，轻微中型汽车的行车制动表 2 - 1 制 动 驱 动 机 构 的 结 构 型 式图 2 4 双 轴 汽 车 液 压 双 回 路 系 统 的 五 种 分 路 方 案 1 双 腔 制 动 主 缸 ； 2 双 回 路 系 统 的 一 个 分 路 ； 3 双 回 路 系 统 的 另 一 分 路 根据制动力源的不同，制动驱动机构可分为简单制动、动力制动以及伺服制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式和气压 表 2。 本设计制动驱动机构结构形式选为真空伺服制动系，在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统（真空助力器）产生， 而在伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。 车制动器驱动机构的结构型式选择 驻车制动驱动机构采用手操纵机械式钢丝软轴远距离操纵的形 14 式，其操纵机构布置在驾驶室内。 压式制动驱动机构双回路系统方案选择 为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，即应为双回路系统，以便当一回路发生故障时，其他完好的回路仍能可靠地工作。双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统 5 种方案图如图 2。 本设计采用前后轮制动管路各成独立的回路系统 ，即一轴对一轴的分路型式，简称型，如图 2a）所示。其特点是管路布置最简单，可与传统的单轮缸鼓式制动器相配合，成本较低，若后轮制动管失效，则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。这种布置方案在货车上应用最为广泛。 综上，本次设计制动系的结构型式方案总结如下： 行车制动器 设计为双管路型回路真空助力液压控制，前、后领从蹄式制动器 ， 前轮为领从蹄式制动器 ； 后轮为领从蹄式制动器 ，兼充驻车制动器，并可用于应急制动。驻车制动驱动机构为手操纵机械钢丝软轴远距离操纵式，其操纵机构布置在驾驶室内。 15 第 三章 制动系的主要参数及其选择 设计相关的整车参数的确定 由设计任务书，参考同类车型（ 型载货汽车），相关的整车参数确定如下： 汽车满载质量 2480汽车空载质量 1450汽车轴距 L =2800 满载时前后轴荷 1G =117047%） 2G =131053%）； 质心距前轴的距 1L =1332 1L =1890 质心距后轴的 2L =1468 2L =910 满载时质心高度 683 空载时质心高度 812 车轮滚动半径 R = 动力及其分配系数 汽车制动时，忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，对任一角速度 w 0 的车轮，其力矩平衡方程为： 0 (3式中：制动器对车轮作用的制动力矩， ； 地面作用于车轮的制动力，称地面制动力， N ; 车轮有效半径， m ； 令 (3并称之为制动器制动力，仅由制动器的结构参数所决定。 当踏板力 大时， 受附着条件 16 限制，其值不可能大于附着力F，见图 3 B m a x (3式中： 轮胎与地面间的附着系数； Z 地面对车轮的法向反力。 图 3 面 制 动 力 制 动 器 制 动 力 系 图 3 车 受 力 分 析 图 图 3汽车在水平路面上制动时的受力情况。图中忽略空气阻力、旋转质量减速时产生的惯性力矩以及汽车的滚动阻力矩。另外，还忽略了制动时车轮边滚边滑的情况，且附着系数只取一定值 。由图 3后轴车轮的接地点取力矩，得平 衡式： 1221()() G Lg d th G Lg d t (3式中： 1Z 汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力， N; 2Z 汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力， N; L 汽车轴距， 1L 汽车质心距前轴距离， 2L 汽车质心距后轴距离， 汽车质心高度， G 汽车所受重力， N; 汽车制动减速度， 2 17 令 ， q 称制动强度，则式（ 3可表达为 1221()( q q (3若在附着系数为 的路面上制动，前后轮均抱死，此时汽车总地面制动力 于汽车前后轴车轮的总附着力F，见图 3有 （ 3 带入式（ 3得水平地面作用于前、后车轮的法向力另一表达式： g（ 3 汽车总地面制动力为 21 （ 3 式中： q 制动强度 21, F 前后轴车轮的地面制动力。 由式（ 3（ 3（ 3求出前后轴车轮的附着力为 211 ( )2 ( ) q q （ 3 上式表明：汽车在附着系数 为任一确定值的路面上制动时，各轴车轮附着力即极限制动力并非为常数，而是制动强度 q 或总制动力 函数。当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前后轴的轴荷分配，以及前后车轮制动器制动力分配、道路附着系数和坡度情况等，制动情况有 3 种，即 （ 1）前轮先 抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑； （ 2）后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑； 18 （ 3）前后轮同时抱死拖滑。 显然第（ 3）种情况附着条件利用最好。 由式（ 3 3得附着系数为 的路面上，前后车轮附着力同时被充分利用的条件为 1 2 1 21212 2 1()()f f B F F L h （ 3 式中：1前后轴车轮的制动器制动力， N; 前后轴车轮的地面制动力， N; 1Z ， 2Z 地面对前后车轮法向力， N; 1L 汽车质心距前轴距离， 2L 汽车质心距后轴距离， G 汽车所受重力， N; 汽车质心高度， 由式（ 3去 得 121222 2421 （ 3 将上式绘成以1为理想前后制动器制动力分配曲线，简称 I 曲线，如图 3。如汽车前后制动器制动力能按 I 曲线规律分配，则可保证任一附着系数 的路面上制动时，均可使前后车轮同时抱死。然而，目前货车前后制动器制动力之比为一定值，以 2111（ 3 表示， 即为制动力分配系数。 步附着系数 由式（ 3 19 112 （ 3 上式在图 3是一条通过坐标原点且斜率为（ 1- ） / 的直线，它是具有制动器制动力分 配系数为 的汽车的实际前、后制动器动力分配线，简称 线。 图中 线与 I 曲线交点处的附着系数0即为同步附着系数。它是汽车制动性能的一个重要参数，由汽车结构系数所决定。 图 3 货 车 的 线与 I 曲线 对于前、后制动器制动力为固定比值的汽车，只有在附着系数 等于同步附着系数 0 的路面上，前、后车轮制动器才会同时抱死。当汽车在不同 值的路面上制动时，可能有以下情况： (1)当 0，线位于 I 曲线上方， 制动时后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。 (3)当 =0，制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也失去转向能力。 分析表明，只有在 =0的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。 0的选择与很多因数有关。若主要是在较好的路面上行驶，则选的0值可偏高些，反之可偏低些。从紧急制动的观点出发，0值宜取高些。汽车若常带挂车行驶或常在山区行驶，0值宜取低些。国外文献推荐货车满载时的同步附着系数 。 图 3 货 车 的 线与 20 本次设计车型为轻型载货汽车，最大车速为 94k / 。 联合国欧洲经济委员会 (制动法规规定，在各种载荷情况下， 轿车的制动强度在 q q 范围内时，前轮均应能先抱死；在车轮尚未抱死的情况下，在 范围内，必须满足 q 大制动力矩 由式（ 3 3 （ 3 代入 ， 0 0 6 8 002 g 对于常遇到的道路条件较差、车速较低因而选取了较小的同步附着系数 0 值的汽车，这种汽车后轮制动抱死的可能性小，而汽车行驶方向的控制更为重要，为了保证在 0 的良好的路面上能够制动 到后轴车轮和前轴车轮先后抱死滑移，前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力力矩为： )( 2m a （ 3 m a a T （ 3 式中： 为该车所能遇到的最大附着系数。一个车轮制动器应有的最大制动力矩为按上列公式计算所得结果的一半值。 取 ，由式（ 3（ 3单个车轮制动器最大制动力矩 2 2m a a 7 7212 m a a a 21 动器的结构参数与摩擦系数 动鼓内径 D 和制动鼓厚度 输入力 P 一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。但制动鼓内径 D 受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于 20 30否则不仅制动鼓散热条件太差，而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以减小制动时的温升。制动鼓的直径小，刚度就大，并有利于保证制动鼓的加工精度。 货车制动鼓直径与轮辋直径之比： = 货 汽 车 和 客 车 制 动 鼓 内 径 一 般 比 轮 辋 外 径 小 80 100设计时可按轮辋直径初步确定制动鼓内径（见表 3 r ， 5 参表 3汽车行业标准，选 70 。 表 3 动 鼓 内 径 参 考 值 轮辋直径（ 12 13 14 15 16 20，动鼓最大内径（ 轿车 180 200 240 260 货车、客车 220 240 260 300 320 420 制动鼓在工作时如同一个悬臂梁，所以壁厚的选取主要从刚度和强度方面考虑。壁厚取大些有助于增大热容量，试验表明，壁厚从 11至 20摩擦表面平均最高温度变化并不大。一般铸造制动鼓的壁厚：中、重型货车为 13 18 擦衬片宽度 b 和包角 摩擦衬片宽度尺寸 b 的选取对摩擦衬片 的使用寿命有影响 。 片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸 22 取宽些，可以减少磨损，但质量大，不易加工，不易保证与制动鼓全面接触，且增加了成本。设计时一般按 b 选。且应尽量按国产摩擦衬片规格选择。 参汽车行业标准取 0 摩擦衬片的摩擦面积为： 式中 为摩擦衬片包角，单位为弧度。 制动器各蹄衬片总的摩擦面积 动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特性越好。根据国外统计资料分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大，具体数据见表 3 表 3衬 片 摩 擦 面 积 衬 片 摩 擦 面 积 汽车类别 汽车总质量 t 单个制动器摩擦衬片总面积 2轿车 00 200 200 300 货车及客车 20 200 150 250 (多为 150 200) 250 400 300 650 550 1000 600 1500 (多为 600 23 擦衬片起始角0一般衬片布置在制动蹄外缘的中央，即令 02900 。 0 040 动器中心到张开力 e 初定 。 动蹄支承点位置坐标 a 和 c 初步暂定 。 擦片摩擦系数 f 摩擦片摩擦系数对制动力矩的影响很大，主要考虑其热稳定性当前国产的制动摩擦片材料在温度低于 250时，保持摩擦系数35.0f 无大问题。因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，取 3.0f 可使计算结果接近实际。选 3.0f 。 各参数详见图 3 图 3 式 制 动 器 的 主 要 几 何 参 数 24 第四章 制动器的设计计算 动器因数的计算 鼓 式制动器制动因数的计算通常是根据摩擦衬片的压力分布规律、径向变形规律以及张开力 P 与摩擦衬片法向压力的解析关系，利用微积分和列制动蹄力平衡方程式的方法通过其定义（式（ 2求得。 由于这种方法导出过程较繁琐，我们采用以下公式计算制动器的制动器因数。 承销式双领蹄制动器的制动器因数 单个领蹄的制动蹄因数 1： 图 4 承 销 式 双 领 蹄 制 动 器 的 制 动 器 因 数 计 算 用 图 )(1 （ 4 式中： o ss A （ 4 25 2c o o 0 （ 4 0 角0对应的圆弧，单位为弧度； f 摩擦系数， 以上各式中有关结构尺寸参数见图 4 整个制动器因数 （ 4 制动器结构参数： 35 ， 16 ， 01 40 ， 00 100 ， 03 216 计算得： F 动蹄自锁条件检验计算 对于支承销式双领蹄制动器，蹄不自锁的条件为： ( （ 4 由式（ 4 后制动器 ， 故蹄均不自锁 。 开力计算 由式（ 2液压驱动制动器所需张开力 f 对前、后轮制动器 f a f 3 a 26 擦衬片的磨损特性计算 能量耗散率 e 紧急制动时汽车制动器能量负荷最大，衬片的磨损最严重。 在紧急制动时双轴汽车单个前轮和后轮制动器的比能量耗散率分别为： 1211 4/ a （ 4 2212 4/)1( a （ 4 式中： 汽车总质量； 1v 汽车制动初速度， （总质量 下 的货车取1v =80 22.2 ；）； j 制动减速 度， 2/计算时取 ； t 制动时间， s ； 1A 、 2A 前后制动器衬片的摩擦面积； 制动力分配系数。 鼓式制动的比能量耗损率以不大于 28.1 宜。 由上 221211
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