EQ1041汽车制动系统的设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多，传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。目前，汽车所用制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少,成本较低,便于维修、由于鼓式制动器的绝对制动力远远高于盘式制动器,所以普遍用于后轮驱动的卡车上，但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统，使其造价较高，故轻型车一般还是使用前盘后鼓式。本设计为前轴制动器采用浮动钳盘式制动器，后轴制动器为领从蹄式鼓式制动器。制动驱动形式为液压驱动形式，前后式（式）双回路制动控制系统。关键词：汽车；制动系统；制动器；设计；真空液压黑龙江工程学院本科生毕业设计on s is in is of is at is to as of of is so to to it so or to in of 摘要.第1章 绪论. 课题背景及目的. 国内外研究现状. 课题研究方法. 本设计应解决的难点.体设计方案. 制动能源的选择. 驻车制动系. 行车制动系. 制动管路的布置及原理.动管路的布置示意图.动原理和工作过程. 制动器的结构方案分析. 本章小结.动系主要参数确定.基本参数.同步附着系数的确定. 制动器最大制动力矩确定.鼓式制动器的主要参数选择.动鼓直径D.擦衬片宽度.动器中心到张开力. c.盘式制动器的主要参数选择.本章小结.动器的设计与计算.制动器摩擦面的压力分布规律. 单个制动器制动力矩计算.式制动器制动力矩计算.式制动器制动力矩计算.驻车制动的制动力矩计算. 制动衬片的耐磨性计算.制动距离的计算.本章小结.压制动驱动机构的设计计算. 制动驱动机构的形式. 分路系统. 液压制动驱动机构的设计计算.动轮缸直径.动主缸直径.动踏板力.动踏板工作行程.动主缸. 真空助力器的设计计算. 制动器的主要结构元件.动鼓.动蹄.擦衬（片）块.动底板.承.动轮缸.动盘.动钳.动块. 自动间隙调整机构. 本章小结. 题背景及目的汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动系统的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动系统的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。因此制动系统设计是汽车设计中重要的环节之一。内外研究现状从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多，传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等，主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统，真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分。目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少,成本较低,便于维修、由于鼓式制动器的绝对制动力远远高于盘式制动器,所以普遍用于后轮驱动的卡车上。鼓式制动器根据其结构都不同，又分为：双向自增力蹄式制动器、双领蹄式制动器、领从蹄式制动器、双从蹄式制动器。其制动效能依次降低，最低是盘式制动器；但制动效能稳定性却是依次增高，盘式制动器最高。也正是因为这个原因，盘式制动器被普遍使用。但由于为了提高其制动效能而必须加制动增力系统，使其造价较高，故轻型车一般还是使用前盘后鼓式。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。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或黑龙江工程学院本科生毕业设计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驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。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，以免其产生故障。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动杆操纵利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动俩个后轮，行车制动和驻车制动这两套制动装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动装置的驱动机构分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、储气筒、控制阀和制动气室等。现代汽车由于车速的提高，对应急制动的可靠性要求更严格，因此在中、高级轿车和部分轻型商用车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。随着电子技术的飞速发展，汽车防抱死制动系统在技术上已经成熟，开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面兼得附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效的防止汽车在应急制动时由于车轮抱死使汽车失去方向稳定性而出现侧滑或失去转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了汽车高速行驶的安全性。题研究方法根据课题内容，任务要求深入了解汽车制动系统的构造及工作原理；并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料；参考现有研究成果，并进行深入的学习和分析，借鉴经验；同时学习有关汽车零部件设计准则；充分学习和利用画图软件，并再次学习机械制图，画出符合标准的设计图纸，通过自己的研究分析；发挥自己的设计能力并通过试验最终确定制动系统设计方案。设计的内容（1）确定制动系各参数，分析其制动性能。（2）制动器的设计计算。（3）液压制动驱动机构的设计计算。（4）制动系统图纸设计。黑龙江工程学院本科生毕业设计体设计方案汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行使安全性，是汽车行使的重要保障。随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大，出现了频繁的交通事故。因此，改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车；在下坡行使时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。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。前者用来保证前两项功能，后者用来保证第三项功能。设计汽车制动系应满足如下主要要求：（1）应能适应有关标准和法规的规定；（2）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制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见2393）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其他制动装置多为手操纵；（4）制动效能的热稳定性好。具体要求详见5825）制动效能的水稳定性好；（6）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价标准，详见2397）制动踏板和手柄的位置和行程符合人操作方便性好，操纵轻便、舒适、能减少疲劳；（8）作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间和从放开踏板至完全解除制动的时间；（9）制动时不产生振动和噪声；（10）转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或转向时不会引起自行制动；（11）应有音响或光信号等警报装置，以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；黑龙江工程学院本科生毕业设计2）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，应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维；（13）磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。本次设计采用前盘后鼓,液压制动,后式)双回路制动控制系统。动鼓内径尺寸参照专业标准309动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。摩擦衬片宽度尺寸系列参照309通风式制动盘厚度取20体的制动系统设计计算过程依据汽车设计教材进行。动能源的选择经过同多种类型的车辆比较，如下表：动能源比较供能装置 传能装置型式 制动能源 工作介质 型式 工作介质气压伺服制动系 驾驶员体力与发动机动力 空气 液压制动系 制动液真空伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源，型载货汽车上；气压伺服制动系则广泛用于装载质量为612型货车以及极少数高级轿车上。液压制动用于行车制动装置。液压制动的优点是：作用滞后时间短，（工作压力高（可达1020M 因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接作为制动蹄的张开机构（或制动块的压紧机构），而不需要制动臂等传动件，使之结构简单，质量小；机械效率较高（液压系统有自润滑作用）。液压制动的主要缺点是：过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系统黑龙江工程学院本科生毕业设计至完全失效。液压制动广泛应用在乘用车和总质量不大的商用车上。车制动系制动系统用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上，也有助于汽车在斜坡上起步。驻车制动系统应采用机械式驱动机构而不用液压或气压式，以免其产生故障。通过类比采用：手动驻车制动操纵杆、驻车制动杠杆作用于后轮。用后轮制动兼用驻车制动器。后轮驻车制动：轮缸或轮制动器，（对领丛蹄制动器，只需附加一个驻车制动推杆和一个驻车杠杆即可）使用驻车制动时，由人搬动驻车制动操纵杆，通过操纵缆绳。平衡臂和拉杆（拉绳）拉动驻车制动杠杆使两蹄张开。车制动系制动系统用作强制行使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。其驱动机构多采用双回路或多回路结构，保证其工作可靠。目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大都只用作前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期汽车有较高的制动时的方向稳定性。在货车上，盘式制动器也有采用。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。动管路的布置及原理后式): 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，一条回路连接前桥(轴)车轮制动器,另一条回路连接后桥(轴)车轮制动器,如图1a)所示。前桥车轮制动器与后桥车轮制动器各用一个回路。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。在各类汽车上都有采用。通过分析，后式)制动器结构简单，成本较低，因此采用的就是后式)双回路制动系。动管路的布置示意图（下图所示，为制动管路的布置示意图。驾驶员通过踩制动踏板，给予制动主缸一个压力，使得制动主缸内液体通过个管路到达制动轮缸。制动轮缸通过液压给黑龙江工程学院本科生毕业设计动轮缸 动系统工作原理要使行使中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动，上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，制动减速度越大。当放开制黑龙江工程学院本科生毕业设计位弹簧将制动蹄拉回复位，摩擦力矩和制动力消失，制动作用即行终止。动器的结构方案分析制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。目前广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式，盘式和带式三种。鼓式制动器形式的选用：领丛蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行使的制动效果不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。但领丛制动器也有两蹄片的压力不等（在两蹄上的摩擦衬片面积相等的条件下），因而两蹄片磨损不均匀、寿命不同的缺点。此外，因只有一个轮缸，两蹄必须在同一驱动回路下工作。鉴于以上的优点，本设计采用液压驱动的，由定位销定位的一个自由度的非平衡式的领丛蹄式制动器。盘式制动器的选用：按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式两类。钳盘式根据制动钳结构的不同，分固定钳式和浮动钳式。对两中类型进行比较，浮动钳盘式具有如下优点：在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管，家之液压缸；冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低。所以，本设计采用浮动钳式盘式制动器。与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：（1）热稳定性好，因无自行增力作用，衬块摩擦表面压力分布较鼓式制动器更为均匀。此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄的中部接触，从而降低了制动效能。因此，前轮采用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏；（2）水稳定性好。制动衬块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而进水后效能降低不多；又由于离心力及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复；（3）制动力矩与汽车运动方向无关；（4）易于构成双回路制动系，使系统具有较高的可靠性和安全性；（5）尺寸小、质量小、散热良好；黑龙江工程学院本科生毕业设计）压力在制动衬块的分布比较均匀，故衬块磨损也均匀；（7）更换衬块简单容易；（8）衬块与制动盘之间的间隙小（从而缩短了制动协调时间；（9）易于实现间隙自动调整。盘式制动器的主要缺点：（1）难以完全防止污尘和锈蚀；（2）兼作驻车制动器时，所需附加的手驱动机构比较复杂；（3）在制动驱动机构中必须装用助力器；（4）因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命低，叙需用高材质的衬块。经过对不同制动器优、缺点的比较，参考同类型车，本设计采用前盘（浮动钳式）后鼓（支承销领丛蹄式）的制动系统。章小结本章确定了制动系统方案为行车制动系统采用液压制动控制机构，前轴制动器为滑动钳盘式制动器，后轴采用领从蹄式鼓式制动器。回路系统采用一轴对一轴式双回路控制系统。驻车制动系统控制机构为机械式，由鼓式制动器兼做驻车制动器。黑龙江工程学院本科生毕业设计动系主要参数空载 满载汽车质量 2230110轴 2338775050100 动钳盘式后制动器 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，则对任意角速度0的车轮，其力矩平衡方程为0 制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，Nm；地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N；车轮有效半径，m。黑龙江工程学院本科生毕业设计称之为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。一般汽车根据前、后轮制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动力足够时，制动过程出现前后轮同时抱死拖滑时附着条件利用最好。任何附着系数路面上前后同时抱死的条件为（= 21hL 1221式中：前制动器制动力，N；2后制动器制动力，N；1L 质心到前轴的距离，L 质心到后轴的距离，： 11275N 21825 、后制动器制动力分配的比例影响到汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度。要确定值首先就要选取同步附着系数 0 。一般来说，我们总是希望前轮先抱死（ 0 ）。根据有关文献推荐以及我国道路条件，车速不高，所以本车型 0 黑龙江工程学院本科生毕业设计hL 得 为保证汽车制动时的方向稳定性和有足够的附着系数利用率，各种载荷条件下，qq轮应先抱死；在车轮尚未抱死的情况下， 须满足q ) 。动器最大制动力矩确定应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩，以保证汽车有良好的制动效能和稳定性。221 此可知前后制动器比值符合要求最大制动力矩是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的，这时制动力与地面作用于车轮的法向力成正比。计算公式如下 )( 2 1 T 式中： 车轮有效半径为3601004110)( 21 T 可以参考已有的同类型、同等级汽车的同类制动器，对制动器的结构参数进行初选。动鼓直径动鼓的直径越大，制动力矩也越大，散热性能也越好。但止境的尺寸受到轮辋内径的限制，而且直径的增大也使制动鼓的质量增大，使汽车的非悬挂质量增大，而不利于汽车的行驶平顺性。制动鼓与轮辋之间应有相当的间隙，此间隙一般不小于2030利于散热通风，也可避免由于轮辋过热而损坏轮胎。由此间隙要求及轮辋的尺寸及渴求得制动鼓直径的尺寸。另外，制动鼓直径与轮辋直径之比为 根据309动鼓工作及制动蹄片宽度尺寸系列取D=320=160 摩擦衬片宽度200范围内选取，试验表明，摩擦衬片包角在9001200时，磨损最小，制动鼓温度也最低，且制动效能最高。再减小包角虽有利于散热，但由于单位压力过高将加速磨损。包角一般不宜大于1200，因过大不仅不利于散热，而且易使制动作永不平顺，甚至可能发生自锁。摩擦衬片宽度较大可以降低单位压力、减小磨损，但过大则不易保证与制动鼓全面接触。条件来选择衬片宽度的。设计时应尽量按摩擦片的产品规格选择宽度值。另外，根据国外统计资料可知，单个鼓式制动器总的摩擦衬片面积随汽车总质量的增大而增大。而单个摩擦衬片的面积又决定与制动鼓的半径，衬片宽度及包角。即式中，包角以弧度为单位，当面积、包角、半径确定后，由上式可以初选衬片宽度的尺寸。制动器各蹄摩擦衬片总面积越大，制动时产生的单位面积正压力越小，从而磨损也越小。黑龙江工程学院本科生毕业设计考同类汽车选取，一般b/D=b=65领蹄包角 1101 从蹄包角 1002360/)( 21+= 3205（100+110）/360=36302擦衬片起始角 0 ，一般将衬片布置在制动蹄的中央，即令： 4029000 有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善制动效能和磨损的均匀性。动器中心到张开力使距离提高制动效能。初步设计可取 e=28动蹄支销中心的坐标位置是k 与 k 是应尽可能地小, 以不使两制动蹄端毛面相碰擦为准，使尺寸 c 尽可能地大，设计可定c=28 尽可能的小，以使步设计取k=22摩擦片摩擦系数选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单独地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。般说来，摩擦系数越高的材料，其耐磨性越差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。当前国产的摩擦片材料温度低于250度时，此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，外，在选择摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。样，制动盘的有效半径增大，可以减小制动钳的夹紧力，降低衬块的单位压力和工作温度。通常D=车总质量不大于2吨，取上限，即 = =使质量小些，厚度不宜太大，为了减少温升，厚度又不宜过小。因此，参考同类型车，取为20风式，增大散热。取摩擦衬块的内外半径分别为： 001= ， 502 平均半径为 2 21 = =有效半径为 )(3 )(22 2122 3132 = )2()(1342121 21 2 R += )2100150()100150( 100150134 2 +=21黑龙江工程学院本科生毕业设计)1(134 2选取半径满足式 摩擦衬块工作面积据制动衬快单位面积占有的汽车质量，2A=120章小结本章确定了制动器的基本参数，首先计算出制动力分配