轻型汽车底盘鼓式制动器设计【含CAD高清图纸和文档】
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毕业设计(论文)题 目 轻型汽车底盘鼓式制动器设计 轻型汽车底盘鼓式制动器设计摘要：汽车作为陆地上的现代重要交通工具，由许多保证其性能的大部件，即所谓“总成”组成，制动系就是其中一个重要的总成，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的快速发展和车流密度的日益增大，交通事故也不断增加。据有关资料介绍，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，制动系统的好坏还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。制动系既可以使行驶中的汽车减速，又可保证停车后的汽车能驻留原地不动。由此可见，汽车制动系对于汽车行驶的安全性，停车的可靠性和运输经济效益起着重要的保证作用。当今，随着高速公路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增大，对汽车制动系的工作可靠性要求显得日益重要。只有制动性能良好和制动系工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见，制动系是汽车非常重要的组成部分，从而对汽车制动系的机构分析与设计计算也就显得非常重要了。论文中采用的是前鼓后鼓的制动系方案并且前轮采用双领蹄式制动器，后轮采用领从蹄式制动器，兼顾了制动器效能因数和制动器效能的稳定性。它的工作原理是利用与车身(或车架)相连的非旋转元件和与车轮(或传动轴)相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。论文第一章介绍了汽车制动系发展情况和制动系统的组成。第二章主要讲述了汽车的总体设计。第三章讲述了鼓式制动系的主要形式及其方案的选取。第四章分析计算了制动器制动过程中动力学参数的计算。第五章讲述了鼓式制动器的结构参数和主要零部件的设计。第六章是关于鼓式制动器的设计计算。第七章是制动器驱动机构的设计与计算。第八章是鼓式制动器主要零部件的强度分析。关键词：鼓式制动器 ； 驱动机构 ； 制动参数轻型汽车底盘鼓式制动器设计Abstract As an important modern land.based transport, Automotive components from many large parts ,namely, the so.called assembly which ensure the performance of automotive, and braking system which directly affects the safety of motor vehicles is one of the most important assembly. With the rapid development of highways and increased traffic density, traffic accidents are also increasing. According to the information on the vehicle itself as a result of problems caused by traffic accidents, the brake system failure caused the accident accounting for the total number of 45%. So braking system is an extremely important system to ensure traffic safety. In addition, the braking system has a direct impact on the quality of the average vehicle speed and vehicle transportation efficiency, that is, an important factor ensuring cost.effective transport. It not only can slow down a moving vehicle, but also to ensure that the car can be fixed in situ after parking. This shows that the vehicle braking system plays an important role in traffic safety, the reliability of parking, and transport economic efficiency.Today, with ever.expanding highway network, the improvement of vehicle speed and traffic density, on the work of automotive braking system reliability requirements become increasingly important. Only vehicles which have good braking performance and reliable braking system can give full play to their high.speed dynamic performance and to ensure the safety of traveling. This shows that the braking system is a very important component of the vehicle, thus its very important to the analysis and design of brake system bodies.Paper used brake program of the brake drum in front and behind. Front wheel used duo.duplex drum brakes and behind wheel simplex drum brakes, which takes into account the effectiveness of the brakes and brake performance factor of stability. Its working principle is to use with the body (or frame) associated with non.rotating components and the wheel (or shaft) connected to the rotating components of friction between the wheels to prevent the trend of turning or rotating, namely by the pedal force of brake pedal passing through the push rod and the master cylinder piston, making master cylinder oil inflow wheel cylinder under a certain pressure, and pushing through the two.cylinder piston brake shoe so that rotating around the branch managers, the top separately to both sides pressed in its friction plate brake drum surface of the inner circle. Non.rotating brake shoe produced friction torque to rotating drum brake resulting in braking force to slow down until the wheels stop.The first chapter of this paper describes the development of automotive braking system. Chapter II focuses on the overall design of the car. Chapter III is about the main form and program selection of the drum brake. Chapter IV is about analysis and calculation of kinetic parameters of the brake during braking process. Chapter V described the structure of drum brake components and the design of the main parameters. Chapter VI described design and calculation of drum brake. Chapter VII is about the analysis and calculation of drum brake drive mechanism. Chapter VIII is about strength checking on the main components of drum brake. Key words: Drum brake Drive mechanism Brake Parameters目录1 绪论11.1汽车制动系统的发展概况11.2汽车制动系统的组成12 汽车总体参数的选择及计算32.1 总体设计应满足的基本要求32.2汽车形式的确定42.3汽车质量参数的确定52.4汽车主要尺寸的确定62.5汽车性能参数的确定92.6发动机的选择92.7轮胎的选择143 鼓式制动器的方案选择163.1 鼓式制动器的结构形式163.1.1领从蹄式制动器173.1.2单向双领蹄式制动器203.1.3双向双领蹄式制动器213.1.4双从蹄式制动器223.1.5单向增力式制动器223.16双向增力式制动器233.2鼓式制动器方案的确定243.2.1制动效能因素243.2.2本设计中鼓式制动器方案的优选254 制动过程的动力学参数的计算264.1制动过程车轮所受的制动力264.2制动距离与制动减速度计算264.3同步附着系数与附着系数利用率计算334.4制动器的最大制动力矩354.5制动器因素与制动蹄因素385 制动器的结构及主要零部件设计425.1 鼓式制动器的结构参数425.2鼓式制动器主要零部件的设计465.2.1制动蹄465.2.2制动鼓465.2.3摩擦衬片475.2.4摩擦材料485.2.5蹄与鼓之间的间隙自动调整装置495.2.6制动支承装置505.2.7制动轮缸505.2.8张开机构516 鼓式制动器的设计计算516.1 驻车制动能力的计算516.2 中央制动器的计算536.3压力沿衬片长度方向的分布规律546.4 制动蹄片上的制动力矩566.5 摩擦衬片磨损特性计算606.6 制动因素的计算616.6.1支承销式领从蹄制动器的制动因数626.6.2支承销式双领蹄制动器的制动因数637 制动器驱动机构分析与计算647.1 驱动机构的方案选择667.2 制动管路的选择667.3 液压驱动机构的设计计算687.3.1制动轮缸直径的确定687.3.2制动主缸直径的确定687.3.3制动踏板力707.3.4制动踏板工作行程717.3.5真空助力器的设计计算718 鼓式制动器主要零部件强度分析748.1 制动蹄支承销剪切应力计算748.2紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算75结论77参考文献78谢辞79附录80 95 学院毕业设计（论文） 1 绪论1.1汽车制动系统的发展概况从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。汽车制动系统种类很多，形式多样。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。它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大的改变，出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。例如电动汽车没有内燃机，无法为真空助力器提供真空源，一种解决方案是利用电动真空泵为真空助力器提供真空。汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生了很大变化。1.1.1汽车制动系统的组成制动系统主要由下面的4个部分组成：(1)供能装置：也就是制动能源，包括供给、调节制动所需能量以及各个部件，产生制动能量的部分称为制动能源；(2)控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的部件；(3)传动装置：包括把制动能量传递到制动器的各个部件；(4)制动器：产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件，也包括辅助制动系统中的部件。现代的制动系统还包括制动力调节装置和报警装置，压力保护装置等辅助装置。供能装置的发展供能装置主要是指制动能源，制动能源有人力制动、伺服制动、动力制动或者上述任两者的结合使用。人力制动是开始有制动系统时的制动能源，它有机械式制动、液压式制动两种形式。机械式制动主要用于驻车制动系统中，驻车制动系统中要求用机械锁止方法保证汽车在原地停止不动，在任何情况下不至于滑动。液压式制动是通过制动踏板推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。伺服制动兼用人力和发动机作为制动能源，正常情况下制动能量由动力伺服系统供给，动力伺服系统失效时可由人力供给制动能量，这时伺服制动就变为人力制动。伺服制动可用气压能、真空能(负气压能)以及液压能作为伺服能量，形成各种形式的助力器。动力制动系统的制动能源是发动机所驱动的油泵或者气泵，人力仅作为控制来源，可分为气压制动、气顶液制动、液压制动。其中气压制动是发展最早的一种动力制动系统。它用空气压缩机提供气压，气顶液制动是用气压推动液压动作，产生制动作用。液压制动是目前得到广泛应用的一种制动系统，技术已经非常成熟。目前正在发展的电液复合制动以及电子制动中使用了电机作为制动能源，人力踩制动踏板作为控制来源。控制装置的发展最早的人力制动，通过机械的连接产生制动动作。发展到人力控制制动，通过踩制动踏板启动制动，再由传力装置把制动踏板力传到真空助力器，经过真空助力器的助力扩大后，传递到制动主缸产生液压力，然后通过油路把液压力传递到每个轮缸，开始制动。随着清洁能源汽车和电动汽车的研究应用，以及电子技术在汽车上面的广泛应用，制动系统的控制装置也出现了电子化的趋势，其中电制动完全改变了制动系统的控制和管理，会使汽车制动系统发生革命性的变化，它采用电子控制，可以更加准确、更高效率地实现制动。传动装置的发展人力制动时代是采用机械式的传动装置，气(液)压制动是利用气(液)压力和连接管路把制动力传递到制动器。电子制动则是利用制动电机产生制动力直接作用到制动器，它的控制信号来自控制单元(ECU)，用信号线传递制动信号和制动力信息。制动器的发展制动器是制动的主要组成部分，目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为鼓式和盘式两大类制动器。鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。盘式制动器有固定钳式、浮动钳式、浮动钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应用。但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制，很多车是采用前盘后鼓的制动系统组成。电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机，在回收制动能量时起制动作用，它引入了新型的制动器。作为一种新的制动器型式，势必引起制动器型式的变革。电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰减性大等缺点，将来汽车上会以盘式电制动器为主。2 汽车总体参数的选择及计算2.1 总体设计应满足的基本要求由动力装置、底盘、车身、电器及仪表等四部分组成的汽车，是用来载送人员和货物的运输工具。汽车主要在宽度有限的道路上行驶，同时与汽车比较，还有人、自行车、摩托车等弱势群体也在使用同一道路，因此存在交通隐患。为了在有限的道路上容纳更多的车辆运行、减少交通事故以及从汽车造型和减轻质量等方面考虑，对汽车的外形尺寸需要予以限制。使用汽车加快了人得生活节奏，提高了工作效率，出门远行也更方便；与使用火车、飞机、船舶等交通工具相比较，受到的约束减少了很多。因此，更多的人愿意选择汽车作为交通工具。几十年来，汽车的保有量始终居高不下，凡是人类密集的地方，汽车也密集，由此而引起的环境污染问题也日益严重。共同保护好人类的生存环境已经受到全世界的重视，各国政府普遍采用制定相关法规的形式来从事交通方面的管理工作。交通工具具有在自然环境条件下使用的特点，汽车也不例外。自然环境的变化因素很多，有些还没有规律，如温度、湿度、雾、白昼与黑夜、干燥的硬路面与泥泞深浅不定的软路面等等，要求汽车能适应这些环境而安全地行驶，就必须制定有关法规强制企业执行，这也是工程技术人员从事设计的工作依据之一。进行汽车总体设计工作应满足如下基本要求：（1）汽车的各项性能、成本等，要求达到企业在商品计划中所确定的指标。（2）严格遵守和贯彻有关法规、标准中的规定，注意不要侵犯专利。（3）尽最大可能地去贯彻三化，即标准化、通用化、系列化。（4）进行有关运动学方面的校核，保证汽车有正确的运动和避免运动干涉。（5）拆装与维修方便。我国制定的有关方面的法规、标准正在得到不断的完善，它们中有些是结合我国具体条件制定的，有些是参照国外的法规、标准制定的。这些法规、标准涉及的面很广，如有关汽车外廓尺寸标准（GB15891989汽车外廓尺寸限界）、汽车的污染物排放标准以及有关公路法规对汽车轴荷限定的要求等等。在进行总体设计工作时，要特别注意正在实施的强制性标准，我国目前已有40项，随着时间的迁移还会有变化。这些强制性标准与汽车类型有关，设计师要严格遵守。2.2汽车形式的确定汽车的分类按照GB/T3730.12001将汽车分为乘用车和商用车。乘用车是指在设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行礼或临时物品的汽车，包括驾驶员座位在内的最多不超过9个座位。它也可以牵引一辆挂车。商用车是指在设计和技术特性上用于运送人员和货物的汽车，并且可以牵引挂车，且商用车又有客车、半牵引挂车、货车之分。不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式、以及布置形式上有区别。（1）轴数汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎负荷能力以及汽车的结构等。包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。总质量在19t26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴或四轴以上的形式。由于本设计中汽车的装载质量是两吨，其总质量小于19t，所以采用两轴的布置方案。（2）驱动形式汽车驱动形式有42、44、62、64、66、84、88等，其中第一个数字代表汽车的车轮总数，第二个数字表示驱动轮数。乘用车和总质量小些的商用车，多采用结构简单、制造成本低的42驱动形式。总质量在19t以上至26t的公路运输车，用64或62的型式，总质量更大的公路运输车则采用84型式。所以本设计采用42的驱动形式。(3)布置形式货车可以按照驾驶室与发动机相对位置不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。货车又可按发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。平头式货车的发动机位于驾驶室内，其主要优点是：汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能好；不需要发动机罩和翼子板，汽车整备质量减小，驾驶员视野得到明显改善，采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；汽车货箱与整车的俯视面积之比比较高。平头式货车得到广泛的应用。所以本设计采用平头式的布置形式，并且采用发动机前置后桥驱动。2.3汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。（1）整车整备质量整车整备质量是指车上带有全部装备（包括随行工具、备胎等），加满燃料、水，但没有装货和载人时额整车质量。其对汽车的制造成本和燃油经济性有影响。（2）装载质量汽车的装载质量是指在硬质良好的路面上行驶时所允许的额定装载质量。商用货车装载质量的确定首先应与企业产品规划符合，其次要考虑到汽车的用途和使用条件。本设计中给出了装载质量t。（3）质量系数质量系数是指汽车装载质量与整车整备质量的比值，即。该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，值越大，说明该汽车的设计水平和工艺水平越先进。参考同类型的汽车的质量系数值（表2.1）后，综合选定本设计中的质量系数值表 2.1 不同类型汽车的质量系数汽车类型货车轻型080.110中型120.135重型130.170由此可以确定整车整备质量，t。（4）汽车的总质量汽车总质量是指装备齐全，并按照规定装满客，货时的整车质量。商用货车的总质量由整备质量、装载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即Kg式中，为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。代入数据，n=2，t，可得到总质量t。（5）轴荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的负荷应相差不大；为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性，为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小，因此，可以得出作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求，使用条件等，合理地选择轴荷分配。各类汽车的轴荷分配见表2.2。表2.2 各类汽车的轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘用车发动机前置前轮驱动发动机前置后轮驱动发动机后置后轮驱动47% 60%45% 50%40% 46%40% 53%50% 55%54% 60%56% 66%51% 56%38% 50%34% 44%44% 49%50% 62%商用货车后轮单胎后轮双胎，长、短头式后轮双胎，平头式后轮双胎32% 40%25% 27%30% 35%19% 25%60% 68%73% 75%65% 70%75% 81%50% 59%44% 49%48% 54%31% 37%41% 50%51% 56%46% 52%63% 69%本设计选择后轮双胎，平头式的数据进行计算。2.4汽车主要尺寸的确定汽车的主要尺寸参数有外廓尺寸，轴距，轮距，前悬，后悬，货车车头长度和车厢尺寸等。（1）外廓尺寸汽车的长、宽、高称为汽车的外廓尺寸。在公共路上和市内行驶的汽车最大外廓尺寸受有相关法规限制不能随意确定，而非公路用车辆可以不接受法规限制。GB1589.1989汽车外廓尺寸限界规定如下：货车，整体式客车总长不应超过12m，单铰链式客车不超过18m，半挂汽车列车不超过16.5m，全挂汽车不超过20m，不包括后视镜，汽车宽不超过2.5m，空载，顶窗关闭状态下，汽车不超过4m，后视镜等单侧外伸量不得超过最大宽度处250mm，顶窗，换气装置开启时不得超出车高300mm。影响乘用车总高的因素有轴间底部离地高，地板及下部零件高、室内高和车顶造型高度等。轴间底部离地高应大于最小离地间隙。一般在1120.1380mm之间。车顶造型高度大约在20.40mm范围内变化。因此综合考虑，选择此轻型货车的外廓尺寸为（）。汽车的质心高度参考同类型轻型货车可以选择空载时的质心高度为=710mm，满载时的质心高度取为=930mm。（2）轴距轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。当轴距小时，上述指标均减小。此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。轴距过短，会带来一系列缺点，车厢长度不足或后悬过长，制动或上坡时轴荷转移过大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏，车身纵向角震动过大，此外还会导致万向节传动的夹角过大等问题。表2.3显示了各类汽车的轴距和轮距。 表2.3 各类汽车的轴距和轮距 车型 汽车总质量/ t 轴距Lmm 轮距Bmm 商用车（4X2货车） 1.8 1700.2900 1150.1350 2300.3600 1300.1650 3600.5500 1700.2000 14.0 4500.5600 18402000综合各方面数据选择轻型货车的轴距L=3300mm。（1）前轮距和后轮距改变汽车轮距B会影响车厢或驾驶室内宽，总车宽度，总质量，倾斜刚度，最小转弯直径等因素发生变化。增大轮距则车厢内宽度随之增大，并有利于增加侧倾刚度，汽车横向稳定性变好；但是汽车的总宽和总质量及最小转弯半径等增加，并导致汽车的比功率、比转矩指标下降，机动性变坏。受汽车总宽度不超过2.5m的限制，轮距不宜过大，在选定前轮距范围内，应能布置下发动机，车架，前悬架和前轮，并保证前轮有足够的转向空间，同时转向杆系与车架，车轮之间有足够的运动间隙。在确定后轮距时，应考虑车架两纵梁之间的宽度，悬架宽度和轮胎宽度及它们之间应留有的必要的间隙。根据表2.3选择此轻型汽车的mm。（2）前悬和后悬前悬尺寸对汽车通过性，碰撞安全性，驾驶员视野，前钢板弹簧长度，上车和下车的方便性以及汽车造型等均有影响。初选前悬尺寸，应当在保证能布置下个总成，部件的同时应尽可能短些。对于平头式车，考虑到正面碰撞能有足够多的结构部件吸收碰撞能量，保护前排乘员的安全，这又要求前悬有一定的尺寸。选择此轻型货车的前悬为800mm。后悬尺寸对汽车通过性，汽车追尾时的安全性，货厢长度或行李箱长度，汽车造型等都有影响，并取决于轴距和轴荷分配的要求。总质量在1.8.14t的货车后悬一般在1200.2200mm之间。此轻型货车的后悬mm。（3）货车车头长度货车车头长度是指从汽车的前保险杠到驾驶室后围的距离。长头型货车车头长度尺寸一般在2500.3000mm之间，平头型货车一般在1400.1500mm之间。选择此轻型货车的车头长度为1400mm。2.5汽车性能参数的确定（1）动力性参数汽车动力性参数包括最高车速、加速时间t、上坡能力、比功率和比转矩等。最高车速 随着道路条件的改善，特别是高速公路的修建，汽车尤其是发动机大些的乘用车最高车速有逐渐提高的趋势。而此设计中任务书给定的最高车速km/t。加速时间t 汽车在平直的良好的路面上，从原地起步开始以最大加速度加速到一定车速所用去的时间，称为加速时间。对于最高车速 km/t的汽车，加速时间常用加速到100km/h所需的时间来评价。上坡能力 用汽车满载时在良好路面上的最大坡度阻力系数来表示汽车上坡能力。此设计中任务书给定的。汽车比功率和比转矩 比功率是汽车所装发动机的标定的最大功率与汽车最大总质量之比，即。它可以综合反映汽车的动力性，比功率大的汽车加速性能、速度性能要好于比功率小的汽车。我国GB72581997机动车运行安全技术条件规定：农用运输车与运输用拖拉机的比功率kW/t，而其它机动车kW/t。比转矩是汽车所装发动机的最大转矩与汽车总质量之比，。它能反映汽车的牵引能力。货车总质量在1.86.0之间，则比功率在1525kw/t的范围内，比转矩在3844Nm/t的范围内。初取=20kW/t，=40Nm/t，则=82.6kw，=165.2kW。（2）燃油经济性参数汽车的燃油经济性用汽车在水泥或沥青路面上，以经济车速或多工况满载行驶百公里燃油消耗量来评价。该值越小燃油经济性越好。本设计中取百公里燃油消耗量为3.1L/(100tkm)。（3）汽车最小转弯直径汽车最小转弯直径由任务书中给定的值为12.5m。（4）通过性几何参数总体设计要确定的通过性几何参数有：最小离地间隙，接近角，离去角，纵向通过半径等。表2.4汽车通过性的几何参数车型/mm/()/()/m42货车180300406025452.36.0计算可得=250mm，初取=，=，=3.5m。（5）操纵稳定性参数转向特性参数 为了保证有良好的操纵稳定性，汽车具有一定程度的不足转向。通常用汽车以0.4g的向心加速度沿定圆转向时，前、后轮侧偏角之差()作为评价参数。此参数13为宜，取=2。（6）车身侧倾角汽车以0.4g的向心加速度沿定圆等速行驶时，车身侧倾角控制在3以内较好，最大不允许超过7。（7）制动前俯角为了不影响乘坐舒适性，要求汽车以0.4g减速度制动时，车身的前俯角不大于1.5。2.6发动机的选择（1）发动机形式的选择当前汽车上使用的发动机仍然是以往复式内燃机为主。它分为汽油机、柴油机两类。与汽油机比较，柴油机具有较好的燃油经济性，使用成本低，在相同的续驶里程内，可以设置容积小些的油箱。柴油机压缩比可以达到1523，而汽油机一般控制在810；柴油机热效率高达38，而汽油机为30；柴油机工作可靠，寿命长，排污量少。柴油机的主要缺点是：由于提高了压缩比，要求活塞和缸盖的间隙尽可能小，加工精度比汽油机要求更高；因自燃产生的爆发压力很大，因此要求柴油机各部分的结构强度比汽油机高，使尺寸和质量加大，振动与噪声大。柴油机主要用于货车、大型客车上。随着发动机技术的进步，轻型车和轿车用柴油机有日益增多的趋势。根据发动机气缸排列形式不同，发动机有直列、水平对置和V型三种。气缸直列式排列具有结构简单、宽度窄、布置方便等优点。但当发动机缸数多时，长度尺寸过长，在汽车上布置困难，因此直列式适用于6缸以下的发动机。此外，直列式还有高度尺寸大的缺点。与直列发动机比较，V型发动机具有长度尺寸短因而曲轴刚度得到提高，高度尺寸小，发动机系列多等优点。其主要缺点是用于平头车时，因发动机宽而布置上较为困难，造价高。水平对置式发动机的主要优点是平衡好，高度低。V型发动机主要用于中、高级和高级轿车以及重型货车上，水平对置式发动机在少量大客车上得到应用。根据发动机冷却方式不同，发动机分为水冷与风冷两种。大部分汽车用水冷发动机，因为它具有冷却均匀可靠、散热良好、噪声小和能解决车内供暖问题，以及加大散热器面积后，能较好适应发动机增压后散热的需要等优点。水冷发动机的主要缺点是冷却系结构复杂；使用与维修不方便；冷却性能受环境温度影响较大，夏季冷却水容易过热，冬季又容易过冷，并且在室外存放，水结冰后能冻坏气缸缸体和散热器。当选用尺寸和质量小的发动机时，不仅有利于汽车小型化、轻量化，同时在保证客厢内部有足够空间的条件下，还能节约燃料。由于天然气资源充足，在今后一个阶段内天然气汽车将得到应用。无排气公害、无噪声的电动汽车，是理想的低污染车，在解决高能蓄电池和降低成本后会在汽车上得到推广使用。太阳能汽车也是理想的低污染汽车，目前还未达到商品化阶段。（2）发动机主要性能指标的选择发动机最大功率和相应转速 根据所需要的最高车速 (kmh)，用下式估算发动机最大功率式中，为发动机最大功率(kW)；为传动系效率，对驱动桥用单级主减速器的42汽车可取为90；为汽车总质量(kg)；g为重力加速度(m/s)；为滚动阻力系数，对轿车=0.0165 1+0.01(.50)，对货车取0.02，矿用自卸车取0.03，用最高车速代入；为空气阻力系数，轿车取0.300.35，货车取0.801.00，大客车取0.60070；A为汽车正面投影面积(m)；为最高车速。参考同级汽车的比功率统计值，然后选定新设计汽车的比功率值，并乘以汽车总质量，也可以求得所需的最大功率值。最大功率转速的范围如下：汽油机的在30007000rmin，因轿车最高车速高，值多在4000rmin 以上，轻型货车的值在40005000rmin之间，中型货车的值更低些。柴油机的值在18004000rmin之间，轿车和轻型货车用高速柴油机，值常取在32004000rmin之间，重型货车用柴油机的值取得低。发动机最大转矩及相应转速 用下式计算确定 式中，为最大转矩(Nm)；a为转矩适应性系数，一般在1.11.3之间选取；为发动机最大功率(kW)；为最大功率转速(rmin)。要求在1.42.0之间选取。（3）发动机的悬置汽车是多自由度的振动体，并受到各种振源的作用而发生振动。发动机就是振源之一。发动机是通过悬置元件安装在车架上。悬置元件既是弹性元件又是减振装置，其特性直接关系到发动机振动向车体的传递，并影响整车的振动与噪声。合理的悬置不但可以减小振动、降低噪声以改善乘坐舒适性，还能提高零部件和整车寿命。因此，发动机的悬置设计越来越受到设计者的重视。 发动机悬置应满足下述要求：因悬置元件要承受动力总成的质量，为使其不产生过大的静位移而影响工作，因此要求悬置元件刚度大些为好；发动机本身的激励以及来自路面的激励都经过悬置元件来传递，因此又要求悬置元件有良好的隔振性能；因发动机工作频带宽，大约在10500Hz范围内，要求悬置元件有减振降噪功能，并要求悬置元件工作在低频大振幅时(如发动机怠速状态)提供大的阻尼特性，而在高频低幅振动激励下提供低的动刚度特性，以衰减高频噪声；悬置元件还应当满足耐机械疲劳、橡胶材料的热稳定性及抗腐蚀能力等方面的要求。传统的橡胶悬置由金属板件和橡胶组成，见图2.1。图2.1橡胶悬置结构图其特点是结构简单，制造成本低，但动刚度和阻尼损失角(阻尼损失角越大表明悬置元件提供的阻尼越大)的特性曲基本上不随激励频率变化，如图2.2所示。液压阻尼式橡胶悬置(以下简称液压悬置)的动刚度及阻尼损失角有很强的变频特性，见图2.2。从图2.2a看到，液压悬置的动刚度在10Hz左右达到最小，在20Hz左右达到最大，而后开始下降；在频率超过30Hz以后趋于平稳。图2.2b表明液压悬置阻尼损失角在525Hz范围内比较大，这一特性对于衰减发动机怠速频段内(一般为2025Hz)的大幅振动十分有利。 图2.2 橡胶悬置和液压悬置动特性图2.3液压悬置结构简图1螺纹连接杆；2限位挡板；3上惯性通道体；4橡胶膜；5盘状加强圈；6下惯性通道体；7橡胶底膜；8底座；9橡胶主簧座；10惯性通道体；11橡胶主簧；12金属骨架图2.3所示为液压悬置结构简图，图中螺纹联接杆1与发动机支承臂联接，底座8的螺孔与车身联接，液压悬置主要由橡胶主簧11、惯性通道体10、橡胶底膜7和底座8构成。惯性通道体把液压悬置分为上、下两个液室，内部充满液体。由具有节流孔的惯性通道体连通上下两个液室。通常下室体积刚度比上室低。当经发动机支承臂传至螺纹联接杆的载荷发生变化时，上室内的压力跟随变化。如果上室液体受到压缩，则液体经节流孔流人下室；当上室受到的压力解除后，液体又流回上室。液体经节流孔上、下流动过程中产生的阻尼吸收了振动能量，减轻了发动机振动向车身(架)的传递，起到隔振作用。液压悬置目前在轿车上得到比较广泛的应用。发动机前悬置点应布置在动力总成质心附近，支座应尽可能宽些并布置在排气管之前。2.7轮胎的选择在总体设计开始阶段就要选好轮胎的型式和尺寸。因为它们是绘制总布置图和进行性能计算的重要原始数据之一。轮胎的型号主要根据车型，使用条件，轮胎的静负荷，轮胎的额定负荷及车速来选择。所选轮胎在使用中承受的静负荷值应等于或接近轮胎的静负荷值，我国各种汽车的轮胎和轮辋的规格及其额定负荷可查轮胎的国家标准。表2.8提供了一些货车的轮胎规格和特征。表中各列数据中如无带括号的数据，表示该列数据对斜交轮胎和子午线轮胎通用，否则，不带括号的数据适用于斜交胎，而带括号的数据适用于子午线轮胎，货车上双胎并装时，负荷约比单胎使用时的负荷增加10%15%。轿车轮胎标准见GB2978.82.轮胎多承受的最大静负荷与轮胎额定负荷之比称为轮胎负荷系数。为了避免超载，此系数取0.91.0之间。对于在良好路面上行驶，车速不高的货车，此系数允许取1.1。但不得大于1.2。因为轮胎超载20%，其寿命将下降30%左右。轿车及轻型货车的车速高，动负荷大，系数应取下限；重型货车，重型自卸车的车速低，此系数可略偏高。近年来，货车上普遍采用高强度尼龙帘布轮胎，使轮胎承受能力提高。因此，同样载重量的汽车所用的轮胎尺寸已减少。越野汽车长用胎面宽，直径大的超低压轮胎。山区使用的汽车，制动鼓与轮辋的间隙应大些，故采用轮辋较大的轮胎。轿车为降低质心和提高行驶平稳性，采用直径较小的宽轮辋低压轮胎。按轮胎胎体中帘线的排列不同，常见的有三种型式可供选择，即普通斜线胎，子午线胎和带束斜交胎等，普通斜线胎的胎体帘线层较多，胎侧厚，使用中不易划破，侧向刚性也大。其缺点是缓冲性较差；子午线的结构特点是帘线呈子午向排列，这样帘线的强度就能得到充分利用。此外，选用高强度材料组成多层缓冲层，加强了胎冠，使缓冲性能得到提高，与普通斜线胎相比较，子午线轮胎还有使用寿命长，滚动阻力小，附着性能好等优点。子午线胎的缺点是胎侧较薄，侧向稳定性差，胎侧易发生裂口，制造技术要求高。由于子午线胎的优点较多，今年来在汽车上应用日益增多。带束斜交胎的结构和性能介于普通斜交胎和子午线胎之间，其耐磨性和寿命虽比普通斜交胎好，但不如子午线胎，仅侧向稳定性比子午线胎好，所以应用不广。由以上的分析可知，选用斜交轮胎。表2.8给出了国产轮胎的规格及其特征。表2.8 国产汽车轮胎规格及特征轮胎规则层数主要尺寸使用条件断面宽外直径最大负荷相应气压p0.1标准轮辋允许使用轮辋普通花纹加深花纹越野花纹N轻型货车，中，小客车及其挂车轮胎6.50.1468180705.585069003.24.245J6.50.16(6.50R16)68755765765.635075503.2(3.5)4.2(4.6)5.50F5.50E5.50F7.55.15(7.00R15)68200750760.680080003.2(3.5)4.2(4.6)5.50F6.00G7.00.16(7.00R16)810200780790.850096504.2(4.6)5.3(5.6)5.50F6.00G7.50.15(7.50R15)810220785790.9300106004.2(4.6)5.3(5.6)6.00G5.50F6.50F7.50.16(7.50R16)81012220810820.970011050124004.2(4.6)5.3(5.6)6.3(6.7)6.00G5.00F6.50H8.25.16(8.25R16)12240860870.135005.3(5.6)6.50H6.00G9.00.16(9.00R16)810225890900.12200135503.5(3.9)4.2(4.6)6.50H6.00G根据最大负荷的要求，可以初步选择轮胎的规格为7.50R16（12层）。车轮的有效半径 ：0.37m式中，轮胎变形系数，范围10%12%。3 鼓式制动器的方案选择3.1 鼓式制动器的结构形式鼓式制动器一般可按其制动蹄受力情况进行分类（见图3.1），它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状态以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。图3.1 制动器的结构形式鼓式制动器的各种结构形式如图3.2a.f所示。图3.2 鼓式制动器示意图（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式不同形式鼓式制动器的主要区别有：（1）蹄片固定支点的数量和位置不同。（2）张开装置的形式与数量不同。（3）制动时两蹄片之间有无相互作用。因蹄片的固定支点和张开力位置不同，使不同形式鼓式制动器的领、从蹄数量有差别，并使制动效能不一样。制动器在单位输入压力或力的作用下所输出的力或力矩，称为制动效能。在评比不同形式制动器的效能时，常用一种称为制动效能因素的无因次指标。制动效能因素的定义为：在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦力（）与输入力之比，即式中，K为制动器效能因素；为制动器输出的制动力矩。制动效能的稳定性是指其效能因素K对摩擦因素的敏感性。使用中随温度和水湿程度变化。要求制动器的效能稳定性好，即是其效能对的变化敏感性小。3.1.1领从蹄式制动器如图3.2(a)、(b)所示，图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转)，蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的变为反向旋转，随之领蹄与从蹄相互对调。制动鼓正、反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄式制动器。由图3.2(a)、(b)可见，领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。对于两蹄的张开力的领从蹄式制动器结构，如图3.2(b)所示，两蹄压紧制动鼓的法向力相等。但当制动鼓旋转并制动时，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的法向反力加大；从蹄由于摩擦力矩的“减势”作用而使其所受的法向反力减小。这样，由于两蹄所受的法向反力不等，不能相互平衡，其差值由车轮轮毂轴承承受。这种制动时两蹄法向反力不能相互平衡的制动器也称为非平衡式制动器。液压或楔块驱动的领从蹄式制动器均为非平衡式结构，也叫做简单非平衡式制动器。非平衡式制动器将对轮毂轴承造成附加径向载荷，而且领蹄摩擦衬片表面的单位压力大于从蹄的，磨损较严重。为使衬片寿命均衡，可将从蹄的摩擦衬片包角适当地减小。对于如图3.2 (a)所示具有定心凸轮张开装置的领从蹄式制动器，制动时，凸轮机构保证了两蹄等位移，作用于两蹄上的法向反力和由此产生的制动力矩分别相等，而作用于两蹄的张开力P1、P2则不等，且必然有P1)并使前、后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。它不用于后轮还由于有两个互相成中心对称的制动轮缸，难于附加驻车制动驱动机构。3.1.3双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时两制动蹄均为领蹄的制动器，称为双向双领蹄式制动器。如图3.2(d)及图3.11、图3.12所示。图3.11 双向双领蹄式制动器的结构方案（液压驱动）（a）一般形式；（b）偏心机构调整；（c）轮缸上调整其两蹄的两端均为浮式支承，不是支承在支承销上，而是支承在两个活塞制动轮缸的支座上(图3.2(d)、图3.11)或其他张开装置的支座上(图3.12、图3.13)。图3.12 曲柄机构制动器（气压驱动） 图3.13 双楔制动器（气压驱动）当制动时，油压使两个制动轮缸的两侧活塞(图3.11)或其他张开装置的两侧(图3.12、图3.13)均向外移动，使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱面上。制动鼓靠摩擦力带动两制动蹄转过一小角度，使两制动蹄的转动方向均与制动鼓的旋转方向一致；当制动鼓反向旋转时，其过程类同但方向相反。因此，制动鼓在正向、反向旋转时两制动蹄均为领蹄，故称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于这种制动器在汽车前进和倒退时的性能不变，故广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后轮。但用作后轮制动器时，需另设中央制动器。3.1.4双从蹄式制动器双从蹄式制动器的两蹄片各有一个固定支点，而且两固定支点位于两蹄片的不同端，并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片，其结构形式与单向双领蹄式相反。双从蹄式制动器的制动效能稳定性最好，但因制动效能最低，所以很少采用。3.1.5单向增力式制动器如图3.2(e)所示，两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。当汽车前进时，第一制动蹄被单活塞的制动轮缸推压到制动鼓的内圆柱面上。制动鼓靠摩擦力带动第一制动蹄转过一小角度，进而经顶杆推动第二制动蹄也压向制动鼓的工作表面并支承在其上端的支承销上。显然，第一制动蹄为一增势的领蹄，而第二制动蹄不仅是一个增势领蹄，而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一制动蹄的推力P大很多，使第二制动蹄的制动力矩比第一制动蹄的制动力矩大23倍之多。由于制动时两蹄的法向反力不能互相平衡，因此属于一种非平衡式制动器。 虽然这种制动器在汽车前进制动时，其制动效能很高，且高于前述各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。因此，仅用于少数轻、中型货车和轿车上作前轮制动器。3.16双向增力式制动器如图3.2(f)所示，将单向增力式制动器的单活塞制动轮缸换以双活塞式制动轮缸，其上端的支承销也作为两蹄可共用的，则成为双向增力式制动器。对双向增力式制动器来说，不论汽车前进制动或倒退制动，该制动器均为增力式制动器。只是当制动鼓正向旋转时，前制动蹄为第一制动蹄，后制动蹄为第二制动蹄；而反向旋转时，第一制动蹄与第二制动蹄正好对调。第一制动蹄是增势领蹄，第二制动蹄不仅是增势领蹄，而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制动时作用于第二蹄上端的制动轮缸推力起着减小第二蹄与支承销间压紧力的作用。双向增力式制动器也是属于非平衡式制动器。 图3.14给出了双向增力式制动器(浮动支承)的几种结构方案，图3.15给出了双向增力式制动器(固定支点)另外几种结构方案。 双向增力式制动器在高级轿车上用得较多，而且往往将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器，但行车制动是由液压通过制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过纲索拉绳及杠杆等操纵。另外，它也广泛用于汽车中央制动器，因为驻车制动要求制动器正、反向的制动效能都很高，而且驻车制动若不用于应急制动时不会产生高温，因而热衰退问题并不突出。图3.14 双向增力式制动器（浮动支承）的结构方案图3.15双向增力式制动器（固定支点）的结构方案（a）一般形式；（b）浮动形式；（c）中心调整3.2鼓式制动器方案的确定3.2.1制动效能因素制动器的特点是用制动器效能、效能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，双领蹄式次之，领从蹄式更次之，还有一种双从蹄式制动器的效能最低，故极少采用。而就工作稳定性来看，名次排列正好与效能排列相反，双从蹄式最好，增力式最差。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，也受到其他有关因素的影响。例如制动蹄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器效能因数或简称为制动器因数BF(brake factor)来衡量，制动器因数BF可用下式表达：式中，：制动器摩擦副间的摩擦力，见图3.2； N1，N2：制动器摩擦副间的法向力，对平衡式鼓式制动器和盘式制动器：N1=N2f制动器摩擦副的摩擦系数； P鼓式制动器的蹄端作用力(见图3.2)，盘式制动器衬块上的作用力。基本尺寸比例相同的各种内张型鼓式制动器以及盘式制动器的制动器因数BF与摩擦系数f之间的关系如图3.16所示。BF值大，即制动效能好。在制动过程中由于热衰退，摩擦系数是会变化的，因此摩擦系数变化时，BF值变化小的，制动效能稳定性就好。 图3.16 制动器因素BF与摩擦系数的关系曲线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双从蹄式制动器制动器因数值愈大，摩擦副的接触情况对制动效能的影响也就愈大。所以，对制动器的正确调整，对高效能的制动器尤为重要。3.2.2本设计中鼓式制动器方案的优选考虑到制动器的效能因素和制动器效能的稳定性，且领从蹄式制动器的蹄片与制动鼓之间的间隙易于调整，便于附装驻车制动装置，所以本设计中轻型货车的后轮采用制动轮缸具有两个等直径活塞的领从蹄式车轮制动器。前轮采用单向双领蹄式制动器（液压驱动，制动轮缸具有两个等直径的活塞）。采用这种结构的前轮制动器与后轮的领从蹄式制动器相匹配，则可较容易地获得所希望的前、后轮制动力分配（，即前轴车轮的制动器制动力大于后轴车轮的制动器制动力），并使前、后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。4 制动过程的动力学参数的计算4.1制动过程车轮所受的制动力汽车受到与行驶方向相反的外力时，才能从一定的速度制动到较小的车速或直至停车。这个外力只能由地面和空气提供。但由于空气阻力相对较小，所以实际外力主要是由地面提供的，称之为地面制动力。地面制动力越大，制动距离也越短，所以地面制动力对汽车制动性具有决定性影响。下面分析一个车轮在制动时的受力情况。（1）地面制动力假设滚动阻力偶矩、车轮惯性力和惯性力偶矩均可忽略图，则车轮在平直良好路面上制动时的受力情况如图4.1所示。图4.1 车轮制动时受力简图是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑动时的摩擦力矩，单位为；是地面制动力，单位为N；为车轮垂直载荷、为车轴对车轮的推力、为地面对车轮的法向反作用力，它们的单位均为N。显然，从力矩平衡得到 （4.1）式中，为车轮的有效半径（m）。地面制动力是使汽车制动而减速行驶的外力，但地面制动力取决于两个摩擦副的摩擦力：一个是制动器内制动摩擦片与制动鼓或制动盘间的摩擦力，一个是轮胎与地面间的摩擦力附着力。（2）制动器制动力在轮胎周缘为了克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力，以符号表示，显然 （4.2）式中：是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。制动器制动力是由制动器结构参数所决定的。它与制动器的型式、结构尺寸、摩擦副的而摩擦系数和车轮半径以及踏板力有关。图4.2给出了地面制动力、车轮制动力及附着力三者之间的关系。当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。开始时踏板力较小，制动器制动力也较小，地面制动力足以克服制动器制动力，而使得车轮滚动。此时，=，且随踏板力增加成线性增加。图4.2 地面制动力、车轮制动力及附着力之间的关系但是地面制动力是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力或最大地面制动力，即 （4.3） （4.4）当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力达到最大地面制动力=,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力不再增加。上述分析表明，汽车地面制动力取决于制动器制动力，同时又受到地面附着力的闲置。只有当制动器制动力足够大，而且地面又能够提供足够大的附着力，才能获得足够大的地面制动力。（3）地面对前、后车轮的法向反作用力图4.3所示为，忽略汽车的滚动阻力偶和旋转质量减速时的惯性阻力偶矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。图 4.3 制动时的汽车受力图因为制动时车速较低，空气阻力可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力、为 （4.5）式中：，为制动强度，汽车所受重力； 汽车轴距；汽车质心离前轴距离；汽车质心离后轴距离； 为汽车质心高度（满载时=920mm）；重力加速度；若在附着系数为的路面上制动，前、后轮都抱死（无论是同时抱死或分别先后抱死），此时。地面作用于前、后轮的法向反作用力为 （4.7）式（4.6）、（4.7）均为直线方程，由上式可见，当制动强度或附着系数改变时，前后轴车轮的地面法向反作用力的变化是很大的，前轮增大，后轮减小。（4）理想的前、后制动器制动力分配曲线汽车总的地面制动力为： (4.8)式中：制动强度；前轴车轮的地面制动力；后轴车轮的地面制动力。由式（4.5）、式（4.6）求得前、后轴车轮附着力： （4.9）前已指出，制动时前、后车轮同时抱死，对附着条件的利用，制动时汽车的方向稳定性均较为有利。此时的前、后轮制动器制动力和的关系曲线，常称为理想的前、后轮制动器制动力分配曲线。在任何附着系数的路面上，前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即 将（4.7）式代入上式，得 （4.10）式中：前轴车轮的制动器制动力，；后轴车轮的制动器制动力，；前轴车轮的地面制动力；后轴车轮的地面制动力；，地面对前、后轴车轮的法向反力；汽车重力；，汽车质心离前、后轴距离；汽车质心高度。消去变量，得 （4.11）如已知汽车轴距、质心高度、总质量、质心的位置 (质心至后轴的距离)，就可用式（4.11）绘制前、后制动器制动力的理想分配关系曲线，简称I曲线。图4.4就是根据式（4.11）绘制的汽车在空载和满载两种工况的I曲线。图4.4 I曲线示意图根据方程组（4.30）的两个方程也可直接绘制I曲线。假设一组值（0.1,0.2,0.3,1.0）,每个值代入方程组（4.30），就具有一个交点的两条直线，变化值，取得一组交点，连接这些交点就制成I曲线，见图4.5。图4.5 理想的前、后制动器制动力分配曲线I曲线时踏板力增长到使前、后车轮制动器同时抱死时前、后制动器制动力的理想分配曲线。前、后车轮同时抱死时，所以I曲线也是前、后车轮同时抱死时，和的关系曲线。在本设计中，轻型货车在满载时的基本数据如下：mm，mm， mm，汽车所受的重力N，同步附着系数=0.4，汽车满载时的质心高度。将以上数据代入（4.10），得=7491.37N，=8698.23N，=18728.43N，=21745.58N。（5）具有固定比值的前、后制动器制动力两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定的常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数，它可表示为 （4.12）式中，为前制动器制动力；为汽车总制动器制动力，为后轮制动器制动力。故，且 （4.13）若用表示，则其为一条直线，此直线通过坐标原点，且其斜率为它是实际前、后制动器制动力实际分配线，简称为线。如图4.6所示。 如图4.6某载货汽车的I曲线和曲线4.2制动距离与制动减速度计算（1）制动距离与制动减速度制动距离与汽车的行驶安全有直接关系，它指的是汽车速度为时，从驾驶员开始操控制动控制装置到汽车完全停住为止所驶过的距离。制动距离与制动踏板力、路面附着条件、车辆载荷、发动机是否结合等许多因素有关。由于各种汽车的动力性不同，对制动效能也提出了不同的要求：一般轿车、轻型货车行驶车速高，所以要求制动效能也高；重型货车行驶速度低，要求就稍微低一点。制动减速度是制动时车速对时间的导数，即。它反映了地面制动力的大小，因此与制动器制动力及附着力有关。在不同的路面上，由于地面制动力为故汽车能达到的减速度（m/s）为若允许汽车的前、后轮同时抱死，则式中：汽车所受重力，N；滑动附着系数；（=0.4）重力加速度， m/s；制动初速度，m/s；代入数据得到=0.49.8=3.92 m/s（2）制动距离的分析 （4.14）式中：制动机构滞后时间，单位s；（0.2s0.45s，计算时取0.3s）制动器制动力增长过程所需的时间，单位s；（一般为0.2s）制动器的作用时间，一般在0.2s0.9s之间；制动初速度，m/s；计算时总质量3.5t以上的汽车取=65km/h=18.1m/s；代入数据得： 6.4m综合国外有关标准和法规：进行制动效能试验时的制动减速度，载货汽车应为3.46.5 m/s；相应的最大制动距离：货车为，式中第一项为反应距离；第二项为制动距离，单位为m；单位为m/s。代入数据得：6.62m显然，故本设计符合要求。4.3同步附着系数与附着系数利用率计算由式(4.13)可表达为 (4.15)上式在图 4.3中是一条通过坐标原点且斜率为(1.)/的直线，是汽车实际前、后制动器制动力分配线，简称线。图4.6中线与I曲线交于B点， B点处的附着系数=,则称为同步附着系数。同步附着系数的计算公式是： （4.16）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，线位于I曲线上方，制动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。(3)当，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。将以下数据mm，mm，汽车所受的重力N，同步附着系数=0.4，汽车满载时的质心高度代入式（4.16），得=0.4612把值代入式(4.15)得：tan=1.168；=49.43为了防止汽车的前轮失去转向能力和后轮产生侧滑，希望在制动过程中，在即将出现车轮抱死但尚无任何车轮抱死时的制动减速度，为该车可能产生的最高减速度。分析表明，汽车在同步附着系数的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为g，即=，为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死时的制动强度，这表明只有在=的路面上，地面的附着条件才得到充分利用。附着条件的利用情况用附着系数利用率(附着力利用率)表示： (4.17)式中：汽车总的地面制动力；G汽车所受重力；制动强度。当=时，=，=1,利用率最高。取=1，则=0.4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，联合国欧洲经济委员会(ECE)的制动法规规定，在各种载荷情况下，轻型汽车在的范围内，前轮均应能先抱死；在车轮尚未抱死的情况下，在的范围内，必须满足0.1+0.85(.0.2)。本设计中， （满足要求）根据所定的同步附着系数，由式（4.10）及式（4.13）得 （4.18） （4.19）进而求得 （4.20） （4.21）当=时：，故，=；=1当时：可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，即。由式（4.6）、式（4.7）、式（4.13）和式（4.15）得 （4.25） （4.26） （4.27）本设计中汽车的值恒定，其值小于可能遇到的最大附着系数，使其在常遇附着系数范围内不致过低。在的良好路面上紧急制动时，总是后轮先抱死。4.4制动器的最大制动力矩为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理地确定前，后轮制动器的制动力矩。最大制动力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。由式(4.10)可知，双轴汽车前、后车轮附着力同时被充分利用或前、后轮同时抱死时的制动力之比为 （4.28）式中：,汽车质心离前、后轴距离；同步附着系数；汽车质心高度。制动器所能产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，即 （4.29）式中：前轴制动器的制动力，；后轴制动器的制动力，；作用于前轴车轮上的地面法向反力；作用于后轴车轮上的地面法向反力；车轮有效半径。对于常遇的道路条件较差，车速较低因而选取了较小的同步附着系数值的汽车，为了保证在的良好的路面上（例如=0.8）能够制动到后轴和前轴先后抱死滑移（此时制动强度），前、后轴的车轮制动器所能产生的最大制动力力矩为 （4.30） （4.31）对于选取较大值的汽车，从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。当时，相应的极限制动强度，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为 (4.32) (4.33)式中：该车所能遇到的最大附着系数；制动强度，由式确定；车轮有效半径。本设计中，同步附着系数的值为0.4，所以应用式（4.24）、（4.25）进行计算。将以下数据mm，mm，汽车所受的重力N，同步附着系数=0.4，汽车满载时的质心高度，车轮有效半径N，。代入式（4.30）、（4.31）中，得NmNm一个车轮制动器的最大制动力矩为上列计算结果的半值。4.5制动器因素与制动蹄因素计算制动器因数BF的表达式，它表示制动器的效能，又称为制动器效能因数。其实质是制动器在单位输入压力或力的作用下所能输出的力或力矩，用于评价不同结构型式的制动器的效能。制动器因数可定义为在制动鼓或制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即 (4.34)式中: 制动器的摩擦力矩；制动鼓或制动盘的作用半径；输入力，一般取加于两制动蹄的张开力(或加于两制动块的压紧力)的平均值为输入力。对于钳盘式制动器，两侧制动块对制动盘的压紧力均为P，则制动盘在其两侧工作面的作用半径上所受的摩擦力为2P（为盘与制动衬块间的摩擦系数），于是钳盘式制动器的制动器因数为 (4.35)对于鼓式制动器（如图4.7所示），设作用于两蹄的张开力分别为、，制动鼓内圆柱面半径即制动鼓工作半径为R，两蹄给予制动鼓的摩擦力矩分别为和，则两蹄的效能因数即制动蹄因数分别为：； （4.36）图 4.7鼓式制动器的简化受力图整个鼓式制动器的制动因数则为 （4.37）当时，则 (4.38)蹄与鼓间作用力的分布，其合力的大小、方向及作用点，需要较精确地分析、计算才能确定。今假设在张力P的作用下制动蹄摩擦衬片与鼓之间作用力的合力N如图26所示作用于衬片的B点上。这一法向力引起作用于制动蹄衬片上的摩擦力为N，为摩擦系数。a，b，c，h，R及为结构尺寸，如图4.7所示。对领蹄取绕支点A的力矩平衡方程，即由上式得领蹄的制动因数为 （4.39）当制动鼓逆转时，上述制动蹄便又成为从蹄，这时摩擦力的方向与图4.7所示相反，用上述分析方法，同样可得到从蹄绕支点A的力矩平衡方程，即由上式得从蹄的制动蹄因数为 （4.40）由式(3.39)可知：当趋近于占bc时，对于某一有限张开力P，制动鼓摩擦力趋于无穷大。这时制动器将自锁。自锁效应只是制动蹄衬片摩擦系数和制动器几何尺寸的函数。通过上述对领从蹄式制动器制动蹄因数的分析与计算可以看出，领蹄由于摩擦力对蹄支点形成的力矩与张开力对蹄支点的力矩同向而使其制动蹄因数值大，而从蹄则由于这两种力矩反向而使其制动蹄因数值小。两者在=0.30.35范围内，当张开力时，相差达3倍之多。图4.8给出了领蹄与从蹄的制动蹄因数及其导数对摩擦系数的关系曲线。由该图可见，当增大到一定值时，领蹄的和均趋于无限大。它意味着此时只要施加一极小张开力，制动力矩将迅速增至极大的数值，此后即使放开制动踏板，领蹄也不能回位而是一直保持制动状态，发生“自锁”现象。这时只能通过倒转制动鼓消除制动。领蹄的和随的增大而急剧增大的现象称为自行增势作用。反之，从蹄的及随的增大而减小的现象称为自行减势作用。图4.8 制动蹄因数及其导数与摩擦系数的关系1.领蹄 2.从蹄在制动过程中，衬片(衬块)的温度、相对滑动速度、压力以及湿度等因素的变化会导致摩擦系数的改变。而摩擦系数的改变则会导致制动效能即制动器因数的改变。制动器因数BF对摩擦系数的敏感性可由来衡量，因而称为制动器的敏感度，它是制动器效能稳定性的主要决定因素，而除决定于摩擦副材料外，又与摩擦副表面的温度和水湿程度有关，制动时摩擦生热，因而温度是经常起作用的因素，热稳定性更为重要。热衰退的台架试验表明，多次重复紧急制动可导致制动器因数值减小50%，而下长坡时的连续和缓制动也会使该值降至正常值的30%。由图4.8也可以看出，领蹄的制动蹄因数虽大于从蹄，但其效能稳定性却比从蹄差。就整个鼓式制动器而言，也在不同程度上存在以BF为表征的效能本身与其稳定性之间的矛盾。由于盘式制动器的制动器因数对摩擦系数的导数()为常数，因此其效能稳定性最好。表4.1给出了不同结构类型制动器的制动器因数或制动器外部因数、，其中凸轮制动器外部因数等于制动器输出力矩（）除以凸轮轴输入力矩；楔型制动器外部因数等于制动器总摩擦力（）除以外部作用力。表4.1 不同类型制动器的制动因素5 制动器的结构及主要零部件设计5.1 鼓式制动器的结构参数（1）制动鼓内径输入力一定时，制动鼓内径越大，则制动力矩越大，且散热能力也越强。但的增大（图5.1）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2030mm，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，以减少制动时的温度。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。图5.1 鼓式制动器主要几何参数制动鼓直径与轮辋直径之比的范围如下：乘用车 =4商用车 =3制动鼓内径尺寸应参考专业标准QC/T3091999制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列。轿车制动鼓内径一般比轮辋外径小125mm.150mm，载货汽车和客车的制动鼓内径一般比轮辋外径小80mm.100mm，设计时亦可按轮辋直径初步确定制动鼓内径（见表5.1）。表5.1 制动鼓最大内径轮辋直径/in121314151620制动鼓最大内径/mm轿车180200240260.货车、客车220240260300320420初选轮辋直径16英寸，则轮辋直径=1625.4mm=406.4mm。而对应的制动鼓最大内径=320，=320/406.4=0.78，满足货车对制动鼓直径与轮辋直径比值的要求。（2）摩擦衬片宽度和包角摩擦衬片宽度尺寸的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些 ，则质量大，不易加工，并且增加了成本。这两个参数加上已初定的制动鼓内径决定了每个制动器的摩擦面积,即 mm （5.1）式中：制动鼓内径（mm）制动蹄摩擦衬片宽度(mm)分别为两蹄的摩擦衬片包角，（）摩擦衬片的包角通常在范围内选取，试验表明，摩擦衬片包角时磨损最小，制动鼓的温度也最低，而制动效能则最高。再减小虽有利于散热，但由于单位压力过高将加速磨损，包角不宜大于120，因为过大不仅不利于散热，而且易使只动作用不平顺，甚至可能发生自锁。摩擦衬片宽度b较大可以降低单位压力，减小磨损，但b的尺寸过大则不易保证与制动鼓全面接触，通常是根据在紧急制动时使其单位压力不超过2.5MP的条件来选择衬片宽度b的。设计时应尽量按擦擦片的产品规格选择b值。另外，根据国外统计资料可知，单个鼓式车轮制动器总的衬片摩擦面积随汽车总质量的增大而增大，（如表5.2所示）。而单个摩擦衬片的摩擦面积A又取决于制动鼓半径R，衬片宽度b及包角，即： （5.2）式中, 是以弧度为单位，当A，R，确定后，由上式也可初选衬片宽b的尺寸。表5.2 制动器衬片摩擦面积汽车类型汽车总质量m/t单个制动器总的衬片摩擦面积/mm轿车100.200200.300客车与货车120.200150.250(多为150.200)250.400300.650550.1000600.1500(多600.1200)制动鼓各蹄摩擦衬片总摩擦面积越大，则制动时产生的单位面积正压力越小，从而磨损也越小。本设计中，摩擦衬片包角，制动蹄摩擦衬片宽度根据QC/T309.1999制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列可取mm。由式（5.2）得cm结果符合表5.2所给出的300.650 cm的要求。由式（5.1）可得 cm（3）摩擦衬片起始角摩擦衬片起始角如图5.1所示。通常是将摩擦衬片布置在制动蹄外缘得得中央。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。（4）制动器中心到张开力作用线的距离在满足制动轮缸或凸轮能够布置在制动鼓内的条件下，应使距离a尽可能地大，以提高起制动效能，初步设计时可暂取左右。128mm（5）制动蹄支承点位置坐标 和应在保证两蹄支承端面不致相互干涉的条件下，使尽可能大而尽可能小（图5.1）。初步设计可取=0.8R左右。=0.8R=0.8160=128mm，取为40mm（6）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。不能单纯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的要求，后者对蹄式制动器非常重要。各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为0.30.5，少数可达0.7。一般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在设计制动器时，并非一定要追求高摩擦系数的材料。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=0.350.40已不成问题。因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，取=0.4可使计算结果接近实际值。另外，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。在本设计中选取=0.4。5.2鼓式制动器主要零部件的设计5.2.1制动蹄乘用车和总质量较小商用车的制动蹄广泛采用T形型钢碾压或钢板冲压焊接制成；总质量较大商用车的制动蹄则多用铸铁，铸钢或铸铝合金制成。制动蹄的结构尺寸和断面形状应保证其刚度好，但小型车用钢板制的制动蹄腹板上有时开有一，两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与制动鼓之间的解除压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。重型汽车制动蹄的断面有工字形，山字形几种。本设计中制动蹄采用T形型钢钢板冲压焊接制成。为了提高效率，增加制动蹄的使用寿命和减小磨损，在总质量较大的商用车的铸造制动蹄靠近张开凸轮一端，设有滚轮或镶装有支持张开凸轮的垫片（图5.2）。图5.2 铸铁制动蹄的结构形式制动蹄腹板和翼缘的厚度，乘用车的约为mm；商用车的约为 mm。摩擦衬片的厚度，乘用车的多为 mm；商用车的多为8 mm以上。衬片可铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许其磨损厚度较大，使用寿命增长，但不易更换衬片；铆接的噪声小。设计时衬片铆接在制动蹄上。5.2.2制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。制动鼓的材料与摩擦衬片的材料相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。制动鼓有铸造和组合式两种。铸造制动鼓多选用灰铸铁铸造，具有机械加工容易、耐磨、热容量大等优点。为防止制动鼓工作时受载变形，常在制动鼓的外圆周部分铸有加强肋，用来加强刚度和散热效果（图5.3a）。制动鼓鼓壁厚的选取主要是从其刚度和强度方面考虑。壁厚取大些也有利于增大其热容量，但实验表明，壁厚由增至20 mm时，摩擦表面的平均最高温度变化并不大。一般铸造制动鼓的壁厚：乘用车为7.12 mm；中，商用车为13.18 mm。制动鼓在闭合一侧外缘可开小孔，用于检查制动器间隙。组合式制动鼓的圆柱部分可以用铸铁铸出，腹板部分用钢板冲压成形（图5.3b）；也可以在钢板冲压的制动鼓内侧，镶装用离心浇铸的合金铸铁组合构成制动鼓（图5.3c）；或主体用铝合金铸成，内镶一层珠光体组成的灰铸铁作为工作表面（图5.3d）。组合式制动鼓的共同特点是质量小，工作面耐磨，并有较高的摩擦系数。图5.3 制动鼓的结构形式5.2.3摩擦衬片摩擦衬片的的材料应该满足如下要求：（1）具有一定的稳定的摩擦因数。在温度、压力升高和工作速度发生变化时，摩擦因数的变化应尽可能小。（2）具有良好的耐磨性。不仅摩擦衬片应有足够的使用寿命，而且对偶摩擦副的磨耗也要求尽可能小。通常要求制动盘的磨耗不大于衬块的1/10。（3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。压缩变形太大影响制动主缸的排量和踏板行程，降低制动灵敏度。膨胀率过大，摩擦衬块和制动盘要产生拖磨，尤其是对鼓式制动器衬片受热膨胀消除间隙后，可能产生咬死现象。（4）制动时不应产生噪声，对环境无污染。（5）应采用对人体无害的摩擦材料。（6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。（7）应将摩擦衬块的导热率控制在一定得范围。要求摩擦衬块在300C加热板上作用30min后，背板的温度不超过190C，防止防尘罩、密封圈过早老化和制动液温度迅速升高。以前制动器摩擦衬片使用的是由增强材料（石棉及其他纤维），粘结剂，摩擦性能调节剂组成的石棉摩阻材料。它有制造容易，成本低，不易刮伤对偶等优点。但由于它又有耐热性能差，摩擦因数随温度升高而降低，磨耗增高和对环境有污染，特别是石棉能致癌，所以已逐渐被淘汰。由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成的半金属磨阻材料，具有较高的耐热性和耐磨性，今年来得到广泛的应用。5.2.4摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能好，不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降；材料的耐磨性好，吸水率低，有较高的耐挤压和耐冲击性能；制动时不产生噪声和不良气味，应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。车轮制动器采用广泛应用的模压材料，它是以石棉纤维为主并与树脂粘结剂、调整摩擦性能的填充剂(由无机粉粒及橡胶、聚合树脂等配成)与噪声消除剂(主要成分为石墨)等混合后，在高温下模压成型的。模压材料的挠性较差，故应按衬片或衬块规格模压，其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料，使衬片或衬块具有不同的摩擦性能和其他性能。带式中央制动器采用编织材料，它是先用长纤维石棉与铜丝或锌丝的合丝编织成布，再浸以树脂粘合剂经干燥后辊压制成。其挠性好，剪切后可以直接铆到任何半径的制动蹄或制动带上。在100C120C温度下，它具有较高的摩擦系数(=0.4以上)，冲击强度比模压材料高45倍。但耐热性差，在200C250C以上即不能承受较高的单位压力，磨损加快。各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.30.5。设计计算中制动器时摩擦系数一般选用=0.30.4。表5.3列出了各种摩擦材料主要性能指标的对比。表5.3 摩擦材料性能对比5.2.5蹄与鼓之间的间隙自动调整装置为了保证制动鼓在不制动时能自由转动，制动鼓与制动衬片之间，必须保持一定间隙。此间隙量应尽可能小，因为制动系的许多工作性能受此间隙影响而变化。使用中因磨损会增大此间隙，过分大的间隙会带来许多不良的后果：制动器产生制动作用的时间增长；各制动器因磨损不同，间隙也不一样，结果导致各制动器产生制动作用的时间不同，即同步制动性能变坏；增加了压缩空气或制动液的消耗量，并使制动踏板行程增加。为保证制动鼓与制动衬片之间在使用期间始终有出设定的间隙量，要求采用间隙自动调整装置。现在鼓式制动器中采用间隙自动调整装置的也日益增多。一般来说，鼓式制动器的设定间隙为0.2mm.0.5mm；盘式制动器的为0.1mm.0.3mm(单侧为0.05mm.0.15mm)。此间隙的存在会导致踏板或手柄的行程损失，因而间隙量应尽量小，考虑到制动过程中摩擦副可能产生热变形和机械变形，因此，制动器在冷却状态下应设的间隙要通过试验来确定。设计中，鼓式制动器的设定间隙为0.2mm.0.5mm，取间隙为0.4mm。鼓式制动器也有采用波尔舍乘用车的制动器间隙调整装置的，摩擦元件可以装在轮缸中，也可以装在制动蹄腹板上。采用这类间隙自调装置时，制动器安装在汽车上后不需要人工精细调整，只需要进行一次完全制动即可调整到设定间隙，并且在行车过程中随时补偿过量间隙。因此，可将这种自调装置称为一次调准式。鼓式制动器间隙自动调整的一般方法：（1）采用轮缸张开装置可采用不同的方法及其响应机构调节制动鼓与摩擦衬片间的间隙。1.借助于装在制动地板上的调整凸轮和偏心支承销，用手调整制动蹄的原始安装位置以得到所要求的间隙。凸轮工作表面螺旋线的半径增量和支承销的偏心量应超过衬片的厚度。2.借助于自动调整装置使制动蹄位于间隙量所要求的原始位置。也可在制动轮刚上采取措施实现工作间隙的自动调整（2）采用凸轮张开装置采用凸轮张开装置时，制动器的工作间隙调整可通过转动凸轮相对于臂的位置来实现，而臂的位置则保持不变。凸轮位置的改变是靠装在臂上的涡轮蜗杆副来实现的，因此臂又称为调整臂（3）采用楔块张开装置该结构的制动器工作间隙是借助于调整套筒，棘爪和调整螺钉进行自动调整。在套筒的外表面上切有螺旋棘齿，而套筒的内孔则为螺孔。朝向套筒一侧的棘爪端面则做成与套筒外表面的螺旋棘齿相配的齿槽。如果在制动时柱塞的行程超过棘齿的轴向螺距，则棘爪移动一个齿。当套筒和柱塞返回原始位置时，棘爪和套筒的相互作用便使套筒转动某一角落，从而使调整螺钉旋出相应的距离。现在的鼓式制动器多采用所谓阶跃式自调装置。5.2.6制动支承装置二自由度制动蹄的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位（见图3.6）。为了使具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支承位置可调。例如采用偏心支承（见图3.8）。支承销由45号钢制造并高频淬火。其支座为可锻铸铁(KTH 37012)或球墨铸铁（QT400.18）。青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。具有长支承销的支承能可靠地保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。在制动底板上附加一压紧装置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在张开机构调整推杆端部开槽供制动蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。5.2.7制动轮缸制动轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的缸体由灰铸铁HT250制成。其缸筒为通孔，需搪磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领蹄式制动器的两蹄则各用一个单活塞制动轮缸推动。设计中前轮的单向双领蹄采用液压驱动并且制动轮缸采用两个等直径的活塞；后轮的领从蹄式鼓式制动器采用液压驱动，制动轮缸采用两个等直径活塞。5.2.8张开机构设计中采用平衡式的凸轮张开机构。凸轮式张开机构的凸轮及其轴是由45号钢模锻成一体的毛坯制造，在机加工后经高频淬火处理。凸轮及其轴由可锻铸铁或球墨铸铁的支架支承，而支架则用螺栓或铆钉固定在制动地板上，为了提高机构的传动效率，制动时凸轮是经过滚轮推动制动蹄张开。滚轮由45号刚制造并高频淬火。6 鼓式制动器的设计计算6.1 驻车制动能力的计算汽车在上坡路上停驻时的受力简图如图6.1所示，由该图可得出汽车上坡停驻时的后轴车轮的附着力为 (6.1)同理可求得汽车下坡停驻时后轴车轮的附着力为 (6.2)图6.1汽车在上坡路上停驻时的受力简图根据后轴车轮附着力与制动力相等的条件可求得汽车在上坡路和下坡路上停驻时的坡度极限倾角，即根据 (6.3)求得汽车在上坡时可能停驻的极限上坡路倾角为 （6.4）汽车在下坡时可能停驻的极限下坡路倾角为 （6.5）一般要求各类汽车的最大停驻坡度不应小于16%20%；汽车列车的最大停驻坡度约为12%左右。为了使汽车汽车能在接近于由上式确定的坡度倾角为的坡路上停驻，则应使后轴上的驻车制动力矩接近于由所确定的极限值（此处不应是因为的缘故，式中的为车轮的有效半径），并保证在下坡路上能停驻的坡度不小于法规规定值。中央驻车制动器的制动力矩上限值为，为后驱动桥的主减速比。设计中，此轻型货车在上坡时可能停驻的极限上坡路倾角为轻型货车在上坡时可能停驻的极限下坡路倾角为6.2 中央制动器的计算设计中中央制动器选取带式。带式中央制动器曾作为中，重型汽车及拖拉机的应急制动装置和驻车制动装置，装在汽车变速器的第二轴上，其主要缺点是发生油污染（固装在发动机及变速器之后），极低的热容量以及需要大的支撑力等，故在现代汽车上很少采用。图6.2带式中央制动器的一般结构对于图6.2所示的带式制动器，其平衡条件为 （6.6）式中：输入力，N； ，制动带力，N； 制动器尺寸，mm； 制动带包角，（）； 摩擦系数； 鼓阻力，摩擦力，N。设计中取=130mm，=15mm，=30mm，=，=0.4，=500N代入式（6.6）得对于简单的带式制动器（=0，=），直接作用在制动带上的制动力或输入力可由下式得出：如图6.2所示的带式制动器，制动鼓顺时针旋转时产生的制动器因数为制动器的灵敏度为6.3压力沿衬片长度方向的分布规律除摩擦衬片因有弹性容易变形外，制动鼓、蹄片和支承也有变形，所以计算法向压力在摩擦衬片上的分布规律比较困难。通常只考虑衬片径向变形的影响，其他零件的影响较小而忽略不计。制动器摩擦材料的摩擦系数及所产生的摩擦力对制动器因数BF有很大的影响，掌握制动提摩擦面上的压力分布规律，有助于正确分析制动器因数。但用解析方法方法精确计算沿蹄片长度方向的压力分布规律比较困难，因为除了摩擦衬片有弹性容易变形外，制动鼓，制动蹄以及支承也会有弹性变形，但与摩擦衬片的变形量相比，则相对很小，故在通常的近似计算中只考虑衬片径向变形的影响，其他零件变形的影响较小，可忽略不计，即通常作如下一些假设：（1）制动鼓，制动蹄为绝对刚性体（2）在外力作用下，变形仅发生在摩擦衬片上（3）压力与变形符合虎克定律制动蹄有一个自由度和两个自由度之分，本设计中前轮所采用的单向双领蹄和后轮所用的领从蹄的蹄片均为绕支承销转动的蹄片，为一个自由度。下面分析具有一个自由度的紧蹄摩擦衬片的径向变形规律。如图6.3（a）所示，制动蹄在张开力P作用下绕支承销点转动张开，设其转角为，则蹄片上某任意点A的位移 = ；图6.3 制动蹄摩擦衬片径向变形分析简图（a）、（b）具有一个自由度的增势蹄；（c）具有两个自由度的增势蹄由于制动鼓刚性对制动蹄运动的限制，则其径向位移分量将受压缩，径向压缩量为由图6.3中的几何关系可知 COS=sin故得径向变形量为： （6.7）由于为常量，而单位压力与变形成正比，故制动蹄摩擦衬片上任意一点的压力可写成： (6.8)式（6.8）表明绕支承销转动的制动蹄摩擦衬片的压力分布规律呈正弦分布，其最大压力作用在连线呈90的径向线上。也可以根据图6.3(b)来分析并简化计算具有一个自由度的增势蹄摩擦衬片的径向变性规律和压力分布规律。此时摩擦衬片在张开力和摩擦力的作用下，绕支承销中心转动角。摩擦衬片表面任意点沿制动提转动的切线方向的变形即为线段在半径延长线上的投影，即线段。由于角很小，可以认为：则所求的摩擦衬片的径向变形为：考虑到，则由等腰三角形可知：代入上式，得摩擦衬片的径向变形和压力变形分别为： (6.9)6.4 制动蹄片上的制动力矩在计算鼓式制动器时，必须查明蹄压紧到制动鼓上的力与所产生的制动力矩之间的关系。为了计算有一个自由度的制动蹄片上的制动力矩，在摩擦衬片表面上取一横向单元面积，并使其位于与轴的交角为处，如图6.4所示。图6.4 制动力矩计算简图若令摩擦衬片的宽度为b，则单元面积为，其中R为制动鼓半径，为单元面积的包角。制动鼓作用在摩擦衬片单元面积的法向力为： （6.10）而摩擦力产生的制动力矩：在由至区段上积分上式，得 （6.11）当法向压力均匀分布时，则有： （6.12）由式(6.11)和式(6.12)可求出不均匀系数式(6.11)和式(6.12)给出的是由压力计算制动力矩的方法，但在实际计算中采用由张开力P计算制动力矩的方法则更为方便。增势蹄产生的制动力矩可表达如下： （6.13）式中：单元法向力的合力； 摩擦力的作用半径。（见图 6.5） 摩擦系数。图6.5 张开力计算简图若已知制动蹄的几何参数及法向压力的大小，便可以用（6.13）算出蹄的制动力矩。如图6.5所示，为了求得力与张开力的关系式，写出制动蹄上力的平衡方程式： （6.14）式中：支承反力在轴上的投影；轴与力的作用线之间的夹角。对式（6.14）求解，得： （6.15）式中：。见图6.5。将（6.15）代入（6.13）得增势蹄的制动力矩为： （6.16）对于减势蹄可类似的表示为： （6.17）为了确定，及，必须求出法向力N及其分量。如果将（见图6.4）看作是它投影在轴和轴上分量和的合力，则根据式（6.10）有： （6.18）式中：。 （6.19）因此 = = =根据（6.11）和（6.13）并考虑到：，则有： = =mm如果顺着制动鼓旋转的制动蹄和逆着制动鼓旋转的制动蹄的和同，显然两种蹄的和值也不同。对具有两蹄的制动器来说，其制动鼓上的制动力矩等于两蹄摩擦力矩之和，即：对于液压驱动的制动器，由于，故所需的张开力为：本设计采用的是液压驱动，所以两蹄片产生的制动力矩为且，N，所以对凸轮张开机构，其张开力可由前述，作用在蹄上的力矩平衡条件得到的方程式求出：计算蹄式制动器时，必须检查蹄有无自锁的可能，由（6.16）得出自锁条件，当该式的分母等于零时，蹄自锁，即蹄式制动器的自锁条件为： （6.20）如果式 （6.21）成立，则不会自锁。代入数据得：符合要求，不会自锁。由式（6.11）和式（6.16）可求出令体表面的最大压力为： （6.22）式中；，R，见图 6.5； ，见图 6.4；摩擦衬片宽度；（=120mm）摩擦系数。（=0.4） 代入数据得MP由式（6.15）得NN6.5 摩擦衬片磨损特性计算摩擦衬片的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动鼓的材质及加工情况，以及衬片本身材质等许多因素的影响，因此在理论上计算磨损特性极为困难。但实验表明，影响磨损特性的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。从能量的观点来说，汽车制动过程即是将汽车的机械能的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了汽车全部动能耗散的过程。此时，由于制动时间很短，实际上热量还来不及散逸到大气中就被制动器所吸收，致使制动器温度升高。这就是所谓的制动器的能量负荷。能量负荷越大，则衬片的磨损越严重。各种汽车的总质量及其制动衬片的摩擦面积各不相同，因而有必要对相对的量最为评价能量负荷的指标。目前，各国常用的指标是比能量耗散率，即单位时间内衬片单位摩擦面积耗散的能量，通常用的计量单位为。比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷。双轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为 （6.23）式中：汽车回转质量换算系数；汽车总质量；，汽车制动初速度与终速度，m/s；计算时总质量3.5t以上的汽车取=km/h（m/s）；制动减速度，m/s，计算时取j=g；制动时间，单位为s；前、后制动器衬片(衬块)的摩擦面积；（mm）制动力分配系数。在紧急制动到时，并可近似地认为，则有 （6.24）把个参数值代入上式得3.06s前轮制动器：W/mm后轮制动器： W/mm由相关标准知，鼓式制动器的比能量耗损率以不大于1.8 W/mm为宜。通过以上计算可知，均符合条件。6.6 制动因素的计算如前所述，通常先通过对制动器摩擦力矩计算分析，再根据其计算式由定义得出制动器因数的表达式。现以分析法求解鼓式制动器且只有一个自由度的制动蹄的制动器因数步骤。（1）定出制动器的基本结构尺寸，摩擦衬片包角及其位置布置参数，并规定制动鼓旋转方向。（2）确定制动蹄摩擦面的压力分布规律，令。（3）在张开力P作用下，确定出最大压力的值，参照图5.5，所对应的圆弧，圆弧面上的半径方向作用的正压力为，摩擦力为，把所有的作用力对点取矩，可得：由此方程式可求出的值。（4）计算沿摩擦衬片全长总的摩擦力矩（5）由导出制动器因数。图 6.6制动蹄摩擦力矩分析计算图6.6.1支承销式领从蹄制动器的制动因数单个领蹄的制动蹄因数： （6.25）单个从蹄的制动蹄因数： （6.26）上两式中 式中：以上各式中的有关结构尺寸参数见图6.7。图6.7 支承销式制动蹄整个制动器因数为 6.6.2支承销式双领蹄制动器的制动因数支承销式双领蹄的制动器制动因数为式中的为单个领蹄的制动蹄因数，可由式（6.25）求得。7 制动器驱动机构分析与计算7.1 驱动机构的方案选择制动驱动机构将来自驾驶员或其他力源的力传给制动器，使之产生制动力矩。根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。而力的传递方式又有机械式，液压式，气压式和气压.液压式的区别，如下表7.1。表7.1制动驱动机构的结构形式制动力源力的传递方式用途型式制动力源工作介质型式工作介质简单制动系（人力制动系）司机体力机械式杆系或钢丝绳仅用于驻车制动液压式制动液部分微型汽车的行车制动动力制动系气压动力制动系 发动机动力空气气压式空气中，重型汽车的行车制动气压.液压式空气，制动液液压动力制动系制动液液压式制动液私服制动系真空伺服制动系 司机体力与发动机动力空气液压式制动液轿车，微，轻，中型汽车的行车制动气压伺服制动系空气液压伺服制动系制动液简单制动单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力作为制动力源，亦称人力制动。其中，又有机械式和液压式两种。机械式完全靠杆系传力，由于机械效率低，传动比小，润滑点多，且难以保证前、后轴制动力的正确比例和左、右轮制动力的均衡，所以在汽车的行车制动装置中已被淘汰。但因其结构简单，成本低，工作可靠，还广泛地应用于中、小型汽车的行车制动装置中。液压式简单制动系（通常简称为液压制动系）用于行车制动装置。液压制动的优点是：作用滞后时间短(0.10.3s)，工作压力高(可达1012MPa)，轮缸尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄张开机构或制动块压紧机构，使之结构简单、紧凑、质量小、造价低；机械效率高。液压制动的主要缺点是：过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡而影响传输，即产生所谓“气阻”，使制动效能减低甚至失效，而当气温过低时（.25C和更低时），由于制动液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及当有局部损坏时，使整个系统都不能继续工作。液压制动曾被广泛应用于乘用车和总质量不大的商用车。动力制动即利用由发动机的动力转化而成，并表现为气压或液压形式的势能作为汽车制动力的全部力源。驾驶员作用于制动踏板或手柄上的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。在简单制动系中的踏板力与其行程间的反比例关系在动力制动系中便不复存在，从而可使踏板力较小且可有适当的踏板行程。气压制动是应用最多的动力制动之一。其主要优点是：操纵轻便，工作可靠，不易出故障，维修保养方便；此外，其气源出供制动外，还可用于其他装置使用。其主要缺点是：必须有空气压缩机、储气筒、制动阀等装置，使结构复杂、笨重、成本高；管路中压力的建立和撤出都较慢，即作用滞后时间长，因而增加了空驶距离和停车距离，为此，在制动阀到制动气室和储气筒的距离过远的的情况下，有必要加设启动的第二级元件继动阀。其主要用于重型汽车上，一部分总质量为9t.11t的重型汽车上也有所采用。用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源而构成的气顶液制动，也是动力制动。它兼有液压制动和气压制动的主要优点。由于其气压系统的管路短，故作用滞后时间也较短，显然，其结构复杂，质量大，造价高，故主要用于重型汽车上，一部分总质量为9t.11t的重型汽车上也有所采用。全液压动力制动系是用发动机驱动油泵产生的液压作为制动力源。其制动系的液压系统与动力转向的液压系统相同，也有开式（常流式）和闭式（常压式）两种。开式（常流式）系统在不制动时，制动液在无负荷状况下由油泵经制动阀到储液罐不断地循环流动，制动时则借助于阀的节流而产生所需的液压进入轮缸。闭式（常压式）回路因平时保持着高液压，故又称常压式。它对制动操纵的反应比开式的快，但对回路的密封要求较高。当油泵出故障时，开式的将立即补气之动作用，而闭式的还有可能利用回路中的蓄能器的液压继续进行若干次制动。故目前汽车用的全液压动力制动系多用闭式（常压式）的。全液压动力制动系除具有一般液压制动系统的有点外，还具有操纵轻便，制动反应快，制动能力强，受气阻影响较小，易于采用制动力调节装置和防滑移装置，及可与动力转向，液压悬架，举升机构及其他辅助设备共用液压泵和储油罐等优点。但其机构复杂，精密件多，对系统的封闭性要求也较高，故并未得到广泛应用。各种形式的动力制动在动力系统失效时，制动作用即全部丧失。伺服制动的制动能源是人力和发动机并用。在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，而在动力伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力（即由伺服制动转变为人力制动）。因此，在中级以上的轿车及轻，中型客，货汽车上得到了广泛的应用。按伺服系统能源的不同，可分为真空伺服制动系、气压伺服制动系和液压伺服制动系。其伺服能源分别为真空能（负气压能），气压能和液压能。真空伺服制动系是利用发动机进气管中节气门后的真空度(负压，一般可达0.050.07 MPa)作动力源，一般的柴油车若采用真空伺服制动系时，则需有专门的真空源由发动机驱动的真空泵或喷吸器构成。气压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，伺服气压一般可达0.60.7 MPa。故在输出力相等时，气压伺服气室直径比真空伺服气室直径小得多。且在双回路制动系中，如果伺服系统也是分立式的，则气压伺服比真空伺服更适宜，因此后者难于使各回路真空度均衡。但气压伺服系统的其他组成部分却较真空伺服系统复杂得多。真空私服制动系多用于总质量在1.1t.1.35t以上的轿车及装载质量在6t以下的轻，中型载货汽车上，气压伺服制动系则广泛用于装载质量为612t的商用车，以及少数几种排量在4.0L以上的乘用车。本设计中采用真空伺服系统来作为制动驱动机构的方案。7.2 制动管路的选择为了提高制动工作的可靠性，应采用分路系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或更多的相互独立的回路，其中有一个回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制动作用。双轴汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路形式。（1）一轴对一轴（II）型，如图7.1a所示，前轴制动器与后桥制动器各用一个回路（“II型”是其形象的简称，下同）。图7.1 分路系统（2）交叉（X）型，如图7.1b所示，前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路。（3）一轴对半半轴（HI）型，如图7.1c所示，两侧前轴制动器的半数轮缸和全部后制动器的轮缸属于一个回路，其余的前轮缸则属于另一个回路。（4）半轴一轮对半轴一轮（LL）型，如图7.1d所示，两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器起作用。（5）双半轴对双半轴（HH）型，如图7.1e所示，每个回路均只对每个前、后制动器的半数轮缸起作用。II型管路的布置较为简单，可与传统的但轮缸鼓式制动器配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别是商用车上用得最广泛对于这种形式，若后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯制动能力。X型的结构也很简单，一回路失效时仍能保持50%的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。此时前，后各有一侧车轮有制动作用，使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。因此，采用这种分路方案的汽车，其主销偏移距应取负值（至20mm），这样，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车的方向稳定性，多用于中、小型轿车。HI、LL、HH型的结构均较II型、X型复杂。LL型和HH型在任意回路失效时，前、后制动力比值均与正常情况相同，剩余总制动力可达正常值的50%左右。HI型单用一轴半回路时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，紧急制动情况下后轮很容易先抱死。综合上述情况，本设计中选用II型回路系统。7.3 液压驱动机构的设计计算7.3.1制动轮缸直径的确定制动轮缸对制动块施加的张开力与轮缸直径和制动管路压力的关系为 （7.1）制动管路液压在制动时一般不超过1012 MPa，对盘式制动器可再高些。压力愈高轮缸直径就愈小，但对管路特别是制动软管及管接头则提出了更高的要求，对软管的耐压性、强度及接头的密封性的要求就更加严格。取=7 MPa。轮缸直径应在标准规定的尺寸系列中选取（HG28651997），具体为： 19mm、22mm、24mm、25m、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm、50mm、55mm。在本设计中选取轮缸直径为22mm，则张开力为N7.3.2制动主缸直径的确定第个轮缸的工作容积为 （7.2）式中：第个轮缸活塞的直径；轮缸中的活塞数目；为第个轮缸活塞在完全制动时的行程；在初步设计时，对鼓式制动器可取=2.02.5mm（取=2.0mm）。由式（7.2）可得1.52ml全部轮缸的总工作容积 （7.3）式中：m为轮缸数目。则 6.08ml制动主缸应有的工作容积为式中：制动软管的变形容积； 全部轮缸的总工作容积。在初步设计时，考虑到软管变形，乘用车制动主缸的工作容积可取为；商用车取。则 7.9ml主缸活塞行程和活塞直径为 （7.4）一般=（0.81.2） ，取=1.1。主缸的直径应符合QC/T3111999中规定的尺寸系列，具体为19mm、22mm、26mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm。则19.6mm取19mm。通常，汽车液压驱动机构制动轮缸与制动主缸缸径之比。在本设计中：符合要求。7.3.3制动踏板力图7.2液压制动驱动机构简图制动踏板力为 (7.5)式中： 主缸活塞直径；制动管路的液压；踏板机构传动比，一般为25；（在本设计中取5）踏板机构及制动主缸的机械效率，可取0.850.95。取0.90代入数据得N踏板力应满足以下要求，乘用车最大踏板力一般为500N，商用车最大踏板力一般为700N。7.3.4制动踏板工作行程式中：主缸中推杆与活塞间的间隙；（取=1.5mm）主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所经过的行程。（取=0.5mm ）代入数据可得最大踏板行程，对乘用车应不大于100150mm，对商用车不大于180mm。最大踏板行程对乘用车不应超过100mm150mm，对商用车不应该超过180mm，制动手柄行程对乘用车不应超过160mm，对商用车不应超过220mm。制动器调整正常时踏板工作行程约为踏板全程的40%60%，以便保证制动管路中获得给定的压力。7.3.5真空助力器的设计计算图7.3所示为液压制动的真空助力器结构图。其伺服气室前，后外壳外缘的接合处与橡胶膜片2压合在一起。带有橡胶膜片2的活塞1将助力缸分为前，后两个腔。前腔A位于助力器与制动主缸相连接的一端，并经真空单向阀与发动机进气歧管长通，使该腔可具有一定的真空度，后腔B内的气压则由橡胶阀座4滑柱10及橡胶反作用盘11等调节。图7.3（b）（d）是工作过程简图。其中图7.3（b）表示当放开放开制动踏板时，在回位弹簧9的作用下，滑柱10和橡胶阀座4保持在右边的位置，这时作为大气阀的滑柱10紧靠橡胶阀4，即大气阀处于关闭位置，使B腔与大气隔绝，而同时又使B腔与A腔相接的通道C，D连通。这时当发动机开始工作，且真空单向阀被吸开后，伺服气室左，右两腔由于与大气隔绝，都会产生一定的真空度。图 7.3 真空助力器结构图1活塞；2膜片；3橡胶阀座；4滑柱；5橡胶反作用盘；6制动主缸推头图7.3（c）表示当制动踏板被踩至某位置时，间隙消失，B腔的真空通道C由作为真空阀的橡胶阀座4关闭，使A，B两腔隔绝，继续下踩制动踏板，使滑柱压紧橡胶反作用盘并使之压缩，滑柱10离开阀座4即B腔的空气阀打开，大气经通道D进入B腔，推动活塞1并通过推杆13推动制动主缸活塞。图7.3（d）表示滑柱10通过橡胶反作用盘11施力于制动主缸活塞的推杆13的同时，真空助力器的家里活塞1前移。通过橡胶反作用盘11的周缘推动制动主缸活塞的推杆，增加对主缸活塞的推力，当橡胶反作用盘11的周缘受压变形量达到时，大气阀关闭，使B腔与大气隔绝，助力器达到新的平衡位置。由于橡胶反作用盘表面各处压力相等，故加力活塞加大的推力与踏板施加于滑柱上的推力成正比，显然，当加大器失效时,仍可借踏板力制动。真空助力器的随动作用是通过橡胶反作用盘5的弹性实现的，在助力器处于平衡状态时，橡胶反作用盘的作用与液压系统的压力相似，即助力器产生的有效助力对反作用盘的压力相等。 （7.6） （7.7）式中：真空助力器的输出力，N；作用控制推杆上的输入力，N；助力器回位弹簧的作用力，N；控制推杆回位弹簧的作用力，N；平衡时前后腔的压力差，MP；前腔的最大真空度，MP（ MP）；膜片的有效面积，mm（mm）；控制阀的套管截面积，mm；（mm）橡胶反作用盘的截面积，mm（mm）；控制活塞面积，mm（mm）；主缸推杆柄部的截面积，mm（mm）；效率系数，一般取0.90.95（）。 上述(7.6)、（7.7）式，即为真空助力器的静特性方程，通过上述公式即可绘制真空助力器的特性曲线，该公式适合于在最大助力点之前的输入输出关系的计算。当助力器达到最大助力点时，前后的气压差达到最大值并等于前腔的真空度（），则 （7.8） 当助力器的输出力超过最大助力点时，前腔的最大真空度保持不变，上式中是一常数，输出力和输入力将同步变化。图 7.4为真空助力器图 7.7为真空助力器在不同的真空度条件下的输入输出特性曲线，一般设计到最大助力点时，对于乘用车制动踏板力可取200250N，商用车可取300450N。图7.4真空助力器的特性曲线8 鼓式制动器主要零部件强度分析8.1 制动蹄支承销剪切应力计算在算得制动器制动蹄片上的法向力制动力矩及后，可求得支承销承受的支承力以及支承销的剪切应力如下式中：A为支承销的截面积 (8.3)也可以用下述方法求得：如图8.3所示，假设假设制动蹄与制动鼓之间的作用力的合力作用点位于制动蹄摩擦衬片的工作表面上，其法向合力与支承销的反力分别平行。如该图所示。图8.3制动蹄支承销剪切应力计算用图对两蹄分别绕中心O点取矩，得 （8.4）一般来说，的值总要大于的值，故仅计算领蹄的支承销的剪切应力即可： （8.5）式中：见图8.3支承销的截面积；摩擦系数；（）许用剪切应力。（材料采用45钢， MP）设计中（支承销直径取为40mm）：1256.6 mm则故满足条件。8.2紧固摩擦片铆钉的剪切应力验算根据式（4.30）和式（4.33）可算出制动蹄的最大制动力矩，。如果已知铆钉的数目、铆钉的直径及材料，即可验算其剪切应力 （8.6）或式中：铆钉材料的许用切应力（采用45#， ）代入数据：，得符合要求。结 论根据设计要求，本设计中采用了前轮采用双领蹄式制动器，后轮采用领从蹄式制动器，驻车制动采用中央带式制动器，紧急制动是驻车制动和行车制动相结合的制动方式。驱动形式采用加真空助力器的液压驱动。设计中制动系的每一部分的的设计均按照相关要求进行，并且进行了验证和校核，在制动距离，制动减速度，制动器主要零部件的选取等等方面均满足要求，达到了设计的预期要求。虽然本设计中在每一个单独的设计部分满足要求，但是汽车是一个相当复杂的整体，在设计过程中对于汽车整个制动性能部分和其它部件的匹配或者影响考虑的不够，所以难免对于汽车的制动性能这一块有一定影响；除此之外，本设计中只是对制动方案的优选并没有对制动方案进行创新，这也由于现今的制动系统日趋成熟的缘故。因此本设计在深度和广度上仍显不足，还需做进一步的研究。参考文献1. 刘惟信编著.汽车制动系的结构分析与设计计算.北京:清华大学出版社,20042. 张洪欣主编.汽车设计.北京：机械工业出版社,19983. 迪特马尔鲍曼；汉尼尔施密特；赫伯特福勒特；弗里德尔凯勒.鼓式制动装置.中国专利:CN1386174，2002.12.184. 行业标准.机械(CSIC.JB). 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Mine Demirsoy.The Effects of Oblique Running and Ideal Motion on Stress Analysis of Bridge Crane Wheels.Journal of Mechanical DesignJ,2006. 谢 辞 经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在毕业设计过程中，得到了罗金良老师的亲切关怀和耐心的指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，罗老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。多少个日日夜夜，罗老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩罗老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。在此谨向罗金良老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在毕业设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到毕业设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!同时我还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们!最后我还要感谢机械工程学院和我的母校南华大学四年来对我的栽培,谢谢你们! 李确 2011.5.30附 录1 英文原文The molding tool CAD gathers the techniqueContents brief summary: Pass to analyze the calculator the assistance inject the mold design with make in the each link commonly shared of technique with information, this text announces to public to inject the mold CAD gathers technical and basic content, and the research heat that put forward it orders with trend.0, prefaceThe molding tool CAD gathers the technique is an important molding tool forerunner manufacturing technique, is the item reforms with the high technique traditional technical and important key in molding tool technique. From 6 5 plan beginning,Our country contain many molding tools business enterprise adoption CAD technique, especially recent years, the technical application in CAD is more and more widespread with thorough, shortened consumedly molding tool design period,Increases to make the mold quantity with the manufacturing ability that complicated molding tool.However, gather to the molding tool CAD because of many business enterprises technique cognition shortage, investment take the blindness, cant produce result nicely,Result in very big and wasted.This text gathers for the plastics molding tool CAD technique and its applications announce some standpoint, provide everybody consults.1, the plastics molding tool CAD gathers techniqueThe manufacturing of the plastics molding tool comtains the construction design of the shape design, molding tool and the number of the analysis, molding tools that include the plastics products control to process( I I , electricity process, the line incises etc.), throw the light with go together with to try the mold and take shape manufacturing etc. quickly.The each link a CAD for involving unit technique has:The shape design( CAD) with the construction, fast anti of the product shape beg( RE), construction analysis with excellent turn the design( CAE), lend support to the manufacturing( CAM) and process the process conjecture imitate true( SIMULATION), product and molding tools take shape( RP) quickly, assistance craft process( CAPP) with product data management technique( PDM) etc.The plastics molding tool CAD gathers technique,Is to gather plastics molding tool manufacturing process a various units for involving technique get up, unify the database to deliver the format with the document, realize the information gather share with the data resources, from but shorten the design manufacturing period of the molding tool consumedly,Increases to make the mold quantity.2, the CAD design of the plastics product begs with fast anti of the shapeThe plastics molding tool that proceed the square one designs the manufacturing is the design of the EU a product.The traditional product design method is a design to product of three is conceive outline to use two I plane chart papers expresses to come out, marking clearly the craft and starting construction the method on the diagram paper,This kind of met hod comes to a decision the simple of a design sketch and cants control to make the quantity directly.The modern design method is a design establish the product directly on the computer of three the model of I , According to the product three I models proceed the molding tool construction the design and excellent turn the design,Design according to the molding tool construction again three I models proceed to process to weave the distance and establishment crafts plan.This kind of method makes product model design, molding tool construction design, process to weave distance and technological designs regard a data as the foundation, realizing the data share,Can not only increases to design the efficiency quickly, but also can guarantee the quantity, decline low cost.The source of the computer EU a product model has three kinds of:Making use of the CAD system software proceeds the product model the design and make use of the real object measures fast anti in proceeding beg to set up the mold and make use of the standard format document of the other the system of CAD.Source method that aim at these three kinds of products model,Have studied every kind of technique now to the design efficiency that increases product model with quantity.The underneath further analyzes every kind of technical content with the characteristics.Making use of the CAD system software proceeds the product model design,Its technique includes primarily two is are several why the sketch draws, two the parameter of is turn the design of the sketch, three i entity shape design, three icharacteristic shape design, three the parameter of is turn the entity shape the design, three i curved face shape design, free shape in space design, the external appearance of the product exaggerates, product of dynamic advertise to design the etc.These softwareses contain many typical representatives.Two the software of is have:ME10, CADKEY, AUTOCAD, DHCAD, Genis, etc. of Sigraph; three the software of is have:UGII, PRO/ E, IDEAS, CATIA, etc. of EUCLID; free shape in product and advertise the software of the design have:Alias, etc. of CDRS.Two is are several why the sketch draws is to make use of the flat surface CAD software draw the spare parts sketch, then replace the handicraft painting with the calculator; but two the parameter of is turn,Then the calculator realizes the sketch changes the deal designs, making modification more convenient; threeishape designs is a true shape that the product that the arithmetic figure turn design, it expressed completely product,Can be further to designs for the molding tool, analysis with processes the mathematics model of the necessity of offering; the free shape in space design is the art of the product shape to design, making product been not only is a function product, but also art article.It is every kind of need that the external appearance of the product exaggerate that product of the result designs, making product more beautiful, the color can attract people more; the dynamic advertisement design of the product is a result that design to make to promote the advertisement directly the product,Proceed the market expansion.Making use of the real object measures fast anti of proceeding beg to set up mold is current investigative a little bit hot of a,It is an important technique that product imitate the type foundation go forward a line of the product modification designs.Its basic principle is to passes three coordinateses measure the machine, laser measure machine or electronicses copy the few to proceed to scan the diagraph to the real object,The data of large quantity that arithmetic figure turn that gets to measures the acquisition orders anti that send into the high class CAD software beg mold piece or appropriative anti beg the software inside, anti beg the software can read directly a data cluster,Combining can proceed the editor, filter, tidy up, beg the to a data cluster, row preface, part modification and reorganization, then automatic born curved face,It is end to acquire together the real object precision is consistent of or computer EU a product model that pass through reforms.This way can increases biggest new product design velocity.Current mature curved face anti beg to set up the mold software has: Surfacer,Cimatronrenge, etc. of Strim100.Make use of the standard format document of the other the system of CAD to set up the mold, this way than convenience.Because the world of the market turns with the technical development in the network of INTERNET,The CAD technique exchanges of the molding tool business enterprise with cooperate to have many pass the CAD document method proceed.Because the CAD system category is more, therefore documentary format must follow the international standard,Such as the DXF, IGES, STEP, VDA, etc. of STL.Pass to read standard format document to establish directly or establish the product model after modifying, since can quickly, deepen the customer and the exchanges of the molding tool factory house,Also can shorten the product the design the period.3, the CAD design of the molding tool and analysisThe CAD design of the molding tool, analysis,Include to divide the type, certain type C according to the product model molding tool of proceeding the design with the type D , molding tool structural and detailed design, the plastics a fills process analysis etc. a few aspects.Make use of the advanced characteristic shape software,such as PRO/ E, etc. of UGII, the very easily certain dividing the type,Born top and bottom mold C with mold D , then the proceeding flows a way, sprinkle a people and cool off the pipe line of arrange etc.Made sure these designses data hereafter, then make use of the molding tool analysis software, Proceed such as the MOLDFLOW, CFLOW the plastics take shape the process analysis.According to the software of MOLDFOLW with it of the material, craft database of plentifulness, pass the importation take shape the craft parameter,Can the development imitate the true analysis plastics to inject in note EU mold C the process flows the circumstance( the plastics with sprinkle a people more inject remits to flow the analysis of AE ), analyze the temperature pressure variety circumstance and analyze to note EU a D remaining should dint etc.,According to analyze the circumstance to the rationality that check the molding tool construction, flow quantity problem etc. of the rationality, product of the appearance.For example whether the esse sprinkles to note the system not reasonable, appear to flow way with sprinkle a position size not appropriate,Cant equilibrium alive with type C ; whether to exsit product construction absurdity or molding tool constructions or not is not reasonable, appearing the product A dissatisfied( namely short shoot the phenomenon); whether to cool off asymmetry or not, the influence produces the efficiency with product quantity;Whether the esse notes the craft of EU wrong, appear the song of CI of the product transform etc.The molding tool passes the CAD the design with analyze, can dissolve mistake at design the stage, increase to try once the mold the success the rate.At plastics molding tool design with analyze to apply many new computer.aideds technique this stage, if the parameter turns technique, characteristic shape technique, database technique etc.There is many standards piece in the plastics molding tool,Turn such as the standard mold a parameter for outing organization, sprinkling noting system, cooling system.etc. can adopting basing on database managing the characteristic shape design method proceed the design or establish the standard a a, like this since can realize the data share,Can satisfy the customer again to the at any time modifying of the design, make the design analysis of the molding tool fast, accurate, efficiently.The parameter turns the characteristic shape can not only describe the product completely then several why sketch information,And can acquire accuracy, material and assemble etc. informations of the product, its a product for establishing model is a kind of apting to handle and can reflect design intention with process the model of the characteristic.Therefore,The parameter turns the characteristic shape technique is an one of the most important technique in process in manufacturing in molding tools.4, the technical application in CAM of the molding tool, process to imitate true and ml;I processing, line incising to process, electricity spark processing to wait.The technique of CAM rises in the type C , type D of the complicated molding tool and the I I of the electrodes process particularly more important function.Its main technique characteristics includes: (1) the O , processes the knife have the track excellent to turn the programming with the instruction of NC creation,(2) the knife has the category, characteristic to establish with the material ,(3) slicing the process the craft parameter to really settle,(4)The commonness slices the to slice with the high speed the characteristic that I process controls,(5) over slice the check with process the superficial accuracy control,(6) processing the computer entity of the process imitate the realistic I ,(7) The computer control number controls the technique of DNC and clusters of the machine bed control the technical and applied etc.Need the CAD specially in technical application in CAM three I product model data.More profession computer plait distance software,such as MASTERCAM, UNIMOD, etc. of CIMATRON, when the plait distance of many curved faces processes have the higher request to the curved face model of the product,Intend with the high accuracy of the curved face to match such as the directional consistency, curved face in U, V of the close together curved face, inclined rate in curved face continuous variety etc.In high class CAD/ the integral whole of CAM turn system,( such as UGII, PRO/ E)Because making use of the parameter turns the characteristic shape design with same database technique, making the type C of the product model data, molding tool have the track data to have got the inside contact with the type D model data, knife,The modification knife of the product model has the track to also modify automatically.The molding tool processes the entity imitates the true technique more and more mature, also is more and more valued by people.It is mimicry machine bed that processing the entity imitate process the process on the computer, can keep the result that view reflect process,Can takes the gauge of directly quantity that after processing spare parts, can check the mistake that process.At check quantity that after processing spare parts, can at the computer is last to process behind of the entity model proceeds the aleatoric EE slices,Measure its size directly with the accuracy.Therefore, it can dissolve mistake at process the stage of craft plait distance design, reduce to repair after processing with return the work, increases consumedly the manufacturing efficiency of the molding tool with quantity.5, plastics product and its molding tools take shape the manufacturing quicklyPlastics product and its molding tools use the computer CAD techniquewdesign after completing, can pass the fleetness take shape the technique make.This is the manufacturing technique of a kind of all new concept, It abandoned the traditional machine processes the method.Its take shape principle is three I CAD entity models are long.lost set up a series of a layer data of the thickness, make use of the laser take shape machine or others take shape the equipments read these datas,Increase the method technique with the material, pile up the each layer to take shape one by one in order.This technique calls the fleetness to take shape the technique automatically.( Rapid Prototype)It is also a CAD to gather the technical importance constitutes the part.The first pedestal takes shape the equipments quickly to bear in the United States a company in 1987, because of its characteristics is to has nothing to do with the complicated degree of the product of the manufacturing, bringing the manufacturing industry the enormous vibration.Henceforth decade,Take shape quickly the technique be flown to develop soon, the category of the equipments also piles up one after another,Turn from the material I the method can is divided into the laser with not the laser burns the knot method( SLS), solid surface layer shape method( SGC), layer a manufacturing method( LOM) and melt to sink to accumulate the method( FDM), district constituency glues the knot method( DSPC), laser spirit to sink to accumulate method( SALD) etc. mutually.Every kind of method characteristics is:The method of SLA is applied at the earliest stage of took shape the technique quickly, the early market occupied the bigger cent sum, but is narrow because of the material scope, the cost is higher, taking shape the piece was of and bore the burthen with applied color the ability low,The recent years was gradually replaced by the other method.The method of FDM because of taking shape the speed quick, the cost is low, get the good application in plastics product profession, because the size of the spare parts is small, accuracy bad,Also suffer certainly of restrict.The method of LOM because of adoption paper or is outline edge that thin slice plastics, the cost is low, and the laser projects light upon each layer only, as a result take shape the speed quick,But the product surface quantity is bad.The method of SLS proceeds to burn the knot with the laser, adoptive material than wide, if the plastics,A anticipates, porcelain and ceramics, metals etc. all can take shape, taking shape the piece is of and bear the burthen with apply color the ability stronger,Have the extensive and applied foreground.The other method also gets the application in some special kinds process.According to above take shape the method characteristics, take shape the technical function quickly to consist in primarily:The manufacturing useds for the design with the on trial product model, make to used for the small the molding tool that batch quantity produce to process with the special spare parts in small batch quantity.Take shape the product model of the technique manufacturing quickly in the aspects of material the ratio tradition processes the product model of the method manufacturing has the difference, But in shape and sizes almost complete similar, and there is certain machine strength, can make the function experiment, handles through surface at the same time, looking similar to true product,Can advertise the propaganda material.Take shape the molding tool of the technique manufacturing quickly,Is a soft material to take shape the mold( the mold of A , wreath oxygen resin mold, rubber mold, low EU orders the metal alloy casts mold etc.) primarily to synthesize the hard type in material C mold with porcelain and ceramics or metals s now.Hard mold in manufacturing the hour can take shape with the fleetness the spare parts makes the female die,Create first the soft mold between wreath oxygen resin mold or other material, sprinkle to note porcelain and ceramics or gypsum molds in soft mold, then sprinkle the steel of steel mold; or sprinkle the admixture that note in soft mold chemistry contain steel powder glue knot,Proceed to burn to become the steel mold.Take shape the steel mold of the technique manufacturing quickly to process after needing further did to throw light etc., make into the small batch quantity produce of note the mold of EU .Because the molding
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