毕业设计（论文）-中型客车气压制动系统改进设计.doc

本科生毕业设计（论文）摘 要国内汽车市场迅速发展，而中型客车是汽车发展的方向。然而随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。因此，如何开发出高性能的制动系统，为安全行驶提供保障是我们要解决的主要问题。另外，随着汽车市场竞争的加剧，如何缩短产品开发周期、提高设计效率，降低成本等，提高产品的市场竞争力，已经成为企业成功的关键。本次设计主要是对中型客车制动系统结构进行分析的基础上，根据对中型客车制动系统的要求，设计出合理的符合国家标准和行业标准的制动系统。制动系统设计是根据整车主要参数和相关车型，制定出制动系统的结构方案，设计计算确定前盘、后鼓式制动器。绘制出了前、后制动器装配图、制动阀装配图、制动管路布置图。最终对设计出的制动系统的各项指标进行评价分析。另外在设计的同时考虑了其结构简单、工作可靠、成本低等因素。结果表明设计出的制动系统是合理的、符合国家标准的。关键词：中型客车；制动；盘式制动器；鼓式制动器；气压系统AbstractThe rapid development of the domestic vehicle market, n.medium bus is an important tendency of vehicle. However, with increasing of vehicle, security issues are arising from increasingly attracting attention, the braking system is one of important systems of active safety. Therefore, how to design a high-performance braking system, to provide protection for safe driving is the main problem we must solve. In addition, with increasing competition of vehicle market, how to shorten the product development cycle, to improve design efficiency and to lower costs, to improve the market competitiveness of products, and has become a key to success of enterprises.Based on the structural analysis and the design requirements of n.medium busbraking system, a braking system design is performed in this thesis, according to the national and professional standards.Through analyzing the main parameters of the entire vehicle, the braking system design starts from determination of the structure scheme. Calculating and determining the main dimension and structural type of the front disc、drum brake，brake master cylinder，and therefore draw the engineering drawings of the front and rear brakes, Brake valve, the diagram of the brake pipelines. Furthermore, each target of the designed system is analyzed for checking whether it meets the requirements. some factors are considered in this thesis, such as simple structure, low costs, and environmental protection, etc. The result shows that the design is reasonable and accurate, comparing with the related national standards.Key words：n.medium bus；disc brake； drum brake；pressure system 目 录第1章 绪 论11.1 汽车制动系统设计的意义11.2 汽车制动系统设计的目的11.3 汽车制动系统设计的要求21.4 汽车制动系统的组成21.6 制动系工作原理3第2章 汽车制动系统设计方案分析52.1 盘式制动器的应用52.2 盘式制动器的优点52.3 盘式制动器结构形式62.3.1 固定钳式盘式制动器62.3.2 浮动钳盘式制动器72.4 鼓式制动器的分类与特点82.4.1 轮缸式制动器的总类与特点82.4.2 凸轮式制动器特点82.5 制动驱动机构的结构型式与选择82.5.1 简单制动系92.5.2 动力制动系92.5.3 伺服制动系102.6 液压分路系统的形式与选择11第3章 制动系统主要参数的确定133.1 中型客车主要技术参数133.2 同步附着系数的的确定133.3 前、后轮制动力分配系数的确定143.4 盘式制动器主要参数的确定143.5 制动器最大制动力的确定153.6 盘式制动器制动因数计算153.7 鼓式制动器的设计计算163.8 鼓式制动效能因素计算173.9 制动器的温升计算173.10 盘式制动器主要零部件的结构设计173.11 鼓式制动器主要零部件的结构设计19第4章 气压制动系统结构设计与分析204.1 气压制动系统结构204.1.1 气压制动回路204.1.2 供能装置214.1.3 控制装置224.1.4 制动气室244.2 气压驱动机构的设计与计算264.2.1 制动气室设计264.2.2 贮气筒274.2.3 空气压缩机的选择27第5章 制动性能评价分析285.1 制动性能评价指标285.2 制动效能285.3 制动效能的恒定性295.4 制动时汽车的方向稳定性295.5 前、后制动器制动力分配305.5.1 地面对前、后车轮的法向反作用力305.5.2 理想的前、后制动器制动力分配曲线305.5.3 实际的前、后制动器制动力分配曲线31第6章 总 论32参考文献33致 谢34附 录135附 录243IV第1章 绪 论汽车制动系是指在汽车上设置的一套制动装置的总称。其功用是：使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行减速、停车或驻车，使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地（包括在斜坡上）驻留不动的机构。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好，制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。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停车，并使汽车在下段坡时保持适当的稳定车速。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，它也有助于汽车在坡路上起步。1.1 汽车制动系统设计的意义制动性直接关系到交通安全，重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生跑偏、侧滑及汽车失去转向能力等情况有关，故汽车的制动性是汽车安全行使的重要保障。由于中型客车的乘坐量较大，高速公路车速的不断提高，适用的路况也很复杂，使用的制动性频繁，所以对汽车的制动性能要求更加严格，再加上频繁的使用制动器会使制动器磨损严重。因此这次中型客车气压制动系统改进设计对提高汽车制动性能有这重要的实际与理论意义。1.2 汽车制动系统设计的目的（1） 通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定中型客车制动系统的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。（2） 达到综合运用所学知识分析汽车基本性能和部件设计的训练，为今后实际工作打下基础。 1.3 汽车制动系统设计的要求为了保证汽车在安全的条件下发挥其高速行驶的能力，制动系统必须满足下列要求:（1）具有良好的制动性能：包括良好的制动性能、制动效能的恒定性、制动时的方向稳定性三方面。其制动效能的评价指标有：制动距离、制动减速度、制动力和制动时间；制动效能的恒定性包括抗“热衰退”和抗“水衰退”能力；制动时的方向稳定性是指制动时保持原有行驶方向的能力，即不“跑偏”、不“甩尾”。 （2）操作轻便：即操纵制动系统所需的力不应过大。 （3）制动平顺性好：制动力矩能迅速而平稳的增加，也能迅速而彻底的解除。 1.4 汽车制动系统的组成任何制动系统都具有以下4个基本组成部分：（1） 供能装置包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。（2） 控制装置包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。（3） 传动装置包括将制动能量传输到制动器的各个部件。（4） 制动器产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系统中的缓速装置。1.5制动系统类型 1）按制动系统的功用分类： （1）行车制动系统使行驶中的汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。 （2）驻车制动系统使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置。(3）第二制动系统在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。 （4）辅助制动系统在汽车下长坡时用以稳定车速的一套装置。 2）按制动系统的制动能源分类： （1）人力制动系统以驾驶员的肌体作为惟一的制动能源的制动系统。 （2）动力制动系统安全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的制动系统。 （3）伺服制动系统兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统。 按照制动能量的传输方式，制动系统又可分为机械式、液压式、气压式和电磁式。1.6 制动系工作原理本设计采用前盘后鼓式、间隙可调式的制动器，由于我设计的制动器为气压制动系统，因此我采用凸轮促动的车轮制动器，并且设计成领从蹄式。 1-1所示 前轮制动器以东风EQ1090E型汽车的凸轮式前轮制动器为例。制动蹄是可锻铸铁的，不制动时由复位弹簧将其拉靠到制动凸轮轴的凸轮上。制动凸轮轴通过支座固定在制动底板上，其尾部花键轴插入制动调整臂的花键中。凸轮制动器制动调节臂的内部为蜗轮蜗杆传动，蜗轮通过花键与凸轮轴相连。正常制动时，制动调整臂体带动蜗杆绕蜗轮轴线转动，蜗杆由带动涡轮转动，从而使凸轮旋转，张开制动蹄起制动作用。 制动调整臂除了具有传力作用外，还可以调整制动器的间隙。当需要调整制动器间隙时，制动调整臂体（也是蜗轮蜗杆传动的壳体）固定不动，转动蜗杆，蜗杆带动蜗轮旋转，从而改变了凸轮的原始角位置，达到了调整目的。 为了防止蜗杆轴自行转动改变制动器间隙，下图a）所示采用的是类似变速器锁定机构的锁止球锁定;b）采用的是锁止套锁定。 下图1-2所示为凸轮式制动器的制动调整臂. 在制动调整臂体和两侧的盖所包围的空腔内装有调整蜗轮和调整蜗杆。单线的调整蜗杆，借助花键套装在蜗杆上，调整蜗轮以内花键与制动凸轮轴的外花键相连接。转动蜗杆，即可在制动调整臂与制动气室推杆的相对位置不变的情况下，通过蜗轮使制动凸轮轴转过一定角度，从而改变制动凸轮的原始角位置。在a）图中，蜗杆轴一端的轴颈上，沿周向右6个均布的凹坑。当蜗杆每转到有一个凹坑对准位于制动调整臂体内的锁止球时，锁止球便在弹簧作用下嵌入凹坑，使蜗杆轴角位置保持不变。在b）图中蜗杆轴与制动调整臂的相对位置是靠锁止套和锁止螺钉来固定的。将具有六角孔的锁止套按入制动调整臂体的孔中，即可转动调整蜗杆。蜗杆每转1/6周，放开锁止套，弹簧5即将锁止套推回与蜗杆六角头结合的左极限位置。后一种锁止装置更为可靠。第2章 汽车制动系统设计方案分析汽车制动系统的设计是一项综合性、系统性的设计，它涉及到制动系统的整体设计和零件设计，设计要求中既体现了对整体的要求，又有对各零件各自性能的要求。对制动系整体性能，除了上面所说的以外，还有使用性能良好，故障少等要求。对零部件除了能实现各自功能外，还要求它与其他组装起来的配合能力，协作能力良好，因此，在制动系统设计前，应先提出制动系统综合设计方案。2.1 盘式制动器的应用盘式制动器尤其是浮动钳式盘式制动器已十分广泛地用于中型客车的前轮。与鼓式后轮制动器配合，也可使后轮制动器较容易地附加驻车制动的驱动机构，兼作驻车制动制动器之用。2.2 盘式制动器的优点1） 热稳定性好。原因是一般我自行增力作用，衬块抹茶表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其中能与蹄的中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退。制动盘的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题。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。制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用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，使系统有较高的可靠性和安全性。5） 尺寸小、质量小、散热良好。6） 压力在制动衬块上的分布比较均匀，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。2.3 盘式制动器结构形式按摩擦副中固定元件的结构，盘式制动器可分为钳盘式和全盘式两大类。钳盘式制动器是由旋转元件（制动盘）和固定元件（制动钳）组成。制动盘是摩擦副中的旋转件，它是以端面工作的金属圆盘。制动钳是由装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中的促动装置组成。制动块是由工作面积不大的摩擦块和金属背板组成。每个制动器中一般有2-4个制动块。全盘式制动器的旋转件也是以端面工作的金属圆盘（制动盘），其固定元件是呈圆盘形的金属背板和摩擦片。工作时制动盘和摩擦片间的摩擦面全部接触。其工作原理犹如摩擦离合器，故亦称为离合器式制动器。全盘式制动器用的较多的是多片全盘式制动器，以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差，结构较复杂。一般只用于重型汽车。在这次设计中采用钳盘式制动器，因此我主要介绍一下钳盘式制动器。按制动钳的结构型式，钳盘式制动器又可分为定钳盘式和浮动钳盘式两种。2.3.1 固定钳式盘式制动器固定钳式盘式制动器如图21 a）所示，其制动钳体固定在转向节上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时，推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种结构型式称为浮动活塞式固定钳式盘式制动器。固定钳盘式制动器在汽车上的应用较浮动钳式的要早，其制动钳的刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件。但由于需采用两个油缸并分置于制动盘的两侧，使结构尺寸较大，布置也较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动产生的热经制动钳体上的油路传到制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果。另外，由于两侧制动块均靠活塞推动，很难兼用于由机械操纵的驻车制动，必须另加装一套驻车制动用的辅助制动钳，或是采用盘鼓结合式后轮制动器，其中作为驻车用的鼓式制动器由于直径较小，只能是双向增力式的。这种“盘中鼓”的结构很紧凑，但双向增力式制动器的调整不方便。图21钳盘式制动器示意图a)固定钳盘式制动器；b)滑动钳盘式制动器；c）摆动钳盘式制动器2.3.2 浮动钳盘式制动器浮动钳盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式分为滑动钳盘式制动器和摆动钳盘式制动器两种，如图21 b)和c)所示。它们的制动油缸都是单侧的，且与油缸同侧的制动块总成为活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成的受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在于与制动盘垂直的平面内摆动。这就要求制动摩擦衬片为楔形的，摩擦表面对其背面的倾斜角为6左右。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀（一般约为1mm）后即应更换。当浮动钳式盘式制动器兼用作行车制动器和驻车制动器时，可不必加设驻车制动用的制动钳，而只需在行车制动钳的液压油缸附近加装一些用于推动液压油缸活塞的驻车制动用的机械传动件即可。浮动钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑，可将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车制动和驻车制动。由于浮动钳没有跨越制动盘的油道和油管，减少了油液的受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少，使冷却条件较好。另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比固定钳式的低3050，汽化的可能性较小。但由于制动钳体为浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦，磨损和噪声。因此设计的中型客车采用浮动钳盘式制动器。2.4 鼓式制动器的分类与特点2.4.1 轮缸式制动器的总类与特点1）领从蹄式制动器特点：1）正向旋转时，是领从体制动器。 2）领蹄具有助势，从蹄具有减势。 3）因轮缸活塞直径相等，是等促动力式制动器 4）轴线对称布置，制动鼓所受法向反力不等，是非平衡式制动器。2）双领蹄式和双向双领蹄式制动器双领蹄式特点：1）因活塞直径和轮缸压力相同，是等促动力式制动器 2）中心对称布置，是平衡式制动器 3）正向是双领蹄制动器倒车时是双从蹄双向双领蹄特点：1）因活塞直径和轮缸压力相同，是等促动力制动器 2）即中心对称，又轴对称，是平衡式制动器 3）前进时，两蹄均为领蹄，倒车时，两蹄仍为领蹄3）双从蹄式制动器特点：1）因活塞直径和轮缸压力相同，是等促动力式制动器 2）即中心对称，又轴对称，是平衡式制动器 3）正向是双从蹄制动器，倒车时为双领蹄4）单向和双向自增力式制动器单向自增力式制动器的特点：1）不等促动力式制动器 2）双向双领蹄，但效能不同 3）单向自增力，非平衡式制动器双向自增力式制动器的特点：1)等促动力式制动器 2）非平衡式制动器 3）双向双领蹄式制动器2.4.2 凸轮式制动器特点特点：1）是领从蹄式制动器 2）是等位移式制动器 3）是非平衡式制动器2.5 制动驱动机构的结构型式与选择制动驱动机构用于将驾驶员或其它力源的力传给制动器，使之产生需要的制动转矩。制动系统工作的可靠性在很大程度上取决于制动驱动机构的结构和性能。所以首先保证制动驱动机构工作可靠性；其次是制动力的产生和撤除都应尽可能快，充分发挥汽车的制动性能；再次是制动驱动机构操纵轻便省力；最后是加在踏板上的力和踩下踏板的距离应该与制动器中产生的制动力矩有一定的比例关系。保证汽车在最理想的情况下产生制动力矩。根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可以分为简单制动、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。2.5.1 简单制动系简单制动系即人力制动系，是靠驾驶员作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源，而力的传递方式又有机械式和液压式两种。机械式的靠杆系或钢丝绳传力，结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，因此仅用于中小型汽车的驻车制动器。由于驻车制动器必须可靠的保证汽车在原地停驻并在任何情况下不致于自动滑行。实现这个功能一般都用机械锁止方式来实现，因为这种方式结构简单、经济性好，所以中级轿车的驻车制动系统几乎都采用了机械传动装置。液压式的简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短(0.1s0.3s)，工作压力大(可达10MPa12MPa)，缸径尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，使之结构简单、紧凑，质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输，即产生所谓“气阻”，使制动效能降低甚至失效；而当气温过低时(-25和更低时)，由于制动液的粘度增大，使工作的可靠性能降低，以及当有局部损坏时，使整个系统都不能继续工作。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型货车和部分中型货车上。但由于其操纵较沉重，不能适应现代汽车提高操纵轻便性的要求，故当前仅多用于微型汽车上，在轿车和轻型汽车早已极少采用。2.5.2 动力制动系动力制动系是以发动机动力形成的气压或液压势能作为汽车制动的全部力源进行制动，而司机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，因此，此处的踏板力较小且可有适当的踏板行程。动力制动系有气压制动系、气顶液式制动系和全液压动力制动系3种。（1）气压制动系气压制动系是动力制动系最常见的型式，由于可获得较大的制动驱动力，且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单、连接和断开均很方便，因此被广泛用于总质量为8t以上尤其是15t以上的载货汽车、越野汽车和客车上。但气压制动系必须采用空气压缩机、储气筒、制动阀等装置，使其结构复杂、笨重、轮廓尺寸大、造价高；管路中气压的产生和撤除均较慢，作用滞后时间较长(0.3s0.9s)，因此，当制动阀到制动气室和储气筒的距离较远时，有必要加设气动的第二级控制元件继动阀(即加速阀)以及快放阀；管路工作压力较低(一般为0.5MPa0.7MPa)，因而制动气室的直径大，只能置于制动器之外，再通过杆件及凸轮或楔块驱动制动蹄，使非簧载质量增大；另外，制动气室排气时也有较大噪声。（2）气顶液式制动系气顶液式制动系是动力制动系的另一种型式，即利用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源的一种制动驱动机构。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9t11t的中型汽车上也有所采用。（3）全液压动力制动系全液压动力制动系除了具有一般液压制动系统的优点外，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。但其结构复杂、精密件多，对系统的密封性要求也较高，并未得到广泛应用，目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。2.5.3 伺服制动系伺服制动系是在人力液压制动系统的基础上加设一套动力伺服制动而形成的，即兼用人体和发动机作为制动能源的制动系统。在正常的情况下，制动能量大部分由动力伺服系统供给，而在动力伺服系统失效时，还可全靠驾驶员供给。伺服制动系统的类型：（1） 按伺服系统的输出力作用部位和对其控制装置的操纵方式不同，伺服制动系统可分为助力式（直接操纵式）和增压式（间接操纵式）两类。前者中的伺服系统控制装置用制动踏板机构直接操纵，其输出力也作用于液压主缸，以助踏板力之不足；后者中的伺服系统控制装置用制动踏板机构直接操纵，其输出力也作用于液压主缸，以助踏板力之不足；后者中的伺服系统控制装置用制动踏板机构通过主缸输出的液压操纵，且伺服系统的输出力与主缸液压共同作用于一个中间传动液缸，使该液缸输出到轮岗的液压远高于主缸液压。（2） 伺服制动系统又可按伺服能量的形式分为真空伺服式、气压伺服式和液压伺服式3种，其伺服能量分别为真空能、气压能和液压能。2.6 液压分路系统的形式与选择为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动架构至少应有两套独立的系统，即应是双回路系统，也就是说应将汽车的全部洗车制动器的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路发生故障失效时，其它完好的回路仍能可靠的工作。下图为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统的5种分路方案图。选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。（a） （b） （c） （d） （e）图22双轴汽车液压双回路系统的5种分路方案图1双腔制动主缸2双回路系统的一个回路3双回路系统的另一分路图22（a）为前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路形式，简称II型。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸鼓式制动器相配合，成本较低。这种分路布置方案在各类汽车上均有采用，但在货车上用得最广泛。图22（b）为前后制动管路曾对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属于一个回路称交叉型，简称X型。其特点是结构也很简单，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。但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，所以多用于中、小型轿车。图23（c）的左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后轮制动器轮缸构成一个独立的回路，而两前轮制动器的另半数轮缸构成另一回路，可看成是一轴半对半个轴的分路形式，简称HI型。图24（d）的两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的式，简称LL型。图25（e）的两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数缸所组成，即前、后轴对前、后半个轴的分路形式，简称HH型。这种形式的双回路制动效能最好。HI，LL，HH型的结构均较复杂。LL型与HH型在任一回路失效时，前、后制动力的比值均与正常情况下相同，且剩余的总制动力可达到正常值的50%左右。HI型单用回路3，即一轴半时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，在紧急制动时后轮极易先抱死。综合各个方面的因素和比较各回路形式的优缺点。选择了II型回路。 第3章 制动系统主要参数的确定3.1 中型客车主要技术参数整车质量：空载时G=4500kg 满载时G=8600kg重心高度：满载时hg=1000mm空载时hg=900mm质心距前轴距离：L=2500mm质心距后轴距离：L=3200mm轮距：4800mm 轴距：L=4800mm车轮滚动半径：r=0.495m轮胎规格：2.0-7.53.2 同步附着系数的的确定客车制动制动力分配系数采用恒定值得设计方法。欲使汽车制动时的总制动力和减速度达到最大值，应使前、后轮有可能被制动同步抱死滑移，这时各轴理想制动力关系为F+F=G F/ F=（L2-G）/(L1-hg)式中：F：前轴车轮的制动器制动力 F：后轴车轮的制动器制动力G：汽车重力L1：汽车质心至前轴中心线的距离L2：汽车质心至后轴中心线的距离hg：汽车质心高度由上式可知，前后轮同时抱死时前、后轮制动器制动力是的函数，如图所示，图上的I曲线即为客车的前后轮同时抱死的前后轮制动器制动力的分配曲线（理想的前后轮制动器制动力分配曲线）。如果汽车前后轮制动器制动力能按I曲线的要求匹配，则能保证汽车在不同的附着系数的路面制动时，前后轮同时抱死.然而，目前大多数汽车的前后制动器制动力之比为定值。常用前制动器制动力与汽车总制动力之比来表明分配的比例，称为制动器制动力分配系数，并以符号 来表示，即= F/ F当汽车在不同值的路面上制动时，可能有以下3种情况。1)当时，线在I线下方，制动时总是前轮先抱死。这是一种稳定工况，但在制动时汽车有可能丧失转向能力，附着条件没有充分利用。2)当时，线在I线上方，制动时总是后轮先抱死，因而容易发生后轴侧滑使汽车失去方向稳定性。3）当=时，前、后轮同时抱死，是一种稳定的工况，但也失去转向能力。前、后制动器的制动器制动力分配系数影响到汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度。要确定值首先要选取同步附着系数。根据汽车知识手册查表，中型客车的同步附着系数取为0.7。3.3 前、后轮制动力分配系数的确定根据公式：=（L+hg）/L得：=（2300+0.751000）/4800=0.625式中 ：同步附着系数L：汽车重心至后轴中心线的距离L：轴距hg:汽车质心高度3.4 盘式制动器主要参数的确定1）制动盘直径D根据制动盘的直径D为轮辋直径的70%79%，因此前轮制动盘直径D取轮辋直径的78%，后轮制动盘直径D取轮辋直径的70%。由于给定中级轿车的轮胎规格为20-7.5，可知轮辋直径为2025.4=508mm所以，制动盘直径D=5080.78=396mm2） 制动盘厚度选择通常，实心制动盘厚度可取为10 mm20 mm；只有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸，即制动盘的厚度取为20 mm50 mm，但多采用20 mm30 mm。本设计采用实心盘，厚度h取为10mm。3）摩擦衬块内半径R1与外半径R2摩擦衬块的外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。根据R2/R11.5通过分析，前盘取摩擦衬块内半径为R1=70mm，外半径为R2=84mm。4）摩擦衬块工作面积A通过查看汽车知识手册和参考相近车型制动衬块的工作面积，本设计前盘制动器面积取A=96cm,厚度均取10mm。3.5 制动器最大制动力的确定为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理的确定前、后轮制动器制动力矩。对于选取较大的各类汽车，应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q，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为T=Z=（L1-qhg）rT=其中 q=L1/（L1+（-）hg）=25000.8/（2500+（0.8-0.7）1000）=0.769则 Tf2max=G*(L1-q*hg)*rr/L2=8600*(2500-0.769*1000)*0.8*495=1228NmTf1max=*Tf2max /(1-)=0.625*1228/(1-0.625)=2047Nm3.6 盘式制动器制动因数计算对于钳盘式制动器，设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2fP，此处f为盘与制动衬块间的摩擦系数f，摩擦系数f一般都取0.350.5之间，因此取f=0.4，于是钳盘式制动器的制动器因数为 20.4=0.83.7 鼓式制动器的设计计算 1）制动鼓直径确定根据制动鼓的直径D为轮辋直径的70%83%，因此后轮制动鼓直径D取轮辋直径的75%。由于取中型客车的轮胎规格为20-7.5，可知轮辋直径为2025.4=508mm所以，制动盘直径D=5080.75=381mm2） 摩擦衬片宽度b和包角摩擦衬片包角=时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处的单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对较少单位压力的作用不大，而且将使制动作用不平顺，容易使制动器发生自锁。因此，包角一般不宜大于。在这次设计中=摩擦衬片宽度尺寸b与制动鼓直径D的比值为，在这里取0.2。所以b=381mm 3）摩擦衬片起始角0一般将衬片布置在制动蹄的中央，即令0。所以0= 4） 制动器中心到张开力P作用线的距离e 在保证轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下，应使距离e尽可能大，以提高制动效能。e=0.8R=0.8mm5） 制动蹄支承销连线至制动器中心值a a=0.8R=0.8 6)支承销中心距2c 2c=2 7)摩擦片摩擦系数=0.350.4 取0.43.8 鼓式制动效能因素计算 1）领蹄效能因数计算1.1压力中心E的角坐标=tg-1=tg-10.4=1.2领蹄的效能因数Kt1=L=42）从蹄制动器效能因数Kt2=3）领从蹄式制动器总效能因数KtKt=Kt1+Kt2=1.24+0.49=1.733.9 制动器的温升计算汽车在制动时，汽车的动能转化为热能，一部分热能传到空气中，一部分则被制动部件吸收，当汽车在水平道路上行驶，紧急制动时辐射到周围介质中的热量很小，热量几乎全部被制动鼓吸收。在这种情况下，从速度va 到完全停车，制动鼓的温升计算公式为：当va=30km/h时，当va=0km/h时，3.10 盘式制动器主要零部件的结构设计1）制动盘制动盘一般用珠光体灰铸铁制成，或用添加Cr，Ni等的合金铸铁制成。制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力，而且承受着热负荷。为了改善冷却效果，钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径向通风槽的双层盘这样可大大地增加散热面积，降低温升约2030，但盘的整体厚度较厚。而一般不带通风槽的轿车制动盘，其厚度约在l0mm13mm之间。制动盘的工0作表面应光滑平整。两侧表面不平行度不应大于0.008mm，制动盘的设计选用珠光体灰铸铁HT250材料。2） 制动钳制动钳由可锻铸铁KTH37012或球墨铸铁QT40018制造，也有用轻合金制造的，例如用铝合金压铸。由于可锻铸铁制造方便，所以制动钳的设计选用可锻铸铁。3）制动块制动块由背板和摩擦衬块构成，两者直接牢固地压嵌或铆接或粘接在一起。制动块选用背板和摩擦衬块粘接在一起。4）摩擦材料制动摩擦材料应只有角而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能要好，不应在温升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降，材料应有好的耐磨性，低的吸水(油、制动液)率，低的压缩率、低的热传导率(要求摩擦衬块么300的加热板上：作用30min后，背板的温度不越过190)和低的热膨胀率，高的抗压、抗打、抗剪切、抗弯购性能和耐冲击性能；制动时应不产生噪声、不产生不良气味，应尽量采用污染小印对人体人害的库擦材料。无石棉材料是以多种金属、有机、无机材料的纤维或粉末代替石棉作为增强材料，其他成分和制造方法与石棉模压摩擦材料大致相同。这种摩擦材料在欧美各国广泛用于轿车的盘式制动器上，已成为制动摩擦材料的主流。基于它的优点，摩擦材料选用无石棉材料。5）制动器间隙制动鼓(制动盘)与摩擦衬片(摩擦衬块)之间在未制动的状态下应有工作作间隙，以保证制动鼓(制动盘)能自由转动。一般，鼓式制动器的设定间隙为0.20.5mm；盘式制动器的为0.10.3mm。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。考虑到在制动过程中摩擦副可能产生机械变形和热变形，因此制动器在冷却状态下应有的间隙应通过试验来确定。另外，制动器在工作过程中会因为摩擦衬片(衬块)的磨损而加大，因此制动器设有间隙自动调整机构。本次设计制动器间隙取0.1mm。3.11 鼓式制动器主要零部件的结构设计1） 制动鼓制动鼓应当有足够强度、刚度和热容量，与摩擦衬片材料相配合，又应当有较高的摩擦因数。制动鼓有铸造的和组合式两种。铸造制动鼓多选用灰铸铁制造，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，用来加强刚度和增加散热效果。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；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；后者主体用铝合金铸成，内镶一层珠光体组成的灰铸铁作为工作面。组合式制动鼓的共同特点是质量小，工作面耐磨，并具有较高的摩擦因数。综上所述，本次设计采用铸造式制动鼓。2） 制动蹄乘用车和总质量较小的商用车的制动蹄，广泛采用T形型钢碾压或用钢板焊接制成；总质量较大的商用车，则多用铸铁或铸钢铸成。制动蹄的断面形状和尺寸应保证其刚度。但总质量较小汽车的钢板制成的制动蹄腹板上往往开一条或两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，其目的是使臣配件磨损较为均匀，并减少制动时的尖叫声。总质量较大的商用车的制动蹄断面有工字形、山字形和字形集中。制动蹄腹板和翼緣的厚度，乘用车的为35mm。本次设计采用钢板焊接制成。3） 制动底板制动底板承受全部制动反力矩，故应有足够的刚度。为此，制动底板都冲压成凹凸起伏状。4）制动蹄回位弹簧制动蹄回位弹簧的拉力应等于制动分泵或制动凸轮推力的1%4%。对于简单非平衡式制动器，只用一根回位弹簧，而对于对称平衡式或简单平衡式的用二根回位弹簧，对于气制动驱动机构，只在凸轮一端装有一根回位弹簧。在设计制动器回位弹簧时，弹簧圈数应尽量取得多些。本次设计采用一根回位弹簧。5） 摩擦材料对汽车制动摩擦材料要求：1、 具有高而稳定的稳定的摩擦系数，热衰退应当较为缓和，不能在温度升到某一数值后摩擦系数骤然下降；2、 耐磨性好；3、 吸水率和洗油率低；4、 有较高的耐挤压强度和冲击强度；5、 制动时不产生噪声和臭气。汽车制动材料目前在鼓式和盘式制动器中广泛应用的是模压材料。其主要成分是石棉纤维，一般约占0.40.7，它能在高温下保持较高的机械强度。还有一种是编织材料，是先用长纤维石棉和铜丝或锌丝制成合丝，编织成布，然后浸渗树脂粘合剂，干燥后经辊压而成。编织材料有很好的挠性，可以由用户自行裁剪后直接铆接到任何半径的制动蹄或制动带上。模压材料挠性较差，故必须在模压过程中即形成各种规格的衬片或衬块具有不同的摩擦性能和其它性能。编织材料在常温下具有较高的摩擦系数（）以上，冲击强度比模压材料高4到5倍，但耐热性差，在200250以上即不能承受较高的单位压力，且磨损较大。故编织材料只是用于轻、中型汽车的鼓式和带式制动器，特别是带式中央制动器。 第4章 气压制动系统结构设计与分析4.1 气压制动系统结构气压制动系统是发展最早的一种动力制动系统。其供能装置和传动装置全部是气压式的。其控制装置大多数是由制动踏板机构和制动阀等气压控制元件组成，又有的在踏板机构和制动阀之间还串联有液压式操纵传动装置。4.1.1 气压制动回路气压制动系统各元件之间的连接管路有3种： 供能管路，供能装置各组成件（如空压机、储气筒）之间和供能装置与控制装置（如制动阀）之间的连接管路； 促动管路，控制装置与制动器促动装置（如制动气室）之间的连接管路； 操纵管路，一个控制装置与另一个控制装置之间的连接管路。如果制动系统中只有一个气压控制装置，即只有一个制动阀，就没有操纵管路。我国生产的中型以上货车或客车一般都采用气压制动系统，其回路和液压制动系统一样采用双回路制动系统。上图为解放CA1091型汽车的双回路气压制动系统示意图。由发动机驱动的双缸活塞式空气压缩机将压缩空气经单向阀首先输入湿储气筒。压缩空气在湿储气筒内冷却并经行油的水分离之后，再分别经两个单向阀金土储气筒的前、后腔。储气筒前腔与串列双腔活塞式的制动阀上腔相连，可以向后制动气室充气。储气筒后腔与制动阀下腔相连，可以向前制动气室充气。此外，储气筒两腔的气压都经三通管分别通向双指针空气压力表中的两个传感器腔，使两个指针分别指示储气筒两腔的气压。而且储气筒后腔还通过器官与调压阀相连，当该腔气压增大到规定值时，调压阀便使空压机空转而停止向储气筒供气。储气筒最高气压为0.8MPa。当踩下制动踏板时，通过拉杆机构操纵制动阀，使制动阀上下两腔的进气口分别与本腔的出气口相通，使储气筒前、后腔的压缩空气得以分别通过制动阀的上、下腔进入后制动气室和前制动气室，从而促动制动器进入工作。当放松制动踏板时，制动阀使制动气室通大气以解除制动。制动气室内建立的气压越高，则制动器所产生的制动力矩越大。故为了保证行车制动的渐进性，制动阀应具有随动作用，即保证制动气室压力与踏板行程成一定的递增函数关系。4.1.2 供能装置气压制动系统的供能装置包括： 产生气压能的空压机和积储气压能的储气筒； 将气压限制在安全范围内的调压阀及安全阀； 改善传能介质（空气）状态的进气滤清器、排气滤清器、管道滤清器、油水分离器、空气干燥器、防冻器等； 在一个回路失效时用以保护其余回路，使其中气压能不受损失的多回路压力保护阀等。1）空压机和调压阀空压机由发动机通过带传动直接驱