ZG1040轻型商用货车制动系（前后制动器）及后悬架设计

.1.1制动系统设计的意义轻型商用货车在当前的使用中非常的普遍，运起货物来不仅便利，还很轻快。而制动系是它很重要的一个系统，它决定着驾驶员的行车安全，它也就是汽车上非常重要的安全组件。目前来看经济发展带动了大量的交通压力，那么人们对于商用货车的安全性、稳定性的要求也就高了起来，此时安全的制动系统就显得尤为重要。由设计要求可知，本次设计的ZGS1041轻型商用货车，需要保证它的制动效能来确保行车的安全可靠性。而回路上的选择则是II双回路的制动管路；当然也需要更加轻便的操纵系统；同时材料的选择应该追求对人没有伤害。驾驶轻型商用货车的时候免不了要频繁的制动，制动系统的差距往往决定了不同的结果，因此制动性能是它很重要的组成部分。当商用货车制动时，因为受到相反摩擦力的原因才可以停下来。对这一个过程的受力进行分析是解决制动情况的有利解决方案，这个过程比较复杂。故可以通过建立相关的模型进行分析，以下这3个方向是分析的主要突破口：1,制动距离与制动减速度之间的制动效能的问题。2,抗热衰退性所代表的制动效能恒定性问题。3,制动时怎样保证汽车的相对稳定性。1、通过对盘式制动器和鼓式制动器的比较，分析出在轻型商用货车上那个更加的适合，分析出它们的优缺点，做到有理有据的取舍。2、轻型商用货车需要的制动力以及其前后分配制动力的确定在一定的条件下，研究汽车必需的制动力，同时把它们适当地分配到前后轮上，精确到前轮和后轮各需要多少的力。3、ZGS1041采用的制动器制动力，摩擦片磨损性能的分析求出制动器的制动力矩后，同时考虑摩擦片和轮胎类型，从而进行摩擦力矩以及摩擦磨损的计算。制动器被誉为车辆安全行驶的安全带，目前拥有摩擦式的液力式的和电磁式这三种。电磁式的造价昂贵，你只能在商用车上看到他的身影，而且被当作车轮制动器来使用，并不受宠。液力式的仅仅在缓速器上得到了推广的机会，摩擦式的则是大家都愿意使用的样式。通过结构的差异性，可以把它划分为鼓式、盘式和带式这三种类型，鼓式制动器是使用最多的制动器，它凭借着造价的优势，而且制动效果非常不错，被众多的车辆选择，本次设计的ZGS1041轻型货车采用的就是双鼓式制动器，不是说盘式的没有优点，只是在本次的预算中鼓式制动器的优势更明显。（a）（b）（c）（d）（e）（f）（d）(e)(f)（a）领从蹄式；（b）单向双领蹄式；（c）双领蹄式；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式图2-1各种类型鼓式制动器根据制动力的不同鼓式制动器分为6种类型（见上图2-1所示）。它们制动效率不同、制动鼓应力大小不同，以及汽车车辆偏转的方向都存在差异。我们将制动蹄张开旋转的方向差异，将它们区分为领蹄和从蹄。旋转方向相同的的是领蹄，相反的则是从蹄。跟重型货车相比轻型车质量比较轻，那么领从蹄的鼓式制动器多被它所使用，盘式的摩擦接触面积大，摩擦生热也就多，使制动系统散热发生困难，一般不经常使用，所以说对于轻型商用货车来说鼓式制动器是不错的选择。现外束型鼓式制动器主要用于中央制动器的设计，ZGS1041轻型商用货车选择内张型鼓式制动器。为了提高在制动时能有效的保证驾驶的安全性，采用两套独立的管路来确保刹车的安全性，这样当一根管路出现问题时，另一根管路还能可靠安全的工作。也就是保证了部分管路失效时，其他的管路能及时的应对突发状况完成刹车。图2.2a为前后轮刹车管路的独立的回路系统，即一轴对一轴的分流式，简称Ⅱ型。能看出来它的管路相当简单，与单轮缸鼓式制动器结合使用非常合适。它们在轻型商用货车上被广泛使用。制动时，如果后面的轮子制动失效，前轮发生锁死后，那么它的制动和转向能力也就失去了。同理当前面轮子制动失效后，将后轮刹车的话，它的制动效果可能会远远地小于预期的目标。图2.2b是两个独立的环形系统，它的前轴车轮和后轴的车轮制动器像一个十字型一样，简称X型。其特点是结构简单，一次回路失效时还有二分之一的制动能力，制动同时它制动时对车辆载荷的适应性很强。因此，对于这样的制动系统，它主销偏置应该为负，当然不平衡的制动力使车轮转动反向，汽车的方向稳定性得到了大大的提高。abcd图2-2四种不同的双回路制动系统图2.2c是当前轮制动器的一半对后制动器所有的轮缸构造出一个独立回路，而前制动器的两个轮缸与后轮剩余的一半构造出另一个回路，将它可视为单轴半轴分流式，简称HI。如图2.2d这样的独立回路由前后制动器一半的气缸构成，前面和后面两个半轴对前面和后面两个半轴的分流式，简称HH。这种类型的制动效率是非常高的。HI，LL，HH，这几种结构比较复杂。LL型和HH型它们有一个发生故障时，它制动力的比值跟正常比有很大差距。LL型的制动水平有正常值的1/8那么多，HH型的也就1/2。HI型一次性回路3(见上图2.2c)，它使用一个半轴的话制动力相当可观，ZGS1041采用a的构造，因为前、后轮独立的双回路也就更加满足制动。本次设计的ZGS1041轻型商用货车整车参数如表3-1表3-1货车整车参数满载时质心距前轴/后轴中心线1562mm/938mm轴距2600mm整车整备质量2000kg前/后轮距1280mm/1246mm满载质量4500kg主减速比5.7空载/满载质心高950mm/730mm最小离地间隙180mm最高车速130km/h制动距离50m全长x全宽x全高4805x1690x20制动系统鼓式制动系轻型商用货车后轴车轮力矩方程式：（3-1）前轴车轮的为：（3-2）式中：代表制动时地面对前轮的法向反力代表制动时地面对后车轮的法向反力是汽车轴距，是汽车质心距前/后轴距离是汽车装满货物的质心高度是汽车所受重力表示汽车质量代表汽车制动减速度图3-1制动时汽车受力图通过上述的分析，当汽车制动时，水平地面对前轴和后轴轮子的法向反力，为（3-3）（（3-4）=qg，q称为制动强度，上述公式变化为：（3-5）（3-6）在附着系数的路面完成制动，当全部轮子抱死时，地面的制动力与ZGS1041前后轮总附着力相等，也和质心的惯性力m相等，故（3-7）整理化简，可得到这个表达式：（3-8）（3-9）则得汽车总的地面制动力为：

（3-10）所以前轮和后轮的附着力表示为：（3-11）（3-12）由（3.4）、（3.5）可以知道在附着力为的地面上，前后轮全抱死，它的表达为：（3-3）（3-14）在上式中：代表前轴车轮的地面制动力代表后轴车轮的地面制动力代表前轴车轮的制动器制动力代表后轴车轮的制动器制动力它们的单位都是N。轻型货车的前轴和后制动器所提供的制动力的比值为：（3-15） 而又是制动力分配系数。可以表达为：（3-16）3.2.1同步附着系数ZGS1041轻型商用货车在路面上刹车时，可能会出现以下三种情况。当时线出现在曲线的下方，在刹车时前轮总是先抱死，保持稳定的工作状态，但失去转向能力；当时线位于曲线上方，线位于弯道上方，在刹车时后轮先抱死，后轮更容易打滑，汽车会失去稳定；当时刹车时它的前后轮都锁死，为了防止刹车时前轮丧失转向能力，后轮出现打滑，车辆在附着系数同步的路面上刹车时，其制动减速度为，，在其他附着系数的路面上刹车时，只要当时后轮会抱死。也就是当在的路面上，地面的附着力才有所显现，附着系数可以代表附着条件发挥水平，而为（3-17）只有当，，这种情况时，它的利用率才最高。目前轻型商用货车的值慢慢在增大，根据相关标准，轿车取，货车一般取最佳。通过对比将此次设计书的值取为=0.70。3.2.2制动力分配系数以及制动器最大制动力的确定1、制动力的分配系数由上式得到：（3-18）L=2600mm汽车满载质心高代入数据：2、制动器最大制动力对于轻型商用货车而言，前轮和后轮都被抱死的制动力表达式：（3-19）制动器产生的制动力矩受到车轮作用，故（3-20）与分别代表前轴、后轴制动器的制动力代表作用于前轴车轮上的地面法向反力代表作用于后轴车轮上的地面法向反力表示车轮的有效半径当时，它的最高制动强度为，那么后轴以及前轴制动力矩为（3-21）（3-22）取0.70，取0.7304，取375单个车轮所需要的最大制动力矩是、的1/2，分别是和。3.3.1鼓式制动器随着制动鼓的直径越大，它的制动力矩也就越大。当然直轮辋内径直接限制它的直径大小，增加了制动鼓的质量也就增大了它的质量，不利于轻型商用货车的乘坐舒适性。当然制动鼓与轮辋之间存在着间隙，便于散热，因此制动鼓直径的尺寸就可以得到。表3-2表示制动鼓最大内径轮辋直径/in1213141516制动鼓内径/mm轿车180200240260货车220240260300320制动鼓，轮辋,in取值为25.4轮辋的直径由轻型商用货车，取（1）包角及宽度b的确定参照同类轻型货车，，这里取,则取包角，表示制动鼓内径表示制动蹄摩擦衬片宽分别为两制动蹄的摩擦衬片包角（3-23）代入数据有则每个制动器的摩擦面积表3-3制动器衬片摩擦面积汽车类别汽车总质量t单个制动器摩擦面积cm2轿车客车与货车（多为）（多为）已知ZGS1041轻型商用货车总质量，由上图知单个制动片摩擦面积在，因此符合设计。（2）摩擦衬片起始角摩擦衬片的起始角如下图所示，摩擦衬片的设计部位位于制动蹄外缘的中央部分，并令领蹄包角和从蹄包角相等为：图3-2鼓式制动器的主要几何参数（3）设张开力到制动器中心距离为a初步设计时可暂取，也就是，可取值为，实际调整为为108mm。制动蹄支销中心的坐标位置与。为了使设计的大一点，可将c设计为，也就是mm。根据实际设计情况在调整到为108。（4）关于摩擦片摩擦系数在ZGS1041轻型商用货车制动器设计中，它的材料不同导致相应的摩擦系数有所区别，一般来说摩擦片材料温度小于250摄氏度时，摩擦系数在=0.35到0.4之间，当选取=0.35时更加的接近实际值。3.4.1关于鼓式制动器设计图3-3张开力计算简图参照《汽车设计》制动器的设计与计算不均匀系数：（3-24）已知忽略制动蹄到制动鼓的间隙有：所以（3-25）（3-26）计算可得使由于（3-27）后轮制动所需力矩；代入下式得张开力前轮制动所需力矩；代入下式得张开力3.5.1鼓式制动器的设计与计算(1)制动鼓轻型商用货车的不平衡度在30~40之间选择，壁厚刚度和强度决定着制动鼓的壁厚，应该是较大的壁厚更有利于增加其热容量，但试验表明，当壁厚从11毫米增加到20毫米时，摩擦面的温度并没有很大变化。轻型商用货车在13mm~18mm之间选择，本次设计采用的轻型商用货车的制动鼓壁厚设计为14mm比较合适。(2)制动蹄轻型商用货车的摩擦衬片厚度一般都是超过8毫米的，将铆接在制动蹄上的方法让他更耐用，能够磨损的厚度更高，使用寿命延长，这次的设计制动蹄腹板的厚度设计成6毫米，摩擦衬片厚度设计成10毫米。(3)制动底板制动器的基础底板为了可以承受它工作时的制动反力矩，它的刚度要足够的大。而钢板冲压下会使刹车底板表现成不平整形状。当刚度不足时大大降低它的制动力矩，导致它的内衬磨损很不均匀，采用45号钢进行设计。（4）制动蹄的支承二自由度的制动屏支架结构非常的简单，采取同轴居中这种构造方案，可以使制动蹄工作面与支承销以及制动鼓工作面具有一个自由度，也确保它的位置是可调的。使用偏心轴承销或偏心轮就是不错的证明。支撑销是由45号钢通过高频淬火而成的，轴承是则是可锻铸铁。制动轮钢作用在制动块上的张开力与轮缸直径和制动管路的压力为（4-1）前轮制动管路压力在8～12MPa之间取值，取12MPa轮缸直径应在标准规定的尺寸系列中选取为14.5mm，16mm，17.5mm，19mm，20.5mm，22mm，24mm，26mm，28mm，30mm，38mm，42mm，46mm，50mm，56mm，取d为19mm同理后轮压力取为10MPa。取d=17.5mm。第个轮缸的工作容量公式：（4-2）此处取mm所以轮钢工作的总体积为,表示轮缸数目，制动主缸应有的工作容积为,式中为制动软管的变形容积，制动主缸的工作容量表示为，对于乘用车;对于商用车。此处取。所以主缸完成一个行程和活塞的直径表示为（4-3）=（0.8～1.2），这里我们让两者相等，即=。故主缸的直径应符合标准规定的尺寸系列中选取为14.5mm，16mm，17.5mm，19mm，20.5mm，22mm，24mm，26mm，28mm，30mm，38mm，42mm，46mm，50mm，56mm，。制动踏板力表示为：（4-4）制动主缸的活塞直径用来表示，由p来表示制动管路的液压，踏板机构的传动比通常由来表示；为做功时的机械效率，的取值为0.82～0.86之间.此处取=4，=0.85。目前轻型商用货车的最大踏板力为700N，所以制动踏板力可在200N～350N这个范围选择。所以不满足预期，需要增加真空助力器达到预期。（4-5）I取6符合设计预期。制动踏板为（4-6）用表示主缸中推杆与活塞间之间的间隙，它的值为2毫米。用表示主缸活塞的空行程，取值为2mm。代入数据有对于轻型商用货车不应超过180mm，符合设计要求。1，制动距离和制动减速度两者的关系代表制动效能2，抗热衰退性能最能准确描绘出制动效能恒定性3，制动时怎样保证车辆的相对稳定性抗热衰退性能是来描绘恒定性的依据。车辆在高速行驶时进行连续制动和下长坡时进行制动会有大量的热放出。这是由于刹车时将它行驶的动能由制动器吸收后转换为热能导致的，因此在制动器温度升高后，怎样才能保持在常温时的制动效能，是制动器性能好坏的一个标准。在刹车的过程中车辆具有的保持直线行驶的能力，以及沿着弯道行驶的能力，叫做汽车的方向稳定性。制动时跑偏，后轴出现侧滑或前轮转向失去能力这三种情况，当这三种情况发生后，汽车将会偏离当前的行驶方向。也就是说往往通过行驶的方向是否改变来确定车辆的稳定性如何。当车辆制动时，通过它前后轴不同的制动力分配，以及载荷的多少，不同的路面附着系数和坡度这些差异。也就在足够的制动力时，分三种情况讨论的制动情况：1、当前轮先抱死拖滑时，后轮抱死拖滑。2、当后轮先抱死拖滑时，前轮抱死拖滑。3、前后轮同时抱死拖滑。根据相关参数以及制动力的差异，制动力的分配曲线如下图所示：1、当I线与β线相交时，=0.7时，此时前后