目 錄第一章 緒 論 31.1 課題研究的目的與意義 31.2 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 41.3 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的功用與組成 41.4 本課題設(shè)計(jì)要求 61.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法 6第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定 62.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 62.2 鼓式制動(dòng)器的選擇 .72.3 制動(dòng)器工作間隙的確定 .82.4 制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇 .82.5 制動(dòng)管路的選擇 .102.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 .10第 3 章 制動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 113.1 制動(dòng)力分析 113.2 制動(dòng)力的分配 .143.2.1 同步附著系數(shù) .143.2.2 最大制動(dòng)力矩計(jì)算 153.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù) .15第四章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 164.1 制動(dòng)器的類(lèi)型 .174.2 主要參數(shù)的確定 .174.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) 174.2.2 摩擦片摩擦系數(shù) 184.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算 .194.3.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力 194.3.2 鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩 .194.3.3 磨損特性計(jì)算 214.3.4 手動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)的計(jì)算 .224.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .234.4.1 制動(dòng)鼓 .234.4.2 制動(dòng)塊 .244.4.3 摩擦材料 .24第五章 三維模型的建立 245.1 制動(dòng)鼓模型 .245.2 制動(dòng)塊模型 .255.3 制動(dòng)器殼體模型 .275.4 制動(dòng)器總裝配圖模型 .28結(jié) 論 29致 謝 31參 考 文 獻(xiàn) 32第一章 緒 論1.1 課題研究的目的與意義伴隨著社會(huì)的發(fā)展科技的進(jìn)步，汽車(chē)已成為人民生活中不可或缺的一部分。而制動(dòng)系統(tǒng)則是每一輛汽車(chē)必備的系統(tǒng)，如今中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展從而使得中國(guó)的公路建設(shè)逐漸形成交通運(yùn)輸網(wǎng)。而且國(guó)家為了滿(mǎn)足人們的需求，為生活帶來(lái)方便對(duì)于高速公路的限速也越來(lái)也高，部分路段已經(jīng)達(dá)到 120Km/h。而對(duì)于車(chē)廠來(lái)說(shuō)研發(fā)出高性能，速度快的汽車(chē)更是目前趨勢(shì)。但是無(wú)論速度多快，可以在緊急情況下緊急停車(chē)及減速才是最重要的。因?yàn)檫@關(guān)系到人身的安全。在每一輛車(chē)上市及量產(chǎn)之前都必須對(duì)汽車(chē)進(jìn)行可靠性道路測(cè)試及國(guó)家法規(guī)申報(bào)，而這些項(xiàng)目中必不可少的是制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)距離的測(cè)試。這就是制動(dòng)器的作用。對(duì)于任何一輛汽車(chē)來(lái)說(shuō)兩套獨(dú)立的制動(dòng)機(jī)構(gòu)是必不可少的。主要包含行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)兩種。行車(chē)制動(dòng)裝置主要是用于行駛中的汽車(chē)在遇到各種路況及緊急情況時(shí)可以減速或者停車(chē)。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的腳踏板來(lái)控制。而駐車(chē)制動(dòng)主要是車(chē)輛在停止熄火，或者半坡啟動(dòng)時(shí)為避免汽車(chē)溜車(chē)而采取的制動(dòng)裝置。目前的駐車(chē)制動(dòng)裝置主要有手動(dòng)駐車(chē)、電子駐車(chē)、自動(dòng)駐車(chē)等等幾種。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的手動(dòng)操作或者車(chē)輛的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些山區(qū)或者坡路上駐車(chē)制動(dòng)是必不可少的。此外在一些特殊車(chē)輛上還有應(yīng)急制動(dòng)、輔助制動(dòng)等等機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)，這些都是為了保證車(chē)輛及人身的安全，因此對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)及制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究尤為重要。是汽車(chē)的必備系統(tǒng)。1.2 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展從汽車(chē)誕生時(shí)起，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)在車(chē)輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來(lái)，隨著車(chē)輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車(chē)行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來(lái)越明顯。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)種類(lèi)很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動(dòng)裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來(lái)逐漸消耗車(chē)輛所具有的動(dòng)能，以達(dá)到車(chē)輛制動(dòng)減速，或直至停車(chē)的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)，汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動(dòng)力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)，無(wú)法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動(dòng)真空泵為真空助力器提供真空。目前的制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展不僅僅限于制動(dòng)器，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)液壓助力的制動(dòng)器給駕駛員的操縱帶來(lái)了方便。但是駕駛員的操縱不當(dāng)扔回帶來(lái)隱患。比如在冰面或濕滑的路面上，急剎車(chē)會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛打滑甚至翻車(chē)。因此為避免這種情況的出現(xiàn)在制動(dòng)系統(tǒng)的研究中加入了防抱制動(dòng)系統(tǒng)，即(ABS)系統(tǒng)。它可以在汽車(chē)緊急剎車(chē)自動(dòng)分配汽車(chē)制動(dòng)力，避免汽車(chē)打滑。目前車(chē)輛防抱制動(dòng)控制系統(tǒng)(ABS) 已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并且在各種汽車(chē)上的到了廣泛的應(yīng)用。但是這種系統(tǒng)只是一份輔助安全保護(hù)系統(tǒng)，因此在駕駛過(guò)程中還必須要控制車(chē)速，正確駕駛，合適合理利用汽車(chē)制動(dòng)器。總之，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展是和汽車(chē)性能的提高及汽車(chē)結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)代的汽車(chē)運(yùn)用電子控制技術(shù)的發(fā)展已成為趨勢(shì)，越來(lái)越多的電子控制、液壓控制系統(tǒng)運(yùn)用到了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中。汽車(chē)也在向著智能化。安全化發(fā)展。更加方便的為人們的生活提供方便。1.3 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的功用與組成一般輕型貨車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)主要由下面的 3 個(gè)部分組成：(1)動(dòng)力裝置：也就是為制動(dòng)器提供動(dòng)力能源，主要的動(dòng)力源有氣動(dòng)裝置，液壓裝置，電機(jī)控制等幾種；(2)傳動(dòng)裝置：包括把制動(dòng)能量傳遞到制動(dòng)器的各個(gè)部件，主要通過(guò)管路及電子線(xiàn)路進(jìn)行傳動(dòng)；(3)制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車(chē)輛運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件，也包括輔助制動(dòng)系統(tǒng)中的部件，如手剎；。制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē)；在下坡行駛時(shí)，使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速；使汽車(chē)可靠的停在原地或坡道上。制動(dòng)系統(tǒng)的一般工作原理是，利用與車(chē)身(或車(chē)架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車(chē)輪(或傳動(dòng)軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。而制動(dòng)器就是實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能的主要部件。制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用汽車(chē)上用作車(chē)輪制動(dòng)器或緩速器；液力式制動(dòng)器一般只作緩速器。目前廣泛應(yīng)用的仍為摩擦式制動(dòng)器。一般制動(dòng)器都是通過(guò)其中的固定元件對(duì)旋轉(zhuǎn)元件施加制動(dòng)力矩，使后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時(shí)依靠車(chē)輪與地面的附著作用，產(chǎn)生路面對(duì)車(chē)輪的制動(dòng)力以使汽車(chē)減速。凡利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩的制動(dòng)器都成為摩擦制動(dòng)器摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為盤(pán)式、鼓式和帶式三種。帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器；鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示：圖 1-1 制動(dòng)器分類(lèi)1.4 本課題設(shè)計(jì)要求對(duì)于不同車(chē)型，不同的制動(dòng)器有著不同的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)本設(shè)計(jì)的汽車(chē)制動(dòng)器而言主要的設(shè)計(jì)要求如下：（1）所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器各項(xiàng)性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)要滿(mǎn)足國(guó)家技術(shù)指標(biāo)要求及法規(guī)認(rèn)證的要求；（2）制動(dòng)器要求足夠的制動(dòng)能效，在車(chē)輛各種使用工況下可以滿(mǎn)足車(chē)輛所需的制動(dòng)力，保證車(chē)輛可以減速及緊急制動(dòng)；（3）制動(dòng)器的工作要可靠，有足夠的耐久性。在車(chē)輛三包期及后期的使用過(guò)程中可以保證制動(dòng)性能；（4）制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單且便于維護(hù)，以便降低制造成本，提高制動(dòng)效能及時(shí)間；1.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法（1）通過(guò)查閱圖書(shū)館及電子資料了解制動(dòng)器的工作原理及基本設(shè)計(jì)思路，為后期的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；（2）通過(guò)主機(jī)廠及 4S 店的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)了解鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及主要零部件工作性能；（3）根據(jù)基礎(chǔ)車(chē)型的主要參數(shù)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、操縱力矩、摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算；（4）利用計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)合整車(chē)的布置及參數(shù)繪制制動(dòng)器二維總裝圖及主要零部件圖；（5）根據(jù)繪制的二維圖形對(duì)鼓式制動(dòng)器進(jìn)行三維建模，通過(guò)建模了解制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)；（6）整理計(jì)算及資料、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及三維數(shù)模完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文的編寫(xiě)；第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計(jì)參考的車(chē)型為長(zhǎng)安星卡貨車(chē)，裝載質(zhì)量是兩噸，采用兩軸的布置方案。驅(qū)動(dòng)形式為 4×2 的平頭式貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)。而貨車(chē)一般采用鼓式后制動(dòng)器；同時(shí)結(jié)合本設(shè)計(jì)的車(chē)型及實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器類(lèi)型為行車(chē)制動(dòng)機(jī)駐車(chē)制動(dòng)中用到的鼓式制動(dòng)器；針對(duì)制動(dòng)力的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，本設(shè)計(jì)的類(lèi)型選擇為液壓機(jī)械機(jī)構(gòu)。2.2 鼓式制動(dòng)器的選擇鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車(chē)制動(dòng)器，當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)汽車(chē)上。但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降，因此在近三十年中，在轎車(chē)領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)類(lèi)汽車(chē)中使用。鼓式制動(dòng)器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車(chē)（停車(chē)）制動(dòng)組合在一起，凡是后輪為鼓式制動(dòng)器的汽車(chē)，其駐車(chē)制動(dòng)器也組合在后輪制動(dòng)器上。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車(chē)上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車(chē)踏板拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動(dòng)器的杠件擴(kuò)展制動(dòng)蹄，起到停車(chē)制動(dòng)作用，使得汽車(chē)不會(huì)溜動(dòng)；松開(kāi)鋼拉索，回位彈簧使制動(dòng)蹄恢復(fù)原位，制動(dòng)力消失。典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵） 、回位彈簧、定位銷(xiāo)等零部件組成。底板安裝在車(chē)軸的固定位置上，它是固定不動(dòng)的，上面裝有制動(dòng)蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷(xiāo)，承受制動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓都有一對(duì)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上有摩擦襯片。制動(dòng)鼓則是安裝在輪轂上，是隨車(chē)輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)蹄壓迫制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓受到摩擦減速，迫使車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。l.領(lǐng)蹄 2.從蹄 3、4.支點(diǎn) 5.制動(dòng)鼓 6.制動(dòng)輪缸圖 2-1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器示意圖圖為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器示意圖，設(shè)汽車(chē)前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。沿箭頭方向看去，制動(dòng)蹄 1 的支承點(diǎn) 3 在其前端，制動(dòng)輪缸 6 所施加的促動(dòng)力作用于其后端，因而該制動(dòng)蹄張開(kāi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向相同。具有這種屬性的制動(dòng)蹄稱(chēng)為領(lǐng)蹄。與此相反，制動(dòng)蹄 2 的支承點(diǎn) 4 在后端，促動(dòng)力加于其前端，其張開(kāi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向相反。具有這種屬性的制動(dòng)蹄稱(chēng)為從蹄。當(dāng)汽車(chē)倒駛，即制動(dòng)鼓反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹄 1 變成從蹄，而蹄 2 則變成領(lǐng)蹄。這種在制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，都有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的制動(dòng)器即稱(chēng)為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。結(jié)合本設(shè)計(jì)參考車(chē)型特點(diǎn)及思路，本設(shè)計(jì)中的制動(dòng)器形式選用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器；2.3 制動(dòng)器工作間隙的確定 制動(dòng)蹄在不工作的原始位置時(shí)，其摩擦片與制動(dòng)鼓間應(yīng)有合適的間隙，其設(shè)定值由汽車(chē)制造廠規(guī)定，一般在 0.25～0.5mm 之間。任何制動(dòng)器摩擦副中的這一間隙( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)制動(dòng)器間隙)如果過(guò)小，就不易保證徹底解除制動(dòng)，造成摩擦副拖磨；過(guò)大又將使制動(dòng)踏板行程太長(zhǎng)，以致駕駛員操作不便，也會(huì)推遲制動(dòng)器開(kāi)始起作用的時(shí)刻。但在制動(dòng)器工作過(guò)程中，摩擦片的不斷磨損將導(dǎo)致制動(dòng)器間隙逐漸增大。情況嚴(yán)重時(shí)，即使將制動(dòng)踏板踩到下極限位置，也產(chǎn)生不了足夠的制動(dòng)力矩。因此，制動(dòng)器需要對(duì)間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)中的工作間隙初始設(shè)定為 0.25mm；2.4 制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將來(lái)自駕駛員或其他力源的力傳給制動(dòng)器，使之產(chǎn)生制動(dòng)力矩。根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)三大類(lèi)。而力的傳遞方式又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓.液壓式的區(qū)別，如下表 2.1。表 2.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動(dòng)力源 力的傳遞方式型式 制動(dòng)力源 工作介質(zhì)型式 工作介質(zhì)用途機(jī)械式 桿系或鋼絲繩僅用于駐車(chē)制動(dòng)簡(jiǎn)單制動(dòng)系（人力制動(dòng)系） 司機(jī)體力液壓式 制動(dòng)液 部分微型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)氣壓式 空氣氣壓動(dòng)力制動(dòng)系空氣氣壓.液壓式空氣，制動(dòng)液動(dòng)力制動(dòng)系液壓動(dòng)力制動(dòng)系發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)液液壓式 制動(dòng)液中，重型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)真空伺服制動(dòng)系空氣氣壓伺服制動(dòng)系空氣私服制動(dòng)系 液壓伺服制動(dòng)系司機(jī)體力與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)液液壓式 制動(dòng)液 轎車(chē)，微，輕，中型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)簡(jiǎn)單制動(dòng)單靠駕駛員施加的踏板力或手柄力作為制動(dòng)力源，亦稱(chēng)人力制動(dòng)。其中，又有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式完全靠桿系傳力，由于機(jī)械效率低，傳動(dòng)比小，潤(rùn)滑點(diǎn)多，且難以保證前、后軸制動(dòng)力的正確比例和左、右輪制動(dòng)力的均衡，所以在汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)裝置中已被淘汰。但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作可靠，還廣泛地應(yīng)用于中、小型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)裝置中。液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系（通常簡(jiǎn)稱(chēng)為液壓制動(dòng)系）用于行車(chē)制動(dòng)裝置。液壓制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間短(0.1～0.3s)，工作壓力高 (可達(dá) 10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄張開(kāi)機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低；機(jī)械效率高。液壓制動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：過(guò)度受熱后，部分制動(dòng)液汽化，在管路中形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻” ，使制動(dòng)效能減低甚至失效，而當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)（.25 C 和更低時(shí)） ，由于制?動(dòng)液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓制動(dòng)曾被廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)和總質(zhì)量不大的商用車(chē)。真空伺服制動(dòng)系是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門(mén)后的真空度(負(fù)壓，一般可達(dá)0.05～0.07 MPa)作動(dòng)力源，一般的柴油車(chē)若采用真空伺服制動(dòng)系時(shí)，則需有專(zhuān)門(mén)的真空源—由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動(dòng)系是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動(dòng)力源，伺服氣壓一般可達(dá) 0.6～0.7 MPa。故在輸出力相等時(shí)，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動(dòng)系中，如果伺服系統(tǒng)也是分立式的，則氣壓伺服比真空伺服更適宜，因此后者難于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。真空私服制動(dòng)系多用于總質(zhì)量在 1.1t.1.35t 以上的轎車(chē)及裝載質(zhì)量在 6t 以下的輕，中型載貨汽車(chē)上，氣壓伺服制動(dòng)系則廣泛用于裝載質(zhì)量為 6～12t 的商用車(chē)，以及少數(shù)幾種排量在 4.0L 以上的乘用車(chē)。本設(shè)計(jì)中采用真空伺服系統(tǒng)來(lái)作為制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。2.5 制動(dòng)管路的選擇為了提高制動(dòng)工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車(chē)的所有行車(chē)制動(dòng)器的液壓或氣壓管路分為兩個(gè)或更多的相互獨(dú)立的回路，其中有一個(gè)回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動(dòng)作用。雙軸汽車(chē)的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)有以下常見(jiàn)的五種分路形式。（1）一軸對(duì)一軸（II）型、交叉（X）型、一軸對(duì)半半軸（ HI）型、半軸一輪對(duì)半軸一輪（LL）型、雙半軸對(duì)雙半軸（HH）型等；如下圖所示：圖 2.2 分路系統(tǒng)II 型管路的布置較為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的但輪缸鼓式制動(dòng)器配合使用，成本較低，目前在各類(lèi)汽車(chē)特別是商用車(chē)上用得最廣泛對(duì)于這種形式，本設(shè)計(jì)中選用 II 型回路系統(tǒng)。2.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定在制動(dòng)器設(shè)計(jì)中本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基于長(zhǎng)安星卡輕型貨車(chē)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考車(chē)型主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 2.1 制動(dòng)系統(tǒng)整車(chē)參數(shù)空載 滿(mǎn)載整車(chē)質(zhì)量1685kg 2185kga b質(zhì)心位置1.35m 1.25m空載 滿(mǎn)載 軸 距質(zhì)心高度0.95m 0.85m 2.6m最高車(chē)速 車(chē)輪工作半徑 輪 胎 同步附著系數(shù)其 他120km/h 370mm 175/70R14 85H =0.60?在汽車(chē)制動(dòng)性能有重要影響的制動(dòng)系參數(shù)有：（1）制動(dòng)力及其分配系數(shù)；（2）同步附著系數(shù)；（3）制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩與制動(dòng)器因數(shù)；在本設(shè)計(jì)也主要圍繞這些參數(shù)對(duì)長(zhǎng)安輕型卡車(chē)的制動(dòng)器進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與建模。第 3 章 制動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 制動(dòng)力分析汽車(chē)受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小的車(chē)速或直至停車(chē)。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對(duì)較小，所以實(shí)際外力主要是由地面提供的，稱(chēng)之為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)距離也越短，所以地面制動(dòng)力對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性具有決定性影響。（1）地面制動(dòng)力假設(shè)滾動(dòng)阻力偶矩、車(chē)輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車(chē)輪在平直良好路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況如圖 3.1 所示。圖 3.1 車(chē)輪制動(dòng)時(shí)受力簡(jiǎn)圖是車(chē)輪制動(dòng)器中摩擦片與制動(dòng)鼓或盤(pán)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力矩，單位為T(mén)?； 是地面制動(dòng)力，單位為 N； 為車(chē)輪垂直載荷、 為車(chē)軸對(duì)車(chē)輪的Nm?xbFWpF推力、 為地面對(duì)車(chē)輪的法向反作用力，它們的單位均為 N。z顯然，從力矩平衡得到（3.1）xbTFr??式中， 為車(chē)輪的有效半徑（m） 。r地面制動(dòng)力是使汽車(chē)制動(dòng)而減速行駛的外力，但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)間的摩擦力，一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。（2）制動(dòng)器制動(dòng)力在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱(chēng)為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)表示，顯然F?（3.2）TFr??式中： 是車(chē)輪制動(dòng)器摩擦副的摩擦力矩。制動(dòng)器制動(dòng)力 是由制動(dòng)器T? F?結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動(dòng)器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車(chē)輪半徑以及踏板力有關(guān)。圖 3.2 給出了地面制動(dòng)力、車(chē)輪制動(dòng)力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，首先消除制動(dòng)系間隙后，制動(dòng)器制動(dòng)力開(kāi)始增加。開(kāi)始時(shí)踏板力較小，制動(dòng)器制動(dòng)力 也較小，地面制動(dòng)力 足以克服制動(dòng)器制動(dòng)力 ，而F?xbFF?使得車(chē)輪滾動(dòng)。此時(shí)， = ，且隨踏板力增加成線(xiàn)性增加。xb圖 3.2 地面制動(dòng)力、車(chē)輪制動(dòng)力及附著力之間的關(guān)系但是地面制動(dòng)力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動(dòng)力 ，即F?maxbF≤ （3.3）xbzF??（3.4）maxzb當(dāng)制動(dòng)踏板力上升到一定值時(shí)，地面制動(dòng)力 達(dá)到最大地面制動(dòng)力 =xbFxbF,車(chē)輪開(kāi)始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動(dòng)踏板力以及制動(dòng)管路壓力的F?繼續(xù)升高，制動(dòng)器制動(dòng)力 繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動(dòng)力F?不再增加。xb上述分析表明，汽車(chē)地面制動(dòng)力 取決于制動(dòng)器制動(dòng)力 ，同時(shí)又受到xbFF?地面附著力 的閑置。只有當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力 足夠大，而且地面又能夠提供F? ?足夠大的附著力 ，才能獲得足夠大的地面制動(dòng)力。（3）地面對(duì)前、后車(chē)輪的法向反作用力圖 3.3 所示為，忽略汽車(chē)的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車(chē)在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。圖 3.3 制動(dòng)時(shí)的汽車(chē)受力圖因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車(chē)速較低，空氣阻力 可忽略不計(jì)，則分別對(duì)汽車(chē)前后輪接地wF點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力 、 為1z2z12()zgzGbhLFz???????（3.5）式中： ， 為制動(dòng)強(qiáng)度，duzgt?—汽車(chē)所受重力；G—汽車(chē)軸距；L—汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離；1—汽車(chē)質(zhì)心離后軸距離；2—為汽車(chē)質(zhì)心高度；gh—重力加速度；g若在附著系數(shù)為 的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（無(wú)論是同時(shí)抱死或分?別先后抱死） ，此時(shí) 。地面作用于前、后輪的法向反作xbduFGgt???或用力為（3.6）12()zgzbhLGF????????式（3.6）為直線(xiàn)方程，由上式可見(jiàn)，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，前后軸車(chē)輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。3.2 制動(dòng)力的分配根據(jù)公式： （3.7）Lhg02????得： 6785.1??3.2.1 同步附著系數(shù)在汽車(chē)整車(chē)結(jié)構(gòu)中，針對(duì)制動(dòng)器有一個(gè)很重要的參數(shù)，即為同步附著系數(shù)，此參數(shù)關(guān)系到整個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)性能。而對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)在同步附著系數(shù) 等于0?路面上的時(shí)才會(huì)抱死不打滑，因此針對(duì)同步附著系數(shù)有以下幾種情況：（1）當(dāng) 時(shí)：這種情況下前輪比后輪先抱死，這時(shí)汽車(chē)失去轉(zhuǎn)向能力；0??（2）當(dāng) 時(shí)：這種情況下后輪比前輪先抱死，這時(shí)汽車(chē)失去穩(wěn)定能力；0?（3）當(dāng) 時(shí)：這時(shí)前后輪同時(shí)抱死，同時(shí)也失去轉(zhuǎn)向能力；0??針對(duì)同步附著系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)參數(shù)，一般情況下轎車(chē) 0.6；0??貨車(chē) 0.5。0??（3.8）20gLh????故取 =0.60?3.2.2 最大制動(dòng)力矩 計(jì)算由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：（3.9）egrqhLGM??)(1max2??式中：Φ——最大附著系數(shù)；q——制動(dòng)強(qiáng)度；——車(chē)輪有效半徑；er——后軸最大制動(dòng)力矩；max2?MG——汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量；L——汽車(chē)軸距；q= = =0.66gha???)(0?85.0)67.(35.1???故后軸 = =1.57 Nmmmax2?M.)8.6. 61后輪的制動(dòng)力矩為 =0.785 Nmm2/1057.6?610?前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?ax1f max2f??610?6前輪的制動(dòng)力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm60?613.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)作用在制動(dòng)鼓半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與施加的力之比為制動(dòng)器因數(shù)，即（3.10）fTBFPR?式中： —制動(dòng)器的摩擦力矩；fT—制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)鼓的作用半徑；R—輸入力，去兩制動(dòng)蹄的平均值。P對(duì)于鼓式制動(dòng)器，當(dāng) 時(shí)，則有 12P?12TBF??根據(jù)受力情況及制動(dòng)蹄之間的作用力繪制受力簡(jiǎn)圖，如下：圖 3.4 受力圖對(duì)領(lǐng)題繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb???（3.11）由上式得到領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為（3.12）1TNfhfBFcPb????????代入?yún)?shù)得： =0.791T當(dāng)制動(dòng)鼓逆轉(zhuǎn)時(shí)，上述制動(dòng)蹄則又成為從蹄，這時(shí)摩擦力 的方向相反，Nf用上述分析方法，同樣可得出從蹄繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb??（3.13）由上式得從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為21TNfhfBFcPb????????（3.14）代入?yún)?shù)得： =0.48 2TBF第 4 章 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器為汽車(chē)機(jī)械液壓助力的鼓式制動(dòng)器，一般情況下安裝在汽車(chē)后輪，針對(duì)汽車(chē)后輪的制動(dòng)力及整車(chē)參數(shù)對(duì)鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合適制動(dòng)器。4.1 制動(dòng)器的類(lèi)型在汽車(chē)制動(dòng)器的發(fā)展過(guò)程中，鼓式制動(dòng)器是最早出現(xiàn)的；要比盤(pán)式制動(dòng)器還早好多年。因此其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而被各類(lèi)汽車(chē)所廣泛應(yīng)用。鼓式制動(dòng)器主要是靠制動(dòng)鼓內(nèi)部的制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓內(nèi)部的摩擦進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)蹄靠液壓機(jī)機(jī)械彈簧的作用可以抱死或放松制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓的接觸，從而使汽車(chē)出現(xiàn)制動(dòng)剎車(chē)。根據(jù)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種類(lèi)型：（1）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹模粋€(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄相反運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（2）雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄嗤?，有兩個(gè)相同的領(lǐng)蹄進(jìn)行相同運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹?，但是為兩個(gè)領(lǐng)蹄相反運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（5）增力式制動(dòng)器：即在傳統(tǒng)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)中加入雙活塞式制動(dòng)輪缸，靠液壓的作用張開(kāi)制動(dòng)蹄使其制動(dòng)；結(jié)合各種制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)及原理，本次設(shè)計(jì)最終采用的是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。4.2 主要參數(shù)的確定4.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)(1)制動(dòng)鼓直徑 D 或半徑 R針對(duì)制動(dòng)鼓與輪輞，在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中兩運(yùn)動(dòng)件之間應(yīng)有一定的間隙，一般情況下不應(yīng)小于 20mm～30 mm，以保證有效的散熱及通風(fēng)，保證車(chē)輛的制動(dòng)性能。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動(dòng)鼓 D 的尺寸。另外，制動(dòng)鼓直徑D 與輪輞直徑 之比的一般范圍為；r轎車(chē) =0.64～0.74/rD貨車(chē) =0.70～0.83/r轎車(chē)制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小 125mm～150 mm 。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及結(jié)構(gòu)參數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 D=240mm 。制動(dòng)鼓外徑 249mm。（2）制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角? 及寬度 b根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及制動(dòng)器主要技術(shù)性能指標(biāo)要求，包角? 通常在?=范圍內(nèi)選取，包角太小容易磨損，太大則不容易散熱，因此本設(shè)計(jì)中90~1o包角選取?= 。?0摩擦成片的寬度及直接影響到整車(chē)的制動(dòng)性能，本設(shè)計(jì)中選取的摩擦片寬度為選取 b=45mm 。（3）摩擦襯片起始角 0?摩擦襯片起始角 通常為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最0大壓力點(diǎn)對(duì)稱(chēng)布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。根據(jù) = -（ /2）=)2/(90?????910?4圖 4.1 制動(dòng)蹄摩擦襯片參數(shù)（4）張開(kāi)力的作用線(xiàn)至制動(dòng)器中線(xiàn)的距離 a在滿(mǎn)足制動(dòng)輪缸或凸輪能布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離 a 盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。在本設(shè)計(jì)中 a=0.8R，求得 a=99.6mm 。4.2.2 摩擦片摩擦系數(shù)摩擦片是整個(gè)制動(dòng)器中最關(guān)鍵的零部件，其性能的指標(biāo)直接影響制動(dòng)器的制動(dòng)性能，因此針對(duì)摩擦片不僅對(duì)結(jié)構(gòu)中的散熱通風(fēng)有要求，同時(shí)對(duì)其耐久，耐老化，高低溫也有很高的要求。而決定摩擦片性能的主要為其摩擦系數(shù)，不同材料有不同的摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 f=0.3。4.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算4.3.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力可根據(jù)圖 4-2 來(lái)分析計(jì)算具有一個(gè)自由度的增勢(shì)蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布規(guī)律。此時(shí)摩擦襯片在張開(kāi)力和摩擦力的作用下，繞支承銷(xiāo)中心轉(zhuǎn)動(dòng) d? 角。摩擦襯片表面任意點(diǎn) 沿制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的切線(xiàn)方向餓變形即為線(xiàn)1A1B段 ，其徑向變形分量是線(xiàn)段 在半徑 延長(zhǎng)線(xiàn)上的投影，即線(xiàn)段 。'B'1O1BC由于 d? 角很小，可以認(rèn)為 =90 則所求的摩擦襯片的徑向變形為'1A?o（4.1'11sinBCd?????）圖 4.2 摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布考慮到 ，則由等腰三角形 可知1OABR??1AOB1/sin/siR???（4.2）代入上式，得摩擦襯片的徑向變形和壓力分別為（4.3）1maxsinRdq???????通過(guò)上式可看出摩擦片的徑向變形和壓力都是關(guān)于張開(kāi)角? 的正弦函數(shù)。4.3.2 鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須建立制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。增勢(shì)蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩 可表達(dá)如下：1Tf（4.4）11TfNL??式中： —摩擦系數(shù)（前面以選擇 0.3） ；f—單元法向力的合力；1N—摩擦力 的作用半徑。1?1f如圖 3-3 求得力 與張開(kāi)力 的關(guān)系式，寫(xiě)出制動(dòng)蹄上力的平衡力方程式：11P10111cos(cosin)'xSNfPaf??????????（4.5）圖 4.3 制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力關(guān)系式中： —支承反力在 軸上的投影；1xS1x— 軸與力 的作用線(xiàn)之間的夾角。1?1N對(duì)式（4.5）求解，得（4.6）??111/'cosinhPff?????????將式（4.6）代入（4.4） ，得增勢(shì)蹄的制動(dòng)力矩 為1Tf= （4.7）??1111/'cosinTfPhff??????????1PB所以增勢(shì)蹄的力矩是關(guān)于 的直線(xiàn)函數(shù)。14.3.3 磨損特性計(jì)算由于汽車(chē)在使用過(guò)程中摩擦襯片是不斷地在與制動(dòng)鼓內(nèi)壁進(jìn)行接觸摩擦，因此對(duì)于制動(dòng)器摩擦片襯片的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的要求，要求其有足夠的耐磨性，同時(shí)針對(duì)使用過(guò)程中的磨損特性對(duì)其進(jìn)行主要參數(shù)計(jì)算：1）比能量耗散率雙軸汽車(chē)的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為（4.8）211()amvetA????（4.9）212()avet式中： ：汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí) ， ；? 02?v1?：汽車(chē)總質(zhì)量；am， ：汽車(chē)制動(dòng)初速度與終速度， / ；計(jì)算時(shí)轎車(chē)取 27.8 /1v2 msm；s：制動(dòng)時(shí)間， ；按下式計(jì)算tst= =27.8/6=4.6jv21?s：制動(dòng)減速度， ， 0.6×10 6 ；j 2/smgj??6.0?2/sm， ：前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積； =7600mm ,質(zhì)量在 1.5—1A2 1A22.5/t 的轎車(chē)摩擦襯片面積在 200-300cm ,2故取 =30000mm22：制動(dòng)力分配系數(shù)。?則 = =5.7?121tAvmea??67.0.48250?2/mw轎車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0 ，故符合要求。2/= =0.7)1(22????tAvmea )67.01(36.4287502???2/mw轎車(chē)鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 1.8 ，故符合要求。2/2）比滑磨功 fL磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過(guò)程中由最高制動(dòng)初速度至停車(chē)所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來(lái)衡量：fL（4.10）][2maxffAvL???式中： ：汽車(chē)總質(zhì)量am：車(chē)輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，?A= =752cm ；?A21??cm27630??2:maxvshk/4/60[ ]：許用比滑磨功，轎車(chē)取 1000J/ ～ 1500J/ 。fL2c2cmL = 1497J/ ≤1000J/ ～ 1500J/f752410?2cm22故符合要求。4.3.4 手動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)的計(jì)算汽車(chē)在上坡路上停駐時(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖 4-5 由該圖得出汽車(chē)上坡停駐時(shí)的后軸附著力為（4.11）????21 1cosincosina ag gGmZLhLh????????同樣求出汽車(chē)下頗停駐的后軸車(chē)輪的附著力為（4.12）??21' cos'in'agmgZLh???根據(jù)后軸車(chē)輪附著力與后輪駐車(chē)制動(dòng)的制動(dòng)力相等的條件可求得汽車(chē)在上坡路和下坡路上停駐的坡度極限傾角 ，即由,?'（4.13）??1cosinsiagamgLhm???求得汽車(chē)在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為（4.14）1arctngLh????代入汽車(chē)參數(shù)，求得 23.22?汽車(chē)在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為（4.15）1'arctngLh????代入汽車(chē)參數(shù)，求得 16.83'???一般要求各類(lèi)汽車(chē)的最大停駐坡度不應(yīng)小于 16%～20%。圖 4.5 駐車(chē)制動(dòng)計(jì)算模型汽車(chē)后軸的單個(gè)后輪駐車(chē)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的最大上限為： T= （4.16）1sin2aemgr?代入汽車(chē)參數(shù)求得 T=760.68 。N?4.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.1 制動(dòng)鼓在制動(dòng)鼓設(shè)計(jì)時(shí)要求其課題有足夠的強(qiáng)度與硬度，保證車(chē)輛的是使用性能，主要的制動(dòng)鼓結(jié)構(gòu)如下：（a）鑄造制動(dòng)鼓；(b),(c)組合式制動(dòng)鼓1- 沖壓成型幅板；2- 鑄造鼓筒；3- 灰鑄鐵內(nèi)鼓筒；4- 鑄鋁合金制動(dòng)鼓圖 4.6 制動(dòng)鼓本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)鼓采用鑄造工藝，鑄造后進(jìn)機(jī)加工而成。針對(duì)壁厚一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：轎車(chē)為 ；中，重型載貨汽車(chē)為 。本次7~12m13~8m設(shè)計(jì)取 10mm,針對(duì)制動(dòng)鼓的材料本次設(shè)計(jì)采用的材料是 HT20-40。4.4.2 制動(dòng)塊針對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)塊，主要由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，二者采用鉚接成型。主要用于結(jié)構(gòu)的摩擦及運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。由于單位壓力和工作溫度高等原因，摩擦襯塊要必須厚度足夠，以便可以抵制摩擦磨損，因此其厚度較大。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知轎車(chē)和輕型車(chē)的厚度在 7.5mm ～16 mm 之間。本設(shè)計(jì)選取為 8mm.4.4.3 摩擦材料根據(jù)用途的而不同摩擦材料也有多種多樣，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的合金材料出現(xiàn)在工業(yè)行業(yè)中。針對(duì)摩擦材料由于其材料摩擦系數(shù)的不同，使用用途也不一樣，在本設(shè)計(jì)中因?yàn)槠湟竽Σ料禂?shù)較高，因此結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。第五章 三維模型的建立5.1 制動(dòng)鼓模型在本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用 CATIA 三維制圖軟件對(duì)制動(dòng)鼓的三維模型進(jìn)行建立，主要的建模步驟如下：（1） 利用 命令繪制草圖，草圖模型如下：（2） 運(yùn)用 凸臺(tái)拉伸命令完成制動(dòng)鼓大致結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下：（3） 運(yùn)用 倒圓角命令對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，完成建模。5.2 制動(dòng)塊模型同樣運(yùn)用 CATIA 三維軟件對(duì)制動(dòng)塊模型進(jìn)行建立，首先繪制草圖，運(yùn)用命令與上述相同，圖紙草圖結(jié)構(gòu)如下：接著運(yùn)用拉伸命令對(duì)草圖進(jìn)行立體拉伸，結(jié)果如下：然后運(yùn)用結(jié)合命令安裝形狀完成模型切割，完成模型繪制，結(jié)果如下：5.3 制動(dòng)器殼體模型運(yùn)用草圖繪制命令，繪制草圖，結(jié)果如下：目 錄第一章 緒 論 31.1 課題研究的目的與意義 31.2 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展 31.3 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的功用與組成 41.4 本課題設(shè)計(jì)要求 51.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法 6第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定 62.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 62.2 鼓式制動(dòng)器的選擇 .62.3 制動(dòng)器工作間隙的確定 .82.4 制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇 .82.5 制動(dòng)管路的選擇 .92.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 .10第 3 章 制動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 113.1 制動(dòng)力分析 113.2 制動(dòng)力的分配 .143.2.1 同步附著系數(shù) 143.2.2 最大制動(dòng)力矩計(jì)算 143.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù) 15第四章 后鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 164.1 制動(dòng)器的類(lèi)型 .164.2 主要參數(shù)的確定 .174.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù) .174.2.2 摩擦片摩擦系數(shù) .184.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算 .184.3.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力 184.3.2 鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩 .194.3.3 磨損特性計(jì)算 .204.3.4 手動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)的計(jì)算 .224.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .234.4.1 制動(dòng)鼓 234.4.2 制動(dòng)塊 244.4.3 摩擦材料 24第 5 章 前鉗盤(pán)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 245.1 盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 .245.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) .255.2.1 制動(dòng)盤(pán)直徑設(shè)計(jì) .255.2.2.制動(dòng)盤(pán)厚度設(shè)計(jì) .255.2.3.摩擦襯塊設(shè)計(jì) .255.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算 .265.4 制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)分析 275.5 制動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)分析 .28第六章 三維模型的建立 296.1 制動(dòng)鼓模型 .296.2 制動(dòng)塊模型 .306.3 制動(dòng)器殼體模型 .316.4 制動(dòng)器總裝配圖模型 .32結(jié) 論 33致 謝 35參 考 文 獻(xiàn) 36第一章 緒 論1.1 課題研究的目的與意義伴隨著社會(huì)的發(fā)展科技的進(jìn)步，汽車(chē)已成為人民生活中不可或缺的一部分。而制動(dòng)系統(tǒng)則是每一輛汽車(chē)必備的系統(tǒng)，如今中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展從而使得中國(guó)的公路建設(shè)逐漸形成交通運(yùn)輸網(wǎng)。而且國(guó)家為了滿(mǎn)足人們的需求，為生活帶來(lái)方便對(duì)于高速公路的限速也越來(lái)也高，部分路段已經(jīng)達(dá)到 120Km/h。而對(duì)于車(chē)廠來(lái)說(shuō)研發(fā)出高性能，速度快的汽車(chē)更是目前趨勢(shì)。但是無(wú)論速度多快，可以在緊急情況下緊急停車(chē)及減速才是最重要的。因?yàn)檫@關(guān)系到人身的安全。在每一輛車(chē)上市及量產(chǎn)之前都必須對(duì)汽車(chē)進(jìn)行可靠性道路測(cè)試及國(guó)家法規(guī)申報(bào)，而這些項(xiàng)目中必不可少的是制動(dòng)時(shí)間及制動(dòng)距離的測(cè)試。這就是制動(dòng)器的作用。對(duì)于任何一輛汽車(chē)來(lái)說(shuō)兩套獨(dú)立的制動(dòng)機(jī)構(gòu)是必不可少的。主要包含行車(chē)制動(dòng)和駐車(chē)制動(dòng)兩種。行車(chē)制動(dòng)裝置主要是用于行駛中的汽車(chē)在遇到各種路況及緊急情況時(shí)可以減速或者停車(chē)。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的腳踏板來(lái)控制。而駐車(chē)制動(dòng)主要是車(chē)輛在停止熄火，或者半坡啟動(dòng)時(shí)為避免汽車(chē)溜車(chē)而采取的制動(dòng)裝置。目前的駐車(chē)制動(dòng)裝置主要有手動(dòng)駐車(chē)、電子駐車(chē)、自動(dòng)駐車(chē)等等幾種。這個(gè)機(jī)構(gòu)主要靠駕駛員的手動(dòng)操作或者車(chē)輛的電子控制系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別來(lái)實(shí)現(xiàn)。在一些山區(qū)或者坡路上駐車(chē)制動(dòng)是必不可少的。此外在一些特殊車(chē)輛上還有應(yīng)急制動(dòng)、輔助制動(dòng)等等機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)，這些都是為了保證車(chē)輛及人身的安全，因此對(duì)于制動(dòng)系統(tǒng)及制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究尤為重要。是汽車(chē)的必備系統(tǒng)。1.2 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展從汽車(chē)誕生時(shí)起，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)在車(chē)輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來(lái)，隨著車(chē)輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車(chē)行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來(lái)越明顯。汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)種類(lèi)很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動(dòng)裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來(lái)逐漸消耗車(chē)輛所具有的動(dòng)能，以達(dá)到車(chē)輛制動(dòng)減速，或直至停車(chē)的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車(chē)的研究開(kāi)發(fā)，汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動(dòng)力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動(dòng)汽車(chē)沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)，無(wú)法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動(dòng)真空泵為真空助力器提供真空。目前的制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展不僅僅限于制動(dòng)器，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)液壓助力的制動(dòng)器給駕駛員的操縱帶來(lái)了方便。但是駕駛員的操縱不當(dāng)扔回帶來(lái)隱患。比如在冰面或濕滑的路面上，急剎車(chē)會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛打滑甚至翻車(chē)。因此為避免這種情況的出現(xiàn)在制動(dòng)系統(tǒng)的研究中加入了防抱制動(dòng)系統(tǒng)，即(ABS)系統(tǒng)。它可以在汽車(chē)緊急剎車(chē)自動(dòng)分配汽車(chē)制動(dòng)力，避免汽車(chē)打滑。目前車(chē)輛防抱制動(dòng)控制系統(tǒng)(ABS) 已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并且在各種汽車(chē)上的到了廣泛的應(yīng)用。但是這種系統(tǒng)只是一份輔助安全保護(hù)系統(tǒng)，因此在駕駛過(guò)程中還必須要控制車(chē)速，正確駕駛，合適合理利用汽車(chē)制動(dòng)器?？傊?，汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展是和汽車(chē)性能的提高及汽車(chē)結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)代的汽車(chē)運(yùn)用電子控制技術(shù)的發(fā)展已成為趨勢(shì)，越來(lái)越多的電子控制、液壓控制系統(tǒng)運(yùn)用到了汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中。汽車(chē)也在向著智能化。安全化發(fā)展。更加方便的為人們的生活提供方便。1.3 汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的功用與組成一般輕型貨車(chē)的制動(dòng)系統(tǒng)主要由下面的 3 個(gè)部分組成：(1)動(dòng)力裝置：也就是為制動(dòng)器提供動(dòng)力能源，主要的動(dòng)力源有氣動(dòng)裝置，液壓裝置，電機(jī)控制等幾種；(2)傳動(dòng)裝置：包括把制動(dòng)能量傳遞到制動(dòng)器的各個(gè)部件，主要通過(guò)管路及電子線(xiàn)路進(jìn)行傳動(dòng)；(3)制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車(chē)輛運(yùn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件，也包括輔助制動(dòng)系統(tǒng)中的部件，如手剎；。制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē)；在下坡行駛時(shí)，使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速；使汽車(chē)可靠的停在原地或坡道上。制動(dòng)系統(tǒng)的一般工作原理是，利用與車(chē)身(或車(chē)架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車(chē)輪(或傳動(dòng)軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來(lái)阻止車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)。而制動(dòng)器就是實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能的主要部件。制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動(dòng)器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點(diǎn)，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用汽車(chē)上用作車(chē)輪制動(dòng)器或緩速器；液力式制動(dòng)器一般只作緩速器。目前廣泛應(yīng)用的仍為摩擦式制動(dòng)器。一般制動(dòng)器都是通過(guò)其中的固定元件對(duì)旋轉(zhuǎn)元件施加制動(dòng)力矩，使后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時(shí)依靠車(chē)輪與地面的附著作用，產(chǎn)生路面對(duì)車(chē)輪的制動(dòng)力以使汽車(chē)減速。凡利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩的制動(dòng)器都成為摩擦制動(dòng)器摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為盤(pán)式、鼓式和帶式三種。帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器；鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示：圖 1-1 制動(dòng)器分類(lèi)1.4 本課題設(shè)計(jì)要求對(duì)于不同車(chē)型，不同的制動(dòng)器有著不同的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)本設(shè)計(jì)的汽車(chē)制動(dòng)器而言主要的設(shè)計(jì)要求如下：（1）所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器各項(xiàng)性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)要滿(mǎn)足國(guó)家技術(shù)指標(biāo)要求及法規(guī)認(rèn)證的要求；（2）制動(dòng)器要求足夠的制動(dòng)能效，在車(chē)輛各種使用工況下可以滿(mǎn)足車(chē)輛所需的制動(dòng)力，保證車(chē)輛可以減速及緊急制動(dòng)；（3）制動(dòng)器的工作要可靠，有足夠的耐久性。在車(chē)輛三包期及后期的使用過(guò)程中可以保證制動(dòng)性能；（4）制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單且便于維護(hù)，以便降低制造成本，提高制動(dòng)效能及時(shí)間；1.5 主要設(shè)計(jì)思路與方法（1）通過(guò)查閱圖書(shū)館及電子資料了解制動(dòng)器的工作原理及基本設(shè)計(jì)思路，為后期的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；（2）通過(guò)主機(jī)廠及 4S 店的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)了解鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及主要零部件工作性能；（3）根據(jù)基礎(chǔ)車(chē)型的主要參數(shù)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、操縱力矩、摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算；（4）利用計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)合整車(chē)的布置及參數(shù)繪制制動(dòng)器二維總裝圖及主要零部件圖；（5）根據(jù)繪制的二維圖形對(duì)鼓式制動(dòng)器進(jìn)行三維建模，通過(guò)建模了解制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)；（6）整理計(jì)算及資料、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及三維數(shù)模完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文的編寫(xiě)；第 2 章 總體設(shè)計(jì)方案的確定2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計(jì)參考的車(chē)型為長(zhǎng)安星卡貨車(chē)，裝載質(zhì)量是兩噸，采用兩軸的布置方案。驅(qū)動(dòng)形式為 4×2 的平頭式貨車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前置后橋驅(qū)動(dòng)。而貨車(chē)一般采用鼓式后制動(dòng)器；同時(shí)結(jié)合本設(shè)計(jì)的車(chē)型及實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器類(lèi)型為行車(chē)制動(dòng)機(jī)駐車(chē)制動(dòng)中用到的鼓式制動(dòng)器；針對(duì)制動(dòng)力的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，本設(shè)計(jì)的類(lèi)型選擇為液壓機(jī)械機(jī)構(gòu)。2.2 鼓式制動(dòng)器的選擇鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車(chē)制動(dòng)器，當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)汽車(chē)上。但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降，因此在近三十年中，在轎車(chē)領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)類(lèi)汽車(chē)中使用。鼓式制動(dòng)器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車(chē)（停車(chē)）制動(dòng)組合在一起，凡是后輪為鼓式制動(dòng)器的汽車(chē)，其駐車(chē)制動(dòng)器也組合在后輪制動(dòng)器上。這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車(chē)上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車(chē)踏板拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動(dòng)器的杠件擴(kuò)展制動(dòng)蹄，起到停車(chē)制動(dòng)作用，使得汽車(chē)不會(huì)溜動(dòng)；松開(kāi)鋼拉索，回位彈簧使制動(dòng)蹄恢復(fù)原位，制動(dòng)力消失。典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵） 、回位彈簧、定位銷(xiāo)等零部件組成。底板安裝在車(chē)軸的固定位置上，它是固定不動(dòng)的，上面裝有制動(dòng)蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷(xiāo)，承受制動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個(gè)鼓都有一對(duì)制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄上有摩擦襯片。制動(dòng)鼓則是安裝在輪轂上，是隨車(chē)輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，輪缸活塞推動(dòng)制動(dòng)蹄壓迫制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓受到摩擦減速，迫使車(chē)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)。l.領(lǐng)蹄 2.從蹄 3、4.支點(diǎn) 5.制動(dòng)鼓 6.制動(dòng)輪缸圖 2-1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器示意圖圖為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器示意圖，設(shè)汽車(chē)前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。沿箭頭方向看去，制動(dòng)蹄 1 的支承點(diǎn) 3 在其前端，制動(dòng)輪缸 6 所施加的促動(dòng)力作用于其后端，因而該制動(dòng)蹄張開(kāi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向相同。具有這種屬性的制動(dòng)蹄稱(chēng)為領(lǐng)蹄。與此相反，制動(dòng)蹄 2 的支承點(diǎn) 4 在后端，促動(dòng)力加于其前端，其張開(kāi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向相反。具有這種屬性的制動(dòng)蹄稱(chēng)為從蹄。當(dāng)汽車(chē)倒駛，即制動(dòng)鼓反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，蹄 1 變成從蹄，而蹄 2 則變成領(lǐng)蹄。這種在制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，都有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的制動(dòng)器即稱(chēng)為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。結(jié)合本設(shè)計(jì)參考車(chē)型特點(diǎn)及思路，本設(shè)計(jì)中的制動(dòng)器形式選用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器；2.3 制動(dòng)器工作間隙的確定 制動(dòng)蹄在不工作的原始位置時(shí)，其摩擦片與制動(dòng)鼓間應(yīng)有合適的間隙，其設(shè)定值由汽車(chē)制造廠規(guī)定，一般在 0.25～0.5mm 之間。任何制動(dòng)器摩擦副中的這一間隙( 以下簡(jiǎn)稱(chēng)制動(dòng)器間隙)如果過(guò)小，就不易保證徹底解除制動(dòng)，造成摩擦副拖磨；過(guò)大又將使制動(dòng)踏板行程太長(zhǎng)，以致駕駛員操作不便，也會(huì)推遲制動(dòng)器開(kāi)始起作用的時(shí)刻。但在制動(dòng)器工作過(guò)程中，摩擦片的不斷磨損將導(dǎo)致制動(dòng)器間隙逐漸增大。情況嚴(yán)重時(shí)，即使將制動(dòng)踏板踩到下極限位置，也產(chǎn)生不了足夠的制動(dòng)力矩。因此，制動(dòng)器需要對(duì)間隙進(jìn)行調(diào)節(jié)，本設(shè)計(jì)中的工作間隙初始設(shè)定為 0.25mm；2.4 制動(dòng)器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案選擇制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)將來(lái)自駕駛員或其他力源的力傳給制動(dòng)器，使之產(chǎn)生制動(dòng)力矩。根據(jù)制動(dòng)力源的不同，制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般可分為簡(jiǎn)單制動(dòng)、動(dòng)力制動(dòng)和伺服制動(dòng)三大類(lèi)。而力的傳遞方式又有機(jī)械式，液壓式，氣壓式和氣壓.液壓式的區(qū)別，如下表 2.1。表 2.1 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動(dòng)力源 力的傳遞方式型式 制動(dòng)力源 工作介質(zhì)型式 工作介質(zhì)用途機(jī)械式 桿系或鋼絲繩僅用于駐車(chē)制動(dòng)簡(jiǎn)單制動(dòng)系（人力制動(dòng)系） 司機(jī)體力液壓式 制動(dòng)液 部分微型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)氣壓式 空氣氣壓動(dòng)力制動(dòng)系空氣氣壓.液壓式空氣，制動(dòng)液動(dòng)力制動(dòng)系 液壓動(dòng)力制動(dòng)系發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力制動(dòng)液液壓式 制動(dòng)液中，重型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)真空伺服制動(dòng)系空氣私服制動(dòng)氣壓伺服制動(dòng)系司機(jī)體力與發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力 空氣液壓式 制動(dòng)液 轎車(chē)，微，輕，中型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)系 液壓伺服制動(dòng)系 制動(dòng)液簡(jiǎn)單制動(dòng)單靠駕駛員施加的踏板力或手柄力作為制動(dòng)力源，亦稱(chēng)人力制動(dòng)。其中，又有機(jī)械式和液壓式兩種。機(jī)械式完全靠桿系傳力，由于機(jī)械效率低，傳動(dòng)比小，潤(rùn)滑點(diǎn)多，且難以保證前、后軸制動(dòng)力的正確比例和左、右輪制動(dòng)力的均衡，所以在汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)裝置中已被淘汰。但因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，工作可靠，還廣泛地應(yīng)用于中、小型汽車(chē)的行車(chē)制動(dòng)裝置中。液壓式簡(jiǎn)單制動(dòng)系（通常簡(jiǎn)稱(chēng)為液壓制動(dòng)系）用于行車(chē)制動(dòng)裝置。液壓制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：作用滯后時(shí)間短(0.1～0.3s)，工作壓力高 (可達(dá) 10～12MPa)，輪缸尺寸小，可布置在制動(dòng)器內(nèi)部作為制動(dòng)蹄張開(kāi)機(jī)構(gòu)或制動(dòng)塊壓緊機(jī)構(gòu)，使之結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、質(zhì)量小、造價(jià)低；機(jī)械效率高。液壓制動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：過(guò)度受熱后，部分制動(dòng)液汽化，在管路中形成氣泡而影響傳輸，即產(chǎn)生所謂“氣阻” ，使制動(dòng)效能減低甚至失效，而當(dāng)氣溫過(guò)低時(shí)（.25 C 和更低時(shí)） ，由于制?動(dòng)液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及當(dāng)有局部損壞時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)都不能繼續(xù)工作。液壓制動(dòng)曾被廣泛應(yīng)用于乘用車(chē)和總質(zhì)量不大的商用車(chē)。真空伺服制動(dòng)系是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管中節(jié)氣門(mén)后的真空度(負(fù)壓，一般可達(dá)0.05～0.07 MPa)作動(dòng)力源，一般的柴油車(chē)若采用真空伺服制動(dòng)系時(shí)，則需有專(zhuān)門(mén)的真空源—由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的真空泵或噴吸器構(gòu)成。氣壓伺服制動(dòng)系是由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)提供壓縮空氣作為動(dòng)力源，伺服氣壓一般可達(dá) 0.6～0.7 MPa。故在輸出力相等時(shí)，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小得多。且在雙回路制動(dòng)系中，如果伺服系統(tǒng)也是分立式的，則氣壓伺服比真空伺服更適宜，因此后者難于使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的其他組成部分卻較真空伺服系統(tǒng)復(fù)雜得多。真空私服制動(dòng)系多用于總質(zhì)量在 1.1t.1.35t 以上的轎車(chē)及裝載質(zhì)量在 6t 以下的輕，中型載貨汽車(chē)上，氣壓伺服制動(dòng)系則廣泛用于裝載質(zhì)量為 6～12t 的商用車(chē)，以及少數(shù)幾種排量在 4.0L 以上的乘用車(chē)。本設(shè)計(jì)中采用真空伺服系統(tǒng)來(lái)作為制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的方案。2.5 制動(dòng)管路的選擇為了提高制動(dòng)工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車(chē)的所有行車(chē)制動(dòng)器的液壓或氣壓管路分為兩個(gè)或更多的相互獨(dú)立的回路，其中有一個(gè)回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動(dòng)作用。雙軸汽車(chē)的雙回路制動(dòng)系統(tǒng)有以下常見(jiàn)的五種分路形式。（1）一軸對(duì)一軸（II）型、交叉（X）型、一軸對(duì)半半軸（ HI）型、半軸一輪對(duì)半軸一輪（LL）型、雙半軸對(duì)雙半軸（HH）型等；如下圖所示：圖 2.2 分路系統(tǒng)II 型管路的布置較為簡(jiǎn)單，可與傳統(tǒng)的但輪缸鼓式制動(dòng)器配合使用，成本較低，目前在各類(lèi)汽車(chē)特別是商用車(chē)上用得最廣泛對(duì)于這種形式，本設(shè)計(jì)中選用 II 型回路系統(tǒng)。2.6 主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定在制動(dòng)器設(shè)計(jì)中本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)基于長(zhǎng)安星卡輕型貨車(chē)的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，參考車(chē)型主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 2.1 制動(dòng)系統(tǒng)整車(chē)參數(shù)空載 滿(mǎn)載整車(chē)質(zhì)量1685kg 2185kga b質(zhì)心位置1.35m 1.25m空載 滿(mǎn)載 軸 距質(zhì)心高度0.95m 0.85m 2.6m最高車(chē)速 車(chē)輪工作半徑 輪 胎 同步附著系數(shù)其 他120km/h 370mm 175/70R14 85H =0.60?在汽車(chē)制動(dòng)性能有重要影響的制動(dòng)系參數(shù)有：（1）制動(dòng)力及其分配系數(shù)；（2）同步附著系數(shù)；（3）制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩與制動(dòng)器因數(shù)；在本設(shè)計(jì)也主要圍繞這些參數(shù)對(duì)長(zhǎng)安輕型卡車(chē)的制動(dòng)器進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與建模。第 3 章 制動(dòng)器主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 制動(dòng)力分析汽車(chē)受到與行駛方向相反的外力時(shí)，才能從一定的速度制動(dòng)到較小的車(chē)速或直至停車(chē)。這個(gè)外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對(duì)較小，所以實(shí)際外力主要是由地面提供的，稱(chēng)之為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力越大，制動(dòng)距離也越短，所以地面制動(dòng)力對(duì)汽車(chē)制動(dòng)性具有決定性影響。（1）地面制動(dòng)力假設(shè)滾動(dòng)阻力偶矩、車(chē)輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車(chē)輪在平直良好路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況如圖 3.1 所示。圖 3.1 車(chē)輪制動(dòng)時(shí)受力簡(jiǎn)圖是車(chē)輪制動(dòng)器中摩擦片與制動(dòng)鼓或盤(pán)相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦力矩，單位為T(mén)?； 是地面制動(dòng)力，單位為 N； 為車(chē)輪垂直載荷、 為車(chē)軸對(duì)車(chē)輪的Nm?xbFWpF推力、 為地面對(duì)車(chē)輪的法向反作用力，它們的單位均為 N。z顯然，從力矩平衡得到（3.1）xbTFr??式中， 為車(chē)輪的有效半徑（m） 。r地面制動(dòng)力是使汽車(chē)制動(dòng)而減速行駛的外力，但地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤(pán)間的摩擦力，一個(gè)是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。（2）制動(dòng)器制動(dòng)力在輪胎周緣為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力稱(chēng)為制動(dòng)器制動(dòng)力，以符號(hào)表示，顯然F?（3.2）TFr??式中： 是車(chē)輪制動(dòng)器摩擦副的摩擦力矩。制動(dòng)器制動(dòng)力 是由制動(dòng)器T? F?結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動(dòng)器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車(chē)輪半徑以及踏板力有關(guān)。圖 3.2 給出了地面制動(dòng)力、車(chē)輪制動(dòng)力及附著力三者之間的關(guān)系。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板時(shí)，首先消除制動(dòng)系間隙后，制動(dòng)器制動(dòng)力開(kāi)始增加。開(kāi)始時(shí)踏板力較小，制動(dòng)器制動(dòng)力 也較小，地面制動(dòng)力 足以克服制動(dòng)器制動(dòng)力 ，而F?xbFF?使得車(chē)輪滾動(dòng)。此時(shí)， = ，且隨踏板力增加成線(xiàn)性增加。xb圖 3.2 地面制動(dòng)力、車(chē)輪制動(dòng)力及附著力之間的關(guān)系但是地面制動(dòng)力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動(dòng)力 ，即F?maxbF≤ （3.3）xbzF??（3.4）az當(dāng)制動(dòng)踏板力上升到一定值時(shí)，地面制動(dòng)力 達(dá)到最大地面制動(dòng)力 =xb xbF,車(chē)輪開(kāi)始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動(dòng)踏板力以及制動(dòng)管路壓力的F?繼續(xù)升高，制動(dòng)器制動(dòng)力 繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動(dòng)力F?不再增加。xb上述分析表明，汽車(chē)地面制動(dòng)力 取決于制動(dòng)器制動(dòng)力 ，同時(shí)又受到xb F?地面附著力 的閑置。只有當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力 足夠大，而且地面又能夠提供? F?足夠大的附著力 ，才能獲得足夠大的地面制動(dòng)力。F?（3）地面對(duì)前、后車(chē)輪的法向反作用力圖 3.3 所示為，忽略汽車(chē)的滾動(dòng)阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時(shí)的慣性阻力偶矩，汽車(chē)在水平路面上制動(dòng)時(shí)的受力情況。圖 3.3 制動(dòng)時(shí)的汽車(chē)受力圖因?yàn)橹苿?dòng)時(shí)車(chē)速較低，空氣阻力 可忽略不計(jì)，則分別對(duì)汽車(chē)前后輪接地wF點(diǎn)取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力 、 為1z2z2()zgzGbhLFz???????（3.5）式中： ， 為制動(dòng)強(qiáng)度，duzgt?—汽車(chē)所受重力；G—汽車(chē)軸距；L—汽車(chē)質(zhì)心離前軸距離；1—汽車(chē)質(zhì)心離后軸距離；2—為汽車(chē)質(zhì)心高度；gh—重力加速度；若在附著系數(shù)為 的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（無(wú)論是同時(shí)抱死或分?別先后抱死） ，此時(shí) 。地面作用于前、后輪的法向反作xbduFGgt???或用力為（3.6）12()zgzGFbhL????????式（3.6）為直線(xiàn)方程，由上式可見(jiàn)，當(dāng)制動(dòng)強(qiáng)度或附著系數(shù)改變時(shí)，前后軸車(chē)輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。3.2 制動(dòng)力的分配根據(jù)公式： （3.7）Lhg02????得： 6785.1??3.2.1 同步附著系數(shù)在汽車(chē)整車(chē)結(jié)構(gòu)中，針對(duì)制動(dòng)器有一個(gè)很重要的參數(shù)，即為同步附著系數(shù)，此參數(shù)關(guān)系到整個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)性能。而對(duì)于汽車(chē)來(lái)說(shuō)在同步附著系數(shù) 等于0?路面上的時(shí)才會(huì)抱死不打滑，因此針對(duì)同步附著系數(shù)有以下幾種情況：（1）當(dāng) 時(shí)：這種情況下前輪比后輪先抱死，這時(shí)汽車(chē)失去轉(zhuǎn)向能力；0??（2）當(dāng) 時(shí)：這種情況下后輪比前輪先抱死，這時(shí)汽車(chē)失去穩(wěn)定能力；0?（3）當(dāng) 時(shí)：這時(shí)前后輪同時(shí)抱死，同時(shí)也失去轉(zhuǎn)向能力；0??針對(duì)同步附著系數(shù)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)參數(shù)，一般情況下轎車(chē) 0.6；0??貨車(chē) 0.5。0?（3.8）20gLh????故取 =0.60?3.2.2 最大制動(dòng)力矩 計(jì)算由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：（3.9）egrqhLGM??)(1max2??式中：Φ——最大附著系數(shù)；q——制動(dòng)強(qiáng)度；——車(chē)輪有效半徑；er——后軸最大制動(dòng)力矩；max2?MG——汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量；L——汽車(chē)軸距；q= = =0.66gha???)(0?85.0)67.(35.1???故后軸 = =1.57 Nmmmax2?M)86. 61后輪的制動(dòng)力矩為 =0.785 Nmm2/157. 610前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?ax1f max2f???6106?前輪的制動(dòng)力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm60?613.2.3 制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)作用在制動(dòng)鼓半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與施加的力之比為制動(dòng)器因數(shù)，即（3.10）fTBFPR?式中： —制動(dòng)器的摩擦力矩；fT—制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)鼓的作用半徑；R—輸入力，去兩制動(dòng)蹄的平均值。P對(duì)于鼓式制動(dòng)器，當(dāng) 時(shí)，則有 12P?12TBF??根據(jù)受力情況及制動(dòng)蹄之間的作用力繪制受力簡(jiǎn)圖，如下：圖 3.4 受力圖對(duì)領(lǐng)題繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb???（3.11）由上式得到領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為（3.12）1TfhfBFcPb????????代入?yún)?shù)得： =0.791T當(dāng)制動(dòng)鼓逆轉(zhuǎn)時(shí)，上述制動(dòng)蹄則又成為從蹄，這時(shí)摩擦力 的方向相反，Nf用上述分析方法，同樣可得出從蹄繞支點(diǎn) A 的力矩平衡方程，即0PhNfcb??（3.13）由上式得從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為21TfhfBFcPb????????（3.14）代入?yún)?shù)得： =0.48 2TBF第 4 章 后鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的制動(dòng)器為汽車(chē)機(jī)械液壓助力的鼓式制動(dòng)器，一般情況下安裝在汽車(chē)后輪，針對(duì)汽車(chē)后輪的制動(dòng)力及整車(chē)參數(shù)對(duì)鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)合適制動(dòng)器。4.1 制動(dòng)器的類(lèi)型在汽車(chē)制動(dòng)器的發(fā)展過(guò)程中，鼓式制動(dòng)器是最早出現(xiàn)的；要比盤(pán)式制動(dòng)器還早好多年。因此其技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，從而被各類(lèi)汽車(chē)所廣泛應(yīng)用。鼓式制動(dòng)器主要是靠制動(dòng)鼓內(nèi)部的制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓內(nèi)部的摩擦進(jìn)行制動(dòng)，制動(dòng)蹄靠液壓機(jī)機(jī)械彈簧的作用可以抱死或放松制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓的接觸，從而使汽車(chē)出現(xiàn)制動(dòng)剎車(chē)。根據(jù)鼓式制動(dòng)器制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種類(lèi)型：（1）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹?，一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄相反運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（2）雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄嗤?，有兩個(gè)相同的領(lǐng)蹄進(jìn)行相同運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器：即在制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)橄喾吹?，但是為兩個(gè)領(lǐng)蹄相反運(yùn)動(dòng)張開(kāi)接觸制動(dòng)鼓使汽車(chē)制動(dòng)；（5）增力式制動(dòng)器：即在傳統(tǒng)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)中加入雙活塞式制動(dòng)輪缸，靠液壓的作用張開(kāi)制動(dòng)蹄使其制動(dòng)；結(jié)合各種制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)及原理，本次設(shè)計(jì)最終采用的是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。4.2 主要參數(shù)的確定4.2.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)(1)制動(dòng)鼓直徑 D 或半徑 R針對(duì)制動(dòng)鼓與輪輞，在汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中兩運(yùn)動(dòng)件之間應(yīng)有一定的間隙，一般情況下不應(yīng)小于 20mm～30 mm，以保證有效的散熱及通風(fēng)，保證車(chē)輛的制動(dòng)性能。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動(dòng)鼓 D 的尺寸。另外，制動(dòng)鼓直徑D 與輪輞直徑 之比的一般范圍為；r轎車(chē) =0.64～0.74/rD貨車(chē) =0.70～0.83r轎車(chē)制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小 125mm～150 mm 。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及結(jié)構(gòu)參數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 D=240mm 。制動(dòng)鼓外徑 249mm。（2）制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角? 及寬度 b根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及制動(dòng)器主要技術(shù)性能指標(biāo)要求，包角? 通常在?=范圍內(nèi)選取，包角太小容易磨損，太大則不容易散熱，因此本設(shè)計(jì)中90~1o包角選取?= 。?0摩擦成片的寬度及直接影響到整車(chē)的制動(dòng)性能，本設(shè)計(jì)中選取的摩擦片寬度為選取 b=45mm 。（3）摩擦襯片起始角 0?摩擦襯片起始角 通常為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱(chēng)布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。根據(jù) = -（ /2）=)2/(90?????901?40圖 4.1 制動(dòng)蹄摩擦襯片參數(shù)（4）張開(kāi)力的作用線(xiàn)至制動(dòng)器中線(xiàn)的距離 a在滿(mǎn)足制動(dòng)輪缸或凸輪能布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離 a 盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。在本設(shè)計(jì)中 a=0.8R，求得 a=99.6mm 。4.2.2 摩擦片摩擦系數(shù)摩擦片是整個(gè)制動(dòng)器中最關(guān)鍵的零部件，其性能的指標(biāo)直接影響制動(dòng)器的制動(dòng)性能，因此針對(duì)摩擦片不僅對(duì)結(jié)構(gòu)中的散熱通風(fēng)有要求，同時(shí)對(duì)其耐久，耐老化，高低溫也有很高的要求。而決定摩擦片性能的主要為其摩擦系數(shù)，不同材料有不同的摩擦系數(shù)，本設(shè)計(jì)中選取 f=0.3。4.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算4.3.1 制動(dòng)蹄摩擦面的壓力可根據(jù)圖 4-2 來(lái)分析計(jì)算具有一個(gè)自由度的增勢(shì)蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布規(guī)律。此時(shí)摩擦襯片在張開(kāi)力和摩擦力的作用下，繞支承銷(xiāo)中心轉(zhuǎn)動(dòng) d? 角。摩擦襯片表面任意點(diǎn) 沿制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的切線(xiàn)方向餓變形即為線(xiàn)1A1B段 ，其徑向變形分量是線(xiàn)段 在半徑 延長(zhǎng)線(xiàn)上的投影，即線(xiàn)段 。'B'1O1BC由于 d? 角很小，可以認(rèn)為 =90 則所求的摩擦襯片的徑向變形為'1A?o（4.1'11sinBCd?????）圖 4.2 摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布考慮到 ，則由等腰三角形 可知1OABR??1AOB/sin/siR???（4.2）代入上式，得摩擦襯片的徑向變形和壓力分別為（4.3）1maxsindq???????通過(guò)上式可看出摩擦片的徑向變形和壓力都是關(guān)于張開(kāi)角? 的正弦函數(shù)。4.3.2 鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須建立制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。增勢(shì)蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩 可表達(dá)如下：1Tf（4.4）fNL??式中： —摩擦系數(shù)（前面以選擇 0.3） ；f—單元法向力的合力；1N—摩擦力 的作用半徑。?1f如圖 3-3 求得力 與張開(kāi)力 的關(guān)系式，寫(xiě)出制動(dòng)蹄上力的平衡力方程式：1P10111cos(cosin)'xSNfaf??????????（4.5）圖 4.3 制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力關(guān)系式中： —支承反力在 軸上的投影；1xS1x— 軸與力 的作用線(xiàn)之間的夾角。?N對(duì)式（4.5）求解，得（4.6）??111/'cosinhPff?????????將式（4.6）代入（4.4） ，得增勢(shì)蹄的制動(dòng)力矩 為1Tf= （4.7）??111/'cosinTfPhf??????????1PB所以增勢(shì)蹄的力矩是關(guān)于 的直線(xiàn)函數(shù)。4.3.3 磨損特性計(jì)算由于汽車(chē)在使用過(guò)程中摩擦襯片是不斷地在與制動(dòng)鼓內(nèi)壁進(jìn)行接觸摩擦，因此對(duì)于制動(dòng)器摩擦片襯片的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有一定的要求，要求其有足夠的耐磨性，同時(shí)針對(duì)使用過(guò)程中的磨損特性對(duì)其進(jìn)行主要參數(shù)計(jì)算：1）比能量耗散率雙軸汽車(chē)的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為（4.8）211()amvetA????（4.9）212()at式中： ：汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí) ， ；? 02?v1?：汽車(chē)總質(zhì)量；am， ：汽車(chē)制動(dòng)初速度與終速度， / ；計(jì)算時(shí)轎車(chē)取 27.8 /1v2 msm；s：制動(dòng)時(shí)間， ；按下式計(jì)算tst= =27.8/6=4.6jv21?s：制動(dòng)減速度， ， 0.6×10 6 ；j 2/smg??6.0?2/m， ：前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積； =7600mm ,質(zhì)量在 1.5—1A2 1A2.5/t 的轎車(chē)摩擦襯片面積在 200-300cm ,2故取 =30000mm22：制動(dòng)力分配系數(shù)。?則 = =5.7?121tAvmea??67.0.48250?2/mw轎車(chē)盤(pán)式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0 ，故符合要求。2/mw= =0.7)1(22????tAvmea )67.01(36.4287502???2/轎車(chē)鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 1.8 ，故符合要求。2/2）比滑磨功 fL磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過(guò)程中由最高制動(dòng)初速度至停車(chē)所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功 來(lái)衡量：fL（4.10）][2maxffAvL???式中： ：汽車(chē)總質(zhì)量am：車(chē)輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，?A= =752cm ；21A??cm27630??2:maxvshk/4/60[ ]：許用比滑磨功，轎車(chē)取 1000J/ ～ 1500J/ 。fL2c2cmL = 1497J/ ≤1000J / ～1500J /f752410?2cm22故符合要求。4.3.4 手動(dòng)駐車(chē)制動(dòng)的計(jì)算汽車(chē)在上坡路上停駐時(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖 4-5 由該圖得出汽車(chē)上坡停駐時(shí)的后軸附著力為（4.11）????21 1cosincosina ag gGmZLhLh????????同樣求出汽車(chē)下頗停駐的后軸車(chē)輪的附著力為（4.12）21' s'i'agmg?根據(jù)后軸車(chē)輪附著力與后輪駐車(chē)制動(dòng)的制動(dòng)力相等的條件可求得汽車(chē)在上坡路和下坡路上停駐的坡度極限傾角 ，即由,?'（4.13）??1cosinsiagaLhm???求得汽車(chē)在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為（4.14）1arctngLh????代入汽車(chē)參數(shù)，求得 23.22?汽車(chē)在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為（4.15）1'arctngLh????代入汽車(chē)參數(shù)，求得 16.83'?一般要求各類(lèi)汽車(chē)的最大停駐坡度不應(yīng)小于 16%～20%。圖 4.5 駐車(chē)制動(dòng)計(jì)算模型汽車(chē)后軸的單個(gè)后輪駐車(chē)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的最大上限為： T= （4.16）1sin2aemgr?代入汽車(chē)參數(shù)求得 T=760.68 。N?4.4 主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.4.1 制動(dòng)鼓在制動(dòng)鼓設(shè)計(jì)時(shí)要求其課題有足夠的強(qiáng)度與硬度，保證車(chē)輛的是使用性能，主要的制動(dòng)鼓結(jié)構(gòu)如下：（a）鑄造制動(dòng)鼓；(b),(c)組合式制動(dòng)鼓1- 沖壓成型幅板；2- 鑄造鼓筒；3- 灰鑄鐵內(nèi)鼓筒；4- 鑄鋁合金制動(dòng)鼓圖 4.6 制動(dòng)鼓本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)鼓采用鑄造工藝，鑄造后進(jìn)機(jī)加工而成。針對(duì)壁厚一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：轎車(chē)為 ；中，重型載貨汽車(chē)為 。本次7~12m13~8m設(shè)計(jì)取 10mm,針對(duì)制動(dòng)鼓的材料本次設(shè)計(jì)采用的材料是 HT20-40。4.4.2 制動(dòng)塊針對(duì)汽車(chē)的制動(dòng)塊，主要由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，二者采用鉚接成型。主要用于結(jié)構(gòu)的摩擦及運(yùn)動(dòng)制動(dòng)。由于單位壓力和工作溫度高等原因，摩擦襯塊要必須厚度足夠，以便可以抵制摩擦磨損，因此其厚度較大。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可知轎車(chē)和輕型車(chē)的厚度在 7.5mm ～16 mm 之間。本設(shè)計(jì)選取為 8mm.4.4.3 摩擦材料根據(jù)用途的而不同摩擦材料也有多種多樣，同時(shí)隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的合金材料出現(xiàn)在工業(yè)行業(yè)中。針對(duì)摩擦材料由于其材料摩擦系數(shù)的不同，使用用途也不一樣，在本設(shè)計(jì)中因?yàn)槠湟竽Σ料禂?shù)較高，因此結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況考慮，本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。第 5 章 前鉗盤(pán)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 盤(pán)式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析盤(pán)式制盤(pán)式剎車(chē)按摩摩擦副的結(jié)構(gòu)分為卡鉗盤(pán)和全盤(pán)式兩大類(lèi)。（1）鉗板根據(jù)制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，鉗式制動(dòng)器可分為固定鉗盤(pán)式制動(dòng)器，浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)器等。（1）固定卡鉗盤(pán)式制動(dòng)器：該制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗未固定，制動(dòng)盤(pán)與車(chē)輪連接并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外沒(méi)有其他滑動(dòng)部件。確保制動(dòng)鉗的剛性很容易;結(jié)構(gòu)和制造過(guò)程與一般的鼓式制動(dòng)器沒(méi)有多大區(qū)別。實(shí)現(xiàn)從鼓式制動(dòng)器到盤(pán)式制動(dòng)器的改革是很容易的，并且可以很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系統(tǒng)的要求。2.浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)器：制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：盤(pán)內(nèi)只有液壓缸，軸向尺寸小，制動(dòng)器可進(jìn)一步靠近輪轂;油路或油管沒(méi)有跨越制動(dòng)盤(pán)和液壓缸的良好冷卻條件，所以制動(dòng)液蒸發(fā)的可能性很小;成本低;浮動(dòng)夾緊制動(dòng)塊低。它也可以用于停車(chē)制動(dòng)。（2）全盤(pán)在全盤(pán)式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件和固定元件都是圓形板。制動(dòng)時(shí)各盤(pán)摩擦面全部接觸，作用原理與摩擦離合器相同。由于制動(dòng)器散熱條件差，其應(yīng)用范圍并不廣泛。通過(guò)對(duì)盤(pán)式和鼓式制動(dòng)器的分析比較，可以得出盤(pán)式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：（1）制動(dòng)器的穩(wěn)定性良好。效率因子與摩擦系數(shù)之間關(guān)系的 K-p 曲線(xiàn)是平衡的，因此對(duì)摩擦系數(shù)的要求可以放寬，因此摩擦表面對(duì)溫度和水的敏感性較低。因此，當(dāng)車(chē)輛高速行駛時(shí)，可以保證制動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，盤(pán)式制動(dòng)器的減速度與制動(dòng)管路的壓力線(xiàn)性相關(guān)，而鼓式制動(dòng)器是非線(xiàn)性的。（3）鼓式平衡差時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩平衡。（4）制動(dòng)盤(pán)通風(fēng)冷卻效果好，帶通風(fēng)孔的制動(dòng)盤(pán)散熱效果好，熱穩(wěn)定性好，剎車(chē)踏板力小。（5）車(chē)輛的速度對(duì)踏板力影響很小。結(jié)合上述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了浮動(dòng)盤(pán)式制動(dòng)器。5.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)5.2.1 制動(dòng)盤(pán)直徑 設(shè)計(jì)制動(dòng)盤(pán)直徑 D 希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯快的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤(pán)直徑 D 受輪輞直徑的限制。通常，制動(dòng)盤(pán)的直徑 D 選擇為輪輞直徑的 70%～79%。所以求得制動(dòng)盤(pán)直徑 D=256mm 。5.2.2.制動(dòng)盤(pán)厚度設(shè)計(jì)制動(dòng)盤(pán)厚度直接影響制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤(pán)厚度應(yīng)取小些；為了降低制動(dòng)時(shí)的溫升，制動(dòng)盤(pán)厚度不宜過(guò)小。通常，實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取為 10 mm～20 mm；只有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤(pán)的兩丁作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤(pán)的厚度取為 20 mm～50 mm，但多采用 20 mm～30 mm。 取h=20mm 。5.2.3.摩擦襯塊設(shè)計(jì)推薦摩擦襯塊的外半徑 與內(nèi)半徑 的比值不大于 1.5。若此比值偏大，2R1工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會(huì)不均勻，接觸面積將減小，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。摩擦襯塊厚度取 14mm,推薦根據(jù)制動(dòng)摩擦襯塊單位面積占有的汽車(chē)質(zhì)量在1.6kg/ ～3.5 kg/ 內(nèi)選取。摩擦面積取 76cm 。2cm2c25.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖 4-1 若襯塊表面與制動(dòng)盤(pán)接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為2fTNR?圖 4.1 盤(pán)式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖式中： —摩擦系數(shù)；f—單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力； N—作用半徑。R對(duì)于常見(jiàn)的扇形摩擦襯塊，其徑向尺寸不大了，R 為平均半徑 或有效半mR徑 已足夠精確。平均半徑為e（4.4）12mR??式中； —扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。12,R所以盤(pán)式制動(dòng)器的力矩方程為： ，是關(guān)于活塞給予制動(dòng)塊對(duì)制64.8fTN動(dòng)盤(pán)的壓緊力的一個(gè)直線(xiàn)函數(shù)。根據(jù)圖 4.4，在任一單元面積 上的摩擦力對(duì)盤(pán)中心的力矩為Rd?，式中 q 為襯塊與制動(dòng)盤(pán)之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作2fqRd?用于制動(dòng)盤(pán)上的制動(dòng)力矩為21 321()RfTfqdfqR????????（4.5）單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤(pán)的總摩擦力為21 21()RfNfqdfR????????（4.6）得有效半徑為3211212()4()feTRNR????????????????A（4.7）令 ，則有12Rm?2413()emRR?????????（4.8）因 ，故當(dāng) 。但當(dāng) m 過(guò)小即扇形的1221,()4Rm???12,,eRmR?徑向?qū)挾冗^(guò)大時(shí)，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計(jì)算方法失效。5.4 制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)分析制動(dòng)制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵 KTH370-12 或球墨鑄鐵 QT400-18 制成，也由輕合金制成，如鋁合金鑄造。它可以做成一個(gè)整體，可以做成由螺栓連接的兩半，在外邊緣留下一個(gè)開(kāi)口，這樣就可以檢查或更換制動(dòng)塊，而無(wú)需拆除重新定位。制動(dòng)鉗應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度。一般來(lái)說(shuō)，制動(dòng)缸在夾體內(nèi)制造，制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)缸的直徑比鼓式制動(dòng)器的直徑大得多。為了減少傳遞給制動(dòng)液的熱量，杯形活塞的開(kāi)口端大部分靠在制動(dòng)塊的背板上。活塞也由鋁合金制成或由鋼制成。為了提高其耐磨性，活塞的工作面鍍鉻。制動(dòng)鉗在汽車(chē)上的安裝位置可以在車(chē)軸的前部或后部。制動(dòng)鉗位于軸的前方，以避免輪胎拋出的泥漿和水進(jìn)入制動(dòng)鉗。軸定位后，輪轂軸承的合成負(fù)荷可以降低。載荷。5.5 制動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)分析制動(dòng)制動(dòng)盤(pán)通常由珠光體灰鑄鐵制成。 它的結(jié)構(gòu)和形狀有兩種板和帽子。 后者的長(zhǎng)度取決于布局的大小。制動(dòng)盤(pán)在工作時(shí)不僅承受作用在制動(dòng)塊上的法向力和切向力，還承受熱負(fù)荷。 為了提高冷卻效果，夾盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)盤(pán)在中間有一個(gè)帶有徑向通風(fēng)槽的雙板，可以大大增加散熱面積，減少 20％?30％左右的溫升， 但光盤(pán)的整體厚度很厚。 國(guó)產(chǎn)進(jìn)口車(chē)型 - 奧迪，桑塔納，富康汽車(chē)和切諾基吉普都配備了帶通風(fēng)槽的制動(dòng)盤(pán)。 制動(dòng)盤(pán)的厚度在 20 到 22.5 之間。 沒(méi)有通風(fēng)車(chē)的汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)通常厚度約為 10?13。制動(dòng)摩擦材料的摩擦系數(shù)只應(yīng)具有一定的角度和穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，耐熱性能下降較好，摩擦系數(shù)在溫度上升到一定值后不應(yīng)急劇下降。材料應(yīng)具有良好的耐磨性，低吸水性（油，制動(dòng)液） ，低壓縮率和低導(dǎo)熱性（摩擦片塊為 300 攝氏度的加熱板：在 30 分鐘的作用后，背板的溫度不超過(guò) 190 攝氏度）和低熱膨脹率，高壓縮性，抗打擊性，抗剪切性，抗彎曲性和抗沖擊性。制動(dòng)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生噪音和臭味。目前，模壓材料廣泛用于制動(dòng)巾。與石棉纖維主要與樹(shù)脂粘合劑混合，并調(diào)節(jié)填充損耗（無(wú)機(jī)粉末和橡膠，聚合物樹(shù)脂等）的摩擦性能后，在高溫工廠進(jìn)行成型。模塑材料的柔韌性差，因此應(yīng)根據(jù)襯里或襯里塊的規(guī)格進(jìn)行模塑。其優(yōu)點(diǎn)是可以使用不同種類(lèi)的聚合物樹(shù)脂來(lái)使襯里或襯里具有不同的摩擦性能和其他性能。該設(shè)計(jì)用于模塑材料。材料。第六章 三維模型的建立6.1 制動(dòng)鼓模型在本設(shè)計(jì)中主要運(yùn)用 CATIA 三維制圖軟件對(duì)制動(dòng)鼓的三維模型進(jìn)行建立，主要的建模步驟如下：（1） 利用 命令繪制草圖，草圖模型如下：（2） 運(yùn)用 凸臺(tái)拉伸命令完成制動(dòng)鼓大致結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如下：（3） 運(yùn)用 倒圓角命令對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，完成建模。6.2 制動(dòng)塊模型同樣運(yùn)用 CATIA 三維軟件對(duì)制動(dòng)塊模型進(jìn)行建立，首先繪制草圖，運(yùn)用命令與上述相同，圖紙草圖結(jié)構(gòu)如下：接著運(yùn)用拉伸命令對(duì)草圖進(jìn)行立體拉伸，結(jié)果如下：