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CA7160 后輪制動器設(shè)計計算說明書 The Design of CA7160’s Brake 摘 要 制動器是使機械中的運動件停止或減速的機械零件。汽車的制動 性是汽車的主要性能之一。任何一套制動系統(tǒng)均由制動器和制動驅(qū)動 機構(gòu)組成。制動器是制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的 力的部件，本次設(shè)計是針對車型為 CA7160 的后輪制動器 ,類型為領(lǐng)從 蹄式制動器，制動蹄采用浮式支撐，附裝有駐車制動機構(gòu)。進行了制 動器主要零件的結(jié)構(gòu)分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體的設(shè)計計算，零件強度計 算，典型零件工藝分析和總成裝配工藝過程分析，在文末附上了一篇 與 ESP 有關(guān)的英文論文的翻譯。 關(guān)鍵詞 :制動器 設(shè)計 摩擦 計算 Abstract The brake is a deceleration machine part which causes in the machinery to transport the moving parts to stop .The ability of automobile .The braking system is composed of brake and braking actuating mechanisms. Brake is the component of braking system, which is used to produce forces to block the movement of automobile or the movement trend. This design aims at the rear-wheel brake of the CA7160. The break’s type is leading trailing shoe brake. I use the floating shoe as the brake shoe. I also add the parking break in my design. I design the structure of the main parts, the calculation of the brake and the strength calculation of some parts. I also analyze the technique of some parts and the unit assembly. At the end of the article, there is a translation of an English article, which is about ESP. Keywords: Brake Design Friction Calculate 目錄 第一章 緒 言 .........................................................................................................1 1.1 制動系統(tǒng)概述 .....................................................................................................1 1.1.1 制動系統(tǒng)的工作原理 .................................................................................1 1.1.2 制動系的結(jié)構(gòu)特點及分類 .........................................................................3 1.1.3 制動系設(shè)計要求 ........................................................................................5 1.2 制動器概述 ........................................................................................................6 1.3 與制動有關(guān)的新技術(shù) ........................................................................................8 1.3.1 ABS 技術(shù) ....................................................................................................8 1.3.2 EBD 技術(shù) ....................................................................................................9 1.3.3 ESP 技術(shù) .....................................................................................................9 1.4 設(shè)計意義 ..........................................................................................................10 第二章 設(shè)計部分 ................................................................................................10 2.1 設(shè)計準備 ..........................................................................................................10 2.2 制動器的結(jié)構(gòu)方案分析 ...................................................................................11 2.2.1 各式鼓式制動器優(yōu)缺點比較 ...................................................................12 2.2.2 制動器類型選擇結(jié)果 ..............................................................................15 2.3 CA7160 制動器的結(jié)構(gòu)特點 .............................................................................15 2.4.1 主要參數(shù)的確定確定方法 ......................................................................16 2.4.2 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)選擇結(jié)果 .................................................19 2.5 CA7160 后輪制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................................19 2.5.1 制動鼓 ......................................................................................................19 2.5.2 制動蹄 ......................................................................................................20 2.5.3 制動底板 ..................................................................................................21 2.5.4 制動蹄的支承 ..........................................................................................21 2.5.5 制動輪缸 ..................................................................................................22 2.5.6 摩擦襯片 ..................................................................................................22 2.5.7 CA7160 后輪制動器主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果 .........................................23 2.5.8 CA7160 后輪制動器蹄與鼓之間的間隙自動調(diào)整裝置 .........................23 2.6 CA7160 后輪制動器設(shè)計計算 .........................................................................25 2.6.1 壓力沿襯片的分布規(guī)律 ...........................................................................25 2.6.2 計算蹄片上的制動力矩 ...........................................................................26 2.6.3 襯片磨損特性的計算 ...............................................................................26 2.6.4 制動因素分析計算 ...................................................................................28 2.6.5 制動輪缸直徑與工作容積 .......................................................................30 2.7 CA7160 后輪制動器零件強度計算 .................................................................30 2.7.1 強度計算準備 ...........................................................................................30 2.7.2 緊固摩擦片鉚釘?shù)眉魬?yīng)力驗算 ...............................................................31 第三章 工藝部分 ..................................................................................................31 3.1 典型零件工藝分析 ...........................................................................................31 3.1.1 毛坯的選擇 ...............................................................................................32 3.1.2 選擇定位基準 ........................................................................................32 3.1.3 加工工序的安排 ....................................................................................33 3.2 總成裝配工藝過程 .........................................................................................33 3.2.1 編排裝配順序的原則是 ........................................................................33 3.2.2 制動蹄總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-3 ..................................................34 3.2.3 輪缸總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-4 ......................................................34 3.2.4 總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-5 ..............................................................34 第四章 設(shè)計總結(jié) ..................................................................................................36 參考文獻 ...............................................................................................................37 致 謝 .....................................................................................................................38 附錄 .......................................................................................................................39 第一章 緒 言 汽車的制動性是汽車的主要性能之一，它為汽車安全行駛提供了 重要保證。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車車速的提高，設(shè)計一套可 靠、穩(wěn)定的制動系統(tǒng)將給駕駛者和乘客的人身財產(chǎn)安全提供有力的保 障。改善汽車制動性也始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。 1.1 制動系統(tǒng)概述 人們?yōu)榱藵M足生活和工作的需要，希望汽車行駛速度盡量地快， 但必須以保證行駛安全為前提。汽車除能高速行駛外，在即將轉(zhuǎn)向、 行經(jīng)不平路面、兩車交會、遇到障礙或危險時，都須減低車速。有時 需要在盡可能短的距離內(nèi)將車速降到很低，甚至為零。如果汽車不具 備這—性能，高速行駛就不可能實現(xiàn)。 汽車在下長坡時，在重力作用下，有不斷加速到危險程度的趨向。 此時應(yīng)當(dāng)將車速限制在—定的安全值以內(nèi)，并保持穩(wěn)定。此外，對已 停駛( 特別是在坡道上停駛)的汽車，應(yīng)使之可靠地駐留原地不動。 使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn) 定，以及使已停駛的汽車保持不動等作用統(tǒng)稱為制動。 對汽車起到制動作用的只能是作用在汽車上的，方向與汽車行駛 方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動阻力、上坡阻力、空氣阻 力都能對汽車起制動作用，但這些外力的大小都是隨機的、不可控制 的。因此汽車上必須裝設(shè)一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和 交通等情況，通過外界(主要是路面)在汽車某些部分(主要是車輪)施加 一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動。這種可控制的對汽車進 行制動的外力稱為制動力。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。 1.1.1 制動系統(tǒng)的工作原理 一般制動系的工作原理可用圖 l—1 所示的一種簡單的液壓制動系 示意圖來說明。 圖 1-1 —個以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動鼓 8 固定在車輪輪毅上， 隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動的制動底板 11 上，有兩個支承銷 12， 支承著兩個弧形制動蹄 10 的下端。制動蹄的外圓面上又裝有一般是非 金屬的摩擦片 9。制動底板上還裝有液壓制動輪缸 6，用油管 5 與裝在 車架上的液壓制動主缸 4 相連通。主缸中的活塞 3 可由駕駛員通過制 動踏板機構(gòu)來操縱。 制動系不工作時，制動鼓的內(nèi)圓面與制動卸摩擦片的外圓面之間 保持有一定的間隙，使車輪和制動鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。要使行駛中的汽 車減速，駕駛員應(yīng)踩下制動踏板 l，通過推桿 2 和主缸活塞 3，使主缸 內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸 6，并通過兩個輪缸活塞 7 推使兩制 動蹄 10 繞支承銷 12 轉(zhuǎn)動，上端向兩邊分開而以其摩擦片 9 壓緊在制 動鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動蹄就對旋轉(zhuǎn)著的制動鼓作用一 個摩擦力矩 ,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動鼓將該力矩? 傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對路面作用一? 個向前的作用力 ，同時路面也對車輪作用一個向后的反作用力，即?F 制動力 。制動力 由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整BB 個汽車減速。制動力愈大，汽車減速度也愈大。當(dāng)放開制動踏板 時．回位彈簧 13 即將制動蹄拉回原位，摩擦力矩 和制動力 消?MBF 失，制動作用即行終止。 圖 1-1 所示的制動系中，由制動鼓 8、摩擦片 9 和制動蹄 10 所構(gòu) 成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個制動力矩(摩擦力矩 )以阻礙車輪轉(zhuǎn)動該系統(tǒng)? 稱為制動器。 顯然，阻礙汽車運動的制動力 不僅取決于制動力矩還取決于輪BF 胎與路面間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動系事實上不 可能產(chǎn)生制動汽車的效果的不過，在討論制動系的結(jié)構(gòu)問題時，一般 都假定具備良好的附著條件。 上述這種用以使行駛中的汽車減低速度甚至停車的制動系稱為行 車制動系，是在行車過程中經(jīng)常使用的。用來使己停駛的汽車駐留原 地不動的另一套裝置則稱為駐車制動系。這兩個制動系是每一輛汽車 都必須具備的。此外，許多國家還規(guī)定汽車必須具有第二制動系，其 作用是在行車制動系失效的情況下保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車。經(jīng) 常在山區(qū)行駛的汽車，若單靠行車制動系來達到下長按時穩(wěn)定車速的 目的，則可能導(dǎo)致行車制動系的制動器過熱而降低制動效能，甚至完 全失效，所以山區(qū)用汽車還應(yīng)具備主要在下坡時用以穩(wěn)定車速的輔助 制動系。 裝設(shè)在車輛上的所有各種制動系總稱為制動裝置。 1.1.2 制動系的結(jié)構(gòu)特點及分類 制動系統(tǒng)可按照制動能源來分類： 以駕駛員的肌體作為惟一制動能源的制功系稱為人力制動系(參見 圖 1-1)。 完全靠由發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制 動的則是動力制動系。 制動能源可以是發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機或油泵，兼用人力和發(fā) 動機動力進行制動的制動系稱為伺服制功系。 以上三種都可用作行車制動系。駐車制動系可以是人力式或動力 式。專門用于掛車的還有慣性制動系和重力制動系。前者的制動能源 是在牽引車輛先行制動的情況下，掛車向牽引車輛靠攏的慣性(功能)。 后者的制動能源是掛車某個組成部件或零件的重力(勢能)。當(dāng)牽引車輛 先行制動時，掛車的這一部件或零件便在本身重力作用下降低其重心， 致使掛車制動。 按照制動能量的傳輸方式，制動系又可分為機械式、液壓式、氣 壓式和電磁式等；同時采用兩種以上的傳能方式的制動系可稱為組合 式制動系。 傳動裝置采用單一的氣壓或液壓回路的制動系為單回路制動系(圖 1—2)。這種制動系中，只要有一處損壞而漏氣(或漏油)，整個系統(tǒng)即 行失效。故自 20 世紀 60 年代中期以來，越來越多的汽車在行車制動 中采用了雙回路結(jié)構(gòu)(圖 1—3，圖 1—4)。在雙回路制動系中，所有行 車制動器的氣壓或液壓管路分屬于兩個彼此隔絕的回路。這樣，即使 其中一個回路失效，還能利用另一回路獲得較原先小的制動力。我國 自 1988 年 1 月 1 日開始，所有汽車均使用雙回路制動系。 1.1.3 制動系設(shè)計要求 設(shè)計制動系時應(yīng)滿足如下主要要求： 1)足夠的制動能力。行車制動能力，用—定制動初速度下的制動 減速度和制動距離兩項指標評定，詳見 JB3939—85；駐坡能力是指汽 車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度，詳見 JB019—85。 2)工作可靠。行車制動至少有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路。當(dāng) 其中的一套管路失效時，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低 于沒有失效時規(guī)定值的 30％。行車和駐車制動裝置可以有共同的制動 器，而驅(qū)動機構(gòu)各自獨立。行車制動裝置都用腳操縱，其它制動裝置 多為手操縱。 3)用任何速度制動標準，汽車都不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。 有關(guān)方向穩(wěn)定性的評價詳見 JB3939—85。 4)防止水和污泥進入制動器工作表面。 5)要求制動能力的熱穩(wěn)定性良好。具體要求詳見 JB3935—85 和 JB4200—86。 6)操縱輕便．并具有良好的隨動性。 7)制動時制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人 體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。 8)作用滯后性應(yīng)盡可能短。作用滯后性是指制動反應(yīng)時間，以制 動踏板開始動作至達到給定的制動效能所得的時間來評價。氣制動車 輛反應(yīng)時間較長，要求不得超過 0.6s，對于汽車列車不得超過 0.8s。 9)摩擦襯片 (塊 )應(yīng)有足夠的使用壽命。 10)摩擦副磨損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整 間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。 11)當(dāng)制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞 時，汽車制動系應(yīng)裝有音響或光信號等報警裝置。 1.2 制動器概述 任何一套制動系統(tǒng)均由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)組成。制動器的是 制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的力的部件，它的好壞 將直接影響制動系統(tǒng)的功效，對不同類型的汽車就需要設(shè)計合適、高 效、經(jīng)濟的制動器，以滿足其制動性能要求。 汽車制動器絕大多數(shù)為摩擦式制動器，一般都是通過其中的固定 元件對旋轉(zhuǎn)元件施加制動力矩，使其后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時依 靠車輪與地面附著作用，產(chǎn)生路面對車輪的制動力，以使汽車減速。 目前，汽車所用的摩擦式制動器可分為兩類鼓式制動器和盤式制動器。 前者摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋 轉(zhuǎn)元件則為圓盤狀的制動盤，以端面為工作表面。與鼓式制動器比較， 盤式制動器有如下優(yōu)點： 1)熱穩(wěn)定性好。原因是一般無自行增力作用，襯塊摩擦表面壓力 分布較鼓式中的襯片更為均勻。此外，制動鼓在受熱膨脹后，工作半 徑增大，使其只能與蹄中部接觸，從而降低了制動效能，這稱為機械 衰退。制動斂的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無關(guān)，故無機械 衰退問題。因此，前輪采用盤式制動器，汽車制動時不易跑偏。 2)水穩(wěn)定性好。制動塊對盤的單位壓力高，易于將水?dāng)D出，因而 浸水后效能降低不多；又由于離心力作用及襯塊對盤的擦拭作用，出 水后只需經(jīng)一、二次制動即能恢復(fù)正常。鼓式制動器則需經(jīng)十余次制 動方能恢復(fù)。 3)制動力矩與汽車運動方向無關(guān)。 4)易于構(gòu)成雙回路制動系．使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。 5)尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好。 6)壓力在制動襯塊上分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻。 7)更換襯塊工作簡單容易。 8)襯塊與制動盤之間的間隙小(0.05～0.15mm)，這就縮短了制動協(xié) 調(diào)時間。 9)易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。 盤式制動器的主要缺點是： 1)難以完全防止塵污和銹蝕(封閉的多片全盤式制動器除外)。 2)兼作駐車制動器時．所需附加的手驅(qū)動機構(gòu)比較復(fù)雜。 3)在制動驅(qū)動機構(gòu)中必須裝用助力器。 4)因為襯塊工作面積小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì) 的襯塊。 盤式制動器已廣泛應(yīng)用于乘用車上，但除了一些高性能的乘用車 用于全部車輪以外，大都只能做前輪制動器，而與后輪的鼓式制動器 配合，以期獲得汽車在較高車速下制動時的方向穩(wěn)定性。在商用車上， 盤式制動器目前也有采用，但離普及還有很大距離。此次設(shè)計的制動 器屬于鼓式制動器。 旋轉(zhuǎn)元件固裝在車輪或半軸上，即制動力矩分別直接作用于兩側(cè) 車輪上的制動器，稱為車輪制動器。旋轉(zhuǎn)元件固裝在傳動系統(tǒng)的傳動 軸上，其制動力矩須經(jīng)過驅(qū)動橋再分配到兩側(cè)車輪上的制動器，則稱 為中央制動器。車輪制動器一般用于行車制動，也兼用于第二制動和 駐車制動。中央制動器一般只用于駐車制動和緩速制動。 很多汽車都采用助力制動系統(tǒng)減少駕駛員在制動停車時必須加到 踏板上的力。助力制動器一般有兩種類型，最常見的一種是利用進氣 歧管的真空所產(chǎn)生的壓力差，作用在膜片上，以提供助力。另一種類 型是采用泵產(chǎn)生液壓提供助力。 駐車制動器總成用來進行機械制動，防止停放的車輛溜車，在液 壓制動完全失效時實現(xiàn)停車，絕大部分駐車制動器用來制動兩個后車 輪。有些前輪驅(qū)動的車輛裝有前駐車制動器，因為在緊急停車中絕大 部分的制動力需要用在車輛的前部。駐車制動器一般用手柄或腳踏板 操作。當(dāng)運用駐車制動器時，駐車制動鋼素(或稱拉索)機械地拉緊施加 制動的杠桿。駐車制動器由機械控制，一般不由液壓控制。 1.3 與制動有關(guān)的新技術(shù) 當(dāng)以很強的壓力進行制動時，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動，這叫做 “車輪抱死” 。車輪抱死并不能幫助車輛停下來，而是輪胎損失了一些 與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時，車輛的制動不再處 于受控制之下，駕駛員處在危險之中。有經(jīng)驗的駕駛員知道．防讓車 輪抱死的對策是迅速上下踏動制動踏板。這樣間歇地對制動器提供壓 力，使駕駛員在緊急制動時能控制住車輛。 1.3.1 ABS 技術(shù) 現(xiàn)今許多車輛裝備了防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動系統(tǒng)做的 工作與有經(jīng)驗的駕駛員做的相同，只是更快、更精確些.當(dāng)它感受到某 個車輪快要抱死或滑移時，迅速中斷到該車輪的制動壓力。在車輪處 的速度傳感器監(jiān)測車輪速度，并將信息傳遞給車上計算機。于是計算 機控制防抱死制動裝置，使輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動。 1.3.2 EBD 技術(shù) EBD（電子制動力分配系統(tǒng)）能夠根據(jù)由于汽車制動時產(chǎn)生軸荷 轉(zhuǎn)移的不同，而自動調(diào)節(jié)前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能， 并配合 ABS 提高制動穩(wěn)定性。汽車在制動時，四只輪胎附著的地面條 件往往不一樣。比如，有時左前輪和右后輪附著在干燥的水泥地面上， 而右前輪和左后輪卻附著在水中或泥水中，這種情況會導(dǎo)致在汽車制 動時四只輪子與地面的摩擦力不一樣，制動時容易造成打滑、傾斜和 車輛側(cè)翻事故。EBD 用高速計算機在汽車制動的瞬間，分別對四只輪 胎附著的不同地面進行感應(yīng)、計算，得出不同的摩擦力數(shù)值，使四只 輪胎的制動裝置根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動 中不斷高速調(diào)整，從而保證車輛的平穩(wěn)、安全。 1.3.3 ESP 技術(shù) ESP 是英文 Electronic Stability Program 的縮寫，這串英文字母的 中文含意為“電子穩(wěn)定程序” 。從它的名字來看，與其說 ESP 是一套 系統(tǒng)，倒不如說它是一組程序。ESP 以 ABS 制動防抱死系統(tǒng)為基礎(chǔ)， 通過外圍的傳感器收集方向盤的轉(zhuǎn)動角度、側(cè)向加速度等信息，這些 信息經(jīng)過微處理器加工，再由液壓調(diào)節(jié)器向車輪制動器發(fā)出制動指令， 來實現(xiàn)對側(cè)滑的糾正。因此，ESP 整合了 ABS 和 TCS 牽引力控制系 統(tǒng)，不僅能防止車輪在制動時抱死和啟動時打滑，還能防止車輛側(cè)滑。 此外，ESP 還能以 25 次 /秒的頻率對駕駛員的行駛意圖和實際行駛情 況進行檢測，隨時待命對車輛的側(cè)滑進行控制，保證駕乘者的行車安 全。 在任何行駛狀態(tài)下，不管是在緊急制動還是正常制動，以及在車 輛自由行駛、加速、油門或載荷發(fā)生變化的時候，ESP 都能讓車輛保 持穩(wěn)定，并確保駕駛員對車輛操縱自如。 ESP 以高頻率(25 次/秒) 對當(dāng)前的行駛狀態(tài)及駕駛員的轉(zhuǎn)向操作進 行檢測和比較，時刻對失去穩(wěn)定的情況、過度轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向不足進行記 錄，一旦預(yù)定的情況有出現(xiàn)危險的可能性，ESP 會立即作出干預(yù)使車 輛恢復(fù)穩(wěn)定。因此，ESP 在車輛即將失去穩(wěn)定、糾正車輛姿態(tài)和恢復(fù) 穩(wěn)定的過程中完全是主動的，在事故發(fā)生之前起作用，徹底防范事故 的發(fā)生，主動地提高行車安全。 1.4 設(shè)計意義 本次設(shè)計是針對車型為 CA7160 的后輪制動器進行的。目前世界 各國針對石油等能源日益緊缺，而在國內(nèi)大力推行低排量，低能耗的 汽車使用。CA7160 的車型排量不大，也擁有較為合適的動力性，可以 作為一般的個人用車，隨著人民生活水平日益提高，個人用車的普及， 在我國這類型號排量的乘用車擁有很大的市場，當(dāng)前各大汽車廠都生 產(chǎn)和銷售這類車型的汽車。為該型號的汽車后輪設(shè)計制動器一方面需 要考慮是否能為汽車制動提供可足夠的制動力，另一方面又需要考慮 經(jīng)濟性和適用性。介于此次設(shè)計是針對普通車型的零部件，也就使得 這次設(shè)計具有了廣泛性和通用性的。 第二章 設(shè)計部分 2.1 設(shè)計準備 1）在制動器設(shè)計中預(yù)定給定的主要技術(shù)參數(shù)如下表： 表 2-1 汽車總質(zhì)量（kg） 1030 整備質(zhì)量（kg） 1420 軸距（mm） 2475 前 1427輪距 （ mm） 后 1422 輪胎 175/70R13T 車輪有效半徑 （mm）er 287.6 制動力分配 ?0.8 空載（mm） 520質(zhì)心高度 滿載（mm） 500 前軸 60％空載 后軸 40％ 前軸 56％軸荷分配 滿載 后軸 44％ 圖 2-1 設(shè)計零件結(jié)構(gòu)示意圖 1-楔形調(diào)整塊 2-駐車制動推桿 3-制動蹄 4-駐車制動推桿內(nèi)彈簧 5-駐車制動推桿外彈簧 6-限位彈簧座 7-駐車制動杠桿 8-制動蹄回位彈簧 9-制動輪缸 10-制動底板 11-柱塞 12-摩擦襯片 2.2 制動器的結(jié)構(gòu)方案分析 鼓式制動器分為領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式、雙向雙領(lǐng)蹄式、雙從蹄式、 單向增力式、雙向增力式等幾種，見圖 2—2，a— f. 圖 2-2 2.2.1 各式鼓式制動器優(yōu)缺點比較 (1)領(lǐng)從蹄式 領(lǐng)從蹄式制動器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動器中居中游； 前進、倒退行駛的制動效果不變；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；便于附裝駐車 制動驅(qū)動機構(gòu)；調(diào)整蹄片與制動鼓之間 的間隙工作容易。但領(lǐng)從蹄 制動器也有兩蹄片上的單位壓力不等（在兩蹄上摩擦襯片面積相同的 條件下） ，故兩蹄襯片磨損不均勻，壽命不同的缺點。此外，因只有一 個輪缸，兩蹄必須在同一驅(qū)動回路作用下工作。 領(lǐng)從蹄式制動器得到廣泛應(yīng)用，特別是轎車和輕型貨車、客車的 后輪制動器用得較多。 (2)雙領(lǐng)蹄式 雙領(lǐng)蹄式制動器的兩塊蹄片各有自己的固定支點，而且兩固定支 點位于兩蹄的不同端，如圖 2—2b 所示，領(lǐng)蹄的固定端在下方，從蹄 的固定端在上方。每塊蹄片有各自獨立的張開裝置，且位于與固定支 點相對應(yīng)的—方。 汽車前進制動時，這種制動器的制動效能相當(dāng)高。由于有兩個輪 缸，故可以用兩個各自獨立的回路分別驅(qū)動兩蹄片。除此之外，這種 制動器還有調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作容易進行和兩蹄片上的 單位壓力相等，使之磨損均勻，壽命相同等優(yōu)點。雙領(lǐng)路式制動器的 制動效能穩(wěn)定性，僅強于增力式制動器。當(dāng)?shù)管囍苿訒r，由了兩蹄片 皆為雙從蹄，使制動效能明顯下降。與領(lǐng)從蹄式制動器比較，由于多 了一個輪缸．使結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。 這種制動器適用于前進制動時前軸動軸荷及附著力大于后軸．而 倒車制動時則相反的汽車前輪上。它之所以不用于后輪，還因為兩個 互相成中心對稱的輪缸，難以附加駐車制動驅(qū)動機構(gòu)。 (3)雙向雙領(lǐng)蹄式 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器的結(jié)構(gòu)特點是兩蹄片浮動，用各有兩個活塞 的兩輪缸張開蹄片 (圖 2-2 c)。 無論是前進或者是倒退制動時，這種制動器的兩塊蹄片始終為領(lǐng) 蹄．所以制動效能相當(dāng)高，而且不變。由于制動器內(nèi)設(shè)有兩個輪缸， 所以適用于雙回路驅(qū)動機構(gòu)。當(dāng)一套管路失效后，制動器轉(zhuǎn)變?yōu)轭I(lǐng)從 蹄式制動器。除此之外．雙向雙領(lǐng)蹄式制動器的兩蹄片上單位壓力相 等，因而磨損均勻，壽命相同。雙向雙領(lǐng)蹄式制動器因有兩個輪缸， 故結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，且調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作困難是它的缺點。 這種制動器得到比較廣泛應(yīng)用。如用于后輪，則需另設(shè)中央駐車 制動器。 (4)雙從蹄式 雙從蹄式制動器的兩蹄片各侖一個固定支點，而且兩固定支點位 于兩蹄片的不同端，并用各有一個活塞的兩輪缸張開蹄片 (圖 2—2d)。 雙從蹄式制動器的制動器效能穩(wěn)定性最好，但因制動器效能最低， 所以很少采用。 (5)單向增力式 單向增力式制動器的兩蹄片只有一個固定支點，兩蹄下端經(jīng)推桿 相互連接成一體，制動器僅有—個輪缸用來產(chǎn)生推力張開蹄片(圖 2-1e)。 汽車前進制動時，兩蹄片皆為領(lǐng)蹄，次領(lǐng)蹄上不存在輪缸張開力， 而且由于領(lǐng)蹄上的摩擦力經(jīng)推桿作用到次領(lǐng)蹄，使制動器效能很高， 居各式制動器之首。與雙向增力式制動器比較，這種制動器的結(jié)構(gòu)比 較簡單。因兩塊蹄片都是領(lǐng)蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性相當(dāng)差。倒車 制動時，兩蹄又皆為從蹄，結(jié)果制動器效能很低。因兩蹄片上單位壓 力不等，造成蹄片磨損不均勻，壽命不一樣。這種制動器只有一個輪 缸，故不適合用于雙回路驅(qū)動機構(gòu)；另外由于兩蹄片下部聯(lián)動，使調(diào) 整助片間隙工作變得困難。少數(shù)輕、中型貨車用來做前制動器。 (6)雙向增力式 雙向增力式制動器的兩蹄片端部各有—制動時不同時使用的共用 支點，支點下方有一輪缸，內(nèi)裝兩個活塞用來同時驅(qū)動張開兩蹄片， 兩蹄片下方經(jīng)推桿連接成一體(圖 2—2f)。 與單向增力式不同的是次領(lǐng)蹄上也作用有來自輪缸活塞推壓的張 開力，盡管這個張開力的作用效果較小，但因次領(lǐng)蹄下端受有來自主 領(lǐng)蹄經(jīng)推桿作用的張開力很大，所以次領(lǐng)蹄上的制動力矩能大到主領(lǐng) 蹄制動力矩的 2～3 倍。因此，采用這種制動器以后，即使制動驅(qū)動機 構(gòu)中不用伺服裝置，也可以借助很小的踏板力得到很大的制動力矩。 這種制動器前進與倒退的制動效果不變。 雙向增力式制動器因兩蹄片均為領(lǐng)蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性比 較差。除此之外，兩蹄片上單位壓力不等，故磨損不均勻，壽命不同。 調(diào)整間隙工作與單向增力式一樣比較困難。因只有一個輪缸，故制動 器不適合用于有的雙回路驅(qū)動機構(gòu)。 制動器的效能因數(shù)由高至低的順序為：增力式制動器，雙領(lǐng)蹄式 制動器，領(lǐng)從蹄式制動器和雙從蹄式制動器。而制動器效能穩(wěn)定性排 序則恰好與上述情況相反。 鼓式制動器的效能并非單純?nèi)Q于根據(jù)制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和摩擦 因數(shù)計算出來的制動器效能因數(shù)值，而且還受蹄與鼓接觸部位的影響。 蹄與鼓僅在蹄的中部接觸時，輸出制動力矩就小，而在蹄的端部和根 部接觸時輸出制動力矩就較大。制動器的效能因數(shù)越高，制動效能受 接觸情況的影響也越大，故正確的調(diào)整對高性能制動器尤為重要。 2.2.2 制動器類型選擇結(jié)果 由于 CA7160 制動器是后輪制動器，雙領(lǐng)蹄式和單向增力式一般 適用于前輪，所以不采用。從經(jīng)濟性和通用性方面考慮決定仍采用較 為常見的蹄式制動器：領(lǐng)從蹄式制動器。采用該制動器作為后輪制動 器的經(jīng)典乘用車車型有德國大眾公司生產(chǎn)的桑塔納轎車、捷達轎車， 奧迪 100 型以及中國第一汽車集團最新生產(chǎn)的威志 1.6 MT 小轎車等 等。 2.3 CA7160 制動器的結(jié)構(gòu)特點 AA CCB 124567 11561781920 B 3 圖 2-3 CA7160 后輪制動器為領(lǐng)從蹄式制動器，制動蹄采用浮式支撐。制 動蹄上下支撐面均加工成弧面，下端支靠在固定于制動底板上的支撐 板上。輪缸活塞通過支撐塊對制動蹄的上端施加促動力。這種支撐結(jié) 構(gòu)可使整個制動蹄沿支撐平面有一定的浮動量，制動蹄可以自動定心， 保證能夠與制動鼓全面接觸。這種結(jié)構(gòu)的另一特點是，該行車制動系 可兼充駐車制動器，因此在制動器中還裝設(shè)了駐車制動機械促動裝置。 駐車制動杠桿 6 上端用平頭銷 2 與后制動蹄 7 連接，其上部卡入 駐車制動推桿 5 右端的切槽中作為中間支點，下端與拉繩連接。前、 后制動蹄的腹板卡在駐車制動推桿 5 兩端的切槽中。駐車制動推桿外 彈簧 4 左端鉤在推桿 5 的左彎舌上，而右端鉤在后制動蹄 7 的腹板上， 駐車制動推桿內(nèi)彈簧 3 的左端鉤在前制動蹄 17 的腹板上，而右端則鉤 在推桿 5 的右彎舌上。 進行駐車制動時，須將駕駛室中的手動駐車制動操縱桿拉到制動 位置，經(jīng)一系列杠桿和拉繩傳動，將駐車制動杠桿 6 下端向前拉，使 之繞上端支點（平頭銷 2）轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中，其中間支點推動制 動推桿 5 左移，將前制動蹄 17 向左推向制動鼓，繼而制動杠桿 6 的上 端右移，通過平頭銷使后制動蹄 7 上端靠向制動鼓，直到兩蹄都壓靠 到制動鼓上，從而實現(xiàn)了駐車制動。 解除制動時，應(yīng)將駐車制動操縱機構(gòu)推回到不制動位置，制動杠 桿 6 在回位彈簧作用下回位，同時制動蹄回位彈簧 11 將兩蹄拉攏。推 桿內(nèi)、外彈簧 3 和 4 除可將兩蹄拉回到原始位置之外，還可以防止制 動推桿在不工作時竄動，碰撞制動蹄而產(chǎn)生噪聲。 2.4 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)的確定 2.4.1 主要參數(shù)的確定確定方法 1）制動鼓內(nèi)徑 D 輸入力 一定時，制動鼓內(nèi)徑越大，制動力矩越大，且散熱能0F 力也越強。但增大 D(圖 8—7)受輪輞內(nèi)徑限制。制動鼓與輪輞之間應(yīng) 保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于 20mm，否則不僅制動鼓散 熱條件太差．而且輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應(yīng) 有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減小制動時的溫 升。制動鼓的直徑小，剛度就大．并有利于保證制動鼓的加工精度。 制動鼓直徑與輪輞直徑之比 D/ 的范圍如下：rD 轎車：D/ ＝0.64～0.74 貨車：D/ ＝0.70～0.83rDr 制動鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參照專業(yè)標準 ZBT24005－89 《制動鼓工作直 徑及制動蹄片寬度尺寸系列》選取。 圖 2-4 鼓式制動器主要技術(shù)參數(shù) 2)摩擦襯片寬度 b 和包角 β 摩擦襯片寬度尺寸 b 的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片 寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬 些，則質(zhì)量大．不易加工，并且增加了成本。 制動鼓半徑 R 確定后，襯片的摩擦面積為 ＝Rβb.制動器各蹄pA 襯片總的摩擦面積 越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負?pA 荷越小，從而磨損特性越好。 根據(jù)國外統(tǒng)計資料分析，單個車輪鼓式制動器的襯片面積隨汽車 總質(zhì)量增大而增大，具體數(shù)據(jù)見表 2—2。 表 2—2 汽車類別 汽車總質(zhì)量 am單個制動器總的襯片摩擦面積 /pA2cm 乘用車 0.9～1.5 1.5～2.5 100～200 200～300 貨車及客車 1.0～1.5 1.5～2.5 2.5～3.5 3.5～7.0 7.0～12.0 12.0～17.0 120～200 150～250 （多為 150～200） 250～400 300～650 550～1000 600～1500 （多為 600～1200） 試驗表明，摩擦襯片包角 β＝ 時，磨損最小，制動鼓??10~9 溫度最低，且制動效能最高。β 角減小雖然有利于散熱，但單位壓力 過高將加速磨損。實際上包角兩端處單位壓力最小，因此過分延伸襯 片的兩端以加大包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不 平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。因此，包角—般不宜大于 120。 襯片寬度 b 較大可以減少磨損，但過大將不易保證與制動鼓全面 接觸。尺寸系列見 ZB T24005—89。 3)摩擦襯片起始角 0? 摩擦襯片起始角 如圖 2-3 所示。通常是將摩擦襯片布置在制動 蹄外緣的中央，并令 。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布2/90??? 情況，將襯片相對于最大壓力點對稱布置，以改善制動效能和磨損的 均勻性。 4)張開力 P 的作用線到制動器中心的距離 e 在滿足輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離 a(圖 2-3)盡可能地大，以提高其制動效能。初步設(shè)計時可暫取 e＝0.8R 左右。 5)制動蹄支撐點坐標 a 和 c 應(yīng)在保證兩蹄支撐端毛面不致互相干涉的條件下，使 a 盡可能的 大而 c 盡可能的?。▓D 2-3） 。初步設(shè)計時，也可暫定 a=0.8R. 2.4.2 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)選擇結(jié)果 主要參數(shù)選擇結(jié)果列表如下 表 2-3 制動鼓內(nèi)徑 D 200mm 寬度 b 5mm 包角 β ?90 起始角 0?45 摩擦襯片 摩擦面積 pA188.5 2cm 張開力 P 的作用線到制動器中心的距離 e 80mm a 80mm制動蹄支撐點坐標 c 10mm 2.5 CA7160 后輪制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.5.1 制動鼓 制動鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應(yīng)超 過極限值。制動鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料相匹配，以保證具有高 的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。 制動鼓有鑄造和組合式兩種。鑄造制動鼓多選用灰鑄鐵制造具有 機械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點。為防止制動鼓工作時受載變 形，常公制動鼓的外圓周部分鑄有肋，用來加強剛度和增加散熱效果 (圖 2－ 4a)。精確計算制動鼓望厚既復(fù)雜又困難，所以常根據(jù)經(jīng)驗選取。 轎車制動鼓壁厚取為 7—12mm，貨車取為 13—18mm。 圖 2-5 2.5.2 制動蹄 轎車和輕型貨車的制動蹄廣泛采用 T 形型鋼輾壓或用鋼板焊接制 成，重型貨車的制動蹄則多用鑄鐵或鑄鋼鑄成。制動蹄的斷面形狀和 尺寸應(yīng)保證其剛度。但小型汽車用鋼板制成的制動蹄腹板上往往開一 條或兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些．其目的是襯片磨損較為均勻， 并減小制動時的尖叫聲。重型汽車的制動蹄斷面有工字形、山字形和 Π 字形幾種。制動蹄腹板和翼緣的厚度，轎車為 3～5mm．貨車約為 5～8mm。 為了提高效率，增加制動蹄的使用壽命和減輕磨損，在中、重型 貨車的鑄造制動蹄靠近張開凸輪一端，設(shè)置有滾輪或者鑲裝有支持張 開凸輪的墊片 (圖 2-5)。 制動蹄和摩擦片可以鉚接，也可以粘接。粘接的優(yōu)點在于襯片更 換前允許磨損的厚度較大，又缺點是工藝較復(fù)雜、且不易更換襯片。 鉚接的噪聲較小。 圖 2-6 2.5.3 制動底板 制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝 零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩， 因此它應(yīng)有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動底板均具有凸 凹起伏的形狀。重型汽車則采用可鑄鐵 KTH370-12 的制動底板。剛度 不足會使制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。 2.5.4 制動蹄的支承 二自由度制動蹄的支撐，結(jié)構(gòu)簡單，并能使制動蹄相對制動鼓自 行定位。為了使具有支撐銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動 鼓的工作表面同軸心，應(yīng)使支撐位置可調(diào)。例如采用偏心支撐承銷或 偏心輪。支撐銷由 45 號鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵 （KHT370-12 ）或球墨鑄鐵（ QT400-18）件。青銅偏心輪可保持制動 蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長支承銷的支承能可靠的保持制動蹄的正確安裝位置，避免 側(cè)向偏擺。有時在制動底板上附加一壓緊裝置，使制動蹄中部靠向制 動底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開機構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動 腹板張開端插入，以保持制動蹄的正確位置。 2.5.5 制動輪缸 制動輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡 單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵 HT250 制成。其 缸筒為通孔，需鏜磨?；钊射X合金制造?；钊舛藟河袖撝频拈_槽 頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板端部或端部接頭處。輪缸的工作 腔由裝在活塞上的橡皮密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。 多數(shù)制動輪缸有兩個等直徑活塞；少數(shù)有四個等直徑活塞；雙領(lǐng)蹄式 制動器的兩蹄則各用一個單活塞制動輪缸推動。 2.5.6 摩擦襯片 摩擦襯片(襯塊) 的材料應(yīng)滿足如下要求： 1)具右一定的穩(wěn)定的摩擦因數(shù)。在溫度、壓力升高扣工作速度發(fā) 生變化時，摩擦因數(shù)變化盡可能小。 2)具有良好的耐磨性。不僅摩擦襯片(塊)應(yīng)有足夠的使用壽命，而 且對偶摩擦副的磨耗也要求盡可能小。如盤式制動器的摩擦襯塊硬度 過高．則制動盤磨損嚴重，所以這樣的襯塊并不可取。通常要求制動 盤的磨耗不大于襯塊的 1/10。 3)要有盡可能小的壓縮率和膨脹率。壓縮變形太大影響制動主缸 的排量和踏板行程，降低制動靈敏度。熱膨脹率過大，摩擦襯塊和制 動盤要產(chǎn)生拖磨，龍其對鼓式制動器襯片受熱膨脹消除間隙后，可能 產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。 4)制動時不易產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境無污染。 5)應(yīng)采用對人體無害的摩擦材料。 6)有較高的耐擠壓強度和沖擊強度，以及足夠的抗剪切能力。 7)摩擦襯塊的熱傳導(dǎo)率應(yīng)控制在一定范圍。要求摩擦襯塊在 300℃ 加熱板上作用 30min 后，背板的溫度不超過 。防止防塵罩、密封圈過早老化和C?190 制動液溫度迅速升高。 以前制動器摩擦襯片使用的是由增強材料(石棉及其它纖維)、粘結(jié) 劑、摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成的石棉摩阻材料。它有制造容易、成本低、 不易刮傷對偶等優(yōu)點，因為它又有耐熱性能差，隨著溫度升高而摩擦 因數(shù)降低、磨耗增高和對環(huán)境有污染，特別是石棉能致癌．所以已逐 漸遭受淘汰。 由金屬纖維、粘結(jié)劑和摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成的半金屬摩阻材料， 具有較高的耐熱性和耐磨性，特別是因為沒有石棉粉塵公害．近來得 到廣泛的應(yīng)用。 粉末冶金無機質(zhì)金屬摩阻材料，雖然具有耐熱性好、摩擦性能穩(wěn) 定等優(yōu)點，但因為它的制造工藝復(fù)雜、成本高、容易產(chǎn)生噪聲和刮傷 對偶等缺點，目前應(yīng)用并不廣泛，僅用于重型貨車上。 2.5.7 CA7160 后輪制動器主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)果 表 2-4 材料 HT200 外徑 264mm 許用不平衡度 18 cmN? 制動鼓 壁厚 7cm 材料 Q235制動蹄 腹板厚度 5mm 材料 Q235制動底板 厚度 5mm 材料 QT400-18制動蹄支撐 尺寸 見設(shè)計圖紙 材料 殼體為 HT250 其余為 Q235制動輪缸 結(jié)構(gòu)尺寸 見設(shè)計圖紙 材料 半金屬摩阻材料摩擦襯片 結(jié)構(gòu)尺寸 見設(shè)計圖紙 2.5.8 CA7160 后輪制動器蹄與鼓之間的間隙自動調(diào)整裝置 CA7160 采用楔塊式間隙自調(diào)裝置。如圖 2-3 所示，間隙自調(diào)裝置 的楔形調(diào)節(jié)塊 20 夾在前制動蹄 17 和駐車制動推桿 5 之間形成的切槽 中。在正常的制動間隙(0.2～0.3mm)下制動時，外彈簧 4 被拉伸，兩 制動蹄靠到制動鼓上、施以制動。此時，由于內(nèi)彈簧 3 的剛度大于外 彈簧 4 的剛度，故不被拉伸，內(nèi)彈簧 3 連同駐車制動推桿 5 與前制動 蹄 17 一起左移靠到制動鼓上。當(dāng)制功蹄磨損、制動器間隙過大并進行 制動時，外彈簧 8 首先被拉伸到一定程度，內(nèi)彈簧 11 也被拉伸，使駐 車制動推桿與前制動蹄間形成的切槽寬度增大．則切槽與楔形調(diào)節(jié)塊 之間的間隙也就增大了，于是楔形調(diào)節(jié)塊在彈簧 3 的拉力作用下向下 移動，從而填補了上述間隙增量，使制動蹄與制動鼓又恢復(fù)到正常制 動器間隙量。這種制動器間隙自調(diào)裝置也屬一次調(diào)準式。 圖 2-7 制動器中的過量間隙并不充全是由于摩擦副磨損所致，還有一部 分是出于制動鼓熱膨脹而直徑增大所致。制動時所需活塞行程增大到 超過間隙△所限定的數(shù)值．原因也不僅是制動器的過量間隙，還有鼓 和蹄的彈性變形。所以，確定冷態(tài)制動器間隙自調(diào)裝置中的間隙△時， 就要盡量將可能產(chǎn)生的制動蹄