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專業(yè)綜合訓(xùn)練說明書
題目： TOYOTA COASTER 客車后制動(dòng)器設(shè)計(jì)
目錄
第一章 緒論 1
1.1汽車制動(dòng)器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1
1.2制動(dòng)器功能 2
1.3制動(dòng)器要求 3
第2章 制動(dòng)力分配 4
2.1參數(shù) 4
2.2法規(guī)要求 4
第3章 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 5
3.1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 6
3.2雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 6
3.3雙從蹄式制動(dòng)器 7
3.4雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)器 7
3.5單向增力式制動(dòng)器 7
3.6雙向增力式制動(dòng)器 8
第4章 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 8
4.1制動(dòng)鼓直徑D 8
4.2摩擦襯片寬度和包角 9
4.3摩擦襯片初始角的選取 11
4.4張開力P作用線至制動(dòng)器中心的距離a 12
4.5制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)c 和g 12
4.6摩擦片摩擦系數(shù) 12
第5章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
5.1壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律 13
5.2計(jì)算蹄片上的制動(dòng)力矩 14
5.3制動(dòng)器的效能因數(shù) 18
5.4鼓式制動(dòng)器的自鎖檢查 18
第6章 主要零部件設(shè)計(jì) 19
6.1制動(dòng)蹄 19
6.2制動(dòng)鼓 20
6.3制動(dòng)底板 22
6.4制動(dòng)蹄的支撐 23
24
6.5制動(dòng)蹄回位彈簧 24
6.6制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 25
6.7摩擦襯片 26
第7章 校核計(jì)算 28
7.1摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 28
7.2制動(dòng)蹄支撐銷剪切應(yīng)力計(jì)算 29
總結(jié) 30
摘要
關(guān)鍵詞 制動(dòng)系統(tǒng) 鼓式制動(dòng)器
制動(dòng)系統(tǒng)在汽車中有著極為重要的作用，如果失效將會(huì)造成災(zāi)嚴(yán)重的后果。制動(dòng)系統(tǒng)的主要部件就是制動(dòng)器，在現(xiàn)代汽車上仍然廣泛使用的是具有較高制動(dòng)效能的蹄—鼓式制動(dòng)器。
本次設(shè)計(jì)的是鼓式制動(dòng)器。通過對(duì)車輪的制動(dòng)鼓、摩擦襯片等尺寸參數(shù)的選取，對(duì)鼓式制動(dòng)器進(jìn)行總體的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步查找相關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)（制動(dòng)鼓內(nèi)徑D，摩擦襯片寬度b和包角β，制動(dòng)中心到張開作用線距離等）進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，熟練使用三維設(shè)計(jì)軟件，通過相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)繪制出各個(gè)組成零件的三維模型，并進(jìn)行制動(dòng)器整體的總成裝配。鼓式制動(dòng)也叫塊式制動(dòng)，現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器的主流是內(nèi)張式，它的制動(dòng)蹄位于制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)，剎車時(shí)制動(dòng)塊向外張開，摩擦制動(dòng)輪的內(nèi)側(cè)，達(dá)到剎車的目的。?制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)于汽車來說是必不可少的，它不僅可以幫助駕駛員控制汽車，而且還能更好的減少因某些原因使駕駛員受到傷害。
車用制動(dòng)器多分為兩種，鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器。大型車輛出于成本的考慮多選用鼓式制動(dòng)器，少部分轎車也采用此種制動(dòng)器。雖然目前制動(dòng)器的趨勢逐漸向全盤式發(fā)展，但鼓式制動(dòng)器所獨(dú)有的優(yōu)勢是盤式制動(dòng)器所無法代替的。
本說明書主要講述輕型客車鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)，計(jì)算及關(guān)鍵零部件的校核，參數(shù)選擇等內(nèi)容。
第一章 緒論
1.1汽車制動(dòng)器的國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢?
對(duì)制動(dòng)器的早期研究側(cè)重于試驗(yàn)研究其摩擦特性，隨著用戶對(duì)其制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高，有關(guān)其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面的研究也在深入進(jìn)行。?
目前，汽車所用的制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動(dòng)器被普遍使用。但由于為了提高其制動(dòng)效能而必須加制動(dòng)增力系統(tǒng)，使其造價(jià)較高，故低端車一般還是使用前盤后鼓式。汽車制動(dòng)過程實(shí)際上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程，它把汽車行駛時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為熱能。高速行駛的汽車如果頻繁使用制動(dòng)器，制動(dòng)器因摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱量，使制動(dòng)器溫度急劇升高，如果不能及時(shí)的為制動(dòng)器散熱，它的效率就會(huì)大大降低，影響制動(dòng)性能，出現(xiàn)所謂的制動(dòng)效能熱衰退現(xiàn)象。?
在中高級(jí)轎車上前后輪都已經(jīng)采用了盤式制動(dòng)器。不過，時(shí)下還有不少經(jīng)濟(jì)型轎車采用的還不完全是盤式制動(dòng)器，而是前盤后鼓式混合制動(dòng)器（即前輪采用盤式制動(dòng)器、后輪采用鼓式制動(dòng)器），這主要是出于成本上的考慮，同時(shí)也是因?yàn)檗I車在緊急制動(dòng)時(shí)，負(fù)荷前移，對(duì)前輪制動(dòng)的要求比較高，一般來說前輪用盤式制動(dòng)器就夠了。當(dāng)然，前后輪都使用盤式制動(dòng)器是一種趨勢。在貨車上，盤式制動(dòng)器也有被采用的，但離完全取代鼓式制動(dòng)器還有相當(dāng)長的一段距離。?
現(xiàn)代汽車制動(dòng)器的發(fā)展起源于原始的機(jī)械控制裝置，最原始的制動(dòng)控制只是駕駛員操縱一組簡單的機(jī)械裝置向制動(dòng)器施加作用力，那時(shí)的汽車重量比較小，速度比較低，機(jī)械制動(dòng)已經(jīng)能夠滿足汽車制動(dòng)的需要，但隨著汽車自身重量的增加，助力裝置對(duì)機(jī)械制動(dòng)器來說越來越顯得非常重要,從而開始出現(xiàn)了真空助力裝置。另外，近年來則出現(xiàn)了一些全新的制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式，如磁粉制動(dòng)器、濕式多盤制動(dòng)器、電力液壓制動(dòng)臂型盤式制動(dòng)器、濕式盤式彈簧制動(dòng)器等。
1.2制動(dòng)器功能
制動(dòng)系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢的力的部件叫做制動(dòng)器，一般制動(dòng)器，都是通過其中的固定元件對(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)依靠車輪與路面的附著作用，產(chǎn)生路面對(duì)車輪的反力，以使汽車減速。
目前，各類汽車所用的摩擦制動(dòng)器可分為鼓式和盤式兩大類。前者摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)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(dòng)盤，以端面為工作表面。鼓式制動(dòng)還可分為內(nèi)張式和外束式兩種。內(nèi)張式即為前所述，外束式大部分使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，散熱要比內(nèi)張式好，但造價(jià)較高，一般車上并不采用。
旋轉(zhuǎn)元件固裝在車輪或半軸上，即制動(dòng)力矩分別作用于兩側(cè)車輪上的制動(dòng)器，稱為車輪制動(dòng)器。旋轉(zhuǎn)元件固裝在傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)軸上，其制動(dòng)力矩需經(jīng)過驅(qū)動(dòng)橋再分配到兩側(cè)車輪上的制動(dòng)器，則稱為中央制動(dòng)器。車輪制動(dòng)器一般用于行車制動(dòng)，也有兼用于第二制動(dòng)（或應(yīng)急制動(dòng)）和駐車制動(dòng)的。中央制動(dòng)器一般只用于駐車制動(dòng)和緩速制動(dòng)。
1.3制動(dòng)器要求
汽車制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。行車制動(dòng)是用腳踩下制動(dòng)踏板操縱車輪制動(dòng)器來制動(dòng)全部車輪；而駐車制動(dòng)則采用手制動(dòng)桿操縱，且利用專設(shè)的中央制動(dòng)器或利用車輪制動(dòng)器進(jìn)行制動(dòng)。中央制動(dòng)器位于變速器之后的傳動(dòng)系中，用于制動(dòng)變速器的第二軸或傳動(dòng)軸。
以前，大多數(shù)汽車的駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)都采用中央制動(dòng)器，其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)位于主減速器之前的變速器第二軸或傳動(dòng)軸，所需的制動(dòng)力矩較小，容易適應(yīng)手操縱力小的特點(diǎn)。但在用作應(yīng)急制動(dòng)時(shí)，則往往會(huì)使傳動(dòng)軸超載?，F(xiàn)代汽車由于車速的提高，對(duì)應(yīng)急制動(dòng)的可靠性要求更嚴(yán)格，因此，在中、高級(jí)轎車和部分總質(zhì)量在1.5t以下的載貨汽車上，多在前輪制動(dòng)器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)的作用。
制動(dòng)器設(shè)計(jì)一定要滿足諸多要求，其散熱一定要好，制動(dòng)效能和制動(dòng)效能穩(wěn)定性一定要符合國家標(biāo)準(zhǔn)，其熱衰退和誰衰退也一定要好，要滿足國家剎車標(biāo)準(zhǔn)。摩擦材料不應(yīng)使用對(duì)人體有害的材料，對(duì)環(huán)境要無污染。
此次設(shè)計(jì)輕型客車滿載5750Kg，鑒于大多數(shù)客車都采用中央制動(dòng)器作為駐車裝置，因此在此次設(shè)計(jì)的前輪制動(dòng)器中不再加設(shè)駐車機(jī)構(gòu)。
第2章 制動(dòng)力分配
2.1參數(shù)
驅(qū)動(dòng)形式:4*2前置前驅(qū)動(dòng)
發(fā)動(dòng)機(jī)：功率：102kw/4800rpm;
主減速比：5.625
一檔傳動(dòng)比：5.18 扭矩：230N.m/4000rpm
整備質(zhì)量：3620Kg 滿載總質(zhì)量：5750Kg
輪胎型號(hào)：7.00R16-12PRLT
2.2法規(guī)要求
為了保證制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性和有足夠的制動(dòng)效率，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)制定的ECE R13制動(dòng)法規(guī)對(duì)雙軸汽車前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力提出了明確的要求。我國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZBT 24007-1989也提出了類似的要求。下面以轎車和最大總質(zhì)量大于3.5t的客車為例予以說明。
法規(guī)規(guī)定：
對(duì)于φ = 0.2 ~ 0.8之間的各種車輛，要求制動(dòng)強(qiáng)度z ≥ 0.1 + 0.85(φ -0.2)
車輛在各種裝載狀態(tài)時(shí)，前軸利用附著系數(shù)曲線應(yīng)在后軸利用附著系數(shù)曲線之上。
對(duì)于最大總質(zhì)量大于3.5t的客車，在制動(dòng)強(qiáng)度z = 0.15 ~ 0.3之間，每根軸的利用附著系數(shù)曲線位于φ = z ± 0.08兩條平行于理想的附著系數(shù)直線的平行線之間；而制動(dòng)強(qiáng)度z ≥ 0.3時(shí)，后軸的利用附著系數(shù)滿足關(guān)系式
z ≥ 0.3 + 0.74(φ - 0.38)，則認(rèn)為也滿足了法規(guī)的要求。
但是對(duì)于轎車而言，制動(dòng)強(qiáng)度在0.3~ 0.45之間，后軸利用附著系數(shù)曲線不超過直線φ = z + 0.05的條件下，允許后軸利用附著系數(shù)曲線在前軸利用附著系數(shù)曲線的上方。
第3章 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇
鼓式制動(dòng)器一般可按其制動(dòng)蹄受力情況進(jìn)行分類，它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀態(tài)以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。
圖3-1鼓式制動(dòng)器簡圖
(a) 領(lǐng)從蹄式（用凸輪張開）；（b）領(lǐng)從蹄式（用制動(dòng)輪缸張開）；（c）雙領(lǐng)蹄式（非雙向，平衡式）； （d）雙向雙領(lǐng)蹄式；（e）單向增力式；（f）雙向増力式
制動(dòng)蹄按其張開時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和制動(dòng)鼓的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是否一致，有領(lǐng)蹄和從蹄之分。制動(dòng)蹄張開的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致的制動(dòng)蹄，稱為領(lǐng)蹄；反之，則稱為從蹄。
3.1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
無論車輪向哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，其都具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。每塊蹄片都有自己的固定點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的同一端。張開裝置有兩種形式，第一種用凸輪或楔塊式張開裝置。其中，平衡凸塊和楔塊式張開裝置中的制動(dòng)凸輪和制動(dòng)楔塊是浮動(dòng)的，故能保證作用在兩蹄上的張開力相等。第二種用兩個(gè)活塞直徑相等的輪缸（液壓傳
動(dòng)），可保證作用在兩蹄上的張開力相等。本次設(shè)計(jì)采用凸輪領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器設(shè)計(jì)。
領(lǐng)叢蹄式制動(dòng)器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動(dòng)器中居中游：前進(jìn)、倒退行駛的制動(dòng)效果不變；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；便于附裝駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；調(diào)整蹄片與制動(dòng)鼓之間的間隙工作容易。但領(lǐng)叢蹄式制動(dòng)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），故兩蹄片磨損不均勻，壽命不同的特點(diǎn)。此外，因只有一個(gè)輪缸，兩蹄必須在同一驅(qū)動(dòng)回路作用下工作。
領(lǐng)叢蹄式制動(dòng)器得到廣泛的應(yīng)用，特別是轎車和輕型客車、客車的后輪制動(dòng)器用得較多。
3.2雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶?。兩制?dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)。
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是由于這類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。采用這種結(jié)構(gòu)型式的前輪制動(dòng)器并與領(lǐng)從蹄式后輪制動(dòng)器相匹配，則可較容易地獲得所希望的前、后輪制動(dòng)力分配(>，即前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力大于后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力)，并使前、后輪制動(dòng)器的許多零件有相同的尺寸。
3.3雙從蹄式制動(dòng)器
雙從蹄式制動(dòng)器的兩踢偏上各有一個(gè)固定值點(diǎn)，而且兩固定點(diǎn)位于兩蹄片的不同端，并用各有一個(gè)活塞的兩輪剛張開蹄片。
雙從蹄式制動(dòng)器在汽車前行時(shí)，兩個(gè)蹄都是從蹄。故制動(dòng)穩(wěn)定性最好， 但因制動(dòng)效能低，所以很少采用。
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3.4雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)器
當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，制動(dòng)效能較高，多用于輕型汽車的前、后車輪，但缺點(diǎn)是其效能穩(wěn)定性較差，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，輪缸、管路、管接頭等零件多、造價(jià)高，而且更容易發(fā)生泄漏等故障。
3.5單向增力式制動(dòng)器
單向增力式制動(dòng)器如圖所示，兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此它居于一種非平衡式制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)效能卻是最低的。因此，它僅用于少數(shù)輕、輕型客車和轎車上作為前輪制動(dòng)器。
3.6雙向增力式制動(dòng)器
將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則成為雙向增力式制動(dòng)器。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來說，不論汽車前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。
雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用作汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。
但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動(dòng)過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。本次設(shè)計(jì)不采用此種方案。
綜合考慮，本次設(shè)計(jì)采用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。
第4章 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
4.1制動(dòng)鼓直徑D
在輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑D越大，則制動(dòng)力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。但的增大受輪輞內(nèi)徑限制，制動(dòng)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20~30mm，否則不僅制動(dòng)鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能損壞輪胎。制動(dòng)鼓應(yīng)有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減少制動(dòng)時(shí)的溫度。制動(dòng)鼓的直徑小，剛度就大，并有利于保證制動(dòng)鼓的加工精度。
制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下：
乘用車 =0.64-0.74
商用車 =0.70-0.83
制動(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參考專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T309—1999《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》。轎車制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小125mm-150mm，載貨汽車和客車的制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80mm-100mm，設(shè)計(jì)時(shí)亦可按輪輞直徑初步確定制動(dòng)鼓內(nèi)徑（見表4-1）。
表4-1 制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑
輪輞直徑/in
12
13
14
15
16
20
制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑/mm
轎車
180
200
240
260
--
--
客車、客車
220
240
260
300
320
420
本次設(shè)計(jì)輪胎規(guī)格7.00R16-12PRLT ，其中7.00為輪胎名義斷面寬度（in），16為輪輞名義直徑（in）,1 in=25.4mm
輪輞直徑16英寸，則輪輞直徑=16×25.4mm=406.4mm。
本次設(shè)計(jì)中初選制動(dòng)鼓內(nèi)徑=300mm，=300/406.4=0.7382，滿足客車對(duì)制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑比值的要求。
4.2摩擦襯片寬度和包角
摩擦襯片的包角通常在=90~120度范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角=90~100度時(shí)磨損最小，制動(dòng)鼓的溫度也最低，而制動(dòng)效能則最高。再減小雖有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。包角也不宜大于120度，因?yàn)檫^大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。本次設(shè)計(jì)取為100度。
由《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》的規(guī)定，選取制動(dòng)蹄摩擦片寬度b=100mm
上述兩個(gè)參數(shù)：，b 加上已初定的制動(dòng)鼓內(nèi)徑?jīng)Q定了每個(gè)制動(dòng)器的摩擦面積即
（4-1）
式中：D—制動(dòng)鼓內(nèi)經(jīng)mm
b—制動(dòng)蹄摩擦襯片寬度mm
——分別為兩蹄的摩擦襯片包角，（）。
——單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積，mm2
則 ==523.3
圖4-1 鼓式制動(dòng)器的主要幾何參數(shù)
表4-2制動(dòng)器襯片摩擦面積
汽車類別
汽車總質(zhì)量t
單個(gè)制動(dòng)器摩擦面積cm2
乘用車
商用車
（多為）
（多為）
由上表數(shù)據(jù)可知設(shè)計(jì)符合要求
4.3摩擦襯片初始角的選取
通常是將摩擦襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央。有時(shí)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)稱布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。
根據(jù)=-（/2）=
4.4張開力P作用線至制動(dòng)器中心的距離a
在滿足制動(dòng)輪缸能夠布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高制動(dòng)效能，初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫取左右。
=120mm
4.5制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)c 和g
應(yīng)在保證兩蹄支承端面不致相互干涉的條件下，使c盡可能大而k盡可能?。▓D4-1）。初步設(shè)計(jì)可取c取為120mm，g取為30mm
4.6摩擦片摩擦系數(shù)
選擇摩擦片時(shí)不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器非常重要。各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)，并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于250℃時(shí)，保持摩擦系數(shù)=0.35～0.40已不成問題。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，取=0.4可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際值。另外，在選擇摩擦材料時(shí),應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無害的材料。
在本設(shè)計(jì)中選取=0.4。
第5章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律
制動(dòng)蹄有一個(gè)自由度和兩個(gè)自由度之分，本設(shè)計(jì)中后輪所用的領(lǐng)從蹄的蹄片為繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)的蹄片，為一個(gè)自由度。
如圖5-1所示，將坐標(biāo)原點(diǎn)選在制動(dòng)鼓中心O點(diǎn)，坐標(biāo)軸線通過蹄片的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)和O點(diǎn)；軸線垂直于軸線。
制動(dòng)時(shí)，由于摩擦襯片變形，蹄片一面繞瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)還順著摩擦力作用的方向沿支撐面移動(dòng)。如果蹄片不變形，則蹄片中心位于點(diǎn)。蹄片在張開力和摩擦力作用下，繞支撐點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)角。E1E1線是未變形的襯片表面輪廓。摩擦襯片表面任意點(diǎn)B1沿蹄片轉(zhuǎn)動(dòng)的切線方向的變形就是線段在半徑OB1延長線上的投影。由于很小，可以認(rèn)為
所以，襯片在點(diǎn)的徑向變形
(5-1)
根據(jù)正弦定理，有如下關(guān)系
(5-2)
把式（5-2）代入（5-1），得
假定摩擦襯片上各點(diǎn)的壓力與該點(diǎn)的徑向變形成正比，是比例系數(shù)（蹄片剛度），則
綜上所述，緊蹄片上各點(diǎn)的壓力沿摩擦襯片長度的分布符合正弦曲線規(guī)律。由于在以上分析中并沒有用到摩擦力，所以上述公式也適用于松蹄。
圖5-1 計(jì)算摩擦襯片徑向變形
5.2計(jì)算蹄片上的制動(dòng)力矩
(1)利用壓力
在摩擦襯片表面取一微元面積（b是襯片寬度）。在這一微元面積上的法向力為 如圖5-2所示
圖 5-2 計(jì)算緊蹄制動(dòng)力矩的力學(xué)模型
摩擦力產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為
其中，f是蹄與鼓之間的摩擦系數(shù)。
當(dāng)法向壓力分布均勻，即=常數(shù)時(shí)，有
由此可得
由上式得
則不均勻系數(shù)為
由于在以上分析中都沒有考慮摩擦力方向的影響，分析結(jié)果既適用于緊蹄，也適用于松蹄。
（2）制動(dòng)力矩與張開力的關(guān)系
在實(shí)際計(jì)算中，也可采用由張開力計(jì)算制動(dòng)力矩的方法，且更為方便。如圖5-3所示。
緊蹄制動(dòng)力矩可用下式表達(dá)
其中，F(xiàn)1是緊蹄的法向合力；R1是摩擦力的作用半徑。
分別建立沿軸方向的力平衡方程和繞制動(dòng)鼓中心O的力矩平衡方程
其中，是軸和F1之間的夾角；是支承反力在軸上的投影。
圖5-3 計(jì)算緊蹄張開力的模型
由（5-3）式可得 (5-5)
把（5-5）代入（5-4）得
在緊蹄上的制動(dòng)力矩為
本次設(shè)計(jì)中R=150mm， a=120mm， c=120mm
g取為30mm h=a+c=240mm
如圖5-2所示
是法向合力F1與軸的夾角，根據(jù)其定義有如下關(guān)系
即R1僅取決于
緊蹄上制動(dòng)力矩
緊蹄的法向合力
緊蹄的效能因數(shù)
緊蹄上的最大壓力
同理計(jì)算松蹄的效能因數(shù)時(shí)
松蹄上的制動(dòng)力矩
松蹄的法向合力
松蹄的效能因數(shù)
5.3制動(dòng)器的效能因數(shù)
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器有兩塊蹄片，鼓上的制動(dòng)力矩等于它們的摩擦力矩之和，即 又
制動(dòng)器的效能因數(shù)
從下圖5-4可看出，計(jì)算所得效能因數(shù)基本正確。
圖 5-4一種領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能因數(shù)K隨著摩擦系數(shù)f的特性曲線
1-制動(dòng)器的效能因數(shù)K 2-領(lǐng)蹄的效能因數(shù) 3-從蹄的效能因數(shù)
5.4鼓式制動(dòng)器的自鎖檢查
在設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須檢查蹄有無自鎖的可能。
緊蹄的制動(dòng)力矩
可以看出，緊蹄自鎖的條件是
而不發(fā)生自鎖的條件是
所以不會(huì)自鎖
第6章 主要零部件設(shè)計(jì)
6.1制動(dòng)蹄
轎車和微型、輕型客車的制動(dòng)蹄廣泛采用T形型鋼碾壓或鋼板沖壓—焊接制成；大噸位客車的制動(dòng)蹄則多用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，但小型車用鋼板制的制動(dòng)蹄腹板上有時(shí)開有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動(dòng)蹄摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動(dòng)時(shí)的尖叫聲。
本設(shè)計(jì)中制動(dòng)蹄采用T形型鋼鋼板沖壓焊接制成。
制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車約為mm；對(duì)于客車約為 mm。摩擦襯片的厚度，轎車多為 mm；對(duì)于客車多為8 mm以上。襯片可鉚接或粘貼在制動(dòng)蹄上，粘貼的優(yōu)點(diǎn)在于允許的磨損厚度較大，使用壽命增長，但不易更換襯片；鉚接的噪聲小。
本次設(shè)計(jì)時(shí)制動(dòng)蹄厚度取為6mm，摩擦襯片厚度取為15mm,襯片鉚接在制動(dòng)蹄上。
6.2制動(dòng)鼓
制動(dòng)鼓應(yīng)該具有較高的剛度和較大的熱容量，制動(dòng)時(shí)其溫升不應(yīng)該超過允許值。制動(dòng)鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料相匹配，以保證具有較高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。
中、重型載貨汽車和中、大型客車采用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動(dòng)鼓，具有機(jī)械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點(diǎn)；輕型客車和轎車采用由鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動(dòng)鼓。
為防止制動(dòng)鼓工作時(shí)受載變形，常在制動(dòng)鼓的外圓周部分鑄有加強(qiáng)肋，用來加強(qiáng)剛度和散熱效，如圖6-1所示。制動(dòng)鼓鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱容量，但實(shí)驗(yàn)表明，壁厚由增至20 mm時(shí)，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚：乘用車為7-12 mm；中，商用車為13-18 mm。
此設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓選用灰鑄鐵HT200材料，厚度選擇13mm。
圖 6-1 制動(dòng)鼓
（a）鑄造制動(dòng)鼓；（b），（c）組合式制動(dòng)鼓
6.3制動(dòng)底板
制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動(dòng)底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它應(yīng)有足夠的制動(dòng)剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板均具有凹凸起伏的形狀。重型汽車則采用可鍛鑄鐵KTH370—12的制動(dòng)底板。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。
此設(shè)計(jì)制動(dòng)底板選用08鋼材料。
6.4制動(dòng)蹄的支撐
二自由度制動(dòng)蹄的支撐，結(jié)構(gòu)簡單，能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自動(dòng)定位。
具有長支撐銷的支撐能可靠地保持制動(dòng)蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置，使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動(dòng)蹄腹板張開插入，以保持制動(dòng)蹄的正確位置。
6.5制動(dòng)蹄回位彈簧
制動(dòng)蹄回位彈簧的拉力應(yīng)等于制動(dòng)輪缸張開力的。對(duì)于簡單平衡式制動(dòng)器，只用一根回位彈簧；而對(duì)于對(duì)稱式或簡單平衡式的用兩根回位彈簧。在設(shè)計(jì)制動(dòng)器回位彈簧時(shí)，彈簧的圈數(shù)應(yīng)盡量取得多數(shù)。但由于有的汽車制動(dòng)器，應(yīng)有回位彈簧不好布置，因此用兩個(gè)螺旋彈簧中間借彈簧鋼絲串聯(lián)起來。
由于此設(shè)計(jì)是對(duì)稱非平衡式制動(dòng)器，所以用一根多圈數(shù)的回位彈簧。
6.6制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)
制動(dòng)鼓與摩擦襯片之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作間隙，以保證制動(dòng)鼓能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般，鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.2～0.5mm；此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。另外，制動(dòng)器在工作過程中會(huì)因?yàn)槟Σ烈r片的磨損而加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
凸輪式鼓式制動(dòng)器所用間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)如下圖。
此間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)由油嘴，調(diào)整蝸桿，鎖止球，蝸桿軸，彈簧，制動(dòng)調(diào)整臂體，調(diào)整蝸桿，鉚釘?shù)冉M成。通過蝸輪蝸桿的相互轉(zhuǎn)動(dòng)來調(diào)整間隙大小，通常在第一次調(diào)整間隙時(shí)，需要十幾次的調(diào)整才能找到合適的位置。
6.7摩擦襯片
以前制動(dòng)器摩擦襯片使用的是由增強(qiáng)材料（石棉及其他纖維），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(duì)偶等優(yōu)點(diǎn)。但由于它又有耐熱性能差，摩擦因數(shù)隨溫度升高而降低，磨耗增高和對(duì)環(huán)境有污染，特別是石棉能致癌，所以已逐漸被淘汰。
由金屬纖維、粘結(jié)劑和摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成的半金屬磨阻材料，具有較高的耐熱性和耐磨性，今年來得到廣泛的應(yīng)用。
當(dāng)前，在制動(dòng)器中廣泛采用模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹脂黏結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成形的。模壓材料的撓性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同摩擦性能和其他性能。
另一種是編織材料，它是先用長纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編制成布，再浸以樹脂結(jié)合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其擾性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)（f>4.0），沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4～5倍。但耐熱性差，在以上即不能承受較高的單位壓力。磨損加快。因此這種材料僅適用于輕型以下的汽車的鼓式制動(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。
粉末冶金摩擦材料是以鐵粉或銅粉為主要成分，加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退性能和抗水衰退性能好，但造價(jià)高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的客車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車。
綜上所述，本次設(shè)計(jì)選用模壓材料。
總結(jié)
第7章 校核計(jì)算
7.1摩擦襯片的磨損特性計(jì)算
（1）比能量耗散率
雙軸汽車的單個(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
式中：-汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，；
. -汽車總質(zhì)量； -制動(dòng)力分配系數(shù)。
，-汽車制動(dòng)初速度與終速度，/；計(jì)算時(shí)3.5t以上的客車取18m/s；
：制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算
：制動(dòng)減速度，， =0.6×106；
，-前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積； 本次設(shè)計(jì)=563.225cm
=
鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)該不大于1.8，故符合要求。
(2) 比摩擦力f
鼓式制動(dòng)器摩擦襯片磨損特性指標(biāo)可用襯片的比摩擦力即單位摩擦面積的摩擦力來衡量。
式中：—單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩； —制動(dòng)鼓半徑；
—單個(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積。
當(dāng)制動(dòng)減速度，鼓式制動(dòng)器的比摩擦力應(yīng)不大于
可見符合條件。
7.2制動(dòng)蹄支撐銷剪切應(yīng)力計(jì)算
在算得制動(dòng)蹄片上的法向力，，制動(dòng)力矩及張開力后，求得支撐銷的承受力，及支撐銷的剪切應(yīng)力，如下：
式中：—支撐銷的截面積，。
也可以用下述方法求得。假設(shè)制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓之間的作用力的合力作用點(diǎn)位于制動(dòng)蹄摩擦襯片的工作表面上，其法向合力，與支撐銷的反力，分別平行。
對(duì)兩蹄分別繞中心點(diǎn)取矩，得
得
一般來說，的值總要大于，故僅計(jì)算領(lǐng)蹄的支撐銷的剪切應(yīng)力即
== (7-1)
—許用剪切應(yīng)力，銷材料選為45鋼，為
選支撐銷的直徑為，則由式可得
可見符合要求
總結(jié)
通過幾個(gè)周的鼓式制動(dòng)器的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，我學(xué)習(xí)到很多，在設(shè)計(jì)過程中有很多意想不到的問題出現(xiàn)，畫總裝圖時(shí)，由于缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，制動(dòng)器的好多尺寸都不能確定。因而接下來我查閱了大量的設(shè)計(jì)書籍和國家標(biāo)準(zhǔn)，又去實(shí)驗(yàn)室觀察制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，才大體上確定了一些尺寸標(biāo)注過程中，由于對(duì)去年所學(xué)的互換性這門課有所遺忘，導(dǎo)致標(biāo)注時(shí)有一定困難。尤其是零件圖標(biāo)注時(shí)，許多公差不太清楚。裝配圖填明細(xì)表時(shí)對(duì)一些零件的材料也不是很確定。經(jīng)過多次查閱互換性課本和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，才最終標(biāo)注完成。但是多虧有老師同學(xué)們的幫助以及督促和指導(dǎo)，所以讓這個(gè)過程過的充滿了快樂和充實(shí)的感覺，如果沒有這些幫助完成這個(gè)過程應(yīng)該會(huì)非常困難。所以，?在課程設(shè)計(jì)的結(jié)尾必須要好好感謝我的裴永生老師。裴永生老師是一位非常好的老師，非常認(rèn)真負(fù)責(zé)，平易近人，任何問題都悉心指導(dǎo)，總是因?yàn)槲覀兊脑O(shè)計(jì)問題來回奔波，經(jīng)過多次查圖和講解，我才對(duì)某些零件的結(jié)構(gòu)和功用有了進(jìn)一步的了解，使我的圖更加完善。他非常辛苦卻還總是笑顏對(duì)待我們每一位同學(xué)，課程設(shè)計(jì)的每一個(gè)細(xì)節(jié)老師都親自認(rèn)真指導(dǎo)，如果沒有裴永生老師我的課程設(shè)計(jì)一定會(huì)異常艱辛。老師給我的影響將一直延續(xù)到我今后的生活。?其次要感謝我的同學(xué)們，我親愛的同學(xué)們?cè)谶@個(gè)過程中真的給與我很大的幫助，讓我感受到了友情的味道，無論什么問題，同學(xué)們都無怨言的告知我，真的很感謝。
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