毕业论文（设计）汽车制动系在国内外的研究状况及发展趋势.pdf

目录摘要.IAbstract.II第1章绪论.11.1本课题的目的和意义.1L 2汽车制动系在国内外的研究状况及发展趋势.11.3鼓式制动器技术研究进展和现状.1L 4研究重点.2第2章 汽车总体参数的选择及计算.32.1汽车形式的确定.32.1.1 轴数.32.1.2驱动形式.32.1.3布置形式.32.2汽车质量参数的确定.32.2.1质量系数.42.2.2汽车总质量.42.2.3载荷分配.42.3汽车主要数据的确定.52.3.1质心高度.52.3.2 轴距.5第3章 制动器的结构型式及要求.63.1鼓式制动器的结构形式.73.1.1领从蹄式制动器.83.1.2单向双领蹄式制动器.123.1.3双向双领蹄式制动器.133.1.4双从蹄式制动器.143.1.5单向增式制动器.143.1.6双向增式制动器.143.2鼓式制动器方案的确定.15第4章 理想制动及其分配.164.1 制动与制动分配系数.164.2 同步附着系数.214.3制动器最大制动矩.21第5章制动器的设计计算.235.1 鼓式制动器的结构参数.235.1.1制动鼓内径D.235.1.2摩擦衬片宽度b和包角t7.245.1.3摩擦衬片起始角凡.255.1.4制动器中心到张开/作用线的距离e.265.1.5制动蹄支承点位置坐标a和c.265.1.6摩擦片摩擦系数.265.2 固定凸轮式（S型凸轮）气制动器的制动器因数计算.265.3 制动的计算.285.3.1所需的制动计算.285.3.2制动器所能产生的制动计算.285.4制动蹄片上的制动矩.305.5行车制动效能计算.335.6驻车制动计算.345.?摩擦衬片的磨损特性计算.36第6章 制动器的结构及主要零部件设计.386.1制动蹄.386.2制动鼓.386.3摩擦衬片.396.4摩擦材料.406.5蹄与鼓之间的间隙自动调整装置.416.6制动支承装置.426.7制动轮缸.436.8张开机构.436.9制动蹄回位弹簧.43第7章结论.44致谢.45参考文献.46201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计摘要据有关资料介绍,在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中,制动系统故障引 起的事故为总数的45%。可见,制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外,制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率,也就是保证运输经济 效益的重要因素。制动系既可以使行驶中的汽车减速,又可保证停车后的汽车能驻留 原地不动。由此可见,汽车制动系对于汽车行驶的安全性,停车的可靠性和运输经济 效益起着重要的保证作用。本文通过对常用的鼓式制动器的工作原理分析,根据车型特点,车载受力等因数,完成了鼓式制动器总体设计与核验。关键词:制动系统,运输经济效益,鼓式制动器AbstractAccording to the information on the vehicle itself as a result of problems caused by traffic accidents,the brake system failure caused the accident accounting for the total number of 45%.So braking system is an extremely important system to ensure traffic safety.In addition,the braking system has a direct impact on the quality of the average vehicle speed and vehicle transportation efficiency,that is,an important factor ensuring cost-effective transport.It not only can slow down a moving vehicle,but also to ensure that the car can be fixed in situ after parking.This shows that the vehicle braking system plays an important role in traffic safety the reliability of parking,and transport economic efficiency.This article through to the commonly used drum brakes,according to the working principle analysis models characteristics,such as car stress,completing the factor of drum brake overall design and nuclear check.Key words:Braking systems,Transportation economic benefit,Drum brakeII201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第1章绪论1.1 本课题的目的和意义车辆的制动性能是车辆主动安全性能中最重要的性能之一。汽车的制动性能是由 汽车的制动系统决定的,它主要是给安全行驶提供保证,其中其制动器性能的优劣将 直接影响汽车整车性能的优劣,直接关系到驾乘人员的生命财产安全,重大交通事故 往往与制动距离过长、紧急制动时发生侧滑和失去转向能力等情况有关,因此汽车的 制动性能是汽车安全行驶的重要保障。汽车的制动过程是很复杂的,它与汽车总布置 和制动系各参数选择有关。汽车制动系统主要由供能装置、传能装置、控制装置和制 动器组成,制动器的实际性能是整个制动系中最复杂和最不稳定的因素,因此制动器 的设计在整车设计中显得非常重。1.2 汽车制动系在国内外的研究状况及发展趋势随着汽车安全性的巳益提高,汽车制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的 皮革摩擦制动,到后来的鼓式、盘式制动器,再到机械式ABS制动系统,紧接着伴随 电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统,等等。近10年来,西方发达国家又兴起了对汽车线控系统的研究,线控制动系统应运而生,并开展了对电控机械制动系统的研究。简单来说,电控机械制动系统就是把原来液压 或者压缩空气驱动的部分改为电动机驱动,借以提高响应速度,增加制动效能,同时 大大简化了结构,降低了装配和维护的难度。由于人们对制动性能要求的不断提高,传统的液压或者空气制动系统在加入大量 电子控制系统（如ABS、TCS、ESP）后,结构和管路布置越来越复杂,加大了液压（空气）回路泄漏的隐患,同时装配和维修的难度也随之提高;因此,结构相对简单、功能集 成可靠的电控机械制动系统越来越受到青睐。可以预见,EMB将最终取代1传统的液压（空气）制动器,成为未来汽车制动系统的发展方向。1.3 鼓式制动器技术研究进展和现状长期以来,为了充分发挥蹄一鼓式制动器的重要优势,旨在克服其主要缺点的研 1究工作和技术改进一直在进行中,尤其是对蹄一鼓式制动器工作过程和性能计算分析 方法的研究受到高度重视。这些研究工作的重点在于制动器结构和实际使用因素等对 制动器的效能及其稳定性等的影响,取得了一些重要的研究成果,得到了一些比较可 行、有效的改进措施,制动器的性能也有了一定程度的提高。1997年,提出了一种“电控自增力鼓式制动器”设计方案,该制动器是通过机械 的方法来实现鼓式制动器的自增,制动效能因数的变化范围为26。应用套电控 机械装置调整领蹄的支承点来提高制动器的制动效能数,以补偿由于摩擦材料的热衰 退而引起的摩擦系数降低。该制动器达到相同的制动矩所要求的输入力是盘式制动 器1/7。该系统的控制装置允许每个制动器单独工作,从而提高了行车的安全性,另外 对驾驶和操纵舒适性也有所提高,但仍然存在些问题,诸如系统复杂、高能耗、高 成本、维护困难等。1999年提出种四蹄八片（块）式制动器,通过对结构参数合理匹配设计,制动 效能因数有一定地提高,同时制动效能一因数对摩擦系数的敏感性也可以有适当地改 善,这就在一定程度上改善了制动效能的稳定性。2000年,提出种具有多自由度联 动蹄的新型蹄一鼓式制动器,该型式的制动器使得制动效能因数及其稳定性得到显著 提高;摩擦副间压分布趋于均匀,可保证摩擦副间接触状态的稳定,并延长摩擦片 使川寿命;性能参数可设计性强,可根据对制动效能的需要,较灵活地进行制动器设 计。另外,近年来则出现了一些全新的制动器结构形式,如磁粉制动器、湿式多盘制 动器、电液压制动臂型盘式制动器、湿式盘式弹簧制动器等。对于关键磁性介质 磁粉,选用了抗氧化性强、耐磨、耐高温、流动性好的军磁粉;磁毂组件选川了 超级电纯铁DT4,保证了空转矩小、重复控制精度高的性能要求;在热容量和散热 等方面,采用了双侧带散热风扇,设计了散热风道等,使得该技术有着极好的取用前 景。尽管对蹄一鼓式制动器的设计研究取得了一定的成绩,但是对传统蹄一鼓式制动 器的设计仍然有着不可替代的基础性和研发性作用,也可为后续设计提供理论参考。1.4 研究重点根据设计车型的特点,进行参数选择;确定制动器的结构方案;完成制动器的总 体和主要零部件的设计。2201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第2章 汽车总体参数的选择及计算2.I汽车形式的确定汽车的分类按照GB/T3730.12001将汽车分为乘用车和商用车。不同形式的汽车,主要体现在轴数、驱动形式、以及布置形式上有区别。2.1.1 轴数汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。影响选取轴数的因素主要有汽车 的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎负荷能力以及汽车的结构等。包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不 在公路上行驶的车辆,均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。总质量在19126t 的公路运输车采川三轴形式,总质量更大的汽车宜采用四轴或四轴以上的形式。由于本设计的汽车是重型,其总质量大于193所以采用三轴布置方案。2.1.2驱动形式由于本设计的汽车总质量大于193所以采用6X4的驱动形式。2.1.3布置形式货车可以按照驾驶室与发动机相对位置不同,分为平头式、短头式、长头式和偏 置式四种。货车又可按发动机位置不同,分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。平头式货车的发动机位于驾驶室内,其主要优点是:汽车总长和轴距尺寸短,最 小转弯直径小,机动性能好;不需要发动机罩和翼子板,汽车整备质量减小,驾驶员 视野得到明显改善,采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性;汽车货箱 与整车的俯视面积之比比较高。平头式货车得到广泛的应用。所以本设计采用平头式的布置形式,并且采用发动机前置后桥驱动。2.2汽车质量参数的确定汽车的质量参数包括整车整备质量加。、载客量、装载质量、质量系数“。、汽3车总质量姉、轴荷分配等。本设计中给出装载质量=121。2.2.1质量系数质量系数小。是指汽车装载质量与整车整备质量的比值,即。=能。该系数 反映了汽车的设计水平和工艺水平,。值越大,说明该汽车的设计水平和工艺水平越 先进。参考同类型的汽车的质量系数值（表2T）后,综合选定本设计中的质量系数值表2-1不同类型汽车的质量系数汽车类型m0货车轻型0.80-1.10中型1.20-1.35重型1.30-1.70由此可以确定整车整备质量相,mo=me/1.5=8 to2.2.2汽车总质量汽车总质量乙是指装备齐全,并按照规定装满客,货时的整车质量。商川货车的总质量由整备质量加。、装载质量侬和驾驶员以及随行人员质量三部分 组成,即ma=W。+6+165 Kg式中,为包括驾驶员及随行人员数在内的人数,应等于座位数。代入数据,n=2,mo=8t,取=12 t可得到总质量%=20.13 2.2.3载荷分配汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下,各车轴对支承平面的垂直负 荷,也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使川性能有影响。从各轮胎磨损均匀和寿命相 近考虑,各个车轮的负荷应相差不大;为了保证汽车有良好的动性和通过性,驱动 桥应有足够大的负荷,而从动轴上的负荷可以适当减小,以利减小从动轮滚动阻和 提高在环路面上的通过性,为了保证汽车有良好的操纵稳定性,又要求转向轴的负荷4201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计不应过小,因此,可以得出作为很重要的轴荷分配参数,各使用性能对其要求是相互 矛盾的,这就要求设计时应根据对整车的性能要求,使用条件等,合理地选择轴荷分 配。表2-2各类汽车的轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘发动机前置前轮驱动47%60%40%53%56%66%34%44%用发动机前置后轮驱动45%50%50%55%51%56%44%49%车发动机后置后轮驱动40%46%54%60%38%50%50%62%商4x2后轮单胎32%40%60%68%50%59%41%50%用4义2后轮双胎,长、短头式25%27%73%75%44%49%51%56%货4义2后轮双胎,平头式30%35%65%70%48%54%46%52%车6x4后轮双胎19%25%75%81%31%37%63%69%本设计选择6x4后轮双胎,平头式的数据进行计算。2.3汽车主要数据的确定2.3.1质心高度汽车的质心高度参考同类型重型货车可以选择空载时的质心高度为A；=1420mm,满 載时的质心高度取为=1530mm。2.3.2轴距轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径 等有影响。当轴距小时,上述指标均减小。止匕外,轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有 影响。轴距过短,会带来系列缺点,车厢长度不足或后悬过长,制动或上坡时轴荷 转移过大,使汽车的制动性和操纵稳定性变坏,车身纵向角震动过大,此外还会导致 万向节传动的夹角过大等问题。综合各方面数据选择重型货车的轴距L=5200mm。5第3章制动器的结构型式及要求汽车制动器除各种缓速装置外,几乎都是机械摩擦式的,即是利用固定元件与旋 转元件工作表面间的摩擦而产生制动矩使汽车减速或停车的,根据旋转元件的不同 分为鼓式和盘式两大类,不过对于重型车来说,由于车速一般不是很高,鼓式刹车蹄 的耐用程度也比盘式制动器高,而且盘式制动器比鼓式制动器要贵些,因此许多重型 车至今仍使用四轮鼓式的设计。其工作原理如图3.1所示。1、2制动蹄3、5支承销4制动鼓图3.!鼓式制动器工作原理带有摩擦片的制动蹄1、2通过支承销5、3钱装在制动底版上。制动时,轮缸活 塞(转动凸轮轴)对制动蹄施加张开P,使其绕支承销转动,并抵靠在制动鼓4表面 这是制动蹄1、2分别受到制动鼓作用的法向反力、匕,和切向X、X?，而制动蹄的切向反力对制动鼓产生一个与其旋转方向相反的制动力矩(X+X?)R，(R 为制动鼓工作半径),从而达到使汽车减速的目的。制动系应满足如下要求:(1)能适应有关标准和法规的规定。(2)具有足够的制动效能,包括行车制动效能和驻坡制动效能。(3)工作可靠。(4)制动效能的热稳定性好。(5)制动效能的水稳定性好。6201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计(6)制动时的操纵稳定性好。(7)制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求。(8)作用滞后的时间要尽可能地短。(9)制动时制动系噪声尽可能小,且无异常声响。(10)与悬架、转向装置不产生运动干涉,在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制 动。(11)能全天候使用,气温高时液压制动管路不应有气阻现象;气温低时气制动管路 不应出现结冰。(12)制动系的机件应使用寿命长、制造成本低;对摩擦材料的选择也应考虑到环保 要求,应求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维6。3.1 鼓式制动器的结构形式鼓式制动器一般可按其制动蹄受情况进行分类(见图3-1),它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状态以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。图3-1制动器的结构形式7鼓式制动器的各种结构形式如图3-2a-f所示。（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向,平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增式不同形式鼓式制动器的主要区别有:（1）蹄片固定支点的数量和位置不同。（2）张开装置的形式与数量不同。（3）制动时两蹄片之间有无相互作用。因蹄片的固定支点和张开力位置不同,使不同形式鼓式制动器的领、从蹄数量有 差别,并使制动效能不样。在单位输入压或力的作用下所输出的力或力矩,称为制动效能。在评比不同形 式制动器的效能时,常用一种称为制动效能因素的无因次指标。制动效能因素的定义 为:在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦（M火）与输入力。之比,即K=-FoR式中,K为制动器效能因素;R为制动器输出的制动矩。制动效能的稳定性是指其效能因素K对摩擦因素的敏感性。使用中随温度和水 湿程度变化。要求制动器的效能稳定性好,即是其效能对的变化敏感性小。3.L1领从蹄式制动器如图3-2（a）、（b）所示,图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向（制 动鼓正向旋转）,蹄1为领蹄,蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的变为反向旋转,随之 领蹄与从蹄相互对调。制动鼓正、反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓 式制动器称为领从蹄式制动器。由图3-2（a）、（b）可见,领蹄所受的摩擦使蹄压得更 8201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计紧,即摩擦矩具有“增势”作用,故又称增势蹄;而从蹄所受的摩擦使蹄有离开 制动鼓的趋势,即摩擦矩具有“减势”作用,故又称减势蹄。“增势”作用使领蹄所 受的法向反增大,而“减势”作用使从蹄所受的法向反减小。对于两蹄的张开=乙=的领从蹄式制动器结构,如图3-2(b)所示,两蹄压 紧制动鼓的法向相等。但当制动鼓旋转并制动时,领蹄由于摩擦矩的“增势”作 用,使其进步压紧制动鼓而使其所受的法向反力加大;从蹄由于摩擦矩的“减势”作用而使其所受的法向反减小。这样,由于两蹄所受的法向反不等,不能相互平 衡,其差值由车轮轮毂轴承承受。这种制动时两蹄法向反不能相互平衡的制动器也 称为非平衡式制动器。液压或楔块驱动的领从蹄式制动器均为非平衡式结构,也叫做 简单非平衡式制动器。非平衡式制动器将对轮毂轴承造成附加径向载荷,而且领蹄摩 擦衬片表面的单位压大于从蹄的,磨损较严重。为使衬片寿命均衡,可将从蹄的摩 擦衬片包角适当地减小。对于如图3-2(a)所示具有定心凸轮张开装置的领从蹄式制动器,制动时,凸轮机 构保证了两蹄等位移,作用于两蹄上的法向反力和由此产生的制动矩分别相等,而 作用于两蹄的张开Pl、P2则不等,且必然有P1VP2。由于两蹄的法向反力N1二N2在 制动鼓正、反两个方向旋转并制动时均成立,因此这种结构的特性是双向的,实际上 也是平衡式的。其缺点是驱动凸轮的要大而效率却相对较低,约为0.60.8。因为 凸轮要求气压驱动,因此这种结构仅用于总质量大于或等于10 t的货车和客车上。领从蹄式制动器的两个蹄常有固定的支点。张开装置有凸轮式(见图3-2(a)、图 3-3、图3-4)、楔块式(见图3-5、图3-6)、曲柄式(参见图3T2)和具有两个或四个等 直径活塞的制动轮缸式的(见图3-2(b)、图3-7、图3-8)。后者可保证作用在两蹄上的 张开相等并用液压驱动,而凸轮式、楔块式和曲柄式等张开装置则用气压驱动。当 张开装置中的制动凸轮和制动楔块都是浮动的时,也能保证两蹄张开相等,这时的 凸轮称为平衡凸轮。也有非平衡式的制动凸轮,其中心是固定的,不能浮动,所以不 能保证作用在两蹄上的张开相等。9图3-4楔块式张开装置及其受简图图3-5 S凸轮式车轮制动器1制动蹄;2凸轮;3制动底板;4一调整臂;5凸轮支座及制动气室;6滚轮10201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计图3-6楔块式张开装置的车轮制动器1制动蹄;2制动底板;3制动气室;4楔块;5滚轮6一柱塞;7档块;8一棘爪;9一调整螺钉;10调整套筒图3-7制动轮缸具有两个个等直径活塞的车轮制动器1活塞;2活塞支承圈;3密封圈;4支承;5制动底板;6制动蹄7一支承销;8青铜偏心轮;9制动蹄定位销;10驻车制动传动装置11图3-8制动轮缸具有四个等直径活塞的车轮制动器1制动蹄;2制动底板;3制动器间隙调整凸轮;4偏心支承销领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平,但由于其在汽车前进和倒车时 的制动性能不变,结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构,故仍广泛川作中、重型载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。3.1.2单向双领蹄式制动器当汽车前进时,若两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双领蹄式制动器。但这种制 动器在汽车倒车时,两制动蹄又都变为从蹄,因此,它又称为单向双领蹄式制动器。如图3-10(c)所示,两制动蹄各用个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的,因此两蹄对鼓作用的合力恰好 相互平衡,故属于平衡式制动器。单向双领蹄式制动器根据其调整方法的不同,又有多种结构方案,如图3-10所示。图3-10单向双领蹄式制动器的机构方案(液压驱动)12201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计（a）一般形式;（b）偏心调整;（c）轮缸上调整;（d）浮动蹄片,轮缸支座端调整;（e）浮 动蹄片,轮缸偏心机构调整双领蹄式制动器有高的正向制动效能,但倒车时则变为双从蹄式,使制动效能大 降。中级轿车的前制动器常用这种型式,这是由于这类汽车前进制动时,前轴的动轴 荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反,采用这种结构作为前轮制动器并与领从蹄式 后轮制动器相匹配,则可较容易地获得所希望的前、后轮制动分配并使前、后轮制 动器的许多零件有相同的尺寸。它不用于后轮还由于有两个互相成中心对称的制动轮 缸,难于附加驻车制动驱动机构。3.1.3双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时两制动蹄均为领蹄的制动器,称为双向双领蹄式制动 器。如图3-2（d）及图3-11、图3-12所示。图3-11双向双领蹄式制动器的结构方案（液压驱动）（a）一般形式;（b）偏心机构调整;（c）轮缸上调整其两蹄的两端均为浮式支承,不是支承在支承销上,而是支承在两个活塞制动轮 缸的支座上（图3-2（d）、图3-H）或其他张开装置的支座上（图3-12、图3-13）。图3-12曲柄机构制动器（气压驱动）图3-13双楔制动器（气压驱动）当制动时,油压使两个制动轮缸的两侧活塞（图3-11）或其他张开装置的两侧（图 3-12、图3-13）均向外移动,使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱而上。制动鼓靠摩擦 带动两制动蹄转过小角度,使两制动蹄的转动方向均与制动鼓的旋转方向一致;当制动鼓反向旋转时,其过程类同但方向相反。因此,制动鼓在正向、反向旋转时两 制动蹄均为领蹄,故称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于这种制 13动器在汽车前进和倒退时的性能不变,故广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后轮。但用作后轮制动器时,需另设中央制动器。3.1.4 双从蹄式制动器双从蹄式制动器的两蹄片各有一个固定支点,而且两固定支点位于两蹄片的不同 端,并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片,其结构形式与单向双领蹄式相反。双从蹄式制动器的制动效能稳定性最好,但因制动效能最低,所以很少采用。3.1.5 单向增式制动器如图3-2(e)所示,两蹄下端以顶杆相连接,第二制动蹄支承在其上端制动底板上 的支承销上。当汽车前进时,第一制动蹄被单活塞的制动轮缸推压到制动鼓的内圆柱 面上。制动鼓靠摩擦带动第一制动蹄转过小角度,进而经顶杆推动第二制动蹄也 压向制动鼓的工作表面并支承在其上端的支承销上。显然,第一制动蹄为增势的领 蹄,而第二制动蹄不仅是个增势领蹄,而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给 第一制动蹄的推力P大很多,使第二制动蹄的制动矩比第一制动蹄的制动矩大2 3倍之多。由于制动时两蹄的法向反力不能互相平衡,因此属于种非平衡式制动器。虽然这种制动器在汽车前进制动时,其制动效能很高,且高于前述各种制动器,但在倒车制动时,其制动效能却是最低的。因此,仅用于少数轻、中型货车和轿车上 作前轮制动器。3.1.6双向增式制动器如图3-2(f)所示,将单向增式制动器的单活塞制动轮缸换以双活塞式制动轮缸,其上端的支承销也作为两蹄可共用的,则成为双向增力式制动器。对双向增式制动 器来说,不论汽车前进制动或倒退制动,该制动器均为增力式制动器。只是当制动鼓 正向旋转时,前制动蹄为第一制动蹄,后制动蹄为第二制动蹄;而反向旋转时,第一 制动蹄与第二制动蹄正好对调。第一制动蹄是增势领蹄,第二制动蹄不仅是增势领蹄,而且经顶杆传给它的推力Q要比制动轮缸给第一蹄或第二蹄的推力大很多。但制动时 作用于第二蹄上端的制动轮缸推力起着减小第二蹄与支承销间压紧力的作用。双向增 式制动器也是属于非平衡式制动器。图3-14给出了双向增式制动器(浮动支承)的几种结构方案,图3-15给出了双向增式制动器(固定支点)另外几种结构方案。14201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计双向增式制动器在高级轿车上用得较多,而且往往将其作为行车制动与驻车制 动共用的制动器,但行车制动是由液压通过制动轮缸产生制动蹄的张开进行制动,而驻车制动则是川制动操纵手柄通过纲索拉绳及杠杆等操纵。另外,它也广泛川于汽 车中央制动器,因为驻车制动要求制动器正、反向的制动效能都很高,而且驻车制动 若不用于应急制动时不会产生高温,因而热衰退问题并不突出。图3-14双向增式制动器（浮动支承）的结构方案图3-15双向增式制动器（固定支点）的结构方案（a）一般形式;（b）浮动形式;（c）中心调整3.2 鼓式制动器方案的确定考虑到制动器的效能因素和制动器效能的稳定性,且领从蹄式制动器的蹄片与制动 鼓之间的间隙易于调整,便于附装驻车制动装置,根据设计车型的特点及制动要求,并考虑到使结构简单,造价较低,也便于附装驻车制动机构等因数,本文选择凸轮式 领从蹄式制动器作为设计方案。15第4章 理想制动及其分配对汽车制动性能有着重要影响的制动系参数有:制动及其分配系数、同步附着 系数、制动器最大制动矩等。4.I 制动与制动分配系数汽车制动时,如果忽略路面对车轮的滚动阻矩和汽车冋转质量的惯性矩,则 任一角速度。0的车轮,其矩平衡方程为:Tf-FBre=O 式（4.1）式中:Tf制动器对车轮作川的制动矩,即制动器的摩擦力矩,其方向与车轮旋 转方向相反,N m；fb 地面作川于车轮上的制动,之间的摩擦,又称为地面制即地面与轮 胎动,其方向与汽车行驶方向相反,N；r车轮有效半径,m。令 F=Tf/re 式（4.2）J 匕即制动器制动,它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的,因此又称为制 动周缘。与地面制动的方向相反,当车轮角速度。0时,大小亦相等,且 仅由制动器结构参数所决定。即取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系 数及车轮有效半径等,并与制动踏板即制动系的液压或气压成正比。当加大踏板 以加大T7,%和用均随之增大。但地面制动力用 受着附着条件的限制,其值不可能 大于附着力外,即FBF（p=Z（p 式（4.3）式中（P轮胎与地面间的附着系数;z地面对车轮的法向反。当制动器制动Ff和地面制动Fb达到附着力值时,车轮即被抱死并在地面上 滑移。此后制动矩/7即表现为静摩擦矩,而二即成为与心相平衡以阻止 车轮再旋转的周缘的极限值。当制动到二。以后,地面制动心达到附着力值后 就不再增大,而制动器制动由于踏板的增大使摩擦矩增大而继续上升如 图 3.116201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计图4.1制动器制动力与踏板关系曲线根据汽车制动时的整车受分析,考虑到制动时的轴荷转移,可求得地面对前、后轴车轮的法向反Zl,Z2为:G/h du、卜./（+一）式（4.4）L g dtG 幻du、.广、Z2=）式（4.5）L g dt式中:G汽车所受重力;L-汽车轴距;厶汽车质心离前轴距离;hg图4.2汽车制动时整车受分析图 汽车质心离后轴距离;hg汽车质心高度;17g重力加速度;汽车制动减速度。dt若在附着系数为（我们选择在沥青路面上制动,则选取二0.8）的路面上制动,前、后轮均抱死（同时抱死或先后抱死均可）,此时汽车总的地面制动为Fb=Fbi+FB2=一J-=Gq 式（4.6）g dt式中q（=皿）制动强度,亦称比减速度或比制动;gdtfbi,fB2前后轴车轮的地面制动。此时fb等于汽车前、后轴车轮的总的附着力,亦等于作用于质心的制动惯性 加”,即有dtFb F Gcp m 式（4.7）dt则得水平地面作用于前、后轴车轮的法向反作用的表达式:Zx=（Z2+hg（p）式（4.8）z2=7（hg（p）式（4.9）在本设计中,重型货车在满载时的基本数据如下:轴距=5200mm,质心距前轴的距离厶=x75%=3900 mm,L2=L-Lr=1300 mm,汽车所受的重力G=加唱=20.13x9.8x103=197274 N,同步附着系数0 二0.8,汽车 满载时的质心高度g=1530mm 重型货车在满载时的基本数据如下:质心距前轴的距离=Zx63%=3484 mm,L2=丄厶=1716 mm,、位一 20130 x9.8故 满载时:Z,=-（1300+1530 x0.8）5200=938386.9N20130 x9.8Z=-（3900-1530 x0.8）5200=994898.31N宀先 2，8130 x9.8仝载时:Z,=-（1716+1420 x0.8）5200=43698.12N18201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计,8130 x9.8Z=-(3484-1420 x0.8)5200=35975.87N由以上两式可求得前轴车轮附着力为:L.h GFg=G-+Fb)(p=(2+。g)。后轴车轮附着力为:L h GF屮2=(G 彳-Fb-)(p=(phg(p故满载时前、后轴车轮附着力即地面最大制动为:式(4.10)式(4.H)20130 x9.81二-(1300+1530 x0.8)x0.8 5200=750709.52N20130 x9.8 F 2=-(3900-1530 x0.8)x0.8=795918.65N空载时前、后轴车轮附着力F.=-(1716+1420 x0.8)x0.85200 丿=34951.3N,8130 x9.8F6=-(3484-1420 x0.8)x0.8=28780.67N当汽车各车轮制动器的制动力足够时,根据汽车前、后轴的轴荷分配,前、后车 轮制动器制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等,制动过程可能出现的情况有三 种,即:(1)前轮先抱死拖滑,然后后轮再抱死拖滑;(2)后轮先抱死拖滑,然后前轮再 抱死拖滑;(3)前、后轮同时抱死拖滑。在以上三种情况中,显然是最后一种情况的附 着条件利用得最好。由式(4.7)、式(4.10)、(4.11)不难求得在任何附着系数的路面上,前、后车轮 19同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件是Ffl+F/2=FBl+FB2=（pG 式（4.12）前/尸/2 二頃眞2=（+叽）/（也）式（生13）式中F前轴车轮的制动器制动,Ff】=Fb=（pZ、,Ff2后轴车轮的制动器制动,Ff2=FB2=（pZ2；FBi 前轴车轮的地而制动;FB2后轴车轮的地面制动;1,Z2地面对前、后轴车轮的法向反;G汽车重力;,2汽车质心离前、后轴距离;hg汽车质心高度。由式（4.12）、（4.13）得1G 2 4！f 1 Ff2 +-Ff（-+2）式（4.14）2、G hg J式中L汽车的轴距。将上式绘成以,2为坐标的曲线,即为理想的前、后轮制动器制动分配曲 线,简称I曲线,如图4.3所示。如果汽车前、后制动器的制动,/2能按I曲线的规律分配,则能保证汽车 在任何附着系数。的路面上制动时,都能使前、后车轮同时抱死。然而,目前大多数 汽车尤其是货车的前、后制动器制动之比值为一定值,并以前制动与汽车总制动/之比来表明分配的比例,称为汽车制动器制动分配系数:P Ff 1+2 式（4.15）图4.3空载与满载时理想制动分配曲线20201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计则:/?=也 式（4.16）L代入数据得空载时:0.548满载时:P=0.485由于在附着条件限定的范围内,地面制动在数值上等于相应的制动周缘,故/?又可通称为制动分配系数。又由于满载和空载时的理想分配曲线非常接近,故应采 用结构简单的非感载式比例阀,同时整个制动系应加装ABS防抱死制动系统4.2同步附着系数式（4.15）可表达为:FB式（4.17）上式在图4.3中是一条通过坐标原点且斜率为（）/?的直线,它是具有制动器制 动分配系数为/?的汽车的实际前、后制动器制动分配线,简称线。图中4线 与I曲线交于B点,可求出B点处的附着系数。二,则称线与I曲线交点处的附Z?着 系数9。为同步附着系数。它是汽车制动性能的个重要参数,由汽车结构参数所决定。同步附着系数的计算公式也工 式（4.18）hg满载时:5200 x0.485 13。二 0.7991530空载时:Q=00 x048-1716=0.7981420利用附着系数就是在某制动强度q下,不发何生任车轮抱死所要求的最小路面附着 系数。4.3制动器最大制动矩最大制动是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的,这时制动与地面作 用于车轮的法向,Z成正比。由式（2.8）可知,双轴汽车前,后车轮附着力同时 被充分利用或前,后同时抱死时的制动之比为211 _+叫F,2 Z1 厶一。厶 g式中二2 一汽车质心离前,后轴距离;式(4.19)屮。-同步附着系数;hg 汽车质心高度。通常,上式的比值:轿车约为1.3-1.6;货车约为6507制动器所能产生的制动矩,受车轮的计算矩所制约,即TfFfire 式（4.20）5二2 式（生21）式中:F前轴制动器的制动,F=Z（p,Ff2 后轴制动器的制动,Ffl=Z2（p;乙一作川于前轴车轮上的地面法向反;Z2 作用于前轴车轮上的地面法向反；r 车轮有效半径。根据市场上的大多数微型货车轮胎规格及国家标准GB-T_2977-1977;选取的轮胎型14.00R20o可得有效半径七二570111nlTnmax*二，（+）叫 式（4.22）T-1-B T/-I/2max /Imax式(4.23)由式(4.19),式(4.20)可得T/imax 二一(丄2+0g)0二-(1300+0.8xl530)x0.8x570=4366.37N 加L 5200 B 1-0.82 CC)，=-匕Tc=-x 2451.94=538.23 N-mj zmax 廿 j imax0.8222201I届机械设计制造及其自动化专业毕业设计第5章制动器的设计计算5.1鼓式制动器的结构参数5.1.1制动鼓内径D输入力。一定时,制动鼓内径越大,则制动矩越大,且散热能力也越强。但 的增大（图5-1）受轮辆内径限制,制动鼓与轮辆之间应保持足够的间隙,通常要求该 间隙不小于2030mm,否则不仅制动鼓散热条件太差,而且轮辆受热后可能粘住内胎 或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚,用来保证有较大的刚度和热容量,以减少制 动时的温度。制动鼓的直径小,刚度就大,并有利于保证制动鼓的加工精度。图5-1鼓式制动器主要几何参数制动鼓直径与轮辆直径之比/a的范围如下:乘用车。/。尸0.64-0.74商用车。/。尸0.70-0.83制动鼓内径尺寸应参考专业标准QC/T3091999制动鼓工作直径及制动蹄片宽度 尺寸系列。轿车制动鼓内径一般比轮辆外径小125mm-150mm,载货汽车和客车的制动 鼓内径一般比轮辆外径小80mm-100mm,设计时亦可按轮辆直径初步确定制动鼓内径（见 表 5T）。23表5-1制动鼓最大内径轮網直径/in121314151620制动鼓 最大内 径/mm轿车180200240260货车、客车220240260300320420初选轮網直径20英寸,则轮辆直径与二20X25.4mm=508mmo而对应的制动鼓最大内径二