轻型货车鼓式制动器设计.doc

轻型货车鼓式制动器设计
摘 要 汽车是现代人们生活中重要的交通工具其是由多个系统组成的，制动系统就是其中一个重要的组成部分。它既要使行驶中的汽车减速，又要保证车辆能稳定的停驻在原地不动。因此，汽车制动系对于汽车的安全行驶起着举足轻重的作用。 在本次设计中，根据已有的 CA1046 车辆的数据对制动系统进行设计。其中对制动系统的组成、制动系统主要部件的方案论证、制动力矩的计算、鼓式制动器结构参数的设计、制动器相关部件的校核、制动主缸和制动轮缸的直径工作容积的计算、制动踏板力与踏板行程的计算等方面进行了设计分析。 设计所附的多张图纸对设计的思想、制动系统的布置设计表达的非常清晰。希望在翻阅说明书的过程中能够结合图纸，这样就可以更加有效的理解设计的思想和意图。关键词：汽车；鼓式制动器；制动系统；制动力矩；制动主缸全套 CAD 图纸，加 153893706 ABSTRACT Automobile is the important transportation tools in the modern life. It iscompositive by many systems. The most important parts are the brake system. Thesystem made the autocar slowdown what’s more the automobile is stopped steadily.There by the brake system play an important part in security steer. In the designwhich based on the data of brake system used in CA1041. Decompose of the brakesystem is designed. And the main piece applied with CA1041 is demonstrated. Thebraking force and the parameters of drum brake’s configuration are included in thisdesign also. What’s more the validating of correlation parts in the brake system andthe diameter of the main crock of braking and the crock applied in brake wheel aredesigned . Meantime the its stroke volume are referred to The force effected thefootplate when braking and the travel of footplate and so on are analyzed . The drawings are very detail to explain the ideas of design and the dispositionfor the brake system . When you thumb the annotation text you can combine thedrawings which made you understand the ideas and meaning in this designeffectively.Key words: Automobile；Braking system；Braking torque；Drum type brake；Brakethe master cylinder.
第 1 章 绪论
1.1 制动系统绪论 汽车制动系功用是使汽车以适当的减速度降速行驶至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全、停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性良好、制动系工作可靠性的汽车，才能充分发挥其动力性能。 汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。中兴汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引汽车还应有自动制动装置。 行车制动装置用于使行驶的汽车强制减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构，以保证其工作的可靠。 驻车制动装置用语汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在斜坡上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动结构而不用液压或气压驱动，以免其产生故障。 应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，则可利用其机械力源（如强力压缩弹簧）实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统，他可利用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备的，因为普通的手力驻车制动器也可以起到应急制动的作用。 辅助制动装置用在山区行驶的汽车上，利用发动机排气制动或电涡流制动等的辅助制动装置，可使汽车下坡长时间而持续地减低或保持稳定车速，并减轻或解除行车制动器的负荷。通常，在总质量 5t 的客车上和总质量大于12t 的载货汽车上装备这种辅助制动-减速装置。 任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩制动踏板操纵车轮制动器来制动全部车轮；而驻车制动则多采用手制动操纵，且利用专设的中央制动器或利用车轮制动器进行制动。利用车轮制动器时，绝大部分驻车制动器用来制动两个后轮。行车制动和驻车制动这两套装置，必须具有独立的制动驱动机构，而且每车必备。行车制动分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸、制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有压缩机、气路管路、储气筒、控制阀和制动气室等。 以前，大多数汽车的驻车制动和应急制动都采用中央制动器，其优点是制动位于主减速器之前的变速器的第二轴或传动轴，所需的制动力距较小，容易适应手操纵力小的特点。但在用作应急制动时，则往往会是传动轴超载。现代汽车由于车速的提高，对应急制动的可靠性要求更严格，因此，在中、高级轿车和部分总质量在 l5t 以下的载货汽车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。重型载货汽车由于采用气压制动，故多对后轮制动器另设独立的由气压控制而以强力弹簧作为制动力源的应急兼驻车制动驱动机构，也不再设置中央制动器。但也有一些重型汽车除了采用上述措施外，还保留了由气压驱动的中央制动器，以便提高制动系的可靠性。
1.1.1 汽车制动系应满足如下要求： 1、应能适应有关标准和法规的规定 各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象所在国家和地区的法规和用户要求。 2、具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的。 表 1.1 国外有关标准法规对制动效能的规定 标准名称 适用车型 制动 最大 制动距 制动 初速度 踏板力 离 减速度 美联邦汽车安 气压制动 32 ≤9.8 全 标 准 FMVSS 汽车 96 ≤73 121 美联邦汽车安 液压制动 48 ≤16.46 全 标 准 FMVSS 汽车 96 ≤62.18 105-75 货车： 1 总质量≤ 3 2 欧洲经济委员 总质量 70 700 1 v 2 ≥4.4 会（ECE）和欧 3 12 t 0.15v 2 115 洲经济共同体 50 700 1 （EEC）法规 总质量≤ 3 ≥4.4 2 40 700 ≥4.4 v2 轿车与客车： 500 0.1v 150 座位数（包括 80 700 司机）≤8 60 v 2 ≥5.8 0.15v 130 座位数＞8 和 ≥5.0 总质量＞5t 瑞典制动法 总质量≤ 3.5 t 80 500 ≥5.8 规 总质量＞ 3.5 t 60 700 ≥5.0 平均减 货车和客车 ≤700 速度（持 日本制动标准 TA 级 ≤800 续制动 JASO69 13-73 TB 级 ≤900 过程 TC 级 ≤900 中）： TD 级 0.5 g 0.5 g 0.5 g 0.4 g 表l.1 给出了欧、美、日等国的有关标准或法规对这两项指标的规定。综合国外有关标准和法规，可以认为：进行制动效能试验时的制动减速度 j ，对轿车应为 5.8m/s25.8m/s2 。制动初速度 v 80km/h；载货汽车应为 4.4 2 2m/s 5.5 m/s 。制动初速度见表 1.1。相应的最大制动距离 S T ：轿车为S T 0.1v v 2 150 ；载货汽车为 S T 0.15v v 2 115 。式中第一项为反应距离，第二项为制动距离； S T 的单位为m， v 的单位为km/h。 驻坡效能是以汽车在良好的路面上能可靠而无时间限制地停驻的最大坡度 来衡量的，一般应大于 25 。 3、工作可靠 为此，汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动系统，且它们的制动驱动机构应是各自独立的，而行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。 4、制动效能的热稳定性好 汽车的高速制动、短时间的频繁重复制动，尤其是下长坡时的连续制动，均会引起制动器的温升过快，温度过高。特别是下长坡时的频繁制动，可使制动器摩擦副的温度升高达到 300℃400℃， 有时甚至温度高达 700℃。此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生所谓的热衰退现象。制动器发生热衰退后，经过散热、降温和一定次数的和缓使用，使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是抗热衰退的措施。 5、制动效能的水稳定性好 制动器摩擦表面浸水后，会因为水的润滑作用而使摩擦副的摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在水后反复制动 5～15 次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料的吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。另外也应防止泥沙、污物等进入制动器摩擦副工作表面，否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野汽车为了防止水和泥沙进人而采用封闭制动器的措施。 6、制动时的汽车操纵稳定性好 即以任何速度制动，汽车均不应失去操纵性和方向稳定性。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一轴上左、右车轮制动器的制动力矩应相同。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；后轮抱死而侧滑甩尾，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过 15时，会发生制动时汽车跑偏。 7、制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求 即操作方便性好，操纵轻便、舒适能减少疲劳。踏板行程：对货车应不大于 170mm，其中考虑了摩擦衬片的容许磨损量。制动手柄行程应不大于160mm～200mm。各国法规规定，货车制动的最大踏板力一般为 500N（轿车）---700N（货车）。 8、作用滞后的时间要尽可能短 包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间制动滞后时间和从放开踏板至完全解除制动的时间解除制动滞后时问。 9、制动时不应产生震动和噪声 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、制动报警装置制动系中应有音响或光信号等警报装置，以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置，例如一旦主、挂车之间的连接制动管路损坏，应有防止压缩空气继续漏失的装置；在行驶过程中挂车一旦脱挂，亦应有安全装置驱使驻车制动将其停驻1。 12、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现象。 13、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的要求， 应力求减小制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维。 对汽车制动器的性能要求可详见 JB3935—85 及 JB4200-86 标准。 随 着 电 子 技 术 的 屯 速 发 展 ， 汽 车 防 抱 死 制 动 系 统 antilock brakingsystem，ABS在技术上已经成熟，开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面问的附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效地防止汽车在应急制动时由于车轮抱死使汽车失去方向稳定性而出现侧滑或失去转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了汽车高速行驶的安全性1。 近年来还出现了 EBDABS 就是在 ABS 的基础上，平衡每一个轮的有效地面抓地力，改善制动力的平衡，防止出现甩尾和侧移并缩短汽车的制动距离。前者适用于重型汽车和汽车列车，它是用电子控制方式代替气压控制方式，可根据制动踏板行程、车轮载荷以及制动摩擦片的磨损情况来调节各车轮的制动气室压力。它不但可以较大地减少制动反应时间，缩短制动距离，提高牵引车和挂车的制动协调性，还能使制动力分配更为合理；后者即制动助力系统适用于轿车， 即当出现紧急状况而驾驶员又未能及时地对制动踏板施加足够大的力时，该系统能自动地加以识别并触发电磁阀，使真空助力器在极短时间内实现助力作用，从而实现显著地缩短制动距离的目的。 为了防止汽车发生追尾碰撞事故，一些汽车生产大国都在致力于车距报警及防追尾碰撞系统的研究。这种系统是用激光雷达或用微波雷达对前方车辆等障碍物进行监测，若测出实际车距小于安全车距，则会发出警报；若驾驶员仍无反应，则会自动地对汽车施行制动。在部分轿车上已开始装用这种系统。为了节省燃油消耗，减少排放并减轻制动器的工作负荷，制动能回收系统早已成为一个研究课题，以便将制动能储存起来，在需要时再释放出来加以利用。以前这项研究主要针对城市公共汽车，多采用飞轮储能和液压储能方式．但由于种种原因未能推广应用。近年来，随着电动汽车及混合动力汽车的研制已取得突破性的进展，制动能回收系统又为一些电动汽车所采用，在减速或下坡时可将驱动电机转变为发电机，使之产生制动作用；同时可用发出的电流使蓄电池充电，以节省能源，增加电动汽车和混合动力汽车的行驶里程。 第 2 章制动器的结构选择及方案分析
汽车制动器几乎具为机械摩擦式的，即利用旋转元件与固定元件俩个工作表面间的摩擦产生的制动力据是汽车减速或停车。但用于山区行驶的汽车商的辅助制动装置，则是利用发动机排气制动或电涡流制动等缓速措施，对下长坡的汽车进行减缓或稳定车速的。
2.1 制动器的结构型式的选择 车轮制动器主要用于行车制动系统，有时也兼作驻车制动之用。制动器主要有摩擦式、液力式、和电磁式等三种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点，但因成本太高，只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器；液力式制动器一般只用缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。 摩擦式制动器按摩擦副结构不同，可以分为鼓式、盘式和带式三种。带式只用于中央制动器；鼓式和盘式应用最为广泛。鼓式制动器广泛应用于商用车，轻重型载货汽车；同时鼓式制动器结构简单、制造成本低。 鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构形式。内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄，后者又安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的凸缘上对车轮制动器或变速器壳或与其相固定的支架上对中央制动器； 其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓，并利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。但现在汽车以很少采用。由于外束型鼓式制动器通产建成为带式制动器，而且在现代汽车商已很少采用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。 我选择的参考车型为天津一起生产的 CA1046 轻型载货汽车。 CA1046 作为一款轻型载货商用车，出于制造成本及维修成本方面考虑，采用内张型鼓式制动器。 鼓式制动器一般可按其制动蹄的受力情况进行分类，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。 制动蹄按其张开时的转动方向与制动鼓的旋转方向是否一致而分为领蹄和从蹄俩种类型。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄称为领蹄，俩者不一致的则称从蹄。 不同形式的鼓式制动器的主要区别有： 1蹄片鼓动支点的数量和位置不同； 2张开装置的数量不同； 3制动时两片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、从蹄的数量有差别，并使制动效能不一样。制动器在单位输入压力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，常用一种称为制动器效能因数的无因次指标。制动效能因数的定义为：在制动鼓或制动盘的作用半径 R 上所得到的摩擦力与输入力 F0 之比。 制动效能的稳定性是指其效能因数 K 对摩擦因数 f 的敏感性。使用中 f随温度和水湿程度变化。要求制动器的效能稳定性好，即是其效能对变化敏感性要小。 鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类见 2.1 图， 它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状况以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同1。 ； ； （a）领从蹄式（凸轮张开）（b）领从蹄式（制动轮缸张开）（c）双领 ； （e）单向增力式；蹄式（非双向，平衡式）（d）双向双领蹄式； （f）双向增力式 图 2.1 鼓式制动器简图 制动蹄按其张开时的转动方向和制动鼓的旋转方向是否一致，有领蹄和从蹄之分。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄，称为领蹄；反之，则称为从蹄。 领从蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行驶的制动效果不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片之间的间隙。因此得到广泛的应用，特别是用于乘用车和总质量较小的商用车的后轮制动器1。 CA1046 作为商用车总质量较小，因此采用结构简单，成本低的领从蹄式鼓式制动器。 领从蹄鼓式制动器2.2 制动管路的多回路系统 为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动机构至少应有两套独立的系统，即应是双管路的。也就是说应将汽车的全部行车制动器的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路失效后，其他完好的回路仍能可靠地工作。 下方（2.1）图所示为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统对 5种分路方案图。选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。 1—双腔制动主缸；2—双回路系统的一个分路；3—双回路的另一分路 图 2.1 双轴汽车液压双回路系统的 5 种分路方案 图 2.1a为前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，简称Ⅱ型。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸或单制动气室鼓式制动器相配合，成本较低。这种分路布置方案在各类汽车上都有采用，但在货车上用得最广泛。这一分路方案若后轮制动管路失效，则一旦前轮抱死就会失去转弯制动能力。对于前驱动的轿车，当前轮管路失效而仅由后轮制动时，制动效能将显著降低并小于正常情况下的一半，另外，由于后桥负荷.