某中型卡车后轮鼓式制动器设计

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1、毕业设计（论文）某中型卡车后轮鼓式制动器设计系别：专业名称：学生姓名：学号：指导教师姓名、职：完成日期摘要我这次的研究课题是鼓式制动器，首先要知道汽车制动器在当今社会的发展状况，了 解各类型的的鼓式制动器的的零部件的构造和它运作时的方式及作用的原理。通过这次课 题我要充分的了解鼓式制动器组成，翻阅大量的有关该类型的资料，使这次的研究课题能 有大量的题前参考价值和足够的可行方案。同时，在这的设计中我要有合理的安排。通过比较和选择筛选出符合我所要设计的鼓式制动器结构形式。其次，根据这次的课 题所有的福田中卡的汽车的参数和对相关各方面的要求，来选择我所设计的制动器的主要 数据和要求。这些参数将使我更

2、加的了解这方面的知识同时也使我的设计将更加的饱满。根据鼓式制动器结构特点，我将在这次的设计中对各个结构的参数进行大量的计算。 这些计算会使我在各制动缸的直径和他们所需的容积上有较多的掌握，同时，在踏板行程 上也有较好的把握以及让这次设计更加的合理可行。本次设计中我还要对我所设计的制动器的各个主要的结构零部有正确合理的选择和 分配，这其中就有各个主要零部件的的支撑方式选择以及课题中所需要的制动轮缸和摩擦 材料的选择，所研究对象的间隙的调整方式的选择的，通过这些选择来进行我所需要的设 计。结合以上综述，通过使用绘图软件来绘制制动器总装配图和制动器的主要零件图，来 完成这次课题设计中汽车所需要的结构

3、特点，和人们对其操作上所需要的性能要求。关键词：汽车鼓式制动器；结构特点；性能要求；制动力AbstractThis drum brake is the main research subjects, the first thing to know the car brake of the present development situation, grasp main structure and working principle of automotive drum brakes. Through this topic I want to fully understand the comp

4、osition of drum brake, read a lot of information on the type, satisty the need of the design for the following. At the same time, in the design of this I want to have a reasonable arrangement.Analysis and choose to comply with all I have to design the drum brake structure. Fukuda, secondly, accordin

5、g to the given topic card in the vehicle parameters, and performance requirements, to select the main parameters of brake. These parameters will make me more understand this knowledge at the same time to make my design will be more full.According to the structural characteristics of drum brake, also

6、 increased the design calculation of hydraulic brake drive structure, the calculation will make me in all the diameter of the cylinder and the volume they need more to master, at the same time, also have a good grasp on the pedal stroke and make the design more reasonable.I also want to my design in

7、 the design of the brake of the main structure of are correct and reasonable selection and distribution, including brake drums, brake shoe, brake plate, support way choice of brake shoe, brake wheel cylinder, selection of friction materials, the design of the choice of the ways of the adjustment of

8、the brake clearance.Combining the above review, through the use of Auto CAD software to draw general assembly drawing of brake and brakes main parts graph, achieve the function of Auto brake and satisfying control performance.Key words: automotive drum brakes; Structure characteristics; Performance

9、requirements; Braking forceKey Words: drum brake, structure characteristics, performance requirements, power system摘要IAbstractII1绪论11.1课题概述11.1.1题目背景11.1.2课题研究的意义11.1.3国内外相关研究情况11.2鼓式制动系的概述11.2.1制动器的功用11.2.2制动系统的工作原理22鼓式制动器结构形式及选择33制动器的主要参数及选择53.1制动力与制动力分配系数53.2同步附着系数93.3制动器最大制动力矩93.4主要结构参数与摩擦系数103.

10、4.1制动鼓内径D103.4.3摩擦衬片起始角0113.4.4制动器中心到张开力作用线的距离a 113.4.5 制动蹄支承点位置坐标c和k113.4.6衬片摩擦系数f113.5热容量和温升的核算113.6行车制动效能计算124主要零部件的结构设计134.1制动鼓134.2制动蹄144.3制动底板144.4制动蹄的支承144.5制动轮缸144.6摩擦材料144.7间隙的调整方法155液压制动驱动机构的设计计算166结论18iii致谢19参考文献201绪论1.1课题概述1.1.1题目背景汽车问世百余多年期间，特别是从大产量生产的汽车产品和汽车行业，汽车在这段时 间里发展的极为迅猛，汽车的各种种类和

11、运作方法也有许多种，而且性能也在不断地提升， 不断地更新来满足人们对其的需求和运用。现如今，汽车是人们使用的最为频繁的交通工 具，也是现代化城市不可缺少的运输方式和一大亮点。1.1.2课题研究的意义在汽车的设计上人们对汽车的要求有许多要求，在汽车的生产上也有许多的条件限制 和应用方法。车辆对于安全和乘坐是是否舒服平稳有较高的要求。现在我们所驾驶的汽车 上的制动系统在对车辆的各个主要运作系统和车辆是否能良好的运行及发挥其充分的性 能上都有着非常重要的作用和影响。因为影响车辆的因素有许多所以对制动器的要求非常 的高制动器往往需要有较好的性能和耐用度。如果这个制动系统有问题则汽车在行驶过程 中就会很

12、容易发生事故对驾驶员会造成极大的伤害。它是影响车辆运动和保护汽车行驶安全的一个不和或缺的设备，同时也可以影响汽车 的速度。随着现在的交通日益发达，车辆的数量也越来越多，许许多多的人都希望这个系 统能更加的完善，更加的安全。所以这个系统需要保证汽车有很高的安全性和良好的性能。 也只有这样汽车的发展才会有更好的发展前景以及广阔的市场。车辆在行驶的路上，人们往往会经常运用此系统来制动，所以这个系统是否有个良好 的性能是相当的重要的。现在汽车的制动系统中对于使用摩擦的制动器是非常的复杂，也 是最不容易掌握的原因，所以要提升这个系统的性能是具有很大的意义和价值的。1.1.3国内外相关研究情况在起初人们往

13、往主要是了解制动系统的摩擦性能，而随着人们对这个系统的使用率越 来越高所以人们对其的了解和研究也在越来越加深以及做越来越多的改良。现在人们主要使用的制动系统是鼓式的和盘式的制动器。盘式的制动器可以提高制动 的效率往往被广泛的使用，但是其成本颇高。因此现在大多数的车辆都是运用前盘后鼓的 安装方法，这个系统的作用就是将热能转化为动能的一个过程。汽车的制动就是来源于以前的纯机械控制的装置，以前的汽车体积小载货量有限，但 现在随这汽车质量的增加，为汽车实现机械制动的装置也越来越重要所以现在也有了使用 真空助力器来运作的装置。1.2鼓式制动系的概述1.2.1制动器的功用制动器是可以通过力的作用来限制车辆

14、的运动从而达到减速的效果的刹车系统的一 个重要部分，往往是通过过使其中的旋转部件来施加制动力矩，靠着汽车在行驶的车轮路面的所产生的力来达到对汽车实现减速的效果。此装置的主要功能是：（1）汽车减速和停车；（2）车子在下坡时要保持平衡。（3）使已停驶的汽车保持。1.2.2制动系统的工作原理汽车制动系统的工作原理一般是通过和车轮连接的旋转元件和其他元件的摩擦来达 到另车轮不再旋转的目的。我们往往是将脚下的力通过制动踏板来传递的，从而使活塞开始运作再而将力通过制 动液压来作用。在此液压的压力下制动蹄片会挤压制动鼓来达到降低制动鼓的运作速度或 者稳定其旋转速度。液压制动系统的工作原理是使制动鼓和车轮一起

15、运动。制动底座上装有有两个支撑销 中来达到支撑着两个制动蹄的下端的作用。汽车中的制动缸之间是有油管的，这些油管负 责连接他们之间的运作来达到相关的作用。而且制动蹄上还装有摩擦片来完成整个的运 动。要完成汽车在行驶过程中的减速效果，人们在将压力作用于制动踏板时，推杆和主缸 活塞在这个压力的的作用下使制动主缸内的油能够进入到制动缸中，再进过活塞的运动来 使制动蹄通过力的作用压迫制动鼓来完成玩车减速的作用。当人们取消在制动踏板上的压 力时时，弹簧会使制动蹄恢复原位，这次的作用力便会消失从而达到停止的效果。2鼓式制动器结构形式及选择鼓式制动器大多数都是靠机械摩擦来运作的，通过旋转元件的工作表面和固定元

16、件的 工作表面之间所产生的摩擦力从而达到让减汽车速或停止的作用。鼓式制动器可以进行以下的（见图2.1）鼓式制动器制动蹄分为领蹄和蹄式两种不同的类别。根据它们所运动的方向和制动鼓运动的方向 来分别以及加以区分的。领蹄是两者旋转方向一致；从蹄是两者方向不一致。鼓式制动器按照蹄的类别区分有下面几种（见图2.2）：图2.2各类型的简图（a）领从蹄式；（b）领从蹄式；（c）双领蹄式；（双向双领蹄式；（e）单向增力式；（。双向 增力式；如上图（a） （b）所示的是领从蹄式制动器的结构。这个制动器性能稳定而且容易掌握 和安装结构也非常的简单。货车大多数都是安装和使用这个制动器的。如上图（c）所示的是单向双领

17、蹄式制动器的结构。这个制动器的主要特点是其中的各 个零部件的分布是按中心对称的。如上图（d）所示的是双向双领蹄式制动器的结构。这个制动器的主要特点是其中各 个零部件的分布是既按轴对称、又按中心对称的。如上图（e）所示的是单向增力式制动器的结构。这个制动器的主要特点是第一蹄和第 二蹄都是领蹄。在汽车在运动的情况下，两蹄的力是一样的，但方向刚好相反。车辆在倒 车的情况下，第二蹄是不起作用的。如上图（f）所示的是双向增力式制动器的结构。这个制动器的主要特点是制动鼓的运 动能由和制动蹄之间的摩擦来增加力的作用。根据这次我所研究的车辆（福田卡车后轮鼓式制动器的设计），可以有以下的结果： 领从蹄式制动器发

18、展的比较早而且各方面的技术和性能都不错，和各个制动器之间的比较 也更适合作为中型卡车的制动器，同时它的构造也比较容易，成本也不是很高。也容易安 装在汽车中。通过对本次车型的分析我选用领从蹄式制动器，该制动器的支撑方式为双固 定支点，支承销支承。3制动器的主要参数及选择在制动器设计中,所获得的车辆参数有：轴距L=5300mm；滚动半径=0.484m。根据吉林大学王望予主编汽车设计表1-6,商用货车，4x2后轮双胎，平头式， 空载的轴荷分配分别为65%/35%,满载的轴荷分配分别为60%/40%；满载质量为16000kg， 质心高度h =1122mm，质心距的前轴距离L =2120mm，质心距的后

19、轴距离L =3180mm； g12空载=5400kg，h =981.8mm，L =1855mm，L =3445mm。 g123.1制动力与制动力分配系数当车辆制动时，则0的车轮力矩平衡方程是T - FBr =0式（3.1）式中：Tf摩擦力矩，N m ； F 地面制动力，N；车轮有效半径m。令6F = T式（3.2）/ re这个制动力叫作制动力周缘力。F和Fb是相反的方向，但是0时是一样的。F产 根据制动器结构类型、大小来决定的。当阶数Tf的增加而增加踏板力，Ff和FB也增加了。 但路面的因素会令制动力F将不会大于附着力F B9F 90时，后轴和前轴的最大制动力矩应该为T= G(L +9h )9

20、r =16000的 (3180 + 0.6x1122)x0.6x484=33104.6 N mf 1max L 2 g e 53001 -B1 - 0.6T22=T1 1 =-06- x33104.6 =2206.73 N m3.4主要结构参数与摩擦系数3.4.1制动鼓内径D制动鼓同轮辋将会有些许的误差。一般我们要使它在0mm30mm。D/Dr有下面的范围：商用车 D/Dr=0.700.83由选取的轮胎型号9.00R20，得Dr=20x25.4=508mm故D=0.75x508=381mm从表3.1可以知道轮辋直径/in121314151620，22.5制动鼓最 大内径/mm轿车1802002

21、40260货车220240260300320420表3.2 制动鼓最大内径取得制动鼓内径=420mmDr=508mm，通过运算得约为0.82,在0.700.83内。因此符合设计要求。3.4.2制动蹄摩擦衬片的包角b和宽度b本次初选衬片包角6=1100，摩擦衬片宽度b=100mm。3.4.3摩擦衬片起始角p0在这次的设计中令P =90-P /2= 35 0。3.4.4制动器中心到张开力作用线的距离a在这次的设计中我们初取a=140mm。3.4.5制动蹄支承点位置坐标c和k在这次的设计中我们初取 c=148mm，k=42mm。3.4.6衬片摩擦系数f一般f =0.350.40,所以在这次的设计中我

22、们取f =0.38。3.5热容量和温升的核算热容量要符合的要求如下式：(mcd + m ch)At = 621453 L式(3.18)式中md各制动鼓的总质量；mh和制动鼓连接部件的总质量；cd 制动鼓材料的比热容，对铸铁c=482J/(kgK)，对铝合金c=880J/(kgK)ch和制动鼓连接部件的比热容；At制动鼓的温升；L转变的热能； 可得：V 2L = m l pV 2,、L2 = m 苴(1p )式(3.19)式中ma满载时总质量； v 初速度，取V = V ；P 分配系数。代入数据计算得：26.72L = 16000 xx 0.76=4.3 x 10 5J1226.72L2 = 1

23、6000 xx (1 0.76)=1.36 x 10 5J又有 m =20kg m. =38kg故：At =L/ (m c + m c )=(4.3x 105 + 1.36x 105)/(20x 482+38x880)=13.160C150C通过比较我们可以知道本次设计的制动器温升是可以达到条件的。3.6行车制动效能计算车辆所需要最大减速度八密可以通过下式来得到：G 中=式(3.20)a g dt由此得出j =牛=g中式(3.21)max dt式中：G 口汽车所受重力，Nj 附着系数G 重力加速度，=9.8 m / s 2V制动初速度，m/s.故最大减速度j =0.6 g制动距离 S= = (

24、t + 0.5t ) + (V/3.6)2式(3.22)3.6 122 xjmax式中：t1 机构制动滞后时间，取0.05s12 制动器制动力增长过程所需时间，在本次设计中用0.2sV制动初速度，由表取为96km/h故制动距离 S= 土 (0.05 + 0.5x0.2) x 96 + 一96 =64.4m3.62 x 0.6 x 9.8国标中，车速为96km/h，刹车时的距离为73米V2 通过对比国豕要求可得制动距离S = 64.4m 0.1v += 71.04m。150通过比较可以得出我们所设计的课题的行车制动效能是可以达到要求的。4主要零部件的结构设计4.1制动鼓w山H j图4.1制动鼓（

25、a）铸造制动鼓；（b）,（c）组合式制动鼓1冲压成形辅板；2铸铁鼓筒；3灰铸铁内鼓筒；4铸铝合金制动鼓制动鼓的热容量要充分，制动鼓和其它的材料匹配，是工作能够充分平均。随着现在材料的不断发展许多的车辆上我们使用的是由灰铸铁HT200或合金铸铁的制 作的制动鼓（见图4.1（a）；轻型卡车的联合制动鼓使用（图4.1（b）；灰铸铁滚筒内 筒铸造铝合金制动鼓（图4.1（c）。使用铸铁和铝合金的具有良好的耐磨性能和散热性 能和降低质量。制动鼓一般会在超负荷下变形。鼓的缸筒变形后，很容易导致制动缸时太大。为了不 出现这种情况，制动鼓的刚度需要得到加强。因此，沿筒口铸造外缘有加强筋的整体循环， 通常会参入一

26、定的轴向加强筋来提升它的散热能力。如图4.1所示的制动鼓比较同轮毂的对中，直径d的圆柱面定位在紧固组件完成制动鼓 表面，以确保符合轴重合。这辆卡车的允许不平衡量为3040N厘米。在这次设计中我们选择灰口铸铁HT20-40制动鼓，其壁厚13mm。4.2制动蹄图4.2铸铁制动蹄在本次设计中我们选择用锻铸铁的铸造设计，翼缘厚度为5mm。衬片厚度为8mm。通 过铆接来连接，制动蹄和摩擦衬片。4.3制动底板制动底板需要有较大的刚度。在这个课题的设计中我们会要求由钢板通过各种作用完成的制动底板。4.4制动蹄的支承为了使具有支承和制动鼓工作面和轴自由制动蹄片的工作面，应该让支撑位置可调。在本次课题中我们选择

27、双固定支点支承销。支撑销是通过淬火将45号钢制成的。轴 承是可锻或球墨铸铁铸件。4.5制动轮缸在本次课题中我们选择的缸体的材料是由灰铸铁HT250制成的，缸筒是通孔。4.6摩擦材料这个材料的摩擦系数要高，散热性能要好，在温度上升时不会使其系数下降的非常快， 而且有良好的耐磨，不怎么会吸水，抗压要强，能频繁的冲击；制动时不会有影响不好的 声音同时污染要小对驾驶员的身体不会造成伤害，对环境的影响也不能过大。现阶段大多使用的是成型材料，是石棉纤维和树脂的粘结剂同填充剂以及噪声消除剂 制成的。除了成型材料还有编织材料，这个材料大多用在中小型的汽车的后轮鼓式制动器。在本次设计中我们选择摩擦材料将满足系数

28、选取0.30.35。选用编织材料。4.7间隙的调整方法在本设计中我们选择轮缸张开装置时的间隙调整方法，（如图4.3）在轮缸的顶块有 一调整螺钉，我们可以通过旋转调整轮来使螺钉运动，以调整制动器间隙。图4.3双活塞制动的轮缸式(4.1)式(4.2)式(4.3)式(4.4)式(4.5)式(4.6)5液压制动驱动机构的设计计算5.1制动轮缸直径d的确定一般有下面的的关系：d = （4F /兀p）i/20在这次的设计我们选用轮缸取 d为0.38mm。5.2制动主缸的直径d0的确定第i个轮缸的工作容积为：u =兀/ 4Z d 28式中：di缸活塞的直径；n是活塞的数目；8i是第i个轮。在在本次的设计中我

29、们选择 8i=22.5mm。所有轮缸的总工作容积为：V = J W 1V = d28 =，支382 x 2mm3 =2463mm3 w 4 w 4 11式中：m是轮缸的数量。V =4x2463 mm3 =9852.03 mm3 其工作容积为：V0 = V + V 式中：V是容积变形。在本次的设计中我们取制动主缸：V0=1.3V。有下面的式子可得：V =d2S /4 000一般 S0=（0.81.2）d0，取:S0=1.2d0 d0=31.5mm。在本次设计中取 d0=32mm5.3制动踏板力Fp制动踏板力Fp用下式计算：F = dp/4i 门式中：ip是传动比；n为踏板机构及液压主缸的机构效率

30、，可取门=0.850.95。在本次的设计中：制动踏板杠杆比一般是在2到5之间的。所以我们取ip= 5。Fp = 666.7 N在中型货车上人们一般大多选择的最大踏板力是700N，所以这次的计算是达到这个条 件的。制动踏板工作行程Xp为X =i (S + 8 + 5 )P P m ml m 2式中：8m15m2主缸中推杆与活塞间的间隙，我们取1.5mm。主缸活塞空行程X =i (S + 8 + 5 )=5(28.8+1.5+0.5)=154mmp p m m1 m2踏板全行程对货车不能超过170mm180mm，此计算符合标准。6结论本次毕业设计耗时三个月，是对我大学四年知识的一次总结认知并运用。

31、大学四年主 要学习机械类知识，在本次我的课题研究中，首先在了解了汽车详细构造和工作原理结构 特点的基础上，对汽车制动系进行针对性的了解和自学。充分的掌握了我设计的制动器的 工作原理和它的重要装置的结构与功能，在此基础上，根据课本的知识和所选车型的整车 参数，来进行制动器的参数选择和液压驱动结构的计算以及该制动器主要部件的设计和结 构安排。本次设计的主要重点在于要设计满足题目制动性能的要求，使我所设计的汽车人能达 到人们所需要的要求和性能。包括汽车的初始速度和最大踏力的制动减速度和制动距离， 其次，制动器结构型式的选择和对所选的数据校核也是很重要，这关系到之后的装配图的 设计。鼓式制动器的装配图

32、的的绘制颇有难度，因为根据之前的设计参数绘制，会出现一些 问题，比如尺寸不够会装配不到一起，支撑销放不下之类的问题，后期反复修改。在这次的课程设计中出现的难点是制动蹄片上制动力矩的运算。所以我查阅了大量 的资料和相关的方法来求出这个数据，学到的和了解的也大有收获。因为之前没有接触过汽车类机械，所以着手这个课题是有一定难度的，包括一些汽车 专业知识体系的建立，和汽车构造的理解。整个设计中耗时最长最麻烦的就是装配图的绘 制，往往装配图会出现一点问题，零件图得全部重改。我绘制的零件图有制动鼓，制动蹄， 制动轮缸，制动主缸。设计过程中制动主缸并没有涉及到，只计算了制动主缸的直径， 结构的选型之类的 在

33、本文中并没有提及，但为了使装配图清晰明了，这部分工作原理结构型式还是做了详细 的学习。在将近一学期的毕业设计进行中，我了解许多有关汽车的资料，并对四年来学习的机 械知识和机械绘图有了整体的总结与巩固。这对即将步入工作的我是一个很好的学习机 会！致谢本次毕业设计耗时将近三个月，作者要感谢毕业设计指导老师程老师，他每周都会给 我们答疑时间，从最开始接触汽车，什么都不懂，到慢慢的通过老师的引导，已经能够清 楚地知道汽车的构造原理，从开始的计算问题不理解，老师慢慢引导，到后来的装配图零 件图细节画法，老师都耐心的指出错误。感谢老师在我制作毕业设计的过程中对我的的耐 心讲解，同时，作者也十分敬佩程老师的

34、学术精神！这次设计还要感谢我的同学，当作者有很多小问题时，他们也很耐心的解答，使得 这次毕业设计能够顺利的进行！最后，作者要感谢西安科技大学高新学院在我大学期间对我的教育和培养！参考文献1 刘惟信.汽车设计.北京:清华大学出版社，20042 张洪欣.汽车设计（第4版）.北京:机械工业出版社，20063 喻凡.汽车动力学及其控制.北京:机械工业出版社，20124 申晋宪，王铁.载货汽车总体设计分析.北京：中国标准出版社,20135 齐志鹏.汽车制动系统的结构原理与检修.北京:人民邮电出版社，20026 陈家瑞.汽车构造.上下册.北京：机械工业出版社，20137 张瑞发.某车型制动系统匹配与设计D

35、.吉林大学,20138 刘维信.汽车制动系的结构分析和设计计算M北京：清华大学出版社，20139 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，200610 Yancy Y . contractors upgrading USA fleet to optimize servicing deeper,more complex wellsJ.ameroil gas reporter, 2002.11 清华大学教研组.汽车的制动性能M.北京:清华大学出版社,200412 王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，201213 孙恒等.机械原理.北京：高等教育出版社,200614 德耶尔森赖姆帕尔著.汽车底盘基础M.张洪欣，余桌平译.北京：科学普及出版社，199215 英T.P.纽康姆等著.汽车制动文集M.吴植民，李明丽译.北京:人民交通出版社，198416 美L.鲁道夫编.汽车制动系统的分析与设计M.张蔚林，陈名智译.北京：机械工业出版社， 1985