东风EQ1146VZ4后轮制动器的毕业设计

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1、目 录1引言22制动器的结构分析与方案的选定32.1盘式制动器32.1.1定钳盘式制动器32.1.2浮钳盘式制动器42.1.3全盘式制动器42.2鼓式制动器42.2.1领从蹄式制动器72.2.2单向双领蹄式制动器72.2.3双向双领蹄式制动器72.2.4单向自增力式制动器72.2.5双向自增力式制动器82.3制动器方案的选定83理想制动力的分配 83.1东风EQ1146VZ4后轮制动器设计中需要的整车参数83.2前后轮制动力的分配83.3同步附着系数133.4制动器最大制动力矩144制动器结构设计与计算144.1领从蹄式鼓式制动器的结构参数144.1.1制动鼓径D144.1.2制动鼓厚度n16

2、4.1.3摩擦衬片宽度b和包角164.1.4 摩擦片起始角174.1.5 制动器中心到蹄片开力作用线的距离e174.1.6 制动蹄支承点位置坐标a和c174.1.7摩擦片摩擦系数f174.2制动器效能因数计算184.2.1凸轮开机构主要参数的确定与凸轮特性的计算184.2.2 固定式凸轮式气制动器的因数计算 204.3制动力计算214.3.1所需制动力计算214.3.2制动器所能产生的制动力214.4制动蹄制动力矩的计算225制动性能的计算235.1制动距离与制动减速度235.2最大驻坡度236制动器主要零部件的设计与选材246.1制动蹄246.2制动鼓256.3摩擦衬片266.4摩擦材料26

3、6.5制动蹄和制动鼓之间的间隙自动调整装置276.6制动支承装置276.7 开机构 286.8 制动蹄回位弹簧286.9 制动器的热容量和温升的校核287结论29参考文献30致31东风EQ1146VZ4后轮制动器的设计（交通学院 机械设计制造与其自动化专业）摘要：当今社会，汽车逐渐成为人类不可或缺的交通工具之一，它在给我们带来便利的同时，其安全性也越发值得我们予以关注。在汽车的各种各样的性能中，备受人们关注的性能之一是汽车的制动性能即汽车行驶过程中能在较短距离停车且能维持制动时的行驶方向稳定性和在下长坡过程中能维持一定车速的能力。汽车制动性与我们息息相关的交通安全等问题密切相关，制动距离太长和

4、制动抱死侧滑等情况往往会导致威胁乘员安全的交通事故，故决定汽车驾乘者安全性的关键因素之一是汽车的制动性。由此可见，改善和优化汽车的制动性能刻不容缓。该设计的最终任务是对东风EQ1146VZ4进行后轮制动器的设计，首先通过对各类制动器的分析归类，通过各种比较分析选择最能满足所要求的制动效能的制动器，然后对各个参数进行设计计算和相关校核，最后对各组成部件进行结构设计和材料选择，继而完成整个制动器的设计与装配，并完成鼓式制动器的UG简图。关键词：制动系统；制动性能；鼓式制动器；制动方向稳定性The Design of Dongfeng EQ1146VZ4s Rear Wheel Brake(Scho

5、ol of Transportation，mechanical design & manufacturing and automation specialty)Abstract：In todays society，automobiles gradually becomes one of human indispensable means of transportation，It brings us convenient and at the same time, its security is more worthy of our attention. Among a lot of perfo

6、rmance in the car, the braking performance, which is the car parking within short distances and maintain under the directional stability and long slope to maintain a certain speed ability, gets more and more peoples attention. Breaking is directly related to traffic safety, major accidents often rel

7、ated to the long distance of breaking and sideslipping when emergency braking. So the brake system is very important in order to ensure the traffic safety .Visible, how to improve the performanceof automobile braking has become a hot research topic.The step of research and design of Car back wheel b

8、raking of Dongfeng EQ1146VZ4 is as follows: First, compare the various kinds of brake to select the most appropriate brake, and then calculate the design of each of the selected parameters and check the last part of the structural design, and finally, complete the design and assembly the entire brak

9、e, and the paper of UG.Key words: Braking systems; Braking ability; Drum braking; Braking direction stability1 引言目前，伴随着汽车行业的逐步发展，人们对于汽车零部件的设计制造要求越来越高，制动系执行机构制动器的设计缺陷和制造调整误差导致汽车在制动时出现的制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力的现象依然是交通安全的重大危害。因此正确的制动器设计应该得到进一步的准确深入的研究。国外的技术发展迅速。国外的汽车设计制造和开发优化过程中，将计算机仿真技术应用于其中的案例越来越多，虚拟样机技术也得

10、到了迅猛发展与应用。考虑到汽车的经济性和安全性等因素与在某些通过具体实验探索很难得出与实际情况相吻合的结论的研究设计或优化中，经常需要借助系统仿真这一技术的辅助来进一步达成最终的设计目标。近年来，计算机的各项技术与领域都迈出了巨大发展的步伐，如今的计算机已经具有了功能强大的处理数据的能力，这使得计算机仿真技术的进一步应用推广与普与成为了可能，随之，虚拟样机技术已成为在工程问题领域的一种快速、便捷且行之有效的法宝。使用计算机仿真技术分析研究各项有关于汽车的性能时，应首先对汽车模型进行必要的简化，通常情况下会忽略对实验结果影响较小的各自由度的运动，生成一个符合实验要求的简化模型。当然，简化模型的简

11、化程度不同，最终利用仿真技术生成的实验结果与实际情况之间也会存在相应的偏差。另外，在深入探究制动时产生的振动与噪声的过程中，有限元思想逐步成为其一种不容小觑的建模手段。有限元分析法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式互相联结在一起的单元的组合体,它利用每一个单元假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的场函数，单元的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个结点的数值和其插值函数来表达，这样，一个问题的有限元分析中，未知场函数与其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量（即自由度），从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题1。只要求解出这些相关的未知量，就能

12、够利用插值函数的方法，求出每个小单元有关场函数的相似值，最终获得整个求解域上的解的近似值。集中参数法是以前经常用到的分析方法，与之相比，有限元分析法更适合于类似繁杂的几何形状和边界的加载问题。相比之下，在国，某些学者也开始运用有限元的思想建立模型并对鼓式制动器展开了研究探索，在这之中，多数学者研究的方向为制动时的温度场变化和接触应力的问题。伟康在制动摩擦所导致的鼓式制动器的制动噪声、尖叫问题中，最终得出了鼓式制动器的尖叫和噪音是振动引起且此震动特性只决定于制动鼓和蹄片的结论，并建立了相关的三维解析模型以辅助实验；针对鼓式制动器的制动噪声问题，朱新潮的团队建立了相关的结构闭环耦合模型来进行辅助研

13、究；王宣峰通过研究得出了一套关于凸轮式鼓式制动器的较成熟的理论；柳建立的鼓式制动器的数学模型为日后的研究打下了基础；吴永海则在汽车制动系的设计过程中使用了计算机辅助设计，推动了汽车设计过程向着更好更快更优的方向发展。从汽车诞生之日起，汽车制动器的改进和设计问题就备受关注，以至于汽车制动系经历了多次变迁并逐步完善。其发展历程经历了皮革摩擦制、鼓式制动器、盘式制动器、机械式ABS制动系统，现在，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2。近年来，汽车线控系统的研究在外国某些发达国家逐渐开始受到重视，线控制动系统也因此得到迅速发展，加之对电控机械制动系统的进一步探

14、索，使制动系统已几近完美。 综合分析国外的科研成果，我结合自己的实际对东风EQ1146VZ4型汽车的后轮制动器展开了一定研究，希望通过设计优化可以使本车型的后轮制动器达到更优的制动效果。东风EQ1146VZ4型汽车作为我国自主设计并制造的一款新型中型载货汽车，其性能算是几近完美，期待我的这次设计能使这款车的后轮制动器的性能能够更加完美,预期目标包括：汽车制动效能能够有所提高；制动效能的恒定性更加有保障；在保证制动强度的前提下，尽量减小制动器的质量；尽量使用标准件，以降低生产费用；工作平稳可靠，抗热衰退性能好；结构简单，装卸方便，便于维修、调整，便于保证安装误差等。2 制动器的结构分析与方案的选

15、定2.1 盘式制动器旋转原件（制动盘）和固定原件（制动钳）相互作用构成了anghu钳盘式制动器。在钳盘式制动器的制动摩擦副中，制动盘作为制动器工作过程中的旋转原件，呈圆盘状，由强度足够的金属材质制成，其工作表面为盘的端面。而作为固定原件的制动钳则是由制动块和与之配合的促动装置组成的。制动块是由工作面积不大的摩擦块和金属背板组成。单个制动器中的制动块个数为2-4个。2.1.1 定钳盘式制动器定钳盘式制动器的制动钳与浮钳盘式制动器的区别在于其是固定不动的，它安装于汽车车桥上，被完全固定住，因而制动块促动装置是必不可少的，它安装在制动盘的两侧，分别用于推压制动器两侧的制动块使其向制动盘方向移动。缺点

16、：所需的油缸数量多，制动钳的结构略显繁杂；油缸的位置处于制动盘的两侧，两者的连通需要钳油道或外部油管来完成，在增加了横跨制动盘的管路后，定会加大制动钳的尺寸，从而不适用于现代化轿车的设计要求；制动器的热负达到一定限值，制动过程所需的制动液容易发生汽化，失去原有的制动能力；不可单独用于驻车制动，若要使其同时适用于驻车制动，机械促动的驻车制动钳作为附加设备需要加装其中。2.1.2 浮钳盘式制动器 浮钳盘式制动器与定钳盘式制动器相比具有相当的优越性，浮钳盘式制动器采用单侧油缸的设计，也就不需要跨越制动盘的油道，故不仅在轴向和径向上的尺寸有所缩小，使其布置得与车轮轮毂的距离更小，且制动液发生受热汽化的

17、可能性也明显减小。2.1.3 全盘式制动器顾名思义，全盘式制动器的整个制动盘能够同步与摩擦片压紧产生制动摩擦力，因此此类制动器的制动力足够大，多数安装于重型汽车上。2.2 鼓式制动器需要ug图的可以联系我图1 鼓式制动器构造 汽车上所用的制动器的工作原理绝大多数是利用机械摩擦原理工作的，制动器的分类主要是依据其旋转元件的种类，一般将制动器分为鼓式制动器和盘式制动器。前者的摩擦副中的旋转原件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。由于重型车所需的行驶车速通常并不是特别高，盘式制动器并没有鼓式制动蹄耐用，且在价格上更便宜的鼓式制动器大大降低了运输成本，因此

18、现在很多重型汽车的四轮上采用的仍然是鼓式制动器。鼓式制动蹄器的工作原理如图2。1、2-制动蹄 3、5-支承销 4-制动鼓图2 鼓式制动器工作原理制动蹄1和制动蹄2分别通过支承销5和支承销3铰装于制动底版上。制动器制动过程中，轮缸产生的压力（转动凸轮轴）作用于制动蹄上，使其以支承销为支点发生转动后紧紧接触于制动鼓4的摩擦表面上，因此两个制动蹄会分别受到制动鼓给予的法向反力和切向力，相应的，制动蹄在制动鼓上会产生切向反力，这个力对制动鼓形成一个阻碍其旋转的制动力矩，大小为（+），直到完成整个减速制动过程。 通常对制动系的要求如下3：(1)符合当地各项标准和法规的相关规定；(2)制动效能能够满足制动

19、距离和制动时间要求；(3)工作平稳可靠，稳定性好； (4)制动效能的抗热衰退性能能够满足要求；(5)制动效能的抗水衰退性能能够满足要求； (6)制动过程中的操纵稳定性好，满足驾驶安全性要求；(7)制动踏板和手柄的位置与行程符合人机工程学要求；(8)制动器作用滞后时间尽量减少，提高灵敏度；(9)制动时的制动噪声尽量减轻，无尖叫；(10)保持悬架和转向装置的距离恰当，不产生相互作用的运动干涉。 (11)能在全天任何时段正常使用，高温时气制动管路不会产生气阻现象，低温时液压制动管路不会结冰；(12)整个制动系统的各部件成本低、使用寿命长；选择摩擦材料时应满足环保要求，应禁用有害人体的石棉刹车片。根据

20、制动蹄的受力情况可将鼓式制动器分为以下种类，其各种结构形式如图3所示（a）领从蹄式（用凸轮开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸开）；（c）双领蹄式（非双向）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式图3 各类鼓式制动器结构图各类鼓式制动器的区别主要有：（1）起固定制动蹄作用的支点的位置和数量不尽一样；（2）整个制动过程中两制动蹄片之间是否产生相互作用；（3）制动器开装置的个数和方式有所不同。通常情况下制动效能是用制动效能因数的无因次特性表示的，制动效能因素的定义式为（2-1）2.2.1领从蹄式制动器见图3的(a)、(b),图中制动器上的箭头方向代表汽车行驶过程中制动鼓的转动方向(正向

21、旋转)，蹄1和蹄2分别为领蹄和从蹄。汽车处于倒车的运行工况时，制动鼓的转向与之前反向，继而领蹄和从蹄的角色相互对调。因此领从蹄式制动器的一大特点是无论是前进制动还是倒车制动，制动器总能保持领蹄和从蹄的数量不变且同时存在。由图3中的(a)、(b)可知，作用于领蹄的摩擦力起到了压紧制动蹄的作用，所以此摩擦力矩起到了“增势”的效果，故领蹄又叫做增势蹄；而作用于从蹄上的摩擦力起到了分离从蹄和制动鼓的作用，所以摩擦力矩显现“减势”的效果，故从蹄又叫做减势蹄。“增势”增加了领蹄受到的法向反力；而在“减势”的作用下，从蹄受到的法向反力有所减小。图3中，（a）的领从蹄式制动器装有定心凸轮开装置的，它在汽车制动

22、减速过程中，确保领蹄和从蹄的移动量保持一致，同样的，领蹄和从蹄上受到的法向反力和制动力也都一致，而领蹄和从蹄上的受到的开力=58425N因此符合制动要求。4.4 制动蹄制动力矩的计算汽车制动时的最大制动力矩是在汽车附着质量被完全利用的情况下获得的，由式3-17已求得汽车后轴在实际制动时所能获得的最大路面制动力矩为4625.46一个制动器产生的制动力矩为 （4-18）式中，d是轮缸直径（mm）；是管路压力（MPa）； R是制动鼓半径（m）。货车制动器管路压力在13MPa左右，计算中取13MPa；轮缸直径为30mm，带入数据得2.4690.2/413 =4537.61N/m 因此，后轴的制动器制动

23、力矩M=4537.612=9075.22N/m4625.46，因此符合制动要求。5 制动性能的计算5.1 制动距离与制动减速度制动距离是指汽车在某初速时，从驾驶员开始操纵制动踏板到完全停车汽车所驶过的距离，制动距离和制动减速度与制动器的热状况有关，若无特殊说明，一般制动距离和制动减速度是制动器在冷状态下的数值12。当不计入滚动阻力和回转质量的影响时，制动减速度（m/）用式5-113求解J= （5-1）式中，是有效的总制动力；W是汽车总重（N）；g是重力加速度，为9.81m/。后轴制动器所能提供的总制动力为69551N，后轴垂直载荷为73031N，带入式5-1得后轴制动减速度 J=8.33m/制

24、动距离 （5-2）式中，是制动踏板开始移动至减速度开始产生的时间，一般液压制动取0.05s，气压制动取0.1s；是减速度开始产生至最大值或最大值90%的时间，一般液压制动取0.2s，气压制动取0.4s。制动起始车速为50km/s时制动距离为 S= =15.75m制动起始车速为30km/s时制动距离为 S=（0.1+0.50.4）+ =6.67m我国实验路面，任意载荷，制动初速度为50km时制动距离不大于18.2m，30km/s时制动距离不大于7.6m，通过验证该制动器符合制动要求。5.2 最大驻坡度最大驻坡度公式(5-3)式中，W是汽车满载总重（N）；是车轮滚动半径（m）；M是后轴总的手制动力

25、矩（Nm）。对于驻车制动，作用于后轮的车辆为在限定的手操纵力下后轴两轮的制动力矩；对于中央制动器则为在限定手操纵力下中央制动器的制动力矩乘上后驱动桥的主传动比；对弹簧储能制动缸则为装有弹簧储能制动缸的车轮制动器在其弹簧力作用下的制动力矩之和14。故满载时，带入数据得最大驻坡度为 =0.55 =33.37ECE标准规定，各类满载车辆的最大停驻坡度不应小于18%20%，由以上计算可知满足法规规定值。6 制动器主要零部件的设计与选材6.1 制动蹄 在乘用车和总质量较小商用车中，制动蹄广泛采用T形型钢碾压或钢板冲压焊接制成；总质量较大商用车的制动蹄则多用铸铁，铸钢或铸铝合金制成15。制动蹄的结构尺寸和

26、断面形状应保证其刚度好，但小型车用钢板制的制动蹄腹板上有时开有一，两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与制动鼓之间的解除压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。重型汽车制动蹄的断面有工字形，山字形几种16。 为了提高效率，增加制动蹄的使用寿命和减小磨损，在总质量较大的商用车的铸造制动蹄靠近开凸轮一端，设有滚轮或镶装有支持开凸轮的垫片，如图11所示。图11 制动蹄的结构形式6.2 制动鼓 制动鼓应该具有优秀的热容量和足够大的刚度，以确保制动时制动鼓的温升不超过极限值。制动鼓的材料是和摩擦衬片的材料相互匹配的，以保证制动摩擦系数较高且工作表面的各个点受力和磨损均

27、匀。制动鼓的形式有两种，即铸造和组合式17。其中，铸造制动鼓多为灰铸铁铸造，具有加工简单、耐磨性好、热容量大等优点。设计制动鼓时常在制动鼓的外圆周部分设有加强肋，以减少制动鼓受热时的变形量，改善制动鼓刚度和散热能力。其结构形式如图12所示。图12 制动鼓的结构形式6.3 摩擦衬片对摩擦衬片的材料的要求如下：（1） 保证有足够的稳定的摩擦因数。当温度、压力升高或车速等工况变化时，摩擦因数应尽量保持恒定，减少变化量。（2） 耐磨性好。要保证摩擦衬片具有足够长的使用寿命，一般要求制动盘的磨耗小于衬块的1/10。（3） 保证尽量小的压缩率和膨胀率。当压缩变形量太大时，会对制动主缸的排量和踏板行程有很大

28、影响，降低制动时的灵敏度；而膨胀率超出一定围时，摩擦衬块和制动盘会有干涉以致产生拖磨，甚至会有“咬死”现象发生。（4） 保证制动时不产生噪音，更不能产生对环境和人体有害的物质。（5） 保证有较高的耐挤压强度和冲击强度和足够大的抗剪切能力。（6） 保证摩擦衬块的导热率不超过一定数值。要求摩擦衬块在300的情况下加热30分钟后，背板的温度保证不超过190，从而保证了制动液温度不会过高而失去制动能力。伴随着科技的不断发展以与对各种材料认识的不断深入，石棉摩擦衬片因其对环境有污染且有致癌性而逐渐被淘汰，现今应用较为广泛的材料有金属纤维、半金属磨阻材料等。6.4 摩擦材料 制动器的摩擦材料应力求拥有较高

29、的且稳定的摩擦系数和优秀的抗热衰退性能；具有较高的耐磨性以保证足够寿命，涉水稳定性好和足够好的耐冲击和耐挤压的能力；整个制动过程不产生噪声和气味，采用的材料应对环境和人体都无害。 车轮制动器采用最多的是模压材料，其主要成分是石棉纤维，它与树脂粘结剂、填充剂和噪声消除剂等混合且在高温下模压成型。模压材料的配料能够选用各种不同的聚合树脂，使得衬片和衬块能够拥有满足不同需要的摩擦性能。6.5 制动蹄和制动鼓之间的间隙自动调整装置间隙自动调整装置保证了制动鼓和盘之间在使用过程中始终有需要预留的间隙，其在鼓式制动器中也得到了愈来愈广泛的应用。在鼓式制动器中设定的间隙量一般为0.20.5mm，但是此间隙会

30、使踏板或手柄产生行程损失，间隙量太大会增加制动时间，不利于制动。本次设计取设定的间隙量为0.3mm。鼓式制动器中自动调整间隙的方法有以下几种18：（1） 轮缸开装置。可以采用各种不同的方式与其响应机构调节制动鼓与摩擦衬片间的间隙。1）借助装在制动地板上的调整凸轮和偏心支承销，用手调整制动蹄的原始安装位置以得到所要求的间隙；2）借助于自动调整装置使制动蹄位于间隙量所要求的原始位置，也可在制动轮刚上采取措施实现工作间隙的自动调整。（2） 凸轮开装置。采用此装置是通过转动凸轮相对于臂的位置从而实现调整间隙的目的，此过程中并不改变臂的位置。（3） 楔块开装置。该类自动调整装置的原理是通过调整套筒、棘爪

31、和调整螺钉而间接实现自动调整的目标。螺旋棘齿切在套筒的外表面上，套筒的孔是螺孔，朝向套筒一侧的棘爪端面做成了齿槽，此齿槽与套筒外表面的螺旋棘齿相配。如果在制动时柱塞的行程超过棘齿的轴向螺距，则棘爪移动一个齿。当套筒和柱塞返回原始位置时，棘爪和套筒的相互作用便使套筒转动某一角落，从而使调整螺钉旋出相应的距离。 现代鼓式制动器中主要采用的间隙自动调整装置是阶跃式自调装置。6.6 制动支承装置采用具有二自由度的制动蹄的支承，具有结构简单且能实现使制动蹄相对于制动鼓自动定位的优点。设计时应该支承位置可调，以实现具有支承销的一个自由度的制动蹄和制动鼓两者的工作表面在同一轴心上。支承销是用45号钢进行制造

32、的并需要高频淬火。支座可用铸铁或球墨铸铁锻造而成。青铜偏心轮可保持打在制动蹄腹板上的支承孔的完好性并减少腐蚀磨损量。采用具有长支承销的支承，能稳定的发挥保持制动蹄的正确安装位置的作用，能够很好的避免侧向跑偏。在制动底板上通常附加一压紧装置，能够使得制动蹄的中部向制动底板靠近，为保持制动蹄的正确位置，应在轮缸活塞顶块上或在开机构调整推杆端部开槽来让制动蹄腹板开端插入。6.7 开机构 本次设计中采用的是凸轮开机构，此开机构与其轴是用45度钢模锻成一体的毛坯制造而成的，且需经过高频淬火处理。滚轮是由45号钢制造并高频淬火而成的。其形式如图13所示。图13 凸轮开机构6.8 制动蹄回位弹簧制动蹄回位弹簧的拉力应等于制动凸轮或制动分泵的推力的1%到4%19。对于简单的非平衡制动器，只设计一根回位弹簧，而对于对称平衡式或简单平衡式制动器用两根回位弹簧。在设计此部件时，回位弹簧的圈数应该尽量取多些。6.9 制动器的热容量和