3326 轻型商用车制动器设计
3326 轻型商用车制动器设计,轻型,商用,制动器,设计
摘 要从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多,传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术,并应用在当前绝大多数乘用车上。目 前 , 汽 车 所 用 制 动 器 几 乎 都 是 摩 擦 式 的 , 可 分 为 鼓 式 和 盘 式 两大 类 。 盘 式 制 动 器 的 主 要 优 点 是 在 高 速 刹 车 时 能 迅 速 制 动 , 散 热 效果 优 于 鼓 式 刹 车 ,制 动 效 能 的 恒 定 性 好 ,便 于 安 装 像 ABS 那 样 的 高 级电 子 设 备 。 鼓 式 制 动 器 的 主 要 优 点 是 刹 车 蹄 片 磨 损 较 少 ,成 本 较 低 ,便 于 维 修 。 由 于 鼓 式 制 动 器 的 绝 对 制 动 力 远 远 高 于 盘 式 制 动 器 ,所以 普 遍 用 于 后 轮 驱 动 的 卡 车 上 , 但 为 了 提 高 其 制 动 效 能 而 必 须 加 制动 增 力 系 统 , 使 其 造 价 较 高 , 故 轻 型 车 一 般 还 是 使 用 前 盘 后 鼓 式 。本 设 计 为 前 轴 制 动 器 采 用 浮 动 钳 盘 式 制 动 器 , 后 轴 制 动 器 为 领 从蹄 式 鼓 式 制 动 器 。 制 动 驱 动 形 式 为 液 压 驱 动 形 式 , 前 后 式 ( 式 )双 回 路 制 动 控 制 系 统 。关键词:行车制动;驻车制动;鼓式制动器;盘式制动器;液压驱动河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)AbstractBorn from the car, the vehicle braking system on the vehicles security plays a decisive role. The vehicle brake system have many types. The traditional type of braking system structure mainly mechanical, pneumatic, hydraulic, gas-liquid hybrid. Now hydraulic brake technology is the most mature and most economical technology, and applied to the most cars on present. Currently, almost cars are used in friction brakes that is the drum and the disc. The main advantage of disc brakes is at high speed braking rapidly, resist heat is better than drum brakes, brake performance constant, easy to install as advanced electronic devices like ABS.The main advantage of drum brakes, brake shoe wear small, low cost, easy maintenance, because the absolute braking power of drum brakes is far higher than disc brakes ,so drum brakes are widely used for rear-wheel drive truck, but because In order to improve the braking performance and increased power brake system must be added to make it cost more, so light vehicles generally or to use front disc,rear drum brake.The design for the front axle floating brake caliper disc brakes, rear brake for the leading shoe drum brakes from. Drive in the form of brake hydraulic drive form, before and after the type ( type) dual circuit brake control system.Key words:Brake;Parking brake;Drum brake;Disc brakes;Hydraulic drive河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)目 录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景及目的 .11.2 国内外研究现状 .11.3 课题研究方法 .31.4 本设计应解决的难点 .4第 2 章 总体设计方案 .52.1 制动能源的比较分析 .72.2 驻车制动系 .82.3 行车制动系 .82.4 制动管路的布置及原理 .92.4.1 制动管路的布置示意图 .92.4.2 制动原理和工作过程 .102.5 制动器的结构方案分析 .11第 3 章 制动系主要参数确定 .143.1 基本参数 .143.2 同步附着系数的确定 .143.3 制动器最大制动力矩确定 .163.4 鼓式制动器的主要参数选择 .173.4.1 制动鼓直径 D.183.4.2 摩擦衬片宽度 b 和包角 .183.4.3 制动器中心到张开力 P 作用线和距离 e .193.4.4 动蹄支销中心的坐标位置是 k 与 c.193.4.5 摩擦片摩擦系数 .193.5 盘式制动器的主要参数选择 .203.5.1 制动盘直径 D .203.5.2 制动盘厚度 h.203.5.3 摩擦衬块外半径 R2 和内半径 R1.213.5.4 摩擦块工作面积 A .22第 4 章 制动器的设计与计算 .23河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)4.1 制动器摩擦面的压力分布规律 .234.2 单个制动器制动力矩计算 .234.2.1 鼓式制动器制动力矩计算 .234.2.2 盘式制动器制动力矩计算 .264.3 驻车制动的制动力矩计算 .274.4 制动衬片的耐磨性计算 .284.5 制动距离的计算 .31第 5 章 液压制动驱动机构的设计计算 .345.1 制动驱动机构的形式 .345.2 分路系统 .355.3 液压制动驱动机构的设计计算 .355.3.1 制动轮缸直径 d 的确定 .355.3.2 制动主缸直径 d0 的确定 .365.3.3 制动踏板力 FP .385.3.4 制动踏板工作行程 SP .395.3.5 制动主缸 .405.3.6 制动力分配调节装置的选取 .405.4 制动器的主要结构元件 .405.4.1 制动鼓 .405.4.2 制动蹄 .415.4.3 摩擦衬(片)块 .415.4.4 制动底板 .425.4.5 支承 .425.4.6 制动轮缸 .435.4.7 制动盘 .435.4.8 制动钳 .435.4.9 制动块 .445.5 自动间隙调整机构 .445.6 鼓式制动器工作过程 .475.7 盘式制动器工作过程 .49结论 .51致谢 .52参考文献 .53河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)附录 .541第 1 章 绪 论1.1 课题背景及目的汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车;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。因此,必须充分考虑制动系统的控制机构和制动执行机构的各种性能,然后进行汽车的制动系统的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍,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。因此制动系统设计是汽车设计中重要的环节之一。1.2 国内外研究现状从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多,传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术,并应用在当前绝大多数乘用车上 1。汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等,主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统,真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分 2。目 前 , 汽 车 所 用 都 制 动 器 几 乎 都 是 摩 擦 式 的 ,可 分 为 鼓 式 和 盘 式 两 大 类 。 盘 式 制 动 器 的 主 要 优 点 是 在 高 速 刹 车 时河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)2能 迅 速 制 动 , 散 热 效 果 优 于 鼓 式 刹 车 ,制 动 效 能 的 恒 定 性 好 ,便 于 安装 像 ABS 那 样 的 高 级 电 子 设 备 鼓 式 制 动 器 的 主 要 优 点 是 刹 车 蹄 片磨 损 较 少 ,成 本 较 低 ,便 于 维 修 、 由 于 鼓 式 制 动 器 的 绝 对 制 动 力 远 远高 于 盘 式 制 动 器 ,所 以 普 遍 用 于 后 轮 驱 动 的 卡 车 上 3. 鼓 式 制 动 器根 据 其 结 构 都 不 同 , 又 分 为 : 双 向 自 增 力 蹄 式 制 动 器 、 双 领 蹄 式 制动 器 、 领 从 蹄 式 制 动 器 、 双 从 蹄 式 制 动 器 。 其 制 动 效 能 依 次 降 低 ,最 低 是 盘 式 制 动 器 ; 但 制 动 效 能 稳 定 性 却 是 依 次 增 高 , 盘 式 制 动 器最 高 。 也 正 是 因 为 这 个 原 因 , 盘 式 制 动 器 被 普 遍 使 用 。 但 由 于 为 了提 高 其 制 动 效 能 而 必 须 加 制 动 增 力 系 统 , 使 其 造 价 较 高 , 故 轻 型 车一 般 还 是 使 用 前 盘 后 鼓 式 4。 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 。 行 车 制 动 装 置 用 于 使 行 驶 中 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 路结 构 , 以 保 证 其 工 作 可 靠 。 驻 车 制 动 装 置 用 于 使 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 坡 路 上 起步 。 驻 车 制 动 装 置 应 采 用 机 械 式 驱 动 机 构 而 不 用 液 压 或 气 压 驱 动 ,以 免 其 产 生 故 障 。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 。 行 车制 动 是 用 脚 踩 下 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 杆 操 纵 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 俩 个 后 轮 , 行 车 制 动 和 驻 车制 动 这 两 套 制 动 装 置 , 必 须 具 有 独 立 的 制 动 驱 动 机 构 , 而 且 每 车 必河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)3备 。 行 车 制 动 装 置 的 驱 动 机 构 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 空 气 压 缩 机 、 气 路 管 道 、 储 气 筒 、 控 制 阀 和 制 动 气 室 等 。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 轻 型 商 用 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 。随着电子技术的飞速发展,汽车防抱死制动系统在技术上已经成熟,开始在汽车上普及。它是基于汽车轮胎与路面兼得附着特性而开发的高技术制动系统。它能有效的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。1.3 课题研究方法根据课题内容,任务要求深入了解汽车制动系统的构造及工作原理;并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料;参考现有研究成果,并进行深入的学习和分析,借鉴经验;同时学习有关汽车零部件设计准则;充分学习和利用画图软件,并再次学习机械制图,画出符合标准的设计图纸,通过自己的研究分析;发挥自己的设计能力并通过试验最终确定制动系统设计方案。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)41.4 本设计应解决的难点(1)确定制动系各参数,分析其制动性能;(2)制动器的设计计算;(3)液压制动驱动机构的设计计算;(4)制动系统图纸设计。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)5第 2 章 总体设计方案汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行使安全性,是汽车行使的重要保障。随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大,出现了频繁的交通事故。因此,改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车;在下坡行使时,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。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。前者用来保证前两项功能,后者用来保证第三项功能。设计汽车制动系应满足如下主要要求 5:(1)应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车制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的;驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见 QC/T239-1997货车、客车制动器性能要求国家标准。(3)工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路,当其中一套管路失效时,另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的 30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器,而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵,其他制动装置多为手操纵;河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)6(4)制动效能的热稳定性好。具体要求详见 QC/T582-1999轿车制动器性能要求国家标准;(5)制动效能的水稳定性好;(6)在任何速度下制动时,汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价标准,详见 QC/T239-1997货车、客车制动器性能要求国家标准;(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;(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和从放开踏板至完全解除制动的时间;(9)制动时不产生振动和噪声;(10)转向装置不产生运动干涉,在车轮跳动或转向时不会引起自行制动;(11)应有音响或光信号等警报装置,以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效;(12)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,应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维;(13)磨损后,应有能消除因磨损而产生间隙的机构,且调整间隙工作容易,最好设置自动调整间隙机构。防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性,缩短制动距离,所以近年来防抱死制动系统(ABS)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)7在汽车上得到了很快的发展和应用。此外,由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题,已被逐渐淘汰,取而代之的各种无石棉材料相继研制成功。本次设计采用前盘后鼓式制动器,液压制动, II 式(前后式)双回路制动控制系统。采用真空助力器.其中鼓式制动器采用一般常用的领从蹄式,为一个自由度.灰铸铁制动鼓。制动鼓内径尺寸、摩擦衬片宽度尺寸参照专业标准 QC/T309-1999制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。盘式制动器采用浮动钳盘式.制动盘直径取轮辋直径的70%。通风式制动盘厚度取 20mm。具体的制动系统设计计算过程依据汽车设计教材进行。2.1 制动能源的比较分析经过同多种类型的车辆制动能源比较,如表 2.1 所示:表 2.1 制动能源比较供能装置 传能装置型式 制动能源 工作介质 型式 工作介质气压伺服制动系 驾驶员体力与发动机动力 空气 液压制动系 制动液真空伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源,伺服气压一般可达 0.050.07MPa。 真空伺服制动系多用于总质量在 1.11.35t 以上的轿车及装载质量在 6t 以下的轻、中型载货汽车上;气压伺服制动系则广泛用于装载质量为 612t 的中、重型货车以及极少数高级轿车上。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)8液压制动用于行车制动装置。液压制动的优点是:作用滞后时间短, (0.10.3s);工作压力高(可达 1020M ) ,因而轮缸尺寸小,aP可以安装在制动器内部,直接作为制动蹄的张开机构(或制动块的压紧机构) ,而不需要制动臂等传动件,使之结构简单,质量小;机械效率较高(液压系统有自润滑作用) 。液压制动的主要缺点是:过度受热后,部分制动液汽化,在管路中形成气泡,严重影响液压传输,使制动系统的效能降低,甚至完全失效。液压制动广泛应用在乘用车和总质量不大的商用车上。2.2 驻车制动系驻车制动系统用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上,同时也有助于汽车在斜坡上起步的一套专门装置。驻车制动系统应采用机械式驱动机构而不用液压或气压式,以免其产生故障。通过类比采用手动驻车制动操纵杆、驻车制动杠杆作用于后轮,作为后轮驻车制动器。后轮驻车制动:轮缸或轮制动器, (对领丛蹄制动器,只需附加一个驻车制动推杆和一个驻车杠杆即可)使用驻车制动时,由人搬动驻车制动操纵杆,通过操纵缆绳。平衡臂和拉杆(拉绳)拉动驻车制动杠杆使两蹄张开。2.3 行车制动系行车制动系统用作强制行使中的汽车减速或停车,并使汽车在下河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)9短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构多采用双回路或多回路结构,以保证其工作可靠。目前,盘式制动器已广泛应用于轿车,但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外,大都只用作前轮制动器,而与后轮的鼓式制动器配合,以期汽车有较高的制动时的方向稳定性。在货车上,盘式制动器也有采用。四轮轿车在制动过程中,由于惯性的作用,前轮的负荷通常占汽车全部负荷的 70%-80%,前轮制动力要比后轮大,后轮起辅助制动作用,因此为了节省成本,就采用前盘后鼓的制动方式。2.4 制动管路的布置及原理II 式(前后式): 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,一条回路连接前桥(轴)车轮制动器,另一条回路连接后桥(轴)车轮制动器,如图(2.1)所示。前桥车轮制动器与后桥车轮制动器各用一个回路。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。在各类汽车上都有采用。通过分析,II 式(前后式)制动器结构简单,成本较低,因此采用的就是 II 式(前后式)双回路制动系。2.4.1 制动管路的布置示意图(II 型)如图 2.1 所示河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)10图 2.1 液压制动装置示意图2.4.2 制动原理和工作过程图 2.2 鼓式制动器结构示意图以鼓式制动器为例,其结构示意图如图(2.2)所示,工作原理如下:要使行使中的汽车减速,驾驶员应踩下制动踏板,通过推杆和主缸活塞,使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸,并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动,上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样,不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩,其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后,由于车轮与路面间有附着作用,车轮对路面作用一个向前的周缘力,同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力,即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身,迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大,制动减速度越大。当放开制动踏板时,复位弹簧即将制1.前轮制动器 2.制动钳 3.制动管路 4.制动踏板机构5.制动主缸 6.制动轮缸 7.后轮制动器河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)11动蹄拉回复位,摩擦力矩和制动力消失,制动作用即行终止。2.5 制动器的结构方案分析通常,汽车所用制动器一般都采用摩擦式的,也就是阻止汽车运动的制动力矩来源于固定元件和旋转工作表面之间的摩擦。主要是盘式制动器和鼓式制动器两种形式。鼓式制动器的选用:鼓式制动器是靠制动块在制动轮上压紧产生摩擦来实现刹车的。鼓式制动器的形式有很多种,如领从蹄式制动器、单向双领蹄式制动器、双向双领蹄式制动器、单向自增力式制动器、双向自增力式制动器、凸轮式制动器、楔式制动器。它们都各有利弊,其中领从蹄式制动器发展较早,且其效能和效能稳定性在各式制动 0.器中均居于中游;前进、倒退行驶的制动效果不变;便于附装驻车制动驱动机构;易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙;且有结构简单,成本低等优点。但领从蹄式制动器也有两蹄片的压力不等(在两制动蹄上的摩擦衬片面积相等的条件下),因而两蹄片磨损不均匀、寿命不同的缺点。此外,因只有一个轮缸,两制动蹄必须在同一驱动回路下工作。因此,本设计采用由定位销定位的一个自由度的非平衡式的领从蹄式制动器。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)12盘式制动器的选用:盘式制动器又叫做碟式制动器,一般是由液压控制,主要的部件有制动盘、制动钳、固定器,制动轮缸等组成。按摩擦副中固定元件的结构不同,盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形,制动时各盘摩擦表面全部接触。用得较多的是多片全盘式制动器,以便获得较大的制动力。但这种制动器的散热性能较差,故多为油冷式,结构较复杂。钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为固定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器。定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上,既不能旋转,也不能沿着制动盘轴线方向移动,因此必须在制动盘的两侧都 安装制动块的促动装置,以便于将两侧的制动块分别压向制动盘。定钳盘式制动器在制动钳体上有两个液压油缸,其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸活塞外腔时,推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上,从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时,回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式。定钳盘式制动器的缺点就是:(1)制动盘的两侧各有液压缸,使制动钳的结构复杂。(2)液压缸分装于制动盘的两侧,制动液必须跨越制动盘的钳内油道或者外部的油管。(3)热负荷较大,液压缸和跨越制动盘的钳内制动管路或者是外部河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)13油管内的制动液容易气化。(4)若想兼用于驻车制动装置,则必须添加一个机械促动的驻车制动钳。由于上述的种种原因,定钳盘式制动装置已经很难适应现代轿车的发展趋势,也逐渐的在 70 年代以后让位于浮钳盘式制动器。 浮钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸,结构简单,造价低廉,易于布置,结构尺寸紧凑,可以将制动器进一步移近轮毂,同一组制动块可兼用于行车和驻车制动,在兼行车和驻车制动的情况下不需要加设驻车制动钳,只需要在行车制动钳液压缸的附近加装一些用于推动液压缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管,减少了受热机会,单侧油缸又位于盘的内侧,受车轮遮蔽较少使冷却条件较好。另外,单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长,也增大了油缸的散热面积,因此制动液温度比用固定钳时低 3050,气化的可能性较小。但由于制动钳体是浮动的,必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、磨损和噪声。经过对不同制动器优、缺点的比较,参考同类型车,本设计采用前盘(浮动钳式)后鼓(支承销领丛蹄式)的制动系统。本章小结本章确定了制动系统方案为行车制动系统采用液压制动控制机构,前轴制动器为浮动钳盘式制动器,后轴采用领从蹄式鼓式制动器。回路系统采用一轴对一轴式双回路控制系统。驻车制动系统控制机构为河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)14机械式,由鼓式制动器兼做驻车制动器。第 3 章 制动系主要参数确定3.1 基本参数表 3.1 制动系主要参数空载 满载汽车质量 2230kg 4110kg前轴 1070.4kg 1233kg轴荷分配后轴 1159.6kg 2877kg质心高度 hg0=850mm Hg1=750mm轴距 3100 m前制动器 浮动钳盘式后制动器 鼓式领丛蹄式3.2 同步附着系数的确定汽车制动时,若忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩,则对任意角速度 0 的车轮,其力矩平衡方程为0ebfrFT(3.1)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)15式中: 制动器对车轮作用的制动力矩,即制动器的摩擦力矩,其fT方向与车轮旋转方向相反,Nm;地面作用于车轮上的制动力,即地面与轮胎之间的摩擦力,bF又称为地面制动力,其方向与汽车行驶方向相反,N;车轮有效半径,m。er令(3.2)efrTF称之为制动器制动力,它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。一般汽车根据前、后轮制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素,当制动力足够时,制动过程出现前后轮同时抱死拖滑时附着条件利用最好 6。任何附着系数 路面上前后同时抱死的条件为( =0.85):(3.3) GFff21gf hL12(3.4) 式中:G-汽车重力;前制动器制动力,N ;1fF河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)16后制动器制动力,N;2fF质心到前轴的距离,mm;1L质心到后轴的距离,mm。2得: =1275N =1825N1fF2fF一般常用制动器制动力分配系数 来表示分配比例412.02fF前、后制动器制动力分配的比例影响到汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度。要确定 值首先就要选取同步附着系数 。一般0来说,我们总是希望前轮先抱死( ) 。根据有关文献推荐以及我0国道路条件,车速不高,所以本车型 取 0.5 左右为宜。由 Lhg02得 46.0759341.30 为保证汽车制动时的方向稳定性和有足够的附着系数利用率,ECE的制动法规规定,在各种载荷条件下,轿车在 0.15 q 0.8,其他汽车在 0.15 q 0.3 的范围内,前轮应先抱死;在车轮尚未抱死的情况下,在 0.15 0.8 的范围内,必须满足 q 。 )2.0(85.10河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)173.3 制动器最大制动力矩确定应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩,以保证汽车有良好的制动效能和稳定性。双轴汽车前后车轮附着力同时被充分利用或前后车轮同时抱死的制动力之比为69.0754.21093012 ghLF通常上式的比值为轿车 1.3 到 1.6,货车为 0.5 到 0.7。因此可知前后制动器比值符合要求最大制动力矩是在汽车附着质量被完全利用的条件下获得的,这时制动力与地面作用于车轮的法向力成正比。计算公式如下 egf rhLGT)(2max1(3.5) maxmax21ff T(3.6) 式中: 该车所能遇到的最大附着系数 0.85;车轮有效半径为 360mm;er 6935.23085.)7.093(14)(21 egmanf hLGT 47.916.24.0max12 fmanfT河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)183.4 鼓式制动器的主要参数选择在有关的整车总布置参数和制动器的结构形式确定以后,就可以参考已有的同类型、同等级汽车的同类制动器,对制动器的结构参数进行初选。3.4.1 制动鼓直径 D当输出力一定时,制动鼓的直径越大,制动力矩也越大,散热性能也越好。但止境的尺寸受到轮辋内径的限制,而且直径的增大也使制动鼓的质量增大,使汽车的非悬挂质量增大,而不利于汽车的行驶平顺性。制动鼓与轮辋之间应有相当的间隙,此间隙一般不小于2030mm,以利于散热通风,也可避免由于轮辋过热而损坏轮胎。由此间隙要求及轮辋的尺寸及渴求得制动鼓直径的尺寸。另外,制动鼓直径与轮辋直径之比为 根据 QC/T309-1999制动鼓工0.7.83rD作及制动蹄片宽度尺寸系列取 D=320mm R=160mm。3.4.2 摩擦衬片宽度 b 和包角 摩擦衬片的包角可在 900120 0 范围内选取,试验表明,摩擦衬片包角在 900120 0 时,磨损最小,制动鼓温度也最低,且制动效能最高。再减小包角虽有利于散热,但由于单位压力过高将加速磨损。包角一般不宜大于 1200,因过大不仅不利于散热,而且易使制动作永不平顺,甚至可能发生自锁。摩擦衬片宽度较大可以降低单位压力、减小磨损,但过大则不易保证与制动鼓全面接触。通常是根据在紧急制动时使单位压力不超过河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)192.5 M 的条件来选择衬片宽度的。设计时应尽量按摩擦片的产品规格aP选择宽度值。另外,根据国外统计资料可知,单个鼓式制动器总的摩擦衬片面积随汽车总质量的增大而增大。而单个摩擦衬片的面积又决定与制动鼓的半径,衬片宽度及包角。即RbAp(3.7) 式中,包角以弧度为单位,当面积、包角、半径确定后,由上式可以初选衬片宽度的尺寸。制动器各蹄摩擦衬片总面积越大,制动时产生的单位面积正压力越小,从而磨损也越小。 a、参考同类汽车选取,一般 b/D=0.160.26,取 0.25,故 b=65mmb、取领蹄包角 从蹄包角 10102=3203.1465(100+110)/360= 36/)(21DAp36302mm2c、摩擦衬片起始角 ,一般将衬片布置在制动蹄的中央,即0令: 40290有时为了适应单位压力的分布情况,将衬片相对于最大压力点对称布置,以改善制动效能和磨损的均匀性。3.4.3 制动器中心到张开力 P 作用线和距离 e在保证轮缸能够布置于制动鼓内的条件,应使距离 e 尽可能大,以河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)20提高制动效能。初步设计可取e=0.8R故 e=128mm。3.4.4 动蹄支销中心的坐标位置是 k 与 c制动蹄支销中心的坐标尺寸 k 是应尽可能地小, 以不使两制动蹄端毛面相碰擦为准,使尺寸 c 尽可能地大,设计可定c=0.8R =128 mm, K 尽可能的小,以使 c 尽可能的大,初步设计取 k=22mm。3.4.5 摩擦片摩擦系数选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些,更要求其热稳定性要好,受温度和压力的影响要小。不能单独地追求摩擦材料的高摩擦系数,应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性要求,后者对蹄式制动器是非常重要的。各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为 0.30.5 之间,少数可达 0.7。一般说来,摩擦系数越高的材料,其耐磨性越差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。当前国产的摩擦片材料温度低于 250 度时,保持摩擦系数在 0 .30.4 已无大问题。因此,在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩,取 0.3 可使计算结果接近世纪。另外,在选择摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。3.5 盘式制动器的主要参数选择3.5.1 制动盘直径 D河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)21制动盘直径 D 应尽量取大些,这样,制动盘的有效半径增大,可以减小制动钳的夹紧力,降低衬块的单位压力和工作温度。通常D=0.700.79D r,本车总质量不大于 2 吨,取上限,即 74.309.r因此D =320mm。3.5.2 制动盘厚度 h制动盘厚度对制动盘的质量和温升有影响。为使质量小些,厚度不宜太大,为了减少温升,厚度又不宜过小。因此,参考同类型车,取为 20mm,通风式,增大散热。3.5.3 摩擦衬块外半径 R2 和内半径 R1参考同类车型,选取摩擦衬块的内外半径分别为:,mR10mR1502平均半径为=12521m有效半径为 )(32213RfNTRe)(14221河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)22)2105()105(34=126.66令 mR21则有 meR)1(342选取半径满足式 eRm0.656.0152R满足要求即 m 值小于 0.65。3.5.4 摩擦衬块工作面积 A在确定盘式制动器制动衬块的工作面积时,根据制动衬快单位面积占有的汽车质量,推荐在 1.63.5kg/ , A =120cm2。2cm本章小结本章确定了制动器的基本参数,首先计算出制动力分配系数及同步附着系数,然后进一步确定制动器的最大制动力矩,确定了鼓式制动器的主要参数,包括制动鼓直径、摩擦衬片宽度及包角、制动器中心到张开力作用线的距离、制动蹄支撑销中心的位置、摩擦片的摩擦系数,盘式制动器主要参数包括制动盘直径、制动盘厚度、摩擦衬块内外半径、摩擦块工作面积。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)23河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)24第 4 章 制动器的设计与计算4.1 制动器摩擦面的压力分布规律从前面的分析可知,制动器摩擦材料的摩擦系数及所产生的摩擦力对制动器因数有很大的影响。掌握制动蹄表面的压力分布规律,有助于正确分析制动器因数。在理论上对制动蹄摩擦面的压力分布规律作研究时,通常作如下一些假定:(1)制动蹄、鼓为绝对刚性;(2)在外力作用下,便行仅发生在摩擦衬片上;(3)压力与变形符合胡克定律。对于绕支承销转动的制动蹄,制动蹄片上的压力符合正弦分布。4.2 单个制动器制动力矩计算4.2.1 鼓式制动器制动力矩计算4.2.1.1 制动蹄的效能因数制动器效能因数,表示制动器的效能,其实质是制动器在单位输入压力或力的作用下所能输出的力或力矩,用于评比不同结构形式的制动器的效能领蹄:= =0.64861TBF)(acRfh河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)25从蹄:= =0.55812TBF)1(acRfh则 BF= + =1.20671TBF24.2.1.2 同一制动器各蹄产生的制动力矩在计算鼓式制动器时,必须建立制动蹄对制动鼓的压紧力与所产生的制动力矩之间的关系,其计算公式如下对于增势蹄:(4.1) max(2sini2)/4FPbR(4.2) aco/y其中: 为压力分布不均匀时蹄101302 maxP片上的最大压力。 )2sini()2cosarctn( 22 )0sin139.1300 179.rt05 22 1 )sini()cos2( )cos4 R河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)2622 )0sin132si9.()130cos2(cs )0co64 =182.63对于减势蹄: max(2sini)/4FPbR acoy式中: 为压力分布不均匀10130 maxP时蹄片上的最大压力。 )2sini2()cos2arctn( )30si19.1302018.7222 )sini()cos( )cos4 R22 )30si1si9.()130s(s 306 =179.35增势蹄的制动力矩 11111 )sin(co/ BPfffhPTf 35.179.0)8.7sin3.08.7(cos9.2/35.726.0 = 1579减势蹄的制动力矩河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)2722222 )sin(co/ BPfffhPTf 63.182.0)75.9sin3.0759(cos.1/63.853.0 24.16制动鼓上的制动力矩等于两蹄摩擦力矩之和,即 2121BPTfff 液压驱动的制动器由于 ,故所需的张开力为21PP= =)/(BTf)(/21maxTf57.924.1630=1882.83计算蹄式制动器必须检查蹄有无自锁的可能。蹄式制动器的自锁条件为 0)sin(co11 ff即式 11if成立,则不会自锁。 3.0718.sin97.235.cosinco11 f 04i22 f故此蹄式制动器不会自锁。4.2.2 盘式制动器制动力矩计算现假设衬块的摩擦表面与制动盘接触良好,且各处的单位压力分河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)28布均匀,则盘式制动器的制动力矩计算公式为(4.3)RfFM02式中:单个制动器的制动力矩 =317964.84/1摩擦系数f单侧制动块对制动盘的压紧力0FR作用半径 (摩擦衬块的作用半径 R= =125mm)21R盘式制动器单侧制动块对制动盘的压紧力为 NfRM53.4913.02879604.3 驻车制动的制动力矩计算通过受力分析,可以得出汽车在上、下坡停驻时的后桥附着力分别为:上坡 )sinco(12 LhgmFga(4.4) 下坡 )sinco(12 LhgFga(4.5) 汽车停驻的最大坡度 可根据后轴上的附着力与制动力相等求得:河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)29满载:上坡 8.36arctn11ghL下坡 2.6arctn12ghL空载:上坡 9.arct11g下坡 7.1arctn2ghL满载时,上下坡后桥附着力为:上坡 1.487)sinco(12 LhgmFga下坡 9.2)sics(12 ga空载时,上下坡后桥附着力分别为:上坡 6.3970)sinco(12 LhgmFga下坡 8.)sic(12 ga河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)304.4 制动衬片的耐磨性计算摩擦衬片(块)的磨损,与摩擦副的材质、表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关,因此,在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明,摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。汽车的制动过程是将其机械能的一部分转变为热能耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中,制动器几乎承担了耗散汽车全部动能的任务。此时由于在短时间内热量来不及逸散到大气中,致使制动器的温度升高,此即所谓的制动器的能量负荷。能量负荷越大,摩擦衬片(块)的磨损越严重。制动器的能量负荷以其比能量耗散率作为评价指标。它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能连。单位为 。2mW双轴汽车的制动器的比能量耗散率分别为前轮211()4aetA(4.6)后轮 2124)(tAmea(4.7) 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)31式中: 汽车总质量, kg;am汽车回转质量转换系数;、 制动初速度和减速度,m/s;12J制动减速度 m/s2;t制动时间,s;、 前后制动衬片(块)的摩擦面积,mm 2;1A2制动力分配系数双轴汽车的制动器的比能量耗散率分别为:前轮 (4.8) 211()4ametA后轮 212()(aet(4.9) 在紧急制动到停车的情况下, =0,并可认为 =1,对于乘用车,2制动速度 ,)18(651smhkv故 22121 0.6831034.8wtAvmea .179.745.)(2 mt 据有关文献推荐,鼓式制动器的比能量耗散率以不大于 1.8w/河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)32为宜,盘式制动器的比能量耗散率应不大于 6.0 , 计算时取2m 2/wm减速度 j=0.6g。磨损特性指标也可用衬片(块)的比摩擦力即单位摩擦面积的摩擦力来衡量。 越大,则磨损越严重。0f前轮10ARMf(4.
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