汽车制动系统的结构设计

课题名称：汽车制动系统的结构设计与计算第一章：制动器结构型式即选择一、汽车已知参数：汽车轴距(mm):3800车轮滚动半径（mm）:407.5汽车空载时的总质量（kg）:3330汽车满载时的总质量（kg）6330空载时，前轴负荷G=mg=12348.24N后轴负荷为38624.52N满载时，前轴负荷G=mg=9963.53N后轴负荷为43157.62N空载时质心高度为750mm满载时为930mm质心距离前轴距离空载时为2.36m满载时为2.62m汽车设计课程设计质心距离后轴距离满载时为1.44m满载时为1.18m二、鼓式制动器工作原理鼓式制动器的工作原理与盘式制动器的工作原理基本相同：制动蹄压住旋转表面。这个表面被称作鼓。许多车的后车轮上装有鼓式制动器，而前车轮上装有盘式制动器。鼓式制动器具有的元件比盘式制动器的多，而且维修难度更大，但是鼓式制动器的制造成本低，并且易于与紧急制动系统结合。我们将了解鼓式制动器的工作原理、检查紧急制动器的安装情况并找出鼓式制动器所需的维修类别。我们将鼓式制动器进行分解，并分别说明各个元件的作用。图1鼓式制动器的各个元件与盘式制动器一样，鼓式制动器也带有两个制动蹄和一个活塞。但是鼓式制动器还带有一个调节器机构、一个紧急制动机构和大量弹簧。图2仅显示了提供制动力的元件。图2.运行中的鼓式制动器当您踩下制动踏板时，活塞会推动制动蹄靠紧鼓。这一点很容易理解，但是为什么需要这些弹簧呢？这就是鼓式制动器比较复杂的地方。许多鼓式制动器都是自作用的。图5中显示，当制动蹄与鼓发生接触时，会出现某种楔入动作，其效果是借助更大的制动力将制动蹄压入鼓中。楔入动作提供的额外制动力，可让鼓式制动器使用比盘式制动器所用的更小的活塞。但是，由于存在楔入动作，在松开制动器时，必须使制动蹄脱离鼓。这就是需要一些弹簧的原因。其他弹簧有助于将制动蹄固定到位，并在调节臂驱动之后使它返回。为了让鼓式制动器正常工作，制动蹄必须与鼓靠近，但又不能接触鼓。如果制动蹄与鼓相隔太远（例如，由于制动蹄已磨损），那么活塞需要更多的制动液才能完成这段距离的行程，并且当您使用制动器时，制动踏板会下沉得更靠近地板。这就是大多数鼓式制动器都带有一个自动调节器的原因。当衬块磨损时，制动蹄和鼓之间将产生更多的空间。汽车在倒车过程中停止时，会推动制动蹄，使它与鼓靠紧。当间隙变得足够大时，调节杆会摇动足够的幅度，使调节器齿轮前进一个齿。调节器上带有像螺栓一样的螺纹，因此它可以在转动时松开一点，并延伸以填充间隙。每当制动蹄磨损一点时，调节器就会再前进一点，因此它总是使制动蹄与鼓保持靠近。一些汽车的调节器在使用紧急制动器时会启动。如果紧急制动器有很长一段时间没有使用了，则调节器可能无法再进行调整。因此，如果您的汽车装有这类调节器，一周应至少使用紧急制动器一次。汽车上的紧急制动器必须使用主制动系统之外的动力源来启动。鼓式制动器的设计允许简单的线缆启动机构。鼓式制动器最常见的维修是更换制动蹄。一些鼓式制动器的背面提供了一个检查孔，可以通过这个孔查看制动蹄上还剩下多少材料。当摩擦材料已磨损到铆钉只剩下0.8毫米长时，应更换制动蹄。如果摩擦材料是与后底板粘合在一起的（不是用铆钉），则当剩余的摩擦材料仅为1.6毫米厚时，应更换制动蹄。图3.制动蹄与盘式制动器中的情况相同，制动鼓中有时会磨损出很深的划痕。如果磨损完的制动蹄使用时间太长，将摩擦材料固定在后部的铆钉会把鼓磨出凹槽。出现严重划痕的鼓有时可以通过重新打磨来修复。盘式制动器具有最小允许厚度，而鼓式制动器具有最大允许直径。由于接触面位于鼓内，因此当您从鼓式制动器中去除材料时，直径会变大。图4.制动鼓第二章：制动系的主要参数及其选择一、制动力及制动力分配系数分析二、汽车前后车轮同时抱死时的制动力和分配系数1、制动力（满载）假设汽车的同步附着系数为0=0.8.在前后车轮均被抱死时，q=0=0.8,这时前后轴车轮的制动器制动力1fF、2fF即是理想最大制动力，此时BF、fF和F相等，所以有：（BF为汽车总的地面制动力，fF为汽车总的制动器制动力，F车轮与路面总的附着力）L=3.8ML1=2.62ML2=1.18MHg=0.93M11200()BfgGFFFLhL=24891.2N22100()BfgGFFFLhL=24786.628N2、制动力分配系数与同步附着系数假设汽车的同步附着系数为0=0.8.则制动力分配系数0ghbL=0.53、制动强度和附着系数利用率取该车所能遇到的最大附着系数为max=1，从保证汽车制动时的稳定性出发来确定各轴的最大制动力矩。=1时，后轴先抱死，当后轴刚要抱死时，可推出得：110()BgGLFLh=66.8039KN110()gLqLh=0.9342110()gLLh=1.871.87(10.8)*0.886=0.93424、最大制动力矩对于选取较大0值的汽车，这类车辆经常行驶在良好道路上，车速较高，后轮制动抱死失去稳定而出现甩尾的危险性较前一类汽车大得多。因此应从保证汽车制动时的稳定性出发，来确定各轴的最大制动力矩。2max12800*9.81()*(1.870.9134*0.886)*1*0.352.8fgeGTLqhrL=10100.5NM1max2max0.585*5403.08110.585ffTT=10143.2NM5、制动器因数领蹄的制动蹄因数11NfhfBFcPbfb2.6从蹄的制动蹄因数为11NfhfBFcPbfb2.66、鼓式制动器主要结构参数○1、车轮的滚动半径为r=407.5mm,通过中华人民共和国国标，载重汽车标准,轮辋直径为d=16in=406.4mm制动鼓直径D,通过查表得D/Dr=0.787D=d*78.7%=406.4*0.787=320mm取D=300mm制动间隙取0.3mm.○2、制动蹄摩擦片包角β宽度b和单个制动器摩擦衬片总面积，取β=90°A=4002cm（前轴制动器）A=4002cm(后轴制动器)b=AR=16.98cm（前轮制动器摩擦片宽度）b=AR==16.98cm（后轮制动器摩擦片宽度）○3、摩擦衬块起始角β。β。=β/2=45°○4、制动器中心张开到张开力F。作用线的距离ee=0.8R=0.8*15=12cm○5、制动器距支撑点位置坐标a与ca=0.8R=0.8*15=12cm两支承销之间距离k=1.5cm第三章：鼓式制动器设计计算一、制动蹄片上的制动力矩前轴单个制动器应能产生的最大制动力矩:fT1max/2fT5071NM单个蹄片上的制动力矩11111111cossinTfTPfhcffPB……………○112222222cossinTfTPfhcffPB.....……….○2arctanarctancos2cos2/2sin2sin2XYNN…………………………………………………………….…○32214coscos/cos2cos22sin2sin2R…………………………………………………………….….○4121122fTfTfTTTPBPB…………….……….○5:对于液压驱动的制动器，由于12PP,故所需要的张开力为12/fPTBB…………………………………………….○6由上图可得参数数据：R=159.65mm，c′=131.46860=13.19°，β=90°，=31.81°，=121.81°，f=0.35fT7955.64NM将参数带入○1○2○3○4○5○6计算得：10.115°，20.5°10.22025，20.2202510.0009268B,20.002693B带入.○6式得P=2197.8KN同理可得后轮单个制动器另外，在计算蹄式制动器时，必须检查蹄有无自锁的可能。由式子○1得出自锁条件，当该式得分母等于零时，蹄自锁，即蹄式制动器的自锁条件为111cossin0cff如果式子111cossincfc成立，则不会自锁代入数据得0.350.637，所以成立！因为亲后轮取的轮胎一样，只有摩擦衬片不一样，而且前轮的制动力矩比较大，所以只需验证前轮即可，后轮也应该满足条件。二、摩擦衬片的磨损特性计算1、比能量耗散率e（取极限工况）双轴汽车单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量消耗率分别是2212111*22amvvetA……………………………○72212221*122amvvetA………………………○8其中am为汽车总质量6330kg，为汽车回旋质量换算系数取1这里，1v=18m/s，20v，12vvtj，j为制动减速度这里取0.6g；1,2AA分别为前、后制动器衬片的摩擦面积，β为制动力分配系数这里为0.501.因为对于鼓式制动器的比能量耗散率小于等于21.8/Wmm故满足要求！2、单个车轮的磨损特性指标可用衬片比摩擦力0fF表示当汽车产生最大制动力时，前轮单个制动器的制动力矩Tf=5018，R=150mm，1A4002cmFfo=Tf/RA=0.4210.48N/mm2所以符合要求！3.比滑磨功Lf由动初速度至停车所完成的单位衬片面积的比滑磨功fL衡量，最大车速为100公里每小时车轮制动器个制动衬片的总摩擦面积为1600cm2得Lf[Lf]满足条件第四章：制动器主要零部件的结构设计与强度计算一、制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时气温升不应超过极限值。制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。轻型货车和一些轿车则采用由钢板冲压形成的腹板与铸铁鼓桶部分组合成一体的组合式制动鼓。也可用在钢板冲压的制动鼓内侧离心浇铸上合金铸铁内鼓筒，组合影城制动鼓。本设计选择钢板冲压的制动鼓内测离心浇铸上合金铸铁内鼓筒！二、制动蹄轻型载货汽车的制动蹄广泛采用T形钢辗压或钢板冲压—焊接制成；大吨位载货汽车的制动蹄则多用铸铁、铸钢或铸铝合金制成。制动蹄的结构尺寸和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接触压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。制动蹄腹板和翼缘的厚度，这里我们取7mm。摩擦衬片的厚度取10mm，制动蹄宽度取60mm，衬片可铆接在制动蹄上，噪声比较小！三、制动底板制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。制动地板承受这制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压形成的制动底板均具有凹凸起伏的形状。四、制动蹄支承二自由度制动蹄的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了是具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支承位置可调。例如采用偏心支承销或偏心轮。支承销由45号钢制造并高频淬火。五、制动轮钢制动轮钢为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的钢体由灰铸铁HT250组成。其缸筒为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端有钢制的开槽顶块，以支撑插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮钢的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。六、摩擦材料制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能要好，不应在温升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降，材料应有好的耐热性，低的吸水性，低的压缩率，低的热传导率和低的热膨胀率，高的抗压、抗拉、抗剪力、抗弯曲性能和耐冲击性能；制动时应不产生噪声、不产生不良气味，应尽量采用污染小对人体无害的摩擦材料。当