轿车后轮制动器设计

汽车设计课程设计设计题目：轿车后轮制动器设计院系：汽车与交通学院专业：07车辆1班学生姓名：邵珊珊学号：200724213日期：2010.12.27—2011.1.7指导教师：郭世永目录绪论………………………………………………………...…………1第一章：1.1制动系统概述………………………………………..…….……..11.1.1制动系统的工作原理………………………………..………………11.1.2制动系统设计要求………………………………………………..…21.2制动器类型的选择……………………………………...3第二章：2.1轿车后轮制动器主要参数的确定…………………...…42.1.1主要参数的确定方法……………………………………………...…42.1.2轿车后轮制动器主要参数选择结果……………………………...…52.2轿车后轮制动器主要零件的结构设计………………...52.2.1制动鼓………………………………………..……………………….52.2.2制动蹄…………………………………………………..…………….52.2.3制动底板………………………………………..…………………….62.2.4制动蹄的支承…………………………………..…………………….62.2.5制动轮缸…………………………………………..………………….72.2.6摩擦衬片……………………………………………………………...72.2.7轿车后轮制动器主要零件结构设计结果…………………………...72.2.8轿车后轮制动蹄与鼓之间的间隙自动调整装置…………………...8第三章：3.1轿车后轮制动器键强度计算…………………………….……….93.1.1强度计算准备…………………………………………….………………….93.1.2紧固摩擦片铆钉的剪应力验算………………………………………….….93.2轿车后轮制动器设计计算………………………………..………93.2.1压力沿衬片的分布规律…………………………………………….……….93.2.2计算蹄片上的制动力矩…………………………………………………….103.2.3衬片磨损特性的计算……………………………………………….…...….103.2.4制动因素分析计算………………………………………………………….113.2.5制动轮缸直径与工作容积………………………………………….….....12设计总结…………………………………………………..……...…..13绪论汽车的制动器是汽车的主要性能之一，它为汽车安全行驶提供了重要保证。随着高速公路的迅速发展和汽车车速的提高，设计一套可靠、稳定的制动系统将给驾驶者和乘客的人身财产安全提供有力的保障。改善汽车的制动性也始终是汽车设计、制造和使用部门的重要任务。第一章1.1制动系统概述人们为了满足生活和工作的需要，希望汽车的行驶速度尽可能快，但必须以保证行驶安全为前提。汽车除能高速行驶外，在即将转向、行经不平路面、两车交会、遇到障碍或危险时，都需减低车速。有时需要在尽可能短的距离内将车速降到很低甚至为零。如果汽车不具备这些性能，高速行驶就不可能实现。汽车在长下坡时，在重力作用下，有不断加速到危险程度的趋势。此时应当将车速限制在一定的安全值以内，并保持稳定。此外，对已停驶的汽车的汽车，应使之可靠地驻留原地不动。使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动等作用统称为制动。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上的、方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用。但这些外力的大小都是随机不可控制的。因此汽车上必须装设一系列专门装置，以便驾驶者能根据道路和交通等情况，通过外界在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力。1.1.1制动系统的工作原理一般制动系的工作原理可用图1-1所示的一种简单的液压制动系示意图来说明：一个以内圆面为工作表面的金属的制动鼓8固定在车轮轮毂上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板11上，有两个支撑销12，支承着两个弧形制动蹄10的下端。制动蹄的外圆面上又装有一般是非金属的摩擦片9.制动底板上海装有液压制动轮缸6，用油管5与装在车架上的液压制动主缸4相连通。主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦片的外圆面之间保持有一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板1，通过推杆2和主缸活塞3，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸6，并通过两个轮缸活塞7推使两制动蹄10绕支承销12转动，上端向两边分开而使其摩擦片9压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩Mu,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作用力Fu，，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力FB.制动力FB由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车减速。制动力愈大，汽车减速度也愈大。当放开制动踏板时，回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩Mu和制动力FB消失，制动作用及终止。图1-1所示的制动系中，由制动鼓8、摩擦片9和制动蹄10所构成的系统产生了一个制动力矩以阻碍车轮转动，该系统称为制动器。上述这种用以使行驶中的汽车减低速度甚至停车的制动系称为行车制动系，是在行车过程中经常使用的。用来使已停驶的汽车驻留原地不动的另一套装置则称为驻车制动系。这两个制动器是每一个汽车都必须具备的。此外，许多国家还规定汽车必须具有第二制动系，其作用是在行车制动系失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车。经常在山区行驶的汽车，若单靠行车制动系来达到下长坡是稳定车速的目的，则可能导致行车制动系的制动器过热而降低制动效能，甚至完全失效。所以山区用汽车还应具备主要在下坡时用以稳定车速的辅助制动系。1.1.2制动系设计要求：设计制动系时应满足如下主要要求：1）足够的制动能力。行车制动能力，用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标评定;驻坡能力是指汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度2）工作可靠。行车制动至少有两套独立的制动器的管路。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，而驱动机构各自独立。3）用任何速度制动标准，汽车都不应当丧失操纵性和方向稳定性。4）防止水和污泥进入制动器工作表面。5）要求制动能力的热稳定性良好。6）操纵轻便，并有良好的随动性。7）制动时制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。8）作用滞后性应尽可能短。9）摩擦衬片应有足够的使用寿命。10）摩擦副磨损后，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。11）当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本功能遭到破坏时，汽车制动系应装有音响或光信号等报警装置。1.2制动器类型的选择鼓式制动器分为领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式等几种，见下图的a-f.由于双领蹄式和单向增力式一般适用于前轮，所以不采用。从经济性和通用性方面考虑，决定较为常见的领从蹄式制动器。设计零件结构示意图如下第二章2.1轿车后轮制动器主要参数的确定2.1.1主要参数的确定方法1）制动鼓内径D输入力F0一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。但增大D受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于20mm，否则不仅制动鼓散热条件太差，而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以减少制动时的温升。制动鼓的直径小，刚度就大，有利于保证制动鼓的加工精度。制动鼓直径与轮辋直径之比D/Dr的范围如下：轿车D/Dr=0.64—0.74货车D/Dr=0.70-0.83制动鼓内径尺寸应参照专业标准ZBT24005-89《制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列》选取。2）摩擦衬片宽度b和包角摩擦衬片宽度尺寸b的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。制动鼓半径R确定后，衬片的摩擦面积为。制动蹄各蹄衬片总的摩擦面积越大，制动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特性越好。根据国外统计资料分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大，具体数据见下表汽车类别汽车总质量单个制动器总的衬片摩擦面积乘用车0.9~1.51.5~2.5100~200200~300货车及客车略略实验表明，摩擦衬片包角时，磨损最小，制动鼓温度越低，且制动效能最高。包角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺，容易发生自锁。因此包角一般不宜大于120°。衬片宽度b较大可以较少磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。尺寸系列见ZB24005-89.3)摩擦衬片起始角摩擦衬片起始角如图2-3所示。通常是将摩擦衬片布置在制动蹄外缘的中央，并令。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。4）张开力P的作用线到制动器中心的距离e在满足轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下，应使距离a尽可能大，以提高其制动效能。初步设计时可取e=0.8R左右。5）制动蹄支撑点坐标a和c应在保证两蹄支撑端毛面不致互相干涉的条件下，使a尽可能大而c尽可能小。初步设计时，可暂取a=0.8R.2.1.2轿车后轮制动器主要参数选择结果主要参数选择结果列表如下制动鼓内径D200mm摩擦衬片宽度b5mm包角90°起始角45°摩擦面积188.5cm²张开力P的作用线到制动器中心的距离e80mm制动蹄支撑点坐标a80mmc10mm2.2后轮制动器主要零件的结构设计2.2.1制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其升温不应超过极限值。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摩擦均匀。制动鼓有铸造和组合式两种。铸造制动鼓多选用灰铸铁制造，具有机械加工容易，耐磨，热容量大等优点。为防止制动鼓工作时受载变形，常公制动鼓的外圆局部分铸有肋，用来加强刚度和增加散热效果（图2-4a）。精确计算制动鼓往后既复杂又困难，所以常根据经验选取。轿车制动鼓壁厚取为7-12mm，货车取为13-18mm。2.2.2制动蹄轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用T型钢碾压或用钢板焊接制成，重型货车的制动蹄则多用铸铁或铸钢铸成。制动蹄的断面形状和尺寸应保证其刚度。但小型汽车用钢板制成的制动蹄腹板上往往开一条或两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，目的是衬片磨损较为均匀，并减小制动时的尖叫声。重型汽车的制动蹄断面有工字型，山字形和∏字形几种。制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车为3～5mm，货车约为5～8mm。为了提高效率，增加制动蹄的使用寿命和减轻磨损，在中、重型货车的铸造制动蹄靠近张开凸轮的一端，设置有滚轮或者镶装有支持张开凸轮的垫片（图2-5）。制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。粘接的优点在于衬片更换前允许磨损的厚度较大，但缺点是工艺较复杂，且不易更换衬片。铆接的噪声较小。2.2.3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。制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板均具有凹凸起伏的形状。重型汽车则采用可铸铁KTH370-12的制动底板。刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。2.2.4制动蹄的支撑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。