課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)制動(dòng)

汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)課題名稱(chēng)：汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算指導(dǎo)老師：汽車(chē)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)人：提交時(shí)間：2011年7月7日第一章：制動(dòng)器結(jié)構(gòu)型式即選擇一、汽車(chē)已知參數(shù)：汽車(chē)軸距（mm）:3800車(chē)輪滾動(dòng)半徑（mm）:493汽車(chē)空載時(shí)的總質(zhì)量（kg）:4440汽車(chē)滿載時(shí)的總質(zhì)量（kg）10440空、滿載時(shí)的軸荷分配（kg）前軸負(fù)荷空載：2309前軸負(fù)荷滿載：3319后軸負(fù)荷空載：2131后軸負(fù)荷滿載：7121空、滿載時(shí)的質(zhì)心位置（mm）質(zhì)心高度：空載：1027滿載：1250質(zhì)心距后軸的距離（mm）空載：1824滿載：1208質(zhì)心距前軸的距離（mm）空載：1976滿載：2592分析得：①屬于質(zhì)量中等的中卡。主要用于載貨③滿載后后軸質(zhì)量比前軸大許多由以上三點(diǎn)可以確定采用前后制動(dòng)器均為領(lǐng)從蹄結(jié)構(gòu)制器二、鼓式制動(dòng)器工作原理鼓式制動(dòng)器的工作原理與盤(pán)式制動(dòng)器的工作原理基本相同：制動(dòng)蹄壓住旋轉(zhuǎn)表面。這個(gè)表面被稱(chēng)作鼓。圖1.鼓式制動(dòng)器的位置許多車(chē)的后車(chē)輪上裝有鼓式制動(dòng)器，而前車(chē)輪上裝有盤(pán)式制動(dòng)器。鼓式制動(dòng)器具有的元件比盤(pán)式制動(dòng)器的多，而且維修難度更大，但是鼓式制動(dòng)器的制造成本低，并且易于與緊

急制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)合。我們將了解鼓式制動(dòng)器的工作原理、檢查緊急制動(dòng)器的安裝情況并找出鼓式制動(dòng)器所需的維修類(lèi)別。圖2.已將鼓安裝到位的鼓式制動(dòng)器圖3.未將鼓安裝到位的鼓式制動(dòng)器我們將鼓式制動(dòng)器進(jìn)行分解，并分別說(shuō)明各個(gè)元件的作用。

圖4.鼓式制動(dòng)器的各個(gè)元件與盤(pán)式制動(dòng)器一樣，鼓式制動(dòng)器也帶有兩個(gè)制動(dòng)蹄和一個(gè)活塞。但是鼓式制動(dòng)器還帶有一個(gè)調(diào)節(jié)器機(jī)構(gòu)、一個(gè)緊急制動(dòng)機(jī)構(gòu)和大量彈簧。圖5僅顯示了提供制動(dòng)力的元件。圖5.運(yùn)行中的鼓式制動(dòng)器當(dāng)您踩下制動(dòng)踏板時(shí)，活塞會(huì)推動(dòng)制動(dòng)蹄靠緊鼓。這一點(diǎn)很容易理解，但是為什么需要這些彈簧呢？這就是鼓式制動(dòng)器比較復(fù)雜的地方。許多鼓式制動(dòng)器都是自作用的。圖5中顯示，當(dāng)制動(dòng)蹄與鼓發(fā)生接觸時(shí)，會(huì)出現(xiàn)某種楔入動(dòng)作，其效果是借助更大的制動(dòng)力將制動(dòng)蹄壓入鼓中。楔入動(dòng)作提供的額外制動(dòng)力，可讓鼓式制動(dòng)器使用比盤(pán)式制動(dòng)器所用的更小的活塞。但是，由于存在楔入動(dòng)作，在松開(kāi)制動(dòng)器時(shí)，必須使制動(dòng)蹄脫離鼓。這就是需要一些彈簧的原因。其他彈簧有助于將制動(dòng)蹄固定到位，并在調(diào)節(jié)臂驅(qū)動(dòng)之后使它返回。為了讓鼓式制動(dòng)器正常工作，制動(dòng)蹄必須與鼓靠近，但又不能接觸鼓。如果制動(dòng)蹄與鼓相隔太遠(yuǎn)（例如，由于制動(dòng)蹄已磨損），那么活塞需要更多的制動(dòng)液才能完成這段距離的行程，并且當(dāng)您使用制動(dòng)器時(shí)，制動(dòng)踏板會(huì)下沉得更靠近地板。這就是大多數(shù)鼓式制動(dòng)器都帶有一個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)器的原因。圖6,調(diào)節(jié)器機(jī)構(gòu)圖7.運(yùn)行中的鼓式制動(dòng)調(diào)節(jié)器在圖7中，您可以看到，當(dāng)襯塊磨損時(shí)，制動(dòng)蹄和鼓之間將產(chǎn)生更多的空間。汽車(chē)在倒車(chē)過(guò)程中停止時(shí)，會(huì)推動(dòng)制動(dòng)蹄，使它與鼓靠緊。當(dāng)間隙變得足夠大時(shí)，調(diào)節(jié)桿會(huì)搖動(dòng)足夠的幅度，使調(diào)節(jié)器齒輪前進(jìn)一個(gè)齒。調(diào)節(jié)器上帶有像螺栓一樣的螺紋，因此它可以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)松開(kāi)一點(diǎn)，并延伸以填充間隙。每當(dāng)制動(dòng)蹄磨損一點(diǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)器就會(huì)再前進(jìn)一點(diǎn)，因此它總是使制動(dòng)蹄與鼓保持靠近。一些汽車(chē)的調(diào)節(jié)器在使用緊急制動(dòng)器時(shí)會(huì)啟動(dòng)。如果緊急制動(dòng)器有很長(zhǎng)一段時(shí)間沒(méi)有使用了，則調(diào)節(jié)器可能無(wú)法再進(jìn)行調(diào)整。因此，如果您的汽車(chē)裝有這類(lèi)調(diào)節(jié)器，一周應(yīng)至少使用緊急制動(dòng)器一次。汽車(chē)上的緊急制動(dòng)器必須使用主制動(dòng)系統(tǒng)之外的動(dòng)力源來(lái)啟動(dòng)。鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)允許簡(jiǎn)單的線纜啟動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)器時(shí)，線纜會(huì)拉動(dòng)杠桿，使兩個(gè)制動(dòng)蹄分開(kāi)。鼓式制動(dòng)器最常見(jiàn)的維修是更換制動(dòng)蹄。一些鼓式制動(dòng)器的背面提供了一個(gè)檢查孔，可以通過(guò)這個(gè)孔查看制動(dòng)蹄上還剩下多少材料。當(dāng)摩擦材料已磨損到鉚釘只剩下0.8毫米長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)更換制動(dòng)蹄。如果摩擦材料是與后底板粘合在一起的（不是用鉚釘）則當(dāng)剩余的摩擦材料僅為1.6毫米厚時(shí)，應(yīng)更換制動(dòng)蹄。

C02CKX)gsrurrwm?圖8.制動(dòng)蹄與盤(pán)式制動(dòng)器中的情況相同，制動(dòng)鼓中有時(shí)會(huì)磨損出很深的劃痕。如果磨損完的制動(dòng)蹄使用時(shí)間太長(zhǎng)，將摩擦材料固定在后部的鉚釘會(huì)把鼓磨出凹槽。出現(xiàn)嚴(yán)重劃痕的鼓有時(shí)可以通過(guò)重新打磨來(lái)修復(fù)。盤(pán)式制動(dòng)器具有最小允許厚度，而鼓式制動(dòng)器具有最大允許直徑。由于接觸面位于鼓內(nèi)，因此當(dāng)您從鼓式制動(dòng)器中去除材料時(shí)，直徑會(huì)變大。圖9.制動(dòng)鼓

三、理論分析加速力和制動(dòng)力通過(guò)輪胎和地表的接觸面從車(chē)輛傳送到路面。慣性力作用于車(chē)輛的重心，引起一陣顛簸。在這個(gè)過(guò)程中當(dāng)剎車(chē)時(shí)，前后輪的負(fù)載各自增加或減少；而當(dāng)加速時(shí)，情況正好相反。制動(dòng)和加速的過(guò)程只能通過(guò)縱向的加速度a加以區(qū)分。下面，我們先來(lái)分析x輛雙軸汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程。最終產(chǎn)生結(jié)果的前后輪負(fù)載f，和F，，在制動(dòng)過(guò)程中，圖隨著靜ZVZh止平衡和制動(dòng)減速的條件而變?yōu)椋海?a）F'=mg（l-l）/1-mahjl（1a）F'=mgljl+mahjl（1b）（2a）（2a）（2b）設(shè)作用于前后軸的摩擦系數(shù)分別為fv和fh，那么制動(dòng)力為:FXV=FZvfF'=F'fXhZhh

(3)maXVXhx(3)對(duì)于制動(dòng)過(guò)程，fv和fh是負(fù)的。一般情況下，前后軸的摩擦系數(shù)是相等的。這種相等使fv=fh=a、/g，理想的制動(dòng)力分配是:(4)(5)F-ma[g(l-l)+ah]/(gl(4)(5)F=ma[gl-ah]/(gl)這是一個(gè)拋物線Fxh(Fxv)和參數(shù)氣的參數(shù)表現(xiàn)。當(dāng)然，每一個(gè)負(fù)載狀態(tài)都有它各自的理想制動(dòng)力分配。如果所有負(fù)載狀態(tài)都必須由一個(gè)固定的分配去應(yīng)對(duì)，那么最重要的條件往往就是滿載的情況。雖然，固定的分配在更多負(fù)載時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的制動(dòng)力分配，3.2理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線(1)地面對(duì)前、后車(chē)輪的法向反作用力在分析前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后車(chē)輪的法向反作用力。對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得FL=Gb+mdLhdtg式中:F一地面對(duì)前輪的法向反作用力;汽車(chē)重力;汽車(chē)質(zhì)心至后軸中心線的距離;汽車(chē)質(zhì)量;汽車(chē)質(zhì)心高度;蟲(chóng)——汽車(chē)減速度。dt對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得FL=Ga-m(dUhdtg式中F式中F地面對(duì)后輪的法向反作用力;a一汽車(chē)質(zhì)心至前軸中心線的距離。則可求得地面法向反作用力為G(hdu)b+gLVgdt)G(hdu'—a—-g-LVgdt)Fz2Fz1(2)理想前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車(chē)輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即:消去變量中，得這就是理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配公式，由這條公式畫(huà)出來(lái)的曲線叫I曲線。第二章：制動(dòng)系的主要參數(shù)確定1、制動(dòng)力（滿載）假設(shè)汽車(chē)的同步附著系數(shù)為p°=0.67.在前后車(chē)輪均被抱死時(shí)，q=p°=0.67,這時(shí)前后軸車(chē)輪的制動(dòng)器制動(dòng)力F,1、F22即是理想最大制動(dòng)力，此時(shí)F、F和F相等，所以有：（F為汽車(chē)總的地面制動(dòng)力，F(xiàn)為汽車(chē)Bf甲Bf總的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)甲車(chē)輪與路面總的附著力）L=3.8m，L2=1.208m，L1=2.592m,hg=1.25mGF=F=F=—(L+甲h)甲B1f1%L20g0=43312.43NGF=F=F=—(L-ph)pB2f2p2L10g0=38620.69N2、制動(dòng)力分配系數(shù)則制動(dòng)力分配系數(shù)p=P0hg+b=0.5L3、同步附著系數(shù)假設(shè)汽車(chē)的同步附著系數(shù)為p0=0.67.

4、制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率取該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù)為p=1,從保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。p=1時(shí)，后軸先抱死，當(dāng)后軸剛要抱死時(shí)，可推出得：F=:―*、7=110988.92NBL+(p-p)h弓=~~=0.9283L+(p-p)h8=:~~1~T=0.9283L+(p-p)h5、最大制動(dòng)力矩對(duì)于選取較大p0值的汽車(chē)，這類(lèi)車(chē)輛經(jīng)常行駛在良好道路上，車(chē)速較高，后輪制動(dòng)抱死失去穩(wěn)定而出現(xiàn)甩尾的危險(xiǎn)性較前一類(lèi)汽車(chē)大得多。因此應(yīng)從保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。"二次￥3：22093.5474NM6、制動(dòng)器因數(shù)24777.57537NM有課本可知，對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)從蹄有支承的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器因數(shù)的典型值2.6。因而我們?cè)诖诉x擇制動(dòng)器因數(shù)為2.6，即BF=2.67、鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和制動(dòng)鼓厚度Q、車(chē)輪的滾動(dòng)半徑為r=493mm，滿載時(shí)后軸載重為7121kg，通過(guò)中華人民共和國(guó)國(guó)標(biāo)，載重汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)，參考整車(chē)參數(shù)相似的同類(lèi)車(chē)型，選擇10.00R20O輪輞直徑為d=20in=508mm制動(dòng)鼓直徑D，查表得制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑D=420mm則取D=420mm制動(dòng)鼓厚度取12mmQ、制動(dòng)蹄摩擦片包角P寬度b和單個(gè)制動(dòng)器摩擦襯片總面積，實(shí)驗(yàn)表明，包角取8=100°,b=125mm,故單個(gè)制動(dòng)器總的摩擦面積A=2*Rpb=916.30cm2Q、摩擦襯塊起始角8。24777.57537NM8。=90°—8/2=45°Q、制動(dòng)器中心張開(kāi)到張開(kāi)力F。作用線的距離aa=0.8R^16cmQ、制動(dòng)器距支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)k與cc=0.8Re16cm兩支承銷(xiāo)之間距離k=29mm

⑥摩擦片摩擦系數(shù)f當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)器摩擦材料溫度低于250度。故取摩擦系數(shù)f=0.4第三章：領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算一、制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩制動(dòng)蹄的各種參數(shù)如下圖所示：1、最大制動(dòng)力矩對(duì)于后軸單個(gè)制動(dòng)器應(yīng)能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為ff2max11046.7737N.M2、張開(kāi)力的計(jì)算TF_BF*R對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器，兩蹄的張開(kāi)力相等，所以張開(kāi)力F=而B(niǎo)F經(jīng)計(jì)算得，領(lǐng)蹄BFT1=1.72,BFT2=0.57,故BF=2.29F=22971.04117N3、制動(dòng)蹄自鎖條件檢驗(yàn)計(jì)算由上圖可得參數(shù)數(shù)據(jù)：h=320mm，f=0.4a。=100°，a。'=1.745rad,a3=200°,a1=50°,a'=170將參數(shù)帶入①②③④③。計(jì)算得：A=0.8849B=0.9051另外，在計(jì)算蹄式制動(dòng)器時(shí)，必須檢查蹄有無(wú)自鎖的可能。由式中0得出自鎖條件，當(dāng)該式得分母等于零時(shí)，蹄自鎖，即蹄式制動(dòng)器的自鎖條件為f=A(a'/r)/B如果式子f〈A(a‘/r)/B成立，則不會(huì)自鎖代入數(shù)據(jù)得0.4V0.6808，所以成立！4、比能量耗散率e(取極限工況)雙軸汽車(chē)單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量消耗率分別是18malv]2-v22)e122tA]'⑦1*8m〈i2f22)(_p)22tA2(8)其中ma為汽車(chē)總質(zhì)量10440kg，8為汽車(chē)回旋質(zhì)量換算系數(shù)取1這里，總質(zhì)量3.5t以上貨車(chē)取1=22.2m/s，_v-v2_22.2-0j0.6*9.81=3.772s，制動(dòng)減速度這里取0.6g；L2配系數(shù)這里為0.528632.將數(shù)據(jù)帶入⑦⑧兩式子得分別為前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積，5為制動(dòng)力分ee2=1.75W/mm2<1.8W/mm2因?yàn)閷?duì)于鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率小于等于L8W/mm2故滿足要求!5、比摩擦力Ff0當(dāng)汽車(chē)產(chǎn)生最大制動(dòng)力時(shí)，單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩^f=1/^fmax=11046.7737Nm，R=210mm，A】=916.30cm2Ff。=Tf/RA=0.47N/mm2〈0.48N/mm26.平均壓力qpqp=Ff。/f=1.425Mpa<=[qp]所以符合要求！6、比滑磨功Lf車(chē)輪制動(dòng)器各制動(dòng)片的總摩擦面積Ax=916.3*4cm2Vamax=95m/sLf=maVamax2/2Ax=991.86J/cm2所以符合要求！7、制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件：(mc+mc)△tL=m—aP1"2v2八L=m—a(1-P)L=mV^(1-P)=1212653.007a2式中m滿載汽車(chē)總質(zhì)量；v汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的初速度，可取v=v；P汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)(mc+mc)△t=14460<Lddhh28、駐車(chē)計(jì)算汽車(chē)在上坡路上時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為a=42.80汽車(chē)在下坡路上時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為a'=28.36一般對(duì)輕型貨車(chē)要求最大停駐坡度應(yīng)不小于25%。中型貨車(chē)應(yīng)不小于20%。汽車(chē)列車(chē)停駐坡度約12%左右。第四章：制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與強(qiáng)度計(jì)算一、制動(dòng)鼓制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)氣溫升不應(yīng)超過(guò)極限值。制動(dòng)鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。輕型貨車(chē)和一些轎車(chē)則采用由鋼板沖壓形成的腹板與鑄鐵鼓桶部分組合成一體的組合式制動(dòng)鼓。也可用在鋼板沖壓的制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)離心澆鑄上合金鑄鐵內(nèi)鼓筒，組合影城制動(dòng)鼓。本設(shè)計(jì)選擇鋼板沖壓的制動(dòng)鼓內(nèi)測(cè)離心澆鑄上合金鑄鐵內(nèi)鼓筒！制動(dòng)鼓厚度選擇為12mm二、制動(dòng)蹄輕型載貨汽車(chē)的制動(dòng)蹄廣泛采用T形鋼輾壓或鋼板沖壓一焊接制成；大噸位載貨汽車(chē)的制動(dòng)蹄則多用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，但小型車(chē)用鋼板制的制動(dòng)蹄腹板上有時(shí)開(kāi)有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動(dòng)蹄摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動(dòng)時(shí)的尖叫聲。對(duì)于尺寸，制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，這里我們?nèi)?mm。摩擦襯片厚度選取8mm。制動(dòng)蹄厚度選取127mm。襯片可鉚接在制動(dòng)蹄上，噪聲比較??！三、制動(dòng)底板制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動(dòng)地板承受這制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它應(yīng)有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓形成的制動(dòng)底板均具有凹凸起伏的形狀。四、制動(dòng)蹄支承二自由度制動(dòng)蹄的支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自行定位。為了是具有支承銷(xiāo)的一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄的工作表面與制動(dòng)鼓的工作表面同軸心，應(yīng)使支承位置可調(diào)。例如采用偏心支承銷(xiāo)或偏心輪。支承銷(xiāo)由45號(hào)鋼制造并高頻淬火。五、摩擦材料制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐熱性，低的吸水性，低的壓縮率，低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗拉、抗剪力、抗彎曲性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用污染小對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。當(dāng)前，在制動(dòng)器中廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹(shù)脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑等混合后，在高溫下模壓成型的。這里取模壓材料即可。六、制動(dòng)器間隙一般鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.2-0.5mm。在這里我們選取間隙為0.3mm，以滿足間隙盡可能小的要求。第五章：液