解放牌中型貨車后輪鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)含開(kāi)題及9張CAD圖
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XX設(shè)計(jì)（XX）中期報(bào)告
題目：某中型貨車后輪制動(dòng)器設(shè)計(jì)
系 別
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
20XX年 3月23日
一、設(shè)計(jì)（論文）進(jìn)展?fàn)顩r
開(kāi)題以后，收集和整理資料，參閱部分收集到的資料，對(duì)所選課題有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。在中期報(bào)告中，指導(dǎo)老師給予我們必要的疑難解答。查閱與本課題相關(guān)的外文文獻(xiàn)，并對(duì)其進(jìn)行翻譯。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)的查閱和研究，對(duì)論文命題有了較為全面的理解后，結(jié)合前人的研究成果，初步制定論文大體框架并進(jìn)行制動(dòng)器零件的選材、計(jì)算。如下：
1 設(shè)計(jì)要求
1.1 制動(dòng)器的功能及設(shè)計(jì)要求
1.2制動(dòng)器的分類
1.3混合動(dòng)力汽車制動(dòng)器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.4設(shè)計(jì)任務(wù)簡(jiǎn)介
2 方案設(shè)計(jì)
2.1制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選擇（選用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器）
2.2制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)形式（制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、制動(dòng)底板、支撐、凸輪式張開(kāi)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)間隙的調(diào)整方法及間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)）
2.3 制動(dòng)器主要性能參數(shù)的計(jì)算（制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩）
3 制動(dòng)器的計(jì)算
3.1 鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算及主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定（制動(dòng)鼓內(nèi)徑D、摩擦襯片寬度b和包角β、摩擦襯片起始角、制動(dòng)器中心到張開(kāi)力P作用線的距離a、制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)k和c、襯片摩擦系數(shù)f）
3.2制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算（制動(dòng)器因素計(jì)算）（制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算：所需制動(dòng)力計(jì)算、制動(dòng)踏板力驗(yàn)算、確定制動(dòng)輪缸直徑、輪缸的工作容積、制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力計(jì)算）（制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩）（行車制動(dòng)效能計(jì)算）（駐車制動(dòng)的計(jì)算）
3.3制動(dòng)器性能參數(shù)的驗(yàn)算
3.4制動(dòng)器工藝性分析
二、 存在問(wèn)題及解決措施
1對(duì)論文所涉及的知識(shí)認(rèn)識(shí)得不夠深刻，所以對(duì)命題的探討不夠深入
2對(duì)制動(dòng)器相關(guān)數(shù)據(jù)的理解不是很深入。
3論文的各部分之間的銜接不夠強(qiáng)，有的地方缺少邏輯
三、 后期工作安排
1繼續(xù)加深對(duì)制動(dòng)器相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解。
2在現(xiàn)有論文的基礎(chǔ)上繼續(xù)完善論文。
3認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)軟件，完成制圖。
4同時(shí)學(xué)習(xí)CAD，PROE等相關(guān)軟件為后面的畫(huà)圖做好準(zhǔn)備。
5爭(zhēng)取在四月底完成論文初稿并交予指導(dǎo)老師審核，五月初定稿。
XX設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告
題目：某中型貨車后輪鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
系 別
專 業(yè)
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
20XX年12月24日
1 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述
1.1題目背景：
制動(dòng)器是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的安全性和操控性。本課題根據(jù)某中型貨車的主要行駛參數(shù)和運(yùn)動(dòng)要求，對(duì)其后輪制動(dòng)器進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后在三維軟件環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器虛擬模型的建立，最終實(shí)現(xiàn)汽車良好的制動(dòng)性能，保證其安全性和操控性。[1]
1.2研究意義：
21世紀(jì)，汽車工業(yè)成為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。[2]汽車企業(yè)對(duì)各系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)需求旺盛。汽車制動(dòng)器作為汽車的重要組成具有使運(yùn)動(dòng)部件（或運(yùn)動(dòng)機(jī)械）減速、停止或保持停止?fàn)顟B(tài)等功能的裝置，特別是汽車已成為社會(huì)普遍的交通工具，研究制動(dòng)器對(duì)于汽車的安全駕駛具有重要影響。因此改進(jìn)制動(dòng)器機(jī)構(gòu)、解決制約其性能的突出問(wèn)題具有重要意義。[3]
1.3國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況：
制動(dòng)器（brake staff）可以分兩大類，工業(yè)制動(dòng)器和汽車制動(dòng)器 汽車制動(dòng)器又分為行車制動(dòng)器（腳剎），駐車制動(dòng)器（手剎）和平衡增力制動(dòng)器在行車過(guò)程中，現(xiàn)在一般都采用新型的平衡增力制動(dòng)器，因?yàn)槠胶庠隽χ苿?dòng)器在行駛過(guò)程中配合螺旋凹槽剎車鼓會(huì)使汽車在整個(gè)行駛過(guò)程中保持平衡狀態(tài)，并且剎車的穩(wěn)定性也是目前國(guó)內(nèi)汽車制動(dòng)器最好的一種，對(duì)重載汽車的駕駛員有著很好的保駕護(hù)航的作用。[4]
汽車設(shè)計(jì)者從經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度出發(fā)，一般貨車采用了混合的形式，前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)。由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%－80%，因此前輪制動(dòng)力要比后輪大。貨車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前輪盤式制動(dòng)，后輪鼓式制動(dòng)的方式。[5]典型的鼓式制動(dòng)器主要由底板、制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄、輪缸（制動(dòng)分泵）、回位彈簧、定位銷等零部件組成。
長(zhǎng)期以來(lái)，為了發(fā)揮鼓式制動(dòng)器的重要優(yōu)勢(shì)，旨在克服其主要缺點(diǎn)的研究工作和技術(shù)改進(jìn)一直在進(jìn)行中，尤其對(duì)鼓式制動(dòng)器的工作過(guò)程和性能計(jì)算分析方法的研究受到高度重視。鼓式制動(dòng)器除了成本比較低之外，還有一個(gè)好處，就是便于與駐車（停車）制動(dòng)組合在一起，凡是后輪為鼓式制動(dòng)器的汽車，其駐車制動(dòng)器也組合在后輪制動(dòng)器上,這是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，它完全與車上制動(dòng)液壓系統(tǒng)是分離的。這些研究的重點(diǎn)在于制動(dòng)器結(jié)構(gòu)和實(shí)際使用因素等對(duì)制動(dòng)器的效能及其穩(wěn)定性的影響，取得了一些重要研究成果，得到一些比較可行、有效地改進(jìn)措施，制動(dòng)器的性能已有一定程度的提高。[6]
圖1 鼓式制動(dòng)器基本結(jié)構(gòu)圖
2 本課題研究的主要內(nèi)容
2.1 主要內(nèi)容：
第一章 鼓式制動(dòng)器的概述及結(jié)構(gòu)形式選擇。[7]
1.1鼓式制動(dòng)器的形式結(jié)構(gòu)
1.2鼓式制動(dòng)器按蹄的屬性分類
第二章 制動(dòng)系主要參數(shù)及其選擇計(jì)算[8]
2.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
2.2同步附著系數(shù)
2.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩
2.4鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)
第三章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的計(jì)算
3.2 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力矩
3.4制動(dòng)蹄上的壓力分布規(guī)律
3.5摩擦襯片的磨損特性計(jì)算
3.6制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算
3.7行車制動(dòng)效能計(jì)算
3.8駐車制動(dòng)的計(jì)算
第四章 制動(dòng)器的主要零件的結(jié)構(gòu)計(jì)算
4.1制動(dòng)鼓
4.2制動(dòng)蹄
4.3制動(dòng)底板
4.4制動(dòng)蹄的支承
4.5制動(dòng)輪缸
4.6摩擦材料
4.7制動(dòng)器間隙
2.2采用的研究方案、研究方法或措施：
(1) 了解汽車制動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，熟悉其發(fā)展?fàn)顩r、詳細(xì)構(gòu)造和工作原理；[9]
(2) 根據(jù)解放單橋平板運(yùn)輸車的主要參數(shù)，對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)的操縱機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)汽車的制動(dòng)功能并滿足要求；[10]
(3) 運(yùn)用Auto CAD軟件繪制總裝配圖。運(yùn)用AUTO CAD設(shè)計(jì)軟件繪制裝配圖與主要零件圖；
(4) 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件（如Pro/e）進(jìn)行主要零部件設(shè)計(jì)與裝配；
本次設(shè)計(jì)解放 J6L中卡的基本參數(shù)見(jiàn)圖2
基本參數(shù)
后輪輪距
1800 mm
扭矩
560N·m
軸距
5300 mm
發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率
118KW
后輪輪胎型號(hào)
9.00R20
最高車速
96 KM/h
圖2
3 本課題研究的重點(diǎn)及難點(diǎn)，前期已開(kāi)展工作
3.1重點(diǎn)及難點(diǎn)：
(1) 重點(diǎn)掌握鼓式制動(dòng)器的工作原理以及動(dòng)力傳遞路線；[11]
(2) 了解制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)的功能與要求、構(gòu)造形式及操縱原理；[12]
(3) 運(yùn)用三維軟件建立制動(dòng)器的三維模型并進(jìn)行裝配。
3.2前期已開(kāi)展工作：
在撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告之前已在圖書(shū)館等查閱了大量關(guān)于汽車制動(dòng)器方面的書(shū)籍、期刊和手冊(cè)，并且在互聯(lián)網(wǎng)上搜索了一些汽車制動(dòng)器及其零部件的視頻、圖片和文字等信息，通過(guò)進(jìn)行了這些前期工作，使我對(duì)汽車制動(dòng)器的功用、結(jié)構(gòu)和工作原理都有了進(jìn)一步的了解和認(rèn)識(shí)，相信能比較成功地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。[13]
4 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按次填寫(xiě)）：
第1周：消化課題題目，收集資料，明確設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求；[14]
第2-3周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告；
第4-8周：確定設(shè)計(jì)方案,熟悉AutoCAD軟件和三維建模軟件；
第9-11周：設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器的主要零部件；[15]
第12-13周：運(yùn)用Auto CAD軟件繪制總裝配圖。運(yùn)用AUTO CAD設(shè)計(jì)軟件繪制裝配圖與主要零件圖；
第14-15周：運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件（如Pro/e）進(jìn)行主要零部件設(shè)計(jì)與裝配；
第16周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)，編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，并作好答辯的準(zhǔn)備。
5.指導(dǎo)教師意見(jiàn)（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)）
指導(dǎo)教師： 年 月 日
6.所在系審查意見(jiàn)：
系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日
參考文獻(xiàn)
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[4] 汽車工程手冊(cè)編輯委員會(huì).汽車工程手冊(cè)[M]：基礎(chǔ)篇.北京：人民交通出版社, 2006.
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[8] 王望予，吉林大學(xué).汽車設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2011.
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[11] A.Czinczel,A.Stegmanier. Braking Systems with ABS for Passenger Cars.Bosch Co Ltd.
[12] John Fenton. Handbook of Automotive Powertrains and Chassis Design. London and Bury st
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[13] Rodolf Limper. Brake Design ang Safety (Second Edition).Warrendale,PA,USA:SAE,lnc,1998.
[14] A.Czinczel,A.Stegmanier. Braking Systems with ABS for Passenger Cars.Bosch Co Ltd.
[15] 羅明軍，謝亞清.基于ANSYS鼓式制動(dòng)器有限元模型的建立與分析.
解放牌中型貨車后輪鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)
摘 要
鼓式制動(dòng)也叫塊式制動(dòng)，現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器的主流是內(nèi)張式，它的制動(dòng)蹄位于制動(dòng)輪內(nèi)側(cè)，剎車時(shí)制動(dòng)塊向外張開(kāi)，摩擦制動(dòng)輪的內(nèi)側(cè)，達(dá)到剎車的目的。
制動(dòng)系統(tǒng)在汽車中有著極為重要的作用，如果失效將會(huì)造成災(zāi)嚴(yán)重的后果。制動(dòng)系統(tǒng)的主要部件就是制動(dòng)器，在現(xiàn)代汽車上仍然廣泛使用的是具有較高制動(dòng)效能的蹄—鼓式制動(dòng)器。本設(shè)計(jì)就摩擦式鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，以實(shí)際產(chǎn)品為基礎(chǔ)，根據(jù)我國(guó)目前進(jìn)行制動(dòng)器新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一般程序，并結(jié)合理論設(shè)計(jì)的要求，首先根據(jù)給定車型的整車參數(shù)和技術(shù)要求，確定制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式、制動(dòng)器主要參數(shù)及其選擇，然后計(jì)算制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩、同步附著系數(shù)、制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)、制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)等，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后，完成裝配圖和零件圖的繪制。
關(guān)鍵詞：鼓式制動(dòng)器；制動(dòng)力；最大制動(dòng)力矩；結(jié)構(gòu)參數(shù)；摩擦系數(shù)
1
The design of jiefang medium-sized truck rear wheel drum brake
Abstract
Drum brake, also known as block-type brake, drum brakes, now within the mainstream style sheets, and its brake shoes located inside the brake wheel, brake brake blocks out when open, the inside wheel friction brake, to achieve the purpose of the brakes.
In the vehicle braking system has a very important role, failure will result in disaster if serious consequences. The main parts of the braking system is the brake, in the modern car is still widely used in high performance brake shoe - brake drum. The design of the friction drum brakes were related to the design and calculation. In the design process, based on the actual product, according to our current brake factory general new product development process, and theoretical design requirements, the first model of the vehicle according to the given parameter and the technical requirements, determine the brake structure and, brake main parameters and their choice, and then calculate the maximum braking torque of brake, the synchronous adhesion coefficient and brake force and brake force distribution coefficient, the structural parameters of the brake and friction coefficient, deformation shoe, brake effectiveness factor, braking deceleration, wear characteristics, brake temperature, etc., and in this brake on the basis of the structural design of major components. Finally, assembly drawings and parts to complete mapping.
KeyWords:drumbrake; braking force; maximum braking torque; Structure parameters; the coefficient of friction
1
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1汽車制動(dòng)器發(fā)展的概況 1
1.2研究制動(dòng)系統(tǒng)的意義 1
1.3制動(dòng)系應(yīng)滿足的要求 1
1.4本設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容 2
2 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式與選擇 3
2.1鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式 3
2.1.1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 4
2.1.2雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 4
2.1.3雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 4
2.1.4單向增力式制動(dòng)器 5
2.1.5雙向增力式制動(dòng)器 5
3 制動(dòng)器的主要參數(shù)及其選擇 6
3.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 6
3.2同步附著系數(shù)的計(jì)算 10
3.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 11
3.4制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù) 12
3.4.1制動(dòng)鼓直徑或半徑 12
3.4.2制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角和寬度 13
3.4.3摩擦襯片起始角 14
3.4.4張開(kāi)力的作用線至制動(dòng)器中心的距離 14
3.4.5制動(dòng)蹄支承中心的坐標(biāo)位置 14
3.4.6摩擦片摩擦系數(shù) 14
4 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1制動(dòng)鼓 15
4.2制動(dòng)蹄 15
4.3制動(dòng)底板 15
4.4支承 15
4.5制動(dòng)輪缸 16
4.6摩擦材料 16
4.7制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 17
4.8液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
4.9制動(dòng)器的校核 18
最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的： 18
參考文獻(xiàn) 19
附錄1 20
1
1 緒論
1.1汽車制動(dòng)器發(fā)展的概況
從汽車誕生時(shí)起，車輛制動(dòng)系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演者至關(guān)重要的角色。近年來(lái)，隨著車輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)的越來(lái)越明顯。汽車制動(dòng)系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式、氣-液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動(dòng)裝置，用工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱來(lái)逐漸消耗車輛所具有的動(dòng)能，已達(dá)到車輛制動(dòng)減速，或制止停車的目的。
伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開(kāi)發(fā)，汽車制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生了很大的變化，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)形式和功能形式。新型制動(dòng)力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動(dòng)汽車沒(méi)有內(nèi)燃機(jī)，無(wú)法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動(dòng)真空泵為真空助力器提供真空。汽車制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展是和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)形式變化密切相關(guān)的，制動(dòng)系統(tǒng)的每個(gè)組成部分都發(fā)生了很大的變化[1]。
1.2研究制動(dòng)系統(tǒng)的意義
制動(dòng)系統(tǒng)是汽車的一個(gè)重要組成部分，它直接影響汽車的安全性。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大，交通事故也不斷增加。據(jù)有關(guān)資料介紹，在由于車輛本身的問(wèn)題而造成的交通事故中，制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45％。可見(jiàn)，制動(dòng)系統(tǒng)是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外，制動(dòng)系統(tǒng)的好壞還直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率，也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素[2]。
近年來(lái)，我國(guó)出版過(guò)一些汽車制動(dòng)方面的專著，但從數(shù)量上和深度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足汽車工業(yè)及汽車運(yùn)輸業(yè)發(fā)展的要求。特別是在汽車制動(dòng)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)方面與汽車發(fā)達(dá)國(guó)家相比水平差距甚遠(yuǎn)，這是因?yàn)槲覈?guó)很長(zhǎng)時(shí)間主要設(shè)計(jì)制造載貨汽車，許多尖端技術(shù)問(wèn)題對(duì)我們來(lái)說(shuō)迄今還不太了解。所以對(duì)于研究設(shè)計(jì)制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，在我國(guó)有著非常重要的影響[3]。
1.3制動(dòng)系應(yīng)滿足的要求
（1）具有足夠的制動(dòng)效能，包括行車制動(dòng)效能和駐車制動(dòng)效能。
（2）工作可靠，汽車至少應(yīng)有行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)兩套制動(dòng)裝置，且它們的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)是各自獨(dú)立的。行車制動(dòng)裝置的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的管路，當(dāng)其中一套失效時(shí)，另一套應(yīng)保證汽車制動(dòng)效能不低于正常值的30％；駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用工作可靠的機(jī)械式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
（3）制動(dòng)效能的散熱性和導(dǎo)熱性要好，且制動(dòng)時(shí)的操縱穩(wěn)定性好[4]。
1.4本設(shè)計(jì)要完成的內(nèi)容
根據(jù)解放牌中型貨車的主要參數(shù)，對(duì)其制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)汽車的制動(dòng)功能并滿足制動(dòng)性要求，運(yùn)用Auto CAD軟件繪制制動(dòng)器總裝配圖以及主要部件的零件圖，利用Pro/E軟件對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行建模、裝配,并撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
2
2 鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式與選擇
2.1鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式
鼓式制動(dòng)器可按其制動(dòng)蹄的受力情況分類（見(jiàn)圖2.1），它們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的平衡狀況以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。
圖2.1制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式圖
制動(dòng)蹄按其張開(kāi)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向和制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向是否一致，有領(lǐng)蹄和從蹄之分。制動(dòng)蹄張開(kāi)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致的制動(dòng)蹄，稱為領(lǐng)蹄；反之，則稱為從蹄[4]。
鼓式制動(dòng)器的各種結(jié)構(gòu)形式如圖2.2a-f所示。
圖2.2 鼓式制動(dòng)器簡(jiǎn)圖
（a） 領(lǐng)從蹄式（用凸輪張開(kāi)）；（b）領(lǐng)從蹄式（用制動(dòng)輪缸張開(kāi)）；（c）雙領(lǐng)蹄式（非雙向，平衡式）；(d)雙向雙領(lǐng)蹄式；（e）單向增力式；（f）雙向增力式
2.1.1領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的兩個(gè)蹄常有固定的支點(diǎn)。張開(kāi)裝置有凸輪式、楔塊式、曲柄式和具有兩個(gè)或四個(gè)等直徑活塞的制動(dòng)輪缸式的。后者可保證作用在兩蹄上的張開(kāi)力相等并用液壓驅(qū)動(dòng)，而凸輪式、楔塊式和曲柄式等張開(kāi)裝置則用氣壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng)張開(kāi)裝置中的制動(dòng)凸輪和制動(dòng)楔塊都是浮動(dòng)的時(shí)，也能保證兩蹄張開(kāi)力相等，這時(shí)的凸輪稱為平衡凸輪。也有非平衡式的制動(dòng)凸輪，其中心是固定的，不能浮動(dòng)，所以不能保證作用在兩蹄上的張開(kāi)力相等。
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進(jìn)和倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，也便于附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故仍廣泛用作中、重型載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動(dòng)器。
2.1.2雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
當(dāng)汽車前進(jìn)時(shí)，若兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。但這種制動(dòng)器在汽車倒車時(shí)，兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶?，因此，它又稱為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。中級(jí)轎車的前制動(dòng)器常采用這種形式，這是由于這類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸的動(dòng)軸荷及附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反，采用這種結(jié)構(gòu)作為前輪制動(dòng)器并與領(lǐng)從蹄式后輪制動(dòng)器相匹配，則可較容易地獲得所希望的前、后輪制動(dòng)力分配并使前、后輪制動(dòng)器的許多零件有相同的尺寸。它所以不同于后輪還由于有兩個(gè)互相成中心對(duì)稱的制動(dòng)輪缸，難于附加駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但便于布置雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。
2.1.3雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。其兩蹄的兩端均為浮式支承，不是支承在支承銷上，而是支承在兩個(gè)活塞制動(dòng)輪缸的支座上或其他張開(kāi)裝置的支座上。當(dāng)制動(dòng)時(shí)，油壓使兩個(gè)制動(dòng)輪缸的兩側(cè)活塞或其他張開(kāi)裝置的兩側(cè)均向外移動(dòng)，使兩制動(dòng)蹄均壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上。制動(dòng)鼓靠摩擦力帶動(dòng)兩制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，使兩制動(dòng)蹄的轉(zhuǎn)動(dòng)方向均與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致；當(dāng)制動(dòng)鼓反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，其過(guò)程類同但方向相反。因此，制動(dòng)鼓在正向、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄，故稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于這種制動(dòng)器在汽車前進(jìn)和倒退時(shí)的性能不變，故廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后輪。但用作后輪制動(dòng)器時(shí)，需另設(shè)中央制動(dòng)器。
2.1.4單向增力式制動(dòng)器
7
兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。
當(dāng)汽車前進(jìn)時(shí)，第一制動(dòng)蹄被單活塞的制動(dòng)輪缸推壓到制動(dòng)鼓的內(nèi)圓柱面上。制動(dòng)鼓靠摩擦力帶動(dòng)第一制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，進(jìn)而經(jīng)頂桿推動(dòng)第二制動(dòng)蹄也壓向制動(dòng)鼓的工作表面并支承在其上端的支承銷上。顯然，第一制動(dòng)蹄為一增勢(shì)的領(lǐng)蹄，而第二制動(dòng)蹄不僅是一個(gè)增勢(shì)領(lǐng)蹄，而且經(jīng)頂桿傳給它的推力Q要比制動(dòng)輪缸給第一制動(dòng)蹄的推力P大很多，使第二制動(dòng)蹄的制動(dòng)力矩比第一制動(dòng)蹄的制動(dòng)力矩大2~3倍之多。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力不能相互平衡，因此屬于一種非平衡式制動(dòng)器。
2.1.5雙向增力式制動(dòng)器
雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車上用得較多，而且往往將其作為行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓通過(guò)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開(kāi)力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過(guò)鋼索拉繩及杠桿等操縱。另外，它也廣泛用于汽車中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生高溫，因而熱衰退問(wèn)題并不突出。
以上介紹的各種輪缸式制動(dòng)器各有利弊。就制動(dòng)效能而言，在基本結(jié)構(gòu)參數(shù)和輪缸工作壓力相同的條件下，自增力式制動(dòng)器由于對(duì)摩擦助勢(shì)作用利用等最為充分而居首位，以下依次為雙領(lǐng)蹄式、領(lǐng)從蹄式、雙從蹄式。但蹄鼓之間的摩擦因數(shù)本身是一個(gè)不穩(wěn)定的因素，隨制動(dòng)鼓和摩擦片的材料、溫度和表面狀況的不同，可在很大范圍內(nèi)變化。自增力式制動(dòng)器的效能對(duì)摩擦因數(shù)的依賴性最大，因而其效能的熱穩(wěn)定性最差。此外，在制動(dòng)過(guò)程中，自增力式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的增長(zhǎng)在某些情況下顯得過(guò)于急速。雙向自增力式制動(dòng)器多用于轎車后輪，原因之一是便于兼充駐車制動(dòng)器。單向自增力式制動(dòng)器只用于中、輕型汽車的后輪，因倒車制動(dòng)時(shí)對(duì)前輪制動(dòng)器效能的要求不高。
考慮到制動(dòng)器的效能因數(shù)和制動(dòng)器效能的穩(wěn)定性，且領(lǐng)從式制動(dòng)器的蹄片與制動(dòng)鼓之間的間隙易于調(diào)整，便于附裝駐車制動(dòng)裝置，所以本設(shè)計(jì)采用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器[5]。
3 制動(dòng)器的主要參數(shù)及其選擇
制動(dòng)器設(shè)計(jì)中需要預(yù)先給定的整車參數(shù)有：汽車軸距L＝5300mm單位；汽車滿載時(shí)總質(zhì)量16000 kg；空載時(shí)總質(zhì)量5500 kg；空載時(shí)軸荷分配65％/35％；滿載時(shí)軸荷分配60％/40％；而對(duì)汽車制動(dòng)性能有著重要影響的制動(dòng)系參數(shù)有：制動(dòng)力及其分配系數(shù)、同步附著系數(shù)、制動(dòng)強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率、最大制動(dòng)力矩與制動(dòng)器因數(shù)等。
3.1制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù)
汽車制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車輪滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任一角度ω>0的車輪，其力矩平衡方程為
Tf—FBre=0 （3.1）
式中：Tf—制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N·m。
FB—地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N。
re—車輪有效半徑，m。
令Ff=Tf/re （3.2）
并稱之為制動(dòng)器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動(dòng)周緣力。Ff與地面制動(dòng)力FB的方向相仿，當(dāng)車輪角速度ω>0時(shí)，大小亦相等，且Ff僅有制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即Ff決定于制動(dòng)器結(jié)構(gòu)形式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪半徑等，并與制動(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大Tf，F(xiàn)f和FB均隨之增大。但地面制動(dòng)力FB受附著條件的限制，其值不可能大于附著力Fφ，即
FB≤Fφ=Zφ （3.3）
或FBmax=Fφ=Zφ （3.4）
式中：φ—輪胎與地面間的附著系數(shù)；
Z—地面對(duì)車輪的法向反力。
當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力Ff和地面制動(dòng)力FB達(dá)到附著力Fφ值時(shí)，車輪即被抱死并在地面上滑移。此后制動(dòng)力矩Tf即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而Ff=Tf/re 即成為與FB相平衡以阻值車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動(dòng)到ω=0以后，地面制動(dòng)力FB達(dá)到附著力Fφ值后就不再增大，而制動(dòng)氣制動(dòng)力Ff由于踏板力Fp增大使摩擦力矩Tf增大而繼續(xù)上升（見(jiàn)圖3.1）
圖3.1 制動(dòng)器制動(dòng)力
根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，，可求得地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1,Z2為：
Z1=
Z2= （3.5）
式中：G —汽車所受重力，N；
L —汽車軸距，mm；
L1 —汽車質(zhì)心離前軸距離，mm；
L2 —汽車質(zhì)心離后軸距離，mm；
hg —汽車質(zhì)心高度，mm；
φ —附著系數(shù)。
取一定值附著系數(shù)φ=0.8；所以在空載、滿載時(shí)式（3.5）可得前后制動(dòng)反力Z為以下數(shù)值。
在本設(shè)計(jì)中，解放牌貨車在滿載時(shí)的數(shù)據(jù)如下：
軸距L=5300 mm，質(zhì)心距前軸的距離L1=L×40%= 2120mm，L2=L-L1=3180mm,汽車所受的重力G=mg=16000×9.8=15680N，同步附著系數(shù)φ=0.6，汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度hg=2650×40%=1060 mm。
故滿載時(shí)：Z1==11289.6N
Z2==4390.4 N
在本設(shè)計(jì)中，解放牌貨車在空載時(shí)的數(shù)據(jù)如下：
軸距L=5300 mm，質(zhì)心距前軸的距離L1=L×35%=1855mm，L2=L-L1=3445 mm,汽車所受的重力G=mg=5880×9.8=5762.4N，同步附著系數(shù)φ=0.6，汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度hg=2650×35%=927.5mm。
故空載時(shí)：Z1==4350.612 N
Z2==1411.788 N
圖3.2 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
汽車總的地面制動(dòng)力為：
FB=FB1+FB2==Gq （3.6）
式中：q(q=)—制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力；
FB1，F(xiàn)B2—前后軸車輪的地面制動(dòng)力。
由以上兩式可求得前、后車輪附著力為：
Fφ1=
Fφ2= （3.7）
有已知條件及式（3.7）可得前、后車輪附著力即地面最大制動(dòng)力為：
故滿載時(shí)：Fφ1=×0.6= 6773.76N
Fφ2=×0.6=2634.24N
空載時(shí)：Fφ1=×0.6=2610.3672N
Fφ2=×0.6=847.0728 N
上式表明：汽車附著系數(shù)φ為任一確定的路面上制動(dòng)時(shí)，各軸附著力即極限制動(dòng)力并非為常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力FB的函數(shù)，當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后的周和分配，前、后車輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配，道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)的情況有三種，即
（1） 前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑；
（2） 后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑；
8
（3） 前、后輪同時(shí)抱死拖滑[6]。
由以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。
由式（3.6），（3.7）不難求得在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死即前，后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是
Ff1+=FB1+FB2=G
Ff1/Ff2=FB1/FB2= （3.8）
式中 Ff1—前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)f1=FB1=；
Ff2—后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，F(xiàn)f2=FB2=；
FB1—前軸車輪的地面制動(dòng)力；
FB2—后軸車輪的地面制動(dòng)力；
，—地面對(duì)前，后軸車輪的法向反力；
G —汽車重力；
，—汽車質(zhì)心離前，后軸距離；
—汽車質(zhì)心高度。
由式（3.8）可知，前，后車輪同時(shí)抱死時(shí)，前，后制動(dòng)器的制動(dòng)力，是的函數(shù)。
由式（3.8）中消去，得
（3.9）
式中：L —汽車的軸距。
將上式繪成以，為坐標(biāo)的曲線，即為理想的前，后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線，如圖3.3所示。如果汽車前，后制動(dòng)器的制動(dòng)力，能按I曲線的規(guī)律分配，則能保證汽車在任何附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，能使前后車輪同時(shí)抱死。然而，目前大多數(shù)兩軸汽車由其是貨車的前后制動(dòng)力之比為一定值，并以前制動(dòng)與總制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)
== （3.10）
聯(lián)立式（3.8）和式（3.10）可得
=
帶入數(shù)據(jù)得滿載時(shí)： ==0.72
空載時(shí)： ==0.76
由于在附著條件限定的范圍內(nèi)，地面制動(dòng)力在數(shù)值上等于相應(yīng)的制動(dòng)周緣力，故又可通稱為制動(dòng)力分配系數(shù)。又由于滿載和空載時(shí)的理想分配曲線非常接近，故應(yīng)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的非感載式比例閥，同時(shí)整個(gè)制動(dòng)系應(yīng)加裝ABS防抱死制動(dòng)系統(tǒng)，見(jiàn)圖3.3。
圖 3.3 某載貨汽車的I曲線與線
3.2同步附著系數(shù)的計(jì)算
由式（3.7）可得表達(dá)式 （3.11）
上式在圖3.3中是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)且斜率為（1-β）/β的直線，它是具有制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)為β的汽車的實(shí)際前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配線，簡(jiǎn)稱β線。圖中β線與I曲線交于B點(diǎn)，可求出B點(diǎn)處的附著系數(shù)＝，則稱β線與I曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)為同步附著系數(shù)。它是汽車制動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)，由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。
同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是：
= （3.12）
由已知條件可得：
滿載時(shí)：= ==0.6
空載時(shí)：φ'0= ==0.62
根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù)φ'0和應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車：0.65~0.8；輕型客車、輕型貨車：0.55~0.70；大型客車及中重型貨車：0.45~0.65。
故所得同步附著系數(shù)滿足要求。
3.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩
為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性，應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的法向力成正比。由式（3.8）可知，雙軸汽車前、后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前、后同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為：
（3.13）
式中：L1 ，L2—汽車質(zhì)心離前、后軸距離；
φ0—同步附著系數(shù)；
hg—汽車質(zhì)心高度。
通常，上式的比值約為1.3~1.6；貨車約為0.5~0.7。
制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即
（3.14）
（3.15）
式中：Ff1—前軸車輪的制動(dòng)氣制動(dòng)力，F(xiàn)f1=φZ(yǔ)1;
Ff2—后軸車輪的制動(dòng)氣制動(dòng)力，F(xiàn)f2=φZ(yǔ)2;
Z1—作用于前軸車輪上的地面法向反力；
Z2—作用于后軸車輪上的地面法向反力；
re—車輪有效半徑。
根據(jù)市場(chǎng)上的大多數(shù)中型貨車輪胎規(guī)格及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB9744-2007：選取的輪胎胎型175/70R 16。由GB2978可得有效半徑re=403.2 mm。
對(duì)于常遇的道路條件較差，車速較低因而選取了較小的同步附著系數(shù)φ0值的汽車，為了保證在φ>φ0的良好的路面上能夠制動(dòng)到后輪和前輪先后抱死滑移，前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為：
（3.16）
（3.17）
式中：φ—該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
re—車輪有效半徑。
在本設(shè)計(jì)中，中型貨車在滿載時(shí)的數(shù)據(jù)如前所述，代入式（3.16）(3.17)中，得：
＝1977.93792 N·m
＝3288.284532 N·m
一個(gè)車輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩為上列計(jì)算結(jié)果的半值。
3.4制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)
在有關(guān)的整車總布置參數(shù)和制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式確定以后，就可以參考已有的同類型、同等級(jí)汽車的同類制動(dòng)器，對(duì)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初選[7]。
圖3.6 鼓式制動(dòng)器的主要幾何參數(shù)
3.4.1制動(dòng)鼓直徑或半徑
當(dāng)輸入力F一定時(shí)，制動(dòng)鼓的直徑越大，則制動(dòng)力矩亦越大，散熱性能亦越好。但直徑D的尺寸受到輪轂內(nèi)徑的限制，而且D的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增大，使汽車的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車的行駛平順性。制動(dòng)鼓與輪轂之間應(yīng)有相當(dāng)?shù)拈g隙，此間隙一般不應(yīng)小于20~30 mm,以利于散熱通風(fēng)，也可避免由于輪轂過(guò)熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪轂的尺寸即可求得制動(dòng)鼓直徑D的尺寸。另外，制動(dòng)鼓直徑D與輪輞直徑Dr之比的一般范圍為：
轎車：＝0.64~0.74
貨車：＝0.70~0.83
轎車制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小125 mm~150 mm。
載貨汽車和客車的制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80 mm~100 mm。
本次設(shè)計(jì)后輪胎型號(hào)：175/70R16
由表3.1《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列的規(guī)定》可得制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑為320mm，本次設(shè)計(jì)去D=300mm。
表3.1 （QC/T309-1999《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列的規(guī)定》）
輪輞直徑/in
12
13
14
15
16
20,22.5
制動(dòng)鼓最大直徑/mm
轎車
180
200
240
260
-
-
貨車
220
240
260
300
320
420
3.4.2制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角和寬度
摩擦稱片的包角β可在β＝90°~120°范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角β＝90°~100°時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度也最低，且制動(dòng)效能最高。再減小β雖有利于散熱，但由于單位壓力過(guò)高將加速磨損。β一般也不宜大于120°，因過(guò)大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。選取β＝120°。
摩擦襯片寬度b較大可以降低單位壓力，減少磨損，但過(guò)大則不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動(dòng)時(shí)使其單位壓力不超過(guò)2.5 MPa，國(guó)
13
家標(biāo)準(zhǔn)QC/T309-1999選取摩擦襯片寬度b=100mm。
根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料可知，單個(gè)鼓式車輪制動(dòng)器總的襯片摩擦面積隨汽車總質(zhì)量的增大而增大，如表3.2所示。而單個(gè)摩擦襯片的摩擦面積Ap又決定于制動(dòng)鼓半徑R、襯片寬度b及包角β，即
Ap=Rbβ （3.15）
式中β是以弧度為單位，當(dāng)Ap,R, β確定后，由上式也可初選襯片寬b的尺寸。見(jiàn)表3.2
表3.2制動(dòng)器襯片摩擦面積
汽車類別
汽車總質(zhì)量Ga/kN
單個(gè)制動(dòng)器總的襯片摩擦面積∑A/cm2
轎
車
0.9~1.5
1.5~2.5
100~200
200~300
客
車
與
貨
車
1.0~1.5
1.5~2.5
2.5~3.5
3.5~7.0
7.0~12.0
12.0~17.0
120~200
150~250（多為150~200）
250~400
300~650
550~1000
600~1500（多為600~1200）
故摩擦襯片的摩擦面積Ap=150×100×120×3.14/180° mm2= 314cm2 ，單個(gè)制動(dòng)器的摩擦襯片的摩擦面積=2A=628cm2，如表3.1所示，摩擦襯片寬度b的選取合理[8]。
3.4.3摩擦襯片起始角
一般是將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，并令＝90 °－。有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱布置，以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。得＝30°。
3.4.4張開(kāi)力的作用線至制動(dòng)器中心的距離
在保證制動(dòng)輪缸或凸輪能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)可暫定a＝0.8R左右。取a＝110 mm。
3.4.5制動(dòng)蹄支承中心的坐標(biāo)位置
制動(dòng)蹄支承中心的坐標(biāo)尺寸k應(yīng)盡可能地小，以使尺寸c盡可能大，初步
設(shè)計(jì)可暫定c＝0.8R左右。取c＝110 mm，k＝20 mm。
3.4.6摩擦片摩擦系數(shù)
選擇摩擦片時(shí)不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性更好，受溫
度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3~0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，摩擦系數(shù)越高的材料，其耐磨性越差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)f＝0.35~0.40。因此，在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，取f＝0.37可使計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際。另外，在選擇摩擦材料時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無(wú)害的材料[9] 。本設(shè)計(jì)取摩擦系數(shù)f＝0.30。
4 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1制動(dòng)鼓
中型、重型貨車和中型、大型客車多采用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動(dòng)鼓；輕型貨車和一些轎車則采用由鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動(dòng)鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動(dòng)鼓在轎車上得到了日益廣泛的應(yīng)用。鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金制動(dòng)鼓本體也是鑄到一起的，這鐘內(nèi)鑲一層珠光體組織的灰鑄鐵作為工作表面，其耐磨性和散熱性都很好，而且減小了質(zhì)量。本設(shè)計(jì)中采用HT200[10]。
制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有助于增大熱容量，但試驗(yàn)表明。壁厚從11 mm增至20 mm，摩擦表面平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚，轎車為7~12 mm。中、重型貨車為13~18 mm。取壁厚為14 mm，制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)可開(kāi)小孔，用于檢查制動(dòng)器間隙[11]。
本設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓壁厚為13mm。
4.2制動(dòng)蹄
制動(dòng)蹄采用采用（可鍛鑄鐵）鑄造制成。制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為3~5mm，貨車的約為5~8mm。摩擦襯片的厚度，轎車多用4.5~5mm，貨車多在8mm以上。
制動(dòng)蹄和摩擦片可以鉚接，也可以粘接。粘接的優(yōu)點(diǎn)在于襯片更換前允許磨損的厚度較大，其缺點(diǎn)是工藝較復(fù)雜，且不易更換襯片。鉚接的噪聲較小。
故選用鉚接。
4.3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)保證各安裝零應(yīng)有足夠的剛度。
故選用由鋼板沖壓成型的制動(dòng)底板并且有凹凸起伏的形狀。
4.4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。為了使具有支承銷的一個(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或偏心輪。支承銷由45號(hào)鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵（KTH370－12）或球墨鑄鐵（QT400-1－18）件。青銅偏心輪可保持制動(dòng)蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。具有長(zhǎng)支承銷的支承能可靠地保持制動(dòng)蹄地正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置，使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開(kāi)機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開(kāi)槽供制動(dòng)蹄腹板張開(kāi)端插入，以保持制動(dòng)蹄的位置[12]。
本設(shè)計(jì)中采用偏心支承銷。
4.5制動(dòng)輪缸
采用活塞式制動(dòng)蹄張開(kāi)結(jié)構(gòu)。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需鏜磨。活塞由鋁合金制成?；钊舛藟河袖撝频拈_(kāi)槽頂塊，以支承插入槽中的制動(dòng)蹄腹板端部。輪缸的工作腔由靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封[13]。
4.6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)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料的耐磨性能好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無(wú)害的摩擦材料。
目前在制動(dòng)器中普遍采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并與樹(shù)脂粘接劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的擾性較差，故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹(shù)脂配料，使襯片或襯塊具有不同摩擦性能和其他性能。
另一種是編織材料，它是先用長(zhǎng)纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編制成布，再浸以樹(shù)脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其擾性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在100~120℃溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)（f=4.0以上），沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4~5倍。但耐熱性差，在200~250℃以上即不能承受較高的單位壓力。磨損加快。因此這種材料僅適用于中型以下的汽車的鼓式制動(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。
粉末冶金摩擦材料是以鐵粉或銅粉為主要成分，加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退性能和抗水衰退性能好，但造價(jià)高，適用與高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車[14]。
綜上所述，故選用編織材料。
4.7制動(dòng)器間隙的調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu)
18
制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤）與摩擦片（摩擦襯片）之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作間隙，以保證制動(dòng)鼓（制動(dòng)盤）能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般，鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.2~0.5mm；盤式制動(dòng)器的為0.1~0.3mm。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動(dòng)過(guò)程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。另外，制動(dòng)器在工作過(guò)程中會(huì)因?yàn)槟Σ疗ㄒr塊）的磨損而加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)[15]。
故選用楔塊式自動(dòng)調(diào)整機(jī)構(gòu)。
4.8液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1) 制動(dòng)輪缸直徑d的確定
制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)蹄（塊）施加的張開(kāi)力F0與輪剛直徑d和制動(dòng)管路壓力p的關(guān)系為：
(4.1)
制動(dòng)管路壓力不超過(guò)10~12MPa，取p=12MPa，得d=24.5mm。又因?yàn)檩喐字睆絛應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選取，故取d=25mm。
（2）制動(dòng)主缸的直徑d0的確定
第i個(gè)輪缸的工作容積為：
(4.2)
式中：di為第i個(gè)輪缸活塞的直徑；
n為輪缸中活塞的數(shù)目；
δi為第i個(gè)輪 。
在初步設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)鼓式制動(dòng)器可取δi=2~2.5mm。
所有輪缸的總工作容積為：
(4.3)
Vi=981 mm
式中：m為輪缸的數(shù)目。
所以V=4Vi=2943mm
制動(dòng)主缸應(yīng)有的工作容積為：
(4.4)
式中：為制動(dòng)軟管的容積變形。
在初步設(shè)計(jì)時(shí)，制動(dòng)主缸的工作容積可取為：
V0=1.1V （轎車）； V0=1.3V （貨車）。
主缸活塞行程S0和活塞直徑d0可用下確定：
(4.5)
一般S0=（0.8~1.2）d0，?。篠0=1.2d0，d0=28.86mm。又因?yàn)橹鞲字睆絛0應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定尺寸系列中選取，故取d0=30mm。
（3）制動(dòng)踏板力Fp
制動(dòng)踏板力Fp用下式計(jì)算：
(4.6)
式中：ip為踏板機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比；
η為踏板機(jī)構(gòu)及液壓主缸的機(jī)構(gòu)效率，可取η=0.82～0.86
其中：制動(dòng)踏板杠桿比一般為3.5到4.65之間ip=291/(291-217) =4，(說(shuō)明：由制動(dòng)踏板設(shè)計(jì)圖得)。管路壓力不大于10~12Mpa。選裝合適的真空助力裝置可以使踏板力F<700N。
制動(dòng)踏板力應(yīng)滿足以下要求：最大踏板力一般為500N（轎車）或700N（貨車），故滿足要求[16]。
4.9制動(dòng)器的校核
最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的：
T=mg=0.3×2.032×480×9.8=2867.5584 N·m；
——車輪有效半徑；
m——后軸質(zhì)量；
——摩擦系數(shù)；
=3288.284532 N·m>2867.5584 N·m。
因此后輪最大制動(dòng)力矩符合要求。
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附錄1
主 要 符 號(hào) 表
Tf 制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩 FB地面作用于車輪上的制動(dòng)力
re 車輪有效半徑 φ 輪胎與地面間的附著系數(shù)
Z 地面對(duì)車輪的法向反力 G 汽車所受重力L 汽車軸距
L1 汽車質(zhì)心離前軸距離 L2 汽車質(zhì)心離后軸距離
hg 汽車質(zhì)心高度 φ 附著系數(shù)。
L 軸距 q制動(dòng)強(qiáng)度
L1 質(zhì)心距前軸的距離 hg 汽車滿載時(shí)的質(zhì)心高度
FB2 后軸車輪的地面制動(dòng)力 Ff1前軸車輪的制動(dòng)氣制動(dòng)力
Ff2 后軸車輪的制動(dòng)氣制動(dòng)力 FB1前軸車輪的地面制動(dòng)力
G 汽車重力 L2 汽車質(zhì)心離后軸距離；
D制動(dòng)鼓直徑 Dr 輪輞直徑
摩擦襯片起始角 個(gè)輪缸活塞的直徑
m輪缸的數(shù)目 Fp 制動(dòng)踏板力
Tf制動(dòng)器的摩擦力矩 R 制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑；
F輸入力 單元法向的合力
摩擦力的作用半徑 δ 汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)
mα 汽車總質(zhì)量 汽車制動(dòng)初速度與終速度
j 制動(dòng)減速度 t 制動(dòng)時(shí)間
前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積 β 制動(dòng)力分配系數(shù)
單個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩 汽車總質(zhì)量
R 制動(dòng)鼓半徑 A 單個(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積
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