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機電工程學院
畢業(yè)設計方案
論證報告
設計題目:GD6342微型客車設計—制動系設計
學生姓名：
學 號：
專業(yè)班級：
指導教師：
20xx 年 3月 7 日
目 次
1項目來源及研究的意義…………………………………………………………1
2制動系概述………………………………………………………………………1
3制動器技術(shù)研究進展和現(xiàn)狀……………………………………………………1
4制動器功能………………………………………………………………………2
5制動器設計要求…………………………………………………………………2
6制動器類型分析及選擇…………………………………………………………3
6.1鼓式制動器……………………………………………………………………3
6.2盤式制動器……………………………………………………………………3
6.3最佳制動器類型選擇…………………………………………………………3
7盤式制動器結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………3
7.1定鉗盤式制動器………………………………………………………………3
7.2浮鉗盤式制動器………………………………………………………………4
7.3盤式制動器選擇………………………………………………………………4
8鼓式制動器結(jié)構(gòu)分析……………………………………………………………5
8.1領(lǐng)從蹄式制動器………………………………………………………………5
8.2單向雙領(lǐng)蹄式制動器…………………………………………………………5
8.3雙向雙領(lǐng)蹄式制動器…………………………………………………………5
8.4雙從蹄式制動器………………………………………………………………6
8.5單向自增力式制動器…………………………………………………………6
8.6雙向自增力式制動器…………………………………………………………6
8.7最佳制動器結(jié)構(gòu)選擇…………………………………………………………6
論證結(jié)果……………………………………………………………………………6
參考資料……………………………………………………………………………7
1 項目來源及研究的意義
20世紀90年代以來，我國制動器行業(yè)主要以生產(chǎn)鼓式制動器為主。2013年全國汽車銷量增長率達到13.9%，重新回到兩位數(shù)增速。繼上年銷量首次突破1900萬輛之后，全年銷量再創(chuàng)新高，達到2198萬輛。為國內(nèi)汽車零配件配套創(chuàng)造了不可忽視的大市場，對于本土制動器供應商而言更是不容錯失、實現(xiàn)突飛猛進的重大機會。因此，國內(nèi)汽車制動器生產(chǎn)商應把握戰(zhàn)略機遇，提高品牌知名度及美譽度，爭取更多國內(nèi)外采購商的認可。隨著外資企業(yè)向中國生產(chǎn)轉(zhuǎn)移及本土零部件企業(yè)研發(fā)取得進展，技術(shù)性更高的氣壓盤式制動器、ABS的量產(chǎn)將向前推進。
然而四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的70%-80%，前輪制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用，因此轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動方式。不過對于車速不高重型車或客車來說，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高，造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設計因此許多重型車和客車至今仍使用四輪鼓式的設計。所以鼓式制動器仍占有一定市場份額。
鼓式制動器也有很多明顯的缺點，比如位于制動蹄上摩擦片會有不均勻的摩擦壓力，有相當不穩(wěn)定的制動效能，制動后制動器的熱量散去較慢，浸水后的制動器，制動效果很難再次恢復等。由此可見，鼓式制動器目前還存在一定的缺陷，為了克服這些缺點并充分發(fā)揮鼓式制動器的制動性能是當今人們需要積極面對的一個問題。這就是本次畢業(yè)設計的更深一層次的意義所在。而目前的是對汽車設計這一整體過程進行實踐學習。
2 制動系概述
汽車所用的制動器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動器摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其工作表面為圓柱面；盤式制動器的旋轉(zhuǎn)元件則為旋轉(zhuǎn)的制動盤，以端面為工作表面。
鼓式制動器根據(jù)其結(jié)構(gòu)都不同，又分為：雙向自增力蹄式制動器、雙領(lǐng)蹄式制動器、領(lǐng)從蹄式制動器、雙從蹄式制動器。其制動效能依次降低，最低是盤式制動器；但制動效能穩(wěn)定性卻是依次增高，盤式制動器最高。也正是因為這個原因，盤式制動器被普遍使用。但由于為了提高其制動效能而必須加制動增力系統(tǒng)，使其造價較高，故低端車一般還是使用前盤后鼓式。
用來讓輪胎與地面加大摩擦系數(shù)的設備，主要分為鼓式和碟式，也是用來駐車用的，鼓式迅間制動力度大，但發(fā)熱后制動力下降得快；碟式制動技術(shù)性大，迅間制動力不夠鼓式的大，但發(fā)熱后還是可以保持較為良好的制動效果，而且高級的碟式剎車有6個剎車泵，可以做好很好的制動較果，所以現(xiàn)代小車都是采用碟式制動器。
3 制動器技術(shù)研究進展和現(xiàn)狀
從汽車誕生時起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。近年來，隨著車輛技術(shù)的進步和汽車行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)的越來越明顯。眾多的汽車工程師在改進汽車制動性能的研究中傾注了大量的心血。
最原始的制動控制只是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力，這時的汽車質(zhì)量比較小，速度比較低，機械制動雖已滿足車輛制動的要求，但隨著汽車質(zhì)量的增加，助力裝置對機械制動器來說顯得十分重要。這時，開始出現(xiàn)真空助力裝置。1932年生產(chǎn)的質(zhì)量為2860kg的凱迪拉克V16車四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動器，并有制動踏板控制的真空助力裝置。
隨著科學技術(shù)和汽車工業(yè)的發(fā)展，尤其是軍用車輛及軍用技術(shù)的發(fā)展車輛制動有了新突破，液壓制動時繼機械制動的又一重大革新。
另外，近年來則出現(xiàn)了一些全新的制動器結(jié)構(gòu)形式，如磁粉制動器、濕式多盤制動器、電力液壓制動臂型盤式制動器、濕式盤式彈簧制動器等。對于關(guān)鍵磁性介質(zhì)——磁粉，選用了抗氧化性強、耐磨、耐高溫、流動性好的軍工磁粉；磁轂組件選用了超級電工純鐵DT4，保證了空轉(zhuǎn)力矩小、重復控制精度高的性能要求；在熱容量和散熱等方面，采用了雙側(cè)帶散熱風扇，設計了散熱風道等，使得該技術(shù)有著極好的應用前景。盡管對蹄－鼓式制動器的設計研究取得了一定的成績，但是對傳統(tǒng)蹄－鼓式制動器的設計仍然有著不可替代的基礎(chǔ)性和研發(fā)性作用，也可為后續(xù)設計提供理論參考。
4 制動器功能
制動器的功用是使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時，使汽車保持適當?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠地停車在原地或坡道上。
制動器應最少有兩套獨立的制動裝置，即行車制動裝置和駐車制動裝置。前者用來保證前兩項功能，后者用來保證第三項功能。
5 制動器設計要求
1 具有足夠的制動效能。
2 工作可靠。
3 在任何速度制動時，汽車都不應喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。
4 防止水和污泥進入工作表面。
5 制動能力的熱穩(wěn)定性良好。
6 操縱輕便，并具有良好的隨動性。
7 制動時，制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害
的石棉纖維的物質(zhì)，以減少公害。
8 作用滯后性應盡可能好。作用滯后性是指制動反應時間，以制動踏板開
始動作至達到給定的制動效能所需要的時間來評價。對于汽車列車，不
超過0.8s。
9 摩擦襯片（塊）應有足夠的使用壽命。
10 摩擦副磨損后，應有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作
容易，最好設置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。當制動系破壞時有音響或信號燈提
示。
6 制動器類型分析及選擇
6.1鼓式制動器
鼓式制動器的“鐵鼓”與車輪由螺栓連接緊固為一體，“鼓身”內(nèi)側(cè)有兩片半月形的制動蹄片，與鼓身之間的間隙很小，踩下制動踏板或者拉起手剎時，制動蹄盤會被壓在鼓身的內(nèi)側(cè)，制動蹄片與鼓身之間產(chǎn)生摩擦力，從而產(chǎn)生制動效果。
鼓式制動器散熱效果差，下長坡連續(xù)使用時的高溫會使制動效率下降。但成本低，磨損少，維修方便，絕對制動力較大，所以，仍然會被經(jīng)濟型轎車所采用。
6.2盤式制動器
盤式制動器中，制動圓盤與車輪連接，圓盤的邊緣部分，處于一個帶有制動片的鉗子的鉗口內(nèi)，在踩下制動踏板或者拉起手剎的時候，這個制動卡鉗便會從圓盤的兩個側(cè)面，對稱地夾住盤面，從而達到制動的目的。
與鼓式制動器相比盤式制動器熱穩(wěn)定性好受熱時徑向膨脹與性能無關(guān)，故無機械衰退問題。水穩(wěn)定性好，制動塊對盤的單位壓力高，易將水擠出。另一方面尺寸小，散熱性好。
主要缺點是：難以完全防止塵污和銹蝕，在制動驅(qū)動機構(gòu)中必須裝用助力器。因為襯塊工作面積小，所以磨損快，使用壽命低成本較大。
6.3制動器類型選擇
本次設計的是GD6342微型客車，因為噸位不是很大，而且需要持續(xù)穩(wěn)定的制動能力，不需要太大的制動力，故盤式制動器可以滿足制動力要求。另外如果使用制動鼓試圖停下一輛高速汽車，就會發(fā)現(xiàn)它的局限性：它會熱衰減，制動鼓摩擦生熱，導致膨脹，制動蹄必須要向外移動以便接觸到制動鼓，這意味著必須深入踩下制動踏板，材料摩擦發(fā)熱產(chǎn)生的氣體也被困在制動蹄和制動鼓內(nèi)部，減弱了制動能力。
盤式制動的一個優(yōu)點就是摩擦片和制動盤摩擦產(chǎn)生的粉末會很快被甩出，熱量也會被制動盤更快的散發(fā)出去，從而可獲得更好的制動表現(xiàn)。而鼓式制動在這方面顯然相對較弱。但是客車后輪對制動力要求較低，出于經(jīng)濟性考慮，所以后輪可以采用鼓式制動器。
由于盤式制動的反應快速，有能力做高頻率的剎車動作，因此許多款車采用盤式剎車與ABS系統(tǒng)以及VSC、TCS等系統(tǒng)搭配，以滿足此類系統(tǒng)需要快速運作的需求。綜上所述，本次設計選擇前盤后鼓式制動器。
7盤式制動器結(jié)構(gòu)分析
由于考慮到散熱等條件，本次設計只考慮鉗盤式制動器。
鉗盤式制動器是由旋轉(zhuǎn)元件（制動盤）和固定元件（制動鉗）組成。
7.1定鉗盤式制動器
定鉗盤式制動器的制動鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動盤軸線方向移動，因而其中必須在制動盤兩側(cè)都裝設制動塊促動裝置（相當于制動輪缸的油缸），以便分別將兩側(cè)的制動塊壓向制動盤。
7.2浮鉗盤式制動器
浮鉗盤式的制動鉗支架固定值轉(zhuǎn)向節(jié)上，制動鉗體可沿導向銷相對支架軸向滑動。制動時，活塞在液壓力的作用下，將活動制動塊推向制動盤。與此同時，作用在制動鉗體上的反作用力推動制動鉗體沿導銷向有移動，使固定在制動鉗體上的制動塊壓靠在制動盤上。于是制動盤兩側(cè)的摩擦塊在壓力作用下夾緊制動盤，使之前在制動盤上產(chǎn)生與運動相反的制動力矩，促使汽車制動。
7.3盤式制動器選擇
與定鉗盤式制動器相比，浮鉗盤式制動器的單側(cè)油缸結(jié)構(gòu)不需要跨越制動器的油盤，故不僅軸向尺寸和徑向尺寸較小，有可能布置的更接近車輪輪轂，而且制動液受熱汽化的機會比較少。
此外，浮鉗盤式制動器在兼充行車和駐車制動器的情況下，不用加設駐車制動鉗，只需在行車制動鉗油缸附近加裝一些用于推動油缸活塞的駐車制動機械傳動零件即可。所以，本次設計選用浮鉗盤式制動器。
8鼓式制動器結(jié)構(gòu)分析
鼓式制動器可按其制動蹄的受力情況分類（見下圖），它們的制動效能，制動鼓的受力平衡狀況以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿有艿挠绊懢煌?
8.1 領(lǐng)從蹄式制動器
當汽車前進時，若兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，稱為雙領(lǐng)蹄式制動器。但這種制動器在汽車倒車時，兩制動蹄又都變?yōu)閺奶?，因此，它又稱為單向領(lǐng)蹄式制動器。兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄，制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心為對稱布置的，因此兩蹄對鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器。
領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，到那由于在前進和后退時的制動性能不變，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于附裝駐車制動，故廣泛用于中、重型載貨汽車的前后輪及轎車的后輪制動。
8.2單向雙領(lǐng)蹄式制動器
雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，倒車時則變?yōu)閺奶闶剑怪苿有艽蠼?。中級轎車的前制動器常用這種型式，這是由于這類汽車前進制動時，前軸的制動軸荷及附著力大于后軸，而倒車時則相反，采用這種結(jié)構(gòu)作為前輪制動器并與從蹄式后輪制動器向匹配，則可較容易地獲得所希望的前后制動力分配，并使前后輪制動器的許多零件有相同的尺寸。它不用于后輪還由于有兩個相互成中心對稱的制動輪缸，難于附加駐車制動驅(qū)動機構(gòu)。
8.3 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器
制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器。其兩蹄的兩端均為浮式支承，不是支承在支承銷上，而是支承在兩個活塞制動輪缸的支座上或其他張開裝置的支座上當制動時，油壓使兩個制動輪缸的兩側(cè)活塞或其他張開裝置的兩側(cè)均向外移動，使兩制動蹄均壓緊在制動鼓的內(nèi)圓柱面上。制動鼓靠摩擦力帶動兩制動蹄轉(zhuǎn)過一小角度，使兩制動蹄的轉(zhuǎn)動方向均與制動鼓的轉(zhuǎn)向方向一致；當制動鼓反向旋轉(zhuǎn)時，其過程類同但方向相反。因此，制動鼓在正向，反向旋轉(zhuǎn)時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄，故稱雙向雙領(lǐng)蹄式制動器，它也屬于平衡式制動器。由于這種制動器在汽車前進和倒退時的性能不變，故廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前后輪，但用作后輪制動器時，需另設中央制動器。
8.4 雙從蹄式制動器
雙從蹄式制動器具有兩個對稱的輪缸，最宜布置雙回路制動系統(tǒng)。雖然制動效能最低，但卻有最良好的效能穩(wěn)定性，因而還是有少數(shù)貴轎車為保證制動可靠性而采用。
8.5 單向自增力式制動器
兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動底板上的支承銷上。當汽車前進時，第一制動蹄被單活塞的制動輪缸推壓到制動鼓的內(nèi)圓柱面上。制動鼓靠摩擦力帶動第一制動蹄轉(zhuǎn)過一小角度，進而經(jīng)頂桿推動第二制動蹄也壓向制動鼓的工作表面并支承在其上端的支承銷上。顯然，第一制動蹄為一增勢的領(lǐng)蹄，而第二制動蹄不僅是一個增勢領(lǐng)蹄，而且經(jīng)頂桿傳給它的推力Q要比制動輪缸給第一制動蹄的推力P大很多，使第二制動蹄的制動力矩比第一制動蹄的制動力矩大2-3倍之多。由于制動時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器。這種制動器在車前進時，其制動效能很高，且高于前述各種制動器，但在倒車時，其制動效能卻說最低的，因此用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作前輪制動器。
8.6 雙向自增力式制動器
雙向增力式制動器在高級轎車上用得較多，而且往往將其作為行車制動與駐車制動共用的制動器，但行車制動是由液壓通過制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操作手柄通過鋼索拉繩及杠桿等操縱。另外，它也廣泛用于汽車中央制動器，因為駐車制動要求制動器正、反向的知道效能都很高，而且駐車制動若不用于應急制動時不會產(chǎn)生高溫，因而熱衰退問題并不突出。
8.7最佳制動器結(jié)構(gòu)選擇
雖然領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性在各式制動器中均處于中等水平，但由于其在汽車前進和倒車時的制動效能不變，結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于附裝駐車制動機構(gòu)，易于調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙。故仍廣泛用作載貨汽車的前、后輪以及轎車的后輪制動器。根據(jù)設計車型的特點及制動要求，并考慮到使結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于附裝駐車制動機構(gòu)等因素，選用領(lǐng)從蹄式制動器作為本次設計的后輪制動器，其支撐結(jié)構(gòu)型式為浮式平行支撐。
論證結(jié)果
本次設計的是GD6342微型客車制動器。通過對以上幾種方案比較，結(jié)果證明：前輪采用浮鉗盤式制動器，后輪采用領(lǐng)從蹄式鼓式制動器，此種方案最佳。
參考資料
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