本設(shè)計研究的目的與意義伴隨著社會的發(fā)展科技的進步，汽車已成為人民生活中不可或缺的一部分。而制動系統(tǒng)則是每一輛汽車必備的系統(tǒng)，如今中國經(jīng)濟的飛速發(fā)展從而使得中國的公路建設(shè)逐漸形成交通運輸網(wǎng)。而且國家為了滿足人們的需求，為生活帶來方便對于高速公路的限速也越來也高，部分路段已經(jīng)達到 120Km/h。而對于車廠來說研發(fā)出高性能，速度快的汽車更是目前趨勢。但是無論速度多快，可以在緊急情況下緊急停車及減速才是最重要的。因為這關(guān)系到人身的安全。在每一輛車上市及量產(chǎn)之前都必須對汽車進行可靠性道路測試及國家法規(guī)申報，而這些項目中必不可少的是制動時間及制動距離的測試。這就是制動器的作用。對于任何一輛汽車來說兩套獨立的制動機構(gòu)是必不可少的。主要包含行車制動和駐車制動兩種。行車制動裝置主要是用于行駛中的汽車在遇到各種路況及緊急情況時可以減速或者停車。這個機構(gòu)主要靠駕駛員的腳踏板來控制。而駐車制動主要是車輛在停止熄火，或者半坡啟動時為避免汽車溜車而采取的制動裝置。目前的駐車制動裝置主要有手動駐車、電子駐車、自動駐車等等幾種。這個機構(gòu)主要靠駕駛員的手動操作或者車輛的電子控制系統(tǒng)自動識別來實現(xiàn)。在一些山區(qū)或者坡路上駐車制動是必不可少的。此外在一些特殊車輛上還有應(yīng)急制動、輔助制動等等機構(gòu)或系統(tǒng)，這些都是為了保證車輛及人身的安全，因此對于制動系統(tǒng)及制動器的設(shè)計與研究尤為重要。是汽車的必備系統(tǒng)。汽車制動系統(tǒng)的發(fā)展從汽車誕生時起，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)得越來越明顯。汽車制動系統(tǒng)種類很多，形式多樣。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，都是利用制動裝置，用工作時產(chǎn)生的摩擦熱來逐漸消耗車輛所具有的動能，以達到車輛制動減速，或直至停車的目的。伴隨著節(jié)能和清潔能源汽車的研究開發(fā)，汽車動力系統(tǒng)發(fā)生了很大的改變，出現(xiàn)了很多新的結(jié)構(gòu)型式和功能形式。新型動力系統(tǒng)的出現(xiàn)也要求制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)型式和功能形式發(fā)生相應(yīng)的改變。例如電動汽車沒有內(nèi)燃機，無法為真空助力器提供真空源，一種解決方案是利用電動真空泵為真空助力器提供真空。目前的制動系統(tǒng)的發(fā)展不僅僅限于制動器，對于駕駛員來說液壓助力的制動器給駕駛員的操縱帶來了方便。但是駕駛員的操縱不當扔回帶來隱患。比如在冰面或濕滑的路面上，急剎車會導(dǎo)致車輛打滑甚至翻車。因此為避免這種情況的出現(xiàn)在制動系統(tǒng)的研究中加入了防抱制動系統(tǒng)，即(ABS)系統(tǒng)。它可以在汽車緊急剎車自動分配汽車制動力，避免汽車打滑。目前車輛防抱制動控制系統(tǒng)(ABS) 已發(fā)展成為成熟的產(chǎn)品，并且在各種汽車上的到了廣泛的應(yīng)用。但是這種系統(tǒng)只是一份輔助安全保護系統(tǒng)，因此在駕駛過程中還必須要控制車速，正確駕駛，合適合理利用汽車制動器?？傊囍苿酉到y(tǒng)的發(fā)展是和汽車性能的提高及汽車結(jié)構(gòu)型式的變化密切相關(guān)的，制動系統(tǒng)的每個組成部分都發(fā)生了很大變化?，F(xiàn)代的汽車運用電子控制技術(shù)的發(fā)展已成為趨勢，越來越多的電子控制、液壓控制系統(tǒng)運用到了汽車制動系統(tǒng)中。汽車也在向著智能化。安全化發(fā)展。更加方便的為人們的生活提供方便。汽車制動系統(tǒng)的功用與組成一般輕型貨車的制動系統(tǒng)主要由下面的 3 個部分組成：(1)動力裝置：也就是為制動器提供動力能源，主要的動力源有氣動裝置，液壓裝置，電機控制等幾種；(2)傳動裝置：包括把制動能量傳遞到制動器的各個部件，主要通過管路及電子線路進行傳動；(3)制動器：產(chǎn)生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件，也包括輔助制動系統(tǒng)中的部件，如手剎；。制動系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；使汽車可靠的停在原地或坡道上。制動系統(tǒng)的一般工作原理是，利用與車身(或車架)相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車輪(或傳動軸)相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動的趨勢。而制動器就是實現(xiàn)制動功能的主要部件。制動器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種。電磁式制動器雖有作用滯后性好、易于連接而且接頭可靠等優(yōu)點，但因成本太高，只在一部分總質(zhì)量較大的商用汽車上用作車輪制動器或緩速器；液力式制動器一般只作緩速器。目前廣泛應(yīng)用的仍為摩擦式制動器。一般制動器都是通過其中的固定元件對旋轉(zhuǎn)元件施加制動力矩，使后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時依靠車輪與地面的附著作用，產(chǎn)生路面對車輪的制動力以使汽車減速。凡利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面的摩擦而產(chǎn)生制動力矩的制動器都成為摩擦制動器摩擦式制動器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式的不同，可分為盤式、鼓式和帶式三種。帶式制動器只用作中央制動器；鼓式和盤式制動器的結(jié)構(gòu)形式有多種，如下所示：圖 1-1 制動器分類主要設(shè)計思路與方法（1）通過查閱圖書館及電子資料了解制動器的工作原理及基本設(shè)計思路，為后期的設(shè)計奠定基礎(chǔ)；（2）通過主機廠及 4S 店的現(xiàn)場實習了解鼓式制動器的結(jié)構(gòu)及主要零部件工作性能；（3）根據(jù)基礎(chǔ)車型的主要參數(shù)對制動器的制動力矩、操縱力矩、摩擦力矩進行計算；（4）利用計算數(shù)據(jù)結(jié)合整車的布置及參數(shù)繪制制動器二維總裝圖及主要零部件圖；（5）根據(jù)繪制的二維圖形對鼓式制動器進行三維建模，通過建模了解制動器的結(jié)構(gòu)；（6）整理計算及資料、根據(jù)設(shè)計圖紙及三維數(shù)模完成設(shè)計說明書論文的編寫；總體設(shè)計方案的確定總體結(jié)構(gòu)方案的確定本設(shè)計參考的車型為長安星卡貨車，裝載質(zhì)量是兩噸，采用兩軸的布置方案。驅(qū)動形式為 4×2 的平頭式貨車發(fā)動機前置后橋驅(qū)動。而貨車一般采用鼓式后制動器；同時結(jié)合本設(shè)計的車型及實際情況，本設(shè)計的制動器類型為行車制動機駐車制動中用到的鼓式制動器；針對制動力的結(jié)構(gòu)類型，本設(shè)計的類型選擇為液壓機械機構(gòu)。鼓式制動器是最早形式的汽車制動器，當盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱性能差和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降，因此在近三十年中，在轎車領(lǐng)域上已經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟類汽車中使用。鼓式制動器除了成本比較低之外，還有一個好處，就是便于與駐車（停車）制動組合在一起，凡是后輪為鼓式制動器的汽車，其駐車制動器也組合在后輪制動器上。這是一個機械系統(tǒng)，它完全與車上制動液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車踏板拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動器的杠件擴展制動蹄，起到停車制動作用，使得汽車不會溜動；松開鋼拉索，回位彈簧使制動蹄恢復(fù)原位，制動力消失。典型的鼓式制動器主要由底板、制動鼓、制動蹄、輪缸（制動分泵） 、回位彈簧、定位銷等零部件組成。底板安裝在車軸的固定位置上，它是固定不動的，上面裝有制動蹄、輪缸、回位彈簧、定位銷，承受制動時的旋轉(zhuǎn)扭力。每一個鼓都有一對制動蹄，制動蹄上有摩擦襯片。制動鼓則是安裝在輪轂上，是隨車輪一起旋轉(zhuǎn)的部件，它是由一定份量的鑄鐵做成，形狀似圓鼓狀。當制動時，輪缸活塞推動制動蹄壓迫制動鼓，制動鼓受到摩擦減速，迫使車輪停止轉(zhuǎn)動。l.領(lǐng)蹄 2.從蹄 3、4.支點 5.制動鼓 6.制動輪缸圖 2-1 領(lǐng)從蹄式制動器示意圖圖為領(lǐng)從蹄式制動器示意圖，設(shè)汽車前進時制動鼓旋轉(zhuǎn)方向如圖中箭頭所示。沿箭頭方向看去，制動蹄 1 的支承點 3 在其前端，制動輪缸 6 所施加的促動力作用于其后端，因而該制動蹄張開時的旋轉(zhuǎn)方向與制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向相同。具有這種屬性的制動蹄稱為領(lǐng)蹄。與此相反，制動蹄 2 的支承點 4 在后端，促動力加于其前端，其張開時的旋轉(zhuǎn)方向與制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向相反。具有這種屬性的制動蹄稱為從蹄。當汽車倒駛，即制動鼓反向旋轉(zhuǎn)時，蹄 1 變成從蹄，而蹄 2 則變成領(lǐng)蹄。這種在制動鼓正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)時，都有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的制動器即稱為領(lǐng)從蹄式制動器。結(jié)合本設(shè)計參考車型特點及思路，本設(shè)計中的制動器形式選用領(lǐng)從蹄式制動器；制動器工作間隙制動蹄在不工作的原始位置時，其摩擦片與制動鼓間應(yīng)有合適的間隙，其設(shè)定值由汽車制造廠規(guī)定，一般在 0.25～0.5mm 之間。任何制動器摩擦副中的這一間隙( 以下簡稱制動器間隙)如果過小，就不易保證徹底解除制動，造成摩擦副拖磨；過大又將使制動踏板行程太長，以致駕駛員操作不便，也會推遲制動器開始起作用的時刻。但在制動器工作過程中，摩擦片的不斷磨損將導(dǎo)致制動器間隙逐漸增大。情況嚴重時，即使將制動踏板踩到下極限位置，也產(chǎn)生不了足夠的制動力矩。因此，制動器需要對間隙進行調(diào)節(jié)，本設(shè)計中的工作間隙初始設(shè)定為 0.25mm；制動器驅(qū)動機構(gòu)制動驅(qū)動機構(gòu)將來自駕駛員或其他力源的力傳給制動器，使之產(chǎn)生制動力矩。根據(jù)制動力源的不同，制動驅(qū)動機構(gòu)一般可分為簡單制動、動力制動和伺服制動三大類。而力的傳遞方式又有機械式，液壓式，氣壓式和氣壓.液壓式的區(qū)別，如下表 2.1。表 2.1 制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動力源 力的傳遞方式型式 制動力源 工作介質(zhì)型式 工作介質(zhì)用途機械式 桿系或鋼絲繩僅用于駐車制動簡單制動系（人力制動系） 司機體力液壓式 制動液 部分微型汽車的行車制動氣壓式 空氣氣壓動力制動系空氣氣壓.液壓式空氣，制動液動力制動系 液壓動力制動系發(fā)動機動力制動液液壓式 制動液中，重型汽車的行車制動真空伺服制動系空氣氣壓伺服制動系空氣私服制動系 液壓伺服制動系司機體力與發(fā)動機動力制動液液壓式 制動液 轎車，微，輕，中型汽車的行車制動制動管路的選擇為了提高制動工作的可靠性，應(yīng)采用分路系統(tǒng)，即全車的所有行車制動器的液壓或氣壓管路分為兩個或更多的相互獨立的回路，其中有一個回路失效后，仍可利用其他完好的回路起制動作用。雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)有以下常見的五種分路形式。（1）一軸對一軸（II）型、交叉（X）型、一軸對半半軸（ HI）型、半軸一輪對半軸一輪（LL）型、雙半軸對雙半軸（HH）型等；如下圖所示：圖 2.2 分路系統(tǒng)II 型管路的布置較為簡單，可與傳統(tǒng)的但輪缸鼓式制動器配合使用，成本較低，目前在各類汽車特別是商用車上用得最廣泛對于這種形式，本設(shè)計中選用 II 型回路系統(tǒng)。主要設(shè)計參數(shù)在制動器設(shè)計中本設(shè)計設(shè)計基于長安星卡輕型貨車的基本參數(shù)進行設(shè)計，參考車型主要技術(shù)參數(shù)如下： 表 2.1 制動系統(tǒng)整車參數(shù)空載 滿載整車質(zhì)量1685kg 2185kga b質(zhì)心位置1.35m 1.25m空載 滿載 軸 距質(zhì)心高度0.95m 0.85m 2.6m最高車速 車輪工作半徑 輪 胎 同步附著系數(shù)其 他120km/h 370mm 175/70R14 85H =0.60?在汽車制動性能有重要影響的制動系參數(shù)有：（1）制動力及其分配系數(shù)；（2）同步附著系數(shù)；（3）制動器最大制動力矩與制動器因數(shù)；在本設(shè)計也主要圍繞這些參數(shù)對長安輕型卡車的制動器進結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與建模。主要參數(shù)設(shè)計計算制動力分析汽車受到與行駛方向相反的外力時，才能從一定的速度制動到較小的車速或直至停車。這個外力只能由地面和空氣提供。但由于空氣阻力相對較小，所以實際外力主要是由地面提供的，稱之為地面制動力。地面制動力越大，制動距離也越短，所以地面制動力對汽車制動性具有決定性影響。（1）地面制動力假設(shè)滾動阻力偶矩、車輪慣性力和慣性力偶矩均可忽略圖，則車輪在平直良好路面上制動時的受力情況如圖 3.1 所示。圖 3.1 車輪制動時受力簡圖是車輪制動器中摩擦片與制動鼓或盤相對滑動時的摩擦力矩，單位為T?； 是地面制動力，單位為 N； 為車輪垂直載荷、 為車軸對車輪的Nm?xbFWpF推力、 為地面對車輪的法向反作用力，它們的單位均為 N。z顯然，從力矩平衡得到xbTFr??式中， 為車輪的有效半徑（m） 。r地面制動力是使汽車制動而減速行駛的外力，但地面制動力取決于兩個摩擦副的摩擦力：一個是制動器內(nèi)制動摩擦片與制動鼓或制動盤間的摩擦力，一個是輪胎與地面間的摩擦力—附著力。（2）制動器制動力在輪胎周緣為了克服制動器摩擦力矩所需的力稱為制動器制動力，以符號表示，顯然F?TFr??式中： 是車輪制動器摩擦副的摩擦力矩。制動器制動力 是由制動器T? F?結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定的。它與制動器的型式、結(jié)構(gòu)尺寸、摩擦副的而摩擦系數(shù)和車輪半徑以及踏板力有關(guān)。圖 3.2 給出了地面制動力、車輪制動力及附著力三者之間的關(guān)系。當踩下制動踏板時，首先消除制動系間隙后，制動器制動力開始增加。開始時踏板力較小，制動器制動力 也較小，地面制動力 足以克服制動器制動力 ，而F?xbFF?使得車輪滾動。此時， = ，且隨踏板力增加成線性增加。xb圖 3.2 地面制動力、車輪制動力及附著力之間的關(guān)系但是地面制動力是地面摩擦阻力的約束反力，其值不能大于地面附著力或最大地面制動力 ，即F?maxbF≤ xbFz??maz當制動踏板力上升到一定值時，地面制動力 達到最大地面制動力 =xb xbF,車輪開始抱死不轉(zhuǎn)而出現(xiàn)拖滑現(xiàn)象。隨著制動踏板力以及制動管路壓力的F?繼續(xù)升高，制動器制動力 繼續(xù)增加，直至踏板最大行程，但是地面制動力F?不再增加。xb上述分析表明，汽車地面制動力 取決于制動器制動力 ，同時又受到xb F?地面附著力 的閑置。只有當制動器制動力 足夠大，而且地面又能夠提供? F?足夠大的附著力 ，才能獲得足夠大的地面制動力。F?（3）地面對前、后車輪的法向反作用力圖 3.3 所示為，忽略汽車的滾動阻力偶和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量減速時的慣性阻力偶矩，汽車在水平路面上制動時的受力情況。圖 3.3 制動時的汽車受力圖因為制動時車速較低，空氣阻力 可忽略不計，則分別對汽車前后輪接地wF點取矩，整理得前、后輪的地面法向反作用力 、 為1z2z2()zgzGbhLFz???????式中： ， 為制動強度，duzgt?—汽車所受重力；G—汽車軸距；L—汽車質(zhì)心離前軸距離；1—汽車質(zhì)心離后軸距離；2—為汽車質(zhì)心高度；gh—重力加速度；若在附著系數(shù)為 的路面上制動，前、后輪都抱死（無論是同時抱死或分?別先后抱死） ，此時 。地面作用于前、后輪的法向反作xbduFGgt???或用力為12()zgzGFbhL????????式（3.6）為直線方程，由上式可見，當制動強度或附著系數(shù)改變時，前后軸車輪的地面法向反作用力的變化是很大的，前輪增大，后輪減小。制動力的分配根據(jù)公式： Lhg02????得： 6785.1??同步附著系數(shù)在汽車整車結(jié)構(gòu)中，針對制動器有一個很重要的參數(shù)，即為同步附著系數(shù)，此參數(shù)關(guān)系到整個制動器的制動性能。而對于汽車來說在同步附著系數(shù) 等于0?路面上的時才會抱死不打滑，因此針對同步附著系數(shù)有以下幾種情況：（1）當 時：這種情況下前輪比后輪先抱死，這時汽車失去轉(zhuǎn)向能力；0??（2）當 時：這種情況下后輪比前輪先抱死，這時汽車失去穩(wěn)定能力；0?（3）當 時：這時前后輪同時抱死，同時也失去轉(zhuǎn)向能力；0??針對同步附著系數(shù)，根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗及設(shè)計參數(shù)，一般情況下轎車 0.6；0??貨車 0.5。0?20gLh????故取 =0.60?最大制動力矩計算由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：egrqhLGM??)(1max2??式中：Φ——最大附著系數(shù)；q——制動強度；——車輪有效半徑；er——后軸最大制動力矩；max2?MG——汽車滿載質(zhì)量；L——汽車軸距；q= = =0.66gha???)(0?85.0)67.(35.1???故后軸 = =1.57 Nmmmax2?M)86. 61后輪的制動力矩為 =0.785 Nmm2/157. 610前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?ax1f max2f???6106?前輪的制動力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm60?61結(jié)構(gòu)設(shè)計制動器的類型根據(jù)鼓式制動器制動蹄的結(jié)構(gòu)可以分為以下幾種類型：（1）領(lǐng)從蹄式制動器：即在制動時制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向為相反的，一個領(lǐng)蹄和一個從蹄相反運動張開接觸制動鼓使汽車制動；（2）雙領(lǐng)蹄式制動器：即在制動時制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向為相同的，有兩個相同的領(lǐng)蹄進行相同運動張開接觸制動鼓使汽車制動；（3）雙向雙領(lǐng)蹄式制動器：即在制動時制動蹄的旋轉(zhuǎn)方向為相反的，但是為兩個領(lǐng)蹄相反運動張開接觸制動鼓使汽車制動；（5）增力式制動器：即在傳統(tǒng)制動器的結(jié)構(gòu)中加入雙活塞式制動輪缸，靠液壓的作用張開制動蹄使其制動；