前盘后鼓制动系毕业设计说明.doc

前盘后鼓制动系毕业设计说明XXVI2020年4月19日文档仅供参考摘 要国内汽车市场迅速发展,然而随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。汽车制动系使行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。本说明书主要介绍了飞度轿车制动系统的设计。首先介绍了汽车制动系统的结构、分类，并经过对鼓式制动器和盘式制动器的结构及优缺点进行分析。最终确定方案采用液压双回路前盘后鼓式制动器。关键词：制动、盘式制动器、鼓式制动器、设计参数、制动性能ABSTRACT Domestic automobile market developing quickly, however, with the increase of the auto possession, bring security is more and more attention, and brake system is the important car active safety system one. The brake is a moving car slow down or stop, make the downhill cars speed stability and make already in place of the car they offend (including in slope) stay fixed institution. With the rapid development of the highway speed and the improvement of traffic density and increases day by day, in order to guarantee safety, car brake system reliability of work appear increasingly important. Also only brake performance is good, brake system reliable car and fully play its dynamic performance this manual mainly introduces the design of the car brake system flying across. First this paper reviewed the automobile braking system structure, classification, and through to the drum brake disc brake and the structure and the advantages and disadvantages are analyzed. Ultimately determine the scheme adopts hydraulic double circuit with disk and drum brake system.Key words: brake、disk brake 、drum brake、 design parameters、 braking performance、目 录1 绪论.11.1 制动系统概述.1 1.1.3 制动系的作用及其组成.1 1.1.2 制动系一般工作原理.1 1.1.3 制动系的类型.2 1.1.4 制动系的设计要求.3 1.2 制动系统研究现状及发展趋势.62 制动系统方案论证分析与选择.8 2.1 制动器结构型式及选择.8 2.1.1 盘式制动器.8 2.1.2 鼓式制动器.10 2.2 制动驱动型式选择.14 2.2.1 简单制动系. 14 2.2.2 动力制动系.15 2.2.3 伺服制动系.15 2.3 制动主缸型式.16 2.4 制动管路型式选择.17 2.4.1 II型回路.18 2.4.2 X型回路.18 2.4.3 其它类型回路.18 2.5 制动系统布置型式.193 制动系统主要参数及其设计计算.20 3.1 参考车型制动系相关主要参数数值.20 3.2 同步附着系数分析.20 3.3 制动力及制动力分配系数.213.4 制动强度和附着系数利用率.24 3.5 制动器制动力及制动力矩的计算.253.6 制动因数.263.7 前轮盘式制动器参数设计计算.273.8 后轮鼓式制动器参数设计计算.283.9 制动器磨损特性热容量及温升计算.294 制动器主要零部件的结构设计.32 4.1 盘式制动器主要零部件的结构设计.34 4.1.1 制动盘.34 4.1.2 制动钳.34 4.1.3 制动块.35 4.1.4 摩擦材料.354.2 鼓式制动器主要零部件的结构设计.35 4.2.1 制动鼓.35 4.2.2 制动蹄.36 4.2.3 制动底板.36 4.2.4 制动蹄的支承.37 4.2.5 制动轮缸.37 5 液压制动驱动机构的设计计算.38 5.1 前轮盘式制动轮缸直径与工作容积设计计算.385.2 后轮鼓式制动轮缸直径与工作容积设计计算.395.3 制动主缸与工作容积设计计算.405.4 制动踏板力与踏板行程.416 制动性能分析计算.43 6.1 制动性能评价及其分析.43 6.2 制动器制动力分配曲线分析.44 6.3 制动减速度与制动距离的计算.44 6.4 驻车制动计算.457 结论.478 致谢.489 参考文献.4910 附录.501 绪 论1.1 制动系统概述 汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。车辆在行驶过程中要频繁进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全，因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，人们对安全性、可靠性的要求越来越高，为保证人身和车辆安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。1.1.1 汽车制动系统的作用及其组成： 1) 制动系的作用： （1）使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车. （2）使已停驶的汽车在各种道路条件下(包括在坡道上)稳定驻车. （3）使下坡行驶的汽车速度保持稳定。 2） 制动系的组成： （1）供能装置：也就是制动能源，包括供给、调节制动所需能量以及各个部件，产生制动能量的部分称为制动能源。 （2）控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的部件。 （3）传动装置：包括把制动能量传递到制动器的各个部件。 （4）制动装置：产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件。汽车的制动装置又可分为行车、驻车、应急和辅助制动四种装置。1.1.2 制动系的一般工作原理 行驶中的汽车具有一定的动能。根据物理学知识，汽车的动能 Ek=1/2(1+)mv2 式中:m为汽车的重质量；v为汽车的行驶速度；为考虑汽车回转部件动能的系数。 图1.1 汽车行车制动减速度实质上就是要耗散汽车的动能Ek耗散动能最简便的方法就是经过摩擦将动能变成热能扩散到大气中去。一个简单的制动系统如图1.1所示，用以说明系统的工作原理。 以一个金属内圆面为工作表面的金属制动鼓装在车轮轮毂上，随车轮一同转动另一固定不动的制动底板上装有两个圆弧形的制动蹄，她们可各自绕其下端的支撑销转动，由安装在制动地板上的液压制动轮缸来控制其运动。 (1)在不制动时，制动鼓的内圆面与制动蹄上摩擦片的外圆面之间有一定的间隙，车轮和制动鼓能够自由旋转。 (2)制动时，驾驶员需踩下制动踏板，迫使制动主缸内的油液流入制动轮缸，推动两制动蹄绕支承销转动，使制动蹄摩擦片紧贴到制动鼓内圆面上。这样，制动鼓上便产生摩擦力矩Mu阻止车轮转动。其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间的附着作用，车轮即对路面作用一个向前的周缘力F。同时，路面也会给车轮一个反作用力FB，方向与汽车行驶方向相反。这个力就是车轮受到的制动力。各车轮上制动力的和就是汽车受到的总制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车产生一定的减速度，甚至停车。由于车轮与地面间的附着左右，路面上产生了切向反作用力FB 。FB 一方面要迫使车轮继续滚动，造成制动蹄与制动鼓间相对运动而产生摩擦，消耗汽车的动能；另一方面它又作为制动力促使整个汽车减速行驶。 (3)解除制动时，放松制动踏板，在回位弹簧的作用下，制动蹄回到原位。同时蹄鼓间隙得到恢复，因而制动作用被解除。 这就是汽车制动的基本原理。1.1.3 制动系的类型 制动系根据功用、能源等不同可分为以下几类： (1) 按制动系统的作用 制动系统可分为行车制动系统、驻车制动系统、应急制动系统及辅助制动系统等。用以使行驶中的汽车降低速度甚至停车的制动系统称为行车制动系统；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的制动系统则称为驻车制动系统；在行车制动系统失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的制动系统称为应急制动系统；在行车过程中，辅助行车制动系统降低车速或保持车速稳定，但不能将车辆紧急制停的制动系统称为辅助制动系统。上述各制动系统中，行车制动系统和驻车制动系统是每一辆汽车都必须具备的。 (2)按制动操纵能源 制动系统可分为人力制动系统、动力制动系统和伺服制动系统等。以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系统称为人力制动系统；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的系统称为动力制动系统；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统称为伺服制动系统或助力制动系统。 (3)按制动能量的传输方式 制动系统可分为机械式、液压式、气压式、电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系称为组合式制动系统。 (4)按传能介质的传输回路方式制动系统可分为单回路制动系和双回路制动系1.1.4 汽车制动系设计要求 （1）能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关要求外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户要求。中国的强制性标准是GB12676-1999汽车制动系结构、性能和试验方法、GB7258机动车运行安全技术条件。（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻坡制动效能。行车制动效能是用在一定的制动初速度下或最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评定，它是制动性能最基本的评价指标。表1-1给出了欧、美、日等国的有关标准或法规对这两项指标的规定。表1-1 欧、美、日等国的制动效能标准标准名称适用车型制动初速度v/km/h最大踏板力/N制动距离S/m制动减速度j/m/s美联邦汽车安全标准FMVSS 121气压制动汽车32969.873美联邦汽车安全标准FMVSS 10575液压制动汽车489616.4662.18欧洲经济委员会和欧洲经济共同体法规货车：总质量3.5t总质量3.5t12t总质量12t7050407007007000.15v+4.44.44.4轿车与客车：座位数（包括司机）座位数8和总质量5t80805005000.1v+0.15v+ 续表1-1瑞典制动法规总质量总质量3.5t8060500700日本制动标准JASO 691373货车和客车：TA级TB级TC级TD级700800900900减速度0.5g0.5g0.5g0.4g（3）工作可靠。汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的制动驱动机构应是各自独立的。行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30%；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。（4）制动效能的热稳定性好。汽车的高速制动、短时间内的频繁重复制动，特别是下长坡时的连续制动，都会引起制动器的温升过快，温度过高。特别是下长坡时的频繁制动，可使制动器摩擦副的温度达300400，有时甚至高达700。此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生热衰退现象。制动器发生热衰退后，经过散热、降温和一定次数的和缓使用使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改进其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。一般要求在初速为最高车速的80%时，以约0.3g的减速度重复进行1520次制动到初速度的1/2的衰退试验后，其热态制动效能应达到冷态制动效能的80%以上。（5）制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后重复制动515次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。也应防止泥沙、污物等进入制动器工作表面，否则会使制动效能降低并加速磨损。某些越野汽车为了防止水和泥沙侵入而采用封闭的制动器。 （6）制动时的操纵稳定性好。即以任何速度制动，汽车都不应当失去操纵性和方向稳定性。一般要求在进行制动效能试验时，车辆的任何部位不得偏出3.7m的试验道。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一轴上左、右车轮制动器的制动力矩应相同。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；后轮抱死而侧滑甩尾，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过15%时，会发生制动时汽车跑偏。（7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便，舒适，能减少疲劳。踏板行程：对轿车应不大于150mm；对货车应不大于170mm，其中考虑了摩擦衬片或衬块的容许磨损量。制动手柄行程应不大于160200mm。各国法规规定，制动的最大踏板力一般为500N(轿车) 700N(货车)。设计时，紧急制动(约占制动总次数的5%10%)踏板力的选取范围：轿车为200300N；货车为350550N，采用伺服制动或动力制动装置时取其小值。应急制动时的手柄拉力以不大于400500N为宜；驻车制动的手柄拉力应不大于500N(轿车) 700N(货车)。（8）作用滞后的时间要尽可能地短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间(解除制动滞后时间)。一般要求这个时间尽可能短，对于气制动车辆不得超过0.6s，对于汽车列车不得超过0.8s。（9）制动时不应产生较大的振动和噪声，制动时不应有异响。 （10）与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。（11）制动系中应有音响或光信号等警报装置以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置，例如一旦主、挂车之间的连接制动管路损坏，应有防止压缩空气继续漏失的装置；在行驶过程中挂车一旦脱挂，亦应有安全装置驱使驻车制动将其停驻。（12）能全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时气制动管路不应出现结冰（13）制动系的机件应使用寿命长、制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求。防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，因此近年来防抱死制动系统（ABS）和电子制动力分配（EBD）在汽车上得到了很快的发展和应用。另外，由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题，已被淘汰，取而代之的无石棉材料。1.2 汽车制动系统的研究现状及发展趋势 当前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面，包括制动控制的理论和方法，以及采用新的技术。现代汽车制动器的发展起源于原始的机械控制装置，但随着汽车自身重量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。从而开始出现了真空助力装置。随着科学技术的发展及汽车工业的发展液压制动是继机械制动后的又一重大革新。现在汽车配套出于安全可靠方面的考虑，真空助力器往往和制动主缸一起形成真空助力器总成给车型配套。当前液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。车辆防抱死制动控制系统(ABS)和电子制动力分配（EBD）已发展成为成熟的产品，并在各种车辆上得到了广泛的应用，可是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。方法虽然简单实用，可是其调试比较困难，不同的车辆需要不同的匹配技术，在许多不同的道路上加以验证；从理论上来说，整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上，并未达到最佳的制动效果。中国液压ABS的配套主要在乘用车市场，而且配套率相当高，可是中国乘用车配套的液压ABS市场基本上都被外资企业所垄断。汽车防抱死制动系统（ABS）也已经成为电子制动的标准，越来越多的车型上开始加装电子制动力分配（EBD）。当紧急刹车车轮抱死的情况下，EBD在ABS动作之前就已经平衡了每一个轮的有效地面抓地力，能够防止出现甩尾和侧移，并缩短汽车制动距离。EBD实际上是ABS的辅助功能，它能够改进提高ABS的功效。因此在安全指标上，汽车的性能又多了“ABS+EBD”。ASR是ABS的逻辑和功能扩展。ABS在增加了ASR功能后，主要的变化是在电子控制单元中增加了驱动防滑逻辑系统，来监测驱动轮的转速。ASR大多借用ABS的硬件，两者共存一体，发展成为ABS/ASR系统。ABS/ASR已在欧洲新载货车中普遍使用，而且欧共体法规EEC/71/320已强制性规定在总质量大于3.5t的某些载货车上使用，重型车是首先装用的。今天，ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。然而ABS/ASR只是解决了紧急制动时附着系数的利用，并可获得较短的制动距离及制动方向稳定性，可是它不能解决制动系统中的所有缺陷。因此ABS/ASR功能，同时可进行制动强度的控制。ABS只有在极端情况下(车轮完全抱死)才会控制制动，在部分制动时，电子制动使可控制单个制动缸压力，因此反应时间缩短，确保在任一瞬间得到正确的制动压力。近几年电子技术及计算机控制技术的飞速发展为EBS的发展带来了机遇。德国自20世纪80年代以来率先发展了ABS/ASR系统并投入市场，在EBS的研究与发展过程中走到了世界的前列。德国博世公司在1993年与斯堪尼公司联合首次在Scania牵引车及挂车上装用了EBS。然而EBS是全新的系统，它有很大的潜力。 车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是扩大控制范围、增加控制功能；另一方面是采用优化控制理论，实施伺服控制和高精度控制。经过了一百多年的发展，汽车制动系统的形式已经基本固定下来。随着电子，特别是大规模、超大规模集成电路的发展，汽车制动系统的形式也将发生变化。结论：在车辆集成化、模块化、电子化、车供能源高压化的趋势驱动下，车辆制动系统也朝着电子化方向发展。电制动系统将进一步取代传统制动系统，汽车底盘进一步一体化，集成化，制动系统性能也会发生质的飞跃。2 制动系统方案论证分析与选择2.1 汽车制动器形式方案分析 制动器是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的部件，一般制动器都是经过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使旋转元件的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。当前汽车制动器基本都是摩擦式制动器，按照摩擦副中旋转元件的不同，分为盘式和鼓式两大类制动器。盘式摩擦副的旋转元件是制动盘，其工作表面是圆盘的端面。鼓式摩擦副的旋转元件为制动鼓，其工作表面是圆柱面；旋转元件固装在车轮或半轴上，即制动力矩直接分别作用于两侧车轮上的制动器称为车轮制动器，一般用于行车制动器。旋转元件固装在传动系的传动轴上，其制动力矩经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器称为中央制动器，一般用于驻车制动器。2.1.1 盘式制动器按摩擦副中固定元件的结构不同，盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。全盘式制动器中摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形，制动时各盘摩擦表面全部接触，其工作原理如摩擦离合器，故又称离合器式制动器。这种制动器结构紧凑，摩擦面积大，制动力矩大，但散热条件差，结构较为复杂，造价成本高，全盘式制动器只有少数汽车(主要是重型汽车)采用为车轮制动器。下文将不作进一步介绍。钳盘式制动器的固定摩擦元件是制动块，装在制动钳中。接触面很小，在盘上所占的中心角一般仅3050，又称为点盘式制动器。钳盘式制动器又可按钳体固定在支架上的结构形式分为固定钳盘式和浮动钳盘式两类。1）固定钳盘式制动器结构原理：固定钳盘式制动器结构如下图2.1所示，其制动钳体固定在转向节（或桥壳）上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装一个活塞。跨置在制动盘上的制动钳体固定安装在车桥上，它不能旋转也不能沿制动盘轴线方向移动，其内的两个活塞分别位于制动盘的两侧。其结构如下图所示；制动时，制动油液由制动总泵(制动主缸)经进油口进入钳体中两个相通的液压腔中，将两侧的制动块压向与车轮固定连接的制动盘从而产生制动。 当放松制动踏板使油液压力减少时，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。活塞制动钳体制动块车桥进油口制动盘缺点：油缸多、结构复杂、制动钳尺寸大。油路中的制动液受制动盘加热易汽化图2.1固定钳盘式制动器固定钳盘式制动器的制动钳刚度好，除活塞和制动块外无其它滑动件。但由于需采用两个油缸并分置制动盘的两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通。这就使得制动器的径向和轴向尺寸都较大，因而在车轮中，特别是车轮轮距小的微型车的前轮中的布置比较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动产生的热经制动钳体上的油路传给制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果。紧凑型中低端轿车从结构和经济性上考虑都不适用固定钳式盘式制动器，故前轮不采纳固定钳式盘式制动器。2）浮动钳盘式制动器结构原理浮动钳盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动，另一种的制动钳体可绕一支撑销摆动。但它们的制动油缸都是单侧的