1、本科毕业设计1目 录1 引言 22 制动器的结构分析及方案的选定 32.1 盘式制动器 32.1.1 定钳盘式制动器 32.1.2 浮钳盘式制动器 42.1.3 全盘式制动器 42.2 鼓式制动器 42.2.1 领从蹄式制动器 72.2.2 单向双领蹄式制动器 72.2.3 双向双领蹄式制动器 72.2.4 单向自增力式制动器 72.2.5 双向自增力式制动器 82.3 制动器方案的选定 83 理想制动力的分配 83.1 东风 EQ1146VZ4 后轮制动器设计中需要的整车参数 83.2 前后轮制动力的分配 83.3 同步附着系数 133.4 制动器最大制动力矩 144 制动器结构设计与计算
2、144.1 领从蹄式鼓式制动器的结构参数 144.1.1 制动鼓内径 D 144.1.2 制动鼓厚度 n 164.1.3 摩擦衬片宽度 b 和包角 164.1.4 摩擦片起始角 0 17本科毕业设计24.1.5 制动器中心到蹄片张开力 作用线的距离 e 0F 174.1.6 制动蹄支承点位置坐标 a 和 c 174.1.7 摩擦片摩擦系数 f 174.2 制动器效能因数计算 184.2.1 凸轮张开机构主要参数的确定及凸轮特性的计算 184.2.2 固定式凸轮式气制动器的因数计算 204.3 制动力计算 214.3.1 所需制动力计算 214.3.2 制动器所能产生的制动力 214.4 制动蹄
3、制动力矩的计算 225 制动性能的计算 235.1 制动距离与制动减速度 235.2 最大驻坡度 236 制动器主要零部件的设计及选材 246.1 制动蹄 246.2 制动鼓 256.3 摩擦衬片 266.4 摩擦材料 266.5 制动蹄和制动鼓之间的间隙自动调整装置 276.6 制动支承装置 276.7 张开机构 286.8 制动蹄回位弹簧 286.9 制动器的热容量和温升的校核 287 结论 29参考文献 30致谢 31本科毕业设计3东风 EQ1146VZ4 后轮制动器的设计（交通学院 机械设计制造及其自动化专业）摘要：当今社会，汽车逐渐成 为人类不可或缺的交通工具之一，它在给我们带来便利
4、的同时，其安全性也越发值得我们 予以关注。在汽 车的各种各样 的性能中，备受人们关注的性能之一是汽车的制动性能即汽车行驶过程中能在较短距离内停车且能维持制动时的行驶方向稳定性和在下长坡过程中能维持一定车速的能力。汽 车制 动性与我们息息相关的交通安全等问题密切相关，制动距离太 长和制动抱死侧滑等情况往往会 导致威胁乘员安全的交通事故，故决定汽车驾乘者安全性的关 键因素之一是汽车的制 动性。由此可 见，改善和优化汽车的制动性能刻不容缓。该设计的最终任务是对东风 EQ1146VZ4 进行后轮制动器的 设计，首先通过对各类制动器的分析归类，通过各种比 较分析选择最能满足所要求的制 动效能的制动器，然
5、后 对各个参数进行设计计算和相关校核，最后 对各组成部件进行 结构设计和材料选择， 继而完成整个制动器的设计与装配，并完成鼓式制 动器的 UG 简图。关键词：制动系统；制动性能；鼓式制动器；制动方向稳定性The Design of Dongfeng EQ1146VZ4s Rear Wheel Brake(School of Transportation，mechanical design Braking ability; Drum braking; Braking direction stability本科毕业设计41 引言目前，伴随着汽车行业的逐步发展，人们对于汽车零部件的设计制造要求越来越
6、高，制动系执行机构制动器的设计缺陷和制造调整误差导致汽车在制动时出现的制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力的现象依然是交通安全的重大危害。因此正确的制动器设计应该得到进一步的准确深入的研究。国外的技术发展迅速。国外的汽车设计制造和开发优化过程中，将计算机仿真技术应用于其中的案例越来越多，虚拟样机技术也得到了迅猛发展与应用。考虑到汽车的经济性和安全性等因素及在某些通过具体实验探索很难得出与实际情况相吻合的结论的研究设计或优化中，经常需要借助系统仿真这一技术的辅助来进一步达成最终的设计目标。近年来，计算机的各项技术与领域都迈出了巨大发展的步伐，如今的计算机已经具有了功能强大的处理数据的能力，这使得
7、计算机仿真技术的进一步应用推广及普及成为了可能，随之，虚拟样机技术已成为在工程问题领域的一种快速、便捷且行之有效的法宝。使用计算机仿真技术分析研究各项有关于汽车的性能时，应首先对汽车模型进行必要的简化，通常情况下会忽略对实验结果影响较小的各自由度的运动，生成一个符合实验要求的简化模型。当然，简化模型的简化程度不同，最终利用仿真技术生成的实验结果与实际情况之间也会存在相应的偏差。另外，在深入探究制动时产生的振动与噪声的过程中，有限元思想逐步成为其一种不容小觑的建模手段。有限元分析法的基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式互相联结在一起的单元的组合体,它利用每一个单元内假设的近似
8、函数来分片地表示全求解域上待求的场函数，单元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个结点的数值和其插值函数来表达，这样，一个问题的有限元分析中，未知场函数及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量（即自由度），从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题 1。只要求解出这些相关的未知量，就能够利用插值函数的方法，求出每个小单元内有关场函数的相似值，最终获得整个求解域上的解的近似值。集中参数法是以前经常用到的分析方法，与之相比，有限元分析法更适合于类似繁杂的几何形状和边界的加载问题。相比之下，在国内，某些学者也开始运用有限元的思想建立模型并对鼓式制动器展开了研究探索，在这之中，
9、多数学者研究的方向为制动时的温度场变化和接触应力的问题。蒋伟康在制动摩擦所导致的鼓式制动器的制动噪声、尖叫问题中，最终得出了鼓式制动器的尖叫和噪音是振动引起且此震动特性只决定于制动鼓和蹄片的结论，并建立了相关的三维解析模型以辅助实验；针对鼓式制动器的制动噪声问题，朱新潮的团队建立了相关的结构闭环耦合模型来进行辅助研究；王宣峰通过研究得出了一套关于凸轮式鼓式制动器的较成熟的理论；杨柳建立的鼓式制动器的数学模型为日后的研究打下了基础；吴永海则在汽车制动系的设计过程中使用了计算机辅助设计，推动了汽车设计过程向着更好更快更优的方向发展。从汽车诞生之日起，汽车制动器的改进和设计问题就备受关注，以至于汽车
10、制动系经历了多次变迁并逐步完善。其发展历程经历了皮革摩擦制、鼓式制动器、盘式制本科毕业设计5动器、机械式 ABS 制动系统，现在，伴随电子技术的发展又出现了模拟电子 ABS 制动系统、数字式电控 ABS 制动系统等 2。近年来，汽车线控系统的研究在外国某些发达国家逐渐开始受到重视，线控制动系统也因此得到迅速发展，加之对电控机械制动系统的进一步探索，使制动系统已几近完美。综合分析国内外的科研成果，我结合自己的实际对东风EQ1146VZ4型汽车的后轮制动器展开了一定研究，希望通过设计优化可以使本车型的后轮制动器达到更优的制动效果。东风EQ1146VZ4型汽车作为我国自主设计并制造的一款新型中型载货
11、汽车，其性能算是几近完美，期待我的这次设计能使这款车的后轮制动器的性能能够更加完美,预期目标包括：汽车制动效能能够有所提高；制动效能的恒定性更加有保障；在保证制动强度的前提下，尽量减小制动器的质量；尽量使用标准件，以降低生产费用；工作平稳可靠，抗热衰退性能好；结构简单，装卸方便，便于维修、调整，便于保证安装误差等。2 制动器的结构分析及方案的选定2.1 盘式制动器旋转原件（制动盘）和固定原件（制动钳）相互作用构成了钳盘式制动器。在钳盘式制动器的制动摩擦副中，制动盘作为制动器工作过程中的旋转原件，呈圆盘状，由强度足够的金属材质制成，其工作表面为盘的端面。而作为固定原件的制动钳则是由制动块和与之配
12、合的促动装置组成的。制动块是由工作面积不大的摩擦块和金属背板组成。单个制动器中的制动块个数为 2-4 个。2.1.1 定钳盘式制动器定钳盘式制动器的制动钳与浮钳盘式制动器的区别在于其是固定不动的，它安装于汽车车桥上，被完全固定住，因而制动块促动装置是必不可少的，它安装在制动盘的两侧，分别用于推压制动器两侧的制动块使其向制动盘方向移动。缺点：所需的油缸数量多，制动钳的结构略显繁杂；油缸的位置处于制动盘的两侧，两者的连通需要钳内油道或外部油管来完成，在增加了横跨制动盘的管路后，定会加大制动钳的尺寸，从而不适用于现代化轿车的设计要求；制动器的热负达到本科毕业设计6一定限值，制动过程所需的制动液容易发
13、生汽化，失去原有的制动能力；不可单独用于驻车制动，若要使其同时适用于驻车制动，机械促动的驻车制动钳作为附加设备需要加装其中。2.1.2 浮钳盘式制动器浮钳盘式制动器与定钳盘式制动器相比具有相当的优越性，浮钳盘式制动器采用单侧油缸的设计，也就不需要跨越制动盘的油道，故不仅在轴向和径向上的尺寸有所缩小，使其布置得与车轮轮毂的距离更小，且制动液发生受热汽化的可能性也明显减小。2.1.3 全盘式制动器顾名思义，全盘式制动器的整个制动盘能够同步与摩擦片压紧产生制动摩擦力，因此此类制动器的制动力足够大，多数安装于重型汽车上。2.2 鼓式制动器Comment t1: 需要 ug图的可以联系我本科毕业设计7图
14、 1 鼓式制动器构造汽车上所用的制动器的工作原理绝大多数是利用机械摩擦原理工作的，制动器的分类主要是依据其旋转元件的种类，一般将制动器分为鼓式制动器和盘式制动器。前者的摩擦副中的旋转原件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。由于重型车所需的行驶车速通常并不是特别高，盘式制动器并没有鼓式制动蹄耐用，且在价格上更便宜的鼓式制动器大大降低了运输成本，因此现在很多重型汽车的四轮上采用的仍然是鼓式制动器。鼓式制动蹄器的工作原理如图 2。1、2-制动蹄 3、5-支承销 4-制动鼓图 2 鼓式制动器工作原理本科毕业设计8制动蹄 1 和制动蹄 2 分别通过支承销 5
15、 和支承销 3 铰装于制动底版上。制动器制动过程中，轮缸产生的压力（转动凸轮轴）作用于制动蹄上，使其以支承销为支点发生转动后紧紧接触于制动鼓 4 的摩擦表面上，因此两个制动蹄会分别受到制动鼓给予的法向反力和切向力，相应的，制动蹄在制动鼓上会产生切向反力，这个力对制动鼓形成一个阻碍其旋转的制动力矩，大小为（ + ） ，直到完成整个减速制动过程。1X2R通常对制动系的要求如下 3：(1)符合当地各项标准和法规的相关规定；(2)制动效能能够满足制动距离和制动时间要求；(3)工作平稳可靠，稳定性好；(4)制动效能的抗热衰退性能能够满足要求；(5)制动效能的抗水衰退性能能够满足要求； (6)制动过程中的
16、操纵稳定性好，满足驾驶安全性要求；(7)制动踏板和手柄的位置及行程符合人机工程学要求；(8)制动器作用滞后时间尽量减少，提高灵敏度；(9)制动时的制动噪声尽量减轻，无尖叫；(10)保持悬架和转向装置的距离恰当，不产生相互作用的运动干涉。(11)能在全天任何时段正常使用，高温时气制动管路不会产生气阻现象，低温时液压制动管路不会结冰；(12)整个制动系统的各部件成本低、使用寿命长；选择摩擦材料时应满足环保要求，应禁用有害人体的石棉刹车片。根据制动蹄的受力情况可将鼓式制动器分为以下种类，其各种结构形式如图 3 所示（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向
17、）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（ f）双向增力式本科毕业设计9图 3 各类鼓式制动器结构图各类鼓式制动器的区别主要有：（1）起固定制动蹄作用的支点的位置和数量不尽相同；（2）整个制动过程中两制动蹄片之间是否产生相互作用；（3）制动器张开装置的个数和方式有所不同。通常情况下制动效能是用制动效能因数的无因次特性表示的，制动效能因素的定义式为（2-1）0RFMKu2.2.1 领从蹄式制动器见图 3 的(a)、(b),图中制动器上的箭头方向代表汽车行驶过程中制动鼓的转动方向(正向旋转)，蹄 1 和蹄 2 分别为领蹄和从蹄。汽车处于倒车的运行工况时，制动鼓的转向与之前反向，继而领蹄和从蹄的角
18、色相互对调。因此领从蹄式制动器的一大特点是无论是前进制动还是倒车制动，制动器总能保持领蹄和从蹄的数量不变且同时存在。由图 3 中的(a)、(b)可知，作用于领蹄的摩擦力起到了压紧制动蹄的作用，所以此摩擦力矩起到了“增势”的效果，故领蹄又叫做增势蹄；而作用于从蹄上的摩擦力起到了分离从蹄和制动鼓的作用，所以摩擦力矩显现“减势”的效果，故从蹄又叫做减势蹄。“增势”增加了领蹄受到的法向反力；而在“减势”的作用下，从蹄受到的法向反力有所减小。图 3 中，（a ）的领从蹄式制动器装有定心凸轮张开装置的，它在汽车制动减速过程中，确保领蹄和从蹄的移动量保持一致，同样的，领蹄和从蹄上受到的法向反力和制动力也都一
19、致，而领蹄和从蹄上的受到的张开力 。无论在制动鼓正向还是反1P2向旋转时，领从两蹄的法向反力均相等，因此是平衡式的。但其驱动凸轮的力要求较大并且效率不高，仅适用于10t 的车辆中。2.2.2 单向双领蹄式制动器其结构简图见图 3（c ）。此类型制动器属于平衡式制动器，大多应用于中级轿车的前轮制动器。2.2.3 双向双领蹄式制动器其结构简图见图 3（d）。此类制动器不同于领从蹄式制动器，它的领蹄和从蹄在制动鼓正向和反向转动时并不相互变换，它也属于平衡式制动器。其在轻型和中型载货汽车和部分轿车的前后轮制动器中应用广泛。本科毕业设计102.2.4 单向自增力式制动器结构简图如图 3（e ）所示。汽车
20、制动鼓正向旋转制动时，在制动鼓尺寸和摩擦系数相同的条件下，这种制动器的制动效能不仅高于领从蹄式，而且也高于双领蹄式制动器；但汽车在倒车工况下制动时，单向自增力式制动器的性能却与前进制动时大相径庭，制动效能大大减小。因此此类制动器的应用范围不大，一般只用于少数中轻型的货车和轿车的前轮制动器的设计中。2.2.5 双向自增力式制动器其结构见图 3（f）。此类制动器在制动鼓正向和反向转动时，蹄鼓摩擦都起到了自增力作用，且两种工况的制动效能几乎无差异，多用于高级轿车。2.3 制动器方案的选定由于东风 EQ1146VZ4 要求的行驶车速不是太高，所以制动时需要的制动效能无需太高，因此处于制动效能的中等水平
21、的领从蹄式制动器完全符合制动要求。此外，领从蹄式制动器的制动蹄片与制动鼓之间的间隙调整便捷，增加了附装驻车制动装置的可能性，且凸轮式领从蹄式驻车制动器的构造简单易懂，制造成本较低，因此本次设计选用凸轮式领从蹄式制动器作为东风 EQ1146VZ4 这款车的后轮制动器。 3 理想制动力的分配3.1 东风 EQ1146VZ4 后轮制动器设计中需要的整车参数尺寸参数：长 11950mm；宽 2470mm；高 2910mm；轴数：2前悬：12451mm； 后悬：3795mm；前轮距：1940mm； 后轮距：1860mm；轴距：6910mm；总质量：14400kg；整备质量：6705kg；发动机型号：EQD210-20；排量：6234ml；发动机功率：155kw；最高车速:90km/h；轮胎规格：10.00-203.2 前后轮制动力的分配
