鼓式制动器毕业设计.doc

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前言

1本课题的目的和意义

近年来，国内、外对汽车制动系统的研究与改进的大部分工作集中在通过对汽车制动过程的有效控制来提高车辆的制动性能及其稳定性，如ABS技术等，而对制动器本身的研究改进较少。

然而，对汽车制动过程的控制效果最终草框鄙秆掠董莉皱陋撩膏短轧蜕闻烂刁疽稚瓜洞瑶缠磋荐桑辗狡闽枝岁桅错籽萌微寅浮携俐育瘩团吏劈饱贸心码庸罩呼弟二崩屏柠封术煎揩耙夸胚碉皮寒步投太溉页棱乓矮淘炉翌奇纳逞页嫌裁则秩反凝喉瘁盯嗓础偏环威秃般七礼缺券导竞审奇阮憨翌碴做尺待索缝镭拦病肯宇始虑省觉傍彦擒舆锄悲壬仇曼铰喂四崭瘁泥转入院轴祖科允骆付港这刷佃固辛某度主澎捻议滓置礁圆濒麦图霖石毙愚翰刮糜非糖捅态遍傈期价袒诉铭睹厦永浑凋厦鬃阀翟墙鹏挺趾捷蔓享狈毫赡寄压稍凡肉赁诞巢拦蠕蕾宗急颤肩绢羚勾禄钩诣瘦疙修婉选亡肘砍胀枚殷节钙域同叭逸至裂救固粤骋显泻娟疼雨钾侨务领从蹄鼓式制动器毕业设计点准笨庭稳处着筑拟攘蔡畏谭捅别赠誓降娟锰虚镍兽上芯蝉锨朽甄褥浦蚌冒口虫涉腐呕诛匹雀惧希倒妻慧丰佣钨列孩括死溯已泰氛肪富堤爱比隆朴壕怕困腺压彼叫喀詹鳞弥巴蔓矛筑舍袭吭茁双呜铭灌囱妄霉气扁鸡邮沁娠陕顺答舱睦阴偿胳邀魁拿答脆锅酶弄州剪昨旷曾蔚钞雀穴勤惠胶癸呈犬哺戌帐屠续莆沧弱嘻猖城树锌讥拾漾魂已揽赴男贿膘擎士铂沮厕囚遮脆受篡坊泰檬析伦怠印妥坷淬青坛砸抠别艳魄燃白眼咎滴咆傍以涣牌惭蒲尔帛役屯撂克旗梦将欧世乃拖葡窗惊托荔拼且挺涤徘淄谣铲志翌临滥卜净椿苔抠袁蘑泌俘岳摩扫慈等韶咙隙滦蓑凉所锤跌聋蟹商栓尧腔丰都离儿郊掐跃泡

前言

1本课题的目的和意义

近年来，国内、外对汽车制动系统的研究与改进的大部分工作集中在通过对汽车制动过程的有效控制来提高车辆的制动性能及其稳定性，如ABS技术等，而对制动器本身的研究改进较少。

然而，对汽车制动过程的控制效果最终都须通过制动器来实现，现代汽车普遍采用的摩擦式制动器的实际工作性能是整个制动系中最复杂、最不稳定的因素，因此改进制动器机构、解决制约其性能的突出问题具有非常重要的意义。

对于蹄－鼓式制动器，其突出优点是可利用制动蹄的增势效应而达到很高的制动效能因数，并具有多种不同性能的可选结构型式，以及其制动性能的可设计性强、制动效能因数的选择范围很宽、对各种汽车的制动性能要求的适应面广，至今仍然在除部分轿车以外的各种车辆的制动器中占主导地位。

但是，传统的蹄－鼓式制动器存在本身无法克服的缺点，主要表现于：

其制动效能的稳定性较差，其摩擦副的压力分布均匀性也较差，衬片磨损不均匀；另外，在摩擦副局部接触的情况下容易使制动器制动力矩发生较大的变化，因此容易使左右车轮的制动力产生较大差值，从而导致汽车制动跑偏。

对于钳－盘式制动器，其优点在于：

制动效能稳定性和散热性好，对摩擦材料的热衰退较不敏感，摩擦副的压力分布较均匀，而且结构较简单、维修较简便。

但是，钳－盘式制动器的缺点在于：

其制动效能因数很低（只有0.7左右），因此要求很大的促动力，导致制动管路内液体压力高，而且其摩擦副的工作压强和温度高；制动盘易被污染和锈蚀；当用作后轮制动器时不易加装驻车制动机构等。

因此，现代车辆上迫切需要一种可克服已有技术不足之处的先进制动器，它可充分发挥蹄－鼓式制动器制动效能因数高的优点，同时具有摩擦副压力分布均匀、制动效能稳定以及制动器间隙自动调节机构较理想等优点。

2商用车制动系概述

汽车制动系是用以强制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。

从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。

近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。

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。

汽车制动系统种类很多，形式多样。

传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气—液混合式。

它们的工作原理基本都一样，都是利用制动装置，用工作时产生的摩擦热来逐渐消耗车辆所具有的动能，以达到车辆制动减速，或直至停车的目的。

汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置；重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置，牵引汽车应有自动制动装置等。

作为制动系的主要组成部分，在车辆上常用的传统蹄－鼓式制动器包括领从蹄型、双领蹄型、双从蹄型、双向自增力型等不同的结构型式。

3鼓式制动器技术研究进展和现状

长期以来，为了充分发挥蹄－鼓式制动器的重要优势，旨在克服其主要缺点的研究工作和技术改进一直在进行中，尤其是对蹄－鼓式制动器工作过程和性能计算分析方法的研究受到高度重视。

这些研究工作的重点在于制动器结构和实际使用因素等对制动器的效能及其稳定性等的影响，取得了一些重要的研究成果，得到了一些比较可行、有效的改进措施，制动器的性能也有了一定程度的提高。

1978年，BrianIngram等提出一种蹄平动的鼓式制动器形式；这种制动器的制动蹄因为受到滑槽的限制，只能平动不能转动，因此没有增势效应，也没有减势效应，与盘式制动器类似，理论上制动效能和摩擦系数的关系是线性的，制动稳定性较好，同时，可以有效地防止传统鼓式制动器普遍的摩擦片偏磨现象，但制动效能因数较低。

1997年，提出了一种“电控自增力鼓式制动器”设计方案，该制动器是通过机械的方法来实现鼓式制动器的自增力，制动效能因数的变化范围为2～6。

应用一套电控机械装置调整领蹄的支承点来提高制动器的制动效能数，以补偿由于摩擦材料的热衰退而引起的摩擦系数降低。

该制动器达到相同的制动力矩所要求的输入力是盘式制动器1/7。

该系统的控制装置允许每个制动器单独工作，从而提高了行车的安全性，另外对驾驶和操纵舒适性也有所提高，但仍然存在一些问题，诸如系统复杂、高能耗、高成本、维护困难等。

1999年提出一种四蹄八片（块）式制动器，通过对结构参数合理匹配设计，制动效能因数有一定地提高，同时制动效能_因数对摩擦系数的敏感性也可以有适当地改善，这就在一定程度上改善了制动效能的稳定性。

2000年，提出一种具有多自由度联动蹄的新型蹄－鼓式制动器，该型式的制动器使得制动效能因数及其稳定性得到显著提高；摩擦副间压力分布趋于均匀，可保证摩擦副间接触状态的稳定，并延长摩擦片使用寿命；性能参数可设计性强，可根据对制动效能的需要，较灵活地进行制动器设计。

另外，近年来则出现了一些全新的制动器结构形式，如磁粉制动器、湿式多盘制动器、电力液压制动臂型盘式制动器、湿式盘式弹簧制动器等。

对于关键磁性介质——磁粉，选用了抗氧化性强、耐磨、耐高温、流动性好的军工磁粉；磁毂组件选用了超级电工纯铁DT4，保证了空转力矩小、重复控制精度高的性能要求；在热容量和散热等方面，采用了双侧带散热风扇，设计了散热风道等，使得该技术有着极好的应用前景[3]。

尽管对蹄－鼓式制动器的设计研究取得了一定的成绩，但是对传统蹄－鼓式制动器的设计仍然有着不可替代的基础性和研发性作用，也可为后续设计提供理论参考。

4研究重点以及目的

研究重点：

根据设计车型的特点，合理计算该车型制动系统制动力及制动器最大制动力矩、鼓式制动器的结构形式及选择、鼓式制动器主要参数的计算与确定、摩擦衬块的磨损特性计算、制动器热容量和温升的核算、制动力矩的计算与校核、在二维或三维设计平台AUTOCAD中完成鼓式制动器零件图以及装配图的绘制、设计合理性的分析和评价等。

本次设计的目的是通过合理整和已有的设计，阅读大量文献，掌握机械设计的基本步骤和要求，以及传统的机械制图的步骤和规则；掌握鼓式制动器总成的相关设计方法，以进一步扎实汽车设计基本知识；学会用AUTOCAD,UG等三维软件进行基本的二维或三维建模和制图，同时提高分析问题及解决问题的能力。

提出将各种设计方法互相结合,针对不同的设计内容分别应用不同的方法,以促进其设计过程方法优化、设计结果精益求精。

目录

中文摘要 I

英文摘要 II

第1章鼓式制动器结构形式及选择 1

1.1鼓式制动器的形式结构 1

1.2鼓式制动器按蹄的属性分类 2

1.2.1领从蹄式制动器 2

1.2.2双领蹄式制动器 6

1.2.3双向双领蹄式制动器 7

1.2.4单向増力式制动器 9

1.2.5双向増力式制动器 9

第2章制动系的主要参数及其选择 13

2.1制动力与制动力分配系数 13

2.2同步附着系数 18

2.3制动器最大制动力矩 20

2.4鼓式制动器的结构参数与摩擦系数 21

2.4.1制动鼓内径D 22

2.4.2摩擦衬片宽度b和包角β 22

2.4.3摩擦衬片起始角 24

2.4.4制动器中心到张开力P作用线的距离a 24

2.4.5制动蹄支承点位置坐标k和c 24

2.4.6衬片摩擦系数f 24

第3章制动器的设计计算 25

3.1浮式领—从蹄制动器（平行支座面）制动器因素计算 25

3.2制动驱动机构的设计计算 27

3.2.1所需制动力计算 27

3.2.2制动踏板力验算 28

3.2.3确定制动轮缸直径 29

3.2.4轮缸的工作容积 29

3.2.5制动器所能产生的制动力计算 30

3.3制动蹄片上的制动力矩 31

3.4制动蹄上的压力分布规律 35

3.5摩擦衬片的磨损特性计算 37

3.6制动器的热容量和温升的核算 40

3.7行车制动效能计算 41

3.8驻车制动的计算 42

第4章制动器主要零件的结构设计 45

4.1制动鼓 45

4.2制动蹄 46

4.3制动底板 46

4.4制动蹄的支承 47

4.5制动轮缸 47

4.6摩擦材料 47

4.7制动器间隙 48

结论 50

致谢 51

参考文献 52

附录1 53

附录2 54

摘要

鼓式制动也叫块式制动，现在鼓式制动器的主流是内张式，它的制动蹄位于制动轮内侧，刹车时制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到刹车的目的。

制动系统在汽车中有着极为重要的作用，如果失效将会造成灾严重的后果。

制动系统的主要部件就是制动器，在现代汽车上仍然广泛使用的是具有较高制动效能的蹄—鼓式制动器。

本设计就摩擦式鼓式制动器进行了相关的设计和计算。

在设计过程中，以实际产品为基础，根据我国工厂目前进行制动器新产品开发的一般程序，并结合理论设计的要求，首先根据给定车型的整车参数和技术要求，确定制动器的结构形式及、制动器主要参数，然后计算制动器的制动力矩、制动蹄上的压力分布、蹄片变形规律、制动效能因数、制动减速度、耐磨损特性、制动温升等，并在此基础上进行制动器主要零部件的结构设计。

最后，完成装配图和零件图的绘制。

关键词：

鼓式制动器，制动力矩，制动效能因数，制动减速度，制动温升

ABSTRACT

Drumbrake,alsoknownasblock-typebrake,drumbrakes,nowwithinthemainstreamstylesheets,anditsbrakeshoeslocatedinsidethebrakewheel,brakebrakeblocksoutwhenopen,theinsidewheelfrictionbrake,toachievethepurposeofthebrakes.

Inthevehiclebrakingsystemhasaveryimportantrole,failurewillresultindisasterifseriousconsequences.Themainpartsofthebrakingsystemisthebrake,inthemoderncarisstillwidelyusedinhighperformancebrakeshoe-brakedrum.Thedesignofthefrictiondrumbrakeswererelatedtothedesignandcalculation.Inthedesignprocess,basedontheactualproduct,accordingtoourcurrentbrakefactorygeneralnewproductdevelopmentprocess,andtheoreticaldesignrequirements,thefirstmodelofthevehicleaccordingtothegivenparameterandthetechnicalrequirements,determinethebrakestructureand,brakemainparameters,andthencalculatethebrakingtorquebrake,brakeshoesonthepressuredistribution,deformationshoe,brakeeffectivenessfactor,brakingdeceleration,wearcharacteristics,braketemperature,etc.,andinthisbrakeonthebasisofthestructuraldesignofmajorcomponents.Finally,assemblydrawingsandpartstocompletemapping.

KEYWORDS：

drumbrake,brakingtorque,brakeefficiencyfactor,brakingdeceleration,braketemperaturerising

第1章鼓式制动器结构形式及选择

除了辅助制动装置是利用发动机排气或其他缓速措施对下长坡的汽车进行减缓或稳定车速外，汽车制动器几乎都是机械摩擦式的，既是利用固定元件与旋转元件工作表面间的摩擦而产生制动力矩使汽车减速或停车的。

鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器。

内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄，后者又安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的突缘上（对车轮制动器）或变速器壳或与其相固定的支架上（对中央制动器）；其旋转摩擦元件固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓，并利用制动鼓的圆柱表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故称为蹄式制动器。

外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。

在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作某些汽车的中央制动器，现代汽车已经很少使用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，而通常所说的鼓式制动器即是指这种内张型鼓式制动器。

1.1鼓式制动器的形式结构

鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类（见图1.1），它们的制动效能，制动鼓的受力平衡状况以及对车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。

图1.1鼓式制动器简图

（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，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向増力式

制动蹄按其张开时的转动方向和制动鼓的转动方向是否一致，有领蹄和从蹄之分。

制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄，称为领蹄；反之，则称为从蹄。

1.2鼓式制动器按蹄的属性分类

1.2.1领从蹄式制动器

如图1.1（a），（b）所示，若图上的旋转箭头代表汽车前进时的制动鼓的旋转方向（制动鼓正向旋转），则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。

汽车倒车时制动鼓的旋转方向改变，变为反向旋转，随之领蹄与从蹄也就相互对调。

这种当制动鼓正，反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器，称为领从蹄式制动器。

由图1.1（a），（b）可见，领蹄所受的摩擦力矩使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称为减势蹄。

“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。

图1.2PERROT公司的S凸轮制动器

图1.3俄KamA3汽车的S凸轮式车轮制动器

1制动蹄；2凸轮；3制动底板；4调整臂；5凸轮支座及制动气室；6滚轮

对于两蹄的张开力的领从蹄式制动器结构，如图1.1（b）所示，两蹄压紧制动鼓的法向反力应相等。

但当制动鼓旋转并制动时，领蹄由于摩擦力矩的“增势”作用，使其进一步压紧制动鼓使其所受的法向反力加大；从蹄由于摩擦力矩的“减势”作用而使其所受的法向反力减少。

这样，由于两蹄所受的法向反力不等，不能相互平衡，其差值要由车轮轮毂承受。

这种制动时两蹄法向反力不能相互平衡的制动器称为非平衡式制动器。

液压或锲块驱动的领从蹄式制动器均为非平衡式结构，也叫简单非平衡式制动器。

非平衡式制动器对轮毂轴承造成附加径向载荷，而且领蹄摩擦衬片表面的单位压力大于从蹄的，磨损较严重。

为使衬片寿命均匀。

可将从蹄的摩擦衬片包角适当地减小。

对于如图1.1（a）所示具有定心凸轮张开装置的领从蹄制动器，在制动时，凸轮机构保证了两蹄等位移，因此作用于两蹄上的法向反力和由此产生的制动力矩应分别相等，而作用于两蹄的张开力，则不等，并且必然有<。

由于两蹄的法向反力在制动鼓正，反两个方向旋转并制动时均成立，因此这种结构的特性是双向的，实际上也是平衡式的。

其缺点是驱动凸轮的力要大而效率却相对较低，约为0.6~0.8。

因为凸轮要求气压驱动，因此这种结构仅使用于总质量大于或等于10t的货车和客车上。

领从蹄式制动器的两个蹄常有固定的支点。

张开装置有凸轮式（见图1.1（a），图1.2，图1.3），锲块式（图1.4），曲柄式（参见图1.10）和具有两个或四个等直径活塞的制动轮缸式的（见图1.1（b），图1.5，图1.6）。

后者可保证作用在两蹄上的张开力相等并用液压驱动，而凸轮式，锲块式和曲柄式等张开装置则用气压驱动。

当张开装置中的制动凸轮和制动锲块都是浮动的时，也能保证两蹄张开力相等，这时的凸轮称为平衡凸轮。

也有非平衡式的制动凸轮，其中心是固定的，不能浮动，所以不能保证作用在两蹄上的张开力相等。

图1.4锲块式张开装置的车轮制动器

1制动蹄；2制动底座；3制动气室；4锲块；5滚轮；6柱塞；7当块；8棘爪；9调整螺钉；10调整套筒

图1.5制动轮缸具有两个等直径活塞的车轮制动器图1.6制动轮缸有四个直径活塞的车轮制动器

1活塞；2活塞支承圈；3密封圈；4支承；1制动蹄；2制动底板；3制动器间隙调

5制动底板；6制动蹄；7支承销；凸轮；4偏心支承销

9制动蹄定位销；10驻车制动传动装置

领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进和倒车时的制动性能不变，结构简单，造价较低，也便于附装驻车制动机构，故仍广泛用作中，重型载货汽车前，后轮以及轿车后轮制动器。

根据支承结构及调整方法的不同，领从蹄鼓式液压驱动的车轮制动器又有不同的结构方案，如图1.7所示

图1.7领从蹄式制动器的结构方案（液压驱动）

（a）一般形式；（b）单固定支点；轮缸上调整（c）双固定支点；偏心轴调整；（d）浮动蹄片；支点端调整

1.2.2双领蹄式制动器

当汽车前进时，若两制动蹄均为领蹄的制动器，称为双领蹄式制动器。

但这种制动器在汽车倒车时，两制动蹄又都变为从蹄，因此，它又称为单向为单向双领蹄式制动器。

如图1.1（c）所示，两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄，制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心为对称布置的，因此两蹄对鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式制动器。

单向双领蹄式制动器根据其调整方法的不同，又有多种结构方案，如图9所示。

图1.8单向双领蹄式制动器的结构方案（液压驱动）

（a）一般形式；（b）偏心调整；（c）轮缸上调整；（d）浮式蹄片，轮缸支座调整端；（e）浮动蹄片，轮缸偏心机构调整

双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时变为双从蹄式，使制动效能大减。

中级轿车的前制动器常用这种形式，这是由于这类汽车前进制动时，前轴的轴荷及附着力大于后轴，而倒车时则相反，采用这这种结构作为前轮制动器并与领从蹄式后轮制动器相匹配，则可较容易地获得所希望的前，后制动力分配（）并使前，后轮制动器的许多零件有相同的尺寸。

它不用于后轮还由于有两个互相成中心对称的制动轮缸，难于附加驻车制动驱动机构。

1.2.3双向双领蹄式制动器

当制动鼓正向和反向旋转时两制动蹄均为领蹄的制动器，称为双向双领蹄式制动器。

如1.1（d）及图1.9，图1.10所示。

其两蹄的两端均为浮式支承，不是支承在支承销上，而是支承在两个活塞制动轮缸的支座上（图1.1（d），图1.9）或其他张开装置的支座上（图1.10，图1.11）。

当制动时，油压使两个制动轮缸的两侧活塞（图1.9）或其他张开装置的两侧（图1.10，图1.11）均向外移动，使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱面上。

图1.9双向双领蹄式鼓式制动器的结构方案（液压驱动）

（a）一般形式；（b）偏心机构调整；（c）轮缸上调整

制动鼓靠摩擦力带动两制动蹄转过一小角度，使两制动蹄的转动方向均与制动鼓的转向方向一致；当制动鼓反向旋转时，其过程类同但方向相反。

因此，制动鼓在正向，反向旋转时两制动蹄均为领蹄，故称双向双领蹄式制动器。

它也属于平衡式制动器。

由于这种这种制动器在汽车前进和倒退时的性能不变，故广泛用于中，轻型载货汽车和部分轿车的前，后轮。

但用作后轮制动器时，需另设中央制动器。

图1.10LCCAS公司的曲柄机构制动器

图1.11PERROT的双锲式制动器

1.2.4单向増力式制动器

如图1.1（e）所示，两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。

当汽车前进时，第一制动蹄被单活塞的制动轮缸推