汽车制动系在国内外的研究状况及发展趋势Word文件下载.docx

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制动鼓内径D 22

摩擦衬片宽度b和包角 23

摩擦衬片起始角 25

制动器中心到张开力作用线的距离e 25

制动蹄支承点位置坐标a和c 25

摩擦片摩擦系数 25

固定凸轮式（S型凸轮）气制动器的制动器因数计算 26

制动力的计算 27

所需的制动力计算 27

制动器所能产生的制动力计算 28

制动蹄片上的制动力矩 29

行车制动效能计算 32

驻车制动计算 33

摩擦衬片的磨损特性计算 35

第6章制动器的结构及主要零部件设计 37

制动蹄 37

制动鼓 38

摩擦衬片 39

摩擦材料 40

蹄与鼓之间的间隙自动调整装置 41

制动支承装置 42

制动轮缸 43

张开机构 43

制动蹄回位弹簧 43

第7章结论 44

致谢 45

参考文献 46

-46

摘要

据有关资料介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。

可见，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。

此外，制动系统的好坏还直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。

制动系既可以使行驶中的汽车减速，又可保证停车后的汽车能驻留原地不动。

由此可见，汽车制动系对于汽车行驶的安全性，停车的可靠性和运输经济效益起着重要的保证作用。

本文通过对常用的鼓式制动器的工作原理分析，根据车型特点，车载受力等因数，完成了鼓式制动器总体设计与核验。

关键词：

制动系统，运输经济效益，鼓式制动器

Abstract

Accordingtotheinformationonthevehicleitselfasaresultofproblemscausedbytrafficaccidents,thebrakesystemfailurecausedtheaccidentaccountingforthetotalnumberof45%.Sobrakingsystemisanextremelyimportantsystemtoensuretrafficsafety.Inaddition,thebrakingsystemhasadirectimpactonthequalityoftheaveragevehiclespeedandvehicletransportationefficiency,thatis,animportantfactorensuringcost-effectivetransport.Itnotonlycanslowdownamovingvehicle,butalsotoensurethatthecarcanbefixedinsituafterparking.Thisshowsthatthevehiclebrakingsystemplaysanimportantroleintrafficsafety,thereliabilityofparking,andtransporteconomicefficiency.

Thisarticlethroughtothecommonlyuseddrumbrakes,accordingtotheworkingprincipleanalysismodelscharacteristics,suchascarstress,completingthefactorofdrumbrakeoveralldesignandnuclearcheck.

Keywords:

Brakingsystems,Transportationeconomicbenefit,Drumbrake

第1章绪论

本课题的目的和意义

车辆的制动性能是车辆主动安全性能中最重要的性能之一。

汽车的制动性能是由汽车的制动系统决定的，它主要是给安全行驶提供保证，其中其制动器性能的优劣将直接影响汽车整车性能的优劣，直接关系到驾乘人员的生命财产安全，重大交通事故往往与制动距离过长、紧急制动时发生侧滑和失去转向能力等情况有关，因此汽车的制动性能是汽车安全行驶的重要保障。

汽车的制动过程是很复杂的，它与汽车总布置和制动系各参数选择有关。

汽车制动系统主要由供能装置、传能装置、控制装置和制动器组成，制动器的实际性能是整个制动系中最复杂和最不稳定的因素，因此制动器的设计在整车设计中显得非常重。

汽车制动系在国内外的研究状况及发展趋势

随着汽车安全性的日益提高，汽车制动系统也历经了数次变迁和改进。

从最初的皮革摩擦制动，到后来的鼓式、盘式制动器，再到机械式ABS制动系统，紧接着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，等等。

近10年来，西方发达国家又兴起了对汽车线控系统的研究，线控制动系统应运而生，并开展了对电控机械制动系统的研究。

简单来说，电控机械制动系统就是把原来液压或者压缩空气驱动的部分改为电动机驱动，借以提高响应速度，增加制动效能,同时大大简化了结构，降低了装配和维护的难度。

由于人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加入大量电子控制系统（如ABS、TCS、ESP）后，结构和管路布置越来越复杂，加大了液压（空气）回路泄漏的隐患，同时装配和维修的难度也随之提高；

因此，结构相对简单、功能集成可靠的电控机械制动系统越来越受到青睐。

可以预见，EMB将最终取代1传统的液压（空气）制动器，成为未来汽车制动系统的发展方向。

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。

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。

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。

研究重点

根据设计车型的特点，进行参数选择；

确定制动器的结构方案；

完成制动器的总体和主要零部件的设计。

第2章汽车总体参数的选择及计算

汽车形式的确定

汽车的分类按照GB/—2001将汽车分为乘用车和商用车。

不同形式的汽车，主要体现在轴数、驱动形式、以及布置形式上有区别。

轴数

汽车可以有两轴、三轴、四轴甚至更多的轴数。

影响选取轴数的因素主要有汽车的总质量、道路法规对轴载质量的限制和轮胎负荷能力以及汽车的结构等。

包括乘用车以及汽车总质量小于19t的公路运输车辆和轴荷不受道路、桥梁限制的不在公路上行驶的车辆，均采用结构简单、制造成本低廉的两轴方案。

总质量在19t~26t的公路运输车采用三轴形式，总质量更大的汽车宜采用四轴或四轴以上的形式。

由于本设计的汽车是重型，其总质量大于19t，所以采用三轴布置方案。

驱动形式

由于本设计的汽车总质量大于19t，所以采用6×

4的驱动形式。

布置形式

货车可以按照驾驶室与发动机相对位置不同，分为平头式、短头式、长头式和偏置式四种。

货车又可按发动机位置不同，分为发动机前置、中置和后置三种布置形式。

平头式货车的发动机位于驾驶室内，其主要优点是：

汽车总长和轴距尺寸短，最小转弯直径小，机动性能好；

不需要发动机罩和翼子板，汽车整备质量减小，驾驶员视野得到明显改善，采用翻转式驾驶室时能改善发动机及其附件的接近性；

汽车货箱与整车的俯视面积之比比较高。

平头式货车得到广泛的应用。

所以本设计采用平头式的布置形式，并且采用发动机前置后桥驱动。

汽车质量参数的确定

汽车的质量参数包括整车整备质量、载客量、装载质量、质量系数、汽车总质量、轴荷分配等。

本设计中给出装载质量t。

质量系数

质量系数是指汽车装载质量与整车整备质量的比值，即＝。

该系数反映了汽车的设计水平和工艺水平，值越大，说明该汽车的设计水平和工艺水平越先进。

参考同类型的汽车的质量系数值（表2-1）后，综合选定本设计中的质量系数值

表2-1不同类型汽车的质量系数

汽车类型

货车

轻型

0．80-1．10

中型

1．20-1．35

重型

1．30-1．70

由此可以确定整车整备质量，t。

汽车总质量

汽车总质量是指装备齐全，并按照规定装满客，货时的整车质量。

商用货车的总质量由整备质量、装载质量和驾驶员以及随行人员质量三部分组成，即

Kg

式中，为包括驾驶员及随行人员数在内的人数，应等于座位数。

代入数据，n=2，t，t可得到总质量。

载荷分配

汽车的轴荷分配是指汽车在空载或满载静止状态下，各车轴对支承平面的垂直负荷，也可以用占空载或满载总质量的百分比来表示。

轴荷分配对轮胎寿命和汽车的许多使用性能有影响。

从各轮胎磨损均匀和寿命相近考虑，各个车轮的负荷应相差不大；

为了保证汽车有良好的动力性和通过性，驱动桥应有足够大的负荷，而从动轴上的负荷可以适当减小，以利减小从动轮滚动阻力和提高在环路面上的通过性，为了保证汽车有良好的操纵稳定性，又要求转向轴的负荷不应过小，因此，可以得出作为很重要的轴荷分配参数，各使用性能对其要求是相互矛盾的，这就要求设计时应根据对整车的性能要求，使用条件等，合理地选择轴荷分配。

表2-2各类汽车的轴荷分配

车型

满载

空载

前轴

后轴

乘

用

车

发动机前置前轮驱动

发动机前置后轮驱动

发动机后置后轮驱动

47%~60%

45%~50%

40%~46%

40%~53%

50%~55%

54%~60%

56%~66%

51%~56%

38%~50%

34%~44%

44%~49%

50%~62%

商

货

后轮单胎

后轮双胎，长、短头式

后轮双胎，平头式

后轮双胎

32%~40%

25%~27%

30%~35%

19%~25%

60%~68%

73%~75%

65%~70%

75%~81%

50%~59%

48%~54%

31%~37%

41%~50%

46%~52%

63%~69%

本设计选择后轮双胎，平头式的数据进行计算。

汽车主要数据的确定

质心高度

汽车的质心高度参考同类型重型货车可以选择空载时的质心高度为=1420mm，满载时的质心高度取为=1530mm。

轴距

轴距L对整备质量、汽车总长、汽车最小转弯直径、传动轴长度、纵向通过半径等有影响。

当轴距小时，上述指标均减小。

此外，轴距还对轴荷分配、传动轴夹角有影响。

轴距过短，会带来一系列缺点，车厢长度不足或后悬过长，制动或上坡时轴荷转移过大，使汽车的制动性和操纵稳定性变坏，车身纵向角震动过大，此外还会导致万向节传动的夹角过大等问题。

综合各方面数据选择重型货车的轴距L=5200mm。

第3章制动器的结构型式及要求

汽车制动器除各种缓速装置外，几乎都是机械摩擦式的，即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，根据旋转元件的不同分为鼓式和盘式两大类，不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，鼓式刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，而且盘式制动器比鼓式制动器要贵些，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。

其工作原理如图所示。

1、2—制动蹄3、5—支承销4—制动鼓

图鼓式制动器工作原理

带有摩擦片的制动蹄1、2通过支承销5、3铰装在制动底版上。

制动时，轮缸活塞（转动凸轮轴）对制动蹄施加张开力P，使其绕支承销转动，并抵靠在制动鼓4表面上。

这是制动蹄1、2分别受到制动鼓作用的法向反力、，和切向力、，而制动蹄的切向反力对制动鼓产生一个与其旋转方向相反的制动力矩（+）R，（R为制动鼓工作半径），从而达到使汽车减速的目的。

制动系应满足如下要求：

（1）能适应有关标准和法规的规定。

（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。

（3）工作可靠。

（4）制动效能的热稳定性好。

（5）制动效能的水稳定性好。

（6）制动时的操纵稳定性好。

（7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求。

（8）作用滞后的时间要尽可能地短。

（9）制动时制动系噪声尽可能小，且无异常声响。

（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）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。

（12）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，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维[6]。

鼓式制动器的结构形式

鼓式制动器一般可按其制动蹄受力情况进行分类（见图3-1），它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状态以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。

图3-1制动器的结构形式

鼓式制动器的各种结构形式如图3-2a-f所示。

图3-2鼓式制动器示意图

（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）双向增力式

不同形式鼓式制动器的主要区别有：

（1）蹄片固定支点的数量和位置不同。

（2）张开装置的形式与数量不同。

（3）制动时两蹄片之间有无相互作用。

因蹄片的固定支点和张开力位置不同，使不同形式鼓式制动器的领、从蹄数量有差别，并使制动效能不一样。

在单位输入压力或力的作用下所输出的力或力矩，称为制动效能。

在评比不同形式制动器的效能时，常用一种称为制动效能因素的无因次指标。

制动效能因素的定义为：

在制动鼓或制动盘的作用半径R上所得到的摩擦力（）与输入力之比，即

式中，K为制动器效能因素；

R为制动器输出的制动力矩。

制动效能的稳定性是指其效能因素K对摩擦因素的敏感性。

使用中随温度和水湿程度变化。

要求制动器的效能稳定性好，即是其效能对的变化敏感性小。

领从蹄式制动器

如图3-2（a）、（b）所示，图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向（制动鼓正向旋转），蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。

汽车倒车时制动鼓的变为反向旋转，随之领蹄与从蹄相互对调。

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3-2（a）、（b）可见，领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称增势蹄；

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。

对于两蹄的张开力的领从蹄式制动器结构，如图3-2（b）所示，两蹄压紧制动鼓的法向力相等。

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而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小。

这样，由于两蹄所受的法向反力不等，不能相互平衡，其差值由车轮轮毂轴承承受。

这种制动时两蹄法向反力不能相互平衡的制动器也称为非平衡式制动器。

液压或楔块驱动的领从蹄式制动器均为非平衡式结构，也叫做简单非平衡式制动器。

非平衡式制动器将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。

为使衬片寿命均衡，可将从蹄的摩擦衬片包角适当地减小。

对于如图3-2（a）所示具有定心凸轮张开装置的领从蹄式制动器，制动时，凸轮机构保证了两蹄等位移，作用于两蹄上的法向反力和由此产生的制动力矩分别相等，而作用于两蹄的张开力P1、P2则不等，且必然有P1<

P2。

由于两蹄的法向反力N1=N2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～。

因为凸轮要求气压驱动，因此这种结构仅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3-2（a）、图3-3、图3-4）、楔块式（见图3-5、图3-6）、曲柄式（参见图3-12）和具有两个或四个等直径活塞的制动轮缸式的（见图3-2（b）、图3-7、图3-8）。

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、楔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楔块都是浮动的时，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3-3S凸轮制动器

图3-4楔块式张开装置及其受力简图

图3-5S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

图3-6楔块式张开装置的车轮制动器

2—制动底板；

3—制动气室；

4—楔块；

5—滚轮

6—柱塞；

7—档块；

8—棘爪；

9—调整螺钉；

10—调整套筒

图3-7制动轮缸具有两个个等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；

5—制动底板；

6—制动蹄

7—支承销；

8—青铜偏心轮；

9—制动蹄定位销；

10—驻车制动传动装置

图3-8制动轮缸具有四个等直径活塞的车轮制动器

3—制动器间隙调整凸轮；

4—偏心支承销

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、重型载货汽车的前、后轮以及轿车的后轮制动器。

单向双领蹄式制动器

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，它又称为单向双领蹄式制动器。

如图3-10（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作对称布置的，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3-10所示。

图3-10单向双领蹄式制动器的机构方案（液压驱动）

（a）一般形式；

（b）偏心调整；

（c）轮缸上调整；

（d）浮动蹄片，轮缸支座端调整；

（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，但倒车时则变为双从蹄式，使制动效能大降。

中级轿车的前制动器常用这种型式，这是由于这类汽车前进制动时，前轴的动轴荷及附着力大于后轴，而倒车时则相反，采用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、后轮制动力分配并使前、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。

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。

如图3-2（d）及图3-11、图3-12所示。

图3-11双向双领蹄式制动器的结构方案（液压驱动）

（b）偏心机构调整；

（c）轮缸上调整

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3-2（d）、图3-11）或其他张开装置的支座上（图3-12、图3-13）。

图3-12曲柄机构制动器（气压驱动）图3-13双楔制动器（气压驱动）

当制动时，油压使两个制动轮缸的两侧活塞（图3-11）或其他张开装置的两侧（图3-12、图3-13）均向外移动，使两制动蹄均压紧在制动鼓的内圆柱面上。

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旋转方向一致；

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，故称为双向双领蹄式制动器。

它也属于平衡式制动器。

由于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。

双从蹄式制动器

双从蹄式制动器的两蹄片各有一个固定支点，而且两固定支点位于两蹄片的不同端，并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片，其结构形式与单向双领蹄式相反。

双从蹄式制动器的制动效能稳定性最好，但因制动效能最低，所以很少采用。

单向增力式制动器

如图3-2（e）所示，两蹄下端以顶杆