CA7160后輪制動器設計

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本科畢業(yè)設計說明書作者姓名：專 業(yè)：指導老師：學 號：中 文 摘 要- 1 -標題： CA7160 后輪制動器設計計算說明書摘要：汽車的制動性是汽車的主要性能之一。任何一套制動系統(tǒng)均由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)組成.制動器是制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的力的部件，本次設計是針對車型為 CA7160 的后輪制動器,類型為領從蹄式制動器，制動蹄采用浮式支撐，附裝有駐車制動機構(gòu)。進行了主要零件的結(jié)構(gòu)設計，整體的設計計算，零件強度計算，典型零件工藝分析和總成裝配工藝過程分析，在文末附上了一篇與 ESP 有關的英文論文的翻譯。關鍵詞 制動器 設計 摩擦 計算 外 文 摘 要Title： The Design of CA7160s Brake- 2 -AbstractThe ability of automobile .The braking system is composed of brake and braking actuating mechanisms. Brake is the component of braking system, which is used to produce forces to block the movement of automobile or the movement trend. This design aims at the rear-wheel brake of the CA7160. The breaks type is leading trailing shoe brake. I use the floating shoe as the brake shoe. I also add the parking break in my design. I design the structure of the main parts, the calculation of the brake and the strength calculation of some parts. I also analyze the technique of some parts and the unit assembly. At the end of the article, there is a translation of an English article, which is about ESP. Keywords Brake Design Friction Calculate目 錄1 緒言： .21.1 制動系統(tǒng)概述 .21.1.1 制動系統(tǒng)的工作原理 .21.1.2 制動系的結(jié)構(gòu)特點及分類。 .41.1.3 制動系設計要求 61.2 制動器概述 71.3 與制動有關的新技術(shù) 91.3.1 ABS 技術(shù) .91.3.2 ESP 技術(shù) .91.3.3 EBD 技術(shù) .101.4 設計意義 102 設計部分： 112.1 設計準備: 112.2 制動器的結(jié)構(gòu)方案分析 .132.2.1 各式鼓式制動器優(yōu)缺點比較： .132.2.2 制動器類型選擇結(jié)果 162.3 CA7160 制動器的結(jié)構(gòu)特點 .162.4 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)的確定 .182.4.1 主要參數(shù)的確定確定方法 182.4.2 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)選擇結(jié)果 .212.5 CA7160 后輪制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設計 .212.5.1 制動鼓 212.5.2 制動蹄 222.5.3 制動底板 232.5.4 制動蹄的支承 232.5.5 制動輪缸 242.5.6 摩擦襯片 242.5.7 CA7160 后輪制動器主要零件結(jié)構(gòu)設計結(jié)果 .252.5.8 CA7160 后輪制動器蹄與鼓之間的間隙自動調(diào)整裝置 .262.6 CA7160 后輪制動器設計計算 .262.6.1 壓力沿襯片的分布規(guī)律 .262.6.2 計算蹄片上的制動力矩 .282.6.3 襯片磨損特性的計算 .282.6.4 制動因素分析計算 .302.6.5 制動輪缸直徑與工作容積 .312.7 CA7160 后輪制動器零件強度計算 .322.7.1 強度計算準備 .32- 1 -2.7.2 緊固摩擦片鉚釘?shù)眉魬︱炈?.323 工藝部分 333.1 典型零件工藝分析 .333.1.1 毛坯的選擇 .333.1.2 選擇定位基準 343.2 總成裝配工藝過程 353.2.1 編排裝配順序的原則是： 353.2.2 制動蹄總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-3.353.2.3 輪缸總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-4.353.2.3 總成裝配工藝系統(tǒng)圖見圖 3-5.354 英文論文翻譯 38設計總結(jié)： 55致謝 55參考文獻： 55本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 0 頁 共 57 頁- 0 -1 緒言：汽車的制動性是汽車的主要性能之一，它為汽車安全行駛提供了重要保證。隨著高速公路的迅速發(fā)展和汽車車速的提高，設計一套可靠、穩(wěn)定的制動系統(tǒng)將給駕駛者和乘客的人身財產(chǎn)安全提供有力的保障。改善汽車制動性也始終是汽車設計制造和使用部門的重要任務。1.1 制動系統(tǒng)概述人們?yōu)榱藵M足生活和工作的需要，希望汽車行駛速度盡量地快，但必須以保證行駛安全為前提。汽車除能高速行駛外，在即將轉(zhuǎn)向、行經(jīng)不平路面、兩車交會、遇到障礙或危險時，都須減低車速。有時需要在盡可能短的距離內(nèi)將車速降到很低，甚至為零。如果汽車不具備這性能，高速行駛就不可能實現(xiàn)。汽車在下長坡時，在重力作用下，有不斷加速到危險程度的趨向。此時應當將車速限制在定的安全值以內(nèi)，并保持穩(wěn)定。此外，對已停駛(特別是在坡道上停駛)的汽車，應使之可靠地駐留原地不動。使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動等作用統(tǒng)稱為制動。對汽車起到制動作用的只能是作用在汽車上的，方向與汽車行駛方向相反的外力。作用在行駛汽車上的滾動阻力、上坡阻力、空氣阻力都能對汽車起制動作用，但這些外力的大小都是隨機的、不可控制的。因此汽車上必須裝設一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，通過外界(主要是路面)在汽車某些部分(主要是車輪)施加一定的力，對汽車進行一定程度的強制制動。這種可控制的對汽車進行制動的外力稱為制動力。這樣的一系列專門裝置即稱為制動系。1.1.1 制動系統(tǒng)的工作原理一般制動系的工作原理可用圖 l1 所示的一種簡單的液壓制動系示意圖來說明。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 1 頁 共 57 頁- 1 -個以內(nèi)圓面為工作表面的金屬的制動鼓 8 固定在車輪輪毅上，隨車輪一同旋轉(zhuǎn)。在固定不動的制動底板 11 上，有兩個支承銷 12，支承著兩個弧形制動蹄10 的下端。制動蹄的外圓面上又裝有一般是非金屬的摩擦片 9。制動底板上還裝有液壓制動輪缸 6，用油管 5 與裝在車架上的液壓制動主缸 4 相連通。主缸中的活塞 3 可由駕駛員通過制動踏板機構(gòu)來操縱。制動系不工作時，制動鼓的內(nèi)圓面與制動卸摩擦片的外圓面之間保持有一定的間隙，使車輪和制動鼓可以自由旋轉(zhuǎn)。要使行駛中的汽車減速，駕駛員應踩下制動踏板 l，通過推桿 2 和主缸活塞 3，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸6，并通過兩個輪缸活塞 7 推使兩制動蹄 10 繞支承銷 12 轉(zhuǎn)動，上端向兩邊分開而以其摩擦片 9 壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動蹄就對旋轉(zhuǎn)著的制動鼓作用一個摩擦力矩 ,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動鼓將該力矩M傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對路面作用一個向前的作M用力 ，同時路面也對車輪作用一個向后的反作用力，即制動力 。制動力F BF本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 2 頁 共 57 頁- 2 -由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架及車身，迫使整個汽車減速。制動力愈大，汽BF車減速度也愈大。當放開制動踏板時回位彈簧 13 即將制動蹄拉回原位，摩擦力矩 和制動力 消失，制動作用即行終止。MBF圖 1-1 所示的制動系中，由制動鼓 8、摩擦片 9 和制動蹄 10 所構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生了一個制動力矩(摩擦力矩 )以阻礙車輪轉(zhuǎn)動該系統(tǒng)稱為制動器。M顯然，阻礙汽車運動的制動力 不僅取決于制動力矩還取決于輪胎與路面BF間的附著條件。如果完全喪失附著，則這種制動系事實上不可能產(chǎn)生制動汽車的效果的不過，在討論制動系的結(jié)構(gòu)問題時，一般都假定具備良好的附著條件。上述這種用以使行駛中的汽車減低速度甚至停車的制動系稱為行車制動系，是在行車過程中經(jīng)常使用的。用來使己停駛的汽車駐留原地不動的另一套裝置則稱為駐車制動系。這兩個制動系是每一輛汽車都必須具備的。此外，許多國家還規(guī)定汽車必須具有第二制動系，其作用是在行車制動系失效的情況下保證汽車仍能實現(xiàn)減速或停車。經(jīng)常在山區(qū)行駛的汽車，若單靠行車制動系來達到下長按時穩(wěn)定車速的目的，則可能導致行車制動系的制動器過熱而降低制動效能，甚至完全失效，所以山區(qū)用汽車還應具備主要在下坡時用以穩(wěn)定車速的輔助制動系。裝設在車輛上的所有各種制動系總稱為制動裝置。1.1.2 制動系的結(jié)構(gòu)特點及分類。制動系統(tǒng)可按照制動能源來分類： 以駕駛員的肌體作為惟一制動能源的制功系稱為人力制動系(參見圖 1-1)。 完全靠由發(fā)動機的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的則是動力制動系。 制動能源可以是發(fā)動機驅(qū)動的空氣壓縮機或油泵，兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系稱為伺服制功系。以上三種都可用作行車制動系。駐車制動系可以是人力式或動力式。專門用本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 3 頁 共 57 頁- 3 -于掛車的還有慣性制動系和重力制動系。前者的制動能源是在牽引車輛先行制動的情況下，掛車向牽引車輛靠攏的慣性(功能)。后者的制動能源是掛車某個組成部件或零件的重力(勢能)。當牽引車輛先行制動時，掛車的這一部件或零件便在本身重力作用下降低其重心，致使掛車制動。按照制動能量的傳輸方式，制動系又可分為機械式、液壓式、氣壓式和電磁式等；同時采用兩種以上的傳能方式的制動系可稱為組合式制動系。傳動裝置采用單一的氣壓或液壓回路的制動系為單回路制動系(圖 12)。這種制動系中，只要有一處損壞而漏氣(或漏油)，整個系統(tǒng)即行失效。故自 20世紀 60 年代中期以來，越來越多的汽車在行車制動中采用了雙回路結(jié)構(gòu)(圖 13，圖 14)。在雙回路制動系中，所有行車制動器的氣壓或液壓管路分屬于兩個彼此隔絕的回路。這樣，即使其中一個回路失效，還能利用另一回路獲得較原先小的制動力。我國自 1988 年 1 月 1 日開始，所有汽車均使用雙回路制動系。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 4 頁 共 57 頁- 4 -1.1.3 制動系設計要求設計制動系時應滿足如下主要要求：1)足夠的制動能力。行車制動能力，用定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩項指標評定，詳見 JB393985；駐坡能力是指汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度，詳見 JB01985。2)工作可靠。行車制動至少有兩套獨立的驅(qū)動制動器的管路。當其中的一套管路失效時，另一套完好的管路應保證汽車制動能力不低于沒有失效時規(guī)定值的 30。行車和駐車制動裝置可以有共同的制動器，而驅(qū)動機構(gòu)各自獨立。行車制動裝置都用腳操縱，其它制動裝置多為手操縱。3)用任何速度制動標準，汽車都不應當喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。有關方向穩(wěn)定性的評價詳見 JB393985。4)防止水和污泥進入制動器工作表面。5)要求制動能力的熱穩(wěn)定性良好。具體要求詳見 JB393585 和 JB420086。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 5 頁 共 57 頁- 5 -6)操縱輕便并具有良好的隨動性。7)制動時制動系產(chǎn)生的噪聲盡可能小，同時力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維等物質(zhì)，以減少公害。8)作用滯后性應盡可能短。作用滯后性是指制動反應時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所得的時間來評價。氣制動車輛反應時間較長，要求不得超過 0.6s，對于汽車列車不得超過 0.8s。9)摩擦襯片(塊)應有足夠的使用壽命。10)摩擦副磨損后，應有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設置自動調(diào)整間隙機構(gòu)。11)當制動驅(qū)動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞時，汽車制動系應裝有音響或光信號等報警裝置。1.2 制動器概述任何一套制動系統(tǒng)均由制動器和制動驅(qū)動機構(gòu)組成。制動器的是制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙車輛運動或運動趨勢的力的部件，它的好壞將直接影響制動系統(tǒng)的功效，對不同類型的汽車就需要設計合適、高效、經(jīng)濟的制動器，以滿足其制動性能要求。汽車制動器絕大多數(shù)為摩擦式制動器，一般都是通過其中的固定元件對旋轉(zhuǎn)元件施加制動力矩，使其后者的旋轉(zhuǎn)角速度降低，同時依靠車輪與地面附著作用，產(chǎn)生路面對車輪的制動力，以使汽車減速。目前，汽車所用的摩擦式制動器可分為兩類鼓式制動器和盤式制動器。前者摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件則為圓盤狀的制動盤，以端面為工作表面。與鼓式制動器比較，盤式制動器有如下優(yōu)點：1)熱穩(wěn)定性好。原因是一般無自行增力作用，襯塊摩擦表面壓力分布較鼓式中的襯片更為均勻。此外，制動鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄中部接觸，從而降低了制動效能，這稱為機械衰退。制動斂的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無關，故無機械衰退問題。因此，前輪采本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 6 頁 共 57 頁- 6 -用盤式制動器，汽車制動時不易跑偏。2)水穩(wěn)定性好。制動塊對盤的單位壓力高，易于將水擠出，因而浸水后效能降低不多；又由于離心力作用及襯塊對盤的擦拭作用，出水后只需經(jīng)一、二次制動即能恢復正常。鼓式制動器則需經(jīng)十余次制動方能恢復。3)制動力矩與汽車運動方向無關。4)易于構(gòu)成雙回路制動系使系統(tǒng)有較高的可靠性和安全性。5)尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好。6)壓力在制動襯塊上分布比較均勻，故襯塊磨損也均勻。7)更換襯塊工作簡單容易。8)襯塊與制動盤之間的間隙小(0.050.15mm)，這就縮短了制動協(xié)調(diào)時間。9)易于實現(xiàn)間隙自動調(diào)整。盤式制動器的主要缺點是：1)難以完全防止塵污和銹蝕(封閉的多片全盤式制動器除外)。2)兼作駐車制動器時所需附加的手驅(qū)動機構(gòu)比較復雜。3)在制動驅(qū)動機構(gòu)中必須裝用助力器。4)因為襯塊工作面積小，所以磨損快，使用壽命低，需用高材質(zhì)的襯塊。盤式制動器已廣泛應用于乘用車上，但除了一些高性能的乘用車用于全部車輪以外，大都只能做前輪制動器，而與后輪的鼓式制動器配合，以期獲得汽車在較高車速下制動時的方向穩(wěn)定性。在商用車上，盤式制動器目前也有采用，但離普及還有很大距離。此次設計的制動器屬于鼓式制動器。旋轉(zhuǎn)元件固裝在車輪或半軸上，即制動力矩分別直接作用于兩側(cè)車輪上的制動器，稱為車輪制動器。旋轉(zhuǎn)元件固裝在傳動系統(tǒng)的傳動軸上，其制動力矩須經(jīng)過驅(qū)動橋再分配到兩側(cè)車輪上的制動器，則稱為中央制動器。車輪制動器一般用于行車制動，也兼用于第二制動和駐車制動。中央制動器一般只用于駐車制動和緩速制動。很多汽車都采用助力制動系統(tǒng)減少駕駛員在制動停車時必須加到踏板上的力。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 7 頁 共 57 頁- 7 -助力制動器一般有兩種類型，最常見的一種是利用進氣歧管的真空所產(chǎn)生的壓力差，作用在膜片上，以提供助力。另一種類型是采用泵產(chǎn)生液壓提供助力。駐車制動器總成用來進行機械制動，防止停放的車輛溜車，在液壓制動完全失效時實現(xiàn)停車，絕大部分駐車制動器用來制動兩個后車輪。有些前輪驅(qū)動的車輛裝有前駐車制動器，因為在緊急停車中絕大部分的制動力需要用在車輛的前部。駐車制動器一般用手柄或腳踏板操作。當運用駐車制動器時，駐車制動鋼素(或稱拉索)機械地拉緊施加制動的杠桿。駐車制動器由機械控制，一般不由液壓控制。1.3 與制動有關的新技術(shù)當以很強的壓力進行制動時，車輪可能完全停止轉(zhuǎn)動，這叫做“車輪抱死” 。車輪抱死并不能幫助車輛停下來，而是輪胎損失了一些與路面的摩擦接觸，在路面上滑移。輪胎滑移時，車輛的制動不再處于受控制之下，駕駛員處在危險之中。有經(jīng)驗的駕駛員知道防讓車輪抱死的對策是迅速上下踏動制動踏板。這樣間歇地對制動器提供壓力，使駕駛員在緊急制動時能控制住車輛。1.3.1 ABS 技術(shù)現(xiàn)今許多車輛裝備了防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。防抱死制動系統(tǒng)做的工作與有經(jīng)驗的駕駛員做的相同，只是更快、更精確些.當它感受到某個車輪快要抱死或滑移時，迅速中斷到該車輪的制動壓力。在車輪處的速度傳感器監(jiān)測車輪速度，并將信息傳遞給車上計算機。于是計算機控制防抱死制動裝置，使輸送給即將抱死的車輪的液壓力發(fā)生脈動。1.3.2 EBD 技術(shù) EBD（電子制動力分配系統(tǒng)）能夠根據(jù)由于汽車制動時產(chǎn)生軸荷轉(zhuǎn)移的不同，而自動調(diào)節(jié)前、后軸的制動力分配比例，提高制動效能，并配合 ABS 提高制動穩(wěn)定性。汽車在制動時，四只輪胎附著的地面條件往往不一樣。比如，有時左前輪和右后輪附著在干燥的水泥地面上，而右前輪和左后輪卻附著在水中或泥水中，本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 8 頁 共 57 頁- 8 -這種情況會導致在汽車制動時四只輪子與地面的摩擦力不一樣，制動時容易造成打滑、傾斜和車輛側(cè)翻事故。EBD 用高速計算機在汽車制動的瞬間，分別對四只輪胎附著的不同地面進行感應、計算，得出不同的摩擦力數(shù)值，使四只輪胎的制動裝置根據(jù)不同的情況用不同的方式和力量制動，并在運動中不斷高速調(diào)整，從而保證車輛的平穩(wěn)、安全。1.3.3 ESP 技術(shù)ESP 是英文 Electronic Stability Program 的縮寫，這串英文字母的中文含意為“電子穩(wěn)定程序” 。從它的名字來看，與其說 ESP 是一套系統(tǒng)，倒不如說它是一組程序。ESP 以 ABS 制動防抱死系統(tǒng)為基礎，通過外圍的傳感器收集方向盤的轉(zhuǎn)動角度、側(cè)向加速度等信息，這些信息經(jīng)過微處理器加工，再由液壓調(diào)節(jié)器向車輪制動器發(fā)出制動指令，來實現(xiàn)對側(cè)滑的糾正。因此，ESP 整合了 ABS 和 TCS牽引力控制系統(tǒng)，不僅能防止車輪在制動時抱死和啟動時打滑，還能防止車輛側(cè)滑。此外，ESP 還能以 25 次/秒的頻率對駕駛員的行駛意圖和實際行駛情況進行檢測，隨時待命對車輛的側(cè)滑進行控制，保證駕乘者的行車安全。在任何行駛狀態(tài)下，不管是在緊急制動還是正常制動，以及在車輛自由行駛、加速、油門或載荷發(fā)生變化的時候，ESP 都能讓車輛保持穩(wěn)定，并確保駕駛員對車輛操縱自如。ESP 以高頻率(25 次/秒)對當前的行駛狀態(tài)及駕駛員的轉(zhuǎn)向操作進行檢測和比較，時刻對失去穩(wěn)定的情況、過度轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)向不足進行記錄，一旦預定的情況有出現(xiàn)危險的可能性，ESP 會立即作出干預使車輛恢復穩(wěn)定。因此，ESP 在車輛即將失去穩(wěn)定、糾正車輛姿態(tài)和恢復穩(wěn)定的過程中完全是主動的，在事故發(fā)生之前起作用，徹底防范事故的發(fā)生，主動地提高行車安全。1.4 設計意義本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 9 頁 共 57 頁- 9 -本次設計是針對車型為 CA7160 的后輪制動器進行的。目前世界各國針對石油等能源日益緊缺，而在國內(nèi)大力推行低排量，低能耗的汽車使用。CA7160 的車型排量不大，也擁有較為合適的動力性，可以作為一般的個人用車，隨著人民生活水平日益提高，個人用車的普及，在我國這類型號排量的乘用車擁有很大的市場，當前各大汽車廠都生產(chǎn)和銷售這類車型的汽車。為該型號的汽車后輪設計制動器一方面需要考慮是否能為汽車制動提供可足夠的制動力，另一方面又需要考慮經(jīng)濟性和適用性。介于此次設計是針對普通車型的零部件，也就使得這次設計具有了廣泛性和通用性的。2 設計部分：2.1 設計準備:1）在制動器設計中預定給定的主要技術(shù)參數(shù)如下表：表 2-1汽車總質(zhì)量（kg） 1030整備質(zhì)量（kg） 1420軸距（mm） 2475前 1427輪距（mm）后 1422輪胎 175/70R13T車輪有效半徑 （mm）er 287.6制動力分配 0.8空載（mm） 520質(zhì)心高度滿載（mm） 500軸荷分配 空載 前軸 60本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 10 頁 共 57 頁- 10 -后軸 40前軸 56滿載后軸 44設計零件結(jié)構(gòu)示意圖：圖 2-11-楔形調(diào)整塊 2-駐車制動推桿 3-制動蹄 4-駐車制動推桿內(nèi)彈簧 5-駐車制動推桿外彈簧 6-限位彈簧座 7-駐車制動杠桿 8-制動蹄回位彈簧 9-制動輪缸 10-制動底板 11-柱塞 12-摩擦襯片2.2 制動器的結(jié)構(gòu)方案分析鼓式制動器分為領從蹄式、雙領蹄式、雙向雙領蹄式、雙從蹄式、單向增力本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 11 頁 共 57 頁- 11 -式、雙向增力式等幾種，見圖 22，af.圖 2-22.2.1 各式鼓式制動器優(yōu)缺點比較：1) 領從蹄式 領從蹄式制動器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動器中居中游；前進、倒退行駛的制動效果不變；結(jié)構(gòu)簡單，成本低；便于附裝駐車制動驅(qū)動機構(gòu)；調(diào)整蹄片與制動鼓之間 的間隙工作容易。但領從蹄制動器也有兩蹄片上的單位壓力不等（在兩蹄上摩擦襯片面積相同的條件下） ，故兩蹄襯片磨損不均勻，壽命不同的缺點。此外，因只有一個輪缸，兩蹄必須在同一驅(qū)動回路作用下工作。領從蹄式制動器得到廣泛應用，特別是轎車和輕型貨車、客車的后輪制動器用得較多。2) 雙領蹄式 雙領蹄式制動器的兩塊蹄片各有自己的固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄的不同端，如圖 22b 所示，領蹄的固定端在下方，從蹄的固定端在上方。每塊本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 12 頁 共 57 頁- 12 -蹄片有各自獨立的張開裝置，且位于與固定支點相對應的方。汽車前進制動時，這種制動器的制動效能相當高。由于有兩個輪缸，故可以用兩個各自獨立的回路分別驅(qū)動兩蹄片。除此之外，這種制動器還有調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作容易進行和兩蹄片上的單位壓力相等，使之磨損均勻，壽命相同等優(yōu)點。雙領路式制動器的制動效能穩(wěn)定性，僅強于增力式制動器。當?shù)管囍苿訒r，由了兩蹄片皆為雙從蹄，使制動效能明顯下降。與領從蹄式制動器比較，由于多了一個輪缸使結(jié)構(gòu)略顯復雜。這種制動器適用于前進制動時前軸動軸荷及附著力大于后軸而倒車制動時則相反的汽車前輪上。它之所以不用于后輪，還因為兩個互相成中心對稱的輪缸，難以附加駐車制動驅(qū)動機構(gòu)。3) 雙向雙領蹄式 雙向雙領蹄式制動器的結(jié)構(gòu)特點是兩蹄片浮動，用各有兩個活塞的兩輪缸張開蹄片 (圖 2-2 c)。無論是前進或者是倒退制動時，這種制動器的兩塊蹄片始終為領蹄所以制動效能相當高，而且不變。由于制動器內(nèi)設有兩個輪缸，所以適用于雙回路驅(qū)動機構(gòu)。當一套管路失效后，制動器轉(zhuǎn)變?yōu)轭I從蹄式制動器。除此之外雙向雙領蹄式制動器的兩蹄片上單位壓力相等，因而磨損均勻，壽命相同。雙向雙領蹄式制動器因有兩個輪缸，故結(jié)構(gòu)上復雜，且調(diào)整蹄片與制動鼓之間的間隙工作困難是它的缺點。這種制動器得到比較廣泛應用。如用于后輪，則需另設中央駐車制動器。4) 雙從蹄式雙從蹄式制動器的兩蹄片各侖一個固定支點，而且兩固定支點位于兩蹄片的不同端，并用各有一個活塞的兩輪缸張開蹄片 (圖 22d)。雙從蹄式制動器的制動器效能穩(wěn)定性最好，但因制動器效能最低，所以很少采用。5) 單向增力式本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 13 頁 共 57 頁- 13 -單向增力式制動器的兩蹄片只有一個固定支點，兩蹄下端經(jīng)推桿相互連接成一體，制動器僅有個輪缸用來產(chǎn)生推力張開蹄片(圖 2-1e)。汽車前進制動時，兩蹄片皆為領蹄，次領蹄上不存在輪缸張開力，而且由于領蹄上的摩擦力經(jīng)推桿作用到次領蹄，使制動器效能很高，居各式制動器之首。與雙向增力式制動器比較，這種制動器的結(jié)構(gòu)比較簡單。因兩塊蹄片都是領蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性相當差。倒車制動時，兩蹄又皆為從蹄，結(jié)果制動器效能很低。因兩蹄片上單位壓力不等，造成蹄片磨損不均勻，壽命不一樣。這種制動器只有一個輪缸，故不適合用于雙回路驅(qū)動機構(gòu)；另外由于兩蹄片下部聯(lián)動，使調(diào)整助片間隙工作變得困難。少數(shù)輕、中型貨車用來做前制動器。6) 雙向增力式雙向增力式制動器的兩蹄片端部各有制動時不同時使用的共用支點，支點下方有一輪缸，內(nèi)裝兩個活塞用來同時驅(qū)動張開兩蹄片，兩蹄片下方經(jīng)推桿連接成一體(圖 22f)。與單向增力式不同的是次領蹄上也作用有來自輪缸活塞推壓的張開力，盡管這個張開力的作用效果較小，但因次領蹄下端受有來自主領蹄經(jīng)推桿作用的張開力很大，所以次領蹄上的制動力矩能大到主領蹄制動力矩的 23 倍。因此，采用這種制動器以后，即使制動驅(qū)動機構(gòu)中不用伺服裝置，也可以借助很小的踏板力得到很大的制動力矩。這種制動器前進與倒退的制動效果不變。雙向增力式制動器因兩蹄片均為領蹄，所以制動器效能穩(wěn)定性比較差。除此之外，兩蹄片上單位壓力不等，故磨損不均勻，壽命不同。調(diào)整間隙工作與單向增力式一樣比較困難。因只有一個輪缸，故制動器不適合用于有的雙回路驅(qū)動機構(gòu)。制動器的效能因數(shù)由高至低的順序為：增力式制動器，雙領蹄式制動器，領從蹄式制動器和雙從蹄式制動器。而制動器效能穩(wěn)定性排序則恰好與上述情況相反。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 14 頁 共 57 頁- 14 -鼓式制動器的效能并非單純?nèi)Q于根據(jù)制動器的結(jié)構(gòu)參數(shù)和摩擦因數(shù)計算出來的制動器效能因數(shù)值，而且還受蹄與鼓接觸部位的影響。蹄與鼓僅在蹄的中部接觸時，輸出制動力矩就小，而在蹄的端部和根部接觸時輸出制動力矩就較大。制動器的效能因數(shù)越高，制動效能受接觸情況的影響也越大，故正確的調(diào)整對高性能制動器尤為重要。2.2.2 制動器類型選擇結(jié)果由于 CA7160 制動器是后輪制動器，雙領蹄式和單向增力式一般適用于前輪，所以不采用。從經(jīng)濟性和通用性方面考慮決定仍采用較為常見的蹄式制動器：領從蹄式制動器。采用該制動器作為后輪制動器的經(jīng)典乘用車車型有德國大眾公司生產(chǎn)的桑塔納轎車、捷達轎車，奧迪 100 型以及中國第一汽車集團最新生產(chǎn)的威志 1.6 MT 小轎車等等。2.3 CA7160 制動器的結(jié)構(gòu)特點本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 15 頁 共 57 頁- 15 -AACCB12456711561781920 B 3圖 2-3CA7160 后輪制動器為領從蹄式制動器，制動蹄采用浮式支撐。制動蹄上下支撐面均加工成弧面，下端支靠在固定于制動底板上的支撐板上。輪缸活塞通過支撐塊對制動蹄的上端施加促動力。這種支撐結(jié)構(gòu)可使整個制動蹄沿支撐平面有一定的浮動量，制動蹄可以自動定心，保證能夠與制動鼓全面接觸。這種結(jié)構(gòu)的另一特點是，該行車制動系可兼充駐車制動器，因此在制動器中還裝設了駐車制動機械促動裝置。駐車制動杠桿 6 上端用平頭銷 2 與后制動蹄 7 連接，其上部卡入駐車制動推桿 5 右端的切槽中作為中間支點，下端與拉繩連接。前、后制動蹄的腹板卡在駐車制動推桿 5 兩端的切槽中。駐車制動推桿外彈簧 4 左端鉤在推桿 5 的左彎舌上，本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 16 頁 共 57 頁- 16 -而右端鉤在后制動蹄 7 的腹板上，駐車制動推桿內(nèi)彈簧 3 的左端鉤在前制動蹄17 的腹板上，而右端則鉤在推桿 5 的右彎舌上。進行駐車制動時，須將駕駛室中的手動駐車制動操縱桿拉到制動位置，經(jīng)一系列杠桿和拉繩傳動，將駐車制動杠桿 6 下端向前拉，使之繞上端支點（平頭銷2）轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中，其中間支點推動制動推桿 5 左移，將前制動蹄 17 向左推向制動鼓，繼而制動杠桿 6 的上端右移，通過平頭銷使后制動蹄 7 上端靠向制動鼓，直到兩蹄都壓靠到制動鼓上，從而實現(xiàn)了駐車制動。解除制動時，應將駐車制動操縱機構(gòu)推回到不制動位置，制動杠桿 6 在回位彈簧作用下回位，同時制動蹄回位彈簧 11 將兩蹄拉攏。推桿內(nèi)、外彈簧 3 和 4除可將兩蹄拉回到原始位置之外，還可以防止制動推桿在不工作時竄動，碰撞制動蹄而產(chǎn)生噪聲。2.4 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)的確定2.4.1 主要參數(shù)的確定確定方法1）制動鼓內(nèi)徑 D輸入力 一定時，制動鼓內(nèi)徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強。0F但增大 D(圖 87)受輪輞內(nèi)徑限制。制動鼓與輪輞之間應保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于 20mm，否則不僅制動鼓散熱條件太差而且輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動鼓應有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減小制動時的溫升。制動鼓的直徑小，剛度就大并有利于保證制動鼓的加工精度。制動鼓直徑與輪輞直徑之比 D/ 的范圍如下：rD轎車：D/ 0.640.74 貨車：D/ 0.700.83r r制動鼓內(nèi)徑尺寸應參照專業(yè)標準 ZBT2400589 制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列選取。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 17 頁 共 57 頁- 17 -圖 2-4 鼓式制動器主要技術(shù)參數(shù)2)摩擦襯片寬度 b 和包角 摩擦襯片寬度尺寸 b 的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬些，則質(zhì)量大不易加工，并且增加了成本。制動鼓半徑 R 確定后，襯片的摩擦面積為 Rb.制動器各蹄襯片總的摩pA擦面積 越大，制動時所受單位面積的正壓力和能量負荷越小，從而磨損特pA性越好。根據(jù)國外統(tǒng)計資料分析，單個車輪鼓式制動器的襯片面積隨汽車總質(zhì)量增大而增大，具體數(shù)據(jù)見表 22。表 22汽車類別 汽車總質(zhì)量 am單個制動器總的襯片摩擦面積/pA2cm本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 18 頁 共 57 頁- 18 -乘用車 0.91.51.52.5100200200300貨車及客車1.01.51.52.52.53.53.57.07.012.012.017.0120200150250（多為 150200）25040030065055010006001500（多為 6001200）試驗表明，摩擦襯片包角 時，磨損最小，制動鼓溫度最低，109且制動效能最高。 角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實際上包角兩端處單位壓力最小，因此過分延伸襯片的兩端以加大包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。因此，包角般不宜大于 120。襯片寬度 b 較大可以減少磨損，但過大將不易保證與制動鼓全面接觸。尺寸系列見 ZB T2400589。3)摩擦襯片起始角 0摩擦襯片起始角 如圖 2-3 所示。通常是將摩擦襯片布置在制動蹄外緣的中央，并令 。有時為了適應單位壓力的分布情況，將襯片相對于2/90最大壓力點對稱布置，以改善制動效能和磨損的均勻性。4)張開力 P 的作用線到制動器中心的距離 e在滿足輪缸或制動凸輪能夠布置于制動鼓內(nèi)的條件下，應使距離 a(圖 2-3)盡可能地大，以提高其制動效能。初步設計時可暫取 e0.8R 左右。5)制動蹄支撐點坐標 a 和 c應在保證兩蹄支撐端毛面不致互相干涉的條件下，使 a 盡可能的大而 c 盡可能的?。▓D 2-3） 。初步設計時，也可暫定 a=0.8R.本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 19 頁 共 57 頁- 19 -2.4.2 CA7160 后輪制動器主要參數(shù)選擇結(jié)果主要參數(shù)選擇結(jié)果列表如下制動鼓內(nèi)徑 D 200mm寬度 b 5mm包角 90起始角 045摩擦襯片摩擦面積 pA188.5 2cm張開力 P 的作用線到制動器中心的距離 e 80mma 80mm制動蹄支撐點坐標c 10mm2.5 CA7160 后輪制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設計2.5.1 制動鼓制動鼓應具有非常好的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應超過極限值。制動鼓的材料應與摩擦襯片的材料相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。制動鼓有鑄造和組合式兩種。鑄造制動鼓多選用灰鑄鐵制造具有機械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點。為防止制動鼓工作時受載變形，常公制動鼓的外圓周部分鑄有肋，用來加強剛度和增加散熱效果(圖 24a)。精確計算制動鼓望厚既復雜又困難，所以常根據(jù)經(jīng)驗選取。轎車制動鼓壁厚取為 712mm，貨車取為1318mm。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 20 頁 共 57 頁- 20 -圖 2-52.5.2 制動蹄轎車和輕型貨車的制動蹄廣泛采用 T 形型鋼輾壓或用鋼板焊接制成，重型貨車的制動蹄則多用鑄鐵或鑄鋼鑄成。制動蹄的斷面形狀和尺寸應保證其剛度。但小型汽車用鋼板制成的制動蹄腹板上往往開一條或兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些其目的是襯片磨損較為均勻，并減小制動時的尖叫聲。重型汽車的制動蹄斷面有工字形、山字形和 字形幾種。制動蹄腹板和翼緣的厚度，轎車為35mm貨車約為 58mm。為了提高效率，增加制動蹄的使用壽命和減輕磨損，在中、重型貨車的鑄造制動蹄靠近張開凸輪一端，設置有滾輪或者鑲裝有支持張開凸輪的墊片 (圖 2-5)。制動蹄和摩擦片可以鉚接，也可以粘接。粘接的優(yōu)點在于襯片更換前允許磨損的厚度較大，又缺點是工藝較復雜、且不易更換襯片。鉚接的噪聲較小。本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 21 頁 共 57 頁- 21 -圖 2-62.5.3 制動底板制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應保證各安裝零件相互間的正確位置。制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，因此它應有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動底板均具有凸凹起伏的形狀。重型汽車則采用可鑄鐵 KTH370-12 的制動底板。剛度不足會使制動力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。2.5.4 制動蹄的支承二自由度制動蹄的支撐，結(jié)構(gòu)簡單，并能使制動蹄相對制動鼓自行定位。為了使具有支撐銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓的工作表面同軸心，應使支撐位置可調(diào)。例如采用偏心支撐承銷或偏心輪。支撐銷由 45 號鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵（KHT370-12）或球墨鑄鐵（QT400-18）件。青銅偏心輪可保持制動蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。具有長支承銷的支承能可靠的保持制動蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時在制動底板上附加一壓緊裝置，使制動蹄中部靠向制動底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開機構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動腹板張開端插入，以保持制動蹄的本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 22 頁 共 57 頁- 22 -正確位置。2.5.5 制動輪缸制動輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵 HT250 制成。其缸筒為通孔，需鏜磨?；钊射X合金制造?；钊舛藟河袖撝频拈_槽頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板端部或端部接頭處。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡皮密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。多數(shù)制動輪缸有兩個等直徑活塞；少數(shù)有四個等直徑活塞；雙領蹄式制動器的兩蹄則各用一個單活塞制動輪缸推動。2.5.6 摩擦襯片摩擦襯片(襯塊)的材料應滿足如下要求：1)具右一定的穩(wěn)定的摩擦因數(shù)。在溫度、壓力升高扣工作速度發(fā)生變化時，摩擦因數(shù)變化盡可能小。2)具有良好的耐磨性。不僅摩擦襯片(塊)應有足夠的使用壽命，而且對偶摩擦副的磨耗也要求盡可能小。如盤式制動器的摩擦襯塊硬度過高則制動盤磨損嚴重，所以這樣的襯塊并不可取。通常要求制動盤的磨耗不大于襯塊的 1/10。3)要有盡可能小的壓縮率和膨脹率。壓縮變形太大影響制動主缸的排量和踏板行程，降低制動靈敏度。熱膨脹率過大，摩擦襯塊和制動盤要產(chǎn)生拖磨，龍其對鼓式制動器襯片受熱膨脹消除間隙后，可能產(chǎn)生咬死現(xiàn)象。4)制動時不易產(chǎn)生噪聲，對環(huán)境無污染。5)應采用對人體無害的摩擦材料。6)有較高的耐擠壓強度和沖擊強度，以及足夠的抗剪切能力。7)摩擦襯塊的熱傳導率應控制在一定范圍。要求摩擦襯塊在 300加熱板上作用 30min后，背板的溫度不超過 。防止防塵罩、密封圈過早老化和制動液溫度迅速C190升高。以前制動器摩擦襯片使用的是由增強材料(石棉及其它纖維)、粘結(jié)劑、摩擦本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 23 頁 共 57 頁- 23 -性能調(diào)節(jié)劑組成的石棉摩阻材料。它有制造容易、成本低、不易刮傷對偶等優(yōu)點，因為它又有耐熱性能差，隨著溫度升高而摩擦因數(shù)降低、磨耗增高和對環(huán)境有污染，特別是石棉能致癌所以已逐漸遭受淘汰。由金屬纖維、粘結(jié)劑和摩擦性能調(diào)節(jié)劑組成的半金屬摩阻材料，具有較高的耐熱性和耐磨性，特別是因為沒有石棉粉塵公害近來得到廣泛的應用。粉末冶金無機質(zhì)金屬摩阻材料，雖然具有耐熱性好、摩擦性能穩(wěn)定等優(yōu)點，但因為它的制造工藝復雜、成本高、容易產(chǎn)生噪聲和刮傷對偶等缺點，目前應用并不廣泛，僅用于重型貨車上。2.5.7 CA7160 后輪制動器主要零件結(jié)構(gòu)設計結(jié)果材料 HT200外徑 264mm許用不平衡度 18 cmN制動鼓壁厚 7cm材料 Q235制動蹄腹板厚度 5mm材料 Q235制動底板厚度 5mm材料 QT400-18制動蹄支撐尺寸 見設計圖紙材料 殼體為 HT250 其余為 Q235制動輪缸結(jié)構(gòu)尺寸 見設計圖紙材料 半金屬摩阻材料摩擦襯片結(jié)構(gòu)尺寸 見設計圖紙2.5.8 CA7160 后輪制動器蹄與鼓之間的間隙自動調(diào)整裝置CA7160 采用楔塊式間隙自調(diào)裝置。如圖 2-3 所示，間隙自調(diào)裝置的楔形調(diào)節(jié)塊 20 夾在前制動蹄 17 和駐車制動推桿 5 之間形成的切槽中。在正常的制動間本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 第 24 頁 共 57 頁- 24 -隙(0.20.3mm)下制動時，外彈簧 4 被拉伸，兩制動蹄靠到制動鼓上、施以制動。此時，由于內(nèi)彈簧 3 的剛度大于外彈簧 4 的剛度，故不被拉伸，內(nèi)彈簧 3 連同駐車制動推桿 5 與前制動蹄 17 一起左移靠到制動鼓上。當制功蹄磨損、制動器間隙過大并進行制動時，外彈簧 8 首先被拉伸到一定程度，內(nèi)彈簧 11 也被拉伸，使駐車制動推桿與前制動蹄間形成的切槽寬度增大則切槽與楔形調(diào)節(jié)塊之間的間隙也就增大了，于是楔形調(diào)節(jié)塊在彈簧 3 的拉力作用下向下移動，從而填補了上述間隙增量，使制動蹄與制動鼓又恢復到正常制動器間隙量。這種制動器間隙自調(diào)裝置也屬一次調(diào)準式。制動器中的過量間隙并不充全是由于摩擦副磨損所致，還有一部分是出于制動鼓熱膨脹而直徑增大所致。制動時所需活塞行程增大到超過間隙所限定的數(shù)值原因也不僅是制動器的過量間隙，還有鼓和蹄的彈性變形。所以，確定冷態(tài)制動器間隙自調(diào)裝置中的間隙時，就要盡量將可能產(chǎn)生的制動蹄和制動鼓的彈性變形和熱變形考慮在內(nèi)。但是，為了不使制動踏板行程增加過多，確定值時并沒有計入上述種種變形的最大值。因此，當出現(xiàn)過大的上述各項變形時，一次調(diào)準式自調(diào)裝置將不加區(qū)別地一律隨時加以補償造成“調(diào)整過頭” 。這樣，當制動器恢復到冷態(tài)時，即使完全放松制動踏板，制動器也不會徹底放松，而是發(fā)生“拖磨”甚至“抱死” ，因為自調(diào)整裝置只能將間隙調(diào)小而不能調(diào)大。2.6 CA7160 后輪制動器設計計算2.6.1 壓力沿襯片的分布規(guī)律CA7160 制動器制動蹄有兩個自由度，其緊蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律分析如下：如圖所示將坐標原點取在制動鼓中心 O 點。 坐標軸線通過蹄片瞬時轉(zhuǎn)動中1y心 點1A