CA6780中型客车后轮制动器设计毕业设计.docx

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CA6780中型客车后轮制动器设计毕业设计

本科学生毕业设计

CA6780中型客车后轮

鼓式制动器设计

院部名称：

汽车与交通工程学院

专业班级：

学生姓名：

指导教师：

职称：

二○一一年六月

TheGraduationDesignforBachelor'sDegree

TheDesignofDrumBrakeonCA6780Medium-sizedPassengerCar

Candidate：

Specialty：

Class：

Supervisor:

摘要

客车是城市常用的运输工具，因此客车的发展极快，然而随着客车增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是影响汽车安全的重要系统之一，同时制动器作为制动系统的核心部分，从而对汽车制动器的结构分析与设计计算也就显得非常重要了。

本次设计说明书中首先介绍了制动系统的发展，组成和意义，并通过制动系统方案的分析确定本次设计所采用的方案-后轮鼓式制动器促动装置为凸轮。

其次又通过给定的技术参数对制动器的主要参数进行选择以及对制动器进行设计计算，主要设计过程有同步附着系数的分析，确定前后轴制动力矩的分配系数，制动器制动力矩和制动器各结构参数的确定以及制动张开力和制动效能因数的计算。

而后又对制动器的主要零部件的结构进行设计并且对一些部件进行强度校核。

最后通过以上计算利用AutoCAD绘制图形完成本次设计。

关键词：

客车;制动系统;鼓式制动器;制动器参数;结构

ABSTRACT

Passengercarisacommonmodeincitytransport,soithasaveryfastdevelopment.However,withthepassengercarincreasing,securitycatchesmoreandmoreattentionsofpeople.Thebrakesystemisoneoftheinfluenceofthesecuritysystem,atthesametimethebrakesisthecoreofthebrakesystem.Thusitisimportantfortheanalysisanddesigncalculationsonthestructureofthebrake.

Thedesignspecificationsfirstintroducedinthebrakesystemdevelopment,formandmeaning,andbytheanalysisofthebrakesystem,determiningthedesignofprogramme-withmotivationinthebrakedrumdeviceiscam.Followedbyagiventechnicalparametersforthebrakethemainargumentstochooseandthebrakefordesigncalculations.Mainshowcasesprocessofanalysishaveattracted.Determinethemotiveforceandthesystemofdistributionofpower,thebrakesystemandthebrakethestructureoftherectangleparametertodetermineandbraketensionandefficiencyfactorcalculation.Thendesignonthemainpartsofthebrakeandcheckthestrengthofstructureonsomecomponents.LastfinishthedesignthroughAutoCAD.

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字典

Keywords:

PassengerCar；BrakeSystem；DrumBrakes；BrakeParameters；Structure

第1章绪论

1.1制动系统的发展概况及组成

1.制动系统的发展

从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆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，这种重要性表现越来越明显。

汽车制动系统种类很多，形式多样。

传统的制动系统结构形式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。

它们工作原理基本相同，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。

伴随着节能和清洁能源汽车的研究开发，汽车动力系统发生了很大改变，出现了很多新型结构形式和功能形式。

新型动力系统的出现也要求制动系统结构型式和功能形式发生相应的改变。

汽车制动系统的发展是和汽车性能的提高及汽车结构型式的变化密切相关的，制动系统的每个组成部分都发生很大变化[2]

2.汽车制动系统的组成

制动系统主要由下面四个部分组成：

（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，产生制动能源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：

包括制动能量传递到制动器的各个部件；

（4）制动器：

产生阻碍车辆运动或者运动趋势的力的部件，也包括辅助制动系统中的部件；

现代的制动系统还包括制动力调节装置和报警装置，压力保护装置等辅助装置。

供能装置主要是指制动能源，制动能与能源有人力制动、伺服制动、动力制动、动力制动或者上述任两者的结合使用。

人力制动是开始有制动系统时的制动能源，它有机械式制动、液压式制动两种形式。

机械式制动主要用于驻车制动系统中，驻车制动系统中要求机械锁止方法保证汽车在原地停止不动，在任何情况下不至于滑动。

液压式制动是通过制动踏板推动制动主缸，进而使制动器进入工作状态。

伺服制动兼用人力和发动机作为制动能源，正常情况下制动能源由动力伺服系统供给，动力伺服系统失效时可由人力供给制动能源，这时伺服制动就变成人力制动。

动力制动系统的制动能源是发动机所驱动的油泵或者气泵，人力作为控制来源可分为气压制动，气顶液制动，液压制动。

其中气压制动是发展最早的一种动力制动系统。

液压制动是目前得到广泛应用的一种制动系统，技术已经非常成熟[2]。

控制装置的发展

最早的人力制动，是通过机械的连接产生制动动作。

发展到人力控制制动，通过踩制动踏板启动制动，再由传动装置把制动踏板力传到真空助力器，经过真空助力器的助力扩大后，传递到制动主缸产生液压力，然后通过油路把液压力传递到每个轮缸，开始制动。

随着清洁能源汽车和电动汽车的研究应用，以及电子技术在汽车上面广泛应用，制动系统的控制装置也出现了电子化的趋势，其中电制动完全改变了制动系统的控制和管理，会使汽车制动系统发生革命性的变化，它采用电子控制，可以更加准确、更高效率的实现制动。

传动装置的发展

人力制动时代是采用机械的传动装置，气（液）压制动利用气（液）压力和连接管路把制动力传递到制动器。

电子制动则是利用制动电机产生制动力直接作用到制动器，它的控制信号来控制单元（ECU），用信号传递制动信号和制动力信息。

制动器的发展

制动器就是刹车。

是使机械中的运动件停止或减速的机械零件。

俗称刹车、闸。

制动器主要由制动架、制动件和操纵装置等组成。

有些制动器还装有制动件间隙的自动调整装置。

为了减小制动力矩和结构尺寸，制动器通常装在设备的高速轴上，但对安全性要求较高的大型设备（如矿井提升机、电梯等）则应装在靠近设备工作部分的低速轴上。

有些制动器已标准化和系列化，并由专业工厂制造以供选用。

制动器分为行车制动器（脚刹），驻车制动器（手刹）。

在行车过程中，一般都采用行车制动（脚刹），便于在前进的过程中减速停车，不单是使汽车保持不动。

若行车制动失灵时才采用驻车制动。

当车停稳后，就要使用驻车制动（手刹），防止车辆前滑和后溜。

停车后一般除使用驻车制动外，上坡要将档位挂在一档（防止后溜），下坡要将档位挂在倒档（防止前滑）。

使机械运转部件停止或减速所必须施加的阻力矩称为制动力矩。

制动力矩是设计、选用制动器的依据，其大小由机械的型式和工作要求决定。

制动器上所用摩擦材料（制动件）的性能直接影响制动过程，而影响其性能的主要因素为工作温度和温升速度。

摩擦材料应具备高而稳定的摩擦系数和良好的耐磨性。

摩擦材料分金属和非金属两类。

前者常用的有铸铁、钢、青铜和粉末冶金摩擦材料等，后者有皮革、橡胶、木材和石棉等。

制动器可以分为摩擦式和非摩擦式两大类。

①摩擦式制动器。

靠制动件与运动件之间的摩擦力制动。

按制动件的结构形式又可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等；按制动件所处工作状态还可分为常闭式制动器（常处于紧闸状态，需施加外力方可解除制动）和常开式制动器（常处于松闸状态，需施加外力方可制动）；按操纵方式也可分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器。

制动器的结构型式。

②非摩擦式制动器。

主要有磁粉制动器（利用磁粉磁化所产生的剪力来制动）、磁涡流制动器（通过调节励磁电流来调节制动力矩的大小）以及水涡流制动器等。

按制动件的结构形式又可分为外抱块式制动器、内张蹄式制动器、带式制动器、盘式制动器等；按制动件所处工作状态还可分为常闭式制动器（常处于紧闸状态，需施加外力方可解除制动）和常开式制动器（常处于松闸状态，需施加外力方可制动）；按操纵方式也可分为人力、液压、气压和电磁力操纵的制动器。

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。

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。

`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。

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[2]。

1.2制动器的研究现状

在汽车技术飞速发展的今天，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、停车可靠，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、制动系统工作可靠的汽车，才能充分发挥其动力性能。

汽车制动系是用于使行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车的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。

汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。

作为制动系重要组成部分之一的制动器的发展对汽车的安全性，可靠性有着极大的意义。

<1>对于国外客车制动器的选择原则，在欧洲，越来越多的客车采用4轮盘式制动系统，并大有取代以往的鼓式制动器之势。

鼓式制动器虽然常规制动效果好，但如果多次连续制动或下长坡制动，就会引起制动器温度迅速升高，对制动的有效性和制动器本身带来的安全性有较大的影响。

而盘式制动器则有效地克服了鼓式制动器的弊端，并且具有良好的热稳定性和水稳定性，能够防止汽车跑偏，并确保汽车稳定的制动效果，从而规避了制动风险。

可以说4轮盘式制动器是客车行业制动系统的发展方向。

由于他们对价格不敏感，他们主要追求性能加上汽车技术比较发达，目前已经基本上形成“前盘后盘”的形式[5]。

<2>而在国内我国制动器发展前景广阔，据统计，预计2009年汽车产量将达到1273.7万辆，2010、2011年将持续保持增长，预计增长率在19%至20%之间。

2009年中国将成为世界第一汽车生产大国，同时中国汽车消费量占全球总消费量比例已达12%，在2015年左右国内汽车销售也有望超过美国，成为第一大汽车消费市场。

到2020年，中国本土汽车产量将达到2000万辆左右，其中两成产品将进入国际市场[6]。

目前乘用车主要采用前盘后鼓式和全盘式制动器，20%的乘用车采用前盘后鼓式制动器，全鼓式制动器已在乘用车领域淘汰；商用车主要采用全鼓式制动器，只有高档客车和有特殊需求的车辆才采用全盘式制动器。

随着对汽车制动性能的提高，越来越多的先进电子制动技术得到采用。

从中国汽车工业协会统计的情况来看，2008年汽车鼓式制动器总成需求规模达到2046万台，其中乘用车鼓式制动器总成市场377万台，商用车鼓式制动器总成市场1669万台，预计2013年乘用车鼓式制动器总成市场928万台，商用车鼓式制动器总成市场2937万台。

目前主要生产企业有亚太机电、重庆红宇、万向钱潮、浙江万安等企业。

亚太机电一直是我国鼓式制动器产量最大的企业[6]。

制动器作为制动系中直接作用制约汽车运动的一个关健装置，它是将汽车的动能以摩擦方式转化为热能并加以吸收的机构，不仅要按产生足够的制动力的条件，还要按能量容量和磨损寿命足够的条件来确定制动器。

为确保制动稳定性可靠，热稳定性好，寿命长，造价低，现今的制动器产品无论从性能、结构方面，还是生产制造方式和操纵控制方面，都在发生着诸多的变化。

它们大大地优化了制动器各方面的性能，从某种程度上看,这些变化也反映了汽车制动器的发展方向。

制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。

盘式制动器和鼓式制动器分别用于前轮和后轮。

是汽车上最重要的安全件[2]。

目前汽车制动器基本都是摩擦制动器按照摩擦副中旋转元件的不同分为鼓式制动器和盘式制动器两大类。

鼓式制动器又有领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向自增力式、双向自增力式制动器等结构型式。

盘式制动器有固定钳式，浮动钳式，浮动钳式包括滑动钳式和摆动钳盘式两种型式。

滑动钳式是目前使用广泛的一种盘式制动器。

由于盘式制动器热和水稳定性以及抗衰减性能较鼓式制动器好，可靠性和安全性也好，而得到广泛应但是盘式制动器效能低，无法完全防止尘污和锈蚀，兼做驻车制动时需要较为复杂的手驱动机构，因而在后轮上的应用受到限制，很多车是采用前盘后鼓的制动系统组成。

电动汽车和混合动力汽车上具有再生制动能力的电机，在回收制动能量时起制动作用，它引入了新型的制动器。

作为一种新的制动型式，势必引起制动型式的变革。

电制动系统制动器是基于传统的制动器，也分为盘式电制动器和鼓式电制动器，鼓式电制动器由于制动热衰退性等缺点，将来汽车上会以盘式电制动器为主[9]。

盘式制动器相比鼓式制动器，盘式制动器的优势已经得到广泛认可。

鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。

而盘式制动器在液力助力下制动力大，舒适性更强，性能稳定，在各种路面都有较鼓式制动器更好的制动表现，尤其在长下坡等需要长时间制动的路段。

虽然盘式制动器性能优于鼓式制动器，但是自刹作用，鼓式刹车有良好的自刹作用，由于刹车来令片外张，车轮旋转连带着外张的刹车鼓扭曲一个角度（当然不会大到让你很容易看得出来）刹车来令片外张力（刹车制动力）越大，则情形就越明显，因此，一般大型车辆还是使用鼓式刹车，除了成本较低外，大型车与小型车的鼓刹，差别可能祗有大型采气动辅助，而小型车采真空辅助来帮助刹车。

成本较低：

鼓式刹车制造技术层次较低，也是最先用于刹车系统，因此制造成本要比碟式刹车低。

同时由于技术和成本原因想要普及前盘后盘的形式还需一个长期过程。

目前国内只有中高档城际大客车普遍使用盘式制动器，鼓式制动器造价便宜，而且符合传统设计，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此生产厂家为了节省成本，大多数客车采用前盘后鼓的形式选择制动器类型[10]。

1.3制动器的设计的意义

汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍，也是最方便的交通运输工具。

汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统,它是制约汽车运动的装置。

汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。

随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,交通事故也不断增加。

人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全，必须为汽车配备十分可靠的制动系统。

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。

制动器作为制动系统的核心制动器的好坏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。

1.4制动器设计的主要内容

本次设计是通过查阅相关资料，掌握制动器设计的基本步骤和要求，及制动器总成的相关设计方法，运用汽车设计和汽车构造的基础知识，学习和利用CAD绘图软件对CA6780中型客车的制动器进行设计使其具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。

第2章制动系统方案论证分析与选择

2.1制动器形式方案分析

汽车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。

一般摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类[3]。

2.1.1鼓式制动器

鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用干各类汽车上。

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两种结构型式。

内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半袖套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件为制动鼓。

车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上。

制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。

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，并利用制动鼓的外因柱表面与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一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。

所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。

鼓式制动器按蹄的类型分为：

（1）领从蹄式制动器

如2-1图所示，若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），则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。

汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应地使领蹄与从蹄也就相互对调了。

这种当制动鼓正、反方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。

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。

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与倒车时的制动性能不变，且结构简单，造价较低，也便于附装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。

（2）双领蹄式制动器

若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄式制动器。

显然，当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为单向双领蹄式制动器。

如图2-2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，两蹄对制动鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式制动器。

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。

这种结构常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动

时，前轴的动轴荷及附着力大于后轴，而倒车时则相反。

（3）双向双领蹄式制动器

如图2-3当制动鼓正向和反向旋转时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。

它也属于平衡式制动器。

由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后车轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动。

（4）单向增力式制动器

单向增力式制动器如2-4图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。

由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡，因

此它居于一种非平衡式制动器。

单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。

因此，它仅用于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。

（5）双向增力式制动器

将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸，其上端的支承销也作为两蹄共用的，则成为双向增力式制动器如图2-5。

对双向增力式制

动器来说，不论汽车前进制动或倒退制动，该制动器均为增力式制动器。

双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多，而且常常将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器，但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉器也广泛用作汽车的中央制动器，因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高，而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温，故其热衰退问题并不突出。

但由于结构问题使它在制动过程中散热和排水性能差，容易导致制动效率下降。

因此，在轿车领域上己经逐步退出让位给盘式制动器。

但由于成本比较低，仍然在一些经济型车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。

本次设计最终采用的是领从蹄式制动器[16]。

图2-1领从蹄式制动器图2-2双领蹄式制动器图2-3双向双领蹄式制动器

图2-4单向增力式制动器图2-5双向增力式制动器

2.1.2盘式制动器

盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。

（1）钳盘式

钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。

定钳盘式制动器：

这种制动器中的制动钳固定不动，制动盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。

具有下列优点：

除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。

浮动盘式制动器：

这种制动器具有以下优点：

仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低；浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。

（2）全盘式

在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时各盘摩擦表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。

由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。

通过对盘式、鼓式制动器的分析比较可以得出盘式制动器与鼓式制动器比较有如下均一些突出优点。

制动稳定性好，的效能因素与摩擦系数关系的K-p曲线变化平衡，所以对摩擦系数的要求可以放宽，因而对制动时摩擦面间为温度、水的影响敏感度就低。

所以在汽车高速行驶时均能保证制动的稳定性和可靠性。

盘式制动器制动时，汽车减速度与制动管路压力是线性关系，而鼓式制动器却是非线性关系。

输出力矩平衡，而鼓式则平衡性差。

制动盘的通风冷却较好，带通风孔的制动盘的散热效果尤佳，故热稳定性好，制动时所需踏板力也较小。

车速对踏板力的影响较小。

但盘式制动器制动效能低，兼做驻车制动时需加装辅助制动装置因而在后轮上应用受到限制。

综合以上优缺点最终确定CA6780客车的后轮制动器设计采用鼓式。

并采用领从蹄式制动器。

2.2制动驱动机构的结构形式选择

根据制动力原的不同，制