CA7160后轮制动器设计

本科毕业设计说明书作者姓名：专 业：指导老师：学 号：中 文 摘 要- 1 -标题： CA7160 后轮制动器设计计算说明书摘要：汽车的制动性是汽车的主要性能之一。任何一套制动系统均由制动器和制动驱动机构组成.制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，本次设计是针对车型为 CA7160 的后轮制动器,类型为领从蹄式制动器，制动蹄采用浮式支撑，附装有驻车制动机构。进行了主要零件的结构设计，整体的设计计算，零件强度计算，典型零件工艺分析和总成装配工艺过程分析，在文末附上了一篇与 ESP 有关的英文论文的翻译。关键词 制动器 设计 摩擦 计算 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 录1 绪言： .21.1 制动系统概述 .21.1.1 制动系统的工作原理 .21.1.2 制动系的结构特点及分类。 .41.1.3 制动系设计要求 61.2 制动器概述 71.3 与制动有关的新技术 91.3.1 ABS 技术 .91.3.2 ESP 技术 .91.3.3 EBD 技术 .101.4 设计意义 102 设计部分： 112.1 设计准备: 112.2 制动器的结构方案分析 .132.2.1 各式鼓式制动器优缺点比较： .132.2.2 制动器类型选择结果 162.3 CA7160 制动器的结构特点 .162.4 CA7160 后轮制动器主要参数的确定 .182.4.1 主要参数的确定确定方法 182.4.2 CA7160 后轮制动器主要参数选择结果 .212.5 CA7160 后轮制动器主要零件的结构设计 .212.5.1 制动鼓 212.5.2 制动蹄 222.5.3 制动底板 232.5.4 制动蹄的支承 232.5.5 制动轮缸 242.5.6 摩擦衬片 242.5.7 CA7160 后轮制动器主要零件结构设计结果 .252.5.8 CA7160 后轮制动器蹄与鼓之间的间隙自动调整装置 .262.6 CA7160 后轮制动器设计计算 .262.6.1 压力沿衬片的分布规律 .262.6.2 计算蹄片上的制动力矩 .282.6.3 衬片磨损特性的计算 .282.6.4 制动因素分析计算 .302.6.5 制动轮缸直径与工作容积 .312.7 CA7160 后轮制动器零件强度计算 .322.7.1 强度计算准备 .32- 1 -2.7.2 紧固摩擦片铆钉得剪应力验算 .323 工艺部分 333.1 典型零件工艺分析 .333.1.1 毛坯的选择 .333.1.2 选择定位基准 343.2 总成装配工艺过程 353.2.1 编排装配顺序的原则是： 353.2.2 制动蹄总成装配工艺系统图见图 3-3.353.2.3 轮缸总成装配工艺系统图见图 3-4.353.2.3 总成装配工艺系统图见图 3-5.354 英文论文翻译 38设计总结： 55致谢 55参考文献： 55本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 0 页 共 57 页- 0 -1 绪言：汽车的制动性是汽车的主要性能之一，它为汽车安全行驶提供了重要保证。随着高速公路的迅速发展和汽车车速的提高，设计一套可靠、稳定的制动系统将给驾驶者和乘客的人身财产安全提供有力的保障。改善汽车制动性也始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。1.1 制动系统概述人们为了满足生活和工作的需要，希望汽车行驶速度尽量地快，但必须以保证行驶安全为前提。汽车除能高速行驶外，在即将转向、行经不平路面、两车交会、遇到障碍或危险时，都须减低车速。有时需要在尽可能短的距离内将车速降到很低，甚至为零。如果汽车不具备这性能，高速行驶就不可能实现。汽车在下长坡时，在重力作用下，有不断加速到危险程度的趋向。此时应当将车速限制在定的安全值以内，并保持稳定。此外，对已停驶(特别是在坡道上停驶)的汽车，应使之可靠地驻留原地不动。使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动等作用统称为制动。对汽车起到制动作用的只能是作用在汽车上的，方向与汽车行驶方向相反的外力。作用在行驶汽车上的滚动阻力、上坡阻力、空气阻力都能对汽车起制动作用，但这些外力的大小都是随机的、不可控制的。因此汽车上必须装设一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，通过外界(主要是路面)在汽车某些部分(主要是车轮)施加一定的力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力。这样的一系列专门装置即称为制动系。1.1.1 制动系统的工作原理一般制动系的工作原理可用图 l1 所示的一种简单的液压制动系示意图来说明。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页 共 57 页- 1 -个以内圆面为工作表面的金属的制动鼓 8 固定在车轮轮毅上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板 11 上，有两个支承销 12，支承着两个弧形制动蹄10 的下端。制动蹄的外圆面上又装有一般是非金属的摩擦片 9。制动底板上还装有液压制动轮缸 6，用油管 5 与装在车架上的液压制动主缸 4 相连通。主缸中的活塞 3 可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动卸摩擦片的外圆面之间保持有一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板 l，通过推杆 2 和主缸活塞 3，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸6，并通过两个轮缸活塞 7 推使两制动蹄 10 绕支承销 12 转动，上端向两边分开而以其摩擦片 9 压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩 ,其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩M传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的作M用力 ，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力 。制动力F BF本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页 共 57 页- 2 -由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车减速。制动力愈大，汽BF车减速度也愈大。当放开制动踏板时回位弹簧 13 即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩 和制动力 消失，制动作用即行终止。MBF图 1-1 所示的制动系中，由制动鼓 8、摩擦片 9 和制动蹄 10 所构成的系统产生了一个制动力矩(摩擦力矩 )以阻碍车轮转动该系统称为制动器。M显然，阻碍汽车运动的制动力 不仅取决于制动力矩还取决于轮胎与路面BF间的附着条件。如果完全丧失附着，则这种制动系事实上不可能产生制动汽车的效果的不过，在讨论制动系的结构问题时，一般都假定具备良好的附着条件。上述这种用以使行驶中的汽车减低速度甚至停车的制动系称为行车制动系，是在行车过程中经常使用的。用来使己停驶的汽车驻留原地不动的另一套装置则称为驻车制动系。这两个制动系是每一辆汽车都必须具备的。此外，许多国家还规定汽车必须具有第二制动系，其作用是在行车制动系失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车。经常在山区行驶的汽车，若单靠行车制动系来达到下长按时稳定车速的目的，则可能导致行车制动系的制动器过热而降低制动效能，甚至完全失效，所以山区用汽车还应具备主要在下坡时用以稳定车速的辅助制动系。装设在车辆上的所有各种制动系总称为制动装置。1.1.2 制动系的结构特点及分类。制动系统可按照制动能源来分类： 以驾驶员的肌体作为惟一制动能源的制功系称为人力制动系(参见图 1-1)。 完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的则是动力制动系。 制动能源可以是发动机驱动的空气压缩机或油泵，兼用人力和发动机动力进行制动的制动系称为伺服制功系。以上三种都可用作行车制动系。驻车制动系可以是人力式或动力式。专门用本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页 共 57 页- 3 -于挂车的还有惯性制动系和重力制动系。前者的制动能源是在牵引车辆先行制动的情况下，挂车向牵引车辆靠拢的惯性(功能)。后者的制动能源是挂车某个组成部件或零件的重力(势能)。当牵引车辆先行制动时，挂车的这一部件或零件便在本身重力作用下降低其重心，致使挂车制动。按照制动能量的传输方式，制动系又可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等；同时采用两种以上的传能方式的制动系可称为组合式制动系。传动装置采用单一的气压或液压回路的制动系为单回路制动系(图 12)。这种制动系中，只要有一处损坏而漏气(或漏油)，整个系统即行失效。故自 20世纪 60 年代中期以来，越来越多的汽车在行车制动中采用了双回路结构(图 13，图 14)。在双回路制动系中，所有行车制动器的气压或液压管路分属于两个彼此隔绝的回路。这样，即使其中一个回路失效，还能利用另一回路获得较原先小的制动力。我国自 1988 年 1 月 1 日开始，所有汽车均使用双回路制动系。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页 共 57 页- 4 -1.1.3 制动系设计要求设计制动系时应满足如下主要要求：1)足够的制动能力。行车制动能力，用定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标评定，详见 JB393985；驻坡能力是指汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度，详见 JB01985。2)工作可靠。行车制动至少有两套独立的驱动制动器的管路。当其中的一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的 30。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其它制动装置多为手操纵。3)用任何速度制动标准，汽车都不应当丧失操纵性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价详见 JB393985。4)防止水和污泥进入制动器工作表面。5)要求制动能力的热稳定性良好。具体要求详见 JB393585 和 JB420086。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页 共 57 页- 5 -6)操纵轻便并具有良好的随动性。7)制动时制动系产生的噪声尽可能小，同时力求减少散发出对人体有害的石棉纤维等物质，以减少公害。8)作用滞后性应尽可能短。作用滞后性是指制动反应时间，以制动踏板开始动作至达到给定的制动效能所得的时间来评价。气制动车辆反应时间较长，要求不得超过 0.6s，对于汽车列车不得超过 0.8s。9)摩擦衬片(块)应有足够的使用寿命。10)摩擦副磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。11)当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本功能遭到破坏时，汽车制动系应装有音响或光信号等报警装置。1.2 制动器概述任何一套制动系统均由制动器和制动驱动机构组成。制动器的是制动系统中用以产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，它的好坏将直接影响制动系统的功效，对不同类型的汽车就需要设计合适、高效、经济的制动器，以满足其制动性能要求。汽车制动器绝大多数为摩擦式制动器，一般都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使其后者的旋转角速度降低，同时依靠车轮与地面附着作用，产生路面对车轮的制动力，以使汽车减速。目前，汽车所用的摩擦式制动器可分为两类鼓式制动器和盘式制动器。前者摩擦副中的旋转元件为制动鼓，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。与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下优点：1)热稳定性好。原因是一般无自行增力作用，衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。此外，制动鼓在受热膨胀后，工作半径增大，使其只能与蹄中部接触，从而降低了制动效能，这称为机械衰退。制动敛的轴向膨胀极小，径向膨胀根本与性能无关，故无机械衰退问题。因此，前轮采本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页 共 57 页- 6 -用盘式制动器，汽车制动时不易跑偏。2)水稳定性好。制动块对盘的单位压力高，易于将水挤出，因而浸水后效能降低不多；又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。3)制动力矩与汽车运动方向无关。4)易于构成双回路制动系使系统有较高的可靠性和安全性。5)尺寸小、质量小、散热良好。6)压力在制动衬块上分布比较均匀，故衬块磨损也均匀。7)更换衬块工作简单容易。8)衬块与制动盘之间的间隙小(0.050.15mm)，这就缩短了制动协调时间。9)易于实现间隙自动调整。盘式制动器的主要缺点是：1)难以完全防止尘污和锈蚀(封闭的多片全盘式制动器除外)。2)兼作驻车制动器时所需附加的手驱动机构比较复杂。3)在制动驱动机构中必须装用助力器。4)因为衬块工作面积小，所以磨损快，使用寿命低，需用高材质的衬块。盘式制动器已广泛应用于乘用车上，但除了一些高性能的乘用车用于全部车轮以外，大都只能做前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期获得汽车在较高车速下制动时的方向稳定性。在商用车上，盘式制动器目前也有采用，但离普及还有很大距离。此次设计的制动器属于鼓式制动器。旋转元件固装在车轮或半轴上，即制动力矩分别直接作用于两侧车轮上的制动器，称为车轮制动器。旋转元件固装在传动系统的传动轴上，其制动力矩须经过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器，则称为中央制动器。车轮制动器一般用于行车制动，也兼用于第二制动和驻车制动。中央制动器一般只用于驻车制动和缓速制动。很多汽车都采用助力制动系统减少驾驶员在制动停车时必须加到踏板上的力。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页 共 57 页- 7 -助力制动器一般有两种类型，最常见的一种是利用进气歧管的真空所产生的压力差，作用在膜片上，以提供助力。另一种类型是采用泵产生液压提供助力。驻车制动器总成用来进行机械制动，防止停放的车辆溜车，在液压制动完全失效时实现停车，绝大部分驻车制动器用来制动两个后车轮。有些前轮驱动的车辆装有前驻车制动器，因为在紧急停车中绝大部分的制动力需要用在车辆的前部。驻车制动器一般用手柄或脚踏板操作。当运用驻车制动器时，驻车制动钢素(或称拉索)机械地拉紧施加制动的杠杆。驻车制动器由机械控制，一般不由液压控制。1.3 与制动有关的新技术当以很强的压力进行制动时，车轮可能完全停止转动，这叫做“车轮抱死” 。车轮抱死并不能帮助车辆停下来，而是轮胎损失了一些与路面的摩擦接触，在路面上滑移。轮胎滑移时，车辆的制动不再处于受控制之下，驾驶员处在危险之中。有经验的驾驶员知道防让车轮抱死的对策是迅速上下踏动制动踏板。这样间歇地对制动器提供压力，使驾驶员在紧急制动时能控制住车辆。1.3.1 ABS 技术现今许多车辆装备了防抱死制动系统(ABS)。防抱死制动系统做的工作与有经验的驾驶员做的相同，只是更快、更精确些.当它感受到某个车轮快要抱死或滑移时，迅速中断到该车轮的制动压力。在车轮处的速度传感器监测车轮速度，并将信息传递给车上计算机。于是计算机控制防抱死制动装置，使输送给即将抱死的车轮的液压力发生脉动。1.3.2 EBD 技术 EBD（电子制动力分配系统）能够根据由于汽车制动时产生轴荷转移的不同，而自动调节前、后轴的制动力分配比例，提高制动效能，并配合 ABS 提高制动稳定性。汽车在制动时，四只轮胎附着的地面条件往往不一样。比如，有时左前轮和右后轮附着在干燥的水泥地面上，而右前轮和左后轮却附着在水中或泥水中，本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页 共 57 页- 8 -这种情况会导致在汽车制动时四只轮子与地面的摩擦力不一样，制动时容易造成打滑、倾斜和车辆侧翻事故。EBD 用高速计算机在汽车制动的瞬间，分别对四只轮胎附着的不同地面进行感应、计算，得出不同的摩擦力数值，使四只轮胎的制动装置根据不同的情况用不同的方式和力量制动，并在运动中不断高速调整，从而保证车辆的平稳、安全。1.3.3 ESP 技术ESP 是英文 Electronic Stability Program 的缩写，这串英文字母的中文含意为“电子稳定程序” 。从它的名字来看，与其说 ESP 是一套系统，倒不如说它是一组程序。ESP 以 ABS 制动防抱死系统为基础，通过外围的传感器收集方向盘的转动角度、侧向加速度等信息，这些信息经过微处理器加工，再由液压调节器向车轮制动器发出制动指令，来实现对侧滑的纠正。因此，ESP 整合了 ABS 和 TCS牵引力控制系统，不仅能防止车轮在制动时抱死和启动时打滑，还能防止车辆侧滑。此外，ESP 还能以 25 次/秒的频率对驾驶员的行驶意图和实际行驶情况进行检测，随时待命对车辆的侧滑进行控制，保证驾乘者的行车安全。在任何行驶状态下，不管是在紧急制动还是正常制动，以及在车辆自由行驶、加速、油门或载荷发生变化的时候，ESP 都能让车辆保持稳定，并确保驾驶员对车辆操纵自如。ESP 以高频率(25 次/秒)对当前的行驶状态及驾驶员的转向操作进行检测和比较，时刻对失去稳定的情况、过度转向、转向不足进行记录，一旦预定的情况有出现危险的可能性，ESP 会立即作出干预使车辆恢复稳定。因此，ESP 在车辆即将失去稳定、纠正车辆姿态和恢复稳定的过程中完全是主动的，在事故发生之前起作用，彻底防范事故的发生，主动地提高行车安全。1.4 设计意义本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页 共 57 页- 9 -本次设计是针对车型为 CA7160 的后轮制动器进行的。目前世界各国针对石油等能源日益紧缺，而在国内大力推行低排量，低能耗的汽车使用。CA7160 的车型排量不大，也拥有较为合适的动力性，可以作为一般的个人用车，随着人民生活水平日益提高，个人用车的普及，在我国这类型号排量的乘用车拥有很大的市场，当前各大汽车厂都生产和销售这类车型的汽车。为该型号的汽车后轮设计制动器一方面需要考虑是否能为汽车制动提供可足够的制动力，另一方面又需要考虑经济性和适用性。介于此次设计是针对普通车型的零部件，也就使得这次设计具有了广泛性和通用性的。2 设计部分：2.1 设计准备:1）在制动器设计中预定给定的主要技术参数如下表：表 2-1汽车总质量（kg） 1030整备质量（kg） 1420轴距（mm） 2475前 1427轮距（mm）后 1422轮胎 175/70R13T车轮有效半径 （mm）er 287.6制动力分配 0.8空载（mm） 520质心高度满载（mm） 500轴荷分配 空载 前轴 60本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页 共 57 页- 10 -后轴 40前轴 56满载后轴 44设计零件结构示意图：图 2-11-楔形调整块 2-驻车制动推杆 3-制动蹄 4-驻车制动推杆内弹簧 5-驻车制动推杆外弹簧 6-限位弹簧座 7-驻车制动杠杆 8-制动蹄回位弹簧 9-制动轮缸 10-制动底板 11-柱塞 12-摩擦衬片2.2 制动器的结构方案分析鼓式制动器分为领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页 共 57 页- 11 -式、双向增力式等几种，见图 22，af.图 2-22.2.1 各式鼓式制动器优缺点比较：1) 领从蹄式 领从蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行驶的制动效果不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；调整蹄片与制动鼓之间 的间隙工作容易。但领从蹄制动器也有两蹄片上的单位压力不等（在两蹄上摩擦衬片面积相同的条件下） ，故两蹄衬片磨损不均匀，寿命不同的缺点。此外，因只有一个轮缸，两蹄必须在同一驱动回路作用下工作。领从蹄式制动器得到广泛应用，特别是轿车和轻型货车、客车的后轮制动器用得较多。2) 双领蹄式 双领蹄式制动器的两块蹄片各有自己的固定支点，而且两固定支点位于两蹄的不同端，如图 22b 所示，领蹄的固定端在下方，从蹄的固定端在上方。每块本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页 共 57 页- 12 -蹄片有各自独立的张开装置，且位于与固定支点相对应的方。汽车前进制动时，这种制动器的制动效能相当高。由于有两个轮缸，故可以用两个各自独立的回路分别驱动两蹄片。除此之外，这种制动器还有调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作容易进行和两蹄片上的单位压力相等，使之磨损均匀，寿命相同等优点。双领路式制动器的制动效能稳定性，仅强于增力式制动器。当倒车制动时，由了两蹄片皆为双从蹄，使制动效能明显下降。与领从蹄式制动器比较，由于多了一个轮缸使结构略显复杂。这种制动器适用于前进制动时前轴动轴荷及附着力大于后轴而倒车制动时则相反的汽车前轮上。它之所以不用于后轮，还因为两个互相成中心对称的轮缸，难以附加驻车制动驱动机构。3) 双向双领蹄式 双向双领蹄式制动器的结构特点是两蹄片浮动，用各有两个活塞的两轮缸张开蹄片 (图 2-2 c)。无论是前进或者是倒退制动时，这种制动器的两块蹄片始终为领蹄所以制动效能相当高，而且不变。由于制动器内设有两个轮缸，所以适用于双回路驱动机构。当一套管路失效后，制动器转变为领从蹄式制动器。除此之外双向双领蹄式制动器的两蹄片上单位压力相等，因而磨损均匀，寿命相同。双向双领蹄式制动器因有两个轮缸，故结构上复杂，且调整蹄片与制动鼓之间的间隙工作困难是它的缺点。这种制动器得到比较广泛应用。如用于后轮，则需另设中央驻车制动器。4) 双从蹄式双从蹄式制动器的两蹄片各仑一个固定支点，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 (图 22d)。双从蹄式制动器的制动器效能稳定性最好，但因制动器效能最低，所以很少采用。5) 单向增力式本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页 共 57 页- 13 -单向增力式制动器的两蹄片只有一个固定支点，两蹄下端经推杆相互连接成一体，制动器仅有个轮缸用来产生推力张开蹄片(图 2-1e)。汽车前进制动时，两蹄片皆为领蹄，次领蹄上不存在轮缸张开力，而且由于领蹄上的摩擦力经推杆作用到次领蹄，使制动器效能很高，居各式制动器之首。与双向增力式制动器比较，这种制动器的结构比较简单。因两块蹄片都是领蹄，所以制动器效能稳定性相当差。倒车制动时，两蹄又皆为从蹄，结果制动器效能很低。因两蹄片上单位压力不等，造成蹄片磨损不均匀，寿命不一样。这种制动器只有一个轮缸，故不适合用于双回路驱动机构；另外由于两蹄片下部联动，使调整助片间隙工作变得困难。少数轻、中型货车用来做前制动器。6) 双向增力式双向增力式制动器的两蹄片端部各有制动时不同时使用的共用支点，支点下方有一轮缸，内装两个活塞用来同时驱动张开两蹄片，两蹄片下方经推杆连接成一体(图 22f)。与单向增力式不同的是次领蹄上也作用有来自轮缸活塞推压的张开力，尽管这个张开力的作用效果较小，但因次领蹄下端受有来自主领蹄经推杆作用的张开力很大，所以次领蹄上的制动力矩能大到主领蹄制动力矩的 23 倍。因此，采用这种制动器以后，即使制动驱动机构中不用伺服装置，也可以借助很小的踏板力得到很大的制动力矩。这种制动器前进与倒退的制动效果不变。双向增力式制动器因两蹄片均为领蹄，所以制动器效能稳定性比较差。除此之外，两蹄片上单位压力不等，故磨损不均匀，寿命不同。调整间隙工作与单向增力式一样比较困难。因只有一个轮缸，故制动器不适合用于有的双回路驱动机构。制动器的效能因数由高至低的顺序为：增力式制动器，双领蹄式制动器，领从蹄式制动器和双从蹄式制动器。而制动器效能稳定性排序则恰好与上述情况相反。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页 共 57 页- 14 -鼓式制动器的效能并非单纯取决于根据制动器的结构参数和摩擦因数计算出来的制动器效能因数值，而且还受蹄与鼓接触部位的影响。蹄与鼓仅在蹄的中部接触时，输出制动力矩就小，而在蹄的端部和根部接触时输出制动力矩就较大。制动器的效能因数越高，制动效能受接触情况的影响也越大，故正确的调整对高性能制动器尤为重要。2.2.2 制动器类型选择结果由于 CA7160 制动器是后轮制动器，双领蹄式和单向增力式一般适用于前轮，所以不采用。从经济性和通用性方面考虑决定仍采用较为常见的蹄式制动器：领从蹄式制动器。采用该制动器作为后轮制动器的经典乘用车车型有德国大众公司生产的桑塔纳轿车、捷达轿车，奥迪 100 型以及中国第一汽车集团最新生产的威志 1.6 MT 小轿车等等。2.3 CA7160 制动器的结构特点本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页 共 57 页- 15 -AACCB12456711561781920 B 3图 2-3CA7160 后轮制动器为领从蹄式制动器，制动蹄采用浮式支撑。制动蹄上下支撑面均加工成弧面，下端支靠在固定于制动底板上的支撑板上。轮缸活塞通过支撑块对制动蹄的上端施加促动力。这种支撑结构可使整个制动蹄沿支撑平面有一定的浮动量，制动蹄可以自动定心，保证能够与制动鼓全面接触。这种结构的另一特点是，该行车制动系可兼充驻车制动器，因此在制动器中还装设了驻车制动机械促动装置。驻车制动杠杆 6 上端用平头销 2 与后制动蹄 7 连接，其上部卡入驻车制动推杆 5 右端的切槽中作为中间支点，下端与拉绳连接。前、后制动蹄的腹板卡在驻车制动推杆 5 两端的切槽中。驻车制动推杆外弹簧 4 左端钩在推杆 5 的左弯舌上，本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页 共 57 页- 16 -而右端钩在后制动蹄 7 的腹板上，驻车制动推杆内弹簧 3 的左端钩在前制动蹄17 的腹板上，而右端则钩在推杆 5 的右弯舌上。进行驻车制动时，须将驾驶室中的手动驻车制动操纵杆拉到制动位置，经一系列杠杆和拉绳传动，将驻车制动杠杆 6 下端向前拉，使之绕上端支点（平头销2）转动。在转动过程中，其中间支点推动制动推杆 5 左移，将前制动蹄 17 向左推向制动鼓，继而制动杠杆 6 的上端右移，通过平头销使后制动蹄 7 上端靠向制动鼓，直到两蹄都压靠到制动鼓上，从而实现了驻车制动。解除制动时，应将驻车制动操纵机构推回到不制动位置，制动杠杆 6 在回位弹簧作用下回位，同时制动蹄回位弹簧 11 将两蹄拉拢。推杆内、外弹簧 3 和 4除可将两蹄拉回到原始位置之外，还可以防止制动推杆在不工作时窜动，碰撞制动蹄而产生噪声。2.4 CA7160 后轮制动器主要参数的确定2.4.1 主要参数的确定确定方法1）制动鼓内径 D输入力 一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。0F但增大 D(图 87)受轮辋内径限制。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于 20mm，否则不仅制动鼓散热条件太差而且轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应有足够的壁厚，用来保证有较大的刚度和热容量，以减小制动时的温升。制动鼓的直径小，刚度就大并有利于保证制动鼓的加工精度。制动鼓直径与轮辋直径之比 D/ 的范围如下：rD轿车：D/ 0.640.74 货车：D/ 0.700.83r r制动鼓内径尺寸应参照专业标准 ZBT2400589 制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页 共 57 页- 17 -图 2-4 鼓式制动器主要技术参数2)摩擦衬片宽度 b 和包角 摩擦衬片宽度尺寸 b 的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大不易加工，并且增加了成本。制动鼓半径 R 确定后，衬片的摩擦面积为 Rb.制动器各蹄衬片总的摩pA擦面积 越大，制动时所受单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特pA性越好。根据国外统计资料分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大，具体数据见表 22。表 22汽车类别 汽车总质量 am单个制动器总的衬片摩擦面积/pA2cm本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页 共 57 页- 18 -乘用车 0.91.51.52.5100200200300货车及客车1.01.51.52.52.53.53.57.07.012.012.017.0120200150250（多为 150200）25040030065055010006001500（多为 6001200）试验表明，摩擦衬片包角 时，磨损最小，制动鼓温度最低，109且制动效能最高。 角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺，容易使制动器发生自锁。因此，包角般不宜大于 120。衬片宽度 b 较大可以减少磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。尺寸系列见 ZB T2400589。3)摩擦衬片起始角 0摩擦衬片起始角 如图 2-3 所示。通常是将摩擦衬片布置在制动蹄外缘的中央，并令 。有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于2/90最大压力点对称布置，以改善制动效能和磨损的均匀性。4)张开力 P 的作用线到制动器中心的距离 e在满足轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下，应使距离 a(图 2-3)尽可能地大，以提高其制动效能。初步设计时可暂取 e0.8R 左右。5)制动蹄支撑点坐标 a 和 c应在保证两蹄支撑端毛面不致互相干涉的条件下，使 a 尽可能的大而 c 尽可能的小（图 2-3） 。初步设计时，也可暂定 a=0.8R.本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页 共 57 页- 19 -2.4.2 CA7160 后轮制动器主要参数选择结果主要参数选择结果列表如下制动鼓内径 D 200mm宽度 b 5mm包角 90起始角 045摩擦衬片摩擦面积 pA188.5 2cm张开力 P 的作用线到制动器中心的距离 e 80mma 80mm制动蹄支撑点坐标c 10mm2.5 CA7160 后轮制动器主要零件的结构设计2.5.1 制动鼓制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。制动鼓有铸造和组合式两种。铸造制动鼓多选用灰铸铁制造具有机械加工容易、耐磨、热容量大等优点。为防止制动鼓工作时受载变形，常公制动鼓的外圆周部分铸有肋，用来加强刚度和增加散热效果(图 24a)。精确计算制动鼓望厚既复杂又困难，所以常根据经验选取。轿车制动鼓壁厚取为 712mm，货车取为1318mm。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页 共 57 页- 20 -图 2-52.5.2 制动蹄轿车和轻型货车的制动蹄广泛采用 T 形型钢辗压或用钢板焊接制成，重型货车的制动蹄则多用铸铁或铸钢铸成。制动蹄的断面形状和尺寸应保证其刚度。但小型汽车用钢板制成的制动蹄腹板上往往开一条或两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些其目的是衬片磨损较为均匀，并减小制动时的尖叫声。重型汽车的制动蹄断面有工字形、山字形和 字形几种。制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车为35mm货车约为 58mm。为了提高效率，增加制动蹄的使用寿命和减轻磨损，在中、重型货车的铸造制动蹄靠近张开凸轮一端，设置有滚轮或者镶装有支持张开凸轮的垫片 (图 2-5)。制动蹄和摩擦片可以铆接，也可以粘接。粘接的优点在于衬片更换前允许磨损的厚度较大，又缺点是工艺较复杂、且不易更换衬片。铆接的噪声较小。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页 共 57 页- 21 -图 2-62.5.3 制动底板制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置。制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板均具有凸凹起伏的形状。重型汽车则采用可铸铁 KTH370-12 的制动底板。刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。2.5.4 制动蹄的支承二自由度制动蹄的支撑，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了使具有支撑销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支撑位置可调。例如采用偏心支撑承销或偏心轮。支撑销由 45 号钢制造并高频淬火。其支座为可锻铸铁（KHT370-12）或球墨铸铁（QT400-18）件。青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。具有长支承销的支承能可靠的保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。有时在制动底板上附加一压紧装置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在张开机构调整推杆端部开槽供制动腹板张开端插入，以保持制动蹄的本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页 共 57 页- 22 -正确位置。2.5.5 制动轮缸制动轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构，其结构简单，在车轮制动器中布置方便。轮缸的缸体由灰铸铁 HT250 制成。其缸筒为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插入槽中的制动蹄腹板端部或端部接头处。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡皮密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。多数制动轮缸有两个等直径活塞；少数有四个等直径活塞；双领蹄式制动器的两蹄则各用一个单活塞制动轮缸推动。2.5.6 摩擦衬片摩擦衬片(衬块)的材料应满足如下要求：1)具右一定的稳定的摩擦因数。在温度、压力升高扣工作速度发生变化时，摩擦因数变化尽可能小。2)具有良好的耐磨性。不仅摩擦衬片(块)应有足够的使用寿命，而且对偶摩擦副的磨耗也要求尽可能小。如盘式制动器的摩擦衬块硬度过高则制动盘磨损严重，所以这样的衬块并不可取。通常要求制动盘的磨耗不大于衬块的 1/10。3)要有尽可能小的压缩率和膨胀率。压缩变形太大影响制动主缸的排量和踏板行程，降低制动灵敏度。热膨胀率过大，摩擦衬块和制动盘要产生拖磨，龙其对鼓式制动器衬片受热膨胀消除间隙后，可能产生咬死现象。4)制动时不易产生噪声，对环境无污染。5)应采用对人体无害的摩擦材料。6)有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。7)摩擦衬块的热传导率应控制在一定范围。要求摩擦衬块在 300加热板上作用 30min后，背板的温度不超过 。防止防尘罩、密封圈过早老化和制动液温度迅速C190升高。以前制动器摩擦衬片使用的是由增强材料(石棉及其它纤维)、粘结剂、摩擦本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页 共 57 页- 23 -性能调节剂组成的石棉摩阻材料。它有制造容易、成本低、不易刮伤对偶等优点，因为它又有耐热性能差，随着温度升高而摩擦因数降低、磨耗增高和对环境有污染，特别是石棉能致癌所以已逐渐遭受淘汰。由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成的半金属摩阻材料，具有较高的耐热性和耐磨性，特别是因为没有石棉粉尘公害近来得到广泛的应用。粉末冶金无机质金属摩阻材料，虽然具有耐热性好、摩擦性能稳定等优点，但因为它的制造工艺复杂、成本高、容易产生噪声和刮伤对偶等缺点，目前应用并不广泛，仅用于重型货车上。2.5.7 CA7160 后轮制动器主要零件结构设计结果材料 HT200外径 264mm许用不平衡度 18 cmN制动鼓壁厚 7cm材料 Q235制动蹄腹板厚度 5mm材料 Q235制动底板厚度 5mm材料 QT400-18制动蹄支撑尺寸 见设计图纸材料 壳体为 HT250 其余为 Q235制动轮缸结构尺寸 见设计图纸材料 半金属摩阻材料摩擦衬片结构尺寸 见设计图纸2.5.8 CA7160 后轮制动器蹄与鼓之间的间隙自动调整装置CA7160 采用楔块式间隙自调装置。如图 2-3 所示，间隙自调装置的楔形调节块 20 夹在前制动蹄 17 和驻车制动推杆 5 之间形成的切槽中。在正常的制动间本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 24 页 共 57 页- 24 -隙(0.20.3mm)下制动时，外弹簧 4 被拉伸，两制动蹄靠到制动鼓上、施以制动。此时，由于内弹簧 3 的刚度大于外弹簧 4 的刚度，故不被拉伸，内弹簧 3 连同驻车制动推杆 5 与前制动蹄 17 一起左移靠到制动鼓上。当制功蹄磨损、制动器间隙过大并进行制动时，外弹簧 8 首先被拉伸到一定程度，内弹簧 11 也被拉伸，使驻车制动推杆与前制动蹄间形成的切槽宽度增大则切槽与楔形调节块之间的间隙也就增大了，于是楔形调节块在弹簧 3 的拉力作用下向下移动，从而填补了上述间隙增量，使制动蹄与制动鼓又恢复到正常制动器间隙量。这种制动器间隙自调装置也属一次调准式。制动器中的过量间隙并不充全是由于摩擦副磨损所致，还有一部分是出于制动鼓热膨胀而直径增大所致。制动时所需活塞行程增大到超过间隙所限定的数值原因也不仅是制动器的过量间隙，还有鼓和蹄的弹性变形。所以，确定冷态制动器间隙自调装置中的间隙时，就要尽量将可能产生的制动蹄和制动鼓的弹性变形和热变形考虑在内。但是，为了不使制动踏板行程增加过多，确定值时并没有计入上述种种变形的最大值。因此，当出现过大的上述各项变形时，一次调准式自调装置将不加区别地一律随时加以补偿造成“调整过头” 。这样，当制动器恢复到冷态时，即使完全放松制动踏板，制动器也不会彻底放松，而是发生“拖磨”甚至“抱死” ，因为自调整装置只能将间隙调小而不能调大。2.6 CA7160 后轮制动器设计计算2.6.1 压力沿衬片的分布规律CA7160 制动器制动蹄有两个自由度，其紧蹄摩擦衬片的径向变形规律分析如下：如图所示将坐标原点取在制动鼓中心 O 点。 坐标轴线通过蹄片瞬时转动中1y心 点1A