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制动器设计说明书
摘 要
汽车行业的飞速发展使得更多家庭的生活提供了方便，同时小轿车也逐步成为人们代步的工具。而越来越多的汽车在道路上行驶必将导致交通的拥堵，同时对于汽车紧急停车减速慢行的要求也越来越高，因此对于汽车行业来说整车的安全性能是一个车型成功与否的关键。而整车的安全性能中，制动系统又是真个安全性能中最重要的一部分，因此对于制动器的设计尤为重要。
本设计中主要是对普通家用轿车的制动系统中的鼓式制动器的结构进行设计。在设计阶段首先通过查阅图书资料及现场生产实习，明白鼓式制动器的结构原理及工作原理。同时通过基础车型的基本数据对制动器的制动力、摩擦力等主要参数进行设计计算。利用CAD制图软件及三维建模软件对制动器进行绘制，最终完成设计说明书。

关键字：制动；鼓式制动器；制图； 安全性能；

ABSTRACT
The rapid development of automobile industry has provided more convenience for more family life. Meanwhile, cars have gradually become a tool for people to walk instead. And more and more cars driving on the road will lead to traffic congestion. At the same time, the demand for slow slowing of car emergency stop is becoming higher and higher. Therefore, the safety performance of the car industry is the key to the success of a vehicle. The braking system is the most important part of the real safety performance of vehicle, so it is especially important for the design of brake.
In this design, we mainly design the drum brake structure of the brake system of the ordinary family car. In the design stage, we first understand the structure and working principle of drum brakes by consulting books and materials and on-site production practice. At the same time, through the basic data of the basic vehicle, the main parameters such as braking force and friction force of the brake are designed and calculated. Using CAD mapping software and 3D modeling software, we draw the brake and finish the design instruction.

Key words: brake, drum brake, drawing, safety performance;

目录
摘 要 1
ABSTRACT 2
第1章 前 言 3
1.1研究的目的与意义 3
1.2制动系统的现状和发展趋势 3
1.3 研究主要内容和设计要求 4
第2章 总体设计方案的确定 5
2.1 制动系统的分类及功用 5
2.2 主要参数的确定 5
2.2.1 制动力分配 6
2.2.2 同步附着系数 6
2.2.3 最大制动力矩计算 7
2.2.4 制动器因数 7
第3章 制动器结构设计 9
3.1 制动器类型 9
3.2 主要参数的确定 9
3.3 制动器压力的计算 11
3.3.1 制动蹄摩擦面的压力 11
3.3.2鼓式制动器制动力矩 11
3.3.3磨损特性计算 13
3.3.4手动驻车制动的计算 14
3.4 主要零部件的结构设计 15
3.4.1 制动鼓 15
3.4.2 制动块 16
3.4.3 摩擦材料 16
第四章 三维模型的建立 16
4.1 制动鼓模型 16
4.2 制动块模型 17
4.3 制动器壳体模型 19
4.4 制动器总装配图模型 20
结 论 21
参考文献 22

第1章 前 言
1.1研究的目的与意义
制动系统主要是每一辆汽车必备的系统，如今中国经济的飞速发展从而使得中国的公路建设逐渐形成交通运输网。而且国家为了满足人们的需求，为生活带来方便对于高速公路的限速也越来也高，部分路段已经达到120Km/h。而对于车厂来说研发出高性能，速度快的汽车更是目前趋势。但是无论速度多快，可以在紧急情况下紧急停车及减速才是最重要的。因此这关系到人身的安全。
在每一辆车上市及量产之前都必须对汽车进行可靠性道路测试及国家法规申报，而这些项目中必不可少的是制动时间及制动距离的测试。这就是制动器的作用。
对于任何一辆汽车来说两套独立的制动机构是必不可少的。主要包含行车制动和驻车制动两种。
行车制动装置主要是用于行驶中的汽车在遇到各种路况及紧急情况时可以减速或者停车。这个机构主要靠驾驶员的脚踏板来控制。
而驻车制动主要是车辆在停止熄火，或者半坡启动时为避免汽车溜车而采取的制动装置。目前的驻车制动装置主要有手动驻车、电子驻车、自动驻车等等几种。这个机构主要靠驾驶员的手动操作或者车辆的电子控制系统自动识别来实现。在一些山区或者坡路上驻车制动是必不可少的。
此外在一些特殊车辆上还有应急制动、辅助制动等等机构或系统，这些都是为了保证车辆及人身的安全，因此对于制动系统及制动器的设计与研究尤为重要。是汽车的必备系统。
1.2制动系统的现状和发展趋势
制动系统在汽车乃至自行车的出现已经诞生。在自行车上的制动主要是简单的拉索机构使自行车可以停止。后期的制动器也是根据这种原理演化而来的。随着汽车的出现从而应用到了汽车上。在一开始汽车上的制动器也主要是拉索机构来实现车辆车轮的制动。但是由于汽车的惯性大，同时制动力矩较大，驾驶员拆刹车制动时就需要很大的力来制动。人们为了减小制动力利用了杠杆原理对制动器的操纵机构进行优化；随着社会的发展，后来逐渐人们将液压的助力运用到了制动器上，这样大大减轻了车辆的制动了，减小了驾驶员的工作强度。接着人们借助电子信息技术的发展将自动控制的自动驻车系统也应用到了汽车上面。将制动器的发展推向了一个新的高度。
目前的制动系统的发展不仅仅限于制动器，对于驾驶员来说液压助力的制动器给驾驶员的操纵带来了方便。但是驾驶员的操纵不当扔回带来隐患。比如在冰面或湿滑的路面上，急刹车会导致车辆打滑甚至翻车。因此为避免这种情况的出现在制动系统的研究中加入了防抱制动系统，即(ABS)系统。他可以在汽车紧急刹车自动分配汽车制动力，避免汽车打滑。
目前，车辆防抱制动控制系统(ABS)已发展成为成熟的产品，并且在各种汽车上的到了广泛的应用。但是这种系统只是一份辅助安全保护系统，因此在驾驶过程中还必须要控制车速，正确驾驶，合适合理利用汽车制动器。
总之，现代的汽车运用电子控制技术的发展已成为趋势，越来越多的电子控制、液压控制系统运用到了汽车制动系统中。汽车也在向着智能化。安全化发展。更加方便的为人们的生活提供方便。
1.3 研究主要内容和设计要求
对于不同车型，不同的制动器有着不同的设计要求，针对本设计的汽车制动器而言主要的设计要求如下：
（1）所设计的制动器各项性能指标及结构要满足国家技术指标要求及法规认证的要求；
（2）制动器要求足够的制动能效，在车辆各种使用工况下可以满足车辆所需的制动力，保证车辆可以减速及紧急制动；
（3）制动器的工作要可靠，有足够的耐久性。在车辆三包期及后期的使用过程中可以保证制动性能；
（4）制动器的结构要简单且便于维护，以便降低制造成本，提高制动效能及时间；
（5）针对制动拉索及操作机构的设计要保证驾驶员操作方便，便于在紧急情况下采取制动措施；
此外针对本次毕业设计所设计的主要内容如下：
（1）通过查阅图书馆及电子资料了解制动器的工作原理及基本设计思路，为后期的设计奠定基础；
（2）通过主机厂及4S店的现场实习了解鼓式制动器的结构及主要零部件工作性能；
（3）根据基础车型的主要参数对制动器的制动力矩、操纵力矩、摩擦力矩进行计算；
（4）利用计算数据结合整车的布置及参数绘制制动器二维总装图及主要零部件图；
（5）根据绘制的二维图形对鼓式制动器进行三维建模，通过建模了解制动器的结构；
（6）整理计算及资料、根据设计图纸及三维数模完成设计说明书论文的编写；
第2章 总体设计方案的确定
2.1 制动系统的分类及功用
根据不同的制动系统类型；制动系统主要有行车制动系统、驻车制动系统、以及应急制动系统、辅助制动系统等几类。同时对于任何一辆汽车要必须至少要保证有两套制动系统；
同时根据制动力的方式不同，制动系统又可以有机械结构、液压结构、气压结构和电子控制等几种。
结合本设计的车型及实际情况，本设计的制动器类型为行车制动机驻车制动中用到的鼓式制动器；针对制动力的结构类型，本设计的类型选择为液压机械机构。主要的车型制动系统简图如下：

图2.1 总体布置图
2.2 主要参数的确定
在制动器设计中本设计设计基于轿车的基本参数进行设计，参考车型主要技术参数如下：
表2.1 制动系统整车参数
整车质量 空载 满载
1550kg 2000kg
质心位置 a b
1.35m 1.25m
质心高度 空载 满载 轴 距
0.95m 0.85m 2.6m
其 他 最高车速 车轮工作半径 轮 胎 同步附着系数
160km/h 370mm 195/60R14 85H =0.6
而对汽车制动性能有重要影响的制动系参数有：制动力及其分配系数、同步附着系数、制动器最大制动力矩与制动器因数等，本设计也主要围绕这些参数进行设计。
2.2.1 制动力分配
根据公式： （2.1）
得：
2.2.2 同步附着系数
在汽车整车结构中，针对制动器有一个很重要的参数，即为同步附着系数，此参数关系到整个制动器的制动性能。而对于汽车来说在同步附着系数等于路面上的时才会抱死不打滑，因此针对同步附着系数有以下几种情况：
（1）当时：这种情况下前轮比后轮先抱死，这时汽车失去转向能力；
（2）当时：这种情况下后轮比前轮先抱死，这时汽车失去稳定能力；
（3）当时：这时前后轮同时抱死，同时也失去转向能力；
针对同步附着系数，根据设计经验及设计参数，一般情况下轿车0.6；货车0.5。
（2.2）
故取=0.6
2.2.3 最大制动力矩计算
由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩：
（2.3）
式中：Φ——最大附着系数；
q——制动强度；
——车轮有效半径；
——后轴最大制动力矩；
G——汽车满载质量；
L——汽车轴距；
q=0.66
故后轴1.57Nmm
后轮的制动力矩为=0.785Nmm
前轴= T==0.67/(1-0.67)1.57=3.2Nmm
前轮的制动力矩为3.2/2=1.6Nmm
2.2.4 制动器因数
作用在制动鼓半径上所产生的摩擦力与施加的力之比为制动器因数，即
（2.4）
式中：—制动器的摩擦力矩；
—制动盘或制动鼓的作用半径；
—输入力，去两制动蹄的平均值。
对于鼓式制动器，当时，则有

根据受力情况及制动蹄之间的作用力绘制受力简图，如下：

图2.2 受力图

对领题绕支点A的力矩平衡方程，即
（2.6）
由上式得到领蹄的制动蹄因数为
（2.7）
代入参数得：=0.79
当制动鼓逆转时，上述制动蹄则又成为从蹄，这时摩擦力的方向相反，用上述分析方法，同样可得出从蹄绕支点A的力矩平衡方程，即
（2.8）
由上式得从蹄的制动蹄因数为
（2.9）
代入参数得：=0.48
第3章 制动器结构设计
本设计的制动器为汽车机械液压助力的鼓式制动器，一般情况下安装在汽车后轮，针对汽车后轮的制动力及整车参数对鼓式制动器的主要参数进行设计计算，设计出结构合适制动器。
3.1 制动器类型
在汽车制动器的发展过程中，鼓式制动器是最早出现的；要比盘式制动器还早好多年。因此其技术成熟，结构稳定，从而被各类汽车所广泛应用。鼓式制动器主要是靠制动鼓内部的制动蹄与制动鼓内部的摩擦进行制动，制动蹄靠液压机机械弹簧的作用可以抱死或放松制动蹄与制动鼓的接触，从而使汽车出现制动刹车。根据鼓式制动器制动蹄的结构可以分为以下几种类型：
（1）领从蹄式制动器：即在制动时制动蹄的旋转方向为相反的，一个领蹄和一个从蹄相反运动张开接触制动鼓使汽车制动；
（2）双领蹄式制动器：即在制动时制动蹄的旋转方向为相同的，有两个相同的领蹄进行相同运动张开接触制动鼓使汽车制动；
（3）双向双领蹄式制动器：即在制动时制动蹄的旋转方向为相反的，但是为两个领蹄相反运动张开接触制动鼓使汽车制动；
（5）增力式制动器：即在传统制动器的结构中加入双活塞式制动轮缸，靠液压的作用张开制动蹄使其制动；
结合各种制动蹄的结构及原理，由于本设计制动器用于小型汽车后轮，因此本次设计最终采用的是领从蹄式制动器。
3.2 主要参数的确定
1．结构参数
(1)制动鼓直径D或半径R
针对制动鼓与轮辋，在汽车设计过程中两运动件之间应有一定的间隙，一般情况下不应小于20mm～30mm，以保证有效的散热及通风，保证车辆的制动性能。由此间隙要求及轮辋的尺寸即可求得制动鼓D的尺寸。另外，制动鼓直径D与轮辋直径之比的一般范围为；
轿车 =0.64～0.74
货车 =0.70～0.83
轿车制动鼓内径一般比轮辋外径小125mm～150mm 。根据本设计的要求及结构参数，本设计中选取D=240mm 。制动鼓外径249mm。
（2）制动蹄摩擦衬片的包角及宽度b
根据设计经验及制动器主要技术性能指标要求，包角通常在=范围内选取，包角太小容易磨损，太大则不容易散热，因此本设计中包角选取=。
摩擦成片的宽度及直接影响到整车的制动性能，本设计中选取的摩擦片宽度为选取b=45mm 。
（3）摩擦衬片起始角
摩擦衬片起始角通常为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善制动效能和磨损的均匀性。
根据=-（/2）=

图3.1 制动蹄摩擦衬片参数
（4）张开力的作用线至制动器中线的距离a
在满足制动轮缸或凸轮能布置在制动鼓内的条件下，应使距离a尽可能地大，以提高其制动效能。在本设计中a=0.8R，求得a=99.6mm 。
2．摩擦片摩擦系数
摩擦片是整个制动器中最关键的零部件，其性能的指标直接影响制动器的制动性能，因此针对摩擦片不仅对结构中的散热通风有要求，同时对其耐久，耐老化，高低温也有很高的要求。而决定摩擦片性能的主要为其摩擦系数，不同材料有不同的摩擦系数，本设计中选取f=0.3。
3.3 制动器压力的计算
3.3.1 制动蹄摩擦面的压力
可根据图3-2来分析计算具有一个自由度的增势蹄摩擦衬片的径向变形规律和压力分布规律。此时摩擦衬片在张开力和摩擦力的作用下，绕支承销中心转动d角。摩擦衬片表面任意点沿制动蹄转动的切线方向饿变形即为线段，其径向变形分量是线段在半径延长线上的投影，即线段。由于d角很小，可以认为=90则所求的摩擦衬片的径向变形为
（3.1）

图3.2摩擦衬片的径向变形规律和压力分布
考虑到，则由等腰三角形可知
（3.2）
代入上式，得摩擦衬片的径向变形和压力分别为
（3.3）
通过上式可看出摩擦片的径向变形和压力都是关于张开角的正弦函数。
3.3.2鼓式制动器制动力矩
在计算鼓式制动器时，必须建立制动蹄对制动鼓的压紧力与所产生的制动力矩之间的关系。
增势蹄产生的制动力矩可表达如下：
（3.4）
式中：—摩擦系数（前面以选择0.3）；
—单元法向力的合力；
—摩擦力的作用半径。
如图3-3求得力与张开力的关系式，写出制动蹄上力的平衡力方程式：
（3.5）

图3.3 制动蹄对制动鼓的压紧力关系
式中：—支承反力在轴上的投影；
—轴与力的作用线之间的夹角。
对式（3.5）求解，得
（3.6）
将式（3.6）代入（3.4），得增势蹄的制动力矩为
= （3.7）
所以增势蹄的力矩是关于的直线函数。
3.3.3磨损特性计算
由于汽车在使用过程中摩擦衬片是不断地在与制动鼓内壁进行接触摩擦，因此对于制动器摩擦片衬片的材料及结构设计有一定的要求，要求其有足够的耐磨性，同时针对使用过程中的磨损特性对其进行主要参数计算：
1）比能量耗散率
双轴汽车的单个前轮制动器和单个后轮制动器的比能量耗散率分别为
（3.8）
（3.9）
式中：：汽车回转质量换算系数，紧急制动时，；
：汽车总质量；
，：汽车制动初速度与终速度，/；计算时轿车取27.8/；
：制动时间，；按下式计算
t==27.8/6=4.6
：制动减速度，， 0.6×106；
，：前、后制动器衬片的摩擦面积；=7600mm,质量在1.5—2.5/t的轿车摩擦衬片面积在200-300cm,
故取=30000mm
：制动力分配系数。
则 ==5.7
轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于6.0，故符合要求。
==0.7
轿车鼓式制动器的比能量耗散率应不大于1.8，故符合要求。
2）比滑磨功