捷达轿车后轮制动器-设计说明书

捷达轿车后轮制动器-设计说明书

太原科技大学机械工程学院

课程设计

课程名称：捷达轿车后轮鼓式制动器设计

专业：车辆工程

班级：车辆121202 姓名：梁开心

学号：201212040212

指导教师：赵富强

学期：2014-2015 日期：2015/12/28

摘要

近年来我国汽车市场迅速发展，特别是轿车汽车发展的方向。然而随着汽车数量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。因此，如何开发出高性能的制动系统，为安全行驶提供保障是我们要解决的主要问题。另外，随着汽车市场竞争的加剧，如何缩短产品开发周期、提高设计效率，降低成本等，提高产品的市场竞争力，已经成为企业成功的关键。

本说明书主要介绍了捷达轿车后轮鼓式制动系统的设计。首先介绍了汽车制动系统的发展、结构、分类，并对鼓式制动器和盘式制动器的结构及优缺点进行分析。设计计算确定前盘、后鼓式制动器、制动主缸的主要尺寸和结构形式。绘制出了后制动器装配图、制动鼓零件图以及制动蹄零件图等。最终对设计出的制动系统的各项指标进行评价分析。另外在设计的同时考虑了其结构简单、工作可靠、成本低等因素。

通过本次设计的计算结果表明设计出的制动系统是合理的、符合标准的。其满足结构简单、成本低、工作可靠等要求。

关键字：汽车；制动；鼓式制动器

Abstract

In recent years the rapid development of China's auto market, especially cars car development. However, with the increase in car ownership, safety problems are increasingly attracted attention, and the braking system is an important vehicle active safety systems in the world. Therefore, how to develop high-performance braking system, to provide protection for the safe driving is the main problem we have to solve. In addition, with increased competition in the automotive market, how to shorten the product development cycle, improve design efficiency, reduce costs, increase market competitiveness has become the key to business success.

This manual describes the Jetta sedan rear drum brake system design. The first describes the development of automotive braking systems, structure, classification, and by drum brakes and disc brakes on the structure and analyze the advantages and disadvantages. Design calculations to determine the front disk, rear drum brakes, brake master cylinder of the main dimensions and structure. Drawn out of the rear brake assembly diagram, brake drum and brake shoe parts diagram parts chart. End of the braking system designed to evaluate the analysis of the indicators. Also taking into account in the design of its structure is simple, reliable, low cost factor.

Through this design results show that the design of the braking system is reasonable, standards-compliant. Meet its simple structure, low cost, reliable requirements.

Key words: car；braking；brake drum

目录

第1章绪论

1.1制动器设计的意义 (5)

1.2制动器研究现状 (5)

1.3 鼓式制动器的简介 (5)

1.4 鼓式制动器的组成固件 (6)

1.5 鼓式制动器的工作原理 (6)

1.6 鼓式制动器的产品特性 (7)

1.7设计基本要求和整车性能参数 (7)

第2章鼓式制动器的选择

2.1鼓式制动器形式方案分析 (8)

2.2鼓式制动器 (8)

2.3制动驱动机构的结构形式选择 (9)

2.4简单制动系 (9)

2.5动力制动系 (10)

2.5.1气压制动系 (13)

2.5.2气顶液式制动系 (13)

2.5.3全液压动力制动系 (14)

2.6鼓式制动器主要零部件的结构设计 (14)

2.6.1制动蹄 (14)

2.6.2制动底板 (14)

2.6.3制动蹄的支承 (14)

2.6.4制动轮缸 (15)

2.7鼓式制动器整体方案分析 (15)

2.8鼓式制动器装配注意事项 (13)

第3章鼓式制动器的设计计算

3.1捷达轿车的主要参数数值 (14)

3.2车辆前后轮制动力的分析 (14)

3.3前、后轮制动力分配系数β的确定 (23)

3.4制动器受力分析及最大制动力的确定 (23)

3.4.1制动器受力分析 (23)

3.4.2制动器最大制动力矩 (24)

3.5制动鼓内径R及制动鼓壁厚度的选取 (25)

3.5.1制动鼓壁厚的确定 (25)

3.5.2.制动蹄摩擦衬片的包角β和宽度b (26)

β (27)

3.5.3.摩擦衬片起始角

3.5.4.张开力P的作用线至制动器中心的距离α (27)

3.5.5.制动蹄支销中心的坐标位置是k与c (27)

3.5.6摩擦片摩擦系数f (27)

第4章制动器主要零部件的结构设计

4.1 制动鼓 (23)

4.2 制动蹄 (23)

4.3 制动底板 (23)

4.4 制动蹄的支承 (23)

4.5 制动轮缸 (24)

4.6 制动器间隙 (24)

第5章校核

5.1制动器的热容量和温升的核算 (31)

5.2 制动器的校核 (33)

5.2.1摩擦衬片所受力的校核 (33)

5.3驻车制动的计算 (33)

5.3.1汽车可能停驻的极限上坡路倾斜角α (33)

5.3.2汽车可能停驻的极限下坡路倾斜角'α (34)

结论 (35)

致谢 (36)

参考文献30

第1章绪论

1.1制动器设计的意义

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就是汽车。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。而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。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,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器。本次毕业设计题目为捷达轿车后轮鼓式制动器设计。

通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定捷达轿车后轮鼓式制动器的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。使其达到以下要求：具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；采用合理的设计方案使制造简单经济；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。

1.2制动器研究现状

汽车在行驶过程中需要频繁的进行制动操作，由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全,因此制动性能是车辆非常重要的性能之一，改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时，由于车辆受到与行驶方向相反的外力,从而使汽车的速度逐渐减小至零,对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动器的分析和设计,因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础,由于这一过程较为复杂,因此一般在实际中只能建立简化模型分析,通常人们主要从三个方面来对制动过程进行分析和评价:

1、制动效能:即制动距离与制动减速度；

2、制动效能的恒定性:即抗热衰退性；

3、制动时汽车的方向稳定性；

目前,对于整车制动器的研究主要通过路试或台架进行,由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量,因此,多数有关传动系、制动系的试验均通过间接测量得到的。当汽车在道路上行驶,其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据,在汽车道路试验中,如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化,则可为汽车整车制动器性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。

1.3鼓式制动器的简介

鼓式制动器也叫块式制动器，是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车的。鼓式制动是早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了，直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。现在鼓式制动器的主流是内张式，它的制动块(刹车蹄)位于制动轮内侧，在刹车的时候制动块向外张开，摩擦制动轮的内侧，达到刹车的目的。近三十年中，鼓式制动器在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济类轿车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。

1.4 鼓式制动器的组成固件

鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，固定元件是制动蹄。制动时制动蹄鼓式制动器在促动装置作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。

凡对蹄端加力使蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔。

以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。

鼓式制动器比较复杂的地方在于，许多鼓式制动器都是自作用的。当制动蹄与鼓发生接触时，会出现某种楔入动作，其效果是借助更大的制动力将制动蹄压入鼓中。楔入动作提供的额外制动力，可让鼓式制动器使用比盘式制动器所用的更小的活塞。但是，由于存在楔入动作，在松开制动器时，必须使制动蹄脱离鼓。这就是需要一些弹簧的原因。弹簧有助于将制动蹄固定到位，并在调节臂驱动之后使它返回。

1.5鼓式制动器的工作原理

在轿车制动鼓上，一般只有一个轮缸，在制动时轮缸受到来自总泵液力后，轮缸两端活塞会同时顶向左右制动蹄的蹄端，作用力相等。但由于车轮是旋转的，制动鼓作用于制动蹄的压力左右不对称，造成自行增力或自行减力的作用。因此，业内将自行增力的一侧制动蹄称为领蹄，自行减力的一侧制动蹄称为从蹄，领蹄的摩擦力矩是从蹄的2～2.5倍，两制动蹄摩擦衬片的磨损程度也就不一样。

为了保持良好的制动效率，制动蹄与制动鼓之间要有一个最佳间隙值。随

着摩擦衬片磨损，制动蹄与制动鼓之间的间隙增大，需要有一个调整间隙的机构。过去的鼓式制动器间隙需要人工调整，用塞尺调整间隙。现在轿车鼓式制动器都是采用自动调整方式，摩擦衬片磨损后会自动调整与制动鼓间隙。当间隙增大时，制动蹄推出量超过一定范围时，调整间隙机构会将调整杆（棘爪）拉到与调整齿下一个齿接合的位置，从而增加连杆的长度，使制动蹄位置位移，恢复正常间隙。

轿车鼓式制动器一般用于后轮（前轮用盘式制动器）。鼓式制动器除了成本比较低之外，还有一个好处，就是便于与驻车（停车）制动组合在一起，凡是后轮为鼓式制动器的轿车，其驻车制动器也组合在后轮制动器上。这是一个机械系统，它完全与车上制动液压系统是分离的：利用手操纵杆或驻车踏板（美式车）拉紧钢拉索，操纵鼓式制动器的杠件扩展制动蹄，起到停车制动作用，使得汽车不会溜动；松开钢拉索，回位弹簧使制动蹄恢复原位，制动力消失。

1.6鼓式制动器的产品特性

优点：鼓式制动器造价便宜，而且符合传统设计。四轮轿车在制动过程中，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，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。

缺点：鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，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。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量。制动块和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙，甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉。

1.7设计基本要求和整车性能参数

整车质量：空载：1091kg

满载：1525kg

质心位置：质心距前轴距离：L1=1.236m

质心距后轴距离：L2=1.235m

质心高度：空载时：hg0=0.56m

满载时：hg=0.55m 轴距： L=2.471m

满载后轴重: m=750kg

车轮工作半径：300mm

轮胎规格： 185/60R14 85H

第2章鼓式制动器的选择

2.1鼓式制动器形式方案分析

汽车制动器几乎都是机械摩擦式，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。为更好的实现制动，现代轿车大多采用了前盘后鼓的设计方案。

2.2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，它已经广泛用于各类汽车上。现代的鼓式制动器分为以下几类：

2.2.1领从蹄式制动器

如图所示，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

受的摩擦力使制动蹄压得更紧，即摩擦力矩具

图2-1领从蹄式

有“增势”作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使制动蹄离开制动鼓的趋势，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。

2.2.2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—5(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，前轴的动轴负荷与附着力大于后轴，而倒车时则相反。

2.2.3双向双领蹄式制动器

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。

2.2.4单向增力式制动器

单向增力式制动器如图所示：两制动蹄下端

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。由于制动时两制动蹄的法向反力不

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。

2.3制动驱动机构的结构形式选择

根据制动力源的不同，制动驱动机构可分为简单制动、动力制动以及伺服

制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式和气压-液压式的

区别。

2.4简单制动系 简单制动系即人力制动系，是靠司机作用于制动踏板上或手柄上的力作为

图2-3双向双领从蹄式

图2-4单向增力式

制动力原。传递力的方式有、又有机械式和液压式两种。

机械式的靠杆系或钢丝绳传力，其结构简单，造价低廉，工作可靠，但机械效率低，因此仅用于中、小型汽车的驻车制动装置中。

液压式的简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短(0.1s—0.3s)，工作压力大(可达10MPa—12MPa)，缸径尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，使之结构简单、紧凑，质量小、造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。另外，液压管路在过度受热时会形成气泡而影响传输，即产生所谓“汽阻”，使制动效能降低甚至失效；而当气温过低时(-25℃和更低时)，由于制动液的粘度增大，使工作的可靠性降低，以及当有局部损坏时，使整个系统都不能继续工作。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车和部分中型货车上。但由于其操作较沉重，不能适应现代汽车提高操纵轻便性的要求，故当前仅多用于微型汽车上，在轿车和轻型汽车上已极少采用。

2.5动力制动系

动力制动系是以发动机动力形成的气压或液压势能作为汽车制动的全部力源进行制动，而司机作用于制动踏板或手柄上的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。在简单制动系中的踏板力与其行程间的反比例关系在动力制动系中便不复存在，因此，此处的踏板力较小且可有适当的踏板行程。

动力制动系有气压制动系、气顶液式制动系和全液压动力制动系3种。2.5.1气压制动系

气压制动系是动力制动系最常见的型式，由于可获得较大的制动驱动力，且主车与被拖的挂车以及汽车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单、连接和断开均很方便，因此被广泛用于总质量为8t以上尤其是15t以上的载货汽车、越野汽车和客车上。但气压制动系必须采用空气压缩机、储气筒、制动阀等装置，使其结构复杂、笨重、轮廓尺寸大、造价高；管路中气压的产生和撤除均较慢，作用滞后时间较长(0.3s—0.9s)，因此，当制动阀到制动气室和储气筒的距离较远时，有必要加设气动的第二级控制元件——继动阀(即加速阀)以及快放阀。

2.5.2气顶液式制动系

气顶液式制动系是动力制动系的另一种型式，即利用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源的一种制动驱动机构。它兼有液压制动和气压制

动的主要优点。由于其气压系统的管路短，故作用滞后时间也较短。显然，其结构复杂、质量大、造价高，故主要用于重型汽车上，一部分总质量为9t—11t 的中型汽车上也有所采用。

2.5.3全液压动力制动系

全液压动力制动系除了具有一般液压制动系统的优点外，还具有操纵轻便、制动反应快、制动能力强、受气阻影响较小、易于采用制动力调节装置和防滑移装置，及可与动力转向、液压悬架、举升机构及其他辅助设备共用液压泵和储油罐等优点。但其结构复杂、精密件多，对系统的密封性要求也较高，故并未得到广泛应用，目前仅用于某些高级轿车、大型客车以及极少数的重型矿用自卸汽车上。

2.6鼓式制动器主要零部件的结构设计

2.6.1制动蹄

制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车的约为3mm～5mm。衬片可铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许其磨损厚度较大，使用寿命增长，但不易更换衬片；铆接的噪声较小。本次设计的制动蹄采用的材料为HT200。

2.6.2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。制功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只有凹凸起伏的形状。重型汽车则采用可联铸铁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。本次设计采用45号钢。

2.6.3制动蹄的支承

二自由度制动筛的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了使具有支承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，应使支承位置可调。例如采用偏心支承销或偏心轮。支承销由45号钢制造并高频淬火。其支座为可锻铸铁(KTH370—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地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个压紧装置，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蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。

2.6.4制动轮缸

制功轮缸为液压制动系采用的活塞式制动蹄张开机构。轮缸的缸体由灰铸铁HT250制成。其钢筒为通孔，需镗磨。活塞由铝合金制造。活塞外端压有钢制的开槽顶块，以支承插人槽中的制动蹄腹板端部或端部接头。轮缸的工作腔由装在活塞上的橡胶密封圈或靠在活塞内端面处的橡胶皮碗密封。本次设计采用的是HT250。

2.7鼓式制动器整体方案分析

1—制动底板 2—销轴 3、4、11、12—拉簧 5—压杆 6—制动杆 7—带

杠杆装置的制动蹄 8—支架 9—止挡板 10—铆钉 13—检测孔 14—压

簧 15—夹紧销 16—弹簧座 17—带斜楔支承的制动蹄 18—摩擦衬片 19

楔支承 20—楔形块 21—制动轮缸

图2-5捷达轿车

鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，固定元件是制动蹄，制动时制

图2-5 捷达轿车后轮鼓式制动器

如图所示的捷达轿车后轮鼓式制动器的基本结构及组成。

制动器的组成有以下几个部分：

1、旋转部分：制动鼓

2、固定部分：制动底板制动蹄

3、张开机构：轮缸

4、定位调整：调整凸轮偏心支承销

制动蹄在促动装置的作用下向外旋转，外表面的摩擦片压靠到制动鼓的内圆柱面上，对鼓产生制动摩擦力矩。

凡对制动蹄端加力并使制动蹄转动的装置统称为制动蹄促动装置，制动蹄促动装置有轮缸、凸轮和楔等。

以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置的制动器称为轮缸式制动器；以凸轮作为促动装置的制动器称为凸轮式制动器；用楔作为促动装置的制动器称为楔式制动器。

2.8鼓式制动器装配注意事项

1、装配后总成应在8820Kpa,液压下工作持续3分钟的强度和密封试验，在次时间内任何部位均不得渗漏，压力降不得大雨294Kpa。

2、放气螺钉总成490-588Kpa气压下总成各部位应保证密封，当松开放气螺钉时，气体通畅无阻地从气孔冲出。

3、总成在制动过程中不得发生渗油现象。

4、制动鼓与摩擦片间隙应在0.2mm-0.5mm范围内。

5、总成在正常装配与使用条件下应保证制动灵活轻便不得发生阻碍或卡死现象。