ZQ1080型商用車制動系設計【含CAD圖紙+文檔】

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機電工程學院 畢業(yè)設計方案 論證報告 設計題目: ZQ1080型商用車制動系設計 學生姓名： 學 號： 專業(yè)班級： 指導教師： 20xx年 4 月 20 日 目 錄 1.制動系的概述 1 1.1制動系的發(fā)展歷史 1 1.2制動系統(tǒng)的功用及構造 2 2.制動系設計結構方案的選擇 3 2.1制動系的設計技術要求 3 2.2制動器結構型式的選擇 3 2.3 制動驅動機構的結構型式的選擇 6 2.4制動管路的形式選擇 8 論證結果 8 參考文獻 9 1.制動系的概述 1.1制動系的發(fā)展歷史 從汽車誕生時起，車輛制動系統(tǒng)在車輛的行駛安全方面就發(fā)揮著至關重要的作用。近年來，由于人們要求車輛技術的進步和汽車行駛速度的提高，制動系的重要性已十分明顯。眾多的汽車工程師在改進車輛制動性能，耗費了大量的心血。目前，在汽車制動的研究中，主要在制動控制方面，包括制動控制的理論和方式以及采用新技術，來提高汽車制動性能。 現代汽車制動器的發(fā)展源自于最初的機械控制裝置，最原始的制動控制僅僅是駕駛員操縱一組簡單的機械裝置向制動器施加作用力。但隨著汽車本身重量的增加，助力裝置對機械制動器來說已不可缺少。進而開始出現了真空助力裝置，即動力制動系統(tǒng)。1932年生產的質量為2860kg的凱迪拉克V16，四輪采用直徑419.1mm的鼓式制動器，就有真空助力裝置。 隨著科學技術及汽車工業(yè)的發(fā)展，車輛制動取得了進一步的突破，液壓制動是繼機械制動后的又一重大成果。Duesenberg Eight車領先使用了轎車液壓制動器。1924年，克萊斯勒的四輪液壓制動器問世。直到20世紀50年代，液壓助力制動器才成為現實。 20世紀80年代后期,世界汽車最顯著的成就，就是實用和推廣了防抱死制動系統(tǒng)(ABS)。ABS是集微電子技術、液壓控制技術、精密加工技術三部分集為一體，是機電一體化的高技術產品。安裝的ABS大大提高了車輛的安全性和操縱性。目前，汽車防抱死制動系統(tǒng)(ABS)已發(fā)展成熟，并廣泛應用在各種車輛上。 經過了一百多年的發(fā)展，汽車制動系統(tǒng)的型式基本定下。傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)結構型式主要有機械式、氣動式、液壓式、氣—液混合式。它們的工作原理基本都一樣，利用制動裝置，用工作時產生的摩擦熱量來消耗汽車的動能，來達到汽車制動減速，或直至停車的目的。隨著電子技術特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的發(fā)展以及節(jié)能和清潔能源汽車的開發(fā)，汽車制動系統(tǒng)的形式也將發(fā)生變化。例如凱西-海斯(K-H)公司在一輛實驗車上設置了一種電-液(EH)制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)完全改變了制動器的操作機理。通過采用電力電子控制裝置和4個比例閥，K-H公司的EBM就能預測到制動控制、牽引力控制、ABS、巡航控制制動干預等情況，不需另外增加附加裝置。EBM系統(tǒng)預測的優(yōu)點，是比標準制動器能更加有效地分配基本制動力，從而使制動距離縮短5%。一種完全的電路制動、完全無油液BBW(Brake-By-Wire)的研究開發(fā)使傳統(tǒng)的液壓制動裝置成為歷史。 20世紀50年代，我國開始發(fā)展汽車工業(yè)。到1988年底，我國已達到年產各種類型汽車約60萬輛，全國汽車保有量已超470萬輛。我國雖然擁有龐大的汽車工業(yè)體系，但是制動系的發(fā)展距世界先進水平仍有較大差距。從70年代我國開始研制減速制動系統(tǒng)，但并沒有得到重視和推廣。動力制動系統(tǒng)是國產5噸以下的小型客貨車中使用的主要制動系統(tǒng)，應用廣泛?？諝庵苿酉到y(tǒng)是國產載重5噸以上車輛的主要使用的制動系統(tǒng)。鼓式制動器被廣泛應用在國產各種汽車上，是80年代以前國產汽車的主要制動器，到80年代中期，盤式制動器進入我國，應用較少，只在引進車輛上使用。 所以我國與世界先進水平相比，減速制動系統(tǒng)在我國雖已存在，并沒有得到充分發(fā)展。制動器從50年代到80年代在國內無突出發(fā)展，一直使用鼓式制動器。我國在80年代后期引進的車型上應用盤式制動器，像奧迪、桑塔納等。近年來，我國認識到國產車在制動系統(tǒng)的不足，開始引進和開發(fā)國外的先進技術，來提高汽車的制動性能。例如重慶發(fā)動機廠引進了康明斯公司的發(fā)動機排氣制動系統(tǒng)來提高汽車行車的安全性。 1.2制動系統(tǒng)的功用及構造 為了提高汽車的平均行駛速度，保證汽車安全行駛，提高運輸率，在汽車上都設有專用制動機構。這樣的一系列專門裝置稱為制動系統(tǒng)。 現代汽車制動系統(tǒng)的功用主要有三個：a.使行駛的汽車減速以至于停車b.使下長坡的汽車保持速度穩(wěn)定c.使已經停駐的汽車可靠停駐。 目前，汽車上采用的制動系統(tǒng)主要有供能裝置、控制裝置、傳動裝置、制動器四部分組成。圖1是制動系統(tǒng)工作原理示意圖。 （1）供能裝置：也就是制動能源，包括供給、調節(jié)制動所需能量以及各種部件，產生制動能量的部分稱為制動能源。人的機體也可作為制動能源，如圖1所示 （2）控制裝置：包括產生制動動作和控制制動效果的部件，如圖1中的制動踏板機構1即是一種控制裝置。 （3）傳動裝置：包括把制動能量傳遞到制動器的各個部件，如圖1中的制動主缸4和制動輪缸6。 （4）制動器：產生阻礙車輛運動或者運動趨勢的力的部件，也包括輔助制動系統(tǒng)中的部件。 現代的制動系統(tǒng)還包括制動力和調節(jié)裝置、壓力保護裝置等輔助裝置。傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)的結構見圖2。 1-制動踏板；2-推桿；3-主缸活塞；4-制動主缸；5-油管；6-制動輪缸；7-輪缸活塞；8-制動鼓；9-摩擦片；10-制動蹄；11-制動底板；12-支承銷；13-制動蹄復位彈簧 圖 1 制動系統(tǒng)工作原理示意圖 圖2帶ABS的傳統(tǒng)汽車制動系統(tǒng)示意圖 制動系統(tǒng)的基本結構主要由車輪制動器和氣壓傳動、液壓傳動機構組成。 車輪制動器主要由旋轉部分、固定部分和張開機構組成，旋轉部分是制動鼓；固定部分包括制動蹄和制動底板；張開機構是制動輪缸。 氣壓制動傳動機構主要由制動踏板、推桿、空氣干燥器、制動總閥、制動氣室、四回路保護閥和管路等組成。 液壓制動傳動機構主要由制動踏板、推桿、制動輪缸、制動主缸和管路組成。 汽車制動系統(tǒng)種類繁多，按制動系統(tǒng)的功用分為：行車制動系、駐車制動系、輔助制動系和第二制動系；按動力能源分為：人力制動系、動力制動系、伺服制動系；按能量傳輸方式分為：機械式、液壓式、氣壓式、電磁式和組合式；按回路多少分為：單回路制動系和雙回路制動系。 2.制動系設計結構方案的選擇 2.1制動系的設計技術要求 為了保證制動系工作可靠，對汽車制動系設計提出如下基本要求： （1）具有優(yōu)良的制動效能。評價制動效能的指標有：制動距離、制動減速度、制動力和制動時間。 （2）制動的平順性要好。制動柔和、平穩(wěn)；分離迅速、徹底。 （3）制動穩(wěn)定性要好。制動時，前后車輪制動力分配合理，左右車輪上的制動力應基本相等，以免汽車制動時發(fā)生跑偏和側滑。 （4）操縱輕便。踏板力轎車一般不超過350N，貨車為550N，最多極限力700N。 （5）散熱性要好，調整方便。這要求制動蹄摩擦片抗高溫能力強，散熱快，潮濕后恢復能力快，磨損后間隙能夠調整，并能夠防塵、防油。 （6）避免自行制動。 （7）帶掛車時，能使掛車制動早于主車制動，后于主車解除制動；掛車自行脫掛時能自行進行制動。 2.2制動器結構型式的選擇 車輪制動器主要用于行車制動，有時也兼作第二制動和駐車制動之用。制動器主要有摩擦式、電磁式和液力式等三種形式。 2.2.1電磁式制動器 電磁式制動器雖然有作用滯后性好、接頭可靠而且易于連接等優(yōu)點，但因工藝復雜，成本太高，只在一部分總重量較大的商用車上用作車輪制動器或緩速器。 2.2.2液力式制動器 液力式制動器普遍用作緩速器。 2.2.3摩擦式制動器 目前汽車廣泛使用的為摩擦式制動器。摩擦式制動器按摩擦副旋轉元件結構不同，可以分為鼓式和盤式兩種。圖4和圖5分別是鼓式和盤式制動器結構型式。 圖3鼓式制動器示意圖 圖4盤式制動器示意圖 (1)鼓式制動器 鼓式制動器廣泛應用于商用車，同時鼓式制動器產生的制動力矩大于盤式制動器的制動力矩，并且鼓式制動器結構簡單、制造成本低、造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設計。對于重型車來說，由于重型車車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高，因此很多重型車現在仍使用四輪鼓式制動器的設計。 鼓式制動器包括內張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器?，F在外束型鼓式制動器主要用于中央制動器的設計，內張型鼓式制動器應用廣泛。 內張型鼓式制動器又分為領從蹄式、雙領蹄式、雙向雙領蹄式、雙從蹄式、單向自增力式、雙向自增力式制動器。它們的制動鼓的受力平衡狀況、制動效能以及車輪旋轉方向對制動效能的影響均不同。 （a）領從蹄式（凸輪張開）；（b）領從蹄式（制動輪缸張開）；（c）雙領蹄式（非雙向，平衡式）；（d）雙向雙領蹄式；（e）單向增力式；（f）雙向增力式 圖5鼓式制動器簡圖 領從蹄式制動器的效能和穩(wěn)定性，在各式制動器中居中等水平；前進、倒退行駛的制動效果不變；結構簡單緊湊，成本低；易于調整蹄片之間的間隙；便于附裝駐車制動驅動機構。因此廣泛應用在中、重型載貨汽車，特別是用于乘用車和總質量較小的商用車的后輪制動器。 雙領蹄式制動器具有高的正向制動效能，但倒車時變?yōu)殡p從蹄式，使制動效能大減。中級轎車的前制動器常用此形式。 雙向雙領蹄式制動器在汽車前進、倒退時的制動性能不變，因此廣泛用作中、重型載貨汽車和部分轎車的前，后輪。但是其結構復雜，造價較高，作為后輪制動器時，需要另設中央制動器。 單向自增力式制動器在汽車前進制動時，其制動效能很高，且高于前述各種制動器，然而在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，僅用于少數輕、中型貨車和轎車上作前輪制動器。 雙向自増力式制動器在高級轎車上用得較多，而且往往將其作為行車制動與駐車制動共用的制動器，它也廣泛用于汽車中央制動器。 本次設計中型商用車總質量相對較小，因此采用結構簡單，成本低的領從蹄式鼓式制動器。 (2)盤式制動器 盤式制動器與鼓式制動器相比，具有以下優(yōu)點： （1）制動效能穩(wěn)定； （2）水衰退影響較小； （3）熱衰退影響較小； （4）在輸出同樣制動力矩情況下，尺寸和質量一般較??； （5）制動力矩與汽車前進或后退等行駛狀態(tài)無關； （6）較易實現間隙自調，其保養(yǎng)修理作業(yè)也較簡單； （7）盤式制動器的摩擦襯塊相對于鼓式制動器的摩擦襯片在磨損后更易更換，整體結構簡單。 作為一款中型載貨商用車，出于制造成本、保養(yǎng)維修作業(yè)以及制動效能等方面考慮，采用前盤后鼓式制動器。 前盤式制動器有固定鉗式、浮動鉗式。浮動鉗式包括滑動鉗式和擺動鉗式。其中浮動前盤式制動器結構簡單，成本低，結構尺寸緊湊，易于布置，可將制動器逼近輪轂，同一組制動塊兼用于行車制動和駐車制動。因此作為中型商用車前制動器采用浮動前盤式制動器。 2.3 制動驅動機構的結構型式的選擇 根據制動能源的不同，制動驅動機構可分為人力制動、伺服制動以及動力制動三大類型。而力的傳遞方式又分為機械式、液壓式、氣壓式和氣-液壓式。各種型式的制動驅動機構區(qū)別，如表1所示。 表1制動驅動機構的結構型式 制動力源 力的傳遞方式 用途 型式 制動力源 工作介質 型式 工作介質 人力制動系 司機體力 機械式 桿系或鋼絲繩 僅限于駐車制動 液壓式 制動液 部分微型汽車的行車制動 動力制動系 氣壓動力 制動系 發(fā)動機動力 空氣 氣壓式 空氣 中、重型汽車的行車制動 氣壓-液壓式 空氣、制動液 液壓動力 制動系 制動液 液壓式 制動液 伺服制動系 真空伺服 制動系 司機體力與發(fā)動機動力 空氣 液壓式 制動液 轎車，微、輕、中型汽車的行車制動 氣壓 制動系 空氣 液壓伺服 制動系 制動液 2.3.1人力制動系 人力制動分為機械式和液壓式兩種。機械式基本靠桿系傳力，但是其機械效率低，潤滑處多，傳動比小并且對于前、后軸制動力的比例和左、右輪制動力的均衡難以保證，所以在汽車的行車制動系統(tǒng)中已被淘汰。但因其結構簡單，成本低，故障少，還廣泛地應用在中、小型汽車的駐車制動中。 液壓制動用于行車制動裝置。液壓制動的優(yōu)點是：工作滯后時間較短(0.1～0.3s)，壓力高(10～20MPa)；輪缸尺寸小，結構簡單緊湊，質量?。粰C械效率較高。液壓制動的主要缺點是：長時間受熱后，一部分制動液汽化，會在管路中形成氣泡，對液壓傳輸影響較大，使制動效能下降，甚至完全失效。液壓制動曾廣泛應用在轎車、輕型貨車及一部分中型貨車上。 2.3.2動力制動系 動力制動是發(fā)動機的動力轉化而成，表現為氣壓或液壓形式的勢能作為汽車制動的能源。駕駛員作用于踏板或手柄上的力，僅用于回路中控制元件的操縱。因此，簡單制動中的踏板行程和踏板力之間的反比例關系，在動力制動中便不復存在。 （1）氣壓制動系 氣壓制動是最多的動力制動之一。其主要優(yōu)點：操縱輕便，工作可靠，保養(yǎng)維修方便，另外其氣源還可以作為其它裝置使用。其主要缺點：結構復雜、笨重，造價高，制動氣室排氣噪聲很大。氣壓制動在總重量8t以上的貨車和客車上以及汽車列車得到廣泛應用。 （2）氣頂液制動系 氣頂液制動，也是動力制動。它兼有液壓制動和氣壓制動的主要優(yōu)點，因氣壓系統(tǒng)管路短，工作滯后時間也較短。但因結構復雜、質量重、造價高，所以主要用在重型汽車上。 （3）全液壓動力制動系 全液壓動力制動但因結構非常復雜，精密件較多，對系統(tǒng)的密封性要求也比較高，目前應用并不廣泛，僅用于某些高級轎車、大型客車和少數的重型礦用自卸車上。 各種形式的動力制動在動力系統(tǒng)失效時，制動作用也就全部喪失了。 2.3.3伺服制動系 伺服制動的制動力源是人力和發(fā)動機并用。正常情況下，其輸出工作壓力主要有動力伺服系統(tǒng)產生，在伺服系統(tǒng)失效時，可有人力驅動液壓系統(tǒng)產生相應的制動力。所以，中級以上的轎車以及輕、中型客、貨車，都廣泛采用伺服制動。伺服制動有真空、空氣和液壓伺服制動三類，伺服能源分別為真空能、氣壓能和液壓能。 在輸出力相等時，氣壓伺服氣室直徑比真空伺服氣室直徑小很多。且在雙回路制動系中，如果伺服系統(tǒng)也是獨立式的，則氣壓伺服比真空伺服更合適，因此后者很難使各回路真空度均衡。但氣壓伺服系統(tǒng)的組成部分卻比真空伺服系統(tǒng)復雜得多。真空伺服制動系廣泛用于總質量在1.1t-1.35t以上的轎車及裝載質量在6t以下的輕、中型載貨汽車上。氣壓伺服制動系則多用于裝載質量為6～12t的商用車，以及少數幾種排量在4.0L以上的乘用車。 綜上所述，經過比較與分析，ZQ1080型商用車設計采用真空助力式伺服制動系統(tǒng)。 2.4制動管路的形式選擇 為了提高制動驅動機構的工作穩(wěn)定性，保證行車安全，制動驅動機構最少得有兩套獨立的系統(tǒng)，即應是雙管路的。即將汽車的全部行車制動器的液壓或氣壓管路分成兩個或更多個相互獨立的回路，當一個回路失效后，其他完好的回路仍然可以工作。 圖6為雙軸汽車液壓式制動驅動機構的雙回路系統(tǒng)的五種分路方案圖。選擇分路方案主要是考慮其制動力的不對稱狀況、制動效能的損失情況和回路系統(tǒng)的復雜程度等。 1-雙腔制動主缸；2-雙回路系統(tǒng)的一個分路；3-雙回路的另一分路 圖6雙軸汽車液壓雙回路系統(tǒng)的5種分路方案圖 圖6(a)一軸對一軸Ⅱ型。其優(yōu)點：管路布置最簡單，可與傳統(tǒng)的單輪缸(或單制動氣室)鼓式制動器相配合，成本較低。在各種汽車上都有采用，尤其在貨車上用得最廣泛。 圖6(b)X型。其特點：結構也很簡單，一回路失效時仍能保持一半的制動效能，并且制動力的分配系數和同步附著系數不變，保證了制動時與整車負荷的對應性。具有這種方案的汽車，其主銷偏移距應取負值(至20mm)，于是不平衡的制動力使車輪反向轉動，提高了汽車的方向穩(wěn)定性，所以多用于中、小型轎車。 圖6(c)一軸半對半軸HI型。 圖6（d）半軸一輪對半軸一輪LL型。 圖6（e）雙半軸對雙半軸HH型。 HI，LL，HH型的結構型式均比較復雜。LL型與HH型在任一回路失效時，前、后制動力比值均與正常條件下相同，剩余總制動力LL型可達正常值的80%，HH型約為50%左右，而HI型單用回路剩余制動力較大，這時與LL型一樣，在緊急制動時后輪極易先抱死。 本次設計采用圖6(a)所示一軸對一軸Ⅱ回路系統(tǒng)符合了GB 7258—2004對制動管路布置的要求。 論證結果 綜上所述，此次對ZQ1080型商用車制動系的設計工作，采用了前盤后鼓式制動器，其中前制動器采用浮動前盤式制動器，后制動器采用領從蹄式制動器；制動驅動機構的結構型式為真空助力式伺服制動系統(tǒng)；制動管路的形式為一軸對一軸Ⅱ回路系統(tǒng)。 參考文獻 [1]吉林工業(yè)大學汽車教研室編.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社，1981 [2]王望予主編.汽車設計 第3版.北京：機械工業(yè)出版社，2000 [3]張洪欣主編.汽車設計.北京：機械工業(yè)出版社，1989 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