经济型轿车自增力鼓式制动器关键部件三维建模及强度计算文献综述

文献综述

1.研究的意义

近年来随着汽车工业及其技术的不断向前发展以及人们对道路交通安全重要性认识的不断提高，汽车的安全性能变得越来越重要。而汽车的制动系统又是汽车安全性能中的重要一环，其性能结构好坏将直接影响汽车和人身安全。所以，当今社会对于汽车制动系统总成的设计研发是至关重要的。

鼓式制动器于1902年开始使用在马车上，知道1902年左右才开始在汽车工业广泛应用鼓式制动器。鼓式制动器是汽车中广泛采用的一种制动器，目前车市中很多发动机排量较小的中低档车型，其制动系统大多采用前盘后鼓式，即前轮采用盘式制动器，后轮采用鼓式制动器，比如常见的一汽大众捷达、长安铃木奥拓及羚羊、东风悦达起亚千里马、上海通用赛欧等等。鼓式制动器还用在一系列货车上。虽然相比盘式制动器，鼓式制动器稳定性不好、不易操控。且散热性能不好。但是由于鼓式制动器造价便宜且符合传统设计，许多经济型轿车为了控制成本所以采用前盘后鼓的制动方式。另外，对于重型车来说，由于车速一本不是很高、刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，所以很多重型车仍然采用四轮鼓式的设计。综上所述，对鼓式制动器的研究势在必行。

2.鼓式制动器国内外研究现状

随着汽车安全性的日益提高，汽车制动系系统叶经理了数次变迁和改进。从最初的皮革式摩擦制动，到后来的鼓式、盘式制动器，再到机械式ABS制动系统，紧接着伴随着电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统，等等。近十年来，西方发达国家又兴起了对汽车线控系统的研究，线控系统应运而生，并开展了对电控机械系统的研究。简单来说，电控机械制动系统就是把原来液压或者压缩空气驱动改为电动机驱动，借以提高响应速度，增加制动效能，同时大大简化了建构，降低了装配和维护的难度。

长期以来，为了充分发挥蹄鼓式制动器的重要优势，旨在克服其主要缺点的研究工作和技术改进一直在进行中，尤其是对蹄鼓式制动器工作工程和性能计算分析方法的研究受到高度重视。这些研究工作的重点在于制动器结构和实际使用因素等对制动器的效能及稳定性的影响，取得了一些重要的研究成果，得到了一些比较可行，有效的改进措施，制动器的性能也取得了一定程度的提高。

1997年，提出了一种电控自增力鼓式制动器的设计方案，该制动器是通过机械的方法来实现鼓式制动器的自增力，制动效能因数的变化范围为2-6。应用一套电控机械装置调整领蹄的支承点来提高制动器的制动效能数，以补偿由于摩擦材料的热衰退而引起的摩擦系数降低。该制动器达到相同的制动力矩所要求的输入力是盘式制动器1/7。该系统的控制装置允许每个制动器单独工作，从而提高行车的安全性，另外对提高和操纵舒适性也有所提高，但仍存在一些问题，注入系统复杂、高耗能、高成本、维护困难等。

1999年提出一种四蹄八块式制动器，通过对结构参数合理匹配设计，制动效能因数有一定地提高，同时制动效能因数对摩擦系数的敏感性也可以适当地改善，这就在一定程度上改善了制动性能的稳定性。2000年，提出一种具有多自由联动蹄的新型蹄鼓式制动器，该行驶的制动器便得到制动效能因数及其稳定性得到显著提高；摩擦副间压力分布处于均匀，可保证摩擦副间接触状态的稳定，并延长摩擦片使用寿命；性能参数可设计性强，可根据对制动效能的需要，较灵活地进行制动器设计。

另外，今年来则出现了一些全新的制动器结构形式，如磁粉制动器、湿式多盘制动器、电力液压制动臂型盘式自动启、湿式盘式制动弹簧制动器等。对于关键磁性介质磁粉，选用了抗氧化性强、耐磨、耐高温、流动性好的军工磁粉；磁毂组件选用了超级电工穿点DT4，保证了空气力矩小，重复控制精度高的性能要求；在热容量和散热等方面，采用了双侧带散热风扇，设计了散热分道等，便得到该技术有着极好的应用前景。尽管对蹄鼓式制动器的设计取得了一定的成绩，但是对传统蹄鼓式制动器的设计仍然有着不可代替的基础性和研发性作用，也为后续设计提供理论参考。

3.自增力鼓式制动器概述

鼓式制动也叫块式制动，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。相对于盘式制动器来说，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。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它造价便宜，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。

优点：

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。

汽车鼓式制动器的分类：

鼓式制动器的主要种类包括：领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、双从蹄式、单向增力式、双向增力式等几种。

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，成本底；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。但领从蹄式制动器也有两蹄片上的单位压力不等，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。

双领蹄式制动器在汽车前进制动时，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。双领蹄式制动器的制动效能稳定性，仅强于增力式制动器。当倒车是，由于两蹄片皆为双从蹄，使制动效能明显下降。与领从蹄式制动器比较，由于多了一个缸，使之结构显复杂。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。

双向双领蹄式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而有两个轮缸，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。

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。

单向增力式制动器，汽车在前进时，两蹄片皆为领蹄，次领蹄上下不存在轮缸张开力，而且由于领蹄上的摩檫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。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，使调整蹄片间隙工作变得困难。少数轻、中型货车用来作前制动器。

双向增力式制动器与单向增力式制动器不同的是次领蹄上也作用有来至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至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2~3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车的制动效果不变。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。

4.主要设计工作

首先确定车型，在选定车型后，查找该车的主要参数，如：空满载质量、质心高度、质心到前后轴的距离等等。接着进行制动力及制动力分配系数的计算。完成上述工作后，选择制动器的结构形式，接着确定鼓式制动器的主要参数。这些工作都完成后就可以对制动器进行设计计算了，也包括制动器主要零部件的机构设计与强度计算，然后是鼓式制动驱动机构的结构形式选择与设计计算。最后给出制动器主要零部件AutoCAD图和CATIA三维建模。最后建立经济型轿车自增力式鼓式制动器关键部件的有限元模型并进行相关的强度、刚度等计算以及对结果进行评价。

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