毕业设计方案

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题 目 踏板摩托车制动

学 院 机械工程学院

专 业 机械工程及自动化

班 级 机自1010

学 生

学 号 [1**********]

指导教师 王文明

二〇一四年三月三十日

学院 机械工程学院 专业 机械工程及自动化 学生 张明 学号 [1**********] 设计题目 踏板摩托车制动系统的设计

一、选题背景与意义

1. 国内外研究现状

踏板摩托车的兴起绝非偶然。踏板摩托车的钟爱者中年幼者居多。究其原因是因为踏板摩托车的底盘低，这就意味着重心低，具有易操控的优点。这个优点决定了踏板摩托车是新手入手车型的首选。踏板摩托车不断地变换着形与色,使其力与美不断地增加，而不断地成为人们御风而行的绝佳选择。

从古至今，随着科技的进步，人们需求的不断提高。制动系统的诸多问题不断地被揭露了出来。制动系统也在进行着不断地推陈出新。众所周知，钻木取火靠的是摩擦生热。摩擦可以起到阻碍物体的运动或者相对运动的趋势。最初的制动方式考的就是皮革类的摩擦制动。随后鼓式制动装置和盘式制动装置用到了制动系统中。联合制动和ABS防抱死制动也在制动系统中脱颖而出。电气化的兴起，带动了制动系统的进一步变迁。随之出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统等等。EHB作为一种线控制动(brake-by-wire)系统。它使操作者更方便的发出制动指令，简化了操作。且传感器的精确性能够完美的驱动机构、执行机构完成动作。其使制动系统的制动效能进一步的提高。

顾名思义，电控机械制动系统是采用电动机作为驱动装置。区别于传统的液控和气控。使制动过程更加的灵敏、高效。且电动机的引入可以大大地简化制动系统的机械结构。在其的安装和维修上大大地降低了工人的工作量。其不涉及一些密封管路，使行车安全系数大大地提高。电控机械制动系统具有广阔的市场前景。

2. 选题的目的及意义

设计出行之有效的制动系统，使驾驶者能更好地保护好自身的安全。

二、设计内容

1. 设计内容

毕业设计的内容是在简要介绍踏板摩托车制动系统的基本知识的基础上，重点讨论踏板摩托车制动系统的设计，包括它的基本设计理论和方法，相关原理介绍以及技术参数的应用等。 具体设计内容如下：

(1)参考同类零件，选择和确定所设计的重要零件的材料，保证强度和性能要求；

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(2)设计出前制动总成、前制动组合、后制动总成、后制动组合；

(3)绘出制动系统的尺寸联系图和重要的零件图。

毕业设计的数据：

（1）前制动：液压制动、手制动

（2）后制动：机械制动、脚制动

（3）前制动盘规格：不大于220

（4）后制动刹车蹄块规格：不大于130，根据轮子尺寸确定

该课题是让学生通过对踏板摩托车的性能分析，设计出其制动系统的主要零部件：前制动总成、前制动组合、后制动总成、后制动组合等，并设计出组合中的重要零件，使专业厂能根据图纸制作出样品。

2. 预期结果

（1）应具有足够的制动力，工作可靠，符合强制性标准的要求

（2）操纵应轻便。操纵制动系所需的力不应过大，手控制力不大于200N，脚 控制力不超过350N；

（3）制动应平稳。制动时，制动力的增加应迅速，平稳。解除制动时，制动 作用应迅速消除

（4）避免自行制动。在车轮跳动或转向时，不应引起自行制动

(5) 散热性好，摩擦片的抗热衰退能力要高，磨损后的间隙应能够调整，并 且能防水，防油、防尘等

(6) 工作可靠性。制动系各部分工作应可靠，即使在系统的某些部分失效时 也不至于完全丧失制动能力

(7) 公害程度，要求制动时制动系本身和轮胎的噪声尽可能小，制动摩擦片 尽可能采取不含石棉纤维的材料

(8) 制造工艺性好，批量生产的质量能够保证

三、设计方案

摩托车的制动系统对行车安全起着重要的作用,它主要的功能是控制行驶中的摩托车获得适当的制度,在紧急情况下,使摩托车获得最短的制动距离。现代摩托车制动系统从操纵方式上一般可分手制动和脚制动两种,从制动器结构上又可分为鼓式制动和盘式制动两大类。通常情况下,盘式制动效果优于鼓式制动器,但成本较高。为降低成本,小型车前后轮多采用鼓式制动,而大型车多采用前盘后鼓式。这是因为在制动时,车辆重心前移,大约75％的重量集中在前轮,而后轮则相对较弱。但在一些跑车和赛车中,为取得较好的制动效果,则前后轮都采用盘式制动。 摩托车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在长坡时能维持

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一定车速的能力，称为摩托车的制动性。摩托车的制动性由三个方面来进行评价：

（1）制动效能即制动距离和制动减速度；

（2）制动效能的恒定性，即抗热衰退性能；

（3）操纵力大小；

与汽车制动器不同的是，摩托车的前、后制动器是独立的两套操纵机构，制动时可以分别给予不同的制动操纵力。这就不需要考虑制动力分配系数的问题。问题相对简化。

1. 盘式制动

现代几乎所有的盘式制动都采用液压油来操作(如图1 ), 基本不使用机械性的操作。这是因为液压油很容易由低压经广泛的运动量产生制动钳所需要的高压低运动量的动作。液压油是一种特殊的合成油, 沸点较高, 体积不随温度变化而变化, 但具有一定的吸湿性在长期使用过程中, 液压油容易吸收周围的湿气, 使沸点降低。因此为保证良好的制动效果, 液压油一定要定期更换。 盘式制动最主要的结构是制动钳, 它主要有两种类型。一种是单活塞型制动钳(如图2) ,这种方式的制动钳由曲轴固定在托架上, 使其可在一定的范围内滑动, 制动钳内只有一个活塞, 而另一个衬垫固定在相对的一侧; 当制动时, 活塞推着自己这一侧的衬垫向制动盘面推去, 在反作用力的推动下, 制动钳本体会轴向侧移, 直到固定一侧的衬垫接触到制动盘的另一侧。这种制动钳结构较简单, 一般用在小型车中。另一种是对置双活塞型制动钳, 这种方式的制动钳本体固定在前又上, 采用对置的油压缸及活塞, 其中各自有自己的衬垫, 它们之间通过内部通路连接, 所以两者的油压是相同的; 当制动时, 这两个活塞都同时推向制动盘,分别夹紧制动盘的两侧。这种结构制动力大,安全可靠, 欧洲的多种高档车型大都采用此结构。

目前制动钳的发展可谓是日新月异, 最近几年, 已由双活塞发展为四活塞, 从而得到共径四活塞。这种“ 共径四活塞”制动钳是利用左右方向合计四个活塞推动衬垫, 而且, 前后的活塞直径不同。其优点主要是可大面积、均匀地推动衬垫, 从而达到良好的制动效果。盘式制动器的制动盘暴露在外面, 散热性好, 频繁地使用也不会使温度升高而降低摩擦力。但制动盘暴露在外面, 在雨天或泥泞路面上行驶, 水滴附着在制动盘上则会使制动性能降低。

为解决这个问题, 一般是在制动盘上打孔和使用特殊的衬垫。通常是使用一种叫烧结金属的衬垫, 这种衬垫中加入了一些限量的金属颗粒, 使衬垫产生不均匀地磨损, 结果衬垫上的皱褶表面可比一般传统的衬垫更迅速地穿过水膜与圆盘接触, 大大增强了制动效果。

由于盘式制动的性能可靠, 越来越多的车都采用盘式制动, 而且这种方式还便于实现防抱死控制系统(ABS) 和联动控制系统。

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1-制动手柄 2-制动油泵 3-软油管

4-制动钳 5-制动盘

图1 盘式制动系统

图2 单活塞制动钳

2. 鼓式制动

鼓式制动器主要由制动蹄, 制动鼓、制动凸轮、支承轴、回位弹簧等主要部件组成, 制动蹄又分为主蹄和副蹄, 绕支承轴张开的方向与制动鼓转动方向一致的, 叫主蹄, 反之则叫副蹄。由于主蹄绕支承轴张开的方向与制动鼓转动的方向一致, 有助于张开力, 所以制动效率较高, 一般主蹄的制动效率约为副蹄的3倍。鼓式制动器按制动蹄的属性分主蹄副蹄式和双主蹄式两种。主蹄副蹄式结构简单, 装配方便, 应用较广泛。双主蹄式表面压力分布均匀, 能获得较大的制动力,

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但结构较复杂, 仅限于高速摩托车上使用。

3. 踏板摩托车液压盘式制动器的设计

在进行液压盘式制动器设计时, 制动盘一般采用钢制制动盘, 表面要淬火或氮化； 摩擦衬片一般为扇形或圆形, 其摩擦材料应具有足够而稳定的摩擦系数及较好的衬磨性； 制动器的制动柑用活塞密封圈的弹性不宜过大或过小； 制动软管的容积变形要求很高, 变形系数应尽可能小。

3.1 制动盘

制动盘是制动器的主要零件, 其结构型式和性能对制动器的工作性能影响很大。鉴于摩托车用盘式制动器的工作特性和构造特点的要求, 制动盘应有一定的强度、刚度和耐磨性, 以保证制动的可靠性, 并使摩擦衬片磨损均匀。为此, 摩托车一般采用钢制(2Cr13)制动盘。制动盘表面要淬火(硬度为HRC 35-45) 或氮化处理, 氮化层厚度达0.1mm ,氮化后再淬火硬度为HRC 50。制动盘工作表面应光滑平整, 两侧表面不平行度和盘面摆差均不应大于0.05mm, 否则会引起制动手柄(或踏板)振动。制动盘工作时, 由于温度无论是轴向还是径向受热是不均匀的, 加之制动盘厚度较薄(δ=4mm 左右), 从而会引起盘的扭曲。这样.摩擦面上压力分布不均匀性增大. 出现局部高温而使摩擦衬片的磨损增加。对此, 可采用减少制动盘摩擦环的宽度和在制动盘开若干沟槽或通孔, 以减少摩擦片磨损如图3 所示。制动盘开沟槽和通孔同时可以起到排挤制动盘与摩擦衬片间泥沙的作用。

图3 制动盘

3.2 摩擦衬片

制动器摩擦衬片是由背板和在其上模压成型的摩擦衬片(材料)构成。为了使它们连接牢固, 可在钢背上做出几个孔。背板厚度不能过薄. 否则刚度不足。 导致磨损不均匀, 可取4-5mm 厚。摩擦衬片一般为扇形或圆形等。摩擦材料应具有足够而稳定的摩擦因数,有较好的耐磨性; 导热性好 有较好的高温机械强度, 不易划伤制动盘表面和产生严重的粘着等。摩托车用盘式制动器

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通常选用粉末冶金摩擦衬片和半金属摩擦衬片, 它们的共同特点是摩擦因数较高(µ=0.35 -0.4 ；设计时取0.3) 且稳定, 耐磨性高, 制动性能可靠。半金属摩擦衬片的耐磨性和强度较粉末冶金摩擦衬片好些, 但半金属材料易对制动盘表面造成损伤, 对此可加入少量合金元素以改善对制动盘的耐磨性。

3.3 制动钳橡胶密封圈

摩托车盘式制动器的制动钳用活塞密封圈除起到密封制动液的作用外, 还起到自动调整制动盘与摩擦衬片之间间隙的作用。制动间隙乙的大小与橡胶密封圈的弹性有关。如果弹性过大, 制动间隙。超过正常值(0.1-0.2mm )范围, 造成制动时活塞行程过大,直接影响制动的灵敏度。同时, 泥沙等也易带入制动盘和摩擦衬片之间而加速摩擦衬片的磨损。如果弹性过小, 则制动间隙。过小。直接的反映是制动解除时, 制动钳活塞不回位,摩擦衬片与制动盘不脱开产生拖带力矩(≥0.05 N·m )。可见设计时, 密封圈弹性的大小是一个重要因素。

3.4 制动软管

制动总泵与制动钳是由制动软管连接的。制动软管在制动液压力作用下的容积变形是影响制动系统管路压力和制动手柄(踏板) 行程的重要因素。由于制动手柄(踏板) 行程有限, 所以对制动软管的容积变形要求很高, 变形系数尽可能小。在选择制动软管时要对其变形系数有所了解。目前, 美国、日本制造的制动软管变形系数较小, 国产制动软管

的指标还未达到进口产品的水平。

前轮液压传动盘式制动系统简图如下图4所示

图4 前轮液压传动盘式制动系统简图

4. 踏板摩托车盘式制动器的设计

与汽车的鼓式制动器有所不同的是，摩托车上的鼓式制动器基本上都是凸轮

张开式领从蹄式结构。

图5为凸轮领从蹄式鼓式制动器结构示意图

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图5 凸轮领从蹄式鼓式制动器结构示意图

促动器为一个扁平凸轮，凸轮工作轮廓与制动蹄施力端的平面接触，由于凸轮轮廓的中心对称性，以及两蹄结构和安装的轴对称性，凸轮转动所引起的两蹄上相应点的位移相等，因而是一种等位移制动器，也称为平衡式制动器当制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相同，该蹄称为领蹄，领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧。相反地，制动蹄张开时的旋转方向与制动鼓的旋转方向相反，具有这种属性的制动蹄称为从蹄，从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的倾向。这种在制动鼓正向旋转和反向旋转时都有一个领蹄和一个从蹄的制动器，即称为领从蹄式制动器 制动器主要由制动器盖和蹄块、摩擦片、凸轮、制动臂、回位弹簧等零件组成。制动器盖和蹄块通常采用压铸铝合金。摩擦衬片广泛采用模压加工方式。材料按主要成分分类，有石棉材料、非石棉材料（碳纤维、陶瓷材料等）、粉末冶金材料等。凸轮、制动臂、回位弹簧由金属材料制成。

该制动器特点如下：

采用了对称外形的扁平制动凸轮，无论凸轮转角如何，促进力对凸轮中心的

力臂为一定值。由于凸轮轮廓的中心对称性，以及两蹄结构和安装的轴对称性，凸轮转动所 引起的两蹄上相应点的位移相等，因而是一种等位移移动制动器。制动时两蹄对鼓的压紧程度相等，但是，制动鼓对蹄的摩擦使得领蹄端部力图离开制动凸轮，同时又使从蹄端部更加靠紧制动凸轮。这就是说，凸轮对从蹄的促动力P2必定大于对领蹄的促动力P1，即P1

M1=M2。的领蹄的促动力小于制动效能低的从蹄的促动力，从而使得两蹄的制动力矩相等。即：

对于凸轮轴，其花键端承受制动臂对它的作用扭矩产生旋转的趋势，而凸轮端承受蹄块对它的反

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作用力F1、F2、f1、f2，其中f1、f2为摩擦力。当车轮未抱死时，此时F1 F2，凸轮轴由于力矩不平衡呈旋转趋势，制动器执行制动作用；当车轮抱死时，制动蹄与制动鼓无相对运动，摩擦衬片无磨损。制动主要由轮胎与地面的摩擦实现。

5. 盘式制动器与鼓式制动器的分析

摩托车用机械摩擦式制动器可分为鼓式与盘式两种。在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大。但盘式制动器 在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。鼓式制动器持续制动后，制动力下降程度较盘式制动器明显得多。主要是鼓式制动器抗热衰退的能力较盘式制动器差。鼓式制动器制动效能高、结构紧凑、价格便宜，在摩托车上，特别是中低端摩托车上有着广泛的应用。本文只讨论鼓式制动器的相关问题。

综上所述，踏板摩托车的整车制动装置结构布置为：前轮采用液压盘式制动器，由制动盘、摩擦衬片、制动钳、橡胶密封圈、制动软管等组成；后轮采用鼓式制动器，由制动器盖和蹄块、摩擦片、凸轮、制动臂、回位弹簧等组成。

6. 制动力在前后制动器上的分配计算

7. 其他附属结构的设计

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四、参考文献

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五、指导教师评语

六、审核意见

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