刹车泵结构设计机械设计说明

摘要

制动主缸是制动系统的重要组成部分，制动主缸的制动效能、制动稳定性，直接影响到汽车行驶的安全性。因此，在确定其结构方案时提出几个备选方案，并通过对其进行比较和分析，确定出了最佳传动系统的设计方案。

本次设计采用液动理论与机械设计理论对制动主缸进行设计，结构采用双管路液压制动主缸，包括缸体，缸体里设有前后两个主缸，每个主缸中设有油腔和活塞，以及与贮油箱连通的补偿孔和与活塞配套使用的密封圈。其中后主缸的油腔里还设有一个与后轮缸连通的油孔和回位弹簧，其特征是在前、后主缸之间还设有一个增压缸，该增压缸包括增压油腔和增压活塞，增压油腔与前油腔之间设有回油孔和限压油路，增压油腔里还设有一个与前轮缸连通的油孔和回位弹簧，前油腔里设有泄压油路。最后，经校核计算，结构满足要求。

关键词：液动理论；制动效能；制动主缸

Abstract

Braking main cylinder is an important part of the cylinder brake system, braking performance and braking stability directly affect the safety of the car; Therefore, in its structure scheme needs to proposed several alternatives and through comparison and analysis of it, which can determine the optimum transmission system design scheme.

This design uses dynamic theory and mechanism design theory of brake main cylinder structure to design, which also uses dual-pipes hydraulic brake main cylinder including the cylinder block, it has two main cylinder, every main cylinder has a piston and an oil storage tank, as well as connecting with the compensation and the supporting the use of piston ring. Among the chamber's oil cylinder, there is a rear wheel cylinder connected with the oil hole and return spring, its characteristic is between, each cylinder, there is a pressurized cylinder, the pressurized cylinder is made up of pressurization oil chamber pressurization piston, pressure and oil chamber and former oil chamber between oil and oil pressure, the oil chamber pressurization has a front wheel cylinder connected with the oil hole and return spring, before the cavity pressure oil with oil. Finally, after checking computation, the structure satisfy the requirement.

Keywords: hydraulic theory, Braking performance, Braking main cylinder

目录

摘要................................................................................................................ I Abstract............................................................................................................ I I

第1章绪论 (1)

1.1项目研究的意义 (1)

1.2国外发展情况 (1)

第2章刹车泵总体设计 (5)

2.1刹车泵概述 (5)

2.2刹车泵设计要求 (5)

2.3刹车泵方案的确定及其工作原理 (6)

2.4总体方案评价 (7)

第3章制动系的主要参数及其选择 (10)

3.1汽车参数的选择 (10)

3.2汽车质量的确定 (10)

3.3汽车最小制动力的确定 (10)

3.4前后制动器的制动力分配比例 (11)

3.5各轮缸输入力的确定 (12)

3.5.1 前轮盘式制动器的输入力的确定 (13)

3.5.2 后轮鼓式制动器轮缸输入力的计算 (13)

第4章制动主缸直径D的确定 (15)

4.1对于前轮轮缸直径d1 ......................................... 错误!未定义书签。

4.2后轮轮缸直径的确定 (16)

4.3制动主缸直径d0的设计计算 (16)

第5章前轮轮缸主要结构参数的设计计算 (18)

5.1工作压力P (18)

5.2流量的确定 (18)

5.3缸筒的设计 (20)

5.3.1 缸筒径 (20)

5.3.3 缸盖厚度的确定 (22)

5.3.4 工作行程的确定 (22)

5.3.5 最小导向长度的确定 (22)

5.3.6 活塞宽度的确定 (22)

5.3.7 缸体长度的确定 (23)

5.4活塞的设计 (23)

5.4.1 结构形式 (23)

5.4.2 活塞与活塞杆的连接 (23)

5.4.3 活塞材料 (23)

5.5密封圈 (23)

5.6活塞杆 (23)

5.6.1 活塞杆要在导向套中滑动 (24)

5.6.2 活塞杆的计算 (24)

5.7活塞杆的导向套、密封、防尘 (24)

5.7.1 导向套长度的确定 (24)

5.7.2 加工要求 (24)

5.8油口 (25)

5.9密封件、防尘圈的选用 (25)

第6章后轮轮缸的设计计算 (27)

6.1后轮工作压力P (27)

6.2缸筒的设计 (27)

6.2.1 缸筒壁厚 (27)

6.2.2 缸筒壁厚验算 (28)

6.2.3 缸体底部厚度 (28)

6.2.4 缸体头部法兰厚度 (28)

6.2.5 液压缸工作行程的确定 (28)

6.2.6 最下导向长度 (29)

6.2.7 缸体长度的确定 (29)

6.3活塞的设计 (29)

6.4活塞杆的设计 (29)

6.5活塞杆的导向套、密封、防尘 (29)

6.6油口 (29)

7.1主缸主要供油量的计算 (32)

7.2第一段长度的确定 (32)

7.3缸筒的结构参数的确定 (33)

7.3.1 缸筒壁厚的确定 (33)

7.3.2 缸筒连接方式 (33)

7.4第一缸活塞直径的确定 (33)

7.5第二缸的设计 (34)

7.6导向套、密封 (34)

7.7油口的选择 (34)

7.8选取弹簧 (35)

第8章制动踏板力的校核 (36)

第9章管道尺寸 (37)

结论 (38)

致......................................................................................... 错误!未定义书签。参考文献. (39)

Catalogue

Abstract............................................................................................................ I I

Chapter 1 Introduction (1)

1.1The significance of research projects (1)

1.2Domestic development situation (1)

Chapter 2 Brake pump design (5)

2.1The brake pump (5)

2.2The brake pump design requirements (5)

2.3The brake pump design and work principle (6)

2.3Overall scheme evaluation (7)

Chapter 3 Of the main parameters of braking and choice (9)

3.1Auto parameter selection (9)

3.2The quality of the car (9)

3.3Minimum force of car (9)

3.4The brake system and dynamic allocation proportion (10)

3.5All round the input VAT (11)

3.5.1 Front disc brake force of the input (12)

3.5.2 The rear wheel cylinder drum brake force of the input (12)

Chapter 4 Braking main cylinder diameters D (15)

4.1For front wheel cylinder diameters D (15)

4.2The rear wheel cylinder diameters (15)

4.3Braking main cylinder diameters d design calculation (15)

Chapter 5 Front wheel cylinder structure parameter design calculation.18

5.1Work stress P (18)

5.2The flow (18)

5.3Cylinder design (19)

5.3.1 Diameter cylinder (20)

5.3.2 Inner cylinder (20)

5.3.3 The thickness of the cylinder (21)

5.3.4 The work schedule (22)

5.3.5 The minimum length guide (22)

5.3.6 The width of the pistons (22)

5.4The piston design (23)

5.4.1 Structure (23)

5.4.2 The piston and piston rod connections (23)

5.4.3 The piston material (23)

5.5Sealing ring (23)

5.6The piston rod (23)

5.6.1 The piston rod to guide in sliding (23)

5.6.2 The piston rod (24)

5.7The piston rod guide, sealing, dustproof (24)

5.7.1 The length of orientation (24)

5.7.2 Processing requirements (24)

5.8Oil mouth (25)

5.9Seals, dustproof circle (25)

Chapter 6 Rear wheel cylinder design calculation (27)

6.1The rear pressure P (27)

6.2Cylinder design (27)

6.2.1 Inner cylinder (27)

6.2.2 Inner cylinder thick (27)

6.2.3 Block bottom thickness (27)

6.2.4 Cylinder head flange thickness (28)

6.2.5 Hydraulic cylinder work schedule (28)

6.2.6 The minimum length guide (28)

6.2.7 The length of cylinder (28)

6.3The piston design (28)

6.4Piston design (29)

6.5The piston rod guide, sealing, dustproof (29)

6.6Oil mouth (29)

Chapter 7 Of the main cylinder brake design calculation (32)

7.1The main oil cylinder (32)

7.2The first section length (32)

7.3Cylinder structure parameters (32)

7.3.1 Inner cylinder of thick (32)

7.4The first determine diameter of piston cylinder (33)

7.5The design of the cylinder (34)

7.6Orientation, seal (34)

7.7Oil of choice (34)

7.8S ELECT SPRING (35)

Chapter 8 Of the brake pedal force calculation (36)

Chapter 9 Pipe size (37)

Conclusion (38)

Thanks (39)

References (40)

第1章绪论

1.1项目研究的意义

汽车制动系是用于行驶中的汽车减速或停车，使下坡行驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，停车可靠,汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好,制动系工作可靠的汽车,才能充分发挥其动力性能。

为了提高汽车的行驶安全性,根据交通法规的要求，现代汽车的行车制动装置均采用了双回路制动系统。双回路制动系统的制动主缸为串列双腔制动主缸，因此用于单回路制动系的单腔制动的主缸已经被淘汰。另外，在设计制动主缸时，还应考虑是否要补偿和在放开制动踏板式主缸活塞原始位置的定位方法，以及在制动管路中是否必须有或不准有残余压力。

1.2国外发展情况

为了提高汽车的制动性能，保证车辆行驶的安全性，当代汽车的制动系统正朝着增进结构的可靠性、加强工作的智能化、实现ABS功能多样化以及与其它车辆系统一体化的趋势发展。由于轿车市场是世界汽车市场中最大的市场，因而这些趋势首先在轿车上体现了出来。

当代轿车制动器结构正朝着盘式化和液压双回路的方向发展，从而大大提高了制动器结构的可靠性。

1. 制动器盘式化

鼓式制动器因为其热衰退性、水衰退性等很难满足代高速轿车对制动性能的要求，因此，轿车特别是轿车前轮目前普遍采用盘式制动器。与鼓式制动器相比，盘制动器有如下优点：

熟衰运性能、水衰运性能好。由于制动盘暴露在空中，有利于散热；制动盘对制动块无摩擦增势作用，因其制动效能受材料的摩擦系数影响较小；当车辆浸水，在行驶车轮旋转离心力的作用下水能很快被甩掉，因制动效能衰减较小；盘式制动器的制动块对制动盘的位面积压力大，容易将其中的水排挤出来。故汽车从浸状态出来后只需要一二次制动即可恢复正

制动平顺。盘式制动器由于无摩擦增势用，所产生的制动力矩仅与油缸的液压成正比，而与汽的运动方向无关，所以其制动力矩的增长较鼓式制动和缓，且不易跑偏，因而特别适合前轮制动器。

制动盘受熟后的拉向变彤膨胀较大而厚度方向热膨胀极小。因而不会象鼓式制动器的热膨胀那样使制动器的间隙明显增加，进而导致制动踏板行程增大使制动效能下降。结构紧凑，质量轻、体积小。尽管盘式制动器的制动效能提高了，但是在产生相同的制动力矩的情况下，盘式制动器比鼓式制动器体积小、质量轻、结构紧凑。维护方便，较容罨实现间隙的自动调整。由于目前不少汽车的后轮制动器仍然兼作驻车制动器，盘式制动器在后轮上的使用尚有一些问题没有得到完全的解决，所以轿车上多采用前盘后鼓式制动器。

2. 液压双回路化

由于液压传能效率高、可靠性好，所以目前轿车制动系统的能量传动方式几乎全部采用液压式。但是液压传能方式也有其固有的弱点，一旦液压油路出现故障，其工作性能马上就会被全部破坏。因此为了提高其安全性，轿车的行车制动系中普遍采用了双回路液压传能结构。该结构的好处是：当其中一条回路因故损坏而失效时，还能够利用另一个回路获得相应_的制动力，保证车辆还具有一定的制动效能。轿车制动系统发展的一个最新动态是，传统制动器工作正在逐步地向着智能化方向发展，具体表现在以下两个方面：

(1) 调整自动化

当代轿车的制动器间隙和制动力分配都在向着自化方向发展。制对器间隙调整自对化。当制动器的摩擦片磨损薄后，制动器间隙就会增大，若不及时调整，就会使制的迟滞时间延长，制动的效能变差，影响行驶安全。近来，为了减少车辆制动系统维护保养的工作量，同时确行驶的安全性，在现代轿车上普遍采用了制动器间隙动调整装置，它能及时自动地补偿过量间隙，使自动器持规定的间隙。制动器间隙自调装置的种类较多，但目前使用最多的是一次调整式间隙自调装置和阶跃式问隙调装置两种。

一次调整式间隙自调装置通常用于盘式制动器，特点是利用盘式制动器浊缸的密封装置兼起摩擦限位作用，在装配时不须调校制动器间隙，只要在安装到汽上后经过一次完全制动即可自动调整间隙到设定值。但这种间隙自调装置不宜用于鼓式制动器，因为在制动鼓弹性变形和热变形状

在冷态下制动时即使完全放松制动踏板，制动器也易发生“拖磨”，甚至抱死。因为间隙自调装置只能将间隙调小而不能调大。盘式制动器在制动盘受热时仅发生微量的径向变形，制动器间隙在热和冷状态下变化极小，故不受此影响，这也是盘式制动器采用一次调整式问隙自调装置的根本原因。

目前轿车的后轮多采用鼓式制动器且普遍采用阶跃式间隙自调装置，即要进行多次制动后才能消除所积累的过量间隙，且只是在到制动时才能起调整间隙作用。

制动力首对调节化。现代汽车由于高速化、重载化和制动系助力化而极易造成紧急制动时车轮抱死。其结果是：若前轮先抱死，虽汽车仍能按原行驶方向直线行驶，但将失去转向能力，这对在弯道上行驶的汽车是很危险的；若后轮先抱死，则汽车即使受到不大的侧向力(如侧向风力，横坡等)也会发生侧滑而产生“摔尾”现象，严重时会使汽车原地掉头。可见无论是前轮还是后轮单独或同时抱死滑移，都极易造成车祸，因此应尽量避免紧急制动时后轮先抱死，并在此前提下尽可能充分地利用附着条件来产生最大可能的制动力。为此现代轿车上普遍地装用制动力调节装置，目前广泛采用的制动力调节装置有限压阀、比例阀和感载比例阀等。它们对制动力的调节是常时、自动和渐近的，且一般串联在后制动管路中。

(2) 操作助力化

国外轿车制动系统操作助力化的主要原因是，一方面汽车速度的增加加大了驾驶者的操作强度，另一方面有90％以上的驾驶者在实际制动操作过程中存在着犹豫现象，这对于紧急处理情况非常危险。目前，国外制动操作助力系统主要分为以下两大类：

真空助力装置。该装置是在人力液压制动系的基础上加设一套动力伺服机构。在正常情况下，其制动能大部分由动力伺服机构提供，而当动力伺服机构失效时，还可以完全依靠驾驶者进行制动操作。因此，它可以大减轻驾驶者的驾驶操纵强度。

电子制对助力采统。该系统在平时车辆制动过程中对制动踏板的每次移动进行记录，并将所测量得到的数值传送到控制单元，从而建立了该驾驶者的平常制动方式；在此后的行驶过程中，制动助力系统将不断地比较各有关的数据，在制动踏板加压速度高于正常速度时立即加以识别，并自动地认定为出现了需要紧急制动的情况，于是制动助力系统就会自动开

在上述两方面技术发展的影响下，国外轿车的制系统已经出现了“智能化”的倾向。

目前，ABS的发展一方面继续朝着降低生产成本、提高使用可靠性方面发展，以使得低价车辆都能够装备得起；另一方面，ABS的功能正在逐步扩大，与其它电子制设备的集成化程度迅速提高，其目的是要减少ABS 的响应时间缩短制动距离，改善各车辆制动器的磨损情况，延长制动器的使用寿命，并实现车辆控制的标准化。

可以相信，随着世界汽车轻量化、洁净化、安全化、舒适化等趋势的进一步演进，加上汽车技术的不断创新和推动，世界汽车特别是轿车的制动系统将更加可靠、更加集成、更加聪明。

第2章刹车泵总体设计

2.1刹车泵概述

当你踩下制动踏板时，机构会通过液压把你脚上的力量传递给车轮。但实际上要想让车停下来必须要一个很大的力量，这要比人腿的力量大很多。所以制动系统必须能够放大腿部的力量，要做到这一点有两个办法：杠杆作用、利用帕斯卡定律，用液力放大制动系统把力量传递给车轮，给车轮一个摩擦力，然后车轮也相应的给地面一个摩擦力。

2.2刹车泵设计要求

人力液压制动系的基本组成有前轮制动器，制动主缸，及后轮制动器组成。基本原理如下，作为制动能源的驾驶员所施加的控制力，通过作为控制装置的制动踏板机构传到容积式液压传动装置的主要部件——制动主缸。制动主缸属于单向作用活塞式油泵，其作用是将自踏板机构输入的机械能转化为液压能。液压能通过油管输入前、后轮制动器和制动轮缸。制动轮缸属于单向作用活塞式油缸，其作用是将输入的液压能再转换成机械能，促使制动能再转换成机械能，促使制动器进入工作状态。

设计制动主缸应满足如下主要要求：

（1）具有足够的制动效能。行车制动效能是由在一定的制动初速度下及最大踏板力下的制动加速度和制动距离两项指标来评定的。

（2）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时的30%。

（3）在任何速度制动时，汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最好能随各轴间载荷转移情况而变化；同一车轴上的左、右车轮制动器的制动力矩应相同。

（4）操纵轻便，并具有良好的随动性。

（5）制动时，制动系产生的噪声应尽可能小。

（6）作用滞后性应尽可能好。作用滞后性即制动反应时间。以踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。

也应考虑到环保要求，应力求减少制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。

2.3刹车泵方案的确定及其工作原理

方案一原理如图2-1所示：此方案传动方式采用液压传动，结构方式采用串联单缸式，主要采用机械密封、油封等方式。

1-制动踏板；2-缸体；3-油箱；4-油管；5-活塞；6-推杆

图2-1传动方案一原理简图

方案一工作原理如图2-1所示，当踩下制动踏板时，从而推动推杆前进，推杆带动活塞向右运动，依次关闭补偿孔、出油孔，当活塞继续运动时，使油液有出油孔流向制动轮缸，达到了制动目的。

方案二原理如图2-2所示：此方案传动方式采用液压传动，结构采用串联双枪制动主缸，缸体采用法兰连接，密封采用油封等方式。

1-制动踏板；2-推杆；3-后缸活塞；4-前缸活塞；5-油管；6-缸体；7-油箱

图2-2传动方案二原理简图

制动液压力增加推动第二活塞，第二活塞移动关闭它的补偿孔，回路中建立起压力。两个活塞接着移动，将制动液压入各自独立的液压回路，作用于制动器，起到制动目的。

方案三原理如图2-3所示：此方案传动方式采用气压传动，制动式采用膜片式，结构采用双腔式，主要采用旋转密封等方式。

1-活塞；2-出气阀；3-卸荷柱塞；4-柱塞弹簧；

5-空气滤清器；6-进气阀7-缸体；8-连杆

图2-3传动方案三原理简图

方案二工作原理：如图2-3所示，发动机驱动的空气压缩机（以下简称空压机）将压缩空气经单向阀首先输入湿储气罐，压缩空气在湿储气罐冷却、并进行油水分离之后，分成两个回路，一个回路经储气罐、双腔制动阀的后腔通向后制动器室。当其中一个回路发生故障失效时，另一个回路仍能继续工作，以保证汽车具有一定的制动能力，从而提高了汽车行驶的安全性。

2.4 总体方案评价

采用评分法对三个方案进行分析比较，用分值作为衡量方案优劣，对方案进行定量评价。如有多个评价目标则先分别对各自目标评分，在经处理的方案发难的总分，从而确定最终方案。

表2-1机械运动方案评价表

如表2-1所示，可以确定评价目标：U=[制动可靠性传动平稳性制动性能承载能力结构复杂能力使用寿命];加权系数：G=[0.3 0.2 0.2 0.15 0.1 0.05]。

表2-2 三种方案评分结果

高承载能力、结构简单、传动平稳，广泛应用于轿车的制动系统中。

第3章制动系的主要参数及其选择

3.1 汽车参数的选择

表3-1 桑塔纳轿车的基本参数

3.2汽车质量的确定

表3-2 轿车的基本重量(千克)

查得整车整备质量m=1040kg

满载总质量m=1460 kg

3.3汽车最小制动力的确定

由GB7258-1997《机动车运行安全技术条件》对汽车的制动力要求如下[3]：

表3-3 轿车的制动力要求

得出最小制动力应为min1F =50%?1460?10=7300N min 2F =60%?1040?10=6240N 取min F =7300N 为制动器给机车的制动力总和。

3.4 前后制动器的制动力分配比例

前后轮制动器制动力的分配将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件的利用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。

汽车制动时前、后轮同时抱死对附着条件利用、制动时汽车的方向稳定性较为有利。此时前后制动器1F 、2F 满足关系[4]：

1

2

1212Z Z F F G F F F F ????+=?

=??

=? 式中 1F 、2F ——前、后轮制动力,N ；

G ——汽车重力，N ；

1Z F 、2Z F ——前、后轮的法向反作用力，N ；

?——路面附着系数,取?=0.7。

而对于行车制动时地面作用于前、后轮的法向反作用力

12

Z g Z g du F L Gb m h dt du F L Ga m h dt ?

=+???

?=-?? 令

,du

Zg Z dt

=为制动强度。 式中 L ——轴距，m ；

b ——质心距后轴的距离，m ； a ——质心距前轴的距离，m ； du

2

表3-3 桑塔纳轿车的整车基本参数

理想的前、后轮制动器制动力为1min F =5913N 2min F =1387N

3.5 各轮缸输入力的确定

轮缸输入力与制动器的效能因数有关，制动器效能因数，就是指制动器在单位输入压力或力的作用下所能输出的力或力矩。即在制动鼓或制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比。[5]

即 ： BF =f

T PR （3-1）

式中 f T ——制动力摩擦力矩，N.m ；