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汽车 制动 系统 设计
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摘要

Abstract

第1章 绪论1

1.1 制动系统设计的意义3

1.2 制动系统研究现状3

1.3 制动系统设计内容4

第2章 制动系统总体方案设计5

2.1 制动器的结构型式的选择5

2.2 制动驱动机构的结构型式的方案比较选择7

2.3 制动管路的多回路系统9

2.4 本章小结10

第3章 制动器设计计算11

3.1 路宝汽车的主要技术参数11

3.2 制动系统的主要参数及其选择11

3.2.1 同步附着系数11

3.2.2 制动强度和附着系数利用率12

3.2.3 制动器最大的制动力矩13

3.3 制动器的结构参数14

3.3.1 鼓式制动器的结构参数14

3.3.2 盘式制动器的结构参数16

3.4 制动器的设计计算17

3.4.1 鼓式制动器摩擦片上的制动力矩17

3.4.2 盘式制动器制动块上的制动力矩21

3.4.3 制动器的效能因数22

3.5 摩擦衬片的磨损特性计算26

3.6 制动器的热容量和温升的核算26

3.7 驻车制动计算27

3.8 制动器主要零件的结构设计28

3.8.1 制动鼓28

3.8.2 制动蹄29

3.8.3 制动底板29

3.8.4 制动蹄的支承29

3.8.5 制动轮缸29

3.8.6 制动盘30

3.8.7 制动钳30

3.8.8 制动块30

3.8.9 摩擦材料30

3.8.10 制动摩擦衬片31

3.8.11 制动器间隙31

3.9 制动蹄支承销剪切应力计算32

3.10 本章小结34

第4章 制动驱动机构的设计计算35

4.1 轮缸直径与工作容积35

4.1.1 盘式制动器直径与工作容积35

4.1.2 鼓式制动器直径与工作容积36

4.2 制动主缸直径与工作容积36

4.3 制动轮缸活塞宽度与缸筒的壁厚37

4.3.1 盘式制动轮缸活塞宽度与缸筒壁厚37

4.3.2 盘式制动器活塞宽度与缸筒壁厚38

4.4 制动主缸行程的计算38

4.5 制动主缸活塞宽度与缸筒的壁厚39

4.5.1 制动主缸活塞宽度39

4.5.2 制动主缸筒的壁厚39

4.6 制动踏板力与踏板行程39

4.7 真空助力器41

4.8 制动液的选择与使用42

4.9 制动力分配的调节装置43

4.9.1 感载比例阀43

4.10 本章小结44

结论45

参考文献46

致谢47

附录48



第1章 绪  论


1.1制动系统设计的意义

   汽车制动器是汽车制动系统的重要组成部分,是汽车行驶安全的重要部件之一.作为一种新型的制动部件,盘式制动器与传统的鼓式制动器比较,具有散热快、重量轻 、构造简单、调整方便、制动效果稳定、热稳定性好、耐高温性能好等优势,随着高速公路发展和车流密度增大,出现了频繁的交通事故。而盘式制动器,尤其是浮动钳盘式制动器以其优越的制动性能已得到了汽车制造厂家及用户的极大关注,有着非常好的发展前景。从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。目前关于汽车制动的研究主要集中在制动控制方面,包括制动控制的理论和方法,以及采用新的技术。

   汽车制动系是用以强制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。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、制动系统工作可靠的汽车,才能充分发挥其动力性能作为制动系重要组成部分之一的制动器在我国发展前景广阔,目前乘用车主要采用前盘后鼓式和全盘式制动器,20%的乘用车采用前盘后鼓式制动器,商用车主要采用全鼓式制动器,只有高档客车和有特殊需求的车辆才采用前盘后鼓式制动器和全盘式制动器。随着对汽车制动性能的提高,越来越多的先进电子制动技术得到采用。

   制动器作为制动系中直接作用制约汽车运动的一个关健装置,车轮制动器主要用作行车制动装置,有的也兼作驻车制动之用,而中央制动器则仅用于驻车制动,当然也可起应急制动的作用。汽车制动器按其在汽车上的位置分为车轮制动器和中央制动器,前者是安装在车轮处,后者则安装在传动系的某轴上。制动器是将汽车的动能以摩擦方式转化为热能并加以吸收的机构,不仅要按产生足够的制动力的条件,还要按能量容量和磨损寿命足够的条件来确定制动器。为确保制动稳定性可靠,热稳定性好,寿命长,造价低,现今的制动器产品无论从性能、结构方面,还是生产制造方式和操纵控制方面,都在发生着诸多的变化。它们大大地优化了制动器各方面的性能,从某种程度上看,这些变化也反映了汽车制动器的发展方向。制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且街头可靠等优点,但因成本高,只在一部分总质量较大的商用车用车轮制动器或缓速器;液力式制动器一般只用作缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。在国内主要从事鼓式制动器总成的企业有万向钱潮、亚太机电、重庆红宇等一些企业。2004年前八家企业产量集中度达到85.4%。随着近几年汽车盘式制动器的发展,液压鼓式制动器目前只在一些比较低档的经济型轿车上在使用。根据慧聪汽车市场研究所最新的统计表明,2008年1~7月,我国乘用车中刹车制动器用鼓式制动器只占20%,并且鼓式制动器目前已经彻底退出前轮制动。自2000年以来,我国盘式制动器市场需求增长速度发展非常快。从中国汽车工业协会统计的情况来看,2000年我国盘式制动器的产量只有57.58万套,到2004年迅速增长到468.72万套,增长7倍多,年平均增长率高达68.9%,2007年增长至1000万套。过去5年里,我国盘式制动器应用的增长非常迅速。

   汽车制动器按其在汽车上的位置分为车轮制动器和中央制动器,前者是安装在车轮处,后者则安装在传动系的某轴上,例如变速器第二轴的后端或传动轴的前端。摩擦式制动器按其旋转元件的形状又可分为鼓式和盘式两大类。

   鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器。内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄,后者又安装在制动底板上,而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的突缘上(对车轮制动器)或变速器壳或与其相固定的支架上(对中央制动器);其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓,并利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩,故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带;其旋转摩擦元件为制动鼓,并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面,产生摩擦力矩作用于制动鼓,故又称为带式制动器。在汽车制动系中,带式制动器曾仅用作某些汽车的中央制动器,现代汽车已很少采用。由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器,而且在汽车上已很少采用,所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器,而通常所说的鼓式制动器即是指这种内张型鼓式结构。

   盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘,其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时,摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。盘式制动器常用作轿车的车轮制动器,也可用作各种汽车的中央制动器。车轮制动器主要用作行车制动装置,有的也兼作驻车制动之用;而中央制动器则仅用于驻车制动,当然也可起应急制动的作用。

       随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进,国外先进技术的进入,汽车上采用盘式制动器配置正逐步在我国形成规模。特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性等方面都发挥了很大的作用, 预计未来几年,随着我国公路交通条件的改善,高等级公路的发展,新法则要求的实施,车辆性能的不断提高,盘式制动器作为新型的能提高汽车主动安全性的产品将会得到快速的推广和应用,有着广阔市场前景。现在汽车盘式制动器的研究和开发应注重的问题主要是:提高制动器的制动效能、防止尘污和锈蚀、减轻重量、简化结构、降低成本、向电子报警和智能化系统的发展,以及实用性更强与寿命更长等。

1.2制动系统研究现状

   汽车是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。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。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系统。

   虽然近几年从德国大众、法国雷诺、美国通用等国外汽车引进了轿车,不少零配件的国产率也比较高,但引进的主要是总成和零配件,没有引进开发技术,至于轻型客货车的开发技术引进就更少了,所以我国自行开发轻型客货车及其轿车的能力,跟汽车发达国家相比差距还是很大。近年来我国出版过很多汽车制动方面的著作,但是从数量上还是不能满足汽车工业发展的要求。特别是在汽车制动器的开发和设计方面与发达国家相差很大,许多尖端技术还不能了解。所以对于研究设计制动器来说,在我国有着非常重要的影响。

哈飞路宝是哈飞汽车继哈飞中意之后与意大利Pininfarina公司联合设计开发的一款两厢五门轿车,其特点:车身小巧、内饰外观精美、安全性能高、动力强劲、油耗低,排放根据需求可分别达到欧洲Ⅱ号与欧洲Ⅲ号标准。路宝汽车制动器是前轮盘式制动器,后轮鼓式制动器,相比四轮都采用盘式制动器,这种设计方式初衷是使其更经济。因为对路宝汽车的消费人群来说,选路宝本身就因为其优秀的性价比,所以需要为其设计经济实用的制动器。

通过制动器的结构型式和设计参数对汽车安全性有直接影响.因此,制动器型式选择、设计参数选择及设计计算对汽车的整车设计极其重要。通过制动器设计熟悉汽车总成和零件设计。

1.3制动系统设计内容

   (1)研究、确定制动制动驱动形式。

(2)研究、确定制动系统的构成

   1)设计制动系统示意图。

   2)驻车制动采用的形式。

   3)是否需要有辅助制动。

   (3)汽车必需制动力及其前后分配的确定 。

   (4) 确定制动器制动力、摩擦片寿命及构造、参数。

   (5) 制动器零件设计及作图。

   (6) 制动操纵系统设计。

   (7) 管路设计及布置



第2章 制动系统总体方案设计


   汽车制动系统总体方案设计,主要涉及制动器的结构型式选择,制动驱动机构的结构型式选择,制动管路布置结构型式的选择等三个方面。本章将就这三个方面的问题进行分析论证。

2.1 制动器的结构型式的选择

   车轮制动器主要用于行车制动系统,有时也兼作驻车制动之用。制动器主要有摩擦式、液力式、和电磁式等三种形式。电磁式制动器虽有作用滞后性好、易于连接而且接头可靠等优点,但因成本太高,只在一部分总质量较大的商用车上用作车轮制动器或缓速器;液力式制动器一般只用缓速器。目前广泛使用的仍为摩擦式制动器[2]。

   摩擦式制动器按摩擦副结构不同,可以分为鼓式、盘式和带式三种。带式只用于中央制动器;鼓式和盘式应用最为广泛。鼓式制动器广泛应用于商用车,同时鼓式制动器结构简单、制造成本低。

   鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器。内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄,后者又安装在制动底板上,而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的凸缘上(对车轮制动器)或变速器壳或与其相固定的支架上(对中央制动器);其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓,并利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩,故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带;其旋转摩擦元件为制动鼓,并利用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面,产生摩擦力矩作用于制动鼓,故又称为带式制动器。现外束型鼓式制动器主要用于中央制动器的设计[1]。

   相对于鼓式制动器盘式制动器具有以下优点:

   (1)热稳定性好;


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