车用盘式电磁制动器设计
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Ansys分析结果
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任务书.doc
制动支架.dwg
制动盘.dwg
制动钳体.dwg
增力机构.dwg
外侧制动衬块.dwg
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电磁盘式制动器装配图.dwg
设计图纸6张.dwg
车用盘式电磁制动器设计开题报告.doc
车用盘式电磁制动器设计说明书.doc
过程管理封皮.doc
过程管理材料.doc
摘 要
车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。汽车的制动系统种类很多,传统的制动系统结构型式主要有机械式、气动式、液压式、气液混合式。液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术,并应用在当前绝大多数乘用车上。
目前,汽车所用制动器几乎都是摩擦式的,可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是在高速刹车时能迅速制动,散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。
盘式电磁制动器是一种以电控制的摩擦型制动器,目前主要应用于拖车尤其是房车制动上,但是随着汽车的发展,高动力性能的汽车技术的突破,汽车制动系统也将发生变化,而电磁制动器则是利用电磁阻力的原理将汽车动能转化为热量消耗实现制动,电磁制动器的安全性,灵活性,简单性,可操作性,将会是汽车制动系统的发展方向,由于盘式电磁制动器的控制原理,结构与技术成熟的液压盘式制动器相似,所以加工技术方便,通过对盘式电磁制动器的设计与计算可以得到满足汽车制动时候的制动效果,从而实现汽车的安全制动。
但是目前国内研究仍处于起步阶段,对电磁制动器的设计与研究停留在房车和拖车上,对于微型汽车的电磁制动器的设计研究较少,本文提出一种微型汽车电磁制动器方案,以电磁铁作为动力源,通过机械增力机构将电磁力放大并推动摩擦衬块产生制动,以达到制动目的,并对设计的电磁制动器进行仿真分析。
关键词:电磁制动器;电磁体;盘式制动器;制动系统;增力机构;
ABSTRACT
The vehicle braking system in vehicle security to play a decisive role. Many different types of vehicle brake system, brake system, the traditional structure of the main types of mechanical, pneumatic, hydraulic, gas-liquid hybrid. Hydraulic brake technology is now the most mature and most economical braking technology, and apply to the current on most passenger cars.
Currently, almost all cars use friction brakes, the drum and the disc can be divided into two categories. The main advantage of disc brakes at high speed braking when the brake quickly, heat better than drum brakes, brake performance constant good, easy to install as advanced electronic devices like ABS.
Electromagnetic disc brake is a friction-type electronically controlled brakes, currently used in the trailer brake on a particular car, but with the car's development, high dynamic performance breakthrough in automotive technology, automotive braking systems will occur change, while the electromagnetic brake is the principle of electromagnetic resistance to the vehicle kinetic energy into heat consumption to achieve the brake, electromagnetic brake of the security, flexibility, simplicity, operability, will be the development direction of automotive brake systems , due to the electromagnetic brake disc control principle, structure and maturity of the technology similar to hydraulic disc brakes, so the processing technology to facilitate, through the design of the disc brake can be satisfied with the calculation of the braking effect when the vehicle brakes in order to achieve car safety brake.
But the current domestic research still in its infancy, the electromagnetic brakedesign and research stay in the car and trailer, the electromagnetic brake for mini-cardesign study less, this paper presents a miniature electromagnetic brakes carprogram, as the power to solenoid source, through the mechanical force amplifier willamplify and promote the electromagnetic force generated friction brake pads, brake in order to achieve the purpose and design simulation and analysis of electromagneticbrake.
Key words: Electromagnetic brake;?Electromagnet;?Disc brakes; Braking?systems;?Force
amplifier
目 录
摘 要I
ABSTRACTII
第1章 绪论1
1.1 课题背景及目的1
1.2 国内外研究现状2
1.3 设计应解决的难点4
第2章 制动器主要参数的设计计算5
2.1基本参数的确定5
2.2制动距离的计算5
2.3制动力矩的计算6
2.4盘式制动器的主要参数选择7
2.4.1制动盘直径D7
2.4.2制动盘厚度h7
2.4.4摩擦衬块工作面积A8
2.5制动衬块上压紧力的计算8
2.6液压缸的设计计算8
2.7本章小结9
第3章 制动器主要零件的结构设计10
3.1制动盘的结构设计10
3.2制动钳的结构设计10
3.3制动衬块的结构设计11
3.4摩擦材料的选择11
3.5盘式制动器工作间隙的调整12
3.6本章小结13
第4章 增力机构的设计与计算14
4.1机械增力机构的设计14
4.2增力机构的自由度分析15
4.3受力分析计算16
4.4增力机构主要构件尺寸的确定17
4.5增力机构的Ansys分析18
4.5.1长臂连杆的静力分析18
4.5.2短臂连杆的静力分析20
4.5.3增力机构的模态分析22
4.6本章小结25
第5章 电磁体的设计计算26
5.1磁通势的计算27
5.2铁芯截面积的计算27
5.3电磁铁长度的计算28
5.4衔铁厚度的确定28
5.5确定线圈截面积Sq及线圈槽宽28
5.6线圈导线直径的确定29
5.7线圈匝数的确定29
5.8本章小结30
第6章 电磁制动器的仿真分析31
6.1MATLAB软件概论31
6.2汽车系统模型的建立32
6.3仿真分析33
6.4本章小结36
结 论38
参考文献39
致 谢40
一、设计(论文)目的、意义
电磁制动器作为一种新型制动器。它主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体,利用改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。由于电磁制动器具有与传统制动器的不同特点和要求,它涉及到对电磁制动器的性能、环境及材料等诸多因素的综合分析和比较,本文根据电磁制动器的特点和要求,以制动器功能为目标,设计一种电磁制动器,为开发和研制电磁制动器提供理论基础。
二、设计(论文)内容、技术要求(研究方法)
(一)主要设计内容
设计一种盘式汽车电磁制动器。首先确定总体方案,以电磁铁作为动力源,通过机械增力机构将电磁力放大并推动摩擦衬块产生制动力。要求所设计的电磁力通过放大能满足所需制动力要求。具体完成:方案设计;电磁力的计算;制动盘的设计;增力机构的设计计算。
(二)主要技术指标、要求
整车质量:1100kg;车轮滚动半径286mm;
根据所给基本参数计算制动力,确定各制动盘、制动间隙、电磁力等参数。
1.1 课题背景及目的
汽车制动系统是用于使行驶中的汽车减速或停车,使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使停驶的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。汽车制动系统直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性,汽车制动系统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,才能充分发挥出其动力性能。汽车制动系统依操纵和驱动制动力源的不同,有四种基本组合的方式即:机械式、气压式、液压式和电气式。其中电气式汽车制动系统又可分为电磁式、电动式和电液式。气压式机构复杂,有气泵、气筒、制动阀、制动气室及管路等一整套设备,制动系统不论是否制动,气泵都要随发动机运转,消耗发动机的动力,若汽车停放的时间较长,管路密封不严,重新开动还要重启,这就增加了不必要的消耗。液压式所需的操纵力大,若要求制动力矩较大时,需要增力,不但要增加结构复杂程度,有的还消耗发动机的动力。机械式大多用在拖拉机及拖车上,它所需要的制动力大,制动强度低,左右制动不容易调整同步。这三种形式的制动机构都存在着不同程度的反应时间慢的缺点。
机械式多用于汽车的驻车制动系统:气压式和液压式以及这两种方式的结合,目前在汽车行车制动中占主导地位,电气式的突出优点在于:
(1)结构简单,使用、安装、维护方便。
(2)可靠性高。用电缆代替管路,可方便地通过增加冗余电路来达到提高汽车制动系统可靠性的目的。用电气式取代液压式,防止液压的气阻现象,增加了汽车制动系统的可靠性。
(3)集成方便。未来汽车上的电子装置将越来越多。电控转向、ABS、电子驱动控制、主动悬架、电子稳定装置都非常容易与电气制动系统集成在一起。电子控制器可根据需要设计不同回路的控制器,对汽车实施单回路、双回路和多回路制动,也可对某个车轮单独制动。
(4)易实现ABS。ABS控制计算机发车的电信号不用经过电子—液压,再液压—机械的复杂转换,提高了控制动作的准确性和可靠性。
(5)代表制动器的发展趋势。电磁制动系统出了具有一般电制动系统的优点外,还有其他的一些特点:与现有汽车制动系统兼容性好,安装、拆卸方便;没有液压油的污染问题,有利于环保。所以它适合作为汽车的制动系统。
电磁制动器系统是一个全新的系统,为将来的汽车智能控制提供条件。汽车电磁制动系统取代了传统的液压制动机构,不再使用液压油,减少了液压燃油的危险,提高了安全性,也减轻了汽车的质量;电磁制动系统中采用了转速反馈控制系统,显著改善了制动力矩和防滑性能,缩短了制动距离,提高了轮胎和制动装置的使用寿命。而且,电磁制动系统的制动效率优于液压系统。电磁制动系统将是机动车制动系统发展的新方向。
现在汽车工业已全球化,自主研发性能优越、可靠性高、成本低的汽车电磁制动器,将使我国的汽车电磁制动器产业抛弃高价购买国外技术,拥有自己的先进技术,大大提高中国汽车业在全球的市场竞争力。因此,研发具有自主知识产权的汽车电磁制动器,对赶超国际先进水平,提高我国汽车制动产品的市场竞争力具有现实意义。同时,汽车电磁制动器的普遍应用将会带来巨大的经济和社会效益。
电磁制动器作为一种新型制动器。它主要通过控制器发出的制动信号以电流的形式通过电磁体,利用改变通入电磁体的电流来改变制动器的制动力。由于电磁制动器具有与传统制动器的不同特点和要求,它涉及到对电磁制动器的性能、环境及材料等诸多因素的综合分析和比较,本文根据电磁制动器的特点和要求,以制动器功能为目标,设计一种电磁制动器,为开发和研制电磁制动器提供理论基础。
1.2 国内外研究现状
汽车制动系统在汽车的安全方面扮演至关重要的角色。早期的制动控制操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,那时的汽车比较小,速度较低,机械制动虽已满足需要,但随着汽车自身质量的增加,开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置。美国林肯汽车公司也于1932年推出V12汽车,该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器。随着科学技术及汽车工业的发展,汽车制动有了新突破。液压制动是继机械制动的又一重大革新。Duesenberg Eight车率先使用了液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世,美国通用和福特公司分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代,液压动力制动器才成为现实。在液压鼓式制动器出现若干年后,人们又发现了液压钳盘式制动器。由液压控制,主要部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上,随车轮转动。分泵固定在制动器的底板上固定不动。制动卡钳上的两个摩擦片分别装在制动器两侧。20世纪80年代后期,随着电子技术的发展,世界汽车技术领域最显著的成就是ABS的实用与推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了汽车的主动安全性和操纵性。防抱死装置一般包括三部分:传感器、控制器与压力调节器。传感器接受运动参数给控制装置。控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后,给压力调节器发出指令。规模集成电路和超大规模集成电路的出现,以及电子信息处理技术的高速发展,ABS已成为性能可靠、成本日趋下降的具有广泛应用前景的成熟产品。
随着人们对制动性能要求的不断提高,ABS、牵引力控制系统、电子稳定性控制程序、主动碰撞技术等功能融入制动系统中,越来越多的附加机构安装在制动系统上,使得制动系统更加复杂,也增加了液压管路泄漏的隐患以及装配维修的难度。因此结构更简捷,功能更可靠的汽车制动系统呼之欲出。
电磁制动器系统是一个全新的系统,为将来的汽车智能控制提供条件。电磁制动控制因其巨大的优越性,必将取代传统的以液压为主的制动控制系统。其主要包括以下部分:
(1)电磁制动器 其结构和液压制动器基本相似,有盘式和鼓式两种;电磁制动器是电磁制动系统的关键部分,正是由于它的加入,使得制动系统节省了很多液压管路和液压油,减少了污染漏油等。电磁制动器的控制单元(ECU)接收制动器踏板发出的信号,控制制动器制动;接收驻车制动信号,控制驻车制动;接收车轮传感器信号,识别车轮是否抱死、打滑等,控制车轮制动力,实现防抱死和驱动防滑。由于各种控制系统如卫星定位、导航系统,自动变速系统,无极转向系统,悬架系统等的控制系统与制动控制系统高度集成,所以ECU还得兼顾这些系统的控制。
(2)车速传感器 准确、可靠、及时地获得车轮的速度。
(3)线束 给系统传递能源和电控制信号。
(4)电源 为整个电控制系统提供能源,也可以与其他系统共用。
从结构上可以看出这种电磁制动系统具有其他传动制动系统无法比拟的优点:
(1)整个汽车制动系统结构简单,省去了传统汽车制动系统中的制动油箱、制动主缸,助力装置、液压阀、复杂的管路系统等部件,使整车质量降低。
(2)制动响应时间短,提高了制动性能。
(3)无制动液,维护简单。
(4)系统总成制造、装配、测试简单快捷,制动分总成为模块化结构。
(5)采用电线连接,系统耐久性能好。
(6)易于改进,稍加改进就可以增加各种电控制功能。
对于汽车电磁制动器的最早研究和应用都是拖挂车上的汽车电磁制动器。早在1942年,美国的EMPIRE公司就申请了主要用于拖车的汽车电磁制动器的结构专利。国外著名汽车制造商和专业制动器生产企业在这方面也表现得十分活跃。随后半个多世纪, 第2章 制动器主要参数的设计计算
2.1基本参数的确定
已知汽车质量:1100kg;车轮滚动半径:286mm。
根据GB\7258-2004《机动车运行安全技术条件》中所规定的,乘用车制动规范对制动器制动性的要求,汽车在制动过程中,制动初速度为50km/h时,汽车制动距离不得大于22m。
2.2制动距离的计算
分析制动距离是,需要对制动距离过程有一个全面的了解。图2.1是驾驶员在接受紧急制动信号后,制动压力、汽车制动减速度与制动时间的关系曲线。 随着汽车科学技术的不断发展,汽车的动力性能越来越好,伴随着汽车制动性能的要求也要变的越来越高,而电磁制动器的发展是一种新型的汽车制动器,不仅可以提高制动灵活性,缩短制动器制动反映时间,也更加方便,可靠性高,安装方便,系统耐久性良好,并永远避免了泄漏和气阻现象。本说明是关于盘式电磁制动器的设计,提出了以些自己的见解,本文主要完成以下几个方面的内容:
1)提出了总体设计方案。
2)设计了机械增力机构,并借助Ansys软件对增力机构进行了静力学分析和模态分析。 对理论计算结果加以验证。
3) 设计了制动直流电磁铁。
4)使用Matlab软件中的Simulink模块对设计的盘式电磁制动器进行了仿真分析。得到了仿真数据。
在本论文的设计计算过程中,参考查阅了很多相关的书籍,以使整个系统的设计更具可行性。设计的目的在于最终能投入实践,因此,在整个的设计过程中,由于参数的选取存在误差,使得整个设计得出的零、部件尺寸与实际相差很大。经过多次改动,重复计算,对制动效能的校核,最终得出于实际比较接近的设计方案。
这次设计是对自己知识的一次大总结,觉得收益匪浅。由于本人知识的限制,其中难免存在不足之处,希望老师同学给予批评指正。参考文献
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