东风日产楼兰制动系统设计.doc

中北大学2013届毕业设计说明书毕业设计说明书某型SUV制动系统设计0901014137机电工程学院 文成学生姓名： 学号：_ 车辆工程学 院：_ _ 王吉昌专 业： _ 指导教师：_ 2013年 06 月某型SUV制动系统设计摘 要汽车作为陆地上的现代重要交通工具，由许多保证其使用性能的大部件，即所谓“总成”组成，制动系就是一个重要的总成。它即可以使行驶中的汽车减速，又可保证汽车能驻留原地不动。本次设计主要是对东风日产楼兰SUV制动系统结构进行分析的基础上，根据对SUV制动系统的要求，设计出合理的符合国家标准和行业标准的制动系统。制动系统设计是通过对整车主要参数的分析，初步制定出制动系统的结构方案，经过设计计算确定前、后盘式制动器、制动主缸的主要尺寸和结构形式。根据计算的数据论证初步制定的制动系统结构方案的合理性，重新制定了整个汽车制动系统的结构方案，绘制出了制动器装配图、制动主缸装配图、制动管路布置图。最终对设计出的制动系统的各项指标进行评价分析，确定是否达到要求。而且利用计算机辅助设计，保证了设计尺寸的准确性。计算结果表明设计出的制动系统是合理的、符合标准的。关键词：SUV；盘式制动器；制动主缸；制动管路AbstractVehicle on the ground as an important modern means of transport ,to ensure its use by many of the major components, the so-called “assembly” composed of braking system is an important assembly. That is, it can slow down a moving car, but also ensure that cars can be fixed presence in situ. Based on the structural analysis and the design requirements of NISSAN MURANO of DongFeng SUVs braking system, a braking system design is performed in this thesis, according to the national and professional standards.Through analyzing the main parameters of the entire vehicle, the braking system design starts from initial determination of the structure scheme. By calculating and determining the main dimension and structural type of the disc brake，brake master cylinder，we reapply the structural scheme for the entire braking system of the sample car, and therefore draw the engineering drawings of the front and rear brakes, the master brake cylinder, the diagram of the brake pipelines. Furthermore, each target of the designed system is analyzed for checking whether it meets the requirements. In addition, the computer-aided design method is used here for guaranteeing the accuracy of designed dimension. The result shows that the design is reasonable and accurate, comparing with the related national standards.Key words: SUV; disc brake; brake master cylinder; Brake pipeIII目录绪论11.1 汽车制动系统概述11.1.1制动系统的功用21.1.2 制动系统的类型31.2 汽车制动系统工作原理31.3 汽车制动系统的设计要求51.4 本章小结62 制动系统设计方案72.1 制动器结构形式方案82.2 液压制动管路布置方案102.3 制动主缸的设计方案122.4 制动驱动机构形式设计方案132.4.1 简单制动系132.4.2 动力制动系142.4.3 伺服制动系142.5 本章小结153 制动系统主要参数的确定163.1 日产楼兰SUV主要技术参数：163.2 同步附着系数的确定163.3 前、后轮制动力分配系数的确定173.3.1制动时前、后轮的地面法向反作用力183.3.2 前、后轮制动力分配系数193.4 制动器最大制动力矩的确定193.5 紧急制动时前后轮法向反作用力及附着力距193.6 本章小结204 制动器的设计与计算214.1 盘式制动器主要参数的确定214.1.1制动盘直径D214.1.2 制动盘厚度h214.1.3摩擦衬块内半径R1与外半径R2214.1.4 制动盘及摩擦衬块的摩擦材料224.1.5 摩擦衬块工作面积224.2轮盘式制动器制动力矩的计算224.3 制动性能计算234.3.1 制动衬片的耐磨计算234.3.2驻车制动的计算254.4制动器的效率264.5 本章小结265 制动驱动机构的设计计算275.1 制动轮缸直径d的确定275.2 制动主缸直径d0的确定275.3 踏板力FP的确定285.4 制动踏板工作行程SP的确定295.5 本章小结296 真空助力装置的设计306.1 真空助力器的构造306.2 真空助力器的工作原理306.2.1 自然状态306.2.2 中间工作状态316.2.3 平衡状态326.2.4 松开制动状态326.3 本章小结337 评价分析347.1 汽车制动性能评价指标347.1.1 制动效能347.1.2 制动效能的恒定性347.1.3 制动时汽车的方向稳定性348 结论35参考文献36致谢38III绪论1.1 汽车制动系统概述汽车制动系是用于使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。1目前各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类.前者的摩擦幅中的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。汽车制动系至少应有行车制动装置和驻车制动装置。行车制动装置用于使行驶中的汽车强制减速或停车，并使汽车在下段坡时保持适当的稳定车速。驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停住在一定位置甚至在斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件。当驾驶员踩下制动踏板时，制动动作开始。踏板装在顶端带销轴的杆件上。踏板的运动促使推杆移动，移向主缸或离开主缸。主缸安装在发动机室的隔板上，主缸是一个由驾驶员通过踏板操作的液压泵。当踏板被踩下，主缸迫使有压力的制动液通过液压管路到四个车轮的每个制动器。液压管路由钢管和软管组成。它们将压力液从主缸传递到车轮制动器。盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。制动盘装在轮辋上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动。制动系统的基本部件如图1.1所示。图1.1 液压制动系统示意图1.液压助力制动器 2.主缸和防抱死装置 3.前盘式制动器 4.制动踏板 5.驻车制动杆 6.防抱死计算机 7.后盘式制动器很多汽车都采用助力制动系统减少驾驶员在制动停车时必须加到踏板上的力。助力制动器一般有两种型式。最常见的型式是利用进气歧管的真空，作用在膜片上提供助力；另一种型式是采用泵产生液压力提供助力。驻车制动器总成用来进行机械制动，防止停放的车辆溜车，在液压制动完全失效时实现停车。绝大部分驶车制动器用来制动两个后车轮。有些前轮驱动的车辆装有前轮驻车制功器，因为在紧急停车中绝大部分的制动功需要用在车辆的前部。驻车制动器一般用手柄或脚踏板操作。当运用驻车制动器时，驻车制动钢索机械地拉紧施加制动的杆件。驻车制动器由机械控制，不是由液压控制。现今许多新型车辆装备了防抱死制动系统(ABS)。防抱死制动系统做的工作与有经验驾驶员做的相同，只是更快、更精确些。它感受到某车轮快要抱死或滑移时，迅速中断该车轮制动器去的制动压力。在车轮处的速度传感器监测车轮速度，并将信息传递给车上计算机。于是，计算机控制防抱死制动装置，输送给即将抱死的车轮的液压力发生脉动。21.1.1制动系统的功用根据需要使汽车减速或在最短的距离内停车，以保证行车的安全。使驾驶员敢于发挥出汽车的高速行驶能力，从而提高汽车运输的生产率；又能使汽车可靠地停放在坡道上。1.1.2 制动系统的类型a按照制动系统的功用分类：1）行驶制动系统：使行驶中的汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。它是在行车过程中经常使用的。2）驻车制动系统：使已停驶的汽车驻留原地不动的一套装置。3）第二制动系统：在行车制动系统失效的情况下保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。在许多国家的制动法规中规定第二制动系统也是汽车必须具备的。4）辅助制动系统：在汽车下长坡时用以稳定车速的一套装置。b按照制动系统的制动能源来分类：1）人力制动系统：以驾驶员的肌体作为惟一的制动能源的制动系统。2）动力制动系统：完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的制动系统。3）伺服制动系统：兼用人力和发动机动力进行制动的制动系统。C按照能量的传输方式分类：可分为机械式，液压式，气压式和电磁式等，同时采用两者以上的传能方式的制动系可称为组合式制动系。d按照传能介质的循环形式分类：可以为单回路制动系和双回路制动系。1.2 汽车制动系统工作原理本设计要求前后盘式制动器因此用盘式制动系统来说明制动原理。下图是简单的液压制动系统。图1.2 液压制动系统示意图1-制动踏板；2-推杆；3-主缸活塞；4-制动主缸；5-油管；6-导向销；7-制动钳体；8-活塞；9-活塞密封圈；10-活动制动块；11-固定制动块；12-制动盘；13-制动钳支架制动钳支架13固定在转向节上，制动钳体7与支架13可沿导向销6轴向滑动。制动时，活塞8在液压力P1作用下，将活塞制动块10推向制动盘12。作用在钳体7上的反作用力P2推动制动钳体沿导向销6向右移动，使固定在制动钳体上的制动块11压靠在制动盘上。于是制动盘两侧的摩擦块在P1和P2力的作用下夹紧制动盘，使之在制动盘上产生与运动方向相反的制动力矩，使汽车制动。3制动器间隙自动调整通过图1.2说明。 图1.3 活塞密封圈工作情况图制动时，制动液被压入油缸中。活塞8在液压作用下移向制动盘，并通过垫圈和压圈将制动块压靠到制动盘上。在活塞移动过程当中，橡胶密封圈的刃边在摩擦作用下随活塞移动，使密封圈产生弹性变形。相应于极限摩擦力的密封圈极限变形量，应等于制动器间隙为设定值时的完全制动行程。解除制动时，活塞连同垫圈和压圈在密封圈的弹力作用下退回，直到密封圈变形完全消失为止。此时摩擦块与制动盘之间间隙即为设定间隙。任何制动系统都有以下四个基本组成部分：1）供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种零件，其中生产制动能量的部分称为制动能源。2）控制装置：包括产生制动动作和控制动作和效果的各种部件，制动踏板机构即是最简单的一种控制装置。3）传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件。如制动主缸和制动轮缸。4）制动器：产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件，其中也包括辅助制动系中的缓速装置。较为完善的制动系统还具有制动力调节装置，压力保护装置等。1.3 汽车制动系统的设计要求GB126761999对汽车制动装置必须具有的功能提出了具体要求。4汽车制动系应满足如下要求。1）应能适应有关标准和法律法规的规定。各项性能指标除满足设计任务书的规定和国家标准，法规制定的有关要求外，也应考虑销售的对象所在国家和地区的法规和用户要求。2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。3）工作可靠。4)制动效能的热稳定性好。汽车的高速制动，短时间的频繁重复制动，尤其是下长坡时的连续制动，均会引起制动器的温升过快，温度过高。5）制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面进水后，会出现所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后反复制动5制动系统设计方案15次后，即应恢复其制动效能。另外也应防止泥沙，污物等进入制动器摩擦副工作表面，否则会使制动效能降低并加速摩擦。6）制动时的汽车操控稳定性好。即以任何速度制动，汽车均不应失去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。否则当前轮抱死而侧滑时，将失去操纵性；当后轮抱死而侧滑甩尾时，会失去方向稳定性；当左、右轮的制动力矩差值超过15%时，会在制动时发生汽车跑偏。7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人-机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适，能减少疲劳。8）作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需要的时间和从放开踏板至完全解除制动的时间。9）制动时不应产生噪声和振动。10）与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。11）制动系中应有音响或光信号等报警装置，以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；制动系中也应有必要的安全装置。12）能全天候使用。13）制动系的机件应是由寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。1.4 本章小结本章节明确的设计的具体目标，设计任务。对于汽车制动系统有了明确的认识，理解了汽车制动系统的分类以及汽车制动系统的工作原理，最后对汽车制动系统提出了具体的设计要求。2 制动系统设计方案盘式制动系统的基本零件是制动盘，轮毂和制动卡钳组件。制动盘为停止车轮的转动提供摩擦表面。车轮通过双头螺栓和带突缘的螺母装到制动盘毂上。毂内有允许车轮转动的轴承。制动盘的每一面有加工过的制动表面。液压元件和摩擦元件装在制动卡钳组件内。制动卡钳装到车辆上时，它跨骑在制动盘和轮毂的外径处。进行制动时，靠主缸的液压力，制动卡钳内的活塞被迫外移，活塞压力通过摩擦块或制动蹄夹住制动盘。由于施加在制动盘两侧的液压力是方向相反、大小相等的，制动盘不会变形，除非制动过猛或持续加压。5制动盘表面的摩擦能生成热。由于制动盘在转动，表面没有遮盖，热很容易消散到周围空气中。由于迅速冷却的特性，即使在连续地猛烈制动之后，盘式制动器比鼓式制动器工作得要好。许多车辆的前部采用盘式制动器的主要理由就是它抗制动衰退性好和停车平稳。盘式制动器结构图如图2.1所示。图2.1 盘式制动器结构图1.制动卡钳组件 2.制动盘和毂组件 3.轮毂 4.双头螺栓 5.摩擦面 6.摩擦块汽车制动系统的设计是一项综合性、系统性的设计，它涉及到制动系统的整体设计和零件设计，设计要求中体现了既有对整体的要求，又有对各零件各自性能的要求。对制动系整体性能，除了上面所说的以外，还有使用性能良好，故障少等要求。对零部件除了能实现各自功能外，还要求它与其他组装起来的配合能力，协作能力良好，因此，在制动系统设计前，应先提出制动系统综合设计方案。根据对制动系统的要求，并配合制动系统得结构形式的特点，参考近年来制动系统设计趋势，综合设计题目要求等。普拉多越野车的制动系设计方案确定如下：2.1 制动器结构形式方案盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘，被称为制动盘。 盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧表面为工作表面的制动盘，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。制动时，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。6其固定元件则有着多种结构型式，大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块，每个制动器中有24个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中，总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形，制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触，这种制动器称为全盘式制动器。 全盘式制动器的旋转件也是以端面工作的金属圆盘，其固定元件是呈圆盘形的金色背板和摩擦片。工作时制动盘和摩擦片间的摩擦面间的摩擦面全部接触。钳盘式制动器过去只用做中央制动器，但目前则越来越多的被广泛地被轿车和货车用做车轮制动器，全盘式制动器只有少数汽车采用为车轮制动器，个别情况下还可作为缓速器。按制动钳的结构形式，钳盘式制动器又可分为固定钳式和浮动钳式两种。1）固定钳式盘式制动器固定钳式盘式制动器如图2.2中a）图所示，其制动钳体固定在转向节上，在制动钳体上有两个液压油缸，其中各装有一个活塞。当压力油液进入两个油缸外腔时，推动两个活塞向内将位于制动钳两侧的制动块总成压紧到制动盘上，从而将车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减小时，回位弹簧则将两制动块总成及活塞推离制动盘。固定钳盘式制动器在汽车上的应用较浮动钳式的要早，其制动钳的刚度好，除活塞和制动块外无其他滑动件。但由于需采用两个油缸并分置于制动盘的两侧，使结构尺寸较大，布置也较困难；需两组高精度的液压缸和活塞，成本较高；制动产生的热经制动钳体上的油路传到制动油液，易使其由于温度过高而产生气泡，影响制动效果。另外，由于两侧制动块均靠活塞推动，很难兼用于由机械操纵的驻车制动，必须另加装一套驻车制动用的辅助制动钳，或是采用盘鼓结合式后轮制动器，其中作为驻车用的鼓式制动器由于直径较小，只能是双向增力式的。这种“盘中鼓”的结构很紧凑，但双向增力式制动器的调整不方便。图2.2 钳盘式制动器示意图a) 定钳盘式制动器；b)滑动钳盘式制动器；c）摆动钳盘式制动器这种制动器的主要优点是：（1）除活塞和制动块外无其它滑动件，易于保证钳的刚度；（2）结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多，容易实现从鼓式到盘式的改型；（3）很能适应分路系统的要求；就目前汽车发展趋势来看，随着汽车性能要求的提高，固定钳结构上的缺点也日益明显。主要有以下几个方面：（1）至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管（桥管）来连通，这就使制动器的径向和轴向的尺寸都比较大，因而在车轮中布置比较困难；（2）在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，从而使制动器的制动效能受到影响；（3）固定前盘式制动器为了要兼充驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或者采用盘鼓结合式制动器，其中用于驻车制动的鼓式制动器只能是双向增力式的，但这种双向增力式制动器的调整不方便。2）浮动钳式盘式制动器浮动钳盘式制动器的制动钳体是浮动的。其浮动方式有两种，如图b)滑动钳盘式制动器c)摆动钳盘式制动器。它们的制动油缸都是单侧的，且与油缸同侧的制动块总成为活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。制动时在油液压力作用下，活塞推动该侧活动的制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定于其上的制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两侧的制动块总成的受力均等为止。对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在于与制动盘垂直的平面内摆动。这就要求制动摩擦衬片为楔形的，摩擦表面对其背面的倾斜角为6左右。在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均为1mm后既应更换。当浮动钳式盘式制动器兼用作行车制动器和驻车制动器时，可不必加设驻车制动用的制动钳，而只需在行车制动钳的液压油缸附近加装一些用于推动液压油缸活塞的驻车制动用的机械传动件即可。浮动钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸，其结构简单，造价低廉，易于布置，结构尺寸紧凑可将制动器进一步移近轮毂，同一组制动块可兼用于行车制动和驻车制动，由于浮动钳没有跨越制动盘的油道和油管，减少了油液的受热机会，单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽较少，使冷却条件较好。另外，单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长，也增大了油缸的散热面积，因此制动油液温度比定钳式的低3050，汽化的可能性较小。但由于制动钳体为浮动的，必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦，磨损和噪声。经过前面各式制动器的优缺点的比较后，由于滑动钳盘式制动器有结构紧凑，制动块磨损均匀的优点，前轮采用了滑动钳盘式制动器。后轮采用DBA浮动钳盘式制动器，兼起驻车制动器的作用。72.2 液压制动管路布置方案为了提高制动驱动机构的工作可靠性，保证行车安全，制动驱动架构至少应有两套独立的系统，即应是双管路制动系统，也就是说应将汽车的全部制动的液压或气压管路分成两个或更多个相互独立的回路，以便当一个回路发生故障失效时，其它完好的回路仍能可靠的工作。图2.3为双轴汽车的液压式制动驱动机构的双回路系统的5种分路方案图。选择分路方案时，主要是考虑其制动效能的损失程度、制动力的不对称情况和回路系统的复杂程度等。图a) 图b) 图c) 图d) 图e)图2.3 双轴汽车液压双回路系统的5种分路方案图1 双腔制动主缸 2双回路系统的一个回路 3双回路系统的另一分路图a)是前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式。其特点是管路布置最为简单，两桥制动器独立制动当其中一套管路损坏时，另一套仍可以正常工作，保证汽车制动系的工作可靠性。当一套管路失效时，另一套管路仍能保持一定的制动效能。但是制动效能低于正常时的50。图（b）为前后制动管路对角连接的两个独立的回路系统，即前轴的一侧车轮制动器与后桥的对测车轮制动器同属于一个回路称交叉型，简称X型。其特点是结构也很简单，一回路失效时仍能保持50%的制动效能，并且制动力的分配系数和同步附着系数没有变化，保证了制动时与整车负荷的适应性。此时前、后各有一侧车轮有制动作用，使制动力不对称，导致前轮将朝制动起作用车轮的一侧绕主销转动，使汽车失去方向稳定性。图（c）的左、右前轮制动器的半数轮缸与全部后轮制动器轮缸构成一个独立的回路，而两前轮制动器的另半数轮缸构成另一回路，可看成是一轴半对半个轴的分路形式，简称HI型。图（d）的两个独立的回路分别为两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器所组成，即半个轴与一轮对另半个轴与另一轮的形式，简称LL型。图（e）的两个独立的回路均由每个前、后制动器的半数缸所组成，即前、后轴对前、后半个轴的分路形式，简称HH型。这种形式的双回路制动效能最好。HI，LL，HH型的结构均较复杂。LL型与HH型在任一回路失效时，前、后制动力的比值均与正常情况下相同，且剩余的总制动力可达到正常值的50%左右。HI型单用回路3，即一轴半时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，在紧急制动时后轮易先抱死。8综合各方面的因素和比较各回路形式的优缺点。选择了X型回路。2.3 制动主缸的设计方案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，单腔制动主缸已被淘汰。本设计制动主缸采用串列双腔制动主缸。该主缸相当于两个单腔制动主缸串联在一起而构成。原理图如下图2.4，储蓄罐中的油经每一腔的空心螺栓和各自旁通孔、补偿孔流入主缸的前、后腔。在主缸前、后工作腔内产生的油压，分别经各自得出油阀和各自的管路传到前、后制动器的轮缸。9图2.4 制动主缸原理图1套2密封套3前活塞4盖5防动圈6、13密封圈7垫片8挡片9后活塞10弹簧11缸体12后腔14、15进油孔16固定圈17前腔18补偿孔19回油孔主缸不制动时，前、后两工作腔内的活塞头部与皮碗正好位于前、后腔内各自得旁通孔和补偿孔之间。当踩下制动踏板时，踏板传动机构通过推杆推动后腔活塞前移，到皮碗掩盖住旁通孔后，此腔油压升高。在液压和后腔弹簧力的作用下，推动前腔活塞前移，前腔压力也随之升高。当继续踩下制动踏板时，前、后腔的液压继续提高，使前、后制动器制动。撤出踏板力后，制动踏板机构、主缸前、后腔活塞和轮缸活塞在各自的回位弹簧作用下回位，管路中的制动液借其压力推开回油阀留回主缸，于是解除制动。若与前腔相连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，只有后腔中能建立液压，前腔中无压力。此时在液压差作用下，前腔活塞迅速前移到活塞前端顶到主缸缸体上。此后，后缸工作腔中的液压方能升高到制动所需的值。若与后腔连接的制动管路损坏漏油时，则踩下制动踏板时，起先只有后缸活塞前移，而不能推动前缸活塞，因后缸工作腔中不能建立液压。但在后腔活塞直接顶触前缸活塞时，前缸活塞前移，使前缸工作腔建立必要的液压而制动。由此可见，采用这种主缸的双回路液压制动系，当制动系统中任一回路失效时，主缸仍能工作，只是所需踏板行程加大，导致汽车制动距离增长，制动力减小。2.4 制动驱动机构形式设计方案制动驱动机构将来自驾驶员或是其它力源的力传给制动器，使之产生需要的制动转矩。制动系工作的可靠性在很大程度上取决于制动驱动机构的结构和性能。所以对制动驱动机构首先要求工作可靠；其次是制动转矩的产生和撤除都应尽可能快，充分发挥汽车的制动性能；再次是操纵轻便省力；最后是加在踏板上的力 和踩下踏板的距离应该与制动器中产生的制动转矩有一定的比例关系。根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可以分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。102.4.1 简单制动系简单制动系即人力制动系，是靠驾驶员作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源，而力的传递方式又有机械式和液压式两种。液压式的简单制动系通常简称为液压制动系，用于行车制动装置。其优点是作用滞后时间短（0.1s0.3s），工作压力大（可达10MPa12MPa），缸径尺寸小，可布置在制动器内部作为制动蹄的张开机构或制动块的压紧机构，使之结构简单，紧凑，质量小，造价低。但其有限的力传动比限制了它在汽车上的使用范围。液压式简单制动系曾广泛用于轿车、轻型及以下的货车和部分中型货车上。但由于其操纵架构较沉重，不能适应现代汽车提高操纵轻便性的要求，故当前仅用于微型汽车上，在轿车和轻型汽车上已极少采用。2.4.2 动力制动系动力制动系是以发动机动力形式的气压或液压势能作为汽车制动的全部力源进行制动，而司机作用于制动踏板或手柄上的力仅用于对制动回路中控制元件的操纵。在简单制动系中的踏板力与其行程间的反比例关系在动力制动系中便不复存在，因此，此处的踏板较小且可有适当的踏板行程。用气压系统作为普通的液压制动系统主缸的驱动力源而构成的气顶液制动，也是动力制动。它兼有液压制动和气压制动的主要优点，因气压系统管路短，作用滞后时间也较短。但因结构复杂、质量大、成本高，所以主要用在重型汽车上。全液压动力制动，用发动机驱动液压泵产生的液压作为制动力源，有闭式(常压式)与开式(常流式)两种。开式(常流式)系统在不制动时，制动液在无负荷情况下由液压泵经制动阀到贮液罐不断循环流动；而在制动时，则借阀的节流而产生所需的液压并传人轮缸。闭式回路因平时总保持着高液压，对密封的要求较高，但对制动操纵的反应比开式的快。在液压泵出故障时，开式的即不起制动作用，而闭式的还有可能利用蓄能器的压力继续进行若干次制动。全液压动力制动除了有一般液压制动系的优点以外，还有制动能力强、易于采用制动力调节装置和防滑移装置，即使产生汽化现象也没有什么影响等好处。但结构相当复杂，精密件多，对系统的密封性要求也较高，目前应用并不广泛。各种形式的动力制动在动力系统失效时，制动作用即全部丧失。2.4.3 伺服制动系伺服制动系在人力液压制动系的基础上加设一套由其他能源提供的助力装置，使人力与动力可兼用，即兼用人力和发动机动力作为制动能源的制动系。在正常情况下，其输出工作压力主要由动力伺服系统产生，而在动力伺服系统失效时，仍可全由人力驱动液压系统产生一定程度的制动力。按伺服力源不同，伺服制动有真空伺服制动、空气伺服制动和液压伺服制动三类。真空伺服制动与空气伺服制动的工作原理基本一致，但伺服动力源的相对压力不同。真空伺服制动的伺服用真空度(负压)一般可达005007MPa；空气伺服制动的伺服气压一般能达到0607MPa，故在输出力相同的条件下，空气伺服气室直径比真空伺服气室的小得多。但是，空气伺服系统其它组成部分却较真空伺服系统复杂得多。真空伺服制动多用于总质量在11135t以上的轿车和装载质量在6t以下的轻、中型货车，空气伺服制动则广泛用于装载质量为612t的中、重型货车，以及少数几种高级轿车上。日产楼兰SUV制动驱动机构设计当中，通过计算所需的制动力仅靠人力是不够,所以我选择加装了真空伺服制动系来弥补制动力不足的问题。2.5 本章小结本章对于制动系统提出了具体的设计方案。其中关于制动器结构形式方案有着比较详细的设计过程，然后对液压制动管路的布置方案进行了细致的分析和设计；制动主缸的设计在本章中有着较详细的解说过程，最后对汽车制动驱动机构进行了较详细的设计，通过本章的设计，该车的制动系统设计方案基本明朗。3 制动系统主要参数的确定3.1 日产楼兰SUV主要技术参数：汽车总质量：空载时m0=1902kg 满载时ma=2360kg轴距：L=2825mm载荷分配：前轴空载质量m01=1050kg 后轴空载质量m02=852kg 前轴满载质量ma1=1080kg 后轴满载质量ma2=1280kg重心高度：空载时hg0=730mm 满载时hga=710mm质心距前轴中心线的距离：空载时L01=1265mm 满载时La1=1532mm质心距后轴中心线的距离：空载时L02=1560mm 满载时La2=1293mm轮胎规格：235/65 R18车轮滚动半径：rm=381mm汽车最高行驶速度：Vm=220km/h3.2 同步附着系数的确定欲使汽车制动时的总制动力和减速度达到最大值，应使前、后轮被制动时同步抱死滑移，在任何附着系数的路面上，前后车轮同时抱死的条件为式中，为前制动器制动力;为后制动器制动力；G为汽车重力；为汽车质心高度；L1为汽车质心距前轴中心线的距离；L2为汽车质心距后轴中心线的距离。由上式可知，前、后车轮同时抱死时，前、后制动器制动力之比是的函数。如图3-1所示，图上的I曲线为日产楼兰前、后轮同时抱死时，前、后制动器制动力的关系曲线。图中的线为该车的实际前、后制动器制动力分配曲线。图3.1 东风日产楼兰的I线和线如果汽车前、后轮制动器制动力能按I曲线的要求分配，则能保持汽车在不同的附着系数的路面上制动时，前、后车轮同时抱死。图3.1中I线和线交点对应的附着系数称为同步附着系数，用表示。汽车在同步附着系数的路面上制动时，其制动减速度为=zg=g,即z=，z为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或者后轮即将抱死的制动强度z，这表明只有在=的路面上，路面的附着条件才能得到充分利用。11一般推荐满载时的同步附着系数，乘用车取0.6。最后取同步附着系数=0.7。3.3 前、后轮制动力分配系数的确定前、后制动器制动力分配关系将影响汽车的制动方向稳定性和附着条件的利用，是汽车制动系设计时必须考虑的问题。一般根据前、后轴制动器制动力的分配、装载情况、道路附着条件和坡度等因素，当制动器制动力足够时，汽车制动过程可能出现三种情况：前后轮同时抱死拖滑；前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。12如前所述，前后轮同时抱死工况可避免后轴侧滑，并保证前轮只有在最大制动强度下，才使汽车失去转向能力，这种工况道路附着条件利用较好。前轮较后轮先抱死，虽然不会发生侧滑，但是汽车丧失转向能力。在一定速度下，后轮较前轮先抱死一定时间，会造成汽车后轴侧滑。3.3.1制动时前、后轮的地面法向反作用力如图3.1所示，忽略汽车的滚动阻力距和旋转质量减速时的惯性阻力矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。图3.1 制动时汽车受力情况因为制动时车速较低，空气阻力可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力为 （式3.1）如果假设汽车前后轮同时抱死，则汽车制动减速度为 （式3.2）式中，为附着系数。将式（3-2）代入式（3-1），有 （式3.3）由式（3.3）可知，制动时汽车前轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而增大；后轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而减小。3.3.2 前、后轮制动力分配系数已知同步附着系数，可得前、后轮制动力分配系数为 （式3.4）式中，La2为车辆满载是质心距后轴中心线的距离；为同步附着系数；hg为车辆满载时重心高度；L为车辆轴距。3.4 制动器最大制动力矩的确定为保证汽车有良好的制动效能和稳定性，应合理的确定前、后轮制动器制动力矩。对于选取较大值的汽车，应从保证汽车制动时的稳定性出发，即不允许出现后轴抱死，来确定各轴的最大制动力矩。13当时，相应的极限制动强度，故所需的后轴和前轴的最大制动力矩为 （式3.5） （式3.6）则代入数据得：3.5 紧急制动时前后轮法向反作用力及附着力距1） 空载情况质心距前轴距离： （式3.7）质心距后轴距离： （式3.8）考虑到汽车的行驶安全，选取沥青路（湿）的附着系数，则紧急制动时前后轴法向反力Fz1,Fz2 （式3.9） （式3.10）每轮附着力距分别为 （式3.11） （式3.12）2） 满载情况质心距前轴距离： （式3.13）质心距后轴距离: （式3.14）紧急制动时候的前后轴法向反力 （式3.15） （式3.16）每轮附着力距分别为 （式3.17） （式3.18）3.6 本章小结本章对制动系统的主要参数进行了计算和确定。首先对SUV主要技术参数进行了确定，然后对汽车的同步附着系数以及前、后轮制动力分配系数进行了计算，然后对于制动时前、后轮的地面发向反作用力以及制动器最大制动力矩进行了计算，最后计算了紧急制动时前后轮发向反作用力及附着力矩，基本明确设计制动系统所需要的参数。4 制动器的设计与计算4.1 盘式制动器主要参数的确定4.1.1制动盘直径D日产楼兰的轮胎规格为235/65 R18，那么轮辋直径为D0=1825.4=457.2mm. 制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。制动盘直径一般选为轮辋直径的70%79%，即320mm361mm。因而可以选取前制动盘直径D1=330mm，后制动盘D2=320mm。4.1.2 制动盘厚度h制动盘厚度h对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小些，制动盘厚度应取小些；为了减小温升，制动盘厚度应取大些。一般实心制动盘厚度可取为1020mm，通风式制动盘厚度取为2030mm。在高速运动下紧急制动,制动盘会形成热变形, 产生颤抖。为提高制动盘摩擦面的散热性能, 大多把制动盘做成中间空洞的通风式制动盘, 这样可使制动盘温度降低20 %30 %。14对日产楼兰的制动盘选取进行综合考虑，前制动盘选为通风式制动盘，厚度为25mm；后制动盘选为实心制动盘，厚度为15mm。4.1.3摩擦衬块内半径R1与外半径R2摩擦衬块（如图4.1所示）是指钳夹活塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料。摩擦衬块分为摩擦材料和底板,两者直接压嵌在一起。摩擦衬块外半径只与内半径及推荐摩擦衬块外半径与内半径的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多，磨损不均匀，接触面积减少，最终导致制动力矩变化大。15推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1比值不大于1.5。可以选取外半径R2=160mm，内半径R1=120mm。图4.1 摩擦衬块4.1.4 制动盘及摩擦衬块的摩擦材料采用了全新日产专利技术的超高摩擦力材料High-PAD，这种制动摩擦材料具有稳定的摩擦系数，抗热衰退性好；有较好的耐磨性，较低的吸水（油、制动液）率，较低的压缩率、较低的热传导率和较低的热膨胀率，较高的抗压、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性能，制动时不产生噪声、不产生不良气味。4.1.5 摩擦衬块工作面积对于盘式制动器衬块工作面积A，推荐根据制动衬块单位面积占有的汽车质量在范围内选用。单个前轮摩擦块 （式4.1）单个前轮制动器;单个后轮摩擦块 （式4.2）单个后轮制动器4.2轮盘式制动器制动力矩的计算若衬块的摩擦表面与制动盘接触良好，且各处的单位压力分布均匀，则盘式制动器的制动力矩为 （式4.3）式中，f为摩擦片摩擦因数；F0为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。选择摩擦片时，不仅希望其摩擦因数要高些，而且还要求其热稳定性好，受温度和压力的影响小。当前国产的制动摩擦片材料在温度低于250oC时，保持摩擦因数=0.350.40已不成问题。此设计的f取0.4。对于常见的具有扇形摩擦表面的摩擦衬块，若其径向宽度不大，取R等于平均半径Rm，在实际上已经足够精确。平均半径为 （式4.4）式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。为了保证汽车有良好的制动稳定性，汽车前轮先抱死，后轮后抱死（满载时候）则汽车的前轮制动器产生的制动力矩等于前轮的附着力矩。 （式4.5）单侧制动块对盘的压力： （式4.6）则前轮盘式制动器制动力矩为 （式4.7）汽车的后轮制动