车用盘式电磁制动器设计【6张图/18000字】【优秀机械毕业设计论文】

文档包括:
说明书一份。40页。18000字左右。
任务书一份。
开题报告一份。
Matlab仿真程序
Ansys分析结果

图纸共6张，如下所示
A0-电磁盘式制动器.dwg
A1-制动钳体.dwg
A2-制动支架.dwg
A2-制动盘.dwg
A2-增力机构.dwg
A2-外侧制动衬块.dwg

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
ABSTRACT II
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D 7
2.4.2制动盘厚度h 7
2.4.4摩擦衬块工作面积A 8
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
附录 A 41
附录 B 44

题目名称 车用盘式电磁制动器设计
一、课题研究现状、选题目的和意义
1、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。1992年ABS的世界产量已超过1000万，世界汽车ABS的装有率超过20%。一些国家已制定法规，使ABS成为汽车的标准配置。传统的制动控制系统只做一样事情，即均匀分配油液压力。当踩下制动踏板时，主缸将等量的油液送到通往每个制动器的管路，通过比例阀使前后制动力平衡。而ABS则按照每个制动器的需要对油液压力进行调解。
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，国外的电气汽车制动系统研发工作开展迅速深入，其中用电磁力驱动的汽车电磁制动器已经进入实用状态，但这种汽车电磁制动器大部分都应用于拖车的制动系统中。同时各国都对汽车电磁制动器进行不断改进，主要表现在电磁体和控制器两部分。而对控制器的改进主要集中在拖挂车中主车与拖车的制动力匹配上。近几年，国外的汽车电磁制动器的发展较缓慢，基本保持了20世纪的形式，只是在此基础上不断完善，努力使汽车电磁制动器能够适应普遍汽车的行车制动。为使汽车电磁制动器能在汽车上广泛应用，需研究电磁体的特性、制动器的性能及电磁制动器控制器的控制策略。国外厂商在近几年内开始研制具有ABS功能的汽车电磁制动器控件器。国内汽车电磁制动器的研究起步远远落后于国外。近几年国内部分学者开始致力于这方面的研究，其中江苏大学在这方面的研究较为突出。另外，有些汽车配件企业和一些中外合资企业涉及汽车电磁制动器及其零部件的制造，但基本上都是采用国外的商业成品技术。
国内关于汽车电磁制动器的专利申请保护内容，基本上跟国外50年前的技术相同，与目前国际同类技术相差甚远。所以自20世纪90年代，尤其是加入WTO后，我国汽车工业才得以突飞猛进的发展，人们生活水平随着经济建设的发展不断得到提高，人均拥有汽车量大大增加，而城市用汽车的数量更是与日俱增，为此研究适用于城市工况的汽车电磁制动器应运而生。其次，汽车电磁制动器的制动力是电磁铁的线圈通电后产生的，由于不再靠液压油产生制动力，因此不再适用液压油，也节省了液压制动管路，取而代之的是线束，这一变革使得电磁制动器更易于与ABS等汽车上的电子装置集成，且相对于制动主缸、液压阀及制动管路，线束的维修与更换都要简单得多。另外，由于使用线束代替机械液压制动装置及制动管路，也减少了制动时的非线性和制动力矩相对于制动力的迟滞效应，因此汽车电磁制动器代替液压制动器将成为必然。
2、选题目的和意义
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。
二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题

1、研究的基本内容
（1）汽车电磁制动器的结构设计。
（2）研究电磁体的动态工作特性。
（3）建立汽车电磁制动器的力学模型并加以分析，建立仿真模型。
（4）使用MATLAB软件中的SIMULINK工具箱对电磁制动器进行仿真分析。
2、拟解决的主要问题
（1）如何解决电磁力的准确计算与控制,根据所需的制动力矩确定出电磁铁的相关参数。
（2）如何设计制动系统的增力机构，实现制动力的放大与传递。
（3）电磁制动器制动盘的设计。