【《哈佛H6乘用车后轮盘式制动系统设计》7100字】

V第1章绪论1.1研究意义当汽车开始出现在人们的视野中时，就已经对其有了依靠，只不过在汽车不断发展中，这种依赖开始提高。至此我们就习惯了去使用、去利用这一交通工具。这次研究中所设计的乘用轿车在生活中最为突出。而且在乘用轿车之中汽车的制动系统已经是当前汽车安全系统中最重要的一个项目。国家制动安全指标的提高，使得制动方面的安全成为买车的第一选择。制动性更是会影响到国家的交通秩序，尤其是当出现重大交通安全问题时往往就是和制动系统出错导致的一系列情况有关。所以此次对哈佛H6的制动系统势在必行。1.2国内外发展现状1.2.1国内现状在国内汽车智能化程度不停的提高的同时,特别是在乘用车的方面上,由于合资公司以及外企的引进，以及国外一流水平技术被国内所吸收，汽车制动系统改为应用盘式制动器制动系统开始在国内传播。特别是能够帮助人们在提高自身的物质生活水平和自己的生活环境等方面起到了极大的作用，并且有利于汽车的整车性能、主被动安全性能以及乘坐舒适性的提高。在评价乘用轿车或者其它车型时，如果以车经济与实用的方面来考虑，那么这类汽车通常会使用混合装载的制动系统，即前盘后鼓式的混装制动系统。当我们在设计哈佛H6的制动系统过程中，了解到乘用车在刹车制动时，前轮将承受大于后轮的力以及力矩。所以在汽车生产过程中，为了经济实用，制动系统生产商会选择前盘后鼓式的混合制动器来进行制动。国内有一科研团队对于制动系统的最新研究在于发明了一种具有间隙自动调整装置的定钳盘式制动器[1]，此专利是通过在钳体与制动盘之间安装了一个摩擦环，当制动衬块损坏之后，制动间隙会增大，但液压力的作用能使其恢复原状，这就实现了制动系统中最重要的间隙的自动调整的功能。结构如图1.1所示：图1.1可调间隙的定钳盘制动器还有李鸿飞等人的科研团队发明了一种自增力领从蹄式制动器[2]，其这项技术的发明是通过增加增力臂以及制动器中的支撑臂，进而在汽车停车时提高了驻车的制动性能，使制动系统能够更好的发挥作用。结构如图1.2所示：图1.2自增力式的领从蹄制动器1.2.2国外现状通风盘式制动器是乘用汽车许多制动系统中最为经常见的一种制动器，而且尤其是在轿车中的应用最为广泛，并且在盘式制动系统中的刹车片上使用率最高[3]。意大利汽车零件厂家布雷博推出了最新的制动器，它能够提高散热性、抗热裂纹性能、制动安全性。同时还会减少磨损，增加使用时间。结构如图1.3所示：图1.3布雷博新型制动盘还有德国的SAB-WABCO公司研发了一种新型的制动器，其制动盘装配于轴上，增加了稳定性。而且此制动盘的设计能够有利于安装更为节能优异的通风散热装置，同时可以在乘车时最大的减少制动时的能量损耗。结构如图1.4所示：图1.4SAB-WABCO新型制动盘综上所述，在了解到国内外市场对制动系统的研究后，参照目前已有的制动系统，所以此次哈佛H6的设计中，会选择有较大市场的通风盘式制动器且选择液压制动驱动机构。第2章制动器的结构选择2.1鼓式制动器与盘式制动器的比较2.1.1鼓式制动器不同鼓式制动器之间有着各自不一样的特点：蹄片和衬块相连接的部分位置会改变，多少也不一样，参与制动的装置多少不一且形式多样。制动器在运行一段时间后会具有很高的热量，这对于内部结构封闭的鼓式制动器来说，无法充分散热。而且当汽车长下坡制动时，制动器效能变差，安全性降低，总体安全性也会不断降低。但是鼓式制动器的内部结构简单，经济成本低，内部结构封闭也会减少污染。鼓式制动器如图2.1所示：图2.1鼓式制动器2.1.2盘式制动器在本次哈佛H6的设计中选择盘式制动器，因为结构不同，所以选择多种多样。但是根据哈佛H6已有结构选择钳盘式的而不是全盘式，且钳体选择浮动钳而不是其它的，是因为浮动钳盘式制动器相比与鼓式以及其它制动器来说，液压力稳定、散热稳定、效果显著。而且没有特别复杂的部分。盘式制动器如图2.2所示：图2.2哈佛H6轿车后轮制动器表2.1鼓式制动和盘式制动优缺点比较优缺点/形式盘式制动鼓式制动优点散热好、刹车效果好、刹车力良到位而且受水干扰极小结构简单，成本低，易维修，且维修成本低缺点制动效率低，刹车片磨损较快，成本高且容易沾染灰尘影响制动散热性能差，刹车反应慢有热衰退现象，达不到预期刹车的效果综合以上信息考虑，为保证制动系统的安全性以及稳定性，本次制动系统的设计采用盘式制动器。2.2盘式制动器的选择钳盘式制动器和全盘式制动器不同是制动器中有没有钳体，在目前乘用轿车的应用中，全盘式制动器只用在少数工程汽车上，没有钳盘式制动器应用广泛，并且钳盘式制动器的性能以及安全性业要好的多，因此本设计中采用钳盘式制动器。2.2.1固定钳式制动器固定钳式通俗的来讲就是钳体固定，只有活塞和衬块移动，而且是在油压的推动下进行摩擦制动。如图2.3所示：图2.3定钳盘式制动器2.2.2浮动钳盘式制动器浮动钳盘式制动的由制动钳总成来进行制动，由制动钳带动衬块来向制动盘移动，制动系统工作时油泵通过进油螺栓向制动盘输入液压力，反作用力推动后方制动块，直至受力均等。如图2.4所示：1-衬块；2-摩擦片；3-制动钳体；4-活塞；5-进油螺栓图2.4浮动钳盘式制动器定钳盘式制动器的结构设计相对于浮动钳盘式来说整体尺寸差别较大、结构特点不同、油泵路线不同且作用方式也不同。而且浮动钳式符合当前哈佛H6的设计现状。所以浮动钳盘式制动器作为此次哈佛H6的设计选择。2.3浮动钳盘式制动器的工作原理浮动钳盘式制动器的工作原理图见图2.5，当汽车踩下刹车踏板进行制动，则活塞6在油液压力的推动下，将制动块1制动盘3相接触并相互摩擦。在液压油的帮助下，各个零件结构相互摩擦，内部位置不断变化，外侧力的大小也是随之改变，同时内侧有与之对称的反作用。直至制动盘内外受力相等从而得以刹车。原理如图2.5所示：图2.5浮动钳盘式制动器工作原理1—衬块；2—摩擦片；3—制动盘；4—制动钳体；5—支架；6—活塞；7—进油螺栓第3章制动器的设计3.1哈佛H6的主要技术参数哈佛H6的整车参数如表3.1所示:表3.1哈佛H6整车参数已知参数哈佛H62021款第三代轴距L（mm）2738整车整备质量（Kg）1645满载质量（Kg）2135车身长度（mm）4653车身宽度（mm）1886车身高度（mm）1730轮胎参数（后轮）225/60R18最大扭矩（N·m）285最高车速（Km/h）1903.2盘式制动器设计3.2.1盘式制动器参数设计（1）制动盘直径D制动盘的直径设计时通过轮胎算得初始直径，再根据国家标准取较大值，这样得出的直径能够尽量满足制动器的要求，并且也能增大制动强度，降低摩擦损耗，增加使用时间。但是制动盘的直径在特殊情况下还会被轮辋直径所约束，所以就是自身轮辋直径的75％左右，范围不大于5%，又其轮辋尺寸为。式（3-1）mm式（3-1）故取制动盘直径mm。（2）厚度的选择H选择范围是，制动盘厚度大小会影响制动效率，同时也会导致制动盘的质量改变。故厚度=30mm。（3）摩擦衬块和因为，且比值大于1.5将会加快过摩擦衬块的磨损，降低制动系统的稳定性、安全性。选，，即，又，，。（4）摩擦衬块工作面积A制动衬块的单位面积应属于～范围内。制动衬块的工作面积以下所示：由表3.1得哈佛H6空载时，选前端受力为。所以，980/(3.5*4)A980/(1.6*4),即70A153式（3-2）式（3-2）根据所需面积，取60°式（3-3）式（3-3）符合设计要求。（5）摩擦片摩擦系数f摩擦片需要在高温高压下参与摩擦，所以必须选用特制的材料。此次设计哈佛H6的汽车制动盘摩擦材料选用摩擦系数在0.3～0.5范围内的。故我们取：f=0.3[8]。（6）摩擦衬块的设计计算平均半径为：式（3-4）式（3-4）有效半径Re如下式所示：式（3-5）式（3-5）3.2.2制动器主要零件结构设计1.制动盘本次设计中哈佛H6的制动盘采用通风盘式，同时其外圈的通风肋数目确定为。因为本次设计中需要制动系统的稳定性，提高制动盘的冷却性能还要降低热衰退和水衰退性能以及提供更好的制动能力，同时增大其散热面积，所以选择为划线盘。三维模型如图所示：图3.1制动盘2.制动钳制动钳选用HT250来制作，同时在结构上可用焊接的，也可以做成分段式同时用螺栓螺柱联结。如果有时需要减小制动衬块和内部活塞的接触面积，通常情况下也会选择非金属材料的活塞。三维模型如图所示：图3.2制动钳体外壳总成图3.3钳体支架3.制动衬块制动衬块结构上分为前后两部分，一个是垫片，一个是后板。制动是材料选择：通常会选择很好的材质，从而确保衬块的可靠性以及安全性。三维模型如图所示：图3.4制动衬块图3.5摩擦片4.摩擦材料制动的摩擦材料的摩擦系数应该很高且比较稳定，具有很好的耐水耐热耐磨特性，能够抗拉、抗压、抗扭、抗弯性能。5.制动器间隙制动器间隙能够减少不必要的损失以及零件的相互干涉影响，通过查看哈佛H6的设计手册得范围是。故该设计中哈佛H6的制动器的间隙为。6.制动轮缸制动轮缸是液压制动系统中不可或缺的，安装拆卸方便，维修简单，材料为HT250。在此设计中采用定钳盘式制动器，选择单活塞结构。活塞材料选择铝合金。三维模型如图所示：图3.6制动主缸4制动系统的主要参数的选择与计算4.1同步附着系数同步附着系数与附着系数利用率的等式方程由式（4-1）所示：式（4-1）式（4-1）—汽车总的地面制动力（N）；—汽车所受重力(N)；—汽车制动强度(N)。即，，，此刻达到最高点。通过比较国内外有关书籍推荐乘用车满载时的同步附着系数：取最为恰当。最终选取。4.2制动强度和附着系数利用率根据以上确定的同步附着系数，并且已知：式（4-2）式（4-2）其中：—汽车的轴距，且mm；—制动力分配系数；—满载时汽车质心到两个后面制动器中点的长度(M)；—满载时汽车的质心所在的高度(M)；式（4-3）算出结果得：式（4-3）式（4-4）进而求得式（4-4）式（4-5）式（4-5）其中：——制动强度；——汽车总的地面制动力；——前轮所受的地面制动力；——后轮所受的地面制动力。此时取最大附着系数为0.8，故：式（4-6）式（4-6）式（4-7）式（4-7）式（4-8）式（4-8）4.3制动器最大制动力矩后轴：式（4-9）Nm式（4-9）前轴：式（4-10）=3852Nm式（4-10）——有效半径（225/60R18）4.4制动器因数1.制动减速度：式（4-11）J=式（4-11）其中：—前后轮总制动扭矩1284+3852=5136Nm；—有效半径0.3636m；m—满载质量2135kg；所以算出哈佛H6的属于范围内，所以此设计没有问题。2、制动距离式（4-12）式（4-12）其中：—刹车踏板力在零值时所持续的时间，时间选为0.1s；—制动力从零到顶点时间，取值0.2s；V=30km/h故式（4-13）乘用车最大的制动距离：式（4-13）故符合此次的设计要求。第5章液压制动驱动机构的设计计算5.1制动驱动机构的结构形式制动驱动机构的定义是从驾驶员踩刹车踏板开始到制动器之间，所有传递制动力和力矩的结构，这些结构统称为制动驱动机构。制动驱动机构根据刹车踏板力形成方式的不同简单分为简单型、动力型和伺服型三类。然后通过对本次设计的选择，故哈佛H6的制动驱动机构选择带真空助力器的伺服制动机构。5.2制动管路在制动管路的选择上，我们应该尽可能的选择简单方便的且安全可靠的，例如设计管路的分路管路时，应尽量选择能帮助其他失效回路进行制动的。可选取的管路方案如下图所示： 图5.1制动管路方案图a、b、c、d、e分别为管路型、管路型、管路型、管路型和管路型。其中，X型回路在结构方案上价格低廉，结构简单方便。X型回路的作用时可以确保前后制动器一直同时起作用，且不影响制动器的参数以及附着条件。同时也是此次哈佛H6制动管路设计的最佳选择。型管路过于简单，且不适用于此次设计。管路型、管路型、管路型和管路型设计都过于繁杂。所以最终哈佛H6的管路选择X型回路，且设计方案如下图所示：图5.2哈佛H6制动管路方案图5.3制动驱动机构的设计计算在此次哈佛H6制动驱动机构设计过程中，应包含以下参数：液压缸尺寸、刹车力的大小、踏板移动的最远距离和助力器的相关结构。5.3.1制动轮缸直径式（5-1）可得：式（5-1）—制动轮缸的直径，单位是mm；—制动轮缸传递的力，单位是N；P—制动管路的液压力，单位是Mpa。得：25mm，mm5.3.2制动主缸直径轮缸的工作容积为式（5-2）式（5-2）其中：—前、后轮缸的直径，mm；n—轮缸中的活塞数目，mm；—活塞的工作行程。前轮盘式：得式（5-3）式（5-3）后轮盘式：得式（5-4）式（5-4）式（5-5）全部轮缸的总工作容积:式（5-5）V=2（V1+V2）=2213.34mm3式（5-6）设计哈佛H6液压缸体积时，我们应选取，故式（5-6）V0=1.1V=1217.34mm35.4制动主缸设计要求我们分别对于液压缸以及制动踏板空闲时的活塞原始位置上进行我们所需的计算，从而确保刹车时管路中的压应力是否符合设计的安全标准。对于此次的哈佛H6的后轮盘式制动系统中，因为制动器衬块与垫片之间的间隙过于狭小，且液压缸中回位弹簧弹力较小，所以刹车和液压油压力增大是一起的，并且需要在液压缸中安装必要的止回装置，即止回阀。5.4.1回位弹簧的确定为保证制动系统可以连续起作用，所以液压缸中必须具有回位弹簧，而且需要其在松开刹车踏板后回到原始位置，这就需要具备适当的回位弹簧力。且回位时间一般取。表5.1回位弹簧力的确定回位弹簧力（N）最大有效工作行程时其回位弹簧力（N）第一活塞第二活塞5.4.2主缸的残余压力在设计哈佛H6的管路时，内部必须不能接触空气，不能有任何连通外面的机会，所以我们在设计哈佛H6的管路时，一定要确定好内部压力的大小。且在此次哈佛H6的盘式制动器设计当中,其液压缸内部密封圈过小，不影响回位弹簧，所以此次主缸残余应力。5.4.3主缸的结构设计在制动主缸的设计过程中，应包含其直径以及各个活塞的工作位置，进而对液压缸进行整体的部分结构设计：其中结构包括缸体、后回位弹簧、后垫片、进油螺栓、支撑螺钉、后活塞、后活塞垫片、前回位弹簧、前垫片、进油螺栓、前活塞、前活塞垫片、支撑垫圈。各结构的设计技术要求是：1.活塞的材料选择为铸铁或者铝合金，2.垫片以及支撑垫圈材料选择为橡胶元件。3.活塞与回位弹簧间距离应尽可能小，有利于减少力的损失、空气的流入以及增加摩擦力和摩擦力矩。4.在此次哈佛H6的盘式制动器设计中，液压缸中尽量避免出现残余的摩擦力，使其一直进行摩擦，降低材料的使用寿命。5.在液压缸活塞上应具备垫圈，可防止回位弹簧的瞬间弹力，降低冲击应力，从而减少垫片所受力的大小，使其能够使用更长的时间。图5.3串联双活塞制动主缸5.4.4制动力分配调节装置的选取制动力分配调节装置选择惯性比例阀，因为惯性比例阀可以让制动驱动机构具有最稳定的输入性能，而且具有最适宜的制动力分配和调节曲线。5.5真空助力器的设计计算如图5-2所示：图5.4真空助力器结构图真空助力器在工作时，首先是刹车踏板力经过变大的传动比作用在前方的杆上，推动此杆向液压缸方向移动，同时后面所连的液压缸向其内部流入一部分液压油帮助其进行工作，从而起到制动工作。当松开刹车踏板后，回位弹簧起作用将操纵杆进行回位，从而回到初始位置。可知下列公式：式（5-7）式（5-8）式（5-7）式（5-8）其中：―输入力，N；―输出力，N；―助力比；p―真空度为。由已知数据同时计算哈佛H6所选参数，设计得到哈佛H6该装置的有效直径为130mm，真空助力比为。5.6制动踏板力的计算制动踏板力为式（5-9）式（5-9）式中，—踏板机构的传动比；—踏板到真空助力器的传动效率；一般情况下为，通过对比其他设计，最终定为；并且在踏板力的计算时，最为经常的选择范围是当取值：，，；故：。式（5-10）5.7制动踏板工作行程式（5-10）=（）式中：—主缸中活塞垫片的间隙，得：；—活塞最左端到最右端之间的距离，mm。式（5-11）=（）=3（20+2+3）=75式（5-11）通过参考得到哈佛H6的刹车踏板