【《轿车盘式驻车制动器设计》7100字】

PAGEPAGE21轿车盘式驻车制动器设计目录TOC\o"1-2"\h\u7770第一章绪论 1126321.1选题依据及意义 167271.2国内研究现状 145941.3课题主要内容 22811第二章制动器简介 3228972.1制动器的作用及种类 3297762.2制动器的组成及要求 3143702.3制动器的结构形式及选择 4311802.4制动器结构的最终选择 428188第三章：制动器主要参数的选定 58163.1制动力分配系数的计算 5215313.2同步附着系数 8159633.3制动强度及附着系数利用率 9673.4制动器最大制动力矩 10126733.5制动器因数 1136123.6盘式驻车制动器主要结构参数 1226554第四章制动器的设计计算 1228814.1摩擦片磨损特性的计算 12213714.2制动器的热容量及温升核算 14221584.3盘式驻车制动器制动力矩和有效半径的计算 1575514.4驻车制动计算 1728126第五章制动器主要零部件的结构设计 1930965.1制动盘 19180695.2制动钳 19199835.3制动块 19285455.4摩擦材料 2034475.5制动器间隙 204637第六章制动器传动机构的结构选型与设计计算 2296336.1制动传动机构结构型式的选型 22144626.2制动管路的多回路系统 2322636.3液压制动传动机构的设计计算 2326989第七章制动性能分析 26198377.1制动性能评价指标 26245167.2制动器制动力分配曲线分析 2715803第八章制动器参数优化 294519参考文献 32第一章绪论1.1选题依据及意义1.1.1选题依据在汽车的整体结构中，制动系统是保证行车安全极其重要的一个组成部分，汽车的制动系统对于汽车的行驶安全、驻车安全和运输经济效益有十分重要的作用。作为一个新的制动单元,盘式制动器市场前景广阔,在汽车上的应用越来越广泛,与鼓式制动器相比较，虽然盘式制动器在制动系统上有更大的优点，但也存在着一些难以避免的不足，比如作为压紧制动板的压缩力必须很大，刹车盘很快就会磨损，使用寿命受到了一定的限制；也很容易受到行驶途中沙砾和淤泥的轻微影响，从而使制动效能轻微减弱；所以此次论文设计具备较大的实际应用意义。1.1.2选题意义在此次论文设计中，经过示范方案的培训、分析比较、提出问题、广泛运用所学知识解决实际问题、撰写毕业设计指导书，我完善熟悉了本学科的专业理论和技能，具备了一定的创新和实践能力，为将来工作做好准备，为社会的建设贡献出自己的一份绵薄之力。1.2国内研究现状华逢志REF_Ref18855\w\h[1]等人基于ANSYSWorkbench软件，对小型轿车前轮盘式制动器进行轻量化研究。研究结果表明，通过轻量化大大提高了钳体的模态频率,制动系统共振的可能性降低了。雷日起REF_Ref18911\w\h[2]REF_Ref17565\w\h等学者对制动盘改进了制动盘结构，在制动过程中减少了应力集中和变形，并加快了散热速度，提高了制动盘的使用寿命与制动可靠性。施正堂REF_Ref18976\w\h[3]REF_Ref17621\w\h等学者研制了结构先进、制动力矩更可靠、更稳定的SC6350型汽车盘式制动器。该盘式制动器具有良好的经济效益和市场前景。随着科学技术的不断进步和发展，对汽车制动器的制动可靠性、制动效率、使用寿命等方面提出更加严格的要求。如今汽车制动器主要待解决的问题是如何保证制动盘的制动效能及制动效能恒定性的同时，还要保证所设计的制动器实用性能强、使用寿命长重量较轻、结构简单、成本较低等特点。大部分经济型轿车出于价格和成本的考虑，依旧使用的是前轮盘式后轮鼓式的制动器模式。因此，综合国内外的相关研究现状，本文研究的是前轮盘式制动器。1.3课题主要内容（1）以盘式驻车制动器为研究对象，分析其结构组成、工作原理及运动性能；（2）根据给定的车辆数据，计算盘式驻车制动器的载荷，参考现有的盘式驻车制动器的结构方案，确定本课题的盘式驻车制动器的结构方案，并对驻车制动器的各组成元件进行结构设计和制动性能校核；（3）绘制装配图，绘制制动盘、摩擦块2张零件图；（4）仿真分析及优化：对设计进行检查与完善，采用相关仿真软件进行仿真分析，进行设计参数调整。表1.1车辆主要技术参数汽车总质量ma(kg)1922整车整备质量m0(kg)1547载质量me(kg)375最高速度VmaxVmax>200轮胎规格235/45R17质心高度hg(mm)空载时:520满载时:510质心距后轴距离L1(mm)1736质心距前轴距离L2(mm)1054第二章制动器简介2.1制动器的作用及种类2.1.1制动器的作用车辆在公路上正常行驶遇到紧急情况需要减速甚至停下，使停在路面上的车辆保持静止不动防止滑动，这些都是制动器的作用。如今科技飞速发展，汽车朝着电动化智能化发展，汽车上的系统、机构、零部件都在改进，制动器也越来越先进，从而使汽车能以更大的加速度以及更高的速度上限在公路上行驶。但是，如果使汽车加速度更大、速度上限更高，那么意味着行车安全隐患也更严重，因此人们对行车的安全十分重视。所以制动器对汽车来说至关重要，是必不可少的部件。驾驶人在驾驶汽车行驶时，因为行车工况的改变，或者驾驶人的行车意图亦或者为了提高行车效率，躲避障碍物避免发生交通事故，需要对汽车进行减速，制动器需要对驾驶员的动作进行实时响应，不能出现较高的延迟，否则由于汽车的高速移动状态，会发生难以挽回的事故，所以制动系统的实时性要求也是制动器的一项重要性能之一。2.1.2制动器的种类在车辆行使的过程中，进行制动的主要目的是强制车辆减速或停止。驻车制动的主要功能是使汽车在某个位置可以长时间保持静止不动的状态。为了避免汽车意外出现后溜、滑坡等现象，驻车制动装置的平衡性要足够稳定，所以使用机械驱动机构。2.2制动器的组成及要求2.2.1制动器的组成驱动摩擦装置和车轮驱动装置是制动摩擦装置的组成部分。摩擦类型主要分为鼓型和摩擦盘型，摩擦式制动器类型主要有鼓型和盘型。行车制动器:主要适用于驾驶员在汽车高速行驶的过程中,使得汽车停止和减速;驻车制动器:主要适用于保证车辆在道路上停稳后,给传动系统一定的阻力作用于稳定的车辆,避免因为车辆打滑而产生不必要的碰撞。2.2.2制动器的要求为了确保制动器的安全稳定性，应满足如下要求（1）车辆行驶与驻车过程中，能够提供充足的制动，满足安全性能。行车的制动性由正常行驶的车辆进行制动时，车辆的减速度大小和车辆完全停止时制动距离的长短来决定，驻车性能由汽车所能长时间平稳停放坡度的最大倾角来决定。（2）制动过程中，车辆的制动器能够保证受热情况下的稳定性。例如在车辆高速行驶的时候，踩下踏板，由于剧烈摩擦制动器在短时间内会剧烈升温，而制动器的制动性能会快速下降，这就是热衰退性。改善热衰退性的方式有：选择采用耐高温耐摩擦的材料。（3）制动器具备良好的抗水衰退性。水、泥垢等附着在制动器摩擦表面后，将导致制动器摩擦性能下降，这就是抗水衰退性。改善抗水衰退性的方式有：选择采用良好的吸水材料。2.3制动器的结构形式及选择2.3.1制动器的种类制动器的分类中，根据装配的方式的不同，可以将其分为中央式和车轮式。前者安装在驱动轴上，车轮制动器安装在两个车轮之间的连接处。2.3.2盘式制动器的结构形式在本文所研究的盘式制动器中，根据其结构可以分为钳盘式和全盘式两种。其中，后者结构相对复杂，重量大，散热性能也不佳；相比较而言，钳盘式制动器结构相对简单，不仅质量更小，而且散热性能更好，但对所用材料要求较高。2.4制动器结构的最终选择汽车制动时，汽车载荷向前轴移动，前轮的制动负载较大，防抱死制动系统（ABS）工作时要求前刹具有良好的散热性能，通风盘的特式结构，能够保证在制动过程中良好的散热效果，综合以上分析，本文在结构设计中选择通风盘式作为前轮制动器，后轮则采用普通盘。第三章：制动器主要参数的选定3.1制动力分配系数的计算在制动器处于正常工作状态的时候，由力矩平衡方程得QUOTETf-FBre=0其中：Tf——车轮上的受到的制动器力矩，FBre以初始速度v0=80Km/h，直至汽车完全停下QUOTEvt=0vt=0。假设减速过程行驶s=16m求得`a=15.4m/根据制动器制动力分配规律得：一个前轮QUOTEFBf=33033×69%×一个后轮F因此，根据公式（3-1）可知TFf=T其中：Ff——随着踏板力增大Tf随之增大，Ff和FB也增大。但F≤(3-3)(3-4)其中：ϕ——地面附着系数Z——地面对车轮的法向反作用力图3-1汽车在制动时的整体受力图由（图3-1）可知，前、后桥车轮受到来自车轮的法向反作用力Z(3-5)算得Z由此可知，来自地面的总制动力为FB=FB1其中：q（q=duFB1联立式（3-5）和式（3-6），能够获得如下所示的前后车轮在车桥上的附着力的计算方法：FFϕ2=(GL式中，确定附着系数φ=0.7，将其代入式（3-7）中，能够得到Fφ1=10358N由式(3-6)、式(3-7)得，在附着系数ϕ的公路上，附着力被充分利用的条件是FFf1/Ff其中：FfFfFBFBZ1，Z可得Ff2=12制动力的分配系数可由式（3-10）计算得到：β=Ff1将上述的计算方法代入本文所设计的轿车制动器中，能够得到：Ff1=β=3.2同步附着系数根据式（3-10）中的分配系数计算方法，能够得到：Ff2Ff1=1由于同步附着系数：ϕ0=Lβ-L2根据路面附着系数的不同，制动时会出现以下三种情况：(1)当ϕ>ϕ0(2)当ϕ<ϕ0(3)当ϕ=ϕ0用附着系数利用率ε能够表示汽车制动器设计中对于附着情况的使用：ε=FB可知ε=1.1其中：FBq——制动强度当ϕ=ϕ0时，q=ϕ0，ε轿车的0.15≤q≤0.8的范围内，前轮均能先抱死。此次设计中q=0.773.3制动强度及附着系数利用率联合同步附着系数ϕ0β=1-β=L1-ϕ0求得FB1=FB2=下面讨论ϕ不同取值情况下的q和ε：（1）当ϕ=ϕ0时：FB1=Fϕ1，FB2（2）当ϕ<ϕ0时：FB=GL2ϕq=Lε=L2L（3）当ϕ>ϕ0时：。可得FB=Gq=L1ϕε=L1L3.4制动器最大制动力矩由式(3.8)可知，前、后轮同时在被抱死时的后轮制动力系数之比例式为Ff其中：ϕ0hg制动器产生的制动力矩为Tf1其中：FfFf该车前、后桥制动器的最大制动力力矩为：3634N1710N当时， 该车所需的前、后桥最大制动力矩为(3-22)(3-23)该车前、后桥在制动过程中，制动器的最大力矩的计算方法为：（3-24）（3-25）其中：ϕ3.5制动器因数根据(3-1)可得制动器因数：BF=TfPR(其中：Tf——R——制动盘的有效半径； P钳盘式制动器的制动器因数为：BF=2fPP=2f(式中，f在本文中，将其值取为f=0.4；由此能够计算得到3.6盘式驻车制动器主要结构参数（1）制动盘直径D由于：D=74%Dr=74%（2）制动盘厚度h根据刹车系统散热通风系统使用性能和刹车制造过程成本的综合因素考虑，前文中已经将前轮的制动器结构选为通风盘，其厚度选为h=25mm；后轮的制动器为普通盘，厚度为h=12mm。（3）摩擦衬块内半径R1与外半径R2根据查阅相关设计准则可知摩擦衬块外半径R2与摩擦衬块内半径因此：取R1=110mm,R（4）摩擦衬快工作面积A本次设计使用半金属摩擦材料，两种制动器在制动过程中的摩擦衬块工作面积A取75c第四章制动器的设计计算4.1摩擦片磨损特性的计算4.1.1比能量耗散率本文中所提到的比能量耗散率是指在一个时间段内，一个单位大小的摩擦块上消耗的能量的大小，通常其单位为W/mm2单个前轮制动器的比能量耗散率e1和&et=其中：QUOTEδ——汽车旋转质量换算系数，δ=1δ——汽车旋转质量换算系数，δ=1v1，vv1=QUOTEv2=0v2=0QUOTEt——制动时间，st——制动时间，sj——制动减速度，A1（A1=321.11cm则有e1=12代入各式计算可得t=ee取减速度j=0.6g，制动初速度v1=100km/h，制动时间t=4.728s4.1.2比滑磨功本文中，使用Lf表示比滑磨功，其计算方法可以表示为：Lf其中：ALf表示的是比滑磨功的许用值，取值区间为通过计算，能够得到比滑磨功的大小为Lf4.2制动器的热容量及温升核算根据设计手册的相关规定，制动器要满足以下的热容量条件与温升限制：md其中：mh——各个制动盘上相连的金属总质量，为mdcdch△t——制动盘的温升L——满载车辆制动时动能转化的热能在制动过程中所产生的热能，需要根据制动力的分配，散布在前后两个制动器上，具体的分配计算方法为：（4-5）（4-6）得出：所以：校核：mL=7.44经过计算可以得到，本文设计满足要求。4.3盘式驻车制动器制动力矩和有效半径的计算图4-1盘式制动器示意图由(图4-1)可得制动力矩：Tf=2fNR其中：f——制动器摩擦系数，R——作用半径，N——一侧制动块的压紧力图4-2钳盘式制动器示意图根据图4-2可得：扇形摩擦片的半径的平均值计算方法为：Rm其中：R1，R2——摩擦片的内半径和外半径制动盘上一边制动片上的制动力矩的计算方法为：T其所产生的摩擦力大小为：fN=摩擦片的有效半径可以根据此计算得到：R设定R1R2因m=R1R2<1，m(1+m)2<因此，有效半径为133mm。4.4驻车制动计算如图4-3显示了车辆在坡度α为的斜坡上的受力分析，其中汽车后轴车轮附着力Z2Z同理当汽车下坡停驻时后轴车轮附着力ZZ图4-3汽车停驻时的受力图由：m得到了上坡驻停的极限倾角α和下坡驻停的极限倾角α=arctanϕL1α'所以求出：α=α各类汽车的最大停车坡度不小于16%∼20%（9.1°∼第五章制动器主要零部件的结构设计5.1制动盘在本文的设计中，采用合金铸铁造的礼帽形（如图5.1）制动盘。一些轿车制动盘的参数参考表5.1 图5.1礼帽形制动盘 表5.1部分轿车的制动盘参数5.2制动钳市面上，既有整体式的制动钳，也有两半组合而成的制动钳。为了有效方便汽车用户及时检查、更换电动汽车内部制动块,其外部一般汽车都会会在预留位置有一个制动开口。本次设计采用表面进行镀铬处理的整体式结构，外部带有开口的制动钳。5.3制动块制动块（brakepiece）是由摩擦材料制成的零件。在本文的制动块设计中，选用的是新型的制动块，该制动块的厚度为十四毫米，其上面设有空气绝缘层、减震装置以及报警装置。5.4摩擦材料采用不同材料制造而成的车轮制动器，其特性也各不相同。常见的材料分为两大类：一类是有机类，一类是无机类(如表5.2)。表5.2摩擦材料性能对比本次设计采用有机类中的半金属模压材料，摩擦系数f=0.45.5制动器间隙为了保证制动盘在未制动的情况下能自由转动，应与摩擦衬块有一定的间隙。在本次的设计中，其间隙的大小为0.2毫米。图5.2制动间隙自调整装置1-制动钳体；2-活塞；3-活塞密封圈盘式制动器存在一个缺陷，那就是在长时间工作之后，其制动间隙会有所增大。而想要避免这一问题的问题，就需要让制动器能够自动调节其间隙的大小。第六章制动器传动机构的结构选型与设计计算6.1制动传动机构结构型式的选型根据制动力的来源以及力的传递方式的区别，可以将制动器的驱动机构分为多种。（如图6-1）。图6-1制动驱动机构的结构形式6.2制动管路的多回路系统由于HH、HI和LL型的结构较复杂，故本次设计选用结构较为简单，但具有卓越性能的X型回路系统。6.3液压制动传动机构的设计计算6.3.1制动分泵直径及工作容积根据相关资料，能够得到制动分泵的作用力大小与其直径的大小关系。dw=2Pπp取p=12MPa由BF=TfPR=2f得T求出前桥P1=17411N，后桥则dW1=42.99mm分泵缸体尺寸规定直径和轴系列尺寸应在根据国家标准汽车分泵缸体尺寸规定直径在轴系列中正确进行选取,国家标准汽车分泵缸体尺寸规定直径在轴系列中的规定直径为：14.5，16，17.5，19，22，24，25,28，30，32，35，38，40，45，50，55mm。故选前桥分泵直径选为46mm，后桥分泵直径选为30mm选定分泵直径之后，对其工作容积进行计算：Vw其中：dwn——δ——完全制动时单个分泵活塞的行程：δ=δ1+总工作容积为：V=1其中：m——分泵个数。在本次论文设计中取m=4；求：VW1=那么，就可以通过计算得到每一个分泵的容积的大小为：V=6.3.2制动总泵直径及工作容积对支撑整个制动系统的泵的容积进行计算，能够得到：Vm其中：V'V——所有分泵的工作容积之和总泵活塞直径dmVm=π4通过设计手册，可以得到sm=（0.8～1.2）dm，根据本设计的具体情况，取其系数为s通过计算，能够得到：d根据取整原则，选择活塞直径dm=28mm，s6.3.3制动总泵在轿车的制动系统中，采用的是双腔的制动泵，这种制动泵能够保证在踏板下压的时候，推动后腔内的活塞向前方移动，直到它盖住制动总泵中的流量旁通孔，后腔工作油机油增多，机油压力升高。当继续增大踏板力时，腔室中的液压继续升高，然后前后制动器被制动。图6-2制动总泵工作原理示意图当前室或后室的两个制动室管路发生故障时，只有一个制动室的管路可以自动建立新的压差。此时,在一定液压压差的推动作用下，没有一定压力的活塞腔将从活塞前端转移到整个移动装置前端的顶部，到达总泵和油缸的整个缸体上。从而让另一缸的工作腔内的液压机达到制动要求。因此，采用串列双腔制动主缸具有优秀的工作可靠性。第七章制动性能分析7.1制动性能评价指标评价制动性能的时候，主要评价制动的效果，以及其恒定性，汽车的方向稳定性三个方面来衡量。7.1.1制动效能1）制动减速度a汽车正常情况下行驶，此时a=T其中Tfrem——汽车满载质量求得a=6.86m/s2轿车制动减速度应在5.8—7m/s若考虑φ，该设计以φ0 φ>φ0φ<φ02）制动距离S制动距离SS=1其中：t1t2t1v——制动初速度，km/取其值为30千米每小时，将其代入式（7-2）中，能够得到制动距离为8.3米。完全符合设计要求。7.1.2制动效能的恒定性在制动器工作的时候，由于摩擦产生了高温，制动器的效果就会下降。因此，在制动过程中保证制动能力的恒定与驾驶的安全密切相关，已经成为一个必须考虑的方面。7.1.3制动时汽车的方向稳定性汽车制动时能否保持方向稳定是很重要的一个问题。汽车的方向稳定性高，在某些紧急情况下就能有效避免事故的发生。7.2制动器制动力分配曲线分析使用MATLAB进行制动力的分配，能够得到如图7.1所示的曲线：图7.1制动力分配曲线前文已经求得Ff1=第八章制动器参数优化Matlab软件功能强大，他被用在各个邻域，并且其中有内置的优化工具箱，可以直接调用于制动器参数优化。采用Matlab对制动器参数进行优化。综合考虑制动效能与制动器使用寿命，以制动力矩最大和升温最低为目标进行优化。盘式驻车制动器有七个优化变量：X==其中 D——h——制——制动分泵直径——制动分泵制动压力——摩擦片内半径——摩擦片外半径——摩擦片圆心角根据最大制动力矩和最小温升，建立以下函数：maxMf=max16fπdwminΔt=minhmv122cd并且建立如下性能约束：制动力矩约束：λTf≤12μLGβr 其中 ——