某轎車浮動鉗盤式制動器的設(shè)計與分析【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計含6張CAD圖紙帶任務(wù)書+開題報告+中期報告+答辯ppt+外文翻譯】-clsj23

某轎車浮動鉗盤式制動器的設(shè)計與分析

某轎車制動器的設(shè)計與分析

摘要：汽車制動系統(tǒng)與行車安全和停車安全息息相關(guān)，是汽車底盤的重要組成部分。尤其是盤式制動器，在現(xiàn)在的轎車上應(yīng)用越來越廣泛，以前受制于制造成本，影響了盤式制動器的廣泛應(yīng)用，隨著轎車需求量的大幅增加，盤式制動器的需求量更大，所以本文的選題及設(shè)計需要結(jié)合市場實(shí)際，并與工程需要相結(jié)合，這對于設(shè)計轎車盤式制動器非常重要。

    這次畢業(yè)設(shè)計是以轎車的盤式制動器為研究對象，概括了轎車制動器的國內(nèi)外現(xiàn)狀，指出了研究的目的和意義。首先，對盤式制動器和鼓式制動器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。本文設(shè)計的是浮動鉗盤式制動器。然后，對盤式制動器的主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選，并且對制動器進(jìn)行了校核計算，最后對制動器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了CAD制圖。

關(guān)鍵詞：制動系統(tǒng)；盤式制動器；制動效能；制動力

The design and analysis of the car brake

Abstract：The car brake system is related to the safety of driving and parking, is an important part of the car chassis. In particular, disc brakes, in the current application of the car more and more widely, previously subject to manufacturing costs, affecting the wide range of disc brakes, with a substantial increase in the demand for cars, disc brakes greater demand, This is an urgent need for disc brakes better design and optimization design, so this topic and design combined with the actual market, combined with engineering needs, how to design a good car disc brake is very important.

  The graduation design is based on the disc brake of the car as the research object, summarizes the domestic and international status of the car brake, pointed out the purpose and significance of the study. Firstly, the structural characteristics of disc brakes and drum brakes are analyzed and compared. The design of this paper is designed as floating clamp disc brake. Then, the main parameters of the disc brake are designed, and the brake is checked and calculated. Finally, the structure of the brake is CAD drawing.

Keywords：The braking system; Disc brake; The braking effectiveness; Braking force

目  錄

摘要I

AbstractII

1 緒論 1

1.1 制動系統(tǒng)的基本概念 1

1.2 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 2

1.3  課題主要內(nèi)容 4

1.4  課題研究方案 5

2 制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇 6

2.1 鼓式制動器結(jié)構(gòu)形式簡介 6

2.2 浮動鉗盤式制動器 7

2.3 該轎車制動器結(jié)構(gòu)的最終選擇 9

3  制動器主要參數(shù)及其選擇 10

3.1  制動過程受力分析 10

3.2  同步附著系數(shù) 14

3.3 盤式制動器主要參數(shù)的確定 15

4 制動器的設(shè)計計算 17

4.1 摩擦襯塊的磨損特性計算 17

4.1.1 比能量耗散率 17

4.1.2  比滑磨功 18

4.2  制動器的熱容量和溫升核算 18

4.3 盤式制動器制動力矩的計算 19

5 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22

5.1  制動盤 22

5.2  制動鉗 22

5.3  制動塊 24

5.4  摩擦材料 24

5.5  制動輪缸 26

5.6制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 26

6 結(jié)論 29

參考文獻(xiàn) 30

致謝 31

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制動器裝配圖.dwg

制動摩擦片總成.dwg

制動盤.dwg

制動系統(tǒng)示意圖.dwg

制動鉗.dwg

制動鉗支架.dwg

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盤式制動器外文翻譯.doc

某轎車制動器的設(shè)計與分析 摘要 ： 汽車制動系統(tǒng)與行車安全和停車安全息息相關(guān)，是汽車底盤的重要組成部分 。尤其是盤式制動器，在現(xiàn)在的轎車上應(yīng)用越來越廣泛，以前受制于制造成本，影響了盤式制動器的廣泛應(yīng)用，隨著轎車需求量的大幅增加，盤式制動器的需求量更大，所以本文的選題及設(shè)計 需要 結(jié)合市場實(shí)際， 并與工程需要相結(jié)合 ， 這對于 設(shè)計轎車盤式制動器非常重要。 這次畢業(yè)設(shè)計是以轎車的盤式制動器為研究對象，概括了轎車制動器的國內(nèi)外現(xiàn)狀，指出了研究的目的和意義。首先，對盤式制動器和鼓式制動器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了分析比較。本文設(shè)計的是浮動鉗盤式制動器。 然后，對盤式制動器的主要參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)選 ，并且對 制動器進(jìn)行 了校核計算 ， 最后對 制動器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了 圖。 關(guān)鍵詞 ： 制動系統(tǒng)；盤式制動器；制動效能；制動力 he of is to of is an of In in of to of a in is an so to a is is on of as of of of of is as of is of AD 錄 摘要 ...........................................................................................................................................未定義書簽。 .................................................................................................................................未定義書簽。 目錄 ........................................................................................................................................未定義書簽。 1 緒論 ........................................................................................................................................ 1 動系統(tǒng)的基本概念 ......................................................................................................... 1 動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................. 2 課題主要內(nèi)容 ................................................................................................................... 4 課題研究方案 ................................................................................................................... 5 2 制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇 ........................................................................................................ 6 式制動器結(jié)構(gòu)形式簡介 ................................................................................................. 6 動鉗盤式制動器 ............................................................................................................. 7 轎車制動器結(jié)構(gòu)的最終選擇 ......................................................................................... 8 3 制動器主要參數(shù)及其選擇 ................................................................................................ 10 制動過程受力分析 ......................................................................................................... 10 同步附著系數(shù) ................................................................................................................. 14 式制動器主要參數(shù)的確定 ........................................................................................... 15 4 制動器的設(shè)計計算 .............................................................................................................. 17 擦襯塊的磨損特性計算 ............................................................................................... 17 能量耗散率 ................................................................................................................ 17 比滑磨功 ...................................................................................................................... 18 制動器的熱容量和溫升核算 ......................................................................................... 18 式制動器制動力矩的計算 ........................................................................................... 19 5 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .......................................................................................... 22 制動盤 ............................................................................................................................. 22 制動鉗 ............................................................................................................................. 22 制動塊 ............................................................................................................................. 24 摩擦材料 ......................................................................................................................... 24 制動輪缸 ......................................................................................................................... 25 動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 ........................................................................................ 26 6 結(jié)論 ...................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 30 致謝 .......................................................................................................................................... 31 1 1 緒論 動系統(tǒng)的基本概念 制動系的作用是使汽車在行駛過程中 停 車 ， 并使停止的汽車在原地不會隨便移動 。這 是駐車制動器 發(fā)揮 的 作用 [1]。為了保證行駛安全，汽車上必須裝有制動系，駕駛員根據(jù)實(shí)際路況和自身情況，對汽車進(jìn)行必要的制動。 每輛車都有一個行車制動系統(tǒng)和一個駐車制動系統(tǒng)，前者用于汽車行駛，減速或停止，通常稱為腳踏制動器 。后者應(yīng)用 于 停止的汽車 上使其 保持 靜止 ，是通常 意義上 所說的手剎。 圖 車制動系組成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 制動主缸； 1011 12 13 2 制動的過程中需要動力，根據(jù)提供動力來劃分，包括人力制動、動力制動、伺服制動。人力制動是依靠 駕駛員肌體 來制動汽車 ； 完全靠由發(fā)動機(jī)的動力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢能進(jìn)行制動的系統(tǒng)稱為制動系統(tǒng) 。兩者都有的則是伺服制動。 制動系關(guān)乎行車安全，關(guān)乎汽車駕駛?cè)藛T和乘客的生命財產(chǎn)安全，對汽車制動系的設(shè)計研究必須考慮到制動系的安全可靠，再考慮到汽車的動力性能及經(jīng)濟(jì)性能。在設(shè)計過程中必須都要考慮到。 動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 制動系有盤式和鼓式之分，盤式制動的制造成本更高，鼓式制動要相對便宜，從使用壽命來看，盤式制動壽命要長一些。維護(hù)和保養(yǎng)方便 [2]。 在制動的過程中，由于摩擦生熱，會產(chǎn)生很高的溫度，隨著新材料的制造技術(shù)發(fā)展，在制動系上可以采用一些新材料，盤式制動器可以采用這些材料提高工作過程中的散熱性能，而鼓式制動器由于不容易散熱， 發(fā)展受到了一定的限制。 汽車制動器未來的發(fā)展很快 ， 尤其是盤式制動器 [3]。 其發(fā)展會非常迅速 ，在大型載貨汽車上，為了增加制動力， 通常 采用雙盤式制動器。通常手剎安裝在后輪上，利用手剎來控制拉線，從而帶動活塞運(yùn)動，推動制動蹄片張開，形成制動力。以后制動器的發(fā)展趨勢將是在盤式制動器中加裝鼓式制動，把兩者功能有機(jī)的結(jié)合在一起，簡化零部件的結(jié)構(gòu)。 我國汽車工業(yè)起步較晚，制動系統(tǒng)的研究設(shè)計與世界先進(jìn)制動系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)還有一定的差距，雖然在某些技術(shù)上取得了一定成果，但究其過程大體都是引進(jìn)技術(shù)、仿制、改進(jìn)，最后有所收獲。個 別實(shí)力比較 雄厚的企業(yè)，雖然有自己獨(dú)立的研發(fā)機(jī)構(gòu) 。 但都處于發(fā)展的初期 [4]。隨著近幾年汽車設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步，三維設(shè)計軟件以及分析軟件的快速發(fā)展和應(yīng)用，在設(shè)計分析方面的差距正在逐漸縮小，只是受到加工精度的影響，例如制動盤的表面粗糙度如何能夠滿足符合國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)，另外受到加工工藝的影響，制動器的加工工藝較復(fù)雜，尤其是盤式制動器的加工要比鼓式制動器更為復(fù)雜，加工步驟較多，對熟練操作機(jī)械設(shè)備的技術(shù)工人的素質(zhì)要求較高，如何能夠熟練的操作機(jī)床設(shè)備，加工出達(dá)到國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)及其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制動器，滿足國內(nèi)自主品牌汽車的需要，也 是國內(nèi)自主品牌汽車能夠走出國門，與國外汽車能夠競爭的必不可少的一環(huán)。 同時 ,內(nèi)燃機(jī)轎車設(shè)計與國外相比還有一定的差距 ,這主要由于我國轎車設(shè)計研發(fā)的時間較晚，起步時起點(diǎn)較低，加上制造設(shè)備的落后 ， 所以我們需要團(tuán)結(jié)進(jìn)取以求共同發(fā) 3 展 [5]。汽車研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)需要高質(zhì)量的人才 ,通過畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了大批有著獨(dú)立自主自學(xué)及研發(fā)能力的實(shí)踐應(yīng)用型人才，并且通過設(shè)計結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，這些人才 通過 培養(yǎng) 進(jìn)入中國的汽車工業(yè)市場，由此促進(jìn)了汽車工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。完善的產(chǎn)業(yè)鏈實(shí)現(xiàn)了人才的完美配置以及汽車市場的繁榮發(fā)展。學(xué)生們在實(shí)踐中學(xué)習(xí)到了學(xué)校中 比較難以得到的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及解決問題的能力，在理論設(shè)計方面也掌握了 件， 件以及 際的焊接、定位、機(jī)加工技能等等。這不僅一定程度上促進(jìn)了學(xué)生的就業(yè)能力。另外也為中國建立汽車工業(yè)強(qiáng)國的目標(biāo)作出了突出的貢獻(xiàn) [6]。 但是在對制動系統(tǒng)的分析上，國外對于制動盤與剎車片的熱力耦合仿真以及制動熱分析方面仍較國內(nèi)更為深入，并且在設(shè)計過程中，國外 轎車 設(shè)計過程 中對內(nèi)部零件進(jìn)行同向 選擇比較，縱向進(jìn)行了同一 種型號 近些年車輛的參數(shù)及性能對比。這里正是我們國內(nèi) 轎車 進(jìn)步的空間所在，在分析和仿真上的進(jìn)步可 以讓我們更加完善整車的制動性能，橫向縱向的比較可以讓我們更加清楚我們的實(shí)力所處的水平 。 讓我們對自己有更加清晰的認(rèn)識 [7]。 在制動器內(nèi)部采用新型摩擦材料一直是制動器設(shè)計研究的重點(diǎn)，很多高校和科研機(jī)構(gòu)在這方面取得了很多成就，比如西安理工大學(xué)采用劍麻作為增強(qiáng)纖維，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)及其行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，包括摩擦系數(shù)、硬度、散熱性能、韌性等，另外有些科研機(jī)構(gòu)使用水鎂石作摩擦材料，導(dǎo)熱性能更好，制動的過程中噪音更小，質(zhì)量更輕，采用這些新材料作為摩擦材料，提高摩擦散熱性。增加制動力矩將是未來發(fā)展方向 [8]。 同時經(jīng)過文獻(xiàn) 的學(xué)習(xí)認(rèn)識到了轎車制動器在設(shè)計過程中存在的問題 ，在相關(guān)文獻(xiàn)的閱讀后， 發(fā)現(xiàn)在設(shè)計過程中 暴露出一些問題。首先，在制動系統(tǒng)參數(shù)選擇以及計算中，國內(nèi)設(shè)計 仍是基于汽車處于理想狀態(tài)，計算所需參數(shù)的時候默認(rèn)前后輪配重不發(fā)生變化，實(shí)際上由于 轎車 在駕駛過程中的動作以及 轎車 在運(yùn)動過程中汽油的消耗，整車的質(zhì)心高度，質(zhì)心相對整車相對中心的位置都在時刻發(fā)生著變化 ，車內(nèi)乘坐人員的質(zhì)量變化，乘坐人員的多少都會影響到轎車質(zhì)心得高低，另外輪胎的氣壓、轎車通過不平整的路況以及整車懸架質(zhì)量的好壞，都會導(dǎo)致整車的質(zhì)心高度發(fā)生變化，但是如果按照理想 的情況來做設(shè)計計算，或多或少存在設(shè)計方面的誤差，但是誤差必須要在許可范圍內(nèi) 。 在制動盤及剎車片這一摩擦副的 分析計算 上，我們同樣存在著問題。制動效能在冷車以及制動系頻繁工作不同工況下的制動效能相差甚大，尤其是作為 中高檔轎車 的制動盤，在高強(qiáng)度制動過程中發(fā)熱量巨大， 不同的制動初速度，轎車經(jīng)過不同的路況，不同 4 的行駛工況對制動盤及剎車片之間的制動效能差別較大，可以說轎車在制動過程中，影響制動效能的因素非常多，剎車片的磨損情況，是否在許可范圍之內(nèi)，剎車盤采用什么材料，都會對制動效能產(chǎn)生較大的影響。 對待不同工況下應(yīng)該進(jìn)行 不同的 分析計算 ，以及熱分析，制動盤的瞬態(tài)熱分析在于檢驗(yàn)其在一次高強(qiáng)度制動下能否符合要求，而制動效能的穩(wěn)定性則更為重要。 所以對于制動盤高強(qiáng)度制動下的 的熱分 析 以及疲勞分析 就十分有必要。 除此之外，制動裝置向著電子化、信息化的方向發(fā)展 [9]。大部分轎車的制動系統(tǒng)的制動能量依靠液壓能，大部分貨車的制動系統(tǒng)依靠依靠氣壓能，以后將向著電制動的方向發(fā)展，這就需要制動系 統(tǒng)控制單元，為了進(jìn)行模塊化設(shè)計，制動系統(tǒng)的控制單元將和汽車其它電控單元融合一起，便于數(shù)據(jù)的傳輸和共享，但是這需要汽車工業(yè)的快速發(fā)展。依賴于機(jī)械制造、電子信息、物理化學(xué)等技術(shù)快速發(fā)展 [10]。 這些新興技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用 ，將 有效 提高 汽車制動系統(tǒng)的 可靠性 。 題主要內(nèi)容 題目簡介： 汽車空載時的總質(zhì)量（ :880； 汽車滿載時的總質(zhì)量（ :1255. 空、滿載時的軸荷分配（ 前軸負(fù)荷空載： 軸負(fù)荷 空 載： 軸負(fù)荷 滿 載： 554 后軸負(fù)荷滿載： 701 最高車速（帶手 動變速器）（ km/h)： 130 車輪滾動半徑 ( 215 軸距 （ 2340 制動器的設(shè)計參數(shù)如上，但還需要滿足以下要求： 1）具有足夠的制動效能。 2）工作可靠。 3）制動時方向穩(wěn)定。 4）防止制動器進(jìn)水。 5）散熱良好。 6）具有剎車助力，方向能夠根據(jù)駕駛員的意圖和目的來調(diào)整 [11]。 5 7）制動時， 汽 車的振動和噪聲較小，當(dāng)剎車片摩擦?xí)r會產(chǎn)生石棉纖維，新材料將用于避免有害物質(zhì)的產(chǎn)生。 8）摩擦襯片應(yīng)有足夠的使用壽命。 9）由于剎車片和剎車盤之間的摩擦，還有其他摩擦表面之間的摩擦，當(dāng)出現(xiàn)磨損間隙時，能夠自動調(diào)整間隙。 10）當(dāng)制動系統(tǒng)的零部件出現(xiàn)問題故障時，能夠在儀表盤上顯示報警燈，提示駕駛員，就近處理汽車故障情況。 題研究方案 1）首先選擇制動器的結(jié)構(gòu)方案，比較多種制動器結(jié)構(gòu)，做出最適合工程需要的選擇。 2）設(shè)計制動系的主要參數(shù)。 3）制動器的設(shè)計和計算。 4）主要零部件設(shè)計計算。 5） 進(jìn)行制動器結(jié)構(gòu)的校核 。 6）最后繪制制動器的零部件圖，通過總布置圖顯示零部件之間的相對位置。 6 2 制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇 式制動器結(jié)構(gòu)形式簡介 鼓式制動器出現(xiàn)要比盤式制動器要早很多 [12]?，F(xiàn)在很多轎車、貨車、客車依然采用鼓式制動器，有內(nèi)張型和外束型之分，外束型制動器曾經(jīng)應(yīng)用在中央制動器，現(xiàn)在的汽車大多沒有中央制動器，應(yīng)用很少，這里不再介紹。所以通常意義的鼓式制動器指的是內(nèi)張型。這種類型的制動器都具有摩擦副。即采用圓弧形摩擦蹄片 [13]。 鼓式制動器按蹄的類型分為： 圖 式制動器簡圖 （ a）領(lǐng)從蹄式；（ b）領(lǐng)從蹄式；（ c）雙領(lǐng)蹄式；（ d）雙向雙領(lǐng)蹄式；（ e）單向增力式；（ f）雙向增力式 （ 1） 領(lǐng)從蹄式制動器 如圖 a） (b)所示， 先要區(qū)分開領(lǐng)蹄和從蹄，假如汽車前進(jìn)的方向是正方向，蹄片 1 和蹄片 2 的分別對應(yīng)領(lǐng)蹄和從蹄，在倒車的時候，領(lǐng)從蹄的方向則會相反，領(lǐng)蹄相當(dāng)于增力，從蹄相當(dāng)于減力，這種制動蹄片的分布方式在現(xiàn)在的汽車還有很廣泛的應(yīng)用，制動時制動力矩穩(wěn)定且較大，結(jié)構(gòu)比較簡單，制造廠在制造的時候，造價較低，很方便的安裝駐車制動機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在大部分的貨車由于負(fù)載過重，運(yùn)輸?shù)呢浳镙^重，依然采用這種類型的制動器，而且在轎車的后輪，需要的制動力矩比較大的情況下，也采用這種類型的制動器。 7 （ 2） 雙領(lǐng)蹄式制動器 這種類型制動器在汽車行駛過程中，制動蹄片都是沿著某一方向，在倒車的時候，沿著另一個方向，如圖 2.1(c)所示 ，制動蹄片需要活塞來作為動力，活塞處于活塞腔中，在活塞腔里充滿液壓油，安裝在制動底板上面，這種類型制動時候，向前行駛的制動力矩和效能性能優(yōu)良，倒車時效能明顯降低，一般很少應(yīng)用在載貨汽車上，而應(yīng)用在部分的中高級轎車上。 （ 3） 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器 如圖 d） 當(dāng)制動鼓 雙向作用 時，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。 正是因?yàn)?雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車 行進(jìn)的過程中制動性能不變，因此廣泛 應(yīng)用 于中、輕型載貨汽車 以及 部分轎車的前、后車輪 。 但用作后輪制動器時，則需另設(shè)中央制動器用于駐車制動 [14]。 （ 4） 單向增力式制動器 各個零部件的組成機(jī)構(gòu)的安裝位置如圖 e），通過受力分析，另個制動蹄片的受力不同，一個受力大，一個受力小，因此不平衡，這種類型在向前行駛中制動力矩及其效能非常好，在倒車行駛時，制動力矩及其效能最差，考慮到倒車制動情況，所以只在一些部分輕型貨車上作為制動器所用。 （ 5） 雙向增力式制動器 如圖 f） ，制動器的制動力比單向增力式更大，由于采用了雙活塞 ，加上制動踏板對制動力的放大作用，活塞對制動力的放大作用，這種類型的制動力成倍的增加，為了把行車制動和駐車制動有機(jī)的結(jié)合在一起，它們共用一個制動器，駐車制動因?yàn)橹苿拥臅r間比較短，產(chǎn)生的熱量并不多，在制動的過程中并不會產(chǎn)生高溫。所以對散熱性能要求并不是太高 [15]。 動鉗盤式制動器 浮動鉗盤式制動器主要由制動鉗體、制動鉗支架、摩擦制動塊總成、制動盤組成 [16]。 制動鉗的內(nèi)側(cè)安裝有油缸，里面充滿液壓油，導(dǎo)向銷能夠在軸向做直線滑動，存在一定的摩擦力，通過在油缸內(nèi)部的液壓力推動導(dǎo)向銷運(yùn)動，它們都用耐磨材料制作而成。在制動盤的內(nèi)板上有卡槽，用于安裝制動塊。 8 圖 制動時，如圖 2夠表示出盤式制動器的工作原理，從工作原理可以分析出制動器的工作過程。駕駛員踩下制動踏板，通過杠桿的作用，第一次擴(kuò)大制動踏板力，液壓油在制動踏 板力作用下，推動活塞腔中液壓油，由于液壓油不可壓縮，從較大容積流入到較小容積內(nèi)部，促使制動力第二次放大制動力。促使制動盤緊緊夾住制動盤 [17]。 目前來說，盤式制動器的應(yīng)用越來越廣泛，在家用車領(lǐng)域基本已經(jīng)代替鼓式制動器成為標(biāo)準(zhǔn)配置。 盤式制動器具有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）制動過程穩(wěn)定。盤式制動器制動時，其制動效能變化穩(wěn)定，對摩擦系數(shù)要求較低，而且其制動盤相對于鼓式制動器散熱性能好，溫度、水的敏感性不高。有利于高速制動或者長時間制動時制動性能的穩(wěn)定。 （ 2） 盤式制動器相對于鼓式制動器尺寸小、質(zhì)量小、散熱良好 。 （ 3）盤式制動器的制動力矩穩(wěn)定，而鼓式制動器則平衡性能不好。 （ 4）盤式制動器因其制動盤散熱面積大，并且?guī)в猩峥祝书L時間制動時熱穩(wěn)定性能較鼓式制動器而言比較好，所需的制動力也小于鼓式。 （ 5）制動力和車速沒有明顯的關(guān)系。 汽車在制動時，利用剎車片和制動盤之間的摩擦，將汽車行駛的動能轉(zhuǎn)化為熱能從車輪散失掉。轎車由于行駛速度要比客車和貨車高很多，制動時候要考慮到熱能的盡快散失，鼓式制動由于跟空氣的接觸面積小，雖然制動力矩比較大，但是散熱效果差，如 9 果遇到長時間制動，或者是行駛在較長的下坡路面上，則會導(dǎo)致鼓式制動器熱穩(wěn)定性較差，不能很好的散熱，嚴(yán)重的情況導(dǎo)致剎車失靈。但是，盤式制動器也有一定的缺點(diǎn)，由于制動摩擦表面較小，為了提高制動摩擦力，必須增加液壓力，這就需要采用較大的放大倍數(shù)的液壓裝置，這樣會制造成本的增加。為了減少制造成本， 很多自主品牌和合資品牌轎車采用前輪盤式制動器，前輪由于承受的載荷較大，尤其對于前驅(qū)轎車，發(fā)動機(jī)和變速器以及傳動裝置都在汽車前部，需要前輪的制動力很大，而后輪制動力要求不是很高，后輪承受的制動載荷也較小，往往采用鼓式制動器。隨著現(xiàn)在對轎車需求量增加，批量化生產(chǎn)盤式制動器，生產(chǎn)成本降低，很多中高檔轎車開始采用全盤式制動器。 盤式制動器有通風(fēng)盤和普通盤之分。普通盤采用實(shí)心盤，制造加工方便，對表面粗糙度和加工精度要求較低，而通風(fēng)盤采用空心盤，加工精度要求相對較高，制造工藝要比實(shí)心盤加工復(fù)雜，但是散熱效果更好，制動效能更加穩(wěn)定可靠，大大減少了駕駛員對剎車失靈的擔(dān)心，所以本文前輪采用浮動鉗盤式制動器，有效增加散熱， 所以當(dāng)轎車前后輪都采用盤式制動器時 ，可以 提高制動時穩(wěn)定性和安全性，其中制動盤選擇通風(fēng)盤。 10 3 制動器主要參數(shù)及其選擇 本章的主要內(nèi)容為從汽車?yán)碚摷捌囋O(shè)計的知識中來進(jìn)行轎車制動過程中平面力學(xué)的分析，通過平面力學(xué)分析來確定 所需要的前后制動過程中地面作用力的分配，主要參數(shù)設(shè)計計算情況。 在這里先給出該轎車的整車參數(shù)： 汽車空載時的總質(zhì)量（ :880； 汽車滿載時的總質(zhì)量（ :1255. 空、滿載時的軸荷分配（ 前軸負(fù)荷空載： 軸負(fù)荷空載： 軸負(fù)荷滿載： 554 后軸負(fù)荷滿載： 701 最高車速（帶手動變速器）（ km/h)： 130 車輪滾動半徑 ( 215 軸距（ 2340 動過程受力分析 圖 3展示的是所設(shè)計轎車的地面受力狀態(tài)，我們基于測量所得整車的參數(shù)對轎車進(jìn)行平面靜力學(xué)分析，并且我們對于其影響較小的滾動阻力，風(fēng)阻以及轎車車輪旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的慣性力都不計入相關(guān)計算。其中 法向反力。 軸荷分配 比 指的是汽車的前輪及后輪分別承載的質(zhì)量比例。 由于 前輪對地面的重力作用 與地面 產(chǎn)生等大的相互作用力，正是這個作用影響到了汽車制動過程中的摩擦力大小。汽車在高強(qiáng)度制動工況下承受很大的制動 減 速度，這時引起的制動載荷轉(zhuǎn)移使前后輪承載的重量產(chǎn)生變化，重新分配前后輪承載的重力。 根據(jù)以上受力分析可以得出 轎車前后輪 配重比為 后 輪占 45%同時 前 輪 為 55%。 11 圖 車平面力學(xué)分析 12x b x G φ??(1122對后輪接地點(diǎn)取力矩： (前輪接地點(diǎn)取力矩： (3.5) (所以解方程組得： ((根據(jù)實(shí)際需要在路面不同的情況下，汽車制動時制動器能都提供足夠的制動力 。 此gZ ?1gZ ?2(1 ??(2 ?? 12 時 并且 。由于前后軸 所產(chǎn)生的重力對汽車 前輪 以 及后輪的反向作用力 集中 作用在輪胎上， 對應(yīng)的關(guān)系為 : ( 動時地面對前、后輪法向反作用力的變化 由上圖 3們分析得到 制動過程中不同的制動強(qiáng)度產(chǎn)生不同的制動減速度，而由此影響到的制動過程中的前后輪的重力產(chǎn)生的反作用力變化也十分明顯。由圖 3繪制的前后軸反作用力曲線，可以得到制動減速度增大會導(dǎo)致軸荷分配的變化變得十分明顯，我們初步選定的附著條件系數(shù)為 由圖中我們可以觀察到該路面系數(shù)下前輪的重力達(dá)到了 1800N。 當(dāng)達(dá)到地面最佳附著條件，減速度達(dá)到 7m/，由于重心前移，前軸承擔(dān)總車重的 )(21?????? 13 圖 同制動強(qiáng)度下的前后軸荷分配 前輪重力的作用力達(dá)到了達(dá)到了整車質(zhì)量的近乎 60%。在該路面系數(shù)條件下可以看到我們要求的前輪及后輪分別達(dá)到了同時達(dá)到輪胎抱死要求，該情況下我們可以判斷轎車達(dá)到了較好的制動性能，對路面附著條件以及制動過程中的側(cè)滑控制做的比較到位。我們繪制前輪與后輪制動器產(chǎn)生的制動力 和滑移率的關(guān)系曲線， 可以 將其稱作我們需要的前輪及后輪地面反力的分布曲線。制動過程中要求最好前后車輛同時達(dá)到自己的最大附著性能達(dá)到車輪抱死的狀態(tài)時的要求可以總結(jié)為 前后輪分別進(jìn)入自己的力矩平衡即制動 力達(dá)到了附著條件并且前后輪的制動力的總和達(dá)到附著條件總和。 (根據(jù)汽車?yán)碚撝嘘P(guān)于制動過程中的附著條件分析，以及方程式轎車的整車參數(shù)，我們繪制了方程式轎車前后輪同時達(dá)到最大附著條件的情形下的前后輪法向反作用力曲線 我們稱這條曲線為轎車的 I 曲線。 14 圖 曲線 我們定義一個參數(shù)來表達(dá)總的制動力中其中一個軸所承載的制動力（前輪較大的制動力）所占的比例，將這個參數(shù)表示為整車制動力分配情況用符號 β 表示。 1μμ中，1μ 12μ μ μF F F??。 0 0 7 1 2 ??? 12 1μμF βF β? ?(1 2 5 5 9 8 0 7 8 6 0 9 3. . ? ? ? 由圖看出，前制動力約 制動力約 步附著系數(shù) 1) 當(dāng) 時：在制動時，前輪將優(yōu)先于后輪 抱死 ，車輛 將無法轉(zhuǎn)向 。 2) 當(dāng) 時：制動過程中后輪會優(yōu)先于前輪抱死，過程中汽車處于危險工況，后軸易發(fā)生側(cè)滑而危及安全。 15 3) 當(dāng) 時：制動過程中車輛前后輪理論上同時抱死，是比較理想的制動工況 (經(jīng)過實(shí)際的汽車實(shí)驗(yàn)，在路面附著系數(shù)為 的道路上進(jìn)行制動測試時，車輛停止過程中的最大加速度為取決于路面附著條件所決定的最大減速度 [9]。同時，在其他路面上有著不同的附著條件的情形下，制動過程并不能按照我們的預(yù)期進(jìn)行，這就 是我們所要得到的 結(jié)論，要想充分利用到地面的附著條件進(jìn)行制動過程，必須要求我們的制動分析過程中使用的附著條件與實(shí)際運(yùn)行過程中的附著條件相同或相當(dāng)。通過分析所采用的輪胎以及路面附著條件 [10]，將同步附著條件初步的定為 式制動器主要參數(shù)的確定 （ 1）制動盤直徑 D 制動盤直徑 D 應(yīng)該合理選擇，制動盤的直徑變大，因?yàn)槭芰γ娣e變大，則會導(dǎo)致夾緊力減小，制動盤的直徑變小，因?yàn)槭芰γ娣e變小，則會導(dǎo)致夾緊力變大。 因此在選取時應(yīng)選取最佳值 。 在本設(shè)計中： 7 9 % 7 9 % 1 4 2 5 . 4 2 4 8 . 9 ~ 2 8 0 . 9 m m? ? ? ? ?取 D=278 （ 2）制動盤厚度 h 制動盤厚度 h 關(guān)系到制動時的散熱性，制動盤的厚度變大，則會導(dǎo)致散熱困難，但是制動盤的強(qiáng)度和剛度變大，質(zhì)量也相應(yīng)變大。制動盤的厚度變小，則會導(dǎo)致更容易散熱，制動盤的質(zhì)量相應(yīng)減小，強(qiáng)度和剛度變小，所以制動盤的厚度應(yīng)該綜合考慮散熱性能、制動盤的質(zhì)量、強(qiáng)度和剛度等影響 等 因素。具有通風(fēng)孔道的制動盤的厚度取為20本設(shè)計取厚度 h=25 （ 3）摩擦襯塊內(nèi)半徑1們的比值不大于 本設(shè)計中 ,根據(jù)制動盤直徑可確定磨成襯塊外徑2R=134 （ 4） 摩擦襯快工作面積 A 整車的工作總面積介于 間，工作面積 A 是拿整車的總質(zhì)量除以工作總面積。 則 21660 4 7 4 ~ 1 0 3 71 . 6 ~ 3 . 5 1 . 6 ~ 3 . 5mA c m??? ? 16 單個摩擦襯塊的工作面積 'A 為 2'24 7 4 ~ 1 0 3 7 5 9 . 3 ~ 1 2 9 . 78c m?? 由以上計算得，取單個摩擦襯塊的工作面積 '260A 。 （ 5） 摩擦襯塊所對的圓心角 ? 由1' 2 22()2A R R???得 1'2 2 2 222 2 6 0 1 0 0 1 . 2 21 3 4 9 0A r a ?? ? ???則 1 8 0 1 . 2 2 1 8 0703 . 1 4 o?????? ? ? 17 4 制動器的設(shè)計計算 擦襯塊的磨損特性計算 由于 摩擦襯片 在 制動時 會經(jīng)常出現(xiàn) 摩擦 的情況 ， 因此會 有一定的磨損量。摩擦的磨損量受多種因素影響，例如表面的加工精度，表面的過于粗糙，則會導(dǎo)致摩擦過程中出現(xiàn)磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，制動過程中出現(xiàn)噪聲，還受到溫度的影響，溫度越高，摩擦襯片的摩擦系數(shù)則會出現(xiàn)變化，制動力矩則會相應(yīng)變化，還有摩擦襯片的壓力和相對滑模速度，壓力越大，相應(yīng)的磨損量變大，所以要定量的計算出摩擦襯片的磨損特性。 能量耗散率 比能量耗散率又稱為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時間內(nèi)耗散的能量，其單位為 2/ 221211221222()122()1 ( 1 )22v v ?? ?? ??????? ????（ j 1 ??式中： ? —— 汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)； 汽車總質(zhì)量； 1v 計算時 為初速度 取 1v =100 /km h ? j —— 制動減速度， m／ 算時取 j=0． 6g； t —— 制動時間， s ； A —— 制動器襯片 (襯塊 )的摩擦面積；（ 260A ） ? —— 制動力分配系數(shù)。 在緊急制動到 02 ?v 時，并可近似地認(rèn)為 1?? ，則有 ?1211 221a? ； )1(2212212 ??? a （ 把個參數(shù)值代入上式得 12 2 7 . 8 4 . 7 2 8 ( )0 . 6 9 . 8 ? ?? 18 2 2 21111 1 1 2 5 5 2 7 8 0 6 9 1 1 82 2 2 2 4 7 2 8 3 0 0 1 0 0. . . / W m ? ? ?? ? ?2 2 21221 1 1 2 5 5 2 7 81 1 0 6 9 0 5 72 2 2 2 4 7 2 8 2 8 0 1 0 0.( ) ( . ) . / W m ? ? ? ? ?? ? ?取同樣的1v和 j 時，比能量 的 耗散率 應(yīng)該 以不大于 。在計算的時候，應(yīng)該給這些變量先賦值，確保極限情況下能夠符合要求。當(dāng) 速度不同的時候 ，制動時間也會不同 。12,在設(shè)計確定之后，面積就確定了。? ，求得 21 2 /e W m m? ， 22 0 . 9 7 /e W m m? ，符合要求。 滑磨功 磨損和熱的性能指標(biāo)有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)，把汽車行駛到最高的初速度，至停車時速度為 0，這個階段單位面積的滑磨功，即比滑磨功 2m a ????? （ 式中： 汽車總質(zhì)量， 汽車最高制動車速， m/s A?—— 車輪制動器各襯塊的總摩擦面積， 2??—— 許用比滑磨功，對轎車取 221 0 0 0 / 1 5 0 0 / c m J c m?? ???可求得： 2 21 2 5 5 2 7 . 8 8 3 5 . 9 7 /2 5 8 0???? c m，滿足要求。 動器的熱容量和溫升核算 制動器的熱容量和溫升 應(yīng) 符合以下條件： ? ?d d h hm c m c t L??（ 式中： 各制動盤的總質(zhì)量 為 4 與各制動盤 所連接 金屬總質(zhì)量，為 5 制動盤材料的比容熱，對鑄鐵 C=482J/()； 與制動盤相連的受熱金屬件的比容熱； t —— 制動盤的溫升； L —— 取決于前后軸制動力分配比例，并按前、后制動力的分配比率分配給 19 前后、制動器，即 21 2 （ 22 (1 )2?? （ 求得： 2 418 . 3 31 2 5 5 0 . 6 9 3 1 0 ( )2? ? ? ? ? 428 . 3 31 2 5 5 0 . 3 1 1 . 3 5 1 0 ( )2? ? ? ? ? 所以： 412 3 1 . 3 5 4 . 3 5 1 0 ( )? ? ? ? ? ?L L L 汽車滿載總質(zhì)量，為 1255Kg 汽車制動時的初速 度 核算： ? ? 4( 4 8 8 0 5 4 8 2 ) 1 5 8 . 9 0 1 0 ( )d d h hm c m c t J? ? ? ? ? ? ? ?0L?? 故，滿足以下條件： ? ?d d h hm c m c t L??式制動器制動力矩的計算 圖 如圖 4示，根據(jù)圖中的標(biāo)注的已知條件，則盤式制動器的制動力矩為 f 2? （ 式中： f —— 摩擦系數(shù)，取值 N—— 單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力 20 R—— 作用半徑，取為 133 圖 算鉗盤式制動器制動半徑 用圖 盤式制動器廣泛采用 扇形摩擦襯塊 ， 其 安裝方便，便于通風(fēng)，如圖 4示，平均半徑為 3221541102 21 ????? ( 式中： 1R ， 2R —— 扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。（129 0 1 3 4R m m R m m??；） 根據(jù)圖 任一單元面積 d 上的摩擦力對制動盤中心的力矩為? ，單側(cè)制動塊作用于制動盤上的制動力矩為 ???? )(322 31322121 df q R ??? ? ?? ( 單側(cè)襯塊給予制動盤的總摩擦力為 ???? )( 212221 df q R ??? ? ?? （ 得有效半徑為 )2]()(1[34322 212212121223132 ???????（ 21，則有：)1(1[342???=133 （ 因 121 ?? 1)1( 2 ?? R ?。當(dāng) 21 ， 1?m ，R ?。 21 如果 m 過小 ,扇形 制動塊 寬度過大 ,力不平衡 ,各力 分布不同 ,磨損不會均勻 ,所以單位壓力分布不一致 ,為了制動安全 ,m 不能過大 也不能 g’v’b’b 過小。本次設(shè)計取有效半徑為112 22 5 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 動盤 制動盤可采用的制造材料較多，比如鑄鐵或者是陶瓷材料。一般用鑄鐵材料，添加,動盤在制動時候，由于制動時汽車行駛速度不同，速度較大時，承受的制動載荷更大，速度較低時，承受的制動載荷較小。這些載荷可以分解為水平方向和垂直方向的作用力。制動盤的表面粗糙度要求很低，加工精度要求較高，表面圓跳動量要求很低，參考表 5 表 車制動盤表面的端面跳動、平行度和不平衡度 車型 表面跳動量 /側(cè)表面的不平行度 /不平衡量 /迪、紅旗 ? 雀 ? 拓 ? 文選用的材料為合金鑄鐵，前通風(fēng)盤，后實(shí)心盤。 圖 帽形制動盤 動鉗 確定了平面力學(xué)所需要的參數(shù)之后，我們要選取適當(dāng)?shù)闹苿恿悴考叽鐏砼浜衔覀兊闹苿酉到y(tǒng)進(jìn)行制動。為了計算得到我們所需要的最大制動力以及最高的路面附著條件，我們在仿真分析中定義了一種剎車狀態(tài)。初速度為 20 m/s 采用高強(qiáng)度制動，在短時間內(nèi)達(dá)到最大制動強(qiáng)度。 23 圖 動器油壓建立過程 圖 5知：制動時 ， 前輪制動器油壓 為 輪制動器油壓 為 其中工作的制動零部件分別為產(chǎn)生將踏板力轉(zhuǎn)變稱制動管路壓力的制動主缸，主要參數(shù)為工作的活塞直徑，以及將制動系統(tǒng)壓力分別轉(zhuǎn)變?yōu)榍昂筝喼苿恿貋碜璧K車輪轉(zhuǎn)動的制動卡鉗，其主要參數(shù)為工作活塞直徑 公式中制動器制動力為 制動轉(zhuǎn)矩由制動器產(chǎn)生的阻力作用在制動盤有效直徑處獲得 ， R 為輪胎半徑。 對輪中心取矩得制動盤有效加緊力對盤取矩 =地面制動力對輪取矩。 x b b F D? ? ?（ 制動卡鉗夾緊力作用在指定面積上的壓強(qiáng) =卡鉗產(chǎn)生的液壓。 22242n π d π dF p p? ? ?（ 制動器的有效制動力由制動器有效壓緊力確定。 2 F? （ 卡鉗尺寸計算過程： 1 2 5 5 9 8 0 7 8 6 0 9 3. . m g φ N? ? ? ? ? （ 當(dāng)以 7m/減速度制動時 : 1 0 7 1 2 5 8 6 0 9 3 6 1 3 4 1. . .x b x ? ? ? （ 1 1 1 0 7 1 2 5 8 6 0 9 3 2 4 7 5 2( ) ( . ) . .x b x ? ? ? ? ?（ 24 211 22 2x b b m n m mπ F D μ ? ? ? ? ? ? ? （ 前后制動力由制動力分配系數(shù)確定。 將數(shù)據(jù)代入公式可求得 1 2 8 4 3.d 前輪卡鉗計算過程可得后輪卡鉗尺寸2 2 3 6 4.d m m?。 動塊 制動塊的作用是給活塞運(yùn)動提供作用其表面的力，通常是由一個摩擦襯和一個背板組成，襯塊的形狀多樣，可以是扇形，或者是其他形狀，以扇形的居多。當(dāng)轎車行駛遇到緊急情況，駕駛員踩下制動踏板，通過液壓油作用在活塞上，應(yīng)該能夠使活塞和大部分的制動塊表面相接觸，否則由于受力不平衡，導(dǎo)致制動塊出現(xiàn)翹曲變形，而且還會出現(xiàn)不同程度的振動和噪聲。為了避免上述情況的發(fā)生，通常在兩者之間涂有減振墊，當(dāng)活塞的作用力作用在制動塊表面時，能夠起到一定的緩沖作用，為了提高制動時的行車安全性能，在盤式制動器還安裝有報警裝置，當(dāng)制動塊磨損到一定的 程度時，提醒駕駛員盡快更換摩擦襯片。本次設(shè)計取襯塊厚度 14也是制動塊的厚度，并且有隔熱減震墊， 可以 有效減少制動時 所產(chǎn)生 的振動 以及 噪聲， 同時 安裝有 警報 裝置。 擦材料 制動時，摩擦材料的好壞關(guān)系到制動力矩的大小和熱穩(wěn)定性。不同的摩擦材料具有不同的摩擦系數(shù)，在制動時，因?yàn)槟Σ磷饔玫拇嬖?，溫度會急劇上升，?dāng)上升到一