某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析【优秀课程毕业设计含6张CAD图纸带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】-clsj23

某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析【优秀课程毕业设计含6张CAD图纸带任务书+开题报告+中期报告+答辩ppt+外文翻译】-clsj23某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析某轿车制动器的设计与分析摘要：汽车制动系统与行车安全和停车安全息息相关，是汽车底盘的重要组成部分。尤其是盘式制动器，在现在的轿车上应用越来越广泛，以前受制于制造成本，影响了盘式制动器的广泛应用，随着轿车需求量的大幅增加，盘式制动器的需求量更大，所以本文的选题及设计需要结合市场实际，并与工程需要相结合，这对于设计轿车盘式制动器非常重要。    这次毕业设计是以轿车的盘式制动器为研究对象，概括了轿车制动器的国内外现状，指出了研究的目的和意义。首先，对盘式制动器和鼓式制动器的结构特点进行了分析比较。本文设计的是浮动钳盘式制动器。然后，对盘式制动器的主要参数进行了优选，并且对制动器进行了校核计算，最后对制动器的结构进行了CAD制图。关键词：制动系统；盘式制动器；制动效能；制动力The design and analysis of the car brakeAbstract：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  录摘要IAbstractII1 绪论11.1 制动系统的基本概念11.2 制动系统研究现状21.3  课题主要内容41.4  课题研究方案52 制动器的结构形式选择62.1 鼓式制动器结构形式简介62.2 浮动钳盘式制动器72.3 该轿车制动器结构的最终选择93  制动器主要参数及其选择103.1  制动过程受力分析103.2  同步附着系数143.3 盘式制动器主要参数的确定154 制动器的设计计算174.1 摩擦衬块的磨损特性计算174.1.1 比能量耗散率174.1.2  比滑磨功184.2  制动器的热容量和温升核算184.3 盘式制动器制动力矩的计算195 制动器主要零部件的结构设计225.1  制动盘225.2  制动钳225.3  制动块245.4  摩擦材料245.5  制动轮缸265.6制动驱动机构的结构型式选择266 结论29参考文献30致谢31【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】制动器装配图.dwg制动摩擦片总成.dwg制动盘.dwg制动系统示意图.dwg制动钳.dwg制动钳支架.dwg文件清单.txt某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析.docx某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析PPT.ppt某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析中期报告.doc某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析任务书.doc某轿车浮动钳盘式制动器的设计与分析开题报告.doc盘式制动器外文翻译.doc 某轿车制动器的设计与分析 摘要 ： 汽车制动系统与行车安全和停车安全息息相关，是汽车底盘的重要组成部分 。尤其是盘式制动器，在现在的轿车上应用越来越广泛，以前受制于制造成本，影响了盘式制动器的广泛应用，随着轿车需求量的大幅增加，盘式制动器的需求量更大，所以本文的选题及设计 需要 结合市场实际， 并与工程需要相结合 ， 这对于 设计轿车盘式制动器非常重要。 这次毕业设计是以轿车的盘式制动器为研究对象，概括了轿车制动器的国内外现状，指出了研究的目的和意义。首先，对盘式制动器和鼓式制动器的结构特点进行了分析比较。本文设计的是浮动钳盘式制动器。 然后，对盘式制动器的主要参数进行了优选 ，并且对 制动器进行 了校核计算 ， 最后对 制动器的结构进行了 图。 关键词 ： 制动系统；盘式制动器；制动效能；制动力 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 录 摘要 .未定义书签。 .未定义书签。 目录 .未定义书签。 1 绪论 . 1 动系统的基本概念 . 1 动系统研究现状 . 2 课题主要内容 . 4 课题研究方案 . 5 2 制动器的结构形式选择 . 6 式制动器结构形式简介 . 6 动钳盘式制动器 . 7 轿车制动器结构的最终选择 . 8 3 制动器主要参数及其选择 . 10 制动过程受力分析 . 10 同步附着系数 . 14 式制动器主要参数的确定 . 15 4 制动器的设计计算 . 17 擦衬块的磨损特性计算 . 17 能量耗散率 . 17 比滑磨功 . 18 制动器的热容量和温升核算 . 18 式制动器制动力矩的计算 . 19 5 制动器主要零部件的结构设计 . 22 制动盘 . 22 制动钳 . 22 制动块 . 24 摩擦材料 . 24 制动轮缸 . 25 动驱动机构的结构型式选择 . 26 6 结论 . 29 参考文献 . 30 致谢 . 31 1 1 绪论 动系统的基本概念 制动系的作用是使汽车在行驶过程中 停 车 ， 并使停止的汽车在原地不会随便移动 。这 是驻车制动器 发挥 的 作用 1。为了保证行驶安全，汽车上必须装有制动系，驾驶员根据实际路况和自身情况，对汽车进行必要的制动。 每辆车都有一个行车制动系统和一个驻车制动系统，前者用于汽车行驶，减速或停止，通常称为脚踏制动器 。后者应用 于 停止的汽车 上使其 保持 静止 ，是通常 意义上 所说的手刹。 图 车制动系组成 1 2 3 4 5 6 7 8 9 制动主缸； 1011 12 13 2 制动的过程中需要动力，根据提供动力来划分，包括人力制动、动力制动、伺服制动。人力制动是依靠 驾驶员肌体 来制动汽车 ； 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系统称为制动系统 。两者都有的则是伺服制动。 制动系关乎行车安全，关乎汽车驾驶人员和乘客的生命财产安全，对汽车制动系的设计研究必须考虑到制动系的安全可靠，再考虑到汽车的动力性能及经济性能。在设计过程中必须都要考虑到。 动系统研究现状 制动系有盘式和鼓式之分，盘式制动的制造成本更高，鼓式制动要相对便宜，从使用寿命来看，盘式制动寿命要长一些。维护和保养方便 2。 在制动的过程中，由于摩擦生热，会产生很高的温度，随着新材料的制造技术发展，在制动系上可以采用一些新材料，盘式制动器可以采用这些材料提高工作过程中的散热性能，而鼓式制动器由于不容易散热， 发展受到了一定的限制。 汽车制动器未来的发展很快 ， 尤其是盘式制动器 3。 其发展会非常迅速 ，在大型载货汽车上，为了增加制动力， 通常 采用双盘式制动器。通常手刹安装在后轮上，利用手刹来控制拉线，从而带动活塞运动，推动制动蹄片张开，形成制动力。以后制动器的发展趋势将是在盘式制动器中加装鼓式制动，把两者功能有机的结合在一起，简化零部件的结构。 我国汽车工业起步较晚，制动系统的研究设计与世界先进制动系统设计技术还有一定的差距，虽然在某些技术上取得了一定成果，但究其过程大体都是引进技术、仿制、改进，最后有所收获。个 别实力比较 雄厚的企业，虽然有自己独立的研发机构 。 但都处于发展的初期 4。随着近几年汽车设计技术的进步，三维设计软件以及分析软件的快速发展和应用，在设计分析方面的差距正在逐渐缩小，只是受到加工精度的影响，例如制动盘的表面粗糙度如何能够满足符合国内标准和国际标准，另外受到加工工艺的影响，制动器的加工工艺较复杂，尤其是盘式制动器的加工要比鼓式制动器更为复杂，加工步骤较多，对熟练操作机械设备的技术工人的素质要求较高，如何能够熟练的操作机床设备，加工出达到国内标准及其行业标准的制动器，满足国内自主品牌汽车的需要，也 是国内自主品牌汽车能够走出国门，与国外汽车能够竞争的必不可少的一环。 同时 ,内燃机轿车设计与国外相比还有一定的差距 ,这主要由于我国轿车设计研发的时间较晚，起步时起点较低，加上制造设备的落后 ， 所以我们需要团结进取以求共同发 3 展 5。汽车研发关键技术需要高质量的人才 ,通过毕业设计，培养了大批有着独立自主自学及研发能力的实践应用型人才，并且通过设计结合生产实际，这些人才 通过 培养 进入中国的汽车工业市场，由此促进了汽车工业技术的发展。完善的产业链实现了人才的完美配置以及汽车市场的繁荣发展。学生们在实践中学习到了学校中 比较难以得到的实践经验及解决问题的能力，在理论设计方面也掌握了 件， 件以及 际的焊接、定位、机加工技能等等。这不仅一定程度上促进了学生的就业能力。另外也为中国建立汽车工业强国的目标作出了突出的贡献 6。 但是在对制动系统的分析上，国外对于制动盘与刹车片的热力耦合仿真以及制动热分析方面仍较国内更为深入，并且在设计过程中，国外 轿车 设计过程 中对内部零件进行同向 选择比较，纵向进行了同一 种型号 近些年车辆的参数及性能对比。这里正是我们国内 轿车 进步的空间所在，在分析和仿真上的进步可 以让我们更加完善整车的制动性能，横向纵向的比较可以让我们更加清楚我们的实力所处的水平 。 让我们对自己有更加清晰的认识 7。 在制动器内部采用新型摩擦材料一直是制动器设计研究的重点，很多高校和科研机构在这方面取得了很多成就，比如西安理工大学采用剑麻作为增强纤维，各项指标均达到国家标准及其行业标准，包括摩擦系数、硬度、散热性能、韧性等，另外有些科研机构使用水镁石作摩擦材料，导热性能更好，制动的过程中噪音更小，质量更轻，采用这些新材料作为摩擦材料，提高摩擦散热性。增加制动力矩将是未来发展方向 8。 同时经过文献 的学习认识到了轿车制动器在设计过程中存在的问题 ，在相关文献的阅读后， 发现在设计过程中 暴露出一些问题。首先，在制动系统参数选择以及计算中，国内设计 仍是基于汽车处于理想状态，计算所需参数的时候默认前后轮配重不发生变化，实际上由于 轿车 在驾驶过程中的动作以及 轿车 在运动过程中汽油的消耗，整车的质心高度，质心相对整车相对中心的位置都在时刻发生着变化 ，车内乘坐人员的质量变化，乘坐人员的多少都会影响到轿车质心得高低，另外轮胎的气压、轿车通过不平整的路况以及整车悬架质量的好坏，都会导致整车的质心高度发生变化，但是如果按照理想 的情况来做设计计算，或多或少存在设计方面的误差，但是误差必须要在许可范围内 。 在制动盘及刹车片这一摩擦副的 分析计算 上，我们同样存在着问题。制动效能在冷车以及制动系频繁工作不同工况下的制动效能相差甚大，尤其是作为 中高档轿车 的制动盘，在高强度制动过程中发热量巨大， 不同的制动初速度，轿车经过不同的路况，不同 4 的行驶工况对制动盘及刹车片之间的制动效能差别较大，可以说轿车在制动过程中，影响制动效能的因素非常多，刹车片的磨损情况，是否在许可范围之内，刹车盘采用什么材料，都会对制动效能产生较大的影响。 对待不同工况下应该进行 不同的 分析计算 ，以及热分析，制动盘的瞬态热分析在于检验其在一次高强度制动下能否符合要求，而制动效能的稳定性则更为重要。 所以对于制动盘高强度制动下的 的热分 析 以及疲劳分析 就十分有必要。 除此之外，制动装置向着电子化、信息化的方向发展 9。大部分轿车的制动系统的制动能量依靠液压能，大部分货车的制动系统依靠依靠气压能，以后将向着电制动的方向发展，这就需要制动系 统控制单元，为了进行模块化设计，制动系统的控制单元将和汽车其它电控单元融合一起，便于数据的传输和共享，但是这需要汽车工业的快速发展。依赖于机械制造、电子信息、物理化学等技术快速发展 10。 这些新兴技术的发展和应用 ，将 有效 提高 汽车制动系统的 可靠性 。 题主要内容 题目简介： 汽车空载时的总质量（ :880； 汽车满载时的总质量（ :1255. 空、满载时的轴荷分配（ 前轴负荷空载： 轴负荷 空 载： 轴负荷 满 载： 554 后轴负荷满载： 701 最高车速（带手 动变速器）（ km/h)： 130 车轮滚动半径 ( 215 轴距 （ 2340 制动器的设计参数如上，但还需要满足以下要求： 1）具有足够的制动效能。 2）工作可靠。 3）制动时方向稳定。 4）防止制动器进水。 5）散热良好。 6）具有刹车助力，方向能够根据驾驶员的意图和目的来调整 11。 5 7）制动时， 汽 车的振动和噪声较小，当刹车片摩擦时会产生石棉纤维，新材料将用于避免有害物质的产生。 8）摩擦衬片应有足够的使用寿命。 9）由于刹车片和刹车盘之间的摩擦，还有其他摩擦表面之间的摩擦，当出现磨损间隙时，能够自动调整间隙。 10）当制动系统的零部件出现问题故障时，能够在仪表盘上显示报警灯，提示驾驶员，就近处理汽车故障情况。 题研究方案 1）首先选择制动器的结构方案，比较多种制动器结构，做出最适合工程需要的选择。 2）设计制动系的主要参数。 3）制动器的设计和计算。 4）主要零部件设计计算。 5） 进行制动器结构的校核 。 6）最后绘制制动器的零部件图，通过总布置图显示零部件之间的相对位置。 6 2 制动器的结构形式选择 式制动器结构形式简介 鼓式制动器出现要比盘式制动器要早很多 12。现在很多轿车、货车、客车依然采用鼓式制动器，有内张型和外束型之分，外束型制动器曾经应用在中央制动器，现在的汽车大多没有中央制动器，应用很少，这里不再介绍。所以通常意义的鼓式制动器指的是内张型。这种类型的制动器都具有摩擦副。即采用圆弧形摩擦蹄片 13。 鼓式制动器按蹄的类型分为： 图 式制动器简图 （ a）领从蹄式；（ b）领从蹄式；（ c）双领蹄式；（ d）双向双领蹄式；（ e）单向增力式；（ f）双向增力式 （ 1） 领从蹄式制动器 如图 a） (b)所示， 先要区分开领蹄和从蹄，假如汽车前进的方向是正方向，蹄片 1 和蹄片 2 的分别对应领蹄和从蹄，在倒车的时候，领从蹄的方向则会相反，领蹄相当于增力，从蹄相当于减力，这种制动蹄片的分布方式在现在的汽车还有很广泛的应用，制动时制动力矩稳定且较大，结构比较简单，制造厂在制造的时候，造价较低，很方便的安装驻车制动机构，现在大部分的货车由于负载过重，运输的货物较重，依然采用这种类型的制动器，而且在轿车的后轮，需要的制动力矩比较大的情况下，也采用这种类型的制动器。 7 （ 2） 双领蹄式制动器 这种类型制动器在汽车行驶过程中，制动蹄片都是沿着某一方向，在倒车的时候，沿着另一个方向，如图 2.1(c)所示 ，制动蹄片需要活塞来作为动力，活塞处于活塞腔中，在活塞腔里充满液压油，安装在制动底板上面，这种类型制动时候，向前行驶的制动力矩和效能性能优良，倒车时效能明显降低，一般很少应用在载货汽车上，而应用在部分的中高级轿车上。 （ 3） 双向双领蹄式制动器 如图 d） 当制动鼓 双向作用 时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。 正是因为 双向双领蹄式制动器在汽车 行进的过程中制动性能不变，因此广泛 应用 于中、轻型载货汽车 以及 部分轿车的前、后车轮 。 但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动 14。 （ 4） 单向增力式制动器 各个零部件的组成机构的安装位置如图 e），通过受力分析，另个制动蹄片的受力不同，一个受力大，一个受力小，因此不平衡，这种类型在向前行驶中制动力矩及其效能非常好，在倒车行驶时，制动力矩及其效能最差，考虑到倒车制动情况，所以只在一些部分轻型货车上作为制动器所用。 （ 5） 双向增力式制动器 如图 f） ，制动器的制动力比单向增力式更大，由于采用了双活塞 ，加上制动踏板对制动力的放大作用，活塞对制动力的放大作用，这种类型的制动力成倍的增加，为了把行车制动和驻车制动有机的结合在一起，它们共用一个制动器，驻车制动因为制动的时间比较短，产生的热量并不多，在制动的过程中并不会产生高温。所以对散热性能要求并不是太高 15。 动钳盘式制动器 浮动钳盘式制动器主要由制动钳体、制动钳支架、摩擦制动块总成、制动盘组成 16。 制动钳的内侧安装有油缸，里面充满液压油，导向销能够在轴向做直线滑动，存在一定的摩擦力，通过在油缸内部的液压力推动导向销运动，它们都用耐磨材料制作而成。在制动盘的内板上有卡槽，用于安装制动块。 8 图 制动时，如图 2够表示出盘式制动器的工作原理，从工作原理可以分析出制动器的工作过程。驾驶员踩下制动踏板，通过杠杆的作用，第一次扩大制动踏板力，液压油在制动踏 板力作用下，推动活塞腔中液压油，由于液压油不可压缩，从较大容积流入到较小容积内部，促使制动力第二次放大制动力。促使制动盘紧紧夹住制动盘 17。 目前来说，盘式制动器的应用越来越广泛，在家用车领域基本已经代替鼓式制动器成为标准配置。 盘式制动器具有以下优点： （ 1）制动过程稳定。盘式制动器制动时，其制动效能变化稳定，对摩擦系数要求较低，而且其制动盘相对于鼓式制动器散热性能好，温度、水的敏感性不高。有利于高速制动或者长时间制动时制动性能的稳定。 （ 2） 盘式制动器相对于鼓式制动器尺寸小、质量小、散热良好 。 （ 3）盘式制动器的制动力矩稳定，而鼓式制动器则平衡性能不好。 （ 4）盘式制动器因其制动盘散热面积大，并且带有散热孔，故长时间制动时热稳定性能较鼓式制动器而言比较好，所需的制动力也小于鼓式。 （ 5）制动力和车速没有明显的关系。 汽车在制动时，利用刹车片和制动盘之间的摩擦，将汽车行驶的动能转化为热能从车轮散失掉。轿车由于行驶速度要比客车和货车高很多，制动时候要考虑到热能的尽快散失，鼓式制动由于跟空气的接触面积小，虽然制动力矩比较大，但是散热效果差，如 9 果遇到长时间制动，或者是行驶在较长的下坡路面上，则会导致鼓式制动器热稳定性较差，不能很好的散热，严重的情况导致刹车失灵。但是，盘式制动器也有一定的缺点，由于制动摩擦表面较小，为了提高制动摩擦力，必须增加液压力，这就需要采用较大的放大倍数的液压装置，这样会制造成本的增加。为了减少制造成本， 很多自主品牌和合资品牌轿车采用前轮盘式制动器，前轮由于承受的载荷较大，尤其对于前驱轿车，发动机和变速器以及传动装置都在汽车前部，需要前轮的制动力很大，而后轮制动力要求不是很高，后轮承受的制动载荷也较小，往往采用鼓式制动器。随着现在对轿车需求量增加，批量化生产盘式制动器，生产成本降低，很多中高档轿车开始采用全盘式制动器。 盘式制动器有通风盘和普通盘之分。普通盘采用实心盘，制造加工方便，对表面粗糙度和加工精度要求较低，而通风盘采用空心盘，加工精度要求相对较高，制造工艺要比实心盘加工复杂，但是散热效果更好，制动效能更加稳定可靠，大大减少了驾驶员对刹车失灵的担心，所以本文前轮采用浮动钳盘式制动器，有效增加散热， 所以当轿车前后轮都采用盘式制动器时 ，可以 提高制动时稳定性和安全性，其中制动盘选择通风盘。 10 3 制动器主要参数及其选择 本章的主要内容为从汽车理论及汽车设计的知识中来进行轿车制动过程中平面力学的分析，通过平面力学分析来确定 所需要的前后制动过程中地面作用力的分配，主要参数设计计算情况。 在这里先给出该轿车的整车参数： 汽车空载时的总质量（ :880； 汽车满载时的总质量（ :1255. 空、满载时的轴荷分配（ 前轴负荷空载： 轴负荷空载： 轴负荷满载： 554 后轴负荷满载： 701 最高车速（带手动变速器）（ km/h)： 130 车轮滚动半径 ( 215 轴距（ 2340 动过程受力分析 图 3展示的是所设计轿车的地面受力状态，我们基于测量所得整车的参数对轿车进行平面静力学分析，并且我们对于其影响较小的滚动阻力，风阻以及轿车车轮旋转而产生的惯性力都不计入相关计算。其中 法向反力。 轴荷分配 比 指的是汽车的前轮及后轮分别承载的质量比例。 由于 前轮对地面的重力作用 与地面 产生等大的相互作用力，正是这个作用影响到了汽车制动过程中的摩擦力大小。汽车在高强度制动工况下承受很大的制动 减 速度，这时引起的制动载荷转移使前后轮承载的重量产生变化，重新分配前后轮承载的重力。 根据以上受力分析可以得出 轿车前后轮 配重比为 后 轮占 45%同时 前 轮 为 55%。 11 图 车平面力学分析 12x b x G (1122对后轮接地点取力矩： (前轮接地点取力矩： (3.5) (所以解方程组得： (根据实际需要在路面不同的情况下，汽车制动时制动器能都提供足够的制动力 。 此gZ 1gZ 2(1 (2 12 时 并且 。由于前后轴 所产生的重力对汽车 前轮 以 及后轮的反向作用力 集中 作用在轮胎上， 对应的关系为 : ( 动时地面对前、后轮法向反作用力的变化 由上图 3们分析得到 制动过程中不同的制动强度产生不同的制动减速度，而由此影响到的制动过程中的前后轮的重力产生的反作用力变化也十分明显。由图 3绘制的前后轴反作用力曲线，可以得到制动减速度增大会导致轴荷分配的变化变得十分明显，我们初步选定的附着条件系数为 由图中我们可以观察到该路面系数下前轮的重力达到了 1800N。 当达到地面最佳附着条件，减速度达到 7m/，由于重心前移，前轴承担总车重的 )(21 13 图 同制动强度下的前后轴荷分配 前轮重力的作用力达到了达到了整车质量的近乎 60%。在该路面系数条件下可以看到我们要求的前轮及后轮分别达到了同时达到轮胎抱死要求，该情况下我们可以判断轿车达到了较好的制动性能，对路面附着条件以及制动过程中的侧滑控制做的比较到位。我们绘制前轮与后轮制动器产生的制动力 和滑移率的关系曲线， 可以 将其称作我们需要的前轮及后轮地面反力的分布曲线。制动过程中要求最好前后车辆同时达到自己的最大附着性能达到车轮抱死的状态时的要求可以总结为 前后轮分别进入自己的力矩平衡即制动 力达到了附着条件并且前后轮的制动力的总和达到附着条件总和。 (根据汽车理论中关于制动过程中的附着条件分析，以及方程式轿车的整车参数，我们绘制了方程式轿车前后轮同时达到最大附着条件的情形下的前后轮法向反作用力曲线 我们称这条曲线为轿车的 I 曲线。 14 图 曲线 我们定义一个参数来表达总的制动力中其中一个轴所承载的制动力（前轮较大的制动力）所占的比例，将这个参数表示为整车制动力分配情况用符号 表示。 1中，1 12 F F F。 0 0 7 1 2 12 1F F (1 2 5 5 9 8 0 7 8 6 0 9 3. . 由图看出，前制动力约 制动力约 步附着系数 1) 当 时：在制动时，前轮将优先于后轮 抱死 ，车辆 将无法转向 。 2) 当 时：制动过程中后轮会优先于前轮抱死，过程中汽车处于危险工况，后轴易发生侧滑而危及安全。 15 3) 当 时：制动过程中车辆前后轮理论上同时抱死，是比较理想的制动工况 (经过实际的汽车实验，在路面附着系数为 的道路上进行制动测试时，车辆停止过程中的最大加速度为取决于路面附着条件所决定的最大减速度 9。同时，在其他路面上有着不同的附着条件的情形下，制动过程并不能按照我们的预期进行，这就 是我们所要得到的 结论，要想充分利用到地面的附着条件进行制动过程，必须要求我们的制动分析过程中使用的附着条件与实际运行过程中的附着条件相同或相当。通过分析所采用的轮胎以及路面附着条件 10，将同步附着条件初步的定为 式制动器主要参数的确定 （ 1）制动盘直径 D 制动盘直径 D 应该合理选择，制动盘的直径变大，因为受力面积变大，则会导致夹紧力减小，制动盘的直径变小，因为受力面积变小，则会导致夹紧力变大。 因此在选取时应选取最佳值 。 在本设计中： 7 9 % 7 9 % 1 4 2 5 . 4 2 4 8 . 9 2 8 0 . 9 m m 取 D=278 （ 2）制动盘厚度 h 制动盘厚度 h 关系到制动时的散热性，制动盘的厚度变大，则会导致散热困难，但是制动盘的强度和刚度变大，质量也相应变大。制动盘的厚度变小，则会导致更容易散热，制动盘的质量相应减小，强度和刚度变小，所以制动盘的厚度应该综合考虑散热性能、制动盘的质量、强度和刚度等影响 等 因素。具有通风孔道的制动盘的厚度取为20本设计取厚度 h=25 （ 3）摩擦衬块内半径1们的比值不大于 本设计中 ,根据制动盘直径可确定磨成衬块外径2R=134 （ 4） 摩擦衬快工作面积 A 整车的工作总面积介于 间，工作面积 A 是拿整车的总质量除以工作总面积。 则 21660 4 7 4 1 0 3 71 . 6 3 . 5 1 . 6 3 . 5mA c m 16 单个摩擦衬块的工作面积 A 为 224 7 4 1 0 3 7 5 9 . 3 1 2 9 . 78c m 由以上计算得，取单个摩擦衬块的工作面积 260A 。 （ 5） 摩擦衬块所对的圆心角 由1 2 22()2A R R得 12 2 2 222 2 6 0 1 0 0 1 . 2 21 3 4 9 0A r a 则 1 8 0 1 . 2 2 1 8 0703 . 1 4 o 17 4 制动器的设计计算 擦衬块的磨损特性计算 由于 摩擦衬片 在 制动时 会经常出现 摩擦 的情况 ， 因此会 有一定的磨损量。摩擦的磨损量受多种因素影响，例如表面的加工精度，表面的过于粗糙，则会导致摩擦过程中出现磨损现象严重，制动过程中出现噪声，还受到温度的影响，温度越高，摩擦衬片的摩擦系数则会出现变化，制动力矩则会相应变化，还有摩擦衬片的压力和相对滑模速度，压力越大，相应的磨损量变大，所以要定量的计算出摩擦衬片的磨损特性。 能量耗散率 比能量耗散率又称为单位功负荷或能量负荷，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为 2/ 221211221222()122()1 ( 1 )22v v （ j 1 式中： 汽车回转质量换算系数； 汽车总质量； 1v 计算时 为初速度 取 1v =100 /km h j 制动减速度， m 算时取 j=0 6g； t 制动时间， s ； A 制动器衬片 (衬块 )的摩擦面积；（ 260A ） 制动力分配系数。 在紧急制动到 02 v 时，并可近似地认为 1 ，则有 1211 221a ； )1(2212212 a （ 把个参数值代入上式得 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 取同样的1v和 j 时，比能量 的 耗散率 应该 以不大于 。在计算的时候，应该给这些变量先赋值，确保极限情况下能够符合要求。当 速度不同的时候 ，制动时间也会不同 。12,在设计确定之后，面积就确定了。 ，求得 21 2 /e W m m ， 22 0 . 9 7 /e W m m ，符合要求。 滑磨功 磨损和热的性能指标有相应的国家标准，把汽车行驶到最高的初速度，至停车时速度为 0，这个阶段单位面积的滑磨功，即比滑磨功 2m a （ 式中： 汽车总质量， 汽车最高制动车速， m/s A 车轮制动器各衬块的总摩擦面积， 2 许用比滑磨功，对轿车取 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，满足要求。 动器的热容量和温升核算 制动器的热容量和温升 应 符合以下条件： d d h hm c m c t L（ 式中： 各制动盘的总质量 为 4 与各制动盘 所连接 金属总质量，为 5 制动盘材料的比容热，对铸铁 C=482J/()； 与制动盘相连的受热金属件的比容热； t 制动盘的温升； L 取决于前后轴制动力分配比例，并按前、后制动力的分配比率分配给 19 前后、制动器，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 汽车满载总质量，为 1255Kg 汽车制动时的初速 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，满足以下条件： d d h hm c m c t L式制动器制动力矩的计算 图 如图 4示，根据图中的标注的已知条件，则盘式制动器的制动力矩为 f 2 （ 式中： f 摩擦系数，取值 N 单侧制动块对制动盘的压紧力 20 R 作用半径，取为 133 图 算钳盘式制动器制动半径 用图 盘式制动器广泛采用 扇形摩擦衬块 ， 其 安装方便，便于通风，如图 4示，平均半径为 3221541102 21 ( 式中： 1R ， 2R 扇形摩擦衬块的内半径和外半径。（129 0 1 3 4R m m R m m；） 根据图 任一单元面积 d 上的摩擦力对制动盘中心的力矩为 ，单侧制动块作用于制动盘上的制动力矩为 )(322 31322121 df q R ( 单侧衬块给予制动盘的总摩擦力为 )( 212221 df q R （ 得有效半径为 )2()(134322 212212121223132 （ 21，则有：)1(1342=133 （ 因 121 1)1( 2 R 。当 21 ， 1m ，R 。 21 如果 m 过小 ,扇形 制动块 宽度过大 ,力不平衡 ,各力 分布不同 ,磨损不会均匀 ,所以单位压力分布不一致 ,为了制动安全 ,m 不能过大 也不能 gvbb 过小。本次设计取有效半径为112 22 5 制动器主要零部件的结构设计 动盘 制动盘可采用的制造材料较多，比如铸铁或者是陶瓷材料。一般用铸铁材料，添加,动盘在制动时候，由于制动时汽车行驶速度不同，速度较大时，承受的制动载荷更大，速度较低时，承受的制动载荷较小。这些载荷可以分解为水平方向和垂直方向的作用力。制动盘的表面粗糙度要求很低，加工精度要求较高，表面圆跳动量要求很低，参考表 5 表 车制动盘表面的端面跳动、平行度和不平衡度 车型 表面跳动量 /侧表面的不平行度 /不平衡量 /迪、红旗 雀 拓 文选用的材料为合金铸铁，前通风盘，后实心盘。 图 帽形制动盘 动钳 确定了平面力学所需要的参数之后，我们要选取适当的制动零部件尺寸来配合我们的制动系统进行制动。为了计算得到我们所需要的最大制动力以及最高的路面附着条件，我们在仿真分析中定义了一种刹车状态。初速度为 20 m/s 采用高强度制动，在短时间内达到最大制动强度。 23 图 动器油压建立过程 图 5知：制动时 ， 前轮制动器油压 为 轮制动器油压 为 其中工作的制动零部件分别为产生将踏板力转变称制动管路压力的制动主缸，主要参数为工作的活塞直径，以及将制动系统压力分别转变为前后轮制动力矩来阻碍车轮转动的制动卡钳，其主要参数为工作活塞直径 公式中制动器制动力为 制动转矩由制动器产生的阻力作用在制动盘有效直径处获得 ， R 为轮胎半径。 对轮中心取矩得制动盘有效加紧力对盘取矩 =地面制动力对轮取矩。 x b b F D （ 制动卡钳夹紧力作用在指定面积上的压强 =卡钳产生的液压。 22242n d dF p p （ 制动器的有效制动力由制动器有效压紧力确定。 2 F （ 卡钳尺寸计算过程： 1 2 5 5 9 8 0 7 8 6 0 9 3. . m g N （ 当以 7m/减速度制动时 : 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 m F D （ 前后制动力由制动力分配系数确定。 将数据代入公式可求得 1 2 8 4 3.d 前轮卡钳计算过程可得后轮卡钳尺寸2 2 3 6 4.d m m。 动块 制动块的作用是给活塞运动提供作用其表面的力，通常是由一个摩擦衬和一个背板组成，衬块的形状多样，可以是扇形，或者是其他形状，以扇形的居多。当轿车行驶遇到紧急情况，驾驶员踩下制动踏板，通过液压油作用在活塞上，应该能够使活塞和大部分的制动块表面相接触，否则由于受力不平衡，导致制动块出现翘曲变形，而且还会出现不同程度的振动和噪声。为了避免上述情况的发生，通常在两者之间涂有减振垫，当活塞的作用力作用在制动块表面时，能够起到一定的缓冲作用，为了提高制动时的行车安全性能，在盘式制动器还安装有报警装置，当制动块磨损到一定的 程度时，提醒驾驶员尽快更换摩擦衬片。本次设计取衬块厚度 14也是制动块的厚度，并且有隔热减震垫， 可以 有效减少制动时 所产生 的振动 以及 噪声， 同时 安装有 警报 装置。 擦材料 制动时，摩擦材料的好坏关系到制动力矩的大小和热稳定性。不同的摩擦材料具有不同的摩擦系数，在制动时，因为摩擦作用的存在，温度会急剧上升，当上升到一 1 动系统原理 摩擦力 摩擦力的定义为抵抗两个物体之间相对运动的一种力。当两个面接触在一起，并产生相对运动时，就会产生摩擦力（如图 45摩擦力的大小取决于两点：物体的表面粗糙度和两接触面之间所受压力的大小。 图 45两个物体表面接触到一起时，就会产生摩擦力。制动系统就是通过产生摩擦力来使汽车停止运动或者减速行驶的。 热能 当发生摩擦运动运动时，动能（运动中的能量）就会转化为热（热）能量。动能越大，产生的热量就越多，因此必须要有足够的间歇时间来散发热量。汽车在运动产生中产生的能量的大小 ，或者称之为动能大小，主要取决于汽车的重量和汽车行驶的速度。因此，刹车时必须要尽量减少热量的产生。 摩擦力和制动系统 在任何制动系统中，摩擦力的大小是由控制器控制的。通过改变摩擦力，可以使汽车停止运动，而且汽车在不同的行驶条件下，汽车的速度大小可以随坐标曲线而变化。摩擦力的控制是通过一个固定的制动蹄或是制动板，传递给一个旋转的制动鼓或者是制动盘。当驾驶员踩在制动脚踏板上的力增大时，摩擦力也会随之曾加。 在制动摩擦力的作用下，车轮会逐渐停止转动，轮胎也会随之停止转动。然而，轮胎和地面之间也会产生摩擦力。制动器 上产生的摩擦力必须与轮胎与地面之间产生的摩擦力大小相匹配。如果与地面接触的轮胎不能产生摩擦力，就会产生车轮锁死和车轮打 2 滑的现象。如果车轮不产生锁死的现象，汽车会更安全可靠的停止运动。车轮在锁死的情况下会产生非常危险的后果，尤其是在没有驱动控制的轮胎和路面之间产生摩擦。为了控制任何一个车轮在减速时出现打滑的现象，人们已经开始广泛使用电脑控制的制动器。 鼓式制动器的基本操作原理 鼓式制动器大致是由一个用螺栓固定在车轮上的铸造鼓构成的，而且铸造鼓也可以随车轮一起转动。在铸造鼓的内部有一个依靠一套制动蹄连接的制动板 。铸造鼓内的其它部分也是连接在制动板上的，包括一个液压缸，以及一些弹簧和连接杆。制动蹄和摩擦材料连接在一起。当制动器工作时，摩擦材料就会贴附在制动鼓的内表面（图 45制动器一旦开始工作，制动蹄就会在力的作用下紧贴在制动鼓的内表面，从而产生摩擦力。 图 45一个鼓式制动系统中，制动蹄被强制向外压紧在制动鼓上，从而产生所需的摩擦力。 制动蹄的激励原理 当刹车系统开始工作时，制动蹄的自己离作用是很重要的。当刹车制动作用时，在摩擦力的带动作用下，制动蹄就会绕着制动蹄枢轴点旋转，就像图 45示的 那样。当制动蹄和制动鼓旋转的方向一致时，主制动蹄和副制动蹄产生的摩擦力，就会使得制动蹄紧紧地贴附在制动鼓的内表面。这种现象就被称作是制动蹄的自激励作用。 3 图 45制动系统工作时，主制动蹄会先做出反应。然后主制动蹄会推动副制动蹄向相反方向运动。 伺服式制动器 伺服式制动器就是一种把一个相对较小的力转化为一个较大的力的一种设备。在当今大部分汽车当中，伺服式制动器被用来依靠液压缸内部的一种液压力来引导制动蹄向外运动。这种压力是来自于操纵者的脚。这种作用将会推动制动蹄向外运动，致使制动蹄紧紧地贴附在制动 鼓上。 主制动蹄和副制动蹄的工作原理 在一个鼓式制动器的系统当中，有一个主制动蹄和一个副制动蹄，就像图 45示的那样。当刹车系统开始工作时，主制动蹄先做出反应。在这里面会产生一个较弱的回位弹力。制动蹄就会离开原来的位置，然后就会贴在制动鼓的表面。当制动蹄接触到制动鼓的表面时，制动蹄就会产生激励，强制制动蹄紧紧地旋附在制动鼓上，从而导致摩擦力迅速增大。 在这期间，副制动蹄也会做出反应。当主制动蹄开始运动时，主制动蹄就会推动或者把副制动蹄移动到制动鼓的底部。这个动作就会使得副制动蹄随制动鼓在同一个方向上运动 。我们会注意到，副制动蹄将不会再向上运动，因为它会被强制的固定在这个位置上。这个动作也会导致副制动蹄产生激励的作用。伺服制动系统就会发生作用，从而在制动蹄上产生出一个连续的作用。 4 来自液压缸内的驱动力只能推动一个制动蹄。通常液压缸会产生一个很小的压力来推动制动蹄工作。然而，由于制动器的激励作用，除了制动蹄与制动鼓的运动方向相反以外，这种力是不存在的。 盘式制动器的基本操作原理 在许多汽车当中，盘式制动器和鼓式制动器是合在一起使用的。在许多汽车中，盘式制动器通常被用在汽车的前轮上，然而鼓式制动器会被用在汽车的 后轮上。盘式制动器通常也会安装在十速自行车上使用。这种制动器的摩擦力是由刹车片产生的，就像图45示的那样。刹车片被挤压，或者是夹紧在正在旋转的制动盘上。刹车盘有时也会被称作是转子，会被安装在轮辋上和轮胎上。转子是由生铁制作而成的，通常会被安装在机器的两边。刹车片是被安装在金属板上的，他是靠液压缸内的活塞驱动的。 图 45盘式制动系统中，通常会使用两个刹车片作用在一个转子上，从而产生停车所需要的摩擦力。 制动钳的工作原理 在盘式刹车系统中，活塞被安装在制动钳的上。制动钳是不会旋转的，因为它是安装在汽车上的一部分固定结构。制动钳是一个装载着包括液压活塞和液压缸的壳体。制动钳的结构还包括密封圈、弹簧和用来使活塞和制动片产生运动的通道。 刹车片在转子上的作用力是垂直于转子旋转方向的（如图 45这是不同于鼓式制动刹车系统的。盘式制动器被认为是没有自激励系统的。这就意味着在同一个制动过程中，它需要获得更大的制动力。正是由于这个原因，盘式制动器通常被用在动力驱动轮的制动上。 5 图 45盘式制动系统中，刹车片的作用方向是垂直于转子的。 固定式制动钳的设计方案 这里有两种制动钳的设计方案：固定式 制动钳和浮动式制动钳。固定式制动钳的设计方法，是将制动钳直接安装在汽车框架或者转向部件上。每一个刹车盘依靠一个活塞来驱动。图 45我们展示了固定式制动钳的设计方案。 图 45定式制动钳是保持固定不动的，它是靠刹车片向里或者是向外运动来产生摩擦力的。在这个系统中是有两个活塞的。 浮动式制动钳的设计方案 在浮动式制动钳的设计方案中，制动钳的主壳体是允许在支撑架上，向里或者是向外运动一小段距离的。而且它只有一个活塞安装在制动钳的一侧。制动钳的另一侧只是安装了一个摩擦板。当制动系统开始工作时，液压缸 内产生的液压力推动活塞向一个方向上运动。整个制动钳的壳体自由的向其相反的方向移动。当制动板接触到转子时，活塞板就会和制动钳的另一侧的摩擦板产生一个大小相等的力。图 45为我们展示里浮动式制动钳的设计思路。 6 图 45动式制动钳是允许在支撑架上向内或是向外运动一小段距离的。在这个系统中只有一个活塞。 制动液 制动液在制动系统中扮演了一个重要的角色。在任何一个制动过程中，制动液用于将操纵者脚上的力传递到液压缸和活塞上。制动液是不能够被压缩的，然而气体是可以被压缩的，就像图 45示的那样。随着压力 的增加，任何在液压制动系统中的空气就会受到压缩，从而减小系统中所需要传递的力。这就是为什么要把液压系统中的空气赶出去的重要原因。为了达到这个目的，必须要把制动系统中的空气驱除出去。这个过程被称作是制动系统的放气过程。 图 45动液在刹车系统中得到使用是因为它不能被压缩的。然而气体是可以被压缩的，所以气体必须从液压系统中清除出去。 7 液压系统的工作原理 在汽车的制动系统中是通过液压系统来传递操纵者脚上的力，使之变为两个物体表面的摩擦力。在图 45，当制动脚踏板被踩下的时候，就会使得液压缸内产生一个压力。这个压力就会通过液压线路传递到各个车轮的液压缸内。我们会注意到，在整个压力系统中的每一点的压力大小是相等的。 图 45驾驶员踩下制动踏板时，液压系统的压力随之增加，而且压力会被传递到每一个液压缸内来操控制动系统。 动力和压力 在整个封闭的液压系统中，刹车和活塞两者之间的力，有一种特殊的关系。如果一个大小为 100 磅的力作用在一个面积为 1 平方英尺的活塞上面，那么在每平方英寸上将会产生 100 磅的压力。也就是说，如图 45示的那样，如果在这个液压系统中有其他的活塞，他们将会因为尺寸的不同而产生 一个大小不等的压力。一个尺寸为 1/2 平方英寸的活塞能产生一个 50 磅力。一个 1 平方英寸的活塞上会产生一个 100 磅的力。一个 2 平方英寸的活塞会产生一个 200 磅的力。这个例子告诉我们，在一个大小确定的力作用在一个液压系统中将会产生大小不同的力的作用，这主要是一句活塞面积的大小而定的。 在液压系统中，制动液只会做非常微小的运动。制动系统中，只是依靠动力和压力来工作的。在实际工作过程中，制动液仅仅是被用作于把操作者脚上产生的动力和压力传递到活塞和摩擦盘上。 8 图 45压系统中的压力会随着活塞尺寸的不同而发生 改变。 （材料 9 is as a to is of on of of is in is to of be to of of or on of of be to is n of is by be be on in of is by a or a or on As is by is is on 10 be by of on up if is no of to of F of a is to is a a of to to a a of 5of it is to be is to as in to of is 11 is a a a to to a a is by s is of n a as a to is it to is on it to or at in as it is to be or as if it on of is by is to in a F 12 on on a is by as or a is to is of is on to by he in a or in by it is to s is a to of to of is to be to 13 of to or is by a 5-6 n of it to in a on is a on a in is to in of is by an on of 5-7 a an in is to 14 of s to at be as in as of be is it is to of do be is to of s to 5-9,is is to at in is 15 is a of in a a 00 is to a an a 00 is as 5if in of ,on of in is do in is to of s to