汽车液压盘式制动器结构优化设计.docx
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汽车液压盘式制动器结构优化设计
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
汽车液压盘式制动器结构优化设计
摘 要
汽车制动系统是汽车最重要的主动安全系统,制动器则是制动系统的执行机构,其性能好坏直接影响汽车的安全。
盘式制动器作为鼓式制动器的替代产品,具有热稳定性好、反应灵敏等优势,但是盘式制动器本身也存在一些问题,并且鼓式制动器存在的一些问题,虽然盘式制动
器有一定程度改善,但并未得到完全解决,如热衰退、制动噪声等。
本文开篇阐明了盘式制动器发展与现状,然后是设计的背景,性质及任务。
通过对轿车盘式制动器的深入学习和设计实践,主要是对轿车盘式制动器的零部件结构选型及设计计算,更好地学习并掌握盘式制动器的结构原理与设计计算的相关知识和方法。
介绍了盘式制动器的各种
类型,性能等,分析了盘式制动器和摩擦衬片的特性.
关键词:
盘式制动器; 设计; 性能分析
Abstract
Automobilebrakesystemisthemostimportantinitiativesafetysystem,brakeistheenforcerofbrakesystem,whoseperformanceaffectsthevehicle’ssafetydirectly.Asthesubstitutionofdrumbrake,discbrakehasadvantagesoffinethermalstability,delicatefeedback,andsoon.Butitalsohassomedefects,andthoughtheproblemsofdrumbrakehavebeen
improved,theyarenotresolvedcompletely,suchasthermalfadeandbrakenoise.
Thispaperillustrateddiscbrake’sdevelopmentatbeginning,thenthedesign’sbackground,qualityandmission.Throughthediscbrakein-depthstudyanddesignpractice,mainlyforcar’sdiscbrakestructureselectionanddesigncalculation,canbetterstudyandmasterthediscbrakestructureandworkingprincipleandtherelatedknowledgeandmethods.Introducethebrakedisc’skindandperformance.Analyzethediscbrakeandrublinings’
behavior.
Keywords:
discbrake;design;PerformanceAnalysis
前言
汽车的设计与生产涉及到许多领域,其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标,也对设计提出了更高的要求。
汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统,其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。
随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高,更加需要高性能.长寿命的制动系统。
其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响,如果此系统不能正常工作,车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。
鉴于制动系统的重要性,本次设计的主要内容就是关于制动器的设计,目前广泛使用的是摩擦式制动器,摩擦式制动器就其摩擦副的结构形式可分成鼓式、盘式和带式三种。
其中盘式制动器较为广泛。
盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。
其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器;摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。
现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛,仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器,以及全盘式制动器。
本次设计共七章内容,在赵凯辉导师的指导下,结合有关的书籍和手册而完成。
赵老师在我的设计中做了全程辅导,并最后对本设计做了认真详细的审阅,提出了许多宝贵的意见,我在此向他表示诚挚的感谢。
1绪论
制动系统设计的意义
汽车是现代交通工具中用得最多、最普遍、也是运用得最方便的交通工具。
汽车制动系统是汽车底盘上的一个重要系统,它是制约汽车运动的装置,而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置,是汽车上最重要的安全件。
汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。
随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,人们对安全性、可靠性的要求越来越高,为保证人身和车辆安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。
本次毕业设计题目为大学生方程式赛车制动系统设计。
制动系统研究现状
车辆在形式过程中要频繁进行制动操作,由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全,因此制动性能是车辆非常重要的性能之一,改善汽车的制动性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。
当车辆制动时,由于车辆受到与行驶方向相反的外力,所以才导致汽车的速度逐步减小到0,对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计,因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础,由于这一过程较为复杂,因此一般在实际中只能建立简化模型分析,通常人们从三个方面来对制动系统进行分析和评价:
1)制动效能:
即制动距离与制动减速度;
2)制动效能的恒定性:
即热衰退性;
3)制动时汽车方向的稳定性;
目前,对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行,由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量,因此,多数有关制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上的行驶,其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据,在汽车道路试验中,如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化,则可为汽车整车制动性能研究提供更全面的试验数据和性能评价。
本次制动系统应达到的目标
1)具有良好的制动效能;
2)具有良好的制动效能稳定性;
3)制动时汽车操纵稳定性好;
4)制动效能的热稳定性好;
2制动系统方案论证分析与选择
制动器形式方案分析
汽车制动器几乎均为机械摩擦式,即利用旋转元件和固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。
一般摩擦式制动器按旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。
2.1.1鼓式制动器
鼓式制动器是最早形式汽车制动器,当盘式制动器还没有出现前,它已经广泛应用于各类汽车上。
鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。
内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄,后者则安装在制动底板上,而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上,其旋转的摩擦元件作为制动鼓。
车轮制动器的制动鼓均固定在轮毂上。
制动时,利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦蹄片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩,故又称为蹄式制动器。
外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带,其旋转摩擦元件为制动鼓,并利用制动鼓的外圆柱表面与制动带摩擦片的内圆弧作为一对摩擦表面,产生摩擦力矩作用于制动鼓,故又称为带式制动器。
在汽车制动系中,带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器,通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构,鼓式制动器按蹄的类型分为:
1)领从蹄式制动器
如图2-1所示,若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转),则蹄1为领蹄,蹄2为从蹄。
汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转,则相应得使领蹄与从蹄也就相互对调了。
这种当制动鼓正、反反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄使制动器。
领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧,即摩擦力矩具有增势作用,故又称为增势蹄;而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势,即摩擦力矩具有减势作用,故又称为减势蹄。
增势作用使领蹄所受的法向反力增大,而减势作用使从蹄所受的法向反力减小。
领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平,但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变,且结构简单,造价较低,也便于服装驻车制动机构,故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。
图2-1领从蹄式制动器
2)双领蹄式制动器
若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器,则称为双领蹄使制动器(如图2-2所示)。
显然,当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为双向领蹄式制动器。
如图所示,两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的,因此,两蹄对制动鼓的作用的合力恰好相互平衡,故属于平面式制动器。
双领蹄式制动器有高的正向制动效能,但倒车时则变为双从蹄式使制动效能大降,这种结构经常用于中级轿车的前轮制动器,这是因为这类汽车前进制动时,前轴的动轴荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反。
图2-2双领从蹄式制动器
3)双向双领蹄式制动器
当制动鼓正向和反向旋转时,两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器(如图2-3所示)。
它也属于平衡式制动器。
由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变,因此广泛应用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前后轮,但用作后轮制动器时,则需另设中央制动用于驻车制动。
图2-3双向双领蹄式制动器
4)单向增力式制动器
单向增力式制动器如图2-4所示两蹄下端以顶杆相连接,第二制动蹄支承在其上端制动地板上的支承销上,由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡,因此它居于一种非平衡式的制动器。
单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高,且高于前述的各种制动器,但在倒车制动时,其制动效能却是最低的。
因此,它用于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。
图2-4单向增力式制动器
5)双向增力式制动器
将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸,其上端的支承销也作为两蹄共用的,则称为双向增力式制动器(如图2-5所示)。
对双向增力式制动器来说不论汽车前进制动或倒退制动,该制动器均为增力式制动器。
双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多,而且常常将其作为行车制动与驻车制动功用的制动器,但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动,而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。
双向增力式制动器也广泛用于汽车的中央制动器,因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高,而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温,故其热衰退问题并不突出。
但由于结构问题使它在制动过程中散热和排水性能差,容易导致制动效率下降。
因此,在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。
但由于成本低,仍然在一些经济型车中使用,主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。
图2-5双向增力式制动器
2.1.2盘式制动器
盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。
1)钳盘式
钳盘式制动器按制动钳的结构形式不同可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。
a定钳盘式制动器:
这种制动器中的制动钳固定不动,制动盘与车轮相连并在制动钳体开口槽中旋转。
具有以下优点:
除活塞和制动块外无其他滑动件,易于保证制动钳的刚度;结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多,容易实现鼓式制动器到盘式制动器的改革,能很好地适应多回路制动系的要求。
b浮钳盘式制动器:
这种制动器具有以下优点:
仅在盘得内侧具
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