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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。
浮钳盘式制动器:
这种制动器具有以下优点:
仅在盘得内侧具有液压缸,故轴向尺寸小,制动器能进一步靠近轮毂;
没有跨越制动盘的油道或油管,液压缸冷却条件好,所以制动液汽化的可能性小;
成本低;
浮动盘的制动块可兼用驻车制动。
2)全盘式
在全盘制动器中,摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形,制动时各盘摩擦表面全部接触,其作用原理与摩擦式离合器相同。
由于这种制动器散热条件较差,其应用远远没有钳盘式制动器广泛。
盘式制动器与鼓式制动器相比,有以下优点:
1)制动效能稳定性好;
2)制动力矩与汽车运动方向无关;
3)易于构成双回路,有较高的可靠性和安全性;
4)尺寸小、质量小、散热好;
5)制动衬块上压力均匀,衬块磨损均匀;
6)更换衬块工作简单容易。
7)衬块与制动盘间的间隙小,缩短了制动协调时间。
8)易于实现间隙自动调整。
1.2设计条件
轿车设计参数:
空车质量:
1030kg
满载质量:
1470kg
轴距:
2475mm
质心距前轴距离:
1114mm
质心距后轴距离:
1361mm
质心高度:
495mm
第2章制动器的方案分析及选择
2.1汽车制动器结构方案分析
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。
汽车制动系统是汽车各个系统中最为重要的。
如果制动系统失灵,那么结果将会是毁灭性的。
制动器实际上是一个能量转化装置,这种转化实际上是把汽车的动能转换为汽车的热能挥发出去,当制动器制动时,驱动程序来命令十倍于以往的力来使汽车停止下来。
制动系统可以发挥上千磅的压力来分配给四个制动器。
汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车,使下坡形式的汽车的车速保持稳定以及使已停使的汽车在原地(包括在斜坡上)驻留不动的机构。
随着高速公路的发展和车速的提高及车流密度的日益增大,为了保证行车安全,汽车制动系的工作可靠性显得日益重要,也只有制动性能良好,制动系工作可靠的汽车,才能充分发挥其动力性能。
盘式制动器又称为碟式制动器,这种制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便,特别是高负载时耐高温性能好,制动效果稳定,而且不怕泥水侵袭,在冬季和恶劣路况下行车,盘式制动比鼓式制动更容易在较短的时间内令车停下。
有些盘式制动器的制动盘上还开了许多小孔,加速通风散热,提高制动效率。
由制动器设计的一般原则,综合考虑制动效能、制动效能稳定性、制动间隙调整简便性、制动器的尺寸和质量及噪声等诸多因素设计本产品。
在设计中涉及到同步系数的选取、制动器效能因素的选取、制动力矩的计算,以及制动器主要元件选取,最后对设计的制动器进行校核计算。
1制动器效能,指在良好路面上,汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。
制动效能因数:
在制动鼓和制动盘的作用半径上所得到的摩擦利于输入力之比。
2制动器效能恒定性,即汽车高速行使或下长坡连续制动时汽车制动效能保持的程度。
影响摩擦因数的因素包括摩擦副材料、摩擦副表面温度和水湿程度。
因为制动过程是及时把汽车行驶的动能通过制动器吸收转化为热能,所以制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制动效能,已成为设计汽车制动器时要考虑的一个重要问题。
盘式制动器的制动效能最为稳定。
要求制动器的热稳定性好,除选择其效能因数对摩擦系数敏感性较低的制动器类型外,还要求摩擦材料有较好的抗热衰退性和恢复性,并且应使制动盘有足够的热容量和散热能力。
3制动器间隙调整,是汽车保养作业较为频繁的项目之一。
故选择调整装置的结构形式和安装位置必须保证调整操作方便。
最好采用间隙自动装置。
4制动器的尺寸和质量。
随着现代汽车车速的日益提高,处于汽车行驶稳定性的考虑,轮胎尺寸往往选择较小。
这样,为了保证所要求的制动力矩而确定的制动鼓(制动盘)直径就可能过大而难以在轮毂内安装。
因而应选择尺寸小而效能高的制动器形式。
对于高速轿车,为提高制动时的稳定性,在前悬架(独立悬架)设计中,一般采用较小的主销偏移距。
为此,前制动器位置有时不得不外移到更靠近轮毂,导致其布置困难。
车轮制动器为非簧载质量,故应尽可能减轻其质量,以改善行驶平顺性。
5噪音的减轻。
制动噪音的现象很复杂。
大致来说,冬冬噪音分为低频好高频良种。
在低频噪音中,常遇到的是制动时停车的喀擦声,这主要是由制动鼓或者制动钳的共振造成的。
高频噪声一般可通过制动蹄或制动盘共振产生。
或者是由于摩擦衬片或衬块弹性震动造成的。
影响的噪声的主要因素是摩擦材料的摩擦特性,即动摩擦系数对摩擦速度的变化关系。
动摩擦系数随速度的增高而减低的程度愈大,愈易激发震动而产生噪声。
此外,制动器输入压力越大,噪声也越大。
制动温度对噪声也有影响。
在制动器的设计中采取某种措施,可以在相当的程度上消除某种噪声。
应当注意,为消除噪声而采取的某种措施,有可能产生制动力矩的下降和踏板行程损失等副作用。
盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定,在各种路面都有良好的制动表现,其制动效能远高于鼓式制动器,而且空气直接通过盘式制动盘,故盘式制动器的散热性很好。
但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂,对制动钳、管路系统要求也较高,而且造价高于鼓式制动器。
盘式制动器多用于汽车的前轮,有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。
制动盘装在轮级上、与车轮及轮胎一起转动。
当驾驶员进行制动时,主缸的液体压力传递到盘式制动器。
该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上,阻止制动盘转动。
汽车制动系可分为行车、驻车、应急、辅助内部分装置。
任何制动装置都具有供能装置、控制装置、传动装置和制动器四个部分组成。
较为完善的制动系还具有制动力调节装置,以及报警装置、压力保持装置。
按摩擦副中固定元件结构,盘式制动器可分为钳盘式和全盘式。
固定钳盘式在汽车上用的最早(50年代就开始使用),优点是:
除活塞和制动块外无滑动件,这易保证钳的刚度,易实现从鼓式到盘式的改进,也能适用分路系统的要求。
但固定钳盘式的缺点也随着汽车性能的提高而保利,首先,固定钳至少要有两个油缸分置于制动盘两侧,须有横跨的内部油道或外部油道来连通,这就使制动器的径向和轴向尺寸加大,布置较难;
而浮动钳的外侧无油缸,可将制动器进一步移进轮毂;
其次,在严酷的使用条件下,固定钳容易使制动液温度过高而汽化,浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管,减少了受热机会。
所以制动温度可以比固定钳低30-50℃,又采用浮动钳可将活塞和油缸等精密件减去一半,造价大为降低。
盘式制动器除了结构复杂外有一系列优点:
如结构紧凑,操纵省力,制动效果好,衬面磨损较均匀,间隙不需调整,封闭性好不易进泥水,且散热容易,故使用寿命较长等。
这些特点使它得到越来越广泛的应用。
因此,参照所给参数,确定设计浮动钳盘式制动器。
2.2制动器设计的一般原则
2.2.1制动驱动机构的选择
液压式驱动机构:
优点:
制动时可以得到必要安全性,因为液压系统内系统内压力相等,左右轮制动同时进行;
易保证制动力正确分配到前、后轮,因为前、后轮分泵可以做出不同直径;
车振或悬架变形不发生自行制动;
不须润滑和时常调整;
缺点:
当管路一处泄漏,则系统失效;
低温油液变浓,高温则汽化;
不可长时间制动。
综合来看,油压制动是可取的,且得到了广泛的应用。
2.2.2制动管路的选择
出于取安全上的考虑,汽车制动应至少有两套独立的驱动制动器的管路。
汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路型式:
1一轴对一轴(Ⅱ)型(图a),前轴制动器与后桥制动器各用一个回路;
2交叉(X)型,前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同
属一个回路;
3一轴半对半轴(HI)型(图c),每侧前制动器的半数轮缸和全部后制动器轮缸属于一个回路,其余的前轮缸则属于另一个回路;
4半轴一轮对半轴一轮(LL)型(图d),两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器作用;
5双半轴对双半轴(HH)型(图e),每个回路均只对每个前后制动器的半数轮缸起作用。
图2.3不同的双管路系统布置
其中Ⅱ型的管路布置最为简单,成本较低。
但这种型式后制动回路失效,则一旦前轮抱死即极易丧失转弯能力。
X型的结构也很简单。
直行制动时任何一回路失效,剩余总制动力都能保持正常值的50%。
但一旦某一管路损坏则造成制动力不对称,使汽车丧生稳定性。
HI、HH、LL型的结构都较为复杂,本次设计不予考虑。
X型的布置方案可适于本次设计。
第3章制动器设计与校核
3.1盘式制动器主要元件
3.1.1制动盘
制动盘一般由珠光体灰铸铁制成,钳盘式制动器用礼帽形结构,其圆柱部分长度取决与布置尺寸为了改善冷却,有的钳盘式制动器的制动盘铸成中间有径向通风槽的双层盘,可大大增加散热面积,但盘的整体厚度较大,由于此次设计的捷达车型属于质量一般的轿车,所以设计时选择实心制动盘式设计方案。
制动盘直径直径一般为轮毂直径的70%-79%,捷达轮毂初取320mm
则制动盘直径初选D=256mm
制动盘内径选取d=157mm
捷达所选制动盘厚度初选为h=14mm(多选10—20mm之间)
3.1.2制动钳
制动钳由可锻铸铁KTH370—12或球墨铸铁QT400—18制造,制动钳体应有高的强度和刚度。
一般多在钳体中加工出制动油缸,也有将单独制造的油缸装嵌入钳体中的。
为了减少传给制动液的热量,多将杯形活塞的开口端顶靠制动块的背板。
有的活塞的开口端部切成阶梯状,形成两个相对且在同一平面内的小半圆环形端面。
活塞由铸铝合金或钢制造。
为了提高耐磨损性能,活塞的工作表面进行镀铬处理。
当制动钳体由铝合金制造时,减少传给制动液的热量成为必须解决的问题。
为此,应减小活塞与制动块背板的接触面积,有时也可采用非金属活塞。
3.1.3制动块
制动块由背板和摩擦衬块构成,两者直接压嵌在一起。
活塞应能压住尽量多的制动块面积,以免衬块发生卷角而引起尖叫声。
制动块背板由钢板制成。
许多盘式制动器装有衬块磨损达极限时的警报装置,以便及时更换摩擦衬片。
初选摩擦片厚度为10mm
3.1.4摩擦材料
制动摩擦材料应具有高而稳定的摩擦系数,抗热衰退性能好,不能在温度升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降;
材料的耐磨性好,吸水率低,有较高的耐挤压和耐冲击性能;
制动时不产生噪声和不良气味,应尽量采用少污染和对人体无害的摩擦材料。
捷达选取以石棉纤维为主并与树脂粘结剂,调整摩擦性能的填充物(由无机粉末及橡胶,聚合树脂等配成为石磨)等混合而成。
各种摩擦材料摩擦系数的稳定值约为0.3~0.5,少数可达0.7。
设计计算制动器时一般取0.3~0.35。
选用摩擦材料时应注意,一般说来,摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。
初选时摩擦系数选择为f=0.3
3.1.5制动器间隙
为保证制动盘能自由转动。
一般,盘式制动器的为0.1~0.3mm
初选制动器间隙为0.2mm
3.2同步附着系数的选取
理想的前后制动器分配曲线(I线)如下:
图3.2某载货汽车的Ⅰ线与β线
通过对汽车的受力分析可知,制动时前后轮同时抱死,对附着条件的利用,制动时汽车的方向稳定性等均有利,此时的前后轮制动器制动力和的关系曲线,称为理想的前后轮制动器制动力分配曲线。
在任何附着系数的路面上,前后轮同时抱死的条件是:
前后轮制动器制动力之和等于附着力;
并且前后轮制动器制动力分别等于各自的附着力,即:
(3-1)
(3-2)
(3-3)
式中:
——重力
——前、后制动力
——地面对前、后轮法向反作用力
将:
代入
得:
(3-4)
简化得:
(3-5)
——轴距
——汽车质心距前轴距离
——汽车质心距后轴距离
——附着系数
现在不少汽车的前后制动器制动力之比为一固定值,常用前制动力与总制动力之比来表明分配比例,称为制动器动力分配系数,用β表示,即:
(3-6)
——汽车制动器总制动力
所以
若用
为一直线通过坐标原点,且其斜率为:
这条直线称为实际前后制动器制动力分配曲线,简称β线。
因为所设计捷达为轻型轿车的盘式制动器的,而现代轿车的行使状况较好,特别是高级公路的高速要求,同步附着系数可选大些(
),在此,选取
,则:
所以由
(3-7)
(3-8)
,
(3-9)
得
I线上任一点代表在该附着系数的路面上前后制动器,制动时应有的数值,图中β线与I线(满载)交与B点,此时同步附着系数
=0.7。
它由汽车结构参数决定,是反映汽车制动性能的一个参数。
在同步附着系数
的路面上制动上制动时才能使前后车轮同时抱死。
3.3制动器效能因数
制动器在单位输入压力或力的作用下,所输出的力或力矩称为制动器效能因数(BEF)来表示,它器而言,其效能因数为k=2f.
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