毕业设计论文汽车盘式制动器设计管理资料文档格式.docx
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12制动系统研究现状2
13课题主要内容3
14课题研究方案4
2制动器的结构形式选择5
21鼓式制动器结构形式简介5
22盘式制动器结构形式简介7
23盘式制动器的优缺点8
22该商务车制动器结构的最终选择8
3制动系的主要参数及选择10
31制动力与制动力分配系数11
32同步附着系数15
33制动强度和附着系数利用率17
34制动器最大制动力矩18
35制动器因数19
36盘式制动器主要参数的确定20
4制动器的设计计算21
41摩擦衬块的磨损特性计算21
com耗散率21
com功22
42制动器热容量和温升核算23
43盘式制动器制动力矩的计算24
44驻车制动计算25
5制动器主要零部件的结构设计与计算27
51制动盘27
52制动钳28
53制动块28
54摩擦材料28
55制动轮缸29
56制动间隙的调整方法及相应机构29
6制动驱动机构的结构形式选择与计算31
61制动驱动机构的结构型式选择31
62制动管路的多回路系统36
63液压制动驱动机构的设计计算38
com缸直径与工作容积38
com缸直径与工作容积39
com板力与踏板行程40
com缸40
7制动性能分析42
71制动性能评价指标42
com能42
com能的恒定性43
com汽车的方向稳定性43
72制动器制动力分配曲线分析44
结论45
致谢46
参考文献47
附录A外文翻译48
附录B制动器装配图及三维建模57
附录CMATELAB编制制动力分配曲线63
1绪论
11制动系统的基本概念
使行驶中的汽车减速甚至停车使下坡行驶的汽车的速度保持稳定以及使已停驶的汽车保持不动这些作用统称为制动汽车上装设的一系列专门装置以便驾驶员能根据道路和交通等情况借以使外界主要是路面在汽车某些部分主要是车轮施加一定的力对汽车进行一定程度的制动这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力这样的一系列专门装置即称为制动系这种用以使行驶中的汽车减速甚至停车的制动系称为行车制动系用以使已停驶的汽车驻留原地不动的装置称为驻车制动系这两个制动系是每辆汽车必须具备的 任何制动系都具有以下四个基本组成部分
供能装置包括供给调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件
控制装置包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件
传动装置包括将制动能量传输到制动器的各个部件
制动器产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力制动力的部件其中包括辅助制动系中的缓速装置
按制动能源来分类行车制动系可分为以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系称为人力制动系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则是动力制动系其制动源可以是发动机驱动的空气压缩机或油泵兼用人力和发动机动力进行制动的制动系称为伺服制动系
驻车制动系可以是人力式或动力式专门用于挂车的还有惯性制动系和重力制动系按照制动能量的传输方式制动系可分为机械式液压式气压式和电磁式等同时采用两种以上传能方式的制动系可称为组合式制动系车辆主要还是采用盘式和鼓式制动器的组合形式虽然盘式制动器的使用经济性现在有所提高但是与鼓式制动器比起来还是贵得多当然气压盘式制动器的性能更优越内衬的使用寿命更长维修间隔和保养技术也进一步提升
摩擦材料现在更大程度的向有机材料类型转变这对盘式制动器的发展来说是一个契机可以使得气压盘式制动器在更高的温度下运行而鼓式制动器材料是不能承受这样的温度的鼓式制动器的发展已经达到了最高限度
因此汽车制动器未来的发展重点是浮钳式盘式制动器尤其在前轮安装的通风盘式制动器又是发展重点另外作为需要在增大制动力的一种制动产品双盘式制动器在商用车应用的气压式双盘式制动器将是未来发展的方向在后轮盘式制动器中带驻车制动器功能的盘中鼓式制动器将是未来发展的一种趋势随着BBW技术的发展盘式电动制动器是未来发展的重点方向80年代之前国内外都主要采用有石棉树脂型摩擦材料用于汽车制动但因石棉摩擦产生有毒粉尘吸入人体后对肺产生影响以及产生环境污染同时在高速高温下石棉材料的强度摩擦系数耐磨性能等均下降因此汽车制动无石棉化是一种必然的发展趋势国外从70年就开始禁止采用石棉用做制动材料我国在1999年修改的GB12676-1999法规也明确规定2003年10月1日之后制动衬片应不含石棉目前国际上第三代摩擦材料无石棉有机物NAO片主要使用玻璃纤维芳香族聚酰纤维或其它纤维碳陶瓷等作为加固材料其主要优点是无论在低温或高温都保持良好的制动效果减少磨损降低噪音延长刹车盘的使用寿命代表目前摩擦材料的发展方向
目前国内多以半金属纤维增强复合摩擦材料应用最为普遍但一些企业和地方根据本身的特点也在研究新型摩擦材料比如由河北工业大学所承担的科研项目替代石棉制品汽车制动摩擦片的研制中采用当地的海泡石纤维来研制摩擦材料取得初步成功西安交大与广东省东方剑麻集团有限公司联合研制采用剑麻作为增强纤维也初步取得成功据报道该制动器的摩擦系数磨损率硬度冲击韧性等各项性能均达到国家标准具有摩擦系数平稳热恢复性能好刹车噪音小使用寿命长低成本等优点另外国内有人研究采用水镁石做摩擦材料不同的纤维有不同的优缺点因此研制一种比较符合各种要求的摩擦材料也就成为人们的追求但不管如何未来汽车制动摩擦材料必须是环保化轻量化以及低成本的原则36212314581070085735推荐主减速比4111最高车速200kmh
根据所给商务车的技术参数及性能参数并综合考虑制动器的设计要求如下
1具有足够的制动效能
2工作可靠
3在任何速度下制动时汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性
4防止水和污泥进入制动器工作表面
5制动能力的热稳定性良好
6操纵轻便并具有良好的随动性
7制动时制动系产生的噪声尽可能小同时力求减少散发出对人体有还的石棉纤维等物质以减少公害
8作用滞后性应尽可能好
9摩擦衬片应有足够的使用寿命
10摩擦副磨损后应有能消除因磨损而产生间隙的机构且调整间隙工作容易最好设置自动调整间隙机构
11当制动驱动装置的任何元件发生故障并是使基本功能遭到破坏时汽车制动系应有音响或光信号等报警提示
结合以上参数及要求适当考虑经济因素设计一款合适的汽车制动器并通过绘图软件将该制动器布置图绘出
14课题研究方案
1制动器的结构方案分析及选择分析该商务车制动器的设计要求通过比较计算以及查阅相关资料选出适合的结构方案
2制动系的主要参数及其选择选择制动力制动力分配系数制动强度最大制动力矩等
3制动器的设计和计算根据所选方案与参数分析计算制动器的制动因数摩擦衬块的磨损特性核算制动器热容量和温升等
4制动器主要零部件的结构设计与计算
5制动驱动机构的结构形式选择与设计计算
6综合上述设计与计算用绘图软件绘制该制动器的零部件图及总布置图
2制动器的结构形式选择
21鼓式制动器结构形式简介
鼓式制动器是最早形式的汽车制动器当盘式制动器还没有出现前它已经广泛用干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袖套管的凸缘上其旋转的摩擦元件为制动鼓车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上制动时利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路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因柱表面与制动带摩擦片的内圆弧面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但现代汽车已很少采用所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式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
图21鼓式制动器简图
a领从蹄式用凸轮张开b领从蹄式用制动轮缸张开c双领蹄式非双向平衡式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地使领蹄与从蹄也就相互对调了这种当制动鼓正反方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式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附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
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式制动器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单向双领蹄式制动器如图2c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作用的合力恰好相互平衡故属于平衡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
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用于中轻型载货汽车和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
单向增力式制动器
单向增力式制动器如图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底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仅用于少数轻中型货车和轿车上作为前轮制动器
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成为双向增力式制动器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共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作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
钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器浮钳盘式制动器等
①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联并在制动钳体开口槽中旋转具有下列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从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
②浮动盘式制动器浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的其浮动方式有两种一种是制动钳体可作平行滑动另一种是制动钳体可绕一支承销摆动故有滑动和摆动之分其中滑动应用的较多它们的制动油缸均为单侧的且与油缸同侧的制动块总成是活动的而另一侧的制动块总成则固定在钳体上制动时在油液压力作用下活塞推动活动制动块总成压靠到制动盘而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块总成压向制动盘的另一侧直到两制动块总成受力均等为止对摆动钳式盘式制动器来说钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的摩擦表面对背面的倾斜角为6°
左右在使用过程中摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀一般约为lmm后即应更换这种制动器具有以下优点仅在盘的内侧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加之液压缸冷却条件好所以制动液汽化的可能性小
2全盘式
在全盘式制动器中摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘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没有浮钳盘式制动器广泛
23盘式制动器的优缺点
盘式制动器比鼓式制动器的优点
热稳定好原因是一般无自行増力作用衬块摩擦表现压力分布较鼓式中的衬片更为均匀此外制动鼓在受热膨胀后工作半径增大使其只能与蹄的中部接触从而降低了制动效能这称为机械衰退制动盘的轴向膨胀极小径向膨胀根本与性能无关故无机械衰退问题因此前轮采用盘式制动器汽车制动时不易跑偏
水稳定性好制动块对盘的单位压力高易于将水挤出因而浸水后效能降低不多又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用出水后只需经一二次制动即能恢复正常鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复
制动力矩与汽车运动方向无关
易于构成双回路制动系使系统有较高的可靠性和安全性
尺寸小质量小散热良好
压力在制动衬块上的分布比较均匀故衬块磨损也均匀
更换衬块简单容易
衬块与制动盘之间的间隙小005-015mm从而缩短了制动协调时间
易于实现间隙自动调整
能方便地实现制动器磨损报警以便及时更换摩擦衬块
盘式制动器的主要缺点
难以完全防止尘污和锈蚀封闭的多片全盘式制动器除外
兼作驻车制动器时所需附加的手驱动机构比较复杂
在制动驱动机构中必须装有助力器
因为衬块工作表面小所以磨损快使用寿命低需用高材质的衬块
24该商务车制动器结构的最终选择
汽车制动简单来讲就是利用摩擦将动能转换成热能使汽车失去动能而停止下来因此散热对制动系统是十分重要的如果制动系统经常处于高温状态就会阻碍能量的转换过程造成制动性能下降越是跑得快的汽车制动起来所产生的热量越大对制动性能的影响也越大解决好散热问题对提高汽车的制动性能也就起了事倍功半的作用所以现代轿车的车轮除了使用铝合金车圈来降低运行温度外还倾向于采用散热性能较好的盘式制动器当然盘式制动器也有自己的缺陷例如对制动器和制动管路的制造要求较高摩擦片的耗损量较大成本贵而且由于摩擦片的面积小相对摩擦的工作面也较小需要的制动液压高必须要有助力装置的车辆才能使用而鼓式制动器成本相对低廉比较经济四轮轿车在制动过程中由于惯性的作用前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70-80因此前轮制动力要比后轮大轿车生产厂家为了节省成本就采用前轮盘式制动后轮鼓式制动的方式但随着轿车车速的不断提高近年来采用盘式制动器的轿车日益增多尤其是中高级轿车一般都采用了盘式制动器普通盘式我们比较容易理解就是实心的通风盘式就是空心的顾名思义具有风功效指的是汽车在行使当中产生的离心力能使空气对流达到散热的目的这是由盘式碟片的特殊构造决定的从外表看它在圆周上有许多通向圆心的洞空这些洞空是经一种特殊工艺slottededdrilled制造而成因此比普通盘式散热效果要好许多由于制造工艺与成本的关系一般中高级轿车中普遍采用前通风盘后普通盘的制动片如PassatVentoGolf20Corrado等车部分高级轿车采用前后通风盘值得一提的是在前轮使用通风盘正在逐步取代使用实心盘ABS把大部分的制动力分配到前轮防止甩尾对前刹的散热要求很高所以一般前轮都会采用通风盘3621231458107008573
推荐主减速比4111
最高车速200kmh
轮胎有效半径365mm
31制动力与制动力分配系数
汽车制动时如果忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩则任一角速度的车轮其力矩平衡方程为
31
式中制动器对车轮作用的制动力矩即制动器的摩擦力矩其方向与车轮旋转方向相反N·
m
地面作用于车轮上的制动力即地面与轮胎之间的摩擦力又称为地面制动力其方向与汽车行驶方向相反N
车轮有效半径m
假设当时速至汽车停止时速度刹车距离由
得
由前后轮分配可知假设
前轮的其中一个轮
后轮的其中一个轮
因此由公式31求得
令32
并称之为制动器制动力它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力又称为制动周缘力与地面制动力的方向相反当车轮角速度时大小也相等取决于制动器的结构型式尺寸摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等并与制动踏板力即制动系的液压成正比当加大踏板力以加大和均随之增大但地面制动力受着附着条件的限制其值不可能大于附着力即
≤33
34
式中轮胎与地面间的附着系数
地面对车轮的法向反力
当制动器制动力和地面制动力达到附着力值时车轮即被抱死并在地面上滑移此后制动力矩即表现为静摩擦力矩而即成为与相平衡以
图31制动力与踏板力的关系
图32制动时的汽车受力图
阻止车轮再旋转的周缘力的极限值当制动到0以后地面制动力达到附着力值后就不再增大而制动器制动力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升图31
根据汽车制动时的整车受力分析图32并考虑到制动时的轴荷转移可求得地面对前后轴车轮的法向反力为
35
式中G汽车所受重力
L汽车轴距
汽车质心离前轴距离
汽车质心离后轴距离
汽车质心高度
g重力加速度
汽车制动减速度
算得
汽车总的地面制动力为
36
式中制动强度亦称比减速度或比制动力
前后轴车轮的地面制动力
由式35式36求得前后轴车轮附着力
3-7
在此取附着系数因此求得10151N4564N
上式表明汽车在附着系数为任意确定值的路面上制动时各轴附着力即极限制
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- 毕业设计 论文 汽车 制动器 设计 管理 资料