3196 某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),轎車,前輪,制動(dòng)器,結(jié)構(gòu),分析,設(shè)計(jì)
xxxxx 大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）題 目： 某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 班 級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 日 期： 目 錄引言 ..........................................................................21.概況與現(xiàn)狀分析 ..............................................................31.1.轎車制動(dòng)器概況 ............................................................31.2.制動(dòng)器研究現(xiàn)狀分析 ........................................................42.制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值及其選擇 ................................................62.1.相關(guān)主要技術(shù)參數(shù) ..........................................................62.2.同步附著系數(shù)的分析 ........................................................62.3.確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù) ................................................72.4.制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 ......................................................73.浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 ......................................................93.1.盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 ................................................93.2.浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn) .....................................104.浮鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 .....................................................124.1.浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .........................................124.2.浮鉗盤式制動(dòng)器主要部件結(jié)構(gòu)的確定 .........................................135.制動(dòng)性能分析 ...............................................................165.1.制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) .........................................................165.2.制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析 .................................................175.3.制動(dòng)減速度 ...............................................................185.4.制動(dòng)距離 S ...............................................................195.5.摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 ...................................................196.盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) .....................................................216.1.優(yōu)化模型的建立 ...........................................................216.2.算法的設(shè)計(jì) ...............................................................256.3.優(yōu)化結(jié)果的分析 ...........................................................277.總結(jié) .......................................................................29附件：1、浮鉗盤式制動(dòng)器總體裝配圖2、制動(dòng)盤二維零件圖3、裝配結(jié)構(gòu)爆炸圖4、各三維零件圖1某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)摘要：制動(dòng)系統(tǒng)是汽車主動(dòng)安全的重要系統(tǒng)之一，本文主要介紹了某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。首先介紹了轎車制動(dòng)器的概況和研究現(xiàn)狀，并根據(jù)給定的制動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)確定了同步附著系數(shù)、制動(dòng)力矩等變量。再通過對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析，最終確定浮鉗盤式制動(dòng)器的尺寸及材料并用 CAD 畫出二維裝配圖及制動(dòng)盤零件圖以及 SolidWorks 軟件繪出其裝配圖和爆炸圖。除此之外，還采用了Matlab 得到制動(dòng)力分配曲線以及優(yōu)化工具箱的遺傳優(yōu)化算法對(duì)制動(dòng)器尺寸進(jìn)行優(yōu)化。關(guān)鍵字：轎車前輪 盤式制動(dòng)器 優(yōu)化設(shè)計(jì)2引言汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運(yùn)輸工具。汽車制動(dòng)系是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng),它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置。而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)健裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大,人們對(duì)安全性、可靠性要求越來(lái)越高，為保證人身和車輛的安全,必須為汽車配備十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng)。隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，如何縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)效率，降低成本等，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為企業(yè)成功的關(guān)鍵。提及汽車制動(dòng)系統(tǒng)，大家都知道有鼓式和盤式制動(dòng)器兩種，特別是在上世紀(jì) 80 年代還是稀奇、高端玩意兒的盤式制動(dòng)器，如今已基本上在民用轎車上得到了普及。由于蹄式制動(dòng)器散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。所以，傾向于采用散熱性能較好的盤式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且還有不同的種類，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式制動(dòng)器兩大類，鉗盤式制動(dòng)器又分為浮鉗盤式制動(dòng)器和定鉗盤式制動(dòng)器兩大類。為了防止汽車跑偏，往往前輪采用盤式制動(dòng)器。本文主要對(duì)浮鉗盤式制動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。通過查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，根據(jù)給定的制動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)確定了同步附著系數(shù)、制動(dòng)力矩等變量。再通過對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析，最終確定浮鉗盤式制動(dòng)器的尺寸及材料并用 CAD 畫出二維裝配圖及制動(dòng)盤零件圖以及 SolidWorks軟件繪出各零件三維圖、三維總裝配圖和爆炸圖等。除此之外，還采用了 Matlab 得到制動(dòng)力分配曲線以及優(yōu)化工具箱的遺傳優(yōu)化算法對(duì)制動(dòng)器尺寸進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無(wú)害的材料。31.概況與現(xiàn)狀分析1.1.轎車制動(dòng)器概況制動(dòng)器的組成部件很多，其中的主要的部件包含制動(dòng)盤、摩擦片、固定器、制動(dòng)鉗體等。汽車制動(dòng)的過程中各個(gè)部件均受到復(fù)雜的力和力矩的作用，因此容易造成制動(dòng)盤、摩擦片、固定器、鉗體的變形等，引起磨損不均勻。有時(shí)制動(dòng)器還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，引起噪聲，甚至引起方向盤、制動(dòng)踏板、制動(dòng)底板和座椅的劇烈抖動(dòng)。振動(dòng)還會(huì)引起汽車跑偏，嚴(yán)重影響汽車的穩(wěn)定性能。制動(dòng)器在制動(dòng)過程中因使用不當(dāng)或制造、裝配誤差及設(shè)計(jì)不合理等因素還會(huì)有一些工作不良或故障現(xiàn)象發(fā)生，以下對(duì)這些現(xiàn)象和原因進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：1)、磨損不均勻，結(jié)合不同步，導(dǎo)致先接觸點(diǎn)的壓力急劇加大，局部摩擦力超過摩擦片和制動(dòng)盤表面的應(yīng)力極限值，導(dǎo)致嚴(yán)重的局部的磨損或者是損傷，并目會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤和摩擦片的局部溫度迅速升高，局部燒傷摩擦片，失去制動(dòng)能力。結(jié)合不同步的主要原因還是制動(dòng)器的低頻和高頻共振誘發(fā)制動(dòng)系統(tǒng)的變形引起的。2)、制動(dòng)振動(dòng):制動(dòng)振動(dòng)按照發(fā)生機(jī)理可以將其分為 3 類:低頻抖動(dòng)、中頻顫動(dòng)和高頻嘯叫。制動(dòng)抖動(dòng)是指車輛在一定車速范圍內(nèi)實(shí)施制動(dòng)時(shí)引起轉(zhuǎn)向盤.、制動(dòng)踏板、車身底板和座椅的劇烈抖動(dòng)現(xiàn)象，是制動(dòng)引起的振動(dòng)的一種。低頻抖動(dòng)主要是由制動(dòng)力矩波動(dòng)引起的低頻強(qiáng)迫振動(dòng)，抖動(dòng)的頻率和車速呈現(xiàn)一定的階次關(guān)系，頻率在 100HZ 以下，通常是10~50HZ.抖動(dòng)一般發(fā)生在車輛高速行駛并進(jìn)行中等強(qiáng)度的制動(dòng)時(shí)。當(dāng)車速下降到一定程度的時(shí)候制動(dòng)抖動(dòng)消失，制動(dòng)抖動(dòng)一般由低階擾動(dòng)引起。中頻顫振是制動(dòng)盤和摩擦片表面的摩擦特性引起的，頻率是 100~1000Hz。制動(dòng)引起的顫振一般發(fā)生在車速較低的情況下(低于 l0km/h。高頻嘯叫與制動(dòng)系統(tǒng)元件的模態(tài)有關(guān)系，而與車速?zèng)]有關(guān)系，制動(dòng)嘯叫的頻率一般在 1000Hz 以上，并通過空氣進(jìn)行傳播?，F(xiàn)在一般認(rèn)為高頻嘯叫是制動(dòng)系統(tǒng)的一種自激振動(dòng)。3)、制動(dòng)跑偏和側(cè)滑：制動(dòng)過程中車身不按照原路線和方向減速停車，而是自動(dòng)脫離原行駛軌跡，偏向左或者是右側(cè)產(chǎn)生移動(dòng)，這種現(xiàn)象就是制動(dòng)跑偏。這種情況極容易造成交通事故。制動(dòng)跑偏的原因除了車輛設(shè)計(jì)本身的問題以外，其根本的原因就在十左右車輪的制動(dòng)效果不一致，特別是兩前輪的制動(dòng)效果不同時(shí)，更加容易出現(xiàn)制動(dòng)跑偏的現(xiàn)象。當(dāng)左右車輪的路況一致的情況下，那么原因就歸結(jié)于左右車輪的制動(dòng)力矩不等，各個(gè)制動(dòng)器的正壓力、摩擦系數(shù)、接觸面積，制動(dòng)間隙以及各個(gè)零件所處狀態(tài)的差異，都會(huì)導(dǎo)致左右制動(dòng)力矩的不等。因此在維修調(diào)整的過程中要盡量的保持制動(dòng)摩擦力矩的一致。另外由十制動(dòng)抱死狀態(tài)下，路面的縱向附著系數(shù)增加到最大，因此造成側(cè)向的附著系數(shù)急劇下降，容易造成制動(dòng)側(cè)滑現(xiàn)象。4)、摩擦片相變和“表面碳化”現(xiàn)象：制動(dòng)摩擦片的相變是指摩擦片在經(jīng)過持續(xù)高溫作用下冷卻后的殘余厚度增量。制動(dòng)時(shí)摩擦片相變發(fā)生的主要原因是摩擦材料在持續(xù)高溫4后，密度會(huì)有所降低;不合格摩擦片的高溫厚度增量甚至?xí)_(dá)到 1mm,相變會(huì)達(dá)到 0.5mm;摩擦片的局部相變也是造成制動(dòng)尖叫和制動(dòng)自鎖的主要誘因。制動(dòng)器摩擦片的“表面碳化” ，是指由十摩擦片的加工工藝采用了硫酸鋇等粘結(jié)材料，在制動(dòng)高溫的作用下，與制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的微粒，在摩擦片表面燒結(jié)形成光滑的硬化層。 “表面碳化”降低制動(dòng)效能，并誘發(fā)制動(dòng)尖叫。以上的這些現(xiàn)象的發(fā)生直接影響這制動(dòng)器的制動(dòng)效能，從}而影響汽車的行駛安全性。1.2.制動(dòng)器研究現(xiàn)狀分析隨著公路交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，車輛速度的提高以及車輛密度的口益增加，為了保證行車的安全性，制動(dòng)系統(tǒng)的性能以及可靠性就顯得更加重要了。提高制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造水平，改善汽車的制動(dòng)性能，減少制動(dòng)時(shí)振動(dòng)，噪聲，成為汽車領(lǐng)域的越來(lái)越重要的課題。盤式制動(dòng)器具有散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車停下。雖然盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤與空氣接觸的面積很大，但很多時(shí)候其散熱效果還是不能讓人滿意，于是有的制動(dòng)盤上又被開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱以提高制動(dòng)效率，這就是通風(fēng)盤式制動(dòng)器。一般來(lái)說(shuō)，尺寸大的制動(dòng)盤要比尺寸小的制動(dòng)盤散熱效率高，而通風(fēng)盤則要比實(shí)體盤的散熱效率高。四輪轎車在制動(dòng)過程中，一般前輪的制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)作用。因此，一般情況下，汽車前輪制動(dòng)盤的尺寸要比后輪大，且前輪多采用通風(fēng)盤，后輪多采用實(shí)體盤或通風(fēng)盤。各種研究和經(jīng)驗(yàn)表明，汽車制動(dòng)時(shí)的共振，制動(dòng)器各個(gè)部件的變形是振動(dòng)、噪聲以及制動(dòng)器不正常磨損的原因。迄今為止，人們已經(jīng)把全息照相、激光多普勒分析、有限兀分析以及試驗(yàn)?zāi)B(tài)技術(shù)等引入到制動(dòng)器的振動(dòng)和噪聲研究中，并取得了大量的成果。全息照相技術(shù)向人們展示了制動(dòng)過程中振動(dòng)的真實(shí)形態(tài);有限兀及模態(tài)分析的統(tǒng)一，使得建立與實(shí)際相符合的振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型成為了可能，這些都對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析提供了便利。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合和預(yù)測(cè)時(shí)，需要給出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。此時(shí)實(shí)際系統(tǒng)可能尚未完成或者處十經(jīng)濟(jì)性、安全性等因素的考慮，無(wú)法通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，往往需要借助于系統(tǒng)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。所謂系統(tǒng)仿真是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行仿真模型，模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及隨時(shí)間變化的過程，并通過對(duì)仿真運(yùn)行過程的觀察和統(tǒng)計(jì)，得出被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特性，以此來(lái)推斷和估計(jì)實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和真實(shí)性能。采用仿真方法研究汽車的各項(xiàng)性能時(shí)，需對(duì)汽車作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，然后應(yīng)用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算分析。隨著簡(jiǎn)化程度的不同，必然會(huì)使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況之間存在不同程度的偏差。由十汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其整車、零部件以及各總成的運(yùn)動(dòng)模型和力學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)這些模型進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)要保證一定的精度，所需要的工作量是很大的，在很大程度上受到了計(jì)算機(jī)處理能力的限制。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力有了突飛猛進(jìn)的提高，因此5使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)越來(lái)越多地用十汽車的研究開發(fā)和設(shè)計(jì)制造中。近年來(lái)，虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual Prototype Technology)得到快速的發(fā)展，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以綜合考慮制動(dòng)器非線性法向載荷、粘滑作用、結(jié)構(gòu)禍合等因素，分析具體情況下制動(dòng)器振動(dòng)的主要誘因。虛擬樣機(jī)技術(shù)已成為解決工程問題的一種快速、有效的手段。盤式制動(dòng)器具有散熱性好、制動(dòng)效能穩(wěn)定、抗水衰退能力強(qiáng)、易于保養(yǎng)和維修等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、鐵路、車輛和工程機(jī)械。對(duì)盤式制動(dòng)器的早期研究側(cè)重于試驗(yàn)研究其摩擦特性，隨著用戶對(duì)其制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高，有關(guān)其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面的研究也在深入進(jìn)行由于盤式制動(dòng)器在汽車中的使用日益增多，其研究工作方興未艾。由于其用途的廣泛性及結(jié)構(gòu)形式的多樣性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其研究方向和研究方法的選擇不盡相同，有的從理論方面進(jìn)行專題研究，有的從試驗(yàn)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。要對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行完整的熱分析，還要從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步研究：① 由于制動(dòng)過程中壓力分布與溫度場(chǎng)及磨損相互耦合，應(yīng)將壓力分布與熱分析及磨損作為統(tǒng)一的耦合問題來(lái)分析，同時(shí)必須采用彈塑性理論求解應(yīng)力場(chǎng)；②由于實(shí)際接觸表面為粗糙表面，應(yīng)研究粗糙表面的形貌模型，并在該模型的基礎(chǔ)上研究制動(dòng)器摩擦磨損熱動(dòng)力學(xué)；③ 現(xiàn)在對(duì)摩擦材料熱物理特性缺乏研究，今后可考慮對(duì)特定的制動(dòng)材料配對(duì)進(jìn)行包括材料熱物理參數(shù)在內(nèi)的整個(gè)摩擦、磨損研究。隨著高新技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展及新材料的不斷出現(xiàn)，盤式制動(dòng)器的理論與試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容也將會(huì)得到不斷更新與發(fā)展?；谀壳氨P式制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀，今計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、熱彈塑性理論和斷裂力學(xué)理論，研究其摩擦副間熱力耦合的摩擦機(jī)制及其破壞機(jī)理}借助有限元、相似理論和模態(tài)綜合技術(shù)，建立其低頻噪聲結(jié)構(gòu)耦合模型，形成數(shù)值仿真計(jì)算模型，通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，研究其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)低頻噪聲的影響，進(jìn)而定量提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。62.制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值及其選擇2.1.相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)給定的相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如下：整車質(zhì)量： 空載：1550kg滿載：2000kg質(zhì)心位置： a=L1=1.35m b=L2=1.25m質(zhì)心高度： 空載：hg=0.95m滿載：hg=0.85m軸 距： L=2.6m輪 距: L =1.8m0最高車速： 160km/h車輪工作半徑：370mm輪轂直徑： 140mm輪缸直徑： 54mm輪 胎： 195/60R14 85H同步附著系數(shù)： 0.6?0?2.2.同步附著系數(shù)的分析同步附著系數(shù)的分析如下：(1)當(dāng) 時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；0??(2)當(dāng) 時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)?定性；(3)當(dāng) 時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能0??力。分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為 的路面上制動(dòng) (前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)0?減速度為 ，即 ，q 為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù) 的路面上制動(dòng)時(shí)，gqdtu0?? ?達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度 ,這表明只有在 的路面上，地面的附著條件?0??才可以得到充分利用。根據(jù)相關(guān)資料查出轎車 0.6，故取 .?0?0??72.3.確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù) ?前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù) 的確定常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用 表示，即：?uF1?21?式中， ：前制動(dòng)器制動(dòng)力；u：后制動(dòng)器制動(dòng)力；2F：制動(dòng)器總制動(dòng)力。u由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配系數(shù)可由下式得到：根據(jù)公式： （2-Lhg02????1）得： 68..25.1??2.4.制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，要求合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。根據(jù)汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動(dòng)到前輪抱死拖滑，計(jì)算出后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩 2M?由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：（2-egrqhLG??)(1max2??2）式中： ：該車所能遇到的最大附著系數(shù)；?q：制動(dòng)強(qiáng)度；：車輪有效半徑；er：后軸最大制動(dòng)力矩；max2?M8G：汽車滿載質(zhì)量；L：汽車軸距；其中 q= = =0.66 （2-gha???)(0?85.0)67.(35.1???3）故后軸 = =1.57 Nmmmax2?M37.)..(6 610?后輪的制動(dòng)力矩為 =0.785 Nmm2/1057.6?610?前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1?ax1f max2f??6610前輪的制動(dòng)力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm60?6193.浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析3.1.盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇制動(dòng)器是用來(lái)吸收汽車的動(dòng)能，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹У酱髿庵?，迫使汽車車速迅速降低，直至停車的機(jī)構(gòu)，是制動(dòng)系中用以產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件。制動(dòng)器一般是利用摩擦效應(yīng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此來(lái)講，制動(dòng)器的散熱性能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)是十分重要的。如果制動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期處十一種高溫的狀態(tài)，就會(huì)阻礙能量的轉(zhuǎn)換過程，造成制動(dòng)效能下降。車速越高，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱能越大，對(duì)制動(dòng)性能的要求也就越高。因此隨著車速的提高，現(xiàn)代轎車除了采用散熱性能較好的鋁合金車圈來(lái)降溫以外，一般都采用散熱性能優(yōu)越的盤式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器又叫做碟式制動(dòng)器，一般是由液壓控制，主要的部件有制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗、固定器，制動(dòng)輪缸等組成。按摩擦副中固定元件的結(jié)構(gòu)不同，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式兩類。全盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件和旋轉(zhuǎn)元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸。其工作原理如摩擦離合器，故又稱為離合器式制動(dòng)器。用得較多的是多片全盤式制動(dòng)器，以便獲得較大的制動(dòng)力。但這種制動(dòng)器的散熱性能較差，故多為油冷式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為固定鉗盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。定鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿著制動(dòng)盤軸線方向移動(dòng)，因此必須在制動(dòng)盤的兩側(cè)都安裝制動(dòng)塊的促動(dòng)裝置，以便于將兩側(cè)的制動(dòng)塊分別壓向制動(dòng)盤.。定鉗盤式制動(dòng)器在制動(dòng)鉗體上有兩個(gè)液壓油缸，其中各裝有一個(gè)活塞。當(dāng)壓力油液進(jìn)入兩個(gè)油缸活塞外腔時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)活塞向內(nèi)將位于制動(dòng)盤兩側(cè)的制動(dòng)塊總成壓緊到制動(dòng)盤上，從而將車輪制動(dòng)。當(dāng)放松制動(dòng)踏板使油液壓力減小時(shí)，回位彈簧又將兩制動(dòng)塊總成及活塞推離制動(dòng)盤。這種型式也稱為對(duì)置活塞式或浮動(dòng)活塞式。定鉗盤式制動(dòng)器的缺點(diǎn)就是：1） 、制動(dòng)盤的兩側(cè)各有液壓缸，使制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。2） 、液壓缸分裝于制動(dòng)盤的兩側(cè)，制動(dòng)液必須跨越制動(dòng)盤的鉗內(nèi)油道或者外部的油管。3） 、熱負(fù)荷較大，液壓缸和跨越制動(dòng)盤的鉗內(nèi)制動(dòng)管路或者是外部油管內(nèi)的制動(dòng)液容易氣化。4） 、若想兼用于駐車制動(dòng)裝置，則必須要添加一個(gè)機(jī)械促動(dòng)的駐車制動(dòng)鉗。由于上述的種種原因，定鉗盤式制動(dòng)裝置已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨勢(shì)，也逐漸的在 70 年代以后讓位于浮鉗盤式制動(dòng)器。浮鉗盤式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤的一側(cè)裝油缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于布置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車制動(dòng)，在兼行車和駐車制動(dòng)的情況下不需要加設(shè)駐車制動(dòng)鉗，只需要在行車制動(dòng)鉗液壓缸的附近加裝一10些用于推動(dòng)液壓缸活塞的駐車制動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)零件即可。浮動(dòng)鉗由于沒有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，減少了受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽較少使冷卻條件較好，另外，單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要長(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)液溫度比用固定鉗時(shí)低 30℃～50℃，氣化的可能性較小。但由于制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的，必須設(shè)法減少滑動(dòng)處或擺動(dòng)中心處的摩擦、磨損和噪聲。因此本設(shè)計(jì)采用浮鉗盤式制動(dòng)器，3.2.浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)浮鉗盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件是兩塊帶有摩擦襯塊的制動(dòng)塊，后者裝在以螺栓固定于轉(zhuǎn)向節(jié)或橋殼上的制動(dòng)鉗體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。制動(dòng)鉗體 2 通過導(dǎo)向銷 6 與車橋7 相連，可以相對(duì)于制動(dòng)盤 1 軸向移動(dòng)。制動(dòng)鉗體只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝在鉗體上。兩塊制動(dòng)塊之間裝有作為旋轉(zhuǎn)元件的制動(dòng)盤，制動(dòng)盤是以螺栓固定在輪轂上。由于制動(dòng)塊的摩擦襯塊與制動(dòng)盤的接觸面積很小，在制動(dòng)盤上所占的中心角一般僅約為 30°～50°，故這種盤式制動(dòng)器又稱為點(diǎn)盤式制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，散熱性較好，但因摩擦襯塊的面積較小，制動(dòng)時(shí)其單位壓力很高，摩擦面的溫度較高，因此，對(duì)摩擦材料的要求也較高。圖 3-1 浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.3-1 floats the pliers disc brake diagram of mechanism浮鉗盤式制動(dòng)器除了上述特點(diǎn)外，與鼓式制動(dòng)器相比，還具有盤式制動(dòng)器共同的優(yōu)缺11點(diǎn)。1)熱穩(wěn)定性好，由于制動(dòng)盤暴露在外，散熱快，所以基本無(wú)熱衰退現(xiàn)象，連續(xù)多次使用制動(dòng)力矩變化小;一般無(wú)自行増力作用，襯塊摩擦表現(xiàn)壓力分布較鼓式中的襯片更為均勻，此外，制動(dòng)鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄的中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能，這稱為機(jī)械衰退，制動(dòng)盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故無(wú)機(jī)械衰退問題，因此，前輪采用盤式制動(dòng)器。汽車制動(dòng)時(shí)不易跑偏。2)水穩(wěn)定性好，制動(dòng)盤對(duì)盤的單位壓力高，易將水?dāng)D出，并且由于襯塊對(duì)盤的擦拭作用和旋轉(zhuǎn)離心甩水作用，使得比蹄式制動(dòng)器排水容易得多，浸水后制動(dòng)效率降低不多;出水后只需經(jīng)一，二次制動(dòng)即能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需經(jīng)十余次制動(dòng)方能恢復(fù)。3)制動(dòng)力矩比較平穩(wěn)，與車輛運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，而且由于沒有如蹄式制動(dòng)器的增力作用，因此摩擦系數(shù)變化對(duì)制動(dòng)效率沒有多大影響。4)制動(dòng)襯塊上壓力分布均勻，磨損均勻，比蹄式制動(dòng)器使用壽命長(zhǎng)，維修方便。5)襯塊與制動(dòng)盤之間的間隙小（0.05-0.15mm） ，從而縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。此外由于鉗盤式制動(dòng)器在輪毅外，所以更換襯塊比較方便，本身結(jié)構(gòu)上具有自動(dòng)調(diào)整襯塊和盤之間間隙的功能，不需要經(jīng)常調(diào)整間隙。當(dāng)然，鉗盤式制動(dòng)器也有以下缺點(diǎn)：1)摩擦面積小，單位壓力高，造成工作溫度高，因此要求摩擦材料能耐高壓和高溫。2)暴露在外難以防止塵土、沙粒，易磨損和銹蝕。3)沒有增力作用.制動(dòng)效率系數(shù)低。124.浮鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算4.1.浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定4.1.1.制動(dòng)盤直徑 D制動(dòng)盤直徑 D 希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤直徑 D 受輪毅直徑的限制通常，制動(dòng)盤的直徑 D 選擇為輪毅直徑的 70%~90%，總質(zhì)量大于 2t 的車輛應(yīng)取其上限。通常，制造商在保持有效的制動(dòng)性能的情況下，盡可能將零件做的小些，輕些。輪輞直徑為 14 英寸，又因?yàn)?M=2000kg，取其上限。在本設(shè)計(jì)中： ,取 D=256mm。032.564.21%72???r4.1.2.制動(dòng)盤厚度 h制動(dòng)盤厚度 h 直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些;為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度又不宜過小。制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，可以在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通風(fēng)的制動(dòng)盤在兩個(gè)制動(dòng)表面之間鑄有冷卻葉片。這種結(jié)構(gòu)使制動(dòng)盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，盤內(nèi)扇形葉片的選擇了空氣循環(huán)，有效的冷卻制動(dòng)。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度為l0mm~ 20mm，具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤厚度取為 20mm~ 50mm，但多采用 20mm~30mm。在本設(shè)計(jì)中選用通風(fēng)式制動(dòng)盤，h 取 20mm。圖 4-1 制動(dòng)盤的二維圖及三維圖Fig.4-1 brake disc's two dimensional plot and graphic model 4.1.3.摩擦襯塊外半徑 R2 與內(nèi)半徑 R1推薦摩擦襯塊外半徑 R2 與內(nèi)半徑 R1 的比值不大于 1.5。若比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終將導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。13在本設(shè)計(jì)中取外半徑 R2=104mm， ,則內(nèi)半徑 R1=80mm。3.12?4.1.4.摩擦襯塊工作面積 A摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在 1.6kg/ ～3.5kg/ 范圍內(nèi)選取。汽車空載質(zhì)2cm2c量為 1550kg，前輪空載時(shí)地載荷為 852.5kg，所以 852.5/(3.5*4)
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