四驅(qū)越野車車架及制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含6張CAD圖-原創(chuàng).zip

四驅(qū)越野車車架及制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)含6張CAD圖-原創(chuàng).zip,越野車,車架,制動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì),CAD,原創(chuàng) 四驅(qū)越野車車架及制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) The design of a 4x4 vehicle frame and brake system 摘 要 本文主要研究四輪驅(qū)動(dòng)越野車的驅(qū)動(dòng)能力及其車架和制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。車架選用梯形邊梁式車架，縱梁選用相互嵌入的方式使冷沖壓成型的槽鋼焊接而成，橫梁則直接選用焊接的方法使經(jīng)過(guò)冷沖壓成形的槽鋼與鋼板連接在一起，縱梁與橫梁的連接也使用焊接的方法。此外計(jì)算的校準(zhǔn)主要是針對(duì)強(qiáng)度、剛度，對(duì)橫梁進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和危險(xiǎn)截面的應(yīng)力計(jì)算，縱梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也包含在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，制動(dòng)系統(tǒng)則選用液壓傳動(dòng)雙回路制動(dòng)系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求前盤(pán)后鼓的制動(dòng)器，前輪制動(dòng)器就選用通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器，后輪制動(dòng)器采用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中首先就是要對(duì)車輛的力學(xué)模型進(jìn)行分析，繼而對(duì)制動(dòng)器使用力學(xué)性能分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及強(qiáng)度校核。各種設(shè)計(jì)計(jì)算是為了使該設(shè)計(jì)的生產(chǎn)加工的實(shí)用性和應(yīng)用的可能性得到保障。 關(guān)鍵詞：四驅(qū)越野車、車架、制動(dòng)系統(tǒng) Abstract This article mainly for the four-wheel drive off-road vehicle driving performance and its frame and brake system design. The frame adopts trapezoidal side-beam frame, and the stringer is formed by cold-stamping, and the cross-beam is welded with steel plate and cold plate. The stringer and beam are also welded. In addition, the structural design of the longitudinal beam and the calculation of the strength and rigidity are mainly carried out, and the structural design of the beam and the stress calculation of the dangerous section are carried out. Brake system uses mechanical transmission double loop braking system. One front wheel brake with clamp disc brakes, rear wheel brake with double collar shoe brakes. In the design of the braking system, the mechanical model of the vehicle is analyzed first, and the mechanical analysis of the brake is carried out, and the structural design and strength checking are carried out. Various designs are designed to ensure that the design has the possibility of production, processing and application. KEY WORD: Four-wheel drive off-road vehicle、Frame、Braking system 目 錄 摘 要 2 前 言 5 1 越野車車架設(shè)計(jì) 6 1.1 車架概述 6 1.2 車架的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足以下工作需求： 6 1.3 越野車車架的結(jié)構(gòu)型式選擇 6 1.4 車架縱梁、橫梁及其連接 9 1.5 車架的制造及材料的選擇 10 1.6 車架的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11 1.6.1 車架的尺寸計(jì)算 11 1.6.2 車架的縱梁剛度、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 1.6.3 車架橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 2 制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與方案設(shè)計(jì) 21 2.1 制動(dòng)系統(tǒng)的概述 21 2.1.1 制動(dòng)系統(tǒng)的功用 21 2.1.2 制動(dòng)系統(tǒng)的類型 21 2.1.3 制動(dòng)系統(tǒng)的組成 21 2.1.4 制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 22 2.1.5 制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 23 2.1.6 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 25 2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 27 2.2.1 制動(dòng)器的分類 27 3.1制動(dòng)時(shí)車輪的受力 29 3.1.1地面制動(dòng)力 30 3.1.2 制動(dòng)器制動(dòng)力 30 3.1.3 地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系 31 3.2 地面對(duì)前后輪的法向反作用力 32 3.3 理想的前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配 34 4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 36 4.1 越野車制動(dòng)器的力學(xué)計(jì)算 36 4.2 同步附著系數(shù) 37 4.3 制動(dòng)力分配系數(shù) 37 4.4 制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 38 4.5 制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩 38 4.6 制動(dòng)器因數(shù) 38 4.7 制動(dòng)器摩擦系數(shù) 39 4.8 摩擦襯塊的摩擦特性計(jì)算 39 4.9 制動(dòng)器的熱容量和溫升計(jì)算 40 4.10 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 41 4.11 駐車制動(dòng)計(jì)算 42 5. 液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 43 5.1 制動(dòng)輪缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 43 5.1.1 制動(dòng)輪缸直徑與工作容積的計(jì)算 43 5.1.2 制動(dòng)輪缸的強(qiáng)度校核 44 5.2 制動(dòng)主缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 45 5.2.1 制動(dòng)主缸直徑與工作容積的計(jì)算 45 5.2.2 制動(dòng)主缸強(qiáng)度校核 46 5.3 制動(dòng)踏板力與踏板行程 46 5.4 制動(dòng)液的選擇和使用 47 5.4.1 制動(dòng)液的主要性能要求 47 5.4.2 制動(dòng)液的分類 48 總 結(jié) 50 參考文獻(xiàn) 51 前 言 四輪驅(qū)動(dòng)越野車具備高底盤(pán)可以使其通過(guò)深水區(qū)域，輪胎抓地力強(qiáng)從而爬坡度高，較大的馬力能保證在惡劣道路環(huán)境上及野外行駛等優(yōu)點(diǎn)，既能在柏油路上快速行駛，又能在臨時(shí)造的路、鄉(xiāng)村泥路上順利行駛，還能順暢的通過(guò)無(wú)路地區(qū)。四驅(qū)越野車應(yīng)盡量的提高對(duì)車架和制動(dòng)系統(tǒng)的要求來(lái)應(yīng)對(duì)在各種艱苦環(huán)境下的行駛，因此對(duì)車架以及制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要做到兩全其美，要盡量保證車輛在特殊情況下的能力同時(shí)也符合條件，使越野車行駛的更加的可靠安全。本次設(shè)計(jì)主要以比較出名的越野車北京吉普越野汽車牧馬人為參考對(duì)車架及其制動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)行設(shè)計(jì)。 車架是車輛的基本，越野車上大部分部件和總成布置都與車架采用固定連接，使各種總成的保持在一定位置，如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室和相關(guān)的操作機(jī)構(gòu)，車架的作用就像是一座房子的地基，支撐聯(lián)接汽車的各零部件，車內(nèi)外的各種受力都要承受，因此車架在越野車中的作用獨(dú)一無(wú)二且不能替換的。越野車的車架大多數(shù)采用梯形邊梁式結(jié)構(gòu)，安裝車身方便并且車廂和布置其他總成比較簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，并且改造起來(lái)相對(duì)容易，它的彎曲剛度較大，在其承受扭矩的時(shí)，每一部分同時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用梯形邊梁式車架，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度校核。 制動(dòng)系統(tǒng)是能夠使汽車產(chǎn)生阻力的裝置，其基本功能是根據(jù)司機(jī)的想法來(lái)減小汽車的行駛速度，使其達(dá)到安全速度或者停車，并在某些情況下可以進(jìn)行駐停。制動(dòng)系統(tǒng)對(duì)汽車安全駕駛擁有舉重若輕的作用，是保證汽車安全行駛的非常重要的裝備，伴隨道路和汽車的高速發(fā)展，人們對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)性能的標(biāo)準(zhǔn)提高了不少，比如要經(jīng)得起長(zhǎng)時(shí)間使用，更加的安全等，這樣的車輛可以在任何情況下，都能安全和迅速的減速和停車。顯然，一輛良好的四驅(qū)越野車擁有一套安全可靠的制動(dòng)系統(tǒng)是必要的，同時(shí)也為四驅(qū)越野車發(fā)揮良好的動(dòng)力性能提供了重要保證。根據(jù)我國(guó)規(guī)定，所有汽車必須采用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，這是因?yàn)樵陔p回路制動(dòng)系統(tǒng)中，即使其中一個(gè)回路失效，還能利用另一個(gè)回路獲得一定的制動(dòng)力，更加安全可靠。所以根據(jù)任務(wù)書(shū)要求，本次設(shè)計(jì)采用前盤(pán)后鼓的制動(dòng)系統(tǒng)。主要設(shè)計(jì)該系統(tǒng)中的行車制動(dòng)裝置以及駐車制動(dòng)裝置中的關(guān)鍵部件。 1 越野車車架設(shè)計(jì) 1.1 車架概述 汽車車架通常被稱為"大梁”，是整輛車的承重基礎(chǔ)，汽車上很大一部分部件和總成都是要和車架固定連接在一起，比如發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、駕駛室等等的操作機(jī)構(gòu)。車架應(yīng)設(shè)置高度適中，在保證車架離地面有一定高度的同時(shí)也要保證汽車的重心不能太高，這樣有利于提高越野車的穩(wěn)定性、通過(guò)性、靈活性以及獲得較大的前輪轉(zhuǎn)向角。 1.2 車架的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)滿足以下工作需求： （1）滿足汽車總體布置要求。在各種行駛路況下保證汽車各部件之間存在合適的間隙。 （2）車架的強(qiáng)度要在減小質(zhì)量的同時(shí)得到保障，剛性也是如此。汽車在具有惡劣情況的道路上行駛時(shí)，要保證車架不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)變形，以及前后反向平面內(nèi)的彎曲變形，即使又一定的變形，也要避免這些變形在可接受范圍內(nèi)，以至于不會(huì)改變汽車各部件之間的相對(duì)位置，為了減少整車的質(zhì)量，車架的選材方便應(yīng)盡量的輕量化。 （3）從被動(dòng)的方面考慮安全性，要保證車架能夠承受一定的撞擊力量。 （4）設(shè)計(jì)時(shí)也應(yīng)考慮到易于生產(chǎn)和易于改造等方面的要求。 1.3 越野車車架的結(jié)構(gòu)型式選擇 汽車車架根據(jù)結(jié)構(gòu)形式不同，可分為四種類型：邊梁式車架，中梁式車架、綜合式車架和承載式車身。其中，以邊梁式車架應(yīng)用最為廣泛 邊梁式車架：邊梁式車架的組成成分主要包含兩根縱梁與一定數(shù)量的橫梁，縱梁安裝在兩側(cè)起框架作用，橫梁采用鉚接法或者焊接法固定在縱梁之間，起承重作用。其特點(diǎn)是能夠承受較大的彎曲應(yīng)力，在承受扭轉(zhuǎn)力矩的時(shí)候，每一部分都產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，良好的分擔(dān)了載荷。同時(shí)因?yàn)檫吜菏杰嚰塥?dú)特的結(jié)構(gòu)，對(duì)于汽車駕駛室的安裝起到很大的有利作用，改裝汽車也少了很多麻煩，因此被廣泛應(yīng)用于載貨汽車、越野車和大多數(shù)特種車輛上。在中、小型客車上也有采用，轎車應(yīng)用較為少。 邊梁式車架衍生出周邊式車架如圖（1-1）、梯形車架（如圖1-3）、X形車架（如圖1-3）。 圖1-1 周邊式車架 圖1-2 梯形車架 圖1-3 X形車架 中梁式車架：中梁式車架也被稱為脊骨式車架，中間有一根縱梁貫穿前后。如圖1-4所示。 圖1-4 中梁式車架 中梁斷面大多數(shù)是管狀，因此扭轉(zhuǎn)剛度較大，車輪的上下跳動(dòng)空間大。 綜合式車架：綜合式車架的前端采用的是邊梁式車架的結(jié)構(gòu)，而后端則選用的是中梁式車架的結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示。 圖1-5 綜合式車架 也稱為復(fù)合式車架。該車架既有中梁式車架車輪空間更大的優(yōu)點(diǎn)，也有邊梁式載荷好的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)可以被安裝在此車架的邊梁上，而伸出的車架可以使車身固定。 綜合以上車架的性能以及特點(diǎn)，梯形邊梁式車架作為此次越野車車架設(shè)計(jì)方案，車架在前后橋的扭轉(zhuǎn)剛度也都要符合要求，滿足越野車高通過(guò)性要求，車架的縱、橫梁均采用封閉式斷面，相互嵌入并焊接而成 1.4 車架縱梁、橫梁及其連接 縱梁作為車架中的最大部件以及主要承重的部件，其形狀應(yīng)力要求簡(jiǎn)單，為了降低車身的離地間隙、加大懸架搖擺空間，從而采用中部低，兩邊車輪處向上彎曲的形狀。為了盡可能使縱梁各個(gè)斷面的應(yīng)力保持相同，采用其中部的斷面高度高于兩端的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此封閉式箱型斷面是首要選擇。雖然槽型斷面梁的優(yōu)點(diǎn)多，但是由于抗扭性能差的原因不予采用。箱型斷面梁的強(qiáng)度及扭轉(zhuǎn)剛度都好。縱梁采用沖壓成型的方法輔以焊接法拼接而成。 橫梁的作用是將位于兩側(cè)的縱梁連接起來(lái)，從而構(gòu)成一副類似于梯子一樣的完整的車架，并使車架具有一定的扭轉(zhuǎn)剛度，從而減少車架的變形以及某些地方所受的力。橫梁對(duì)支撐一些總成起到重要作用，車架的設(shè)計(jì)采用8根橫梁，保證了車輛的高通過(guò)性，并使其分布在主要承載部位，比如發(fā)動(dòng)機(jī)、駕駛室、水箱等位置。為了增大駕駛員的視野范圍就要降低發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁的支撐高度，前橫梁既要有一定的寬度來(lái)滿足力學(xué)性能也要保證橫梁向下彎曲，在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在其上時(shí)不遮擋視野，即我們所說(shuō)的"元寶梁”。采用獨(dú)立懸架的越野車"元寶梁”作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要部件，加工工藝與其他梁大致相同。發(fā)動(dòng)機(jī)以前端的作用縱梁為端點(diǎn)作為支撐，橫架在上面，前橫梁使寬度減小并選用受力更好的槽型斷面。中橫梁則做成拱形從而給傳動(dòng)軸留出轉(zhuǎn)動(dòng)空間。為了增強(qiáng)懸架的支撐，達(dá)到增強(qiáng)其強(qiáng)敵和剛度的目的，在前后輪處設(shè)置橫梁。其余橫梁都采用簡(jiǎn)單的直槽型。 縱橫梁使用鉚釘法連接而成，因?yàn)殂T釘連接不是固定連接，縱橫梁之間拼接處留有緩沖空間，有利于消除最大應(yīng)力，改善各部分的受力狀況，對(duì)于一些要求在惡劣路況上行駛的越野車具有重要的作用。 1.5 車架的制造及材料的選擇 車架縱橫梁的制造較為方便，一般的工廠利用沖壓機(jī)便可使車架原材料冷沖壓成想要的形狀。車架的組裝則采用焊接工藝來(lái)保證整體的完整性，在某些情況下也能夠使用防松螺栓連接，組裝時(shí)要擁有精確的定位與夾緊，保證其他總成在車架上的相對(duì)位置精度。 車架材料選用時(shí)要考慮到汽車的行駛環(huán)境，因此足夠適應(yīng)惡劣環(huán)境的屈服力峰值要高，疲勞次數(shù)也要高，同時(shí)也應(yīng)該對(duì)單位力的沖擊有較好的防護(hù)，方便車架的加工。因?yàn)榧庸すに嚾Q于材料的特性，為了提高越野車車架的強(qiáng)度，并使其輕量化，材料選用16Mn合金鋼板，冷沖壓工藝成形，可以使疲勞強(qiáng)度下降，同時(shí)延伸率不易過(guò)高，沖壓成形后的疲勞強(qiáng)度大概在150Mpa上下即可。 越野車車架的縱、橫梁的鋼板厚度一般在4mm左右，初步選定4mm為縱梁的鋼板厚度，橫梁厚度則初步選定為3mm。 1.6 車架的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1.6.1 車架的尺寸計(jì)算 （1）根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)任務(wù)書(shū)中給定汽車尺寸對(duì)車架進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)，如圖1-7為整車尺寸。 整車長(zhǎng)/寬/高（mm）：4470/1905/1810 輪胎類型與規(guī)格：265/75 R16 接近角/離去角：α=35°， β=28° 轉(zhuǎn)彎半徑：6m 軸距：2690mm 前后輪輪距：B1=B2=1605mm=B 車架前端距車頭距離為S1=170mm 車架后端距車尾距離為S2=315mm 則初步確定車架長(zhǎng)度L’=4470-170-315=3985mm 因?yàn)镽=6m 輪胎寬B0=265mm 輪輞直徑D=16×25.4=406.4mm 輪胎外徑D0=406.4+2×265×75%=803.9mm （2）當(dāng)汽車以極低的車速行駛而無(wú)側(cè)偏角的時(shí)候，前輪轉(zhuǎn)角δ≈L/R 則 δ≈==0.4483rad≈25° 確定車架的前寬B’和后寬B” 車體與車架的縱梁之間應(yīng)該留有一定的空隙，同時(shí)也不應(yīng)使車輪在達(dá)到最大轉(zhuǎn)向角度時(shí)碰到車架與車體。 則前寬： B’=1040mm 后輪不轉(zhuǎn)向，所以車架的后寬大于前寬： B”=1235mm 為了提高行駛穩(wěn)定性，車架的中寬 B”’>B” B”’=1325mm 則車架的基本尺寸已經(jīng)基本確定，即： 車架長(zhǎng)度：L’=3985mm 車架前寬：B’=1040mm 車架后寬：B”=1235mm 車架中寬：B”’=1325mm 1.6.2 車架的縱梁剛度、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）為了避免汽車的一些總成在行駛時(shí)因?yàn)槁窙r的不同發(fā)生顛簸從而導(dǎo)致位置發(fā)生改變，應(yīng)盡量的消除車身的變形量，可以通過(guò)增大縱梁的彎曲剛度來(lái)達(dá)到此目的。通常越野車的車架的彎曲撓度最大值不應(yīng)超過(guò)10毫米，設(shè)計(jì)時(shí)彎曲剛度的表達(dá)方式用撓度的最大值來(lái)表示，為了保證整個(gè)車輛以及其他部位的工作不受到影響，限制縱梁撓度的大小，即對(duì)縱梁的彎曲剛度進(jìn)行校核。 1）把縱梁看做是支撐跨度1為軸距的簡(jiǎn)支梁。 2）根據(jù)材料力學(xué)給,撓度f(wàn)與剛度的關(guān)系式為f=。 3）根據(jù)其他國(guó)家的各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，大多數(shù)汽車的I/L3在20~30之間。 由3）可首選I/L3=25 因?yàn)? L=2.69m 所以 I=25×2.693=640cm4 因?yàn)槠嚨目傎|(zhì)量為2100kg，減去不必要的質(zhì)量500kg 則集中載荷 P=(2100-500)×10=16000N 因?yàn)? 所以 若I/L3=12，則I=233.6cm4 P－集中載荷 L－軸距 E－彈性模量，16Mn低碳鋼E=2.06×105MPa I－截面慣性矩 （2）車架縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì) 車架的扭轉(zhuǎn)剛度GI可按下式計(jì)算 φ= φ扭轉(zhuǎn)角（車架的扭轉(zhuǎn)角應(yīng)小于1°/m） T – 扭矩 G – 材料的切變模量，G=E/2(1+μ) μ – 泊松比 GIp – 扭轉(zhuǎn)剛度 因?yàn)檐嚰懿牧线x擇的是16Mn鋼板 所以 E=2.06×105MPa μ=0.29 則 G=E/2(1+μ)=79845Mpa 又因?yàn)? I=389 cm4 L=2.69m 滿載時(shí)承載系承受的扭轉(zhuǎn)力矩 Tmax=magb/2L’ b=最大剪力處距前軸的距離 B=輪距 L’=車架的長(zhǎng)度 設(shè)車架的最大剪力處距軸為x，則 X=[2Rf-]/() Gs --- 空載時(shí)負(fù)載 Gs==12000N Ge --- 滿載時(shí)的有效載荷Ge=(2100-1500)=6000N Rf --- 一根縱梁的前支撐反力 Rf=[Gs(l-2b)+Ge(c-c2)]/4l 其中a、b、c、c1、c2、l、L 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可以查出 a=580mm b=715mm c=2980mm c1=1950mm c2=1030mm l=2690mm L=3985mm 代入得x=1226mm 所以Tmax=6118.7N·m φ=TL/GI=0.5°＜1° 則車架的縱梁的扭轉(zhuǎn)剛度滿足設(shè)計(jì)要求。 （3）車架縱梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì) 縱梁上最大載荷出的正應(yīng)力σ= 其中最大受力處F=q===5204N 因?yàn)榭v梁采用的合金鋼板厚度是4毫米，采用冷沖壓的工藝加工，最后相互嵌合的方式成型. 因?yàn)?σ=≤[σ] 所以 A≥ 為了保證四驅(qū)越野車能夠行駛在各種路段，所以取安全系數(shù)n=7。 則[σ]==≈58.6Mpa 得A≥==8.9×10-5m2 取 h1×b×d=60×44×4（mm） h2×b×d=52×44×4（mm） 則 縱梁最大受力處截面積 A= h1d+h2d+4(b-d)d=60×4+52×4+5×（44-4）×4=1088mm2=1.088×10-3m2 則σ===4.8Mpa＜[σ] 則車架縱梁的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足要求?？v梁的中間部位受力最大，因此縱梁中部的高度要比兩端高，具體結(jié)構(gòu)可以參考圖紙。 1.6.3 車架橫梁的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）橫梁長(zhǎng)度的確定 如圖所示，橫梁長(zhǎng)度： L1=L2=L3=1040-2×（44+4）=944mm L4=1195mm L5=1325-2×（44+4）=1229mm L6=1235-2×（44+4）=1139mm （2）由于橫梁1起到保持車架前端穩(wěn)定的作用，主要不承受垂直載荷，受到扭轉(zhuǎn)作用更大，以對(duì)其進(jìn)行扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核（假設(shè)承受100kg的作用力） τmax=≤[τ] 其中初設(shè)計(jì)尺寸：h1=40mm，b1=28-2×4=20mm，截面形狀如圖（1-6）所示 則h/b=2, 圖1-6 橫梁1危險(xiǎn)截面處截面 查邊得 ==119.41×106Pa=119.41MPa＜[τ] 則滿足設(shè)計(jì)要求 （3）橫梁2、3的計(jì)算 由于其上裝載的有發(fā)動(dòng)機(jī)，水箱，電瓶等重要的部件，估計(jì)承受500kg的扭轉(zhuǎn)力，2上承受220kg，3上承受280kg，設(shè)計(jì)尺寸 h2=70mm, b2=32-2×4=24mm h3=80mm, b3=32-2×4=24mm 截面形狀如圖（1-7）、圖（1-8）所示 圖1-7 橫梁2危險(xiǎn)截面處截面 圖1-8 橫梁3危險(xiǎn)截面處截面 h2/b2=2.917, h3/b3=3.33 查表得 得 ==94.046MPa＜[τ] ==104.62MPa＜[τ] 則2、3都能滿足性能要求。 （4）橫梁4上裝載駕駛室，假設(shè)其承受230kg的扭轉(zhuǎn)力。 設(shè)計(jì)尺寸：h4=70mm, b4=42-2×4=34mm,其截面形狀如圖（1-9）所示 圖1-9 橫梁4危險(xiǎn)截面處截面 則 h4/b4=2.06, 查表得 ==70.47MPa＜[τ] 則滿足設(shè)計(jì)要求。 （5）橫梁5的設(shè)計(jì)計(jì)算，假設(shè)承受160kg的扭轉(zhuǎn)力。 設(shè)計(jì)尺寸h5=60mm, b5=32-2×4=24mm 其危險(xiǎn)截面如圖（1-10）所示： 圖1-10 橫梁5危險(xiǎn)截面處截面 則h5/b5=2.5 查表得 則==109.46MPa＜[τ] 滿足性能要求。 （6）橫梁6的設(shè)計(jì)計(jì)算，假設(shè)承受100kg的扭轉(zhuǎn)力。 設(shè)計(jì)尺寸：h6=40mm，b6=30-2×4=22mm，其危險(xiǎn)截面如圖（1-11）所示： 圖1-11 橫梁6危險(xiǎn)截面處截面 則h6/b6=1.818 查表得 ==119.68MPa＜[τ] 則滿足設(shè)計(jì)要求。 車架的詳細(xì)結(jié)構(gòu)尺寸及技術(shù)要求見(jiàn)圖紙。 2 制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法與方案設(shè)計(jì) 2.1 制動(dòng)系統(tǒng)的概述 2.1.1 制動(dòng)系統(tǒng)的功用 制動(dòng)系統(tǒng)功用是使行駛中的汽車減小至安全的速度來(lái)通過(guò)某些區(qū)域，比如人群等，甚至可以?？吭谀承┑胤奖３朱o止不動(dòng)。近年來(lái)我國(guó)發(fā)展迅速，高速公路的建造以及人民水平的日益提高，汽車可以行使的地方越來(lái)越多，擁有車輛的家庭也越來(lái)越多，車流量顯著提高，人們對(duì)汽車的安全駕駛提出了更高的要求，其中便對(duì)汽車的制動(dòng)系統(tǒng)要求更高的穩(wěn)定性。也只有制動(dòng)性能優(yōu)秀、制動(dòng)性能可靠的制動(dòng)系統(tǒng)，才能發(fā)揮出汽車的作用及優(yōu)點(diǎn)。 2.1.2 制動(dòng)系統(tǒng)的類型 汽車制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該至少有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)系統(tǒng)和駐車制動(dòng)系統(tǒng)。 行車制動(dòng)系統(tǒng)的作用是使正在行駛中的車輛強(qiáng)行減緩速度或者停下。常采用雙回路或者多回路結(jié)構(gòu)，以便在某一回路發(fā)生故障時(shí)，還能保證一定的制動(dòng)性能。 駐車制動(dòng)系統(tǒng)可以使汽車長(zhǎng)時(shí)間的?？吭谝欢ㄎ恢没蛘呤切逼律希瑫r(shí)汽車的半坡起步也主要依賴于駐車制動(dòng)系統(tǒng)。駐車制動(dòng)裝置應(yīng)采用機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，以免其產(chǎn)生故障。 應(yīng)急制動(dòng)裝置的作用就是行車制動(dòng)裝置出現(xiàn)問(wèn)題事情時(shí)從而導(dǎo)致不能發(fā)揮作用的時(shí)候，這時(shí)便可以啟用應(yīng)急制動(dòng)裝置來(lái)制動(dòng)確保汽車的安全行駛。 2.1.3 制動(dòng)系統(tǒng)的組成 制動(dòng)系統(tǒng)具有以下四個(gè)基本組成成分。 （1）制動(dòng)能源的供給裝置。包括供能裝置與傳能裝置。制動(dòng)能源能夠產(chǎn)生制動(dòng)能量。如圖2-1所示 圖2-1 （2）制動(dòng)控制裝置。包括一切產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件。圖2-1中的制動(dòng)踏板1即是最簡(jiǎn)單的一種控制裝置。 （3）制動(dòng)傳動(dòng)裝置。將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件，如圖2-1中的制動(dòng)主缸4和制動(dòng)主缸6。 （4）制動(dòng)執(zhí)行裝置-制動(dòng)器。給車輛提供外部制動(dòng)力矩的部件，包括制動(dòng)系統(tǒng)中起輔助作用的減速裝置。 2.1.4 制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理 制動(dòng)系統(tǒng)空閑時(shí)，制動(dòng)鼓沒(méi)有與連接車輪的摩擦元件相接觸，因此不產(chǎn)生制動(dòng)力，汽車輪胎可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)不起任何作用。 制動(dòng)時(shí)，當(dāng)司機(jī)踩下剎車踏板時(shí)，力傳遞給推桿推動(dòng)活塞壓著制動(dòng)油液進(jìn)入制動(dòng)輪缸，然后制動(dòng)蹄受力轉(zhuǎn)動(dòng)，把摩擦片壓向工作表面。這樣工作表面接觸后就會(huì)有一個(gè)摩擦力矩Mμ，車輪受到此制動(dòng)力矩，加上車輪與地面有著附著力，路面便會(huì)受到車輪對(duì)其施加一個(gè)與地面附著力相反的的周緣力Fμ，此時(shí)，車輪也會(huì)受到路面對(duì)其施加的一個(gè)反作用力FB，該力就是汽車減速或停車的制動(dòng)力。防松制動(dòng)踏板后，在回位彈簧的作用下，制動(dòng)回到原點(diǎn)位，制動(dòng)解除 2.1.5 制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求 為了達(dá)到汽車安全行駛的目的，同時(shí)盡可能的提高汽車快速行駛的能力，制動(dòng)系統(tǒng)的基本要求如下： （1）能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)規(guī)定。各項(xiàng)的性能指標(biāo)不僅要滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也要與國(guó)家的相關(guān)規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)匹配，如果銷售對(duì)象為外國(guó)，也要根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r來(lái)修改汽車，以滿足當(dāng)?shù)赜脩舻男枰? （2）具有足夠的制動(dòng)效能，制動(dòng)效能指的是車輛在短時(shí)間內(nèi)降低車速直到完全停止運(yùn)動(dòng)的能力，其中最為主要的是行車以及駐車制動(dòng)兩大效能。制動(dòng)距離或者制動(dòng)減速度是評(píng)判制動(dòng)效能的重要指標(biāo)。表2-1給出了歐美、中國(guó)等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn) 項(xiàng)目 中國(guó)GB7258-2004 歐盟(EEC)71/320 美國(guó) 聯(lián)邦135 實(shí)驗(yàn)路面 負(fù)載 制動(dòng)初速度 制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性 制動(dòng)距離或制動(dòng)減速度 制動(dòng)踏板力 任何荷載 50km/h 不許偏出2.5m通道 ≤20m，大于等于 ≤500N 附著良好 一個(gè)駕駛?cè)嘶驖M載 80km/h 不抱死跑偏 ≤50.7m，≥5.8m/s2 ＜490N Skid no81 輕、滿載 96.5km/h 不抱死偏出3.66m ≤65.8m 66.7-667N 表2-1 （3）工作安全穩(wěn)定，因此車輛應(yīng)至少擁有兩套制動(dòng)裝置，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置，并且這是要兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)。同時(shí)行車制動(dòng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)該布置具有兩套相互不影響的管路，當(dāng)其中一套因?yàn)橐馔馐プ饔脮r(shí)，另外一套也能保證一定的制動(dòng)功能，防止意外的發(fā)生，通常是不低于百分之三十，駐車制動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)從而更加可靠。 （4）制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。汽車在高速行駛中剎車，一段時(shí)間內(nèi)的數(shù)次快速剎車，尤其是下長(zhǎng)坡時(shí)的需要多次的時(shí)間長(zhǎng)的剎車，會(huì)是制動(dòng)器在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到一個(gè)非常高的溫度。特別是下長(zhǎng)坡時(shí)的多次重復(fù)制動(dòng)，可以使摩擦副升溫到350攝氏度左右，有時(shí)甚至高達(dá)650攝氏度。此時(shí)，摩擦因數(shù)受到溫度的影響會(huì)迅速降低，使制動(dòng)能力大部分失效，這種現(xiàn)象稱為熱衰退現(xiàn)象。制動(dòng)器發(fā)生此現(xiàn)象以后，通過(guò)一定時(shí)間的散熱便會(huì)使摩擦副恢復(fù)正常溫度，制動(dòng)效能也會(huì)可以重新恢復(fù)，這個(gè)現(xiàn)象稱為熱恢復(fù)現(xiàn)象。有很多措施可以提高熱衰退現(xiàn)象，比如改變摩擦材料從而提高摩擦的穩(wěn)定性，選用熱容量高的金屬制作制動(dòng)盤(pán)以及制動(dòng)鼓，提高其散熱性等。 （5）制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好。制動(dòng)器摩擦表面接觸到水以后，水相當(dāng)于一定程度的潤(rùn)滑液導(dǎo)致摩擦因數(shù)降低從而發(fā)生"水衰退”現(xiàn)象。一般規(guī)定不在接觸水以后反復(fù)制動(dòng)10次作用，就應(yīng)該恢復(fù)到原有的制動(dòng)效能。優(yōu)秀的摩擦材料能使摩擦性能迅速恢復(fù)，同時(shí)應(yīng)防止一些其他物質(zhì)附著在摩擦副表面，否則不僅會(huì)降低摩擦系數(shù)，也會(huì)損壞摩擦表面，加劇磨損減少使用壽命，某些拉力賽的越野車會(huì)選用封閉的制動(dòng)器來(lái)防止水和泥沙的侵蝕。 （6）制動(dòng)時(shí)的操作性能好。汽車的操縱性以及方向穩(wěn)定性不論在任何速度制動(dòng)的情況，都應(yīng)該保持穩(wěn)定。因此汽車要合理分配前后輪的制動(dòng)力矩，保持合適的比值。最好使各軸的分布載荷隨著汽車的行駛狀態(tài)呈一定的函數(shù)關(guān)系變化。而保證同軸上的車輪制動(dòng)力矩相同。否則因緊急發(fā)生意外時(shí)，駕駛員狠踩剎車會(huì)是車輪瞬間停止轉(zhuǎn)動(dòng)，有可能發(fā)生側(cè)滑或者甩尾駕駛員失去對(duì)方向的控制。如果左右輪的制動(dòng)力矩相差超過(guò)15%則會(huì)引起制動(dòng)跑偏。 （7）制動(dòng)踏板和手柄位置和行程應(yīng)符合人體工程學(xué)要求，易于駕駛員的操作，不至于操作困難造成事故?？紤]到制動(dòng)時(shí)摩擦襯片或者摩擦塊會(huì)與旋轉(zhuǎn)元件之間發(fā)生摩擦，會(huì)有一定的磨損量，因此腳踏板的行程規(guī)定轎車的最大值為150mm。。制動(dòng)手柄行程的最大值應(yīng)該設(shè)在160mm與200mm之間。各國(guó)法規(guī)也有所用不同，規(guī)定最大踏板力在500至700N之間。設(shè)計(jì)時(shí)，緊急制動(dòng)踏板力的選擇范圍，轎車為250N左右，貨車為450N左右，采用伺服制動(dòng)或者動(dòng)力制動(dòng)制動(dòng)裝置時(shí)取最小值。應(yīng)急制動(dòng)時(shí)的手剎拉力的最大值應(yīng)該選取在450N左右為宜，駐車制動(dòng)的手桿拉力的最大值應(yīng)該在600N左右。 （8）發(fā)揮作用的時(shí)間應(yīng)盡量的縮短，包括動(dòng)作的延遲時(shí)間以及解放踏板到制動(dòng)不作用的時(shí)間。 （9）制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪音和振動(dòng)。 （10）與車架上的其他總成之間相互不影響，在遇到崎嶇路況導(dǎo)致車輪的上下跳動(dòng)以及汽車的正常轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)發(fā)生意外的制動(dòng)。 （11）制動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)該設(shè)有自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備以及顯示設(shè)備從而能使駕駛員及時(shí)的發(fā)現(xiàn)汽車的制動(dòng)故障，制動(dòng)系中也應(yīng)該設(shè)置安全裝置，如果車輛的制動(dòng)管路損壞，那么應(yīng)該有防止油液流失的裝置。 （12）能夠每天使用，并且在惡劣環(huán)境如高溫低溫時(shí)，制動(dòng)管路不能產(chǎn)生氣阻和結(jié)冰現(xiàn)象 （13）制動(dòng)系的機(jī)件應(yīng)該具有可長(zhǎng)時(shí)間使用，價(jià)格低的特點(diǎn)，摩擦材料也應(yīng)該選擇綠色環(huán)保無(wú)污染，減少飛散在空氣中的有害物質(zhì)。 2.1.6 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容 目前高級(jí)越野車都采用了電子控制防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS，Anti-lock Braking System）和電控驅(qū)動(dòng)防滑系統(tǒng)（ASR，Acceler Silp Regualion）系統(tǒng)。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用的液壓傳動(dòng)雙回路制動(dòng)系統(tǒng)（如圖2-2），該系統(tǒng)采用液壓助力，前輪采用通風(fēng)盤(pán)式的盤(pán)式制動(dòng)系統(tǒng)，后輪采用領(lǐng)從蹄式的鼓式制動(dòng)系統(tǒng)。駐車制動(dòng)系統(tǒng)與后輪制動(dòng)系統(tǒng)共用。 圖2-2 制動(dòng)系統(tǒng)布置圖 1-制動(dòng)踏板；2-液壓助力器；3-主缸；4-通左前輪和右后輪的制動(dòng)回路；5-通右前輪和左后輪的制動(dòng)回路；6-前輪盤(pán)式制動(dòng)器；7-駐車制動(dòng)操縱桿；8-感載比例閥；9-駐車制動(dòng)操縱纜繩；10-后輪鼓式制動(dòng)器 機(jī)械式駐車制動(dòng)系統(tǒng)的組成零件包含拉桿，搖臂等傳動(dòng)裝置來(lái)控制其作用。 圖2-2所示為一車型前盤(pán)后鼓的制動(dòng)系統(tǒng)布置圖，其中駐動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)械式的，并且與伺服式行車制動(dòng)系統(tǒng)共用后輪制動(dòng)器。該制動(dòng)器由于是機(jī)械式軟軸操縱，作用于后輪，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)，不會(huì)因?yàn)闈B油等因素而失效。 駐車制動(dòng)時(shí)，駕駛員拉起駐車制動(dòng)的操縱桿7，操縱桿受的力將會(huì)通過(guò)一系列機(jī)械裝置拉緊操作纜繩9，連著制動(dòng)蹄張開(kāi)壓緊制動(dòng)鼓實(shí)現(xiàn)剎車。由于駐車制動(dòng)的操縱桿上有棘爪，棘爪配合爪盤(pán)可達(dá)到單向轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，，從而松開(kāi)操縱桿以后不能落下，保證了制動(dòng)蹄長(zhǎng)時(shí)間與制動(dòng)鼓貼合產(chǎn)生一個(gè)力矩使車輪不能轉(zhuǎn)動(dòng)，可以長(zhǎng)時(shí)間的制動(dòng)而且不會(huì)失效，想要解除駐車制動(dòng)，按壓操作桿頂部的按鈕，按鈕會(huì)使棘爪與棘爪盤(pán)分離，從而可以壓下制動(dòng)操作桿，此時(shí)纜繩放松，左右制動(dòng)蹄由回位彈簧作用而恢復(fù)到原來(lái)位置，這樣就解除了駐車制動(dòng)。 駐車制動(dòng)系統(tǒng)的采用機(jī)械式傳動(dòng)來(lái)保障汽車停靠在指定地方，在任何情況下車輪不能發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，只有機(jī)械的方式才能實(shí)現(xiàn)這個(gè)，同時(shí)也能保證停靠的可靠性。 人力液壓制動(dòng)系統(tǒng)使用制動(dòng)液，可以將較小的踏板力轉(zhuǎn)化為一定的液壓力，再通過(guò)制動(dòng)管道將力傳遞給車輪的制動(dòng)器，此時(shí)便完成了人力-液壓力-制動(dòng)力之間的轉(zhuǎn)換。 液壓傳動(dòng)裝置是如今汽車制動(dòng)系統(tǒng)采用的主流裝置，如圖2-2。液壓傳動(dòng)裝置的組成部分主要包括制動(dòng)主缸，液壓管路以及前后輪的制動(dòng)輪缸。通常制動(dòng)踏板機(jī)構(gòu)和制動(dòng)主缸都安裝在車架上面，而車輪因?yàn)榕溆袦p震裝置從而是通過(guò)彈性的懸架與車架的主體連接在一起，因此輪缸的位置經(jīng)常發(fā)生改變，所以一般除了采用銅管連接各制動(dòng)主缸與輪缸外，還會(huì)采用特質(zhì)的橡膠軟管來(lái)保證管道的可靠性，同時(shí)也配有管接頭在各個(gè)管路之間。制動(dòng)前，液壓管道內(nèi)應(yīng)該充滿制動(dòng)液。剎車時(shí)，踏板1受力，主缸3的活塞受力后壓著制動(dòng)液進(jìn)入制動(dòng)輪缸中，壓著制動(dòng)蹄靠靠近制動(dòng)蹄表面產(chǎn)生摩擦力。在制動(dòng)塊與制動(dòng)蹄還沒(méi)有接觸到制動(dòng)盤(pán)與制動(dòng)鼓之前，液壓的壓力不會(huì)很高，因?yàn)榇藭r(shí)還沒(méi)有受到摩擦力矩的作用，踏板力等于液壓管路的壓力以及制動(dòng)回位彈簧的彈力。在制動(dòng)器接觸到制動(dòng)盤(pán)和制動(dòng)鼓以后就開(kāi)始產(chǎn)生摩擦力矩，這個(gè)摩擦力矩就是制動(dòng)力矩，隨著制動(dòng)力矩的增長(zhǎng)，踏板力和管道的液壓力才能繼續(xù)增長(zhǎng)。因?yàn)橛邢鹉z軟管，管道有壓力的同時(shí)軟管會(huì)發(fā)生彈性形變，所以踏板和輪缸活塞還能稍微移動(dòng)一段距離。松開(kāi)剎車踏板后，回位彈簧的彈力會(huì)使其恢復(fù)到最初的狀態(tài)，制動(dòng)解除。 制動(dòng)踏板和駐車制動(dòng)操縱桿與電氣設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備相連，當(dāng)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)指示燈亮，顯示正在制動(dòng)。 本次設(shè)計(jì)任務(wù)主要是前輪通風(fēng)盤(pán)式制動(dòng)器，串聯(lián)式雙腔制動(dòng)主缸和帶有駐車機(jī)構(gòu)的后輪鼓式制動(dòng)器。 2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 2.2.1 制動(dòng)器的分類 制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)中使車輛產(chǎn)生反向加速度的裝置，汽車制動(dòng)器的主要原理是不轉(zhuǎn)動(dòng)的摩擦元件與旋轉(zhuǎn)的工作元件表面發(fā)生摩擦，然后旋轉(zhuǎn)的元件收到摩擦力的摩擦制動(dòng)器。 鼓式制動(dòng)器與盤(pán)式制動(dòng)器均被稱為摩擦制動(dòng)器，其主要區(qū)別在與使用的摩擦元件不同，工作表面為圓柱面的旋轉(zhuǎn)元件是制動(dòng)鼓，工作便面為端面的圓盤(pán)形的制動(dòng)盤(pán)。 摩擦制動(dòng)器根據(jù)旋轉(zhuǎn)元件的不同分為鼓式和盤(pán)式制動(dòng)器兩大類。前者的摩擦副中的旋轉(zhuǎn)元件為制動(dòng)鼓，其工作表面為圓柱面；后者的旋轉(zhuǎn)元件為圓盤(pán)狀的制動(dòng)盤(pán)，以端面為工作面。 1.鼓式制動(dòng)器 鼓式制動(dòng)器多為內(nèi)張雙蹄式，但是根據(jù)制動(dòng)的設(shè)置形式，受力情況和布局情況的不同，會(huì)造成各種制動(dòng)蹄的工作性能也有所差異。 2.盤(pán)式制動(dòng)器 摩擦副元件中以旋轉(zhuǎn)的端面為工作表面的被稱為制動(dòng)盤(pán)，這是盤(pán)式制動(dòng)器的特點(diǎn)。其固定元件大體可分為兩類。全盤(pán)制動(dòng)器的摩擦元件為圓形，可以與旋轉(zhuǎn)元件整個(gè)接觸，另一種是幾個(gè)制動(dòng)塊與工作表面壓緊產(chǎn)生摩擦力矩的制動(dòng)器。這些制動(dòng)塊及其促動(dòng)裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)的夾鉗形支架中，總稱為制動(dòng)鉗，因此也被稱為鉗盤(pán)式制動(dòng)器，又可以根據(jù)摩擦元件的種類分為定鉗盤(pán)式制動(dòng)器與浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器。 （1）定鉗盤(pán)式制動(dòng)器 圖2-3 1-制動(dòng)盤(pán)；2-活塞；3-制動(dòng)塊；4-進(jìn)油口；5-制動(dòng)鉗體；6車橋部分 圖2-3所示是定鉗盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)示意。固裝在車橋上的制動(dòng)鉗體左右橫跨在制動(dòng)盤(pán)的頂部，并且固定不動(dòng)，位于制動(dòng)盤(pán)兩邊的分別是兩個(gè)活塞分別匹配著不同的制動(dòng)輪缸。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)主缸的油液流入制動(dòng)輪缸中，再推動(dòng)活塞壓向制動(dòng)盤(pán)，從而產(chǎn)生制動(dòng)。 2.浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器 圖2-4 浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器示意 1-制動(dòng)鉗體；2-導(dǎo)向銷；3-制動(dòng)鉗支架；4-制動(dòng)盤(pán)；5-固定制動(dòng)塊；6-活動(dòng)制動(dòng)塊（帶摩擦塊磨損報(bào)警裝置）；7-活塞密封圈；8-活塞 浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗一般可以軸向移動(dòng)，在里面設(shè)置液壓輪缸，外面設(shè)置制動(dòng)塊。其工作原理見(jiàn)圖2-4，制動(dòng)鉗支架與轉(zhuǎn)向節(jié)固連，并可以隨著導(dǎo)向銷2軸向移動(dòng)。制動(dòng)時(shí)，活塞受力帶著制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤(pán)。此時(shí)，反作用力P2使制動(dòng)鉗向右邊移動(dòng)，制動(dòng)塊則會(huì)緊壓向制動(dòng)盤(pán)。于是，制動(dòng)盤(pán)受到來(lái)自左右制動(dòng)塊的摩擦力產(chǎn)生反向力矩完成制動(dòng)。 盤(pán)式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有以下特點(diǎn)： 盤(pán)式制動(dòng)器剎車以及浸水后的恢復(fù)能力都比鼓式制動(dòng)器要大很多，而且摩擦系數(shù)的影響對(duì)其不是很大，只需要經(jīng)過(guò)較少次的制動(dòng)便可以恢復(fù)到正常的制動(dòng)能力，在力矩相同的情況下，制動(dòng)盤(pán)因?yàn)槭軣崤蛎洏O小，不會(huì)因?yàn)闊崤蛎浂鹨幌盗械膯?wèn)題，同時(shí)間隙自動(dòng)比較容易消除，后續(xù)維修方便 綜上所述，制動(dòng)器設(shè)計(jì)采用浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器，后輪采用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。 3.1制動(dòng)時(shí)車輪的受力 汽車減速甚至停車的主要原因是受到阻力，阻力包括地面阻力和空氣阻力。但是低速行駛時(shí)空氣阻力較小，因此實(shí)際上致使汽車減速直至停車的作用力，是地面的阻力。我們把地面提供的這個(gè)制動(dòng)力稱為地面制動(dòng)力。地面制動(dòng)力與制動(dòng)減速度呈正線性關(guān)系，與制動(dòng)距離成反比關(guān)系。汽車制動(dòng)性好壞的決定因素在于地面制動(dòng)力的大小。 下面分析一個(gè)車輪在制動(dòng)時(shí)的受力狀況，以說(shuō)明影響汽車地面制動(dòng)力的主要因素。 3.1.1地面制動(dòng)力 圖3-1 車輪在地面制動(dòng)時(shí)的受力狀況 圖3-1給出了汽車在良好路面上制動(dòng)時(shí)的受力狀況。 圖3-1中，滾動(dòng)阻力偶距和減速時(shí)的慣性力、慣性力偶距均忽略不計(jì)。 Tμ-車輪制動(dòng)器摩擦片與制動(dòng)鼓（盤(pán)）的摩擦力矩（N·m）。 Fxb-地面制動(dòng)力（N） W-車輪的垂直載荷（N） Tp-車軸與車輪的推力（N） Fz-地面對(duì)車輪的法向反力（N） r-車輪半徑（m） 從力矩平衡得到地面制動(dòng)力為Fxb為 Fxb= （3-1） 地面制動(dòng)力是汽車制動(dòng)而減速行駛的外力，但是地面制動(dòng)力取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦力：一個(gè)是制動(dòng)器內(nèi)摩擦片與制動(dòng)鼓（盤(pán)）之間的摩擦力，另一個(gè)是輪胎與地面之間的摩擦力-附著力。換言之，欲想在實(shí)際的制動(dòng)中獲得足夠的制動(dòng)力，除了車輪制動(dòng)器內(nèi)部要具有足夠的制動(dòng)力以外，還要有外部的地面能給輪胎提供足夠的附著力。 3.1.2 制動(dòng)器制動(dòng)力 為了克服制動(dòng)器摩擦力矩所需要的輪緣切向力成為制動(dòng)器的制動(dòng)力。制動(dòng)器制動(dòng)力用Tμ，如圖3-2所示 圖3-2 車輪架離地面制動(dòng)時(shí)的受力情況 從力矩平衡得到 Fμ= （3-2） 式中Tμ-制動(dòng)器摩擦力矩（N·m） 由式子可知，制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)是決定制動(dòng)力大小的決定性因素；并且制動(dòng)力與制動(dòng)踏板力，液壓的壓力等因素呈正相關(guān)。 3.1.3 地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力與附著力之間的關(guān)系 為了方便分析，在此只考慮車輪在制動(dòng)時(shí)僅表現(xiàn)為滾動(dòng)與防抱死拖滑兩種情況，暫時(shí)不考慮滑動(dòng)成分。 當(dāng)制動(dòng)踏板力不夠大時(shí)，同樣的制動(dòng)器與制動(dòng)盤(pán)或制動(dòng)鼓之間的摩擦力矩并不是很大，地面的附著力與制動(dòng)力矩差不多相等，便可抵消一大部分制動(dòng)力矩，因此車輪還是會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這時(shí)，車輪表現(xiàn)為減速滾動(dòng)向前，地面提供的制動(dòng)力矩與制動(dòng)器提供的相等，即 Fxb=Fμ 當(dāng)踩制動(dòng)踏板的力逐漸增大的時(shí)候，地面制動(dòng)力也會(huì)隨之增大，如圖3-3中的Fxb=Fμ線段。但其實(shí)兩個(gè)力是一對(duì)反力，大小相等方向相反，因此它會(huì)又一個(gè)最大值，不會(huì)無(wú)限的增長(zhǎng)，最大值就是等于地面的附著力， Fxb≤Fφ=Fzφ 或最大地面制動(dòng)力Fxbmax為 Fxbmax= Fzφ 當(dāng)制動(dòng)踏板力增大到峰值時(shí)，地面制動(dòng)力便與地面附著力的值相同，成為最大的地面制動(dòng)力，即Fxbmax= Fzφ，這時(shí)的地面制動(dòng)力克服不了制動(dòng)器制動(dòng)力矩，再也扳不轉(zhuǎn)車輪，于是，車輪被制動(dòng)器固定住，發(fā)生抱死拖滑現(xiàn)象。在這種情況下，制動(dòng)踏板力保持不變，而摩擦力矩與制動(dòng)器成線性正相關(guān)關(guān)系，摩擦力矩增大，制動(dòng)器的制動(dòng)力也會(huì)上升，兩者相等以后就不能再繼續(xù)增大了，如圖3-3中的FXmax=Fφ水平線段。 由此可見(jiàn)，汽車的地面制動(dòng)力首先取決于制動(dòng)器制動(dòng)力，但同時(shí)又受到地面附著條件的限制。所以汽車兩個(gè)制動(dòng)力夠大時(shí)，才能獲得足夠的制動(dòng)力。 圖3-3制動(dòng)過(guò)程中地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力的關(guān)系 3.2 地面對(duì)前后輪的法向反作用力 汽車制動(dòng)時(shí)，由于前、后車軸載荷的轉(zhuǎn)移，使汽車質(zhì)心位置發(fā)生了改變。隨著制動(dòng)強(qiáng)度的增強(qiáng)，地面附著系數(shù)也逐漸增大。這些因素對(duì)于前、后車輪所受的地面法向反作用力都有很大影響。而前、后車輪的法向的反向作用力是前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配設(shè)計(jì)的力學(xué)依據(jù)。 圖3-4為汽車在平整路況上的受力分析。圖中，忽略了汽車一些不是關(guān)鍵的力偶距。此外，附著系數(shù)取一個(gè)固定的數(shù)值φ0。在圖中的后輪與地面解除的點(diǎn)取力矩，得 FZ1= 對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得 FZ2L= 式中 FZ1-地面對(duì)前輪的法向反作用力； FZ2-地面對(duì)后輪的法向反作用力； G-汽車重力； L-汽車前、后軸距； a-汽車質(zhì)心至前軸的距離； b-汽車質(zhì)心至后軸的距離； hg-汽車的質(zhì)心高度； -汽車制動(dòng)減速度； 令制動(dòng)減速度=zg，z稱為制動(dòng)強(qiáng)度，則可以得地面法向反作用力為 （3-3） 圖3-4 制動(dòng)時(shí)汽車的受力圖 若在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（不論是同時(shí)抱死或是分別先后抱死），此時(shí)地面的總制動(dòng)力等于附著力，即Fxb=Fφ=Gφ或者 =φg，地面作用于前、后輪的法向反作用力為 （3-4） 從式（3-9）中可見(jiàn)，前輪收到的地面法向反力比制動(dòng)前增加了，而后輪受到的地面法向反力比制動(dòng)前減少了。這就是前后制動(dòng)器制動(dòng)力比例分配的力學(xué)根據(jù)。 3.3 理想的前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配 由前面可一直到，制動(dòng)時(shí)，車輪抱死的情況下，附著條件也是有利于汽車控制方向。前后制動(dòng)器制動(dòng)力Fμ1和Fμ2的關(guān)系曲線，稱為理想的前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線 在任何附著系數(shù)φ的路面上，只有滿足前后輪制動(dòng)時(shí)受力與地面提供的附著力相等，并且每一個(gè)輪剎車時(shí)的受力與地面附著力相等，才能前后輪同時(shí)抱死。即 或 將式（3-4）代入上式得 （3-5） 消去變量，將方程表達(dá)為的函數(shù)形式，即可得到理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配關(guān)系表達(dá)式為 （3-6） 由式化為的曲線，即為前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)前、后輪制動(dòng)力關(guān)系曲線---理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)分配曲線，如圖3-5 3-5 理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配I曲線 4 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 越野車制動(dòng)器的力學(xué)計(jì)算 根據(jù)車輛在剎車時(shí)整個(gè)車輛的受力情況來(lái)分析考慮，同時(shí)要考慮剎車時(shí)軸向載荷的轉(zhuǎn)移問(wèn)題，可求的地面前、后軸車輪的法向反力FZ1和FZ2： 汽車總的地面制動(dòng)力為 （4-1） 式中 z-制動(dòng)強(qiáng)度 FB1、FB2-前、后車輪的地面制動(dòng)力 又 式中 F—地面附著力 —輪胎與地面之間的附著系數(shù) 不同路面條件下的值不同，干燥水泥路面為0.7~1.0，潮濕水泥路面為0.4~0.6，下雨開(kāi)始時(shí)路面為0.3~0.4。 由上式得 （4-2） 其中L=2.947m，a=1.542m，b=1.405m，G=21000N。 根據(jù)法規(guī)，得知越野車在80km/h制動(dòng)時(shí)的最大踏板力為500N，制動(dòng)距離為，制動(dòng)減速度應(yīng)≥5.8m/s2，得知越野車減速度為7.2 m/s2。 則計(jì)算得 FZ1=12112N FZ2=12893N 4.2 同步附著系數(shù) 為了防止汽車發(fā)生側(cè)滑，研究發(fā)現(xiàn)，在同步附著系數(shù) 的路上面發(fā)生制動(dòng)時(shí)車輛制動(dòng)的反向加速度為,即，而在另外不同的附著系數(shù) 的路面上，要是達(dá)到前輪或者后輪抱死的剎車強(qiáng)度需要q＜，這顯示只有在 z= 的路面上地面附著力的作用才是最明顯的，附著系數(shù)利用率ε來(lái)表示附著系數(shù)的使用情況，即 （4-3） 根據(jù)國(guó)際相關(guān)文獻(xiàn)查閱可知，轎車≥0.6，則初步確定設(shè)計(jì)的越野車同步附著系數(shù)=0.72，同時(shí)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的制動(dòng)規(guī)定在車輪還沒(méi)有完全抱死的情形下，在0.2≤≤0.8范圍必須滿足。 z≥0.1+0.85（-0.2） 因?yàn)閦=0.72，則=0.72時(shí)附著系數(shù)最大。 4.3 制動(dòng)力分配系數(shù) 當(dāng)前后車輪同時(shí)抱死時(shí)（在任何附著系數(shù)的路面上） （4-4） 消去上式中的得 （4-5） 則制動(dòng)力分配系數(shù) （4-6） 4.4 制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 因?yàn)檫x定的同步附著系數(shù)=0.72，得 進(jìn)而得 （4-7） 因?yàn)橛?jì)算時(shí)選取=，利用率最高 所以 故 則 4.5 制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩 根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的路面最大附著系數(shù)=0.8~0.9，滑動(dòng)附著系數(shù)為0.75 則 4.6 制動(dòng)器因數(shù) 制動(dòng)器因數(shù)的實(shí)際上是來(lái)評(píng)比各種型號(hào)的制動(dòng)器在單個(gè)單元輸入壓力或者力矩的功用下的制動(dòng)效能，因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用鉗盤(pán)式制動(dòng)器作為設(shè)計(jì)模板，設(shè)單側(cè)制動(dòng)器的制動(dòng)塊壓力為P，則雙側(cè)的制動(dòng)塊施加給制動(dòng)盤(pán)的總力矩便為2fp，f為摩擦系數(shù)，于是制動(dòng)器摩擦因數(shù) Bf= （4-8） 鉗盤(pán)式制動(dòng)器的典型制動(dòng)器因數(shù)Bf=2f=0.8 4.7 制動(dòng)器摩擦系數(shù) 各種制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)穩(wěn)定值約為0.3~0.5，少數(shù)可達(dá)0.7，一般來(lái)說(shuō)，摩擦系數(shù)越高的的材料，其耐磨性越差。 4.8 摩擦襯塊的摩擦特性計(jì)算 制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比能量耗散率又成為單位功負(fù)荷，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W/mm2 （4-9） 式中 --汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù) --汽車總質(zhì)量 --汽車制動(dòng)初速度，m/s；計(jì)算時(shí)取=80km/h； j—制動(dòng)減速度，m/s2，計(jì)算時(shí)取j=0.6g； t—制動(dòng)時(shí)間，s； --前后制動(dòng)器襯塊的摩擦面積； B—制動(dòng)力分配系數(shù)； 為計(jì)算出最大的比能量耗散率，則應(yīng)該計(jì)算緊急制動(dòng)狀況下的耗損率 即從到=0，近似認(rèn)為=1，則有 （4-10） 盤(pán)式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)該小于6W/mm2，比能量不能太高，這樣會(huì)加快制動(dòng)塊的材料耗損以及嚴(yán)重的情況下可能損壞制動(dòng)盤(pán)。 則e1 e2≤6.0W/mm2 得 則單個(gè)摩擦襯塊的面積 4.9 制動(dòng)器的熱容量和溫升計(jì)算 核算制動(dòng)器的熱容量是否滿足如下條件 （4-11） 式中--各制動(dòng)盤(pán)的總質(zhì)量 --與各制動(dòng)盤(pán)相連的受熱金屬元件（輪轂、輪輞、輪輻、制動(dòng)嵌體等）的總質(zhì)量； --制動(dòng)盤(pán)材料的比熱容，鑄鐵C=482 J /kg·k --制動(dòng)盤(pán)相連的受熱金屬件的比熱容； --制動(dòng)盤(pán)的溫升（一次又va=30km/h）到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)溫升不超過(guò)15℃ L—滿載時(shí)車輛制動(dòng)會(huì)有動(dòng)能向熱能的轉(zhuǎn)換，因?yàn)橹苿?dòng)過(guò)程時(shí)間短，摩擦劇烈，便假設(shè)制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量全部傳給了前后的制動(dòng)器。具體分配按照制動(dòng)力的分配比例來(lái)計(jì)算。 （4-12） 將已知數(shù)據(jù)帶入得 L=50598 4.10 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 根據(jù)輪胎規(guī)格265/75 R16 則計(jì)算輪輞直徑D=16×25.4=406.4mm 根據(jù)相同輪胎規(guī)格的汽車制動(dòng)盤(pán)尺寸，初選前輪制動(dòng)盤(pán)尺寸為320（mm）×20（mm）（外徑×厚度） 確定輪缸直徑為30mm 假如摩擦塊的表面與制動(dòng)盤(pán)接觸正常，而且施加在制動(dòng)盤(pán)上的力平均分配，則制動(dòng)力矩為 （4-13） 式中 f—摩擦系數(shù)； N—單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤(pán)的壓緊力； R—車輪的作用半徑（R=0.4m）； 則 （4-14） 由前所述 6920N 對(duì)于常見(jiàn)的扇形摩擦襯塊，如果其徑向尺寸不大，取R為平均半徑Rm就足夠精確。 式子中的R1、R2 ---扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。 單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤(pán)上的制動(dòng)力矩為： 單側(cè)制動(dòng)塊給予制動(dòng)盤(pán)的總摩擦力 (4-15) =112mm 并確定R2=112+30/2=127mm， 根據(jù)前輪單側(cè)制動(dòng)塊面積A11≥4060mm2 取 A11=5470 mm2 =62.22° 則R1=112-30/2=97mm 進(jìn)而取制動(dòng)塊尺寸5470（mm）×10（mm）（面積×厚度） 選取制動(dòng)盤(pán)尺寸。 制動(dòng)盤(pán)直徑D應(yīng)盡量取大些，這樣，制動(dòng)盤(pán)的有效半徑增大，可以減小制動(dòng)鉗的夾緊力，降低襯塊的單位壓力和工作溫度。通常D=0.70～0.79Dr，本車總質(zhì)量是2.1噸，取上限，即 因此 D =320mm 制動(dòng)盤(pán)厚度對(duì)制動(dòng)盤(pán)的質(zhì)量和溫升有影響。為使質(zhì)量小些，厚度不宜太大，為了減少溫升，厚度又不宜過(guò)小。因此，參考同類型車，取為20mm,通風(fēng)式，增大散熱。 另外，制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑之比為根據(jù)QC/T309-1999《制動(dòng)鼓工