2015款?？怂罐I車制動器設計

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In the design,then 2015 models of fox is selected as the design object of brake.The design includes the following steps.Firstly,brake disc,brake pad are needed to be designed.Then i selectbrake calipers,brake disc and friction material,cheak the wear characteristics and calulate hydraulic brake master cylinder drive mechanism brake wheel cylin volume.Finally,i cheak the break the braking efficency of this brake. Keywords:brake;Brake disc;Brake pliers;The hydraulic cylinder 目錄 摘要 III Abstract IV 1 緒論 1 1.1制動器的作用 1 1.2制動器的種類 1 1.3制動器的組成 2 1.4對制動器的要求 3 2 制動的器結構形式和制動器的選用 4 2.1制動器形式的介紹 4 2.1.1鼓式制動器 4 2.1.2盤式制動器 6 2.1.3制動器的選擇 7 2.2選擇車型及確定車輛參數(shù) 8 3 制動系統(tǒng)的參數(shù)選擇 9 3.1同步附著系數(shù) 9 3.2制動強度和附著系數(shù)利用率 9 3.3制動器最大制制動力矩 10 3.4制動器因數(shù) 10 4 盤式制動器的設計 12 4.1制動器主要零件參數(shù)設計 12 4.1.1制動盤直徑 12 4.1.2制動盤的厚度 12 4.2制動襯塊的設計計算 12 4.2.1制動襯塊內半徑R1與外半徑R2 12 4.2.2摩擦襯塊工作面積 13 4.3制動襯塊磨損特性的計算 13 4.3.1比能量耗散率 13 4.3.2比滑磨功 15 4.3.3制動器的熱容量和溫升核算 15 4.4制動器主要零件的結構設計 16 4.4.1制動盤 16 4.4.2制動鉗 17 4.4.3制動塊 17 4.4.4摩擦材料 17 4.4.5制動器間隙的調整機構 18 5 制動器驅動機構的計算 20 5.1液壓制動驅動機構的設計 20 5.1.1制動輪缸直徑與工作容積 20 5.1.2制動主缸直徑與工作容積 21 5.1.3制動踏板力與踏板行程 22 6 制動性能分析 24 6.1制動性能評價指標 24 6.1.1制動效能 24 6.1.2制動效能的恒定性 25 6.1.3制動時車輛的方向穩(wěn)定性 25 結論 27 參考文獻 28 致謝 29 II 第1章 緒論 1 緒論 1.1制動器的作用 轎車制動器的作用主要是為了增大地面與輪胎之間的摩擦系數(shù)，使得在行駛過程中的 車輛強制性減速甚至停車的機構。其基本功能還包括車輛能在正常路面和斜坡上平穩(wěn)停車，使下坡車輛的速度保持不變并且行駛方向可以隨駕駛人員的意愿控制。 1.2制動器的種類 汽車制動器大部分為摩擦式，即利用隨車輪旋轉的回轉體與制動塊之間的摩擦形成的摩擦阻力矩使車輛降低速度或停駛。汽車制動器有摩擦式、液力式和電磁式等幾種類型。液力式制動器在接合和分離時的作用時間較長，不工作時有功率缺失，在轎車上使用結構較為復雜，所以大多用于重型卡車的緩速器使用；電磁式雖然工作平穩(wěn)、壽命長和維護方便，但由于價格昂貴，只在一些重量較大的商務車上做緩速器和行車制動器使用。與上述兩種制動器相比摩擦式制動器仍是汽車生產廠商使用的最廣泛的一種。 摩擦式制動器按制動元件的結構形式不同，可分為鼓式、盤式和帶式制動器三種。因為帶式制動器一般只作駐車制動器使用，所以行車制動器還是以盤式和鼓式制動器為主，盤式和鼓式制動器按類型分又可分為幾類，如下圖1-1所示： 圖1-1 制動器的分類 1.3制動器的組成 車輛制動器主要由制動驅動裝置（圖2-1b）和制動執(zhí)行裝置組成(圖2-1a)。能形成阻止汽車行駛或行駛趨向阻力的構件稱為制動器執(zhí)行裝置，盤式和鼓式制動器中的液壓缸、制動盤、制動襯塊、制動鼓和制動蹄片等都是執(zhí)行元件。能夠形成制動動作、控制制動程度并將駕駛員控制的作用力傳遞到執(zhí)行機構稱為制動驅動機構，它的功能主要包括能量的供給、傳遞動力和調節(jié)制動力的大小等。驅動機構中必須要裝有過載保護裝置和損壞報警裝置。驅動機構中的供能裝置是調節(jié)和提供制動能量的裝置，必要時還要優(yōu)化傳能介質的狀態(tài)?？刂蒲b置指制動中初始操作和調節(jié)制動程度的構件。 圖1-2 （a）轎車制動系統(tǒng)示意圖 （b）驅動機構示意圖 1-前盤式制動器；2-防抱死系統(tǒng)導線；3-主缸和防抱死裝置；4-液壓制動助力器；5-后盤式制動器；6-防抱死電子控制器（ECU）；7-駐車制動操縱桿；8-制動踏板； 9-駐車制動踏板；10-后鼓式制動器；11-組合閥；12-制動主缸；13-真空助力器 1.4對制動器的要求 汽車制動應滿足如下所述要求： 1) 具備良好的制動效能。常用車輛在正常行駛制動時，從開始制動到制動結束停車的最大減速度和最小制動距離來評價制動效能的好壞。制動減速度越大，制動距離越短，則制動效能越好。詳見 。 2) 制動器工作的可靠性。行車制動器最少應該有兩個單獨工作的制動液壓回路，在其中一個回路發(fā)生故障時，另外一個回路必須保證車輛的制動力不低于兩套回路共同工作時限定值的 。很多車輛為了節(jié)省成本將車輛的行駛制動器和駐車制動器共用，但兩者的驅動裝置必須獨立使用。行車制動器的操控方式是腳剎，駐車制動大多為手控制，但也有部分自動擋車型在左腳邊有一個和手剎功能相同的腳剎。 3) 制動器制動時車輛應該備有操作穩(wěn)定性。有關方向穩(wěn)定性的評價標準，詳見 。 4) 日常使用中應該保持制動器工作表面無淤泥和石子。 5) 具備抗熱衰減能力。詳見 。 6) 具有良好的操縱和便利性。 7) 在制動器工作時，應盡量減小制動襯塊與制動盤摩擦形成的噪聲，同時，必須保證制動器工作時散發(fā)出的氣味符合人體安全標準。 8) 作用滯后性應盡可能好。從制動動力開時輸送，到制動器制動襯塊與制動盤接觸開始制動這段時間稱為作用滯后性，而這段時間也作為評價作用滯后性的指標。對于汽車列車，不得超過0.8s。 9) 應保證制動盤與制動襯塊正常使用磨損后，制動器設有間隙調整機構能夠調整間隙使制動器保持正常的工作間隙，為了調整間隙方便，應盡可能的使用能自動調整間隙的機構。 10) 當制動系統(tǒng)中某些零件發(fā)生故障或損壞時，車輛上應對駕駛人有預警提示。 3 第2章 制動器的結構形式的選擇 2 制動的器結構形式和制動器的選用 2.1制動器形式的介紹 2.1.1鼓式制動器 鼓式制動器按摩擦副接觸面不同有兩種類型，分別是外束型和內擴型。外束型的鼓式制動器是以制動鼓的外表面為工作面，目前在車輛上的使用很少，一般只作駐車制動器使用；內擴型的鼓式制動器是以制動鼓的內表面為工作面，這種類型的制動器在車輛上使用較多。 內擴型鼓式制動器是利用安裝于制動鼓內側的制動蹄片作為制動元件，蹄片的一端固定，對另一端施加推力，這樣制動蹄片能繞固定一端旋轉，使得制動蹄片與制動鼓內表面接觸形成摩擦，從而產生阻力矩以達到減速效果。在制動過程中對制動蹄片施加力并使蹄片旋轉的裝置稱為推動裝置。常用的推動裝置有液壓制動輪缸、凸輪裝置和楔促動裝置等。 在鼓式制動器正常制動時，由于制動鼓的回轉方向不同，所形成的摩擦阻力矩也不相同，所以制動蹄片有領蹄和從蹄之分。按制動蹄形成摩擦力矩情況的不同，鼓式制動器可分為領從蹄式、單向雙領蹄式、雙從蹄式、雙向雙領蹄式、單向自增力式和雙向自增力式制動器等幾種類型，如圖(2-1)所示： 圖2-1 鼓式制動器的類型 1-制動領蹄；2-制動從蹄；3-支撐銷；4-制動鼓；5-連桿；6-制動領蹄 領從蹄式制動器 在制動器正常工作過程中，制動器的兩蹄片始終都是一個領蹄和一個從蹄的的鼓式制動器稱之領從蹄式制動器。該制動器在車輛前進行駛時制動（即圖2-1a中箭頭方向），制動蹄片的一端固定，另一端在液力的作用圍繞固定端轉動，向制動鼓內側壓緊，這時制動蹄1的旋轉方向與制動鼓回轉方向相同，則稱制動蹄1為領蹄，反之制動蹄2的旋轉方向與制動鼓的回轉方向相反，稱制動蹄2為從蹄。在車輛倒車制動時，制動鼓回轉方向改變，制動蹄1和制動蹄2互換，制動蹄2為領蹄而制動蹄1為從蹄。 領從蹄式制動的制動性能比較穩(wěn)定，結構簡單可靠，便于安裝，但由于領、從蹄片上所受負載不相等，所以導致領、從蹄片磨損不均勻。 單向雙領蹄式制動器 安裝于制動鼓內部的兩制動蹄片各有一端是固定的，而且蹄片的固定端相反。在車輛正常前進時，兩蹄片的旋轉方向均與制動鼓的回轉方向相同，所以兩蹄片都為領蹄。在工作時兩蹄片的推動裝置分別獨立，由兩個制動液壓缸推動，因此單向雙領蹄式制動器的效能很高。在倒車時由于制動鼓回轉方向發(fā)生改變導致該制動器的兩制動蹄從領蹄變?yōu)閺奶悖啾溶囕v前進時的制動效率降低很多。 雙從蹄式制動器 在車輛前進行駛制動時，該制動器兩制動蹄的旋轉方向都與制動鼓回轉方向相反，兩蹄片均為從蹄，而在車輛倒車制動時兩蹄片又都為領蹄，所以致使車輛前進制動時比倒車制動時的制動效率較低。由于車輛在使用過程中前進多于倒車，所以這種制動器一般不會被汽車生產廠商使用。 雙向雙領蹄式制動器 在車輛制動時，兩制動蹄片在液壓作用下向外張開，由于推動兩蹄片的液壓缸是雙活塞液壓缸（如圖2-1d），所以兩蹄片所受活塞的推力相等，當制動蹄壓靠在制動鼓工作面時，制動蹄片不僅受到液壓缸推力還受到制動鼓旋轉的力矩，這時制動鼓帶動兩蹄片回轉，直到將兩活塞外部的支座推到頂靠在液壓缸的端面為止，由于兩蹄片在車輛前進和倒退時的旋轉方向都與制動鼓的回轉方向相同，所以兩蹄片無論在車輛前進或倒退時都是領蹄。 雙向雙領蹄式制動器屬于對稱式制動器，不會對輪轂軸承造成附加徑向載荷，因為其結構復雜、裝不方便，所以一般很少使用。 單向自增壓式制動器 該制動器的特點就是安裝于制動鼓內側的兩制動蹄片，只有一個制動蹄片的一端是固定的，而另一端由連桿與另一蹄片的一端連接。 在車輛前進制動時，第一蹄片上端被液壓缸活塞推動，整個制動蹄片繞連桿左端支撐點旋轉，并壓緊在制動鼓的內側上，并在合力的作用下使得連桿成為第二蹄片的推動裝置。這時的兩蹄片的旋轉方向與制動鼓的回轉方向相同，所以兩制動蹄片都是領蹄。在車輛倒車時，制動器正常工作，液壓缸活塞推動第一蹄片壓緊在制動鼓內側，整個蹄片繞支承銷旋轉，這是第一蹄片仍然是領蹄，但是制動效能要比一般的領蹄低的多。 雙向自增壓式制動器 該制動器的特點是車輛在前進和倒車制動時均能借制動鼓與制動蹄之間的摩擦起到自增壓的作用，故稱為雙向自增壓式制動器。 雙向自增壓式與單向自增壓式不同點在于，雙向自增壓式制動器在兩個蹄片的上方采用的是雙活塞式液壓缸，可向兩蹄片上同時施加相等的推力。車輛在前進和倒車制動時，兩蹄片的旋轉方向與制動鼓回轉方向相同，均為領蹄。因為車輛在使用過程中前進制動遠遠多于倒車制動，而且前進制動的負載也要遠大與倒車制動，所以可以將后制動蹄的摩擦片面積做大些。 2.1.2盤式制動器 盤式制動器的工作表面是回轉元件金屬盤的端面，此圓盤稱為制動盤。根據制動器中制動執(zhí)行元件的結構不同，盤式制動器可以分為鉗盤式和全盤式制動器兩類。在鉗盤式制動器中，執(zhí)行元件是與制動盤相配合的制動塊，每個制動器中一般都有2到4塊。這樣的制動器一側（或兩側）都裝有推動裝置，推動裝置與跨越制動盤兩側的夾鉗形支架相連，而且制動塊也安裝在其中。制動襯塊與夾鉗支架組成的構件稱制動鉗體，而全盤式的執(zhí)行元件和摩擦元件均為圓盤形，在制動時摩擦盤與執(zhí)行元件整體接觸，形成制動力矩使車輛減速或停車，由于全盤式的工作面積大，所以制動力矩也較大。 全盤式一般用于載重量較大車輛的行車制動器，還可作為車輛緩速器使用，而鉗盤式應用較為廣泛，在大部分車上當作車輪制動器和駐車手剎使用。 1． 固定鉗盤式制動器 這種制動器的制動盤與汽車輪轂相連，制動鉗體與車軸固定，在制動鉗內裝有兩個液壓缸，兩液壓缸分別布置在制動盤的兩側面。在車輛正常行駛制動時，制動襯塊在液壓力的作用下沿軸向移動，將制動襯塊與制動盤相互壓緊，形成制動力矩，使車輛減速或停車。而鉗盤式也存在很多缺點，因為液壓缸安裝在制動盤的兩側，所以導致結構尺寸較為復雜；液壓缸安裝在制動鉗體內，導致制動鉗的軸向尺寸較大，而且位于制動盤兩側的液壓缸必須要有穿過制動盤的液壓回路或在鉗體內開辟油道來驅動，這樣制動器的尺寸會更大，在大部分車輛的輪轂內無法安裝；在高速行駛制動時，因制動盤的熱負荷大，使得布置在制動盤兩側的液壓缸和越過制動盤布置的液壓管路中的制動液容易受熱汽化，從而導致制動失效甚至發(fā)生安全事故。 2． 浮鉗盤式制動器 1) 滑動鉗式制動器 這種制動器的制動輪缸安裝在制動盤的內側，沒有越過制動盤的液壓管路，而且滑動鉗式制動器的制動鉗可以沿制動器軸向移動，當制動器制動時，制動輪缸壓力升高，活塞推動內側制動襯塊向制動盤移動，將制動襯塊壓緊在制動盤上，這時活塞推力增大，導致鉗體在反作用力的作用下帶動外側制動襯塊向制動盤移動，使得兩制動塊都壓緊在制動盤上。 2) 擺動鉗式制動器 擺動鉗式制動器的結構與滑動鉗式制動器的結構相似。唯一區(qū)別在于制動器的制動鉗體與固定在車軸上的支架之間是鉸鏈連接，所以制動器在制動時制動鉗體與制動盤之間是相對擺動，這使得制動襯塊與制動盤不能完全接觸，導致制動襯塊的局部磨損過快。為了優(yōu)化這一設計，將制動襯塊做成摩擦面與背板面有角度與的楔形，這樣在反復制動中制動襯塊會逐漸達到均勻。 浮動鉗式制動器的優(yōu)點有：因為制動器只有一側安裝有液壓輪缸，所以結構尺寸較小；沒有安裝越過制動盤的制動液壓管路，降低了因高速制動時液壓油汽化導致制動器失靈可能；浮動鉗式制動器相對于其他制動器的成本較低。 2.1.3制動器的選擇 在本次設計中比較鼓式和盤式制動器的優(yōu)缺點后，選取浮鉗式盤式制動器作為本次轎車制動器設計的對象，盤式制動器的優(yōu)點如下： 1. 熱穩(wěn)定性較好。因為制動塊與制動盤的接觸的工作面積相對于制動盤的面積較小，所以散熱性能好； 2. 水穩(wěn)定性較好。因為制動塊與制動盤之間的壓緊力較高，所以水不易進入，而制動盤在沾水后由于離心力的作用下，水很易被甩掉，同時制動塊對制動盤也有擦拭作用，只要進行1~2次制動即可恢復制動器的效能。鼓式制動器則需要十幾次的制動才能恢復正常； 3. 在具有相同尺寸的鼓式和盤式制動器，盤式制動器輸出的力矩要比鼓式制動器大； 4. 盤式制動器的熱膨脹導致的制動踏板工作行程的損失較小，這使得自動間隙調整機構的設計可以簡化； 5. 制動力矩與車輛前進和倒車無關。 與鼓式制動器相比盤式制動器的工作面是兩側面，這樣車輛在高速行駛中由于散熱好，所以制動盤冷卻快并且不易發(fā)生變形，制動效能穩(wěn)定。盤式制動器由于長時間制動會使制動盤高溫膨脹并且制動作用增強。另外，盤式制動器的結構簡單，維修較為方便，易于實現(xiàn)制動間隙的自動調整，所以被廣泛使用于轎車的制動器。 2.2選擇車型及確定車輛參數(shù) 給出的2015款福克斯兩廂版參數(shù)如下： 1）外形尺寸：長x寬x高＝4368mm*1823mm*1483mm 2）軸距：2513mm； 3）最高車速：205Km/h； 4）額定載客（包括駕駛員）：4 人； 5）發(fā)動機動力：最大功率96KW/6500r/nim；最大轉矩150NM/4000r/nim； 6）汽車的整車整備質量1310kg；汽車總質量:1860kg 其他參數(shù)的確定： 1.?？怂故褂玫妮喬ヒ?guī)格為，其胎寬195mm，輪胎斷面的扁平比為，輪轂的直徑為15英寸，換算過來為381mm。 故車輪滾動半徑為 =（381+2×195×65%）/2=317.25mm。 2.空滿載時質心距前軸距離,；空滿載時質心距后軸距離 ， 空載時, =1439mm , =1074mm； 滿載時， =1175mm，=1338mm。 3.空滿載時的軸荷分配 空載時，前軸負荷 G1’=750kg 后軸負荷 G2’=560kg 滿載時，前軸負荷 G1=870kg 后軸負荷 G2=990kg 4. 質心高度 滿載Hg=0.616m 空載Hg=0.58m 29 第3章 制動系統(tǒng)的參數(shù)選擇 3 制動系統(tǒng)的參數(shù)選擇 3.1同步附著系數(shù) 前、后制動器的制動力具有恒定比例的車輛在正常路面上行駛制動時，汽車前后車輪同時抱死，這時路面的附著系數(shù)稱之為車輛的同步附著系數(shù)。 在本次設計中前后制動力分配系數(shù)取。 空載時的同步附著系數(shù) 滿載時的同步附著系數(shù) 對與轎車來說滿載時的同步附著系數(shù)，即滿足要求 3.2制動強度和附著系數(shù)利用率 根據附著系數(shù)和同步附著系數(shù)的關系可以得出下面的關系式： 1． 當時，，，制動強度 ，附著系數(shù)利用率 。 2． 當<時，前輪首先抱死的條件決定了最大制動力的大小，則。 3.當>時，后輪首先抱死的條件決定了最大制動力，則。 因車輛行駛道路的情況有所區(qū)別，所有各種道路有著不同的附著系。正常情況下車輛在鋪裝路面上行駛時，緊急情況下制動，總是后輪先抱死前輪滑行，所以選擇>第三種情況計算。瀝青路面的附著系數(shù)0.8至1.0左右。 取代入公式 3.3制動器最大制制動力矩 在車輛正常行駛制動時如果前輪先抱死后輪滑移，會導致車輛失去轉向能力，為了保證安全，車輛在狀況較差的路面行駛時不發(fā)生安全事故，車輛在制動時應使得后輪先抱死，前輪拖滑，在路面上后輪先抱死前輪拖滑，這時前后制動器產生的最大制動力矩為下式計算： 一個前輪和一個后輪產生的最大制動力矩為： 3.4制動器因數(shù) 制動器效能因數(shù)簡稱制動器因數(shù)，其定義是制動鼓或制動盤作用半徑上摩擦力與輸入制動力之比。在鉗盤式制動器中，設壓緊在制動盤表面的制動力為，則制動盤工作半徑上所受摩擦力為，本次設計制動器的制動器因數(shù)為下式所計算： 在本次設計中制動塊與制動盤之間的摩擦系數(shù)取。 第4章 盤式制動器的設計 4 盤式制動器的設計 4.1制動器主要零件參數(shù)設計 4.1.1制動盤直徑 在設計制動盤直徑時，應該考慮到減小制動襯塊對制動盤的壓緊了，從而使制動盤工作面積上的壓力和熱負載減小，所以在設計制動盤直徑時應設計的較大些，但由于受到輪轂尺寸的限制，制動盤直徑又應小于輪轂直徑。在本次設計中制動盤的直徑取輪轂直徑。 輪輞直徑為15英寸，又因為=1860kg。 前制動盤 取286mm. 后制動盤 取267mm. 4.1.2制動盤的厚度 制動盤質量會隨著制動盤厚度的增大而增大，而制動時的溫度會隨著制動盤的厚度減小而增大，所以在設計制動盤厚度時，應設計的較為適中即可。制動盤的結構類型有通風盤和實心盤兩種。通常情況下實心盤的厚度取到，通風盤的厚度可取至，一般采用較多的是至。 在本次設計中因為選取車型為福克斯兩輪驅動，并且前輪作為驅動輪承受較大的制動力，而后輪相對前輪承受制動力較小，所以在設計時后制動盤選用實心式的，厚度?。磺拜喪褂猛L盤，其厚度取。 4.2制動襯塊的設計計算 4.2.1制動襯塊內半徑R1與外半徑R2 根據查看相關資料得出制動襯塊外半徑（）與內半徑()的比值應盡量控制在1.5倍關系內.如果比值大于1.5倍的關系，則制動襯塊外半徑與內半徑上的線速度相差較大，最終導致摩擦襯塊局部磨損過快，制動面積減小，壽命減短。在本此設計中：取R2/R1=1.4； 制動塊外緣半徑應小于制動盤半徑，所以有：前制動器： 取R2=140 mm所以 。后制動器 取R2=130mm則R1=R2/1.4 =92.8mm。 制動襯塊的平均半徑： 前： 后： 4.2.2摩擦襯塊工作面積 一般盤式制動器制動襯塊的工作面積按汽車總質的范圍取值，但考慮到材料領域的開拓和對制動要求的提升，此范圍可適當擴大些。本次設計采用金屬纖維型摩擦材料作為制動襯塊。所以取前、后輪制動器的制動襯塊工作面積： 前： 后： 取：； 4.3制動襯塊磨損特性的計算 制動襯塊的摩擦材料、加工工藝、制動速度、工作時的溫度及制動時所受壓力的大小都對制動襯塊的磨損有影響，想要在理論上精確的計算磨損特性十分困難，但經實驗證明，磨損特性最主要的影響因素還是工作時的溫度和工作表面的摩擦系數(shù)等。 車輛的制動過程其實是能量轉換的過程，在車輛行駛制動時，制動器將車輛前進或倒退的動能和勢能通過制動盤與制動襯塊的摩擦轉換成熱能進行消耗。但由于制動時間較短，制動強度又較大，制動器來不及將轉換的熱能消耗，只能將熱能通過自身零部件吸收，這時制動器溫度較高，所以影響制動襯塊磨損特性。 4.3.1比能量耗散率 為了能在理論上計算制動襯塊的磨損，本次設計利用比能量耗散率作為衡量制動襯塊磨損的標準，即單位時間內襯塊單位摩擦面積耗散的能量，通常所以的計量單位是。制動襯塊磨損越嚴重，比能量耗散率越大。車輛單個前后制動襯塊的比能量耗散率為： 式中：——車輛回轉質量換算系數(shù)； ——車輛的總質量； ，——汽車制動初速度與終速度，；本次設計轎車取=； ——制動減速度，，本次設計時?。? ——制動時間，； ——前、后制動襯襯塊的工作面積； （；） ——制動力分配系數(shù)。 在緊急制動到停車時，并可近似地認為，則有 把參數(shù)代入上述公式求得： 比能量耗散率太高會導致襯塊的磨損過快，且會致使制動盤斷裂損壞。盤式制動器的比能量耗散率應小于。根據上式求得是從初速度緊急制動到停車的時間，，求得，所以本次設計符合要求。 4.3.2比滑磨功 汽車在行駛過程中制動，由最高初速度至完全停車所完成的單位襯塊面積的滑磨功也可作為制動塊磨損的指標，即下式所述： 式中：——車輛總質量，； ——車輛最高制動車速，； ——車輛制動器各襯塊的總工作面積， ——許用比滑磨功，對轎車取 把數(shù)據代入上述公式求得： 本次設計符合要求。 4.3.3制動器的熱容量和溫升核算 制動器的比熱容和抗熱衰性能應符合下列所述條件： 式中：——各制動盤的總質量，為 ——與各制動盤相連金屬的總質量，為 ——制動盤材料的比容熱，對于鑄鐵C=460J/(kgK)；對于鋁合金C=880 J/(kgK) ——與制動盤相連金屬的比熱容； ——制動盤的溫升（一次由到完全停車的高強度制動，溫升不應超過 ）； ——滿載車輛在行駛過程中的緊急制動，由于制動時間較短，制動器的熱量未及時擴散，可認為熱能完全被按前、后制動力比例分配給前、后制動器，并完全被制動器吸收，則如下式所示: 代入數(shù)據求得： 式中 ——車輛滿載總質量 ——車輛制動時的初速度 ——車輛制動器制動力分配系數(shù) 由計算求出： 滿足條件 4.4制動器主要零件的結構設計 4.4.1制動盤 制動盤常用鑄鐵鑄造而成，也可在鐵液中加入少量銅、錫、鉬、釩、鈦、鉻等元素，這樣可提高鑄件的強度性能及硬度。制動盤的結構為配合車輛安裝有平板狀和禮帽狀兩種類型。制動盤安裝在車軸上并跟隨車輪一起回轉，在車輛制動時，制動盤不僅要承受較大制動力，還要吸收制動時產生的熱量，為了提高散熱效果，有一些制動盤還在其徑向鑄造通風孔，在高速行駛時通過空氣對流降低制動盤工作溫度，根據實驗表明，鑄造通風槽能提高冷卻以上，但會導致制動盤盤體較厚。 根據相關國家標準：制動盤的抗拉強度應滿足，表面硬度應滿足185-230HB；在制動盤同一摩擦表面的硬度變化量應小于15HB，在不同磨擦面的硬度變化量應小于20HB。同時，制動盤表面的加工精度要求較高，其平面度允許0.012mm，表面粗糙度為；兩工作表面的平行度不應該大于0.05mm，若厚度不均勻則容易引起制動踏板震動；制動盤端面跳動不應大于0.03mm，過大會導致制動盤撞擊制動襯塊，頂推活塞，造成制動踏板制動和制動行程加大。 本次設計采用的材質為碳纖維陶瓷復合材料，前制動器采用利于散熱的通風盤，后制動器采用實心盤，制動盤結構選用禮帽狀（圖4-1）。 圖4-1 禮帽狀制動盤 4.4.2制動鉗 制動鉗為了加工方便，一般做成對分式的，然后用螺栓固定成整體，也可做成整體式。在制動鉗橋留下槽口，方便制動器磨損后免于拆卸查看。制動鉗一般采用鑄鐵、鋁合金壓鑄、鋼骨架壓鑄鋁合金等。但大多數(shù)車型采用強度較高的球墨鑄件，相當于，且耐磨性好，成本低。 本次設計采用球墨鑄鐵作為制動鉗材料，采用整體式的結構設計。 4.4.3制動塊 制動塊由背板和摩擦襯塊組成，摩擦襯塊大多為扇形和矩形。其連接方式有兩種：一種是在背板上鉆有4~6個孔，使襯塊與背板直接壓嵌在一起，這種方式常被歐洲等國家采用；另一種是將摩擦襯塊單獨壓制成型，用鉚釘與背板鉚接在一起，美國制動器常常采用。背板采用優(yōu)質碳素結構鋼制成，一般要求有足夠的強度和剛到，對于轎車和輕型貨車而言，背板厚度一般為左右，對于重型貨車厚度還要更大。 在大部分車輛上都裝報警裝置，當制動襯塊摩擦損耗快到到工作壽命極限時，報警裝置會對駕駛員發(fā)出燈光或聲音，提示及時更換新的制動襯塊。 本次設計選制動襯塊背板的厚度為6mm，制動襯片厚度為15mm，并安裝有磨損提示機構。 4.4.4摩擦材料 在選用制動襯塊的摩擦材料時，應考慮到其具備良好的摩擦系數(shù)和能承受較大負載的能力，同時具有一定的耐熱性和耐磨損性，能滿足車輛制動的性能要求。在選取摩擦材料時應考慮到材料對人體是否有害，并且在制動器制動時是否產生噪聲和異味。 隨著時代的進步人們對環(huán)境保護和制動器制動性能有了更高的要求。由于石棉材料的熱衰減大，并且對人體有致癌作用，所以設計制動器時已經摒棄了石棉材料的使用，而改用陶瓷纖維、復合纖維等摩擦材料。這些材料的優(yōu)點有：都是非石棉增強纖維，并具有高強度、耐磨和耐高溫；制動舒適、環(huán)保價格便宜等。 本次設計選用制造簡單并具有良好導熱和耐高溫性能的金屬纖維作為摩擦材料。 4.4.5制動器間隙的調整機構 車輛在正常行駛過程中，制動器未工作時制動器應留有充足的工作間隙，使得車輪能正?；剞D。這個工作間隙不能太大，一般轎車上制動器的工作間隙為，如果間隙過大會導致腳剎和駐車制動鉗的行程失效，所以設計時應取較小值。但考慮到制動時會產生大量的熱能，導致制動盤或制動襯塊過熱形變，從而抱死剎車或誤剎的現(xiàn)象，所以制動盤與制動襯塊之間的工作間隙應由在冷卻狀態(tài)下的制動器試驗決定。本此設計制動器工作間隙隙取。 圖4-2 自調裝置示意圖 A無油壓時，B有油壓時 1-活塞密封圈；2-制動鉗；3-制動輪缸活塞 在車輛行駛過程中，制動器作為安全的保證需要被經常使用，而制動器的制動襯塊又是消耗件，在反復制動過程中會使制動襯塊磨損，導致預先設置的制動器工作間隙變大，所以制動要設置一個工作間隙調整機構。本次設計中使用的是能在制動襯塊磨損后自動調整工作間隙的裝置，該裝置是在制動活塞與制動缸體之間加裝一個具有形變和復位功能的密封圈（如上圖所示），當制動器制動時，活塞在制動液的作用下推動制動襯塊向制動盤移動，直到制動塊壓緊制動盤，密封圈只發(fā)生形變而與活塞之間沒有相對位移，當制動器解除制動后密封圈回復原樣。經過反復制動后，制動襯塊磨損導致制動器工作間隙增大，這時制動器制動時，活塞在制動液作用下推動制動襯塊向制動盤移動，由于制動襯塊磨損導致密封圈在形變到極限時襯塊沒有壓緊在制動盤上，在液壓作用力下活塞克服與密封圈之間的摩擦力推動襯塊向制動盤靠近，直到制動襯塊重新壓緊在制動盤上，這時活塞與密封圈之間產生了相對位移，調整了因襯塊磨損造成的間隙，制動器重新回到預設的工作間隙。（密封圈的極限摩擦力設定為制動器正常制動時的工作間隙的值） 第5章 制動器驅動機構的形式選擇及計算 5 制動器驅動機構的計算 5.1液壓制動驅動機構的設計 液壓制動驅動機構的作用是：在車輛在行駛或停車時將駕駛員肌體的力通過某些機構放大并傳遞給制動器，使制動器實現(xiàn)制動。其設計內容主要包括制動液壓缸、真空助力裝置和制動踏板行程。 5.1.1制動輪缸直徑與工作容積 制動活塞對制動襯塊的作用力和制動液壓缸缸直徑以及制動液壓缸中油液壓力的關系如下式： 式中：——制動液壓缸內的油液壓力， 本次設計取 。 根據公式 可推出 ,所以制動襯塊對制動盤的壓緊力等于液壓活塞對制動襯塊的推力 將數(shù)據代入公式求得： 前軸： 后軸： 將數(shù)據代入公式求得： 車輛在正常行駛制動時液壓管道中的油液壓力在左右，而盤式制動器因為其制動襯塊與制動盤接觸的面積較小，所以需要更高的壓力來驅動。油液壓力越高其液壓缸直徑越小，但對于制動管路和管路的接頭要求會更加嚴格。 在設計制動器制動液壓缸時，制動液壓缸直徑應符合國家尺寸標準。國家標準直徑系列尺寸： 。 根據計算選取前后制動液壓缸直徑，前制動輪缸選取直徑為 ，后制動輪缸直徑為 。 制動液壓缸的工作容積： 式中：——前（后）活塞的直徑； n——前后制動液壓缸活塞數(shù)量;( ) ——一個輪缸活塞在完全制動時的行程，對盤式制動器可取。（本次設計取） 將數(shù)據代入公式求得： 前制動器單個輪缸的工作容積： 后制動器單個輪缸的工作容積； 全部工作輪缸的工作容積： 5.1.2制動主缸直徑與工作容積 制動主缸的直徑也應該國家尺寸標準，國家標準直徑系列尺寸： 制動主缸工作容量 式中：——制動軟管在液壓下變形而引起的容積增量。 ——全部制動器輪缸的總工作容積。 在設計時，考慮到軟管變形，轎車制動主缸的工作容積可取為 ； 將 代入上述公式求得： 。 制動主缸活塞的直徑和活塞行程根據下式計算： 一般在計算時取 ，在本次設計中取 。 將上述數(shù)據代入求得： 根據制動主缸直徑標準選取活塞直徑和活塞行程：，。 5.1.3制動踏板力與踏板行程 制動踏板力的驗算公式： 式中： ——制動主缸活塞直徑； ——制動管路中液壓力的大小； ——制動踏板的傳動比， ，一般為2~5；（在本設計中取4） ——制動液壓缸的效率， 。取 將參數(shù)代入上述公式求得； 根據制動操縱輕便舒適的要求本次設計的制動驅動機構需要加裝真空助力裝置 式中： I——真空助力比，取4。 本次設計符合要求 制動踏板的制動行程為： 式中：——制動液壓缸中活塞桿與活塞間的間隙；（取） ——制動主缸活塞的空行程；（取 ） 將代入上述公式求得： 對于轎車制動踏板的行程應小于，而貨車應該小于則符合設計要求。本次制動踏板行程設計合格。 第6章 制動性能分析 6 制動性能分析 汽車行駛時能在短時間內停車且維持行駛方向穩(wěn)定性和在下長坡時能維持一定車速的能力，稱為汽車的制動性。 6.1制動性能評價指標 為了保證車輛在行駛制動時能保證有足夠制動的能力，制動器的性能應符合下述要求： 1）制動效能。制動距離和制動減速度是評價制動效能的重要指標； 2）制動效能的穩(wěn)定性。即制動器在連續(xù)制動時抵抗熱衰減的能力； 3）制動時車輛的方向穩(wěn)定性。在車輛正常行駛制動時，車輛能保持不發(fā)生方向跑偏、車身側滑和轉向功能無法使用的能力稱為制動穩(wěn)定性。 6.1.1制動效能 在評價一輛汽車的制動效能時，常用車輛從制動開始到制動結束時的減速度和制動距離來表示制動效率的高低，制動器的制動效率越高則車輛的制動距離越小，制動減速度越大。 1) 制動減速度 常用最大制動減速度和最小制動距離來評價車輛制動器效率的高低。 假設汽車在正常路面上行駛，不考慮路面附著條件的因素，而此時最大制動減速度如下式： 其中——車輛最大制動力矩 ——車輪有效半徑 ——滿載車輛的總質量 將數(shù)據代入上述公式求得： 查閱資料可知轎車的最大制動減速度應在 之間，所以本次設計符合要求。 2) 制動距離S 制動距離直接影響了車輛行駛的安全性，制動距離計算公式如下式： 式中：——驅動機構和制動器的滯后時間，驅動機構將力傳遞給制動器到制動器消除間隙實現(xiàn)制動的這段時間； ——驅動機構傳遞放大驅動力的時間； ——制動器消除工作間隙實現(xiàn)制動的時間，一般在之間； ——制動開始時車輛的行駛速度，。（取） 將數(shù)據代入上述公式求得： 國家規(guī)定汽車列車初速度在30Km/h制動時制動距離應該小于12m，所以本次設計合格。 6.1.2制動效能的恒定性 車輛在正常行駛時，由于連續(xù)剎車會導致制動器的溫度升高，從而使得制動器的制動效率降低，制動效能的恒定性即制動器在連續(xù)制動后能保持制動效率不變的能力。制動效能的恒定性影響了制動器的使用壽命和行車連續(xù)制動的安全性，本次設計也考慮到效能穩(wěn)定性，所以設計前輪制動器時選用了通風盤作為前輪制動盤，并在通風盤兩工作面鑄造通風孔， 提高制動器的散熱能力。 6.1.3制動時車輛的方向穩(wěn)定性 在車輛正常行駛制動時，汽車有時會發(fā)生跑偏、側滑和前輪轉向失效的情況，導致車輛不受駕駛員控制偏離車道造成交通事故等危險狀況。制動時車輛的方向穩(wěn)定性是指，車輛在制動時可以保持車輛的操縱性不喪失，行駛方向能遵循駕駛員操作隨意改變。 制動跑偏的原因有兩個： 一、車輛前軸左右車輪的制動力分配不均勻。 二、由于制動系統(tǒng)或懸架部份突然發(fā)生故障。 制動側滑是指制動時汽車的某一軸或兩軸發(fā)生橫向移動的現(xiàn)象。.制動不當，如動作過猛、過量等，出現(xiàn)車輪“抱死拖滑”，而后輪一般又先于前輪“抱死”，也易引發(fā)車輪側滑。 前輪失去轉向能力：車輛在制動時轉向不受駕駛員控制，轉向系統(tǒng)不工作。導致其發(fā)生的原因是在制動時前輪抱死。 第7章 結論 結論 本次的畢業(yè)設計是用2015款?？怂沟淖鳛橹苿悠髟O計的基礎，通過參考各種資料，了解制動器的種類后，選擇了最適合轎車使用的盤式制動器。參考?？怂管囍魇褂檬謨裕瑢I車制動器的各種數(shù)據進行了選取和設計。隨后對制動器的零部件進行了校核和對制動器驅動部分的液壓缸進行了設計。 最后使用了我在大學中學習的繪圖軟件proe和CAD繪制了前、后盤式制動器的三維零件圖和裝配圖。 根據理論結合實際該設計的浮動鉗盤式制動器，其相關的指標滿足國家標準，總體來看浮動鉗盤式制動器經過理論驗證后基本達到設計的目標。 本次畢業(yè)設計的完成，離不開制動器有關書籍的幫助，通過查詢和學習制動器書籍使我對制動器有了更深的認識，了解了制動器發(fā)展的未來。在做畢業(yè)設計這段時間使我的學習能力、繪制三維圖形的能力有了質的提高，并使得大學四年所學的知識結構化。 制動器是汽車安全行駛的一重保障，隨著科技進步，越來越多制動器方面的技術會被開發(fā)出來推動汽車歷史的發(fā)展，相信未來的汽車會更加的安全。 參考文獻 參考文獻 [1]?余志生.?汽車理論[M].?北京：機械工業(yè)出版社，2000年. 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