《1.6L排量轎車盤式制動器的設(shè)計12000字（論文）》

1.6L排量轎車盤式制動器的設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u24052摘要 125575第1章緒論 II1.6L排量轎車盤式制動器的設(shè)計摘要：制動器是車輛兩大安全件之一，擔(dān)負(fù)使車輛減速直至停車及穩(wěn)定駐車的功能。盤式制動器因為有著制動效能穩(wěn)定，散熱性優(yōu)秀，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜等諸多優(yōu)點(diǎn)，更多的在轎車上應(yīng)用，所以盤式制動器對車輛行駛安全是至關(guān)重要的。1.6L排量轎車盤式制動器設(shè)計思路參考了汽車設(shè)計書中的設(shè)計方法以及一些碩士論文的設(shè)計方法。設(shè)計主要列舉了盤式制動器的種類和它們的差別，選擇了適用于1.6L排量轎車盤式制動器的浮鉗盤式制動器，并對制動主油缸和制動管路進(jìn)行討論選擇。先確定制動盤、制動塊、制動鉗等設(shè)計的材料，再根據(jù)設(shè)定的參數(shù)，計算制動力，制動力矩，制動輪缸、制動主油缸的直徑和容積等，使設(shè)計符合要求，能夠制動。進(jìn)一步計算制動器主要參數(shù)的和性能參數(shù)的設(shè)計計算，例如前后制動力分配系數(shù)、制動效率等做了計算。也分析了汽車在各種附著系數(shù)道路上的制動過程。并對摩擦襯片和軸等重要部分進(jìn)行校核，檢驗滿足制動要求。在滿足制動法規(guī)要求及設(shè)計前提下，提高了汽車的制動性能。關(guān)鍵詞：盤式制動器；設(shè)計；制動效率第1章緒論1.1課題背景及研究意義盤式制動器越來越廣泛地應(yīng)用于各類汽車上，如果根據(jù)工作方式對其劃分，其類型較為豐富，比較典型的包括分氣壓式、復(fù)合式等。當(dāng)前主流的轎車絕大部分情況下選用液壓式制動器，在這種控制方式下，制動力主要利用真空助力器實現(xiàn)力的擴(kuò)增，先把它傳遞至主油缸，此時形成的液壓可以有效傳遞至制動器，如此就就可以高效制動。另外，它關(guān)聯(lián)的零部件相對較多，其中比較典型的包括制動盤、活塞等。制動盤為了有效減小其運(yùn)行過程中的溫度，其一般采用了通風(fēng)設(shè)計的方式，此外，它可以從制動卡鉗、管路分布等諸多層面進(jìn)行優(yōu)化。該裝置當(dāng)前在多種汽車上都進(jìn)行了應(yīng)用，市場前景也較為良好。近幾年，伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，車輛制動器的功能特性得到進(jìn)一步優(yōu)化。制動器分為兩類鼓式和盤式，此外，我們可以結(jié)合結(jié)構(gòu)型式對其進(jìn)行具體分類，其重點(diǎn)涉及到機(jī)械式、液壓式等多種類型，其運(yùn)行原理大同小異，其最為主要的部分都是制動裝置，可以通過其運(yùn)行時形成的摩擦熱消耗車輛動能，從而讓車輛能夠更好的制動。對于鼓式制動器來講，其發(fā)展的時間相對較長，在其并未出現(xiàn)之前，它已在諸多汽車上進(jìn)行應(yīng)用。而在當(dāng)前而言，轎車速率得到進(jìn)一步提升，制動性能明顯增強(qiáng)，這就使轎車更偏向于應(yīng)用綜合性能更為理想的盤式制動器。該制動裝置很大程度上淘汰了鼓式制動器。我們有必要對盤式制動器展開計算，從而為汽車的開發(fā)提供有價值的參考，這是非常有意義的[1][2]。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢隨著我國轎車工業(yè)的發(fā)展，我國在轎車上裝盤式制動器的規(guī)模已經(jīng)越來越大。安裝盤式制動器在提高整車性能、增加車上人員的安全性和舒適性等方面有著很大的效果。目前一般采用前輪盤式制動器和后輪鼓式制動器，因為需要考慮到經(jīng)濟(jì)的因素，制造商也想減低成本。因為汽車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車總負(fù)荷的70%-80%，所以前輪制動力遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大于后輪。也正因為由于緊急制動過程中的軸荷前移,對于前輪制動系統(tǒng)性能的技術(shù)要求相對較高,這種前制動器主要采用的是以液壓盤式制動器為主流,以液壓油作為傳動介質(zhì),以液壓總泵作為動力源,并且后制動器與液壓雙泵雙作用分泵制動蹄。目前絕大多數(shù)的車輛都是使用前后震鼓式混合驅(qū)動力的剎車。但是，隨著我國高速公路等級的進(jìn)一步提高和旅客乘車服務(wù)等級的增加,尤其特別是國家安全法規(guī)的進(jìn)一步強(qiáng)制和實施，這些因素也導(dǎo)致了盤式制動器安裝應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大國外汽車機(jī)構(gòu)經(jīng)過多年的研發(fā)，將制動器進(jìn)一步與智能化系統(tǒng)搭配應(yīng)用。另外，制動器的研究很大程度上表現(xiàn)在驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電子化水平。各企業(yè)除在傳統(tǒng)制動器上實現(xiàn)了一定發(fā)展之后，還偏向于在中、重汽車領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)開發(fā)工作。而在電子技術(shù)進(jìn)行實踐應(yīng)用之后。外國的BPW對電子報警系統(tǒng)展開了系統(tǒng)性的分析，并對各類參數(shù)進(jìn)行有效收集，其中比較典型的包括輪胎氣壓、制動溫度等，此后將數(shù)據(jù)傳輸至車主，從而對各項參數(shù)的變化進(jìn)行有效監(jiān)視，避免貨車由于裝置磨損進(jìn)而造成制動過程中出現(xiàn)失靈的情況。車主能夠在較短的時間內(nèi)掌握其受損的情況，假如發(fā)現(xiàn)其要求送維修站進(jìn)行后續(xù)處理，如果將其送去維修，其必然會導(dǎo)致危害降低。ABS也逐漸演變?yōu)榧庸まI車的核心裝備，其主要將ABS充當(dāng)核心，并涌現(xiàn)出多樣性的電子制動系統(tǒng)，其中比較典型的包括ASR、BAS、ESP、EBA、EBD、TCS、VDC、ACC等。在車輛模塊化、高壓化的條件下，車輛制動系統(tǒng)的電子化水平也進(jìn)一步提升，許多企業(yè)都對電制動系統(tǒng)展開了系統(tǒng)性的研究，博世、特維斯等企業(yè)已推出了多項試驗成果，電制動系統(tǒng)在將來必然會得到快速發(fā)展，汽車底盤的集成度也會有效提升，從而優(yōu)化其整體的制動效果[3]。1.3設(shè)計內(nèi)容及要求1.3.1設(shè)計任務(wù)本研究重點(diǎn)對盤式制動系統(tǒng)的功能特性進(jìn)行分析，并在這個條件下設(shè)計科學(xué)的優(yōu)化方案，在經(jīng)過綜合性的篩選之后，明確最為理想的方案，使車輛的制動效果有效提升。整體而言，其應(yīng)該滿足下述標(biāo)準(zhǔn)：1、循環(huán)的制動；2、體現(xiàn)優(yōu)良的制動效能；3、機(jī)構(gòu)復(fù)雜性盡可能降低；4、滿足實際需求。本文對該裝置的傳動原理進(jìn)行深入分析，主要通過零部件、機(jī)構(gòu)等實現(xiàn)合理的設(shè)計。這部分的設(shè)計很大程度上決定了最終的制動效果。而從制動性能的方面來講，因為制動管路分布的情況存在一定差異，其產(chǎn)生的效果必然不相一致。盤式制動的基本原理[4]（具體情況參考圖2-1）：在軸承上固定制動盤6，從而讓它和輪轂軸承一同運(yùn)行；此外，其底板設(shè)置了制動卡鉗4。在剎車的時候，制動踏板1承受的力轉(zhuǎn)移至主油缸3，在擠壓所有車輪分泵的活塞之后，將制動塊4壓向制動盤6，在這之后通過摩擦力產(chǎn)生相對較大的制動力，在將制動踏板1后松開之后，制動主油缸3回復(fù)到原來的位置，油管和主油缸里的壓力消失，制動塊5和制動鉗4也回位，摩擦力消失，制動解除。1-制動踏板2-真空助力器3-制動主油缸4-制動鉗5-制動塊6-制動盤，7-制動鼓8-制動襯片9-制動蹄圖2-1盤式制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工作原理圖1.3.2設(shè)計要求在進(jìn)行設(shè)計的時候，其必須滿足下述標(biāo)準(zhǔn)：1、設(shè)計的規(guī)格應(yīng)滿足客觀需求；2、應(yīng)在確保乘車人員生命安全的情況下進(jìn)行改善；3、選擇最為適用的方法展開設(shè)計。

第2章總體方案的確定2.1制動器的分類和選擇對于制動器而言，它是汽車制動系統(tǒng)最為主要的部件，當(dāng)代汽車的制動裝置通常存在下述標(biāo)準(zhǔn)：1、以相對較短的距離實現(xiàn)制動；2、制動效果符合要求；3、制動裝置應(yīng)表現(xiàn)出較高的強(qiáng)度，應(yīng)表現(xiàn)理想的耐久性；4、檢測的難度較低，更換流程足夠精簡。通常來講，前輪裝配盤式制動器，后輪則裝配鼓式制動器，從而優(yōu)化整體的制動效果，但一部分車輛在所有輪子都裝配了盤式制動器，因此其發(fā)展速度相對較快。在應(yīng)用盤式制動器之后，汽車安全性能夠得到有效提升，而且規(guī)避了制動噪音過大、粉塵污染等常見的問題[5]。為了能有更加好的制動效果，需要進(jìn)行更加深入的設(shè)計和材料的選用。2.2設(shè)計方案2.2.1制動鉗的方案選擇車輛在行駛時，制動盤會伴隨車輪一同轉(zhuǎn)動，制動鉗在這個時候保持固定，在其制動的時候，制動鉗會將制動盤夾住，如此就可以高效的制動。另外，其可以根據(jù)固定摩擦元件結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，其主要涉及到鉗盤式和全盤式。（1）固定摩擦元件主要裝配于支架，它通過特定的制動塊構(gòu)成，制動盤被這兩個制動塊卡住，用螺栓將它固定在輪轂上。這種制動器憑借制動盤的離心力作用可以將附著臟污等甩下，而且它有著質(zhì)量不大，結(jié)構(gòu)較易，散熱性優(yōu)秀，維修十分便利。然而由于摩擦襯塊的整體面積較小。由于在其制動的時候會受到溫度的影響，因此它對摩擦材料提出的標(biāo)準(zhǔn)也非常嚴(yán)苛。該裝置結(jié)合結(jié)構(gòu)形式的差異，其主要劃分為兩類，即定鉗式和浮鉗式[6]。①定鉗式制動器（具體情況參考圖2-2）：該制動器有兩個液壓油缸在制動鉗體上，它們分別由一個或兩個活塞，由于活塞直接擠壓制動片，上面的力較平均，使用可靠性較高。但是這種制動器的結(jié)構(gòu)尺寸和布置也比較復(fù)雜，其實際需要的費(fèi)用相對較高，此外，因為在其制動的過程中形成的熱能夠通過油路傳遞至制動油液，如此就造成其溫度超過一定水平，并形成大量氣泡，如此就使其制動效果受到嚴(yán)重影響。1—回位彈簧2—制動鉗體3—導(dǎo)向支撐銷4—活塞5—制動塊6-制動盤圖2-2固定鉗盤式制動器②浮鉗式制動器（具體情況參考圖2-3）：制動過程中通過油管將在主油缸產(chǎn)生的油液壓力傳遞到制動鉗處的輪缸處，進(jìn)而對活塞發(fā)揮推動的作用，而此時的制動塊會壓向制動盤，一直持續(xù)到兩側(cè)受力完全一致為止，制動鉗、導(dǎo)向銷、卡鉗支架三者連在一起，可以在那上面移動。這種制動器只需在盤的一側(cè)安裝油缸，結(jié)構(gòu)布置簡易，造價不高。轎車常用這種結(jié)構(gòu)。圖2-3浮動鉗盤式制動器對于固定摩擦元件和旋轉(zhuǎn)元件來講，其主要表現(xiàn)為圓盤形，各盤的摩擦表面在進(jìn)行制動的過程中接觸面積較大。該裝置的散熱性非常差，結(jié)構(gòu)也十分繁雜，現(xiàn)階段的轎車通常情況下不使用該方式，換而言之，此類制動器已完全淘汰，其整體架構(gòu)具體參考下圖。圖2-4多片全盤式制動器從以上了解，可以將設(shè)計對象定為浮鉗盤式制動器。此后可根據(jù)要求對制動鉗進(jìn)行布置，由于制動鉗所處的位點(diǎn)有所差異，其發(fā)揮的作用也必然不相一致，假如其處于軸前，那么就能夠防止其向鉗內(nèi)甩臟物，如果將其設(shè)置于軸后，那么此時可以使輪轂軸承對應(yīng)的徑向合力大幅度降低。2.2.2制動總泵的方案選擇對于這個設(shè)備而言，它能夠?qū)Σ忍ちM(jìn)行有效轉(zhuǎn)換，從而得到適當(dāng)?shù)囊簤?。在對其進(jìn)行串聯(lián)之后，可將其分為前輪與后輪，左前輪與右后輪的運(yùn)轉(zhuǎn)表現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性?，F(xiàn)目前的轎車絕大部分都應(yīng)用該配置方式。（1）單制動總泵（具體情況參考圖2-5）：其應(yīng)用相對較小，由于其系統(tǒng)液出現(xiàn)了泄漏的情況，其必然會造成車輪制動完全失效，因此就需要在前輪與后輪的制動液管之間，分別設(shè)置安全缸，這樣，即使其中一個發(fā)生泄漏，只要立刻切斷該系統(tǒng)的油路，那么另一套液壓系統(tǒng)也就可以正常進(jìn)行工作，制動總泵就能保證它的安全性。圖2-5單制動總泵(2)串聯(lián)式制動總泵[7]：主缸通過單腔制動主缸進(jìn)行串聯(lián)。儲油罐內(nèi)的油轉(zhuǎn)移至前、后腔，如此就能夠形成相應(yīng)的油壓，兩者再通過管路傳到指定的輪缸。假如主缸不采取制動措施，活塞皮碗與其頭部主要處于旁通孔和補(bǔ)償孔中間。在操作制動踏板的時候，它可以對后腔活塞發(fā)揮推動作用，在其傳動機(jī)構(gòu)的影響下逐步前移，進(jìn)而使油壓在一定程度上提升。此后，在液壓的影響下，前腔活塞會朝著前部移動，前腔壓力會大幅度增加。如果踩下踏板，兩部分腔的液壓會進(jìn)一步提升，使前、后制動器兩個都制動。這制動總泵有兩個液壓系統(tǒng)，車輛常規(guī)制動的時候，只需要一個液壓系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行即可。在將踏板力撤出以后，前、后腔活塞在其作用下回復(fù)到原位，另外，制動液在壓力的影響下，制動液將回油閥推開，從而使其轉(zhuǎn)移至主缸，如此就可以讓制動得到有效解除。在對踏板施加一定壓力之后，制動管路出現(xiàn)損壞的情況，前腔并未產(chǎn)生任何壓力。在此類條件下，前腔活塞能夠以較高的速率前移，此后頂?shù)礁左w。在這之后，工作腔內(nèi)的液壓會大幅度增加，一直持續(xù)到其變化至預(yù)設(shè)值。在踩下踏板之后，制動管路出現(xiàn)漏油的情況，其必然會導(dǎo)致其無法建立液壓。另外，后缸活塞會朝著前部移動，并對前缸活塞發(fā)揮推動的作用。然而在活塞頂觸前缸的時候，它會出現(xiàn)前移的情況，最后發(fā)揮制動的效果。所以，如果應(yīng)用此類系統(tǒng)，即便某個回路出現(xiàn)失效的情況，其他腔依然能夠穩(wěn)定運(yùn)行，如此就會造成其需要的踏板行程大幅度提升，汽車制動力效能大幅度減小。經(jīng)過對比之后，確保乘車人員生命得到良好保障的條件下，其可以采用串聯(lián)式制動總泵。2.2.3制動管路的方案選擇針對這個液管而言，它能夠?qū)⒅饔透椎囊簤簜鬟f至分泵，其涉及到兩類調(diào)配方式，前后輪制動管路都設(shè)置了特定的回路系統(tǒng)。如果要使驅(qū)動機(jī)構(gòu)能夠長期穩(wěn)定的適用性，使車輛在使用過程中具有足夠的可靠性，制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)配置兩套高度獨(dú)立的系統(tǒng)，以便在某回路出現(xiàn)問題的時候，其他回路依然能夠穩(wěn)定的運(yùn)行，進(jìn)而發(fā)揮理想的制動效果[8]。（1）II型，前、后輪制動管路都構(gòu)成相對獨(dú)立的回路系統(tǒng)，具體情況參考圖2-6（a）。它在各轎車上都有所引用，但主要在貨車上進(jìn)行應(yīng)用。假如后輪制動管路失效，其難以發(fā)揮制動效果的時候，此時只有通過前輪制動，前輪抱死之后，其必然會造成其喪失轉(zhuǎn)彎制動能力。假如前輪管路出現(xiàn)失效的情況，其必然難以制動，假如只可以通過后輪制動，其發(fā)揮的作用必然大幅度減小，與常規(guī)條件下進(jìn)行對比，其大概減少了二分之一。此外，因為后橋負(fù)荷相對較小，假如踏板力超過一定標(biāo)準(zhǔn)，其必然會造成汽車出現(xiàn)甩尾的情況。（2）X型，前、后輪制動管路主要采取對角連接的方式，具體情況參考圖2-6（b）。它的整體架構(gòu)較為精簡，假如某回路出現(xiàn)失效的情況，它依然可以維持50％的制動效能，此外，制動力的分配系數(shù)與附著系數(shù)并未出現(xiàn)改變，如此就能夠保證其在制動的過程中整車負(fù)荷具有良好的適應(yīng)性。（3）HI型，前輪制動器的半數(shù)輪缸與后輪制動器輪缸能夠構(gòu)建完善的回路，具體情況參考圖2-6（c）。（4）LL型，兩回路主要通過輪缸和制動器構(gòu)成，具體情況參考圖2-6（d）。（5）HH型，兩回路主要通過各制動器的半數(shù)缸構(gòu)成，具體情況參考圖2-6（e）。此類系統(tǒng)能夠表現(xiàn)出非常理想的制動效果。經(jīng)過上述對比，我們能夠發(fā)現(xiàn)HI,LL,HH型的結(jié)構(gòu)十分繁雜，所以本研究應(yīng)用的制動管路很大程度上采用對角連接的方式。（a）（b）（c）（d）（e）1-雙回路系統(tǒng)的一個分路2-雙腔制動主缸3-雙回路系統(tǒng)的另一個分路圖2-6雙回路系統(tǒng)的5種分路第3章盤式制動器主要部件的設(shè)計3.1制動盤的設(shè)計3.1.1制動盤的直徑制動盤直徑應(yīng)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)增，如此就可以有效提升其有效半徑，并使其夾緊力在一定程度上減小，這樣可以明顯減小摩擦襯塊對應(yīng)的單位壓力。然而輪輞直徑能夠?qū)χ苿颖P直徑發(fā)揮約束的作用，其直徑在大多數(shù)條件下為輪輞直徑的70%～79%。在本研究中，車輪的型號為205/55R16，如此我們可以進(jìn)一步分析輪輞的尺寸1625.4=406.4mm，406.4(70%～79%)=284.48mm～321.056mm，在這個范圍內(nèi)[9]，制動盤的直徑選為315mm。3.1.2制動盤的厚度對于制動盤厚度來講，它會對制動盤質(zhì)量產(chǎn)生較為明顯的影響。為了能夠使質(zhì)量得到一定控制，制動盤厚度應(yīng)在進(jìn)行適當(dāng)?shù)臏p小。為了能夠使其散熱性符合要求，此處主要采用通風(fēng)式的制動盤，如此就可以使其散熱效果得到有效提升。制動盤的厚度大多數(shù)選在20mm～50mm內(nèi)，當(dāng)然要盡可能選取在20mm～30mm內(nèi)。本設(shè)計取其厚度為28mm。3.1.3制動盤的材料考慮到灰鑄鐵強(qiáng)度高，耐熱和耐磨性好，減振性，鑄造性良好，能承受較大的載荷，所以制動盤的材料選取G3000。3.2制動卡鉗的設(shè)計這個裝置要具有較高的強(qiáng)度和剛度，所以材料選用的是球墨鑄鐵QT400-18。本設(shè)計選用浮鉗式，在制動卡鉗的一側(cè)有輪缸。3.3制動塊的設(shè)計制動塊由兩樣構(gòu)成，分別是背板和摩擦襯塊，二者可以通過黏膠進(jìn)行粘合，脫落的概率較低。襯塊絕大部分為扇形，活塞壓住的部分應(yīng)盡量擴(kuò)增，從而避免襯塊出現(xiàn)卷角[10][11]。除此之外，為了避免制動液汽化，其可以設(shè)置專門的減振墊，從而防止在制動的時候?qū)⑸傻臒崃總鬟f至制動鉗。摩擦襯塊發(fā)生的磨損較為突出，這是由于其單位壓力相對較大，工作溫度也相對較高，因此摩擦襯塊厚度應(yīng)在一定程度上擴(kuò)增。針對普通汽車來講，其摩擦襯塊的規(guī)格為7.5mm～16mm，此處我們可以將摩擦襯塊的厚度設(shè)置為13mm。為了能夠?qū)δΣ烈r塊進(jìn)行更換，其一般裝配了專門的磨損指示器。具體情況參考圖3-1，通常來講，其更換厚度的極大值為7mm。摩擦襯塊的外半徑R2與內(nèi)半徑R1的兩者比值比1.5小[11]。如果比值比1.5大，那么它在使用時外緣與內(nèi)緣對應(yīng)的圓周速度會產(chǎn)生顯著的差距，并造成其磨損情況受到突出影響，接觸面積會大幅度縮減，進(jìn)而造成制動力矩出現(xiàn)非常顯著的改變。制動盤半徑157，所以摩擦襯塊的外半徑R2可以取148mm，因為R2/R1<1.5,又R1>R2/1.5=98所以當(dāng)內(nèi)半徑R1取100m時，兩者比值R2/R1=1.48<1.5。滿足要求。圖3-1摩擦襯塊的尺寸設(shè)計3.4制動鉗活塞回位設(shè)計在對壓力解除之后，制動襯片能夠在回位彈簧的影響下調(diào)整至初始位點(diǎn)。結(jié)合其整體設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，我們應(yīng)選擇最為適用的回位彈簧。結(jié)合下圖進(jìn)行分析，拉伸彈簧絕大部分情況下應(yīng)用于制動器，然而這種裝置對于該彈簧不具有適用性。圖3-2拉伸彈簧還有種夾緊彈簧，在制動片兩側(cè)的彈簧，采用的夾緊彈簧具體參考下圖，然而此類彈簧安裝的流程較為復(fù)雜，定位的難度較高。圖3-3夾緊彈簧要解決上述情況的不足之處，我們必須結(jié)合制動片結(jié)構(gòu)設(shè)計最為適用的制動彈簧，它的結(jié)構(gòu)如下圖3-4。圖3-4彈簧。該裝置的工作原理具體參考圖3-5：首先，我們可以將彈簧3裝配于制動襯片上方，假如將制動力轉(zhuǎn)化為液壓，那么彈簧3必然會受到擠壓作用，從而出現(xiàn)變形的情況；在制動力完全釋放之后，彈簧3必須調(diào)節(jié)至初始形狀，并對其活塞發(fā)揮推動作用。我們可以將65Mn充當(dāng)主要的彈簧片材料，由于其彈性極限相對較高，并且疲勞強(qiáng)度也達(dá)到較高的水平。1-制動盤2-制動塊3-彈簧4-卡鉗支架圖3-5彈簧的工作原理第4章制動器的設(shè)計計算和校核4.1制動系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)空載質(zhì)量m：1140kg滿載質(zhì)量m：1490kg軸距L：2700mm空載質(zhì)心高h(yuǎn)g：640mm滿載質(zhì)心高h(yuǎn)g：620mm質(zhì)心距前軸距離L1：1520mm質(zhì)心距后軸距離L2：1180mm車輪滾動半徑R：316mm4.2制動系統(tǒng)的主要計算輪胎與路面的附著系數(shù)相當(dāng)于輪胎與路面的摩擦系數(shù)，還受到輪胎胎面材質(zhì)、花紋、路面等因素變化的影響，通常情況下附著系數(shù)列表值如下表：表4-1路面附著系數(shù)列表路面狀況附著系數(shù)干燥瀝青路面0.75～0.85濕滑瀝青路面0.4～0.7積雪路面0.2～0.4結(jié)冰路面0.05～0.1根據(jù)上表所示，本設(shè)計選取干燥瀝青路面的附著系數(shù)。4.2.1同步附著系數(shù)的確定和制動力分配系數(shù)的計算前、后制動器制動力為固定比值的車輛，在附著系數(shù)等于同步附著系數(shù)的路面上，前、后制動器才可以在同一時間抱死。另外，在其滿載的時候，轎車對應(yīng)的同步附著系數(shù)0.6。所以設(shè)計中取同步附著系數(shù)=0.6。根據(jù)所選定的同步附著系數(shù)和,可知公式[12]（4-1）求得空載時制動力分配系數(shù)滿載時制動力分配系數(shù)4.2.2前后軸車輪制動器制動力的計算對后軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，可得平衡公式[12]（4-2）對前軸車輪的接地點(diǎn)取力矩，可得平衡公式（4-3）式中:汽車制動時水平地面對前軸車輪的法向反力,；:汽車制動時水平地面對后軸車輪的法向反力,；：汽車的重力，；:汽車質(zhì)量，；：汽車制動減速度，；因為=經(jīng)化簡，可得（4-4）（4-5）所以在空載時：又因為（4-6）（4-7）式中：前軸車輪的制動器制動力，：后軸車輪的制動器制動力，前后車輪附著力同時被充分利用的條件是[12]：（4-8）（4-9）因為可得轎車的為比值區(qū)間[12]為1.3~1.6，得到的結(jié)果具體參考1.6，因此其滿足標(biāo)準(zhǔn)。滿載的驗證方法與空載完全一致，所以其符合條件。4.2.3前后軸制動器制動力矩的計算由條件可知，制動強(qiáng)度的計算公式為[12]（4-10）空載時：滿載時：當(dāng)，相應(yīng)的制動強(qiáng)度時，后軸和前軸的最大制動力矩為（4-11）（4-12）式中：車輪的有效半徑，計算方法如下：平均半徑（4-13）（4-14）（4-15）所以空載時，后軸的制動力矩為：前軸的制動力矩為：滿載時，后軸的制動力矩為：前軸的制動力矩為：4.3制動器因數(shù)他表示制動器的效能，本質(zhì)上指制動器在單位輸入壓力情況下輸出的力或者力矩?？梢远x為制動盤的作用半徑上的輸入力和摩擦力的比,即,因為是鉗盤式制動器所以鉗盤式制動器的制動因素[13]4.4制動器液壓驅(qū)動機(jī)構(gòu)設(shè)計計算4.4.1制動輪缸直徑的確定與工作容積的計算踏板力不應(yīng)超過500N[14]，所以設(shè)計中可取=500N。令踏板機(jī)構(gòu)的傳動比,真空助力器的真空助力比，助力器工作效率范圍為0.85~0.95，在此取。由上述已知條件，可得出制動輪缸對制動盤的作用力P==500×3×9×0.9=12150N。制動輪缸直徑的公式如下[14]：（4-16）在制動力調(diào)節(jié)裝置的影響，其取值區(qū)間為p=8Mpa~12Mpa。其主要涉及到10,15,20,25Mpa這四個壓力級[14]，而對于管路液壓來講，它在進(jìn)行制動的過程中通常小于10Mpa~12Mpa，因此此處可以取p=10Mpa。計算得：根據(jù)GB7524—87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定下的輪缸直徑尺寸系列表，選用，見表4—2。表4—2輪缸直徑尺寸系列表（單位：mm）輪缸直徑14.5，16，17.5，19，20.5，22，（22.22），（23.81），24，（25.4），26，28（28.58），30，32，35，38，42，46，50，56一個制動輪缸的工作容積：（4-17）（4-18）式中：輪缸的活塞數(shù)目；此設(shè)計選用浮鉗式的制動器，只有一側(cè)有一個活塞，所以n=1；：—個輪缸完全制動時的行程：兩者間的間隙所對應(yīng)的輪缸活塞行程，0.1mm~0.3mm；：假如摩擦襯片出現(xiàn)變形的情況，其必然會造成活塞行程發(fā)生變化，此后我們可以對其單位壓力值展開分析；對制動塊的設(shè)計，在此取。，：在此處主要代表的是輪缸活塞行程，其重點(diǎn)應(yīng)用盤式制動的方式，所以就不考慮這兩個數(shù)據(jù)。所以一個制動輪缸的工作容積（4-19）全部工作容積：（4-20）式中m：輪缸的數(shù)目，此設(shè)計車型為四輪全部是盤式制動，所以m=4所以，4.4.2制動主缸直徑確定和工作容積的計算考慮到制動軟管的變形，轎車制動主缸的工作容積可取[15]，計算得，主缸內(nèi)活塞行程的要求為，取，根據(jù)公式，可得，（4-21）根據(jù)GB7524—87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，選取接近值=38mm作為制動主缸的直徑，列表如同表4-2。由計算可知，=42mm，=38mm，。在大多數(shù)條件下，兩者之間之比在=0.9~1.2，因此主油缸和制動輪缸的設(shè)計符合要求。4.5制動器部分校核4.5.1管路壓力校核管路的極限壓力不考慮ABS系統(tǒng)的作用應(yīng)該是地面的附著系數(shù)提升至同步附著系數(shù)時管路所對應(yīng)的壓力。假如其出現(xiàn)一同抱死的時候，結(jié)合兩輪的制動力公式：（4-22）（4-23）式中：前軸車輪的制動器制動力，；：后軸車輪的制動器制動力，；：前、后輪缸液壓，；：前、后制動輪缸的直徑，；：前后制動器單側(cè)油缸數(shù)目；：前后制動器效能因數(shù)；：前后制動器有效制動半徑，；：車輪滾動半徑，；由上述公式可推導(dǎo)出（4-24）經(jīng)計算可得在大多數(shù)條件下，制動管路所對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)壓力不超過10Mpa，因此其管路壓力滿足標(biāo)準(zhǔn)。4.5.2制動踏板行程校核制動踏板工作行程的計算公式為：（4-25）已知：主油缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5mm~2mm：主油缸活塞空行程。本研究中取=5mm所以，根據(jù)《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》，踏板的行程通常情況下小于150mm，因此該設(shè)計滿足標(biāo)準(zhǔn)。4.5.3制動踏板力校核制動踏板力可用下式進(jìn)行驗算[16]：（4-26）根據(jù)4.4.1有關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，，可得2720.496NN<500N500N是制動踏板力的上限[16]，所以計算結(jié)果符合要求。4.5.4制動距離校核該指標(biāo)主要是指機(jī)動車在要求的速度下緊急制動的時候，腳接與動踏板接觸到其停住所經(jīng)過的距離。見下表[16]：表4-3制動距離和制動穩(wěn)定性要求機(jī)動車類型制動初速度/（km/h）滿載檢驗制動距離要求/m空載檢驗制動距離要求/m試驗通道寬度/m總質(zhì)量不大于3500kg的汽車5022212.5制動距離的計算公式為：（4-27）式中v：制動初速度，查得表4-3，v取50km/h；：制動器作用時間，0.2~0.9s，?。鹤畲笾苿訙p速度，?。粚?shù)據(jù)代入公式，計算得，所以制動距離符合要求。4.6摩擦襯片的磨損特性計算與校核在緊急制動的時候，制動器擔(dān)負(fù)了耗散所有動力的大多數(shù)任務(wù)。在限定的時長內(nèi)，摩擦所形成的熱量無法完全進(jìn)入大氣，其必然會使制動器的溫度在一定水平上增加。此即為能量負(fù)荷，假如該負(fù)荷相對較大，那么它所產(chǎn)生的磨損也必然愈加嚴(yán)重。在對能量耗散率進(jìn)行評析的過程中，能量負(fù)荷是最為主要的指標(biāo)。另外，兩輪所對應(yīng)的能量耗散率可以通過下式進(jìn)行分析：（4-28）（4-29）式中：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；：汽車質(zhì)量，；、：汽車制動初速度與終速度，計算時轎車?。?7.8）；：制動時間，；按下式計算=4.63（4-30）：制動減速度，，=0.6×106；、：前、后制動器襯片的摩擦面積，根據(jù)設(shè)計尺寸，摩擦面積是：A=（4-31）在緊急制動到時，并可近似地認(rèn)為，則有（4-32）（4-33）計算得：空載時，<6.0<6.0滿載時，，略大于6.0，影響不大。<6.0轎車盤式制動器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0，故符合要求。4.7回位彈簧的計算和校核在對回位彈簧進(jìn)行選用的過程中，其主要采用圓柱螺旋壓縮彈簧，所以其設(shè)計必須符合圓柱螺旋壓縮彈簧的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。4.7.1根據(jù)工作條件選擇材料并確定許用應(yīng)力因為回位彈簧能夠在常規(guī)條件下運(yùn)行，所以其必須結(jié)合第Ⅲ類彈簧來具體考慮。此處可以選用60Si2Mn，因為其彈性非常優(yōu)良，回火穩(wěn)定性相對較強(qiáng)，可以承受相對較高的載荷，力學(xué)性能也十分出眾。假設(shè)=9mm，=150N，=25mm，=350N。[]=800Mpa[17]。4.7.2根據(jù)強(qiáng)度條件計算彈簧鋼絲直徑通常旋繞比C，在此選C=6。初設(shè)彈簧中徑D=22mm，由于，所以彈簧絲的直徑d=D/C=22/8=2.75mm。由曲度系數(shù)K的計算公式：（4-34）得，彈簧鋼絲的直徑計算公式[17]：（4-35）計算得根據(jù)參考文獻(xiàn)[17]查得d取3mm，因為D=22mm，則C=22/3=7.3，K=1.2，于是經(jīng)驗證，計算結(jié)果與估取值相近，所以彈簧鋼絲的直徑d=3mm，此時D=22mm，D2=D+d=22+3=25mm。4.7.3根據(jù)剛度條件，計算彈簧圈數(shù)彈簧的剛度為：（4-36）由G=80000Mpa，則彈簧圈數(shù)為[17]（4-37）取n=6，此時彈簧的剛度為4.7.4驗算（1）彈簧初拉力（4-38）初應(yīng)力（4-39）當(dāng)C=7.3時，彈簧初應(yīng)力的選取的區(qū)間為50Mpa~130Mpa[18]，故此初應(yīng)力值符合標(biāo)準(zhǔn)。（2）極限工作應(yīng)力（4-40）（3）極限工作載荷（4-41）4.8驅(qū)動軸的強(qiáng)度校核4.8.1軸的強(qiáng)度校核在車輪高速運(yùn)轉(zhuǎn)時，突然踩下踏板，在液壓的作用下，制動塊和制動盤會彼此摩擦，如此就導(dǎo)致制動盤停止運(yùn)行。另外，支撐輪轂軸承所對應(yīng)的花鍵軸會受到相對較大的扭轉(zhuǎn)力，其彎矩也相對較小，所以在此不作校核。已知發(fā)動機(jī)最大功率為103kw，最大功率轉(zhuǎn)速為6300r/min，汽車滿載時的重量為m=1490kg，則驅(qū)動軸的轉(zhuǎn)矩：（4-42）軸的受力分析簡圖及扭矩圖如圖4-1所示。圖4-1驅(qū)動軸扭矩圖結(jié)合輪轂軸承裝置的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[19]，其花鍵規(guī)格為6，而相應(yīng)的材料為40Cr，該材料許用切應(yīng)力見下表[19]：表4-4常規(guī)材料的[]軸的材料Q235-A,20Q275,35(1Cr18NiI9Ti)4540Cr,35SiMn,38SiMnMo,3Cr13[]15~2520~3525~4555其抗扭截面系數(shù)[20]（4-43）根據(jù)列表選擇則扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（4-44）所以扭轉(zhuǎn)應(yīng)力符合要求。4.8.2花鍵連接強(qiáng)度計算在進(jìn)行具體計算的過程中，假如載荷分布的情況十分理想，各齒工作面的力作用在，即傳遞轉(zhuǎn)矩[21]，并引入系數(shù)來分析載荷所受到的影響，此時其強(qiáng)度條件為：（4-45）式中：為花鍵的平均直徑，此處為矩形花鍵，計算公式為（4-46）轉(zhuǎn)矩T：（4-47）為載荷分布不均系數(shù)，它和齒數(shù)多少有關(guān)，一般取，較小值在齒數(shù)多時??；z為花鍵齒數(shù)，z=6；為齒的工作長度，在此根據(jù)設(shè)計要求，選；h為花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵的計算公式為，C為倒角尺寸[22]，C=0.3。經(jīng)計算，其許用擠壓應(yīng)力具體情況參考下表[23]表4-5許用擠壓應(yīng)力（Mpa）連接方式使用和制造情況許用擠壓應(yīng)力不良35~50[]靜連接中等60~100良好80~120所以，符合良好的使用情況。第5章總結(jié)在對各類設(shè)計方案進(jìn)行對比分析之后，選取最為適用的方案，并對其進(jìn)行相關(guān)計算和校核。在對各項參數(shù)進(jìn)行明確之后，我們可以對制動力、制動力矩等展開分析，并對有關(guān)參數(shù)進(jìn)行校核。（1）整體傳動原理及工作方案的確定在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行分析之后，我們明確了該系統(tǒng)的運(yùn)行原理，此后對設(shè)計方案展開標(biāo)準(zhǔn)化的分類，并對較為關(guān)鍵的部分展開對比研究。最后決定采用浮鉗式制動器，并選擇X型分布的方式。（2）主要零部件的設(shè)計根據(jù)資料，對制動盤、制動塊、制動鉗等設(shè)計和材料的選擇。設(shè)計必須要滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，材料強(qiáng)度也應(yīng)達(dá)