《汽车通风盘式行车制动器设计》7800字

第2章制动器总体结构方案的设计2.1基本参数本次设计参考的车型是广汽传祺GS4，根据相关网络上面的汽车数据，可得汽车的基础数据如下：最大功率：124KW最大扭矩：265N·m汽车尺寸：4545×1856×1700mm；轴距：2680mm；轮距（前/后）：1584mm/1570mm；整备质量：1480kg；满载质量：1955kg；轮胎规格：225/55R18；质心高度（Hg）参考同种类型的车辆：700mm2.2结构方案的确定在汽车行驶的过程中，若需要对汽车进行制动时为了汽车能够稳定的减速、停车和保持车辆的驻车制动。在制动的过程中通过一些辅助设备，通过路面情况、车速来借助一些外力或者其他机构施加一定的作用力或者载荷。而通过这些动作，机构达到对车轮的转动起到抑制的作用的系统称作制动系统。其中，制动器的形式包括鼓式制动器和盘式制动器。盘式制动器里面分为普通盘和通风盘。除开制动器的形式，还有制动系统的驱动机构，该机构从制动踏板到制动钳（卡钳），是制动系统里面的驱动结构。2.2.1制动效果的要求本次设计，按照汽车在满载的状态下从时速60km/h直接制动到0km/h的制动效果进行设计，并且在符合国家标准的制动坡度进行驻车制动。2.2.2制动器的选择在当今社会，由于汽车数目的增加，汽车的安全问题也越来越突出。市面上的汽车基本上是采用盘式制动。盘式制动器相比于鼓式制动器有着更好的散热性，虽然在制动效果上不及鼓式制动，但是胜在制动效能比较稳定。现在市面上比较好的盘式制动器是通风盘式制动器。它在结构上设计有风道，可以让气体在风道里面流动带走制动器的热量，达到散热降温的作用。还有一种是没有风道的实心盘式制动器。虽然结构上更简单一点，但是在散热方面不及通风盘。在制动钳的结构中也分为两种形式。其中一种是定钳盘。定钳盘式制动器油缸较多，主体结构相对而言比较复杂，安装比较困难。还有一种就是浮钳盘。浮钳盘就是在定钳盘的基础上进行优化改进。所以浮钳盘的优势大于定钳盘。并且定钳盘式制动器主要用于比普通轿车略大的车辆，例如轻型客车和大型的SUV。而浮钳盘式制动器在很多的轿车上面得到了广泛的应用。图2-1浮钳盘式制动器定钳盘式制动器本次参考的车型属于轿车类别，所以选择浮钳式制动器。2.2.3制动能源的选择在家用轿车中，都是使用液压制动。相比于气压制动，液压制动管路系统有着更高的压力值；制动时的反应也更快，结构布局相比较而言也更加简单；后期的维护成本也低。缺点就是长期的使用，在制动管路中会出现气泡，影响使用。气压制动液压制动压力值0.07Mpa可以达到20Mpa反应速度慢快结构复杂简单适用范围轻型、中性货车商用轿车表2-1制动能源的分类及特点2.2.4制动管路分析对于汽车的制动系统，针对不同的车型，管路布局有H型、X型、双T型等多种各样。这几种管路布局各有优缺点，以图表的形式进行分析。图2-2H型布置x型布置双T型布置根据上面的得结构特点总结出这几个制动管路的优缺点，如下表：H型布置X型布置双T型布置布局特点布局简单布局简单，适用于单轮缸。布局复杂，使用与多轮缸。制动特点其中一个回路失效时，另一个回路容易抱死。其中一个回路失效时，另一个回路还有一半的制动力。其中一个回路失效时，另一个回路制动力减少一半。表2-2不同制动管路系统的特点所以本次设计也是选择常见的X型制动回路，能够增加制动系统的安全性能，提高稳定性。第3章主要零部件结构、材料的选择3.1通风盘材料的选择现在市面上的汽车制动盘基本上是采用铸铁进行制作，为提高性能会加入一些其他的元素，例如铬、钼等。以此来提高制动盘的性能。汽车进行制动时，情况多变，不仅需要承受车轮行驶方向的切向力，还要承受指向车轮圆心的法向力，并且制动的过程中还会产生大量的热量。所以会在其中设计通风槽。表3-1制定盘本体化学成分要求制动盘表面要光洁，不能因有污渍造成制动效果的降低。在工艺上，对表面跳动量进行精密处理；同时对两侧的平衡度进行标准化处理；最后对制动盘的不平衡量依据标准进行标准化处理。这些数据都应该控制在相关的标准里面。表3-2制动盘尺寸公差和形位公差要求根据GB/T34400-2017：制动盘两侧表面要尽可能的平行，不平行度要小于0.005mm,同样盘的表面摆差不应大于0.05mm；制动盘表面粗糙度Ra值不应小于3.2ųm，制动盘厚度差（DTV）值不应大于0.01mm。在本次设计中，参考类似车型选择制动盘材料为合金铸铁，具体的材料是HT250通风盘结构。3.2制动钳制动钳和车轴直接相连，为固定件。它承受着车辆制动时，制动盘施加给它的轴向载荷所以需要它有着高强度和高刚度。在选材时，可以选择铸铁进行制造钳内有油缸和活塞。活塞开口端面向背板，并且和背板紧密的接触，以降低热量的传递。为提高活塞耐磨损性，可以在选材上使用铸铝合金，工艺上进行镀铬处理。在安装制动钳时，一般情况下，后轮安装在制动盘的后方，前轮安装在制动盘的前方。3.3制动块制动块是和制动盘直接接触的一个零件，分为背板和摩擦衬块两个部分。通过一些工艺手段例如铆接、粘接等方式结合在一起行程制动块。为了更好的贴合制动盘，可以将制动块设计成扇形结构，这样既可以保证制动效率，还不会失去散热性能。在制动的过程中可能会有水汽沾到制动盘或者制动块上。，为了保证制动效果，可以再制动块上设计几道沟槽，以排除水汽制动的时候，压力，温度都会变得很高。如果制动块比较薄，就会难以承受这种温度和压力，影响制动性能。所以在设计时要合理的增加制动块的厚度。3.4摩擦材料制动器的摩擦材料是非常关键的部分，要求摩擦材料具有良好的稳定性、抗热衰减性、耐磨性、较高的抗冲击的能力以及较低的吸水率。表3-3摩擦材料性能对比制动时不能有异响、异味、制造的材料对环境无害。根据表格可以得到本次设计选择摩擦系数f=0.35的半金属材料。3.5制动轮缸轮缸是汽车制动油液的储存和流动装置。在制动时，通过活塞和制动盘间接性接触。在材料上选用铸铁进行镗磨处理。第4章制动器的设计与计算4.1制动器主要参数的确定4.1.1同步附着系数φ0的计算在汽车制动的时候，制动力矩Tf，地面制动力Fb，这轮有效半径re.r。如果不计较回转力矩和滚动阻力。则对于车辆来说有以下平衡方程：·····················（式4.1）··························（式4.2）在最理想的情况下，即不受环境、形式的影响，四个车轮同时抱死。此时的道路附着系数，根据实验数据在沥青或者混凝土上附着系数为0.8～0.9之间，这里取值0.85。这样就可以得到汽车重量G，前后制动器制动力，质心到前后轴的距离，，以及和质心高度Hg的关系：······················（式4.3）·····················（式4.4）得：=9338N，=3242N制动力分配系数β：·····················（式4.5）汽车制动时，汽车的前后重量不同，本次参考的车型属于前置前驱，重心前移，同时两轴车制动力分配系数为固定值。根据车型选择制动力分配系数为0.75较为合适。根据公式进行该计算···························（式4.6）带入数据得：4.1.2制动器最大制动力矩确定汽车的最大制定力矩是在最理想的情况下才能产生，此时前后车轮完全制动计算方法如下：·············（式4.7）在车辆制动的时候，汽车的车轮完全附着在地面上，附着质量达到最大化的利用程度，此时所产生的最大值制动力矩计算公式如下：················（式4.8）················（式4.9）式中：—最大附着系数0.85；—车轮有效半径为352.35mm；带入计算公式得：·················（式4.10）···················（式4.11）通过计算得到前后制动器最大制动力矩别为3992.52N·m，2344.8N·m4.2盘式制动器主要参数的选择和计算4.2.1制动盘直径计算制动盘的直接并不是越大越好，太大不利于总体的布局。太小会降低制动性能。根据具体的车型选择最合理的直径。制动盘的直径和轮毂的大小息息相关，且关系如下：D=0.70～0.79Dr·····················（式4.12）本次所设计的汽车轮胎规格为225/55R18可得：则制动盘的最大直径为：.···············（式4.13）根据计算的值可以取整数，制动盘直径为340mm。4.2.2制动盘厚度制动盘的厚度不能太大，不然会因为制动盘本身的惯性影响制动效果。太小会影响制动盘的散热效果。厚度一般取值20~50mm,常见取值20~30mm。根据本次设计，该值为25mm。4.2.3摩擦衬块外半径和内半径摩擦衬片的尺寸是根据制动盘的尺寸来表示。就是衬片的外径和内径的比值小于1.5。制动盘的直径为340mm，初步选择内外半径分别选择为：，。平均半径为：=140mm有效半径为=141.8mm···········（式4.14）得出计算的比值为1.43，符合国家规定的要求。4.2.4摩擦衬块工作面积摩擦衬块工作的面积和汽车的质量相关，汽车的质量大，衬块面积就得相应的增加，否则衬块的磨损速度就会变得很快。所以根据相关规定，在汽车质量的1.6kg/～3.5kg/范围内进行选择。在本设计中取衬块的圆心夹角为50°。根据下面的计算方式mm2·····（式4.15）A是摩擦衬块工作面积取整数，所以A取244㎝²4.2.5衬块报警装置设计衬块的报警装置就是在衬块磨损达到一定程度后能够发出一些信号的装置。当磨损量超过一定程度之后，制动效果就会急剧下降，这时候就需要进行更换摩擦衬块。在结构设计中就需要一个检测的信号进行传递和报警。根据《汽车设计》，类似车型的最大磨损量为5mm，一旦磨损量大于这个数值，系统就会产生报警信号。本次设计选择的是单触点报警系统。图4-1单触点报警装置4.2.6制动器间隙及调整在汽车行驶不需要制动的时候，车辆的制动盘和摩擦片之间需要保持一定的间隙。但是这个间隙不能太大，不然在制动的时候会有一个制动空挡。为了确保汽车在制动的时候能够快速的接触到制动盘，这之间的间隙一般选择在要确保在mm到0.3mm之间。根据这次参考的车型，间隙值设定为0.2mm.4.3制动轮缸的设计计算4.3.1制动轮缸直径d的确定制定轮缸是通过活塞对制动块施加作用力，而该作用力是制动管路内的压力通过变换得来，三者的关系：····················（式4.16）F0-制动轮缸对制动块施加作用力Fd-轮缸直径P-制动管路压力根据标准（HG2565-1997），选取轮缸直径的值为30mm.根据设计要求选择制动力管路压力为10MPa。得到制动轮缸对制动块的张开力F0的值为7605N4.3.2制动主缸直径d0的确定第i个轮缸的工作容积·····················（式4.17）根据参考的车型选择浮钳通风盘式制动器，设置该制动轮缸的数量n为1，活塞的数量i为1。轮缸活塞在完全制动时的行程为δi。其取值设定为1.5mm计算得到轮缸的工作容积为1059.75mm3根据该车型的数据，设置4个轮缸，每个轮缸4个活塞。轮缸的总容积=4239mm3···············（式4.18）其中m为轮缸数目。制动主缸实际的工作容积为是制动软管的变形容积。对于乘用车而言主缸活塞行程S0和活塞直径d0为·····················（式4.19）根据相关标准（QC/T311-1999）取d0=19mm，计算得出S0=16.45一般S0=（0.8～1.2）d0。所以S0=16.45符合标准。4.3.3制动踏板力Fp制动踏板的踏板力是外界驾驶员通过脚踩下制动踏板，然后这个力通过踏板机构的传动机构，经过传动机构的传动比ip（其值设定为7）放大，再传到制动主缸。从机构到主缸的机械效率为0.82～0.86，这里取值0.84。最后通过制动管路传到各个制动轮缸参与制动。所以制动踏板力为················（式4.20）得到制动力踏板力根据汽车设计乘用车的最大制动踏板力一般为500N,一般情况下取值200～350N。符合设计要求。4.4盘式制动参数校核4.4.1制动器的热容量和温升的核算摩擦衬块的耗损由多种因素来决定，主要和材料、温度、压力、工艺水准有关，无法确切的计算出具体的数字，但是这几种因素直接影响着摩擦衬块的抗磨损性能。汽车制动时的能量转换是一部分的机械能转换成热能。紧急制动时几乎所有的动力全部由制动器进行转换。这样就导致热量堆积，无法及时散发掉。加剧了衬块的磨损。盘式制动器的校核就是验证所选的数据是否合理，是否存在不足之处而验证这些数据就是对盘式制动器进行热容量的计算：························（式4.21）式中：—制动盘的总质量25kg。——与制动盘能产生热传导的零部件质量30kg。——制动盘材料的比热容。=880J／(kg·K)；——与制动盘相接触能的材料的比热容。==482J/(kg·K)。 ——制动盘一次从60km/h到完全停车的温度升高度数。其值为35带入参数计算可得：J···（式4.22）L——满载汽车制动时由动能转变的热能因制动过程迅速可以认为制动生成的热能全部为前、后制动器所吸收并按前、后轴制动力的分配比率分配给前、后制动器即·····················（式4.23）式中——满载汽车总质量。1955kg。—汽车制动时的初速度。60km/h。—汽车制动器制动力分配系数。=0.63。=J······（式4.24）根据计算可以看到所选择的制动盘能够满足热容量和升温要求。4.4.2制动衬片的耐磨性计算摩擦衬片的磨损和多种因素有关。不同的环境磨损量不同，无法准确计算出结果，但是可以根据比能量耗散率进行校核。方法如下：·····················（式4.25）·························（式4.26）上述公式中：δ——汽车回转质量换算系数。根据车型取值1。ma——汽车总质量。v1、v2汽车制动时的初速度和末速度，末速度为0km/h——制动的时候的减速度。=0.6g。g取值9.8m/s2t——制动时间按下式计算··················（式4.27）A1——制动衬片的摩擦面积；β——制动分配系数。··（式4.28）根据相关的参数规定，盘式制动器的比能量耗散率一般都需要小于6.0。所以本次设计符合要求。4.5驻车制动计算汽车在上坡路上停驻时的受力简图如图4.1所示。由该图可得出汽车上坡停驻的后周车轮的附着力为：····················（式4.28）同样可求出汽车下坡停驻时的后轴车轮的附着力为：····················（式4.29）图4-1汽车在上坡路上停驻时的受力简图根据后轴车轮附着力与制动力相等的条件可求得汽车在上坡路和下坡路上停驻时的坡度极限倾角，，即由·······（式4.30）求得汽车在上坡时可能停驻的极限上坡路倾角为：············（式4.31）在本设计中：计算出坡道值为50%汽车在下坡时可能停驻的极限下坡路倾角为：在本设计中：根据坡度的计算方法计算出坡度值42%根据国家标准GB/T35349-2017，汽车的最大驻车坡度大于（），所以满足要求。结论经过这次设计，理解到了汽车制动系统的基本原理和组成，学会了怎样分析盘式制动器的材料的选取、制动器液压管路的使用、制动器结构的分析。能明确各个零部件之间的工作原理和性能优劣。能够清晰地认识到整个制动器的制动过程。通过设计和计算，得到了有给定的参数变换得到的汽车制动系统的主要设计参数，最后选择了浮钳式、通风盘结构的设计尺寸以及制动钳的设计尺寸。这次参考的车型是广汽传祺的GS4。这辆车