宝来轿车前制动器设计

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本科毕业论文（设计）题目宝来轿车前轮制动器设计学院工程技术学院专业车辆工程年级2006级学号222006322062007姓名徐超指导教师彭和成绩_____________________2010年5月30日 西南大学本科毕业论文（设计）目录摘要1Abstract:20文献综述30.1汽车制动器行业发展历程30.2汽车制动器行业发展面临的问题30.3汽车制动器行业技术发展现状41引言51.1汽车制动系概述51.2汽车制动器的工作原理71.3毕业设计的目的和意义82制动器结构型式及选择82.1鼓式制动器的结构型式及选择92.2盘式制动器的结构型式及选择102.2.1定钳盘式制动器112.2.2浮钳盘式制动器122.2.3全盘式制动器122.3盘式和鼓式制动器比较133制动系的主要参数及其选择143.1制动力与制动力分配143.1.1制动时前、后轮的地面法向反作用力143.1.2前、后制动器制动力的理想分配曲线153.2具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数173.3制动器的制动力矩183.4利用附着系数与制动效率204制动器的设计计算214.1原始数据和技术参数214.2参数选择以及数据计算22 西南大学本科毕业论文（设计）4.2.1盘式制动器主要参数的确定224.2.2摩擦块磨损均匀性验证224.2.3紧急制动时前后轮法向反力及附着力距234.2.4同步附着系数的确定244.2.5制动器的效率244.2.6制动力矩以及盘的压力254.2.7同步附着系数的验算254.2.8摩擦衬块的磨损特性的验算255制动驱动机构的结构型式选择与设计计算265.1制动驱动机构型式265.1.1简单制动系265.1.2动力制动系265.1.3伺服制动系265.2分路系统265.3液压制动驱动机构的设计计算285.3.1制动轮缸直径d的确定285.3.2制动主缸直径do的确定285.3.3制动踏板力Fp295.3.4制动踏板工作行程Sp296总结29参考文献30致谢32 西南大学本科毕业论文（设计）宝来轿车前轮制动器设计徐超西南大学工程技术学院，重庆400716摘要:国内汽车市场迅速发展，而轿车是汽车发展的方向。然而随着汽车保有量的增加，带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全的重要系统之一。因此主要介绍了宝来轿车前制动器的设计。首先介绍了汽车制动系统的发展、结构、分类，并通过对鼓式制动器和盘式制动器的结构及优缺点进行分析。最终确定方案采用液压双回路前盘后鼓式制动器。除此之外，它还介绍了前后制动器、制动主缸的设计计算，主要部件的参数选择及制动管路布置形式等的设计过程。通过设计可以达到一个提高设计生产效率，降低成本，为我们的安全行驶提供保障。关键词：制动系;制动盘;摩擦块;制动效能33 西南大学本科毕业论文（设计）BorasedanfrontwheelbrakedesignXuChaoCollegeofEngineeringandTechnology,SouthwestUniversity,Chongqing400716,ChinaAbstract:Therapiddevelopmentofthedomesticvehiclemarket,salooncarisanimportanttendencyofvehicle.However,withincreasingofvehicle,securityissuesarearisingfromincreasinglyattractingattention,thebrakingsystemisoneofimportantsystemofactivesafety.Therefore,Thispapermainlyintroducesthedesignofbrakingsystemofthebaolaitypeofcar.Fistofall,brakingsystem’sdevelopment,structureandcategoryareshown,andaccordingtothestructures,virtuesandweaknessofdrumbrakeanddiscbrake,analysisisdone.Atlast,theplanadoptinghydroidtwo-backwaybrakewithfrontdiscandreardrum.Besides,thispaperalsointroducesthedesigningprocessoffrontbrakeandrearbrake,brakingcylinder,parameter’schoiceofmaincomponentsbrakingandchannelsettings.Bythedesigntoimprovedesignefficiencyandtolowercosts.Alsoprovideprotectionforoursafedriving.Keywords：BrakingsystemBrakediscDragblockBrakingquality33 西南大学本科毕业论文（设计）文献综述0.1汽车制动器行业发展历程现代汽车制动器的发展起源于原始的机械控制装置，最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车重量比较小，速度比较低，机械制动已经能够满足汽车制动的需要，但随着汽车自身重量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。从而开始出现了真空助力装置。1932年生产重量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器，并有制动踏板控制的真空助力装置。林肯公司也于1932年推出V12轿车，该车采用通过四根软索控制真空助力器的鼓式制动器。随着科学技术的发展及汽车工业的发展，尤其是军用车辆及军用技术的发展，车辆制动有了新的突破，液压制动是继机械制动后的又一重大革新。DuesenbergEight车率先使用了轿车液压制动器，克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世，美国通用汽车公司和福特汽车公司分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代，液压助力制动器才成为现实。经过80多年的发展，液压制动技术是如今最成熟、最经济的制动技术，并应用在当前绝大多数乘用车上。汽车液压制动系统可以分为行车制动、辅助制动、伺服制动等，主要制动部件包括制动踏板机构、真空助力器、制动主缸、制动软管、比例阀、制动器和制动警示灯等。在制动系统，真空助力器、制动主缸和刹车制动器是最为重要的部分，另外，汽车防抱死制动系统（ABS）也已经成为电子制动的标准配置。0.2汽车制动器行业发展面临的问题从整个制动器行业来讲，国际上已在轿车和客车上广泛应用ABS，国内还有一些商用车没有装配ABS。国内还有很多汽车装配鼓式制动器，国外汽车早已开始装配前盘后鼓式制动器。国内制动器的竞争优势主要体现在价格上，企业对投入及研发的重视程度不如国外。目前，国内有四五家名牌制动器企业，制动器零件与国外相比差距不大，但就整个制动系统而言，在技术上还存在一些差距。如在制动力的分配上，国外ABS产品分配给各个车轮的制动力比较准确。在国内制动器行业，亚太机电、万安、瑞立等企业处于领先地位。目前，瑞立领跑国内气制动器市场，亚太机电控制国内液压ABS市场。33 西南大学本科毕业论文（设计）在制动器行业发展过程中，业内人士的关注点有：一是控制系统，即电子控制单元的研究开发，主要涉及芯片的逻辑控制。二是通讯协议。国内企业可以完成通讯协议，但离无线通讯还有一定距离。这就是国内制动器行业与国外同类产品的主要差距。0.3汽车制动器行业技术发展现状国外汽车研发机构经过多年的研究和试验，气压盘式制动器在所有的主要性能方面都优于传统的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上，均已开始大量使用气压盘式制动器总成（这种气压盘式车轮制动器装配组装在汽车的前后车桥总成上）。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比在制动性能等方面的有明显的优势，主要表现在以下几个方面。1）制动力和安全性：在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大。但盘式制动器在制动响应和制动控制方面的表现更好一些。但在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。在长距离的坡路上驶下（如下山），盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全因数有着很大的差别。2）结构和成本：盘式制动器系统包括盘、衬垫、缸和卡钳，其零件数少于鼓式制动器系统，同类车型相比其总成的总质量比鼓式制动器低18%。盘式制动器总成可以作为一个完整的部件送到车桥装配线，此部件即包括了盘式制动器的所有零件。这样就有一个特别的优越性，就是可以把所有机械功能预调好的、经过试验的装置提供给用户，因而产品的责任有了明确规定。3）维修保养：盘式制动器的整套操作机构密封在外壳中，经润滑以延长其寿命。所以盘式制动器几乎是无需维修的，维修主要是更换磨损零件，即衬垫和盘。而且，更换衬垫所需的时间也比更换鼓式制动器材套所需的时间少80%。这意味着不仅可以节省维修成本，还能大大缩短非运营时间。4）电子制动控制系统（EBS）：盘式制动器由于采用简单且相当成熟的操作机构，因而具有特别高的效率。其提供的制动灵敏性使EBS系统能够实现一些强而有效的控制作用，用以缩短制动距离，提高车辆的稳定性和磨损率。盘式制动器在响应方面的特性，表现在每个车轮制动相差很小，每个车轴的左右车轮之间的磨损分配均匀【18】。33 西南大学本科毕业论文（设计）1引言1.1汽车制动系概述尽可能提高车速是提高运输生产率的主要技术措施之一。但这一切必须以保证行驶安全行为前提。因此，在宽阔人少的路面上汽车可以高速行驶。但在不平路面上，遇到障碍物或其它紧急情况时，应降低车速甚至停车。如果汽车不具备这一性能，提高汽车行驶速度便不可能实现。制动系是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的行驶安全性。随着高速公路的迅速发展和汽车密度的日益增大，交通事故时有发生。因此，为保证汽车行驶安全，应提高汽车的制动性能，优化汽车制动系的结构。制动装置可分为行车制动、驻车制动、应急制动和辅助制动四种装置。其中市区行驶中的汽车减速至停止的制动系叫行车制动系。使已停止的汽车停驻不动的制动系称为驻车制动系。每种车都必须具备这两种制动系。应急制动系成为第二制动系，他是为了保证在行车制动系失效时仍能有效的制动。辅助制动系是使汽车下坡时车速稳定的制动系。汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件。当驾驶员踩下制动踏板时，制动动作开始。踏板装在顶端带销轴的杆件上。踏板的运动促使推杆移动，移向主缸或离开主缸。主缸安装在发动机室的隔板上，主缸是一个由驾驶员通过踏板操作的液压泵。当踏板被踩下，主缸迫使有压力的制动液通过液压管路到四个车轮的每个制动器。液压管路由钢管和软管组成。它们将压力液从主缸传递到车轮制动器。盘式制动器多用于汽车的前轮，有不少车辆四个车轮都用盘式制动器。制动盘装在轮辋上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时，主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上，阻止制动盘转动【5】。33 西南大学本科毕业论文（设计）图1-1汽车制动系统的基本部件Fig.1-1Thebasiccomponentsofautomobilebrakesystem1.液压助力制动器2.主缸和防抱死装置3.前盘式制动器4.制动踏板5.驻车制动杆6.防抱死计算机7.后盘式制动器很多汽车都采用助力制动系统减少驾驶员在制动停车时必须加到踏板上的力。助力制动器一般有两种型式。最常见的型式是利用进气歧管的真空，作用在膜片上提供助力。另一种型式是采用泵产生液压力提供助力。驻车制动器总成用来进行机械制动，防止停放的车辆溜车，在液压制动完全失效时实现停车。绝大部分驶车制动器用来制动两个后车轮。有些前轮驱动的车辆装有前轮驻车制功器，因为在紧急停车中绝大部分的制动功需要用在车辆的前部。驻车制动器一般用手柄或脚踏板操作。当运用驻车制动器时，驻车制动钢索机械地拉紧施加制动的秆件。驻车制动器由机械控制，不是由液压控制。每当以很强的压力进行制动时，车轮可能完全停止转动。这叫做“车轮抱死”。这并不能帮助车辆停下来，而是使轮胎损失—些与路面的摩擦接触，在路面上滑移。轮胎滑移时，车辆不再是处于控制下的停车，驾驶员处在危险之中。有经验的驾驶员知道，防止车轮抱死的对策是迅速上、下踩动制动踏板。这样间歇地对制动器提供液压力，使驾驶员在紧急制动时能控制住车辆。现今基本上所有的车辆都33 西南大学本科毕业论文（设计）装备了防抱死制动系统(ABS)。防抱死制动系统做的工作与有经验驾驶员做的相同，只是更快、更精确些。它感受到某车轮快要抱死或滑移时，迅速中断该车轮制动器去的制动压力。在车轮处的速度传感器监测车轮速度，并将信息传递给车上计算机。于是，计算机控制防抱死制动装置，输送给即将抱死的车轮的液压力发生脉动【6】。1.2汽车制动器的工作原理一般制动系的工作原理可用下图所示的一种简单的液压制动系示意图来说明。—个以内圆面为工作表面的金属的制动鼓8固定在车轮轮毅上，随车轮一同旋转。在固定不动的制动底板11上，有两个支承销12，支承着两个弧形制动卸10的下端。制动蹄的外圆面上又装有一般是非金属的摩擦片9。制动底板上还装有液压制动轮缸6，用油管5与装在车架上的液压制动主缸4相连通。主缸中的活塞3可由驾驶员通过制动踏板机构来操纵。制动系不工作时，制动鼓的内圆面与制动蹄摩擦片的外圆面之间保持有一定的间隙，使车轮和制动鼓可以自由旋转。要使行驶中的汽车减速，驾驶员应跺下制动踏板l，通过推杆2和主缸活塞3，使主缸内的油液在一定压力下流人轮缸6，并通过两个轮缸活塞7推使两制动蹄10绕支承销12转动，上端向两边分开而以其摩擦片9压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动卸就对旋转着的制动鼓作用一个摩擦力矩M，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周绕力F，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力F。制动力F由车轮经车桥和悬架传给车架及车身，迫使整个汽车减速。制动力愈大，汽车减速度也愈大。当故开制动踏板时．回位弹簧13即将制动蹄拉回原位，摩擦力矩M和制动力F消失，制动作用即行终止。图1-2鼓式制动器结构图Fig.1-2Drumbrakediagram1.制动踏板2.推杆3.主缸活塞4.制动主缸5.油管6.制动轮缸7.轮缸活塞8.制动鼓9.摩擦片10.制动蹄11.制动底板12.支承销13.制动体回位弹簧33 西南大学本科毕业论文（设计）图中所示的制动器中，由制动鼓8、摩擦片9和制动蹄10所构成的系统产生了一个制动力矩(摩擦力矩M)以阻碍车轮转动该系统称为制动器。显然，阻碍汽车运动的制动力F不仅取决于制动力矩M，还取决于轮胎与路面间的附着条件。如果完全丧失附着，则这种制动系事实上不可能产生制动汽车的效果。不过，在讨论制动系的结构问题时，一般都假定具备良好的附着条件【4】。1.3毕业设计的目的和意义毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业设计，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业设计的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。不少学生在作完毕业设计后，感到自己的实践动手、动笔能力得到锻炼，增强了即将跨入社会去竞争，去创造的自信心。通过大学四年的学习，从理论与实践上均有了一定程度的积累。毕业设计就是对我们以往所学的知识的综合运用与进一步的巩固加深，并对解决实际问题的能力的训练与检验。其目的在于：1、培养正确的设计思想与工作作风。2、进一步培养制图、绘图的能力。3、学会分析与评价汽车及其各总成的结构与性能，合理选择结构方案及其有关参数。4、学会汽车一些主要零部件的设计与计算方法以及总体设计的一般方法，以毕业后从事汽车技术工作打下良好的基础。5、培养独立分析、解决问题的能力。6、熟悉宝来汽车在设计上的特点及其与其他类型汽车相比较的一些优势。7、了解宝来汽车今后发展的方向。2制动器结构型式及选择汽车的制动器设计究竟采用哪一种结构方案较为合理，能够最大限度的发挥制动器的功用，首先应该从制动器设计的一般原则上谈起。33 西南大学本科毕业论文（设计）2.1鼓式制动器的结构型式及选择图2-1鼓式制动器Fig.2-1Drumbrakesl-调整楔2-推杆3-制动蹄4-连接弹簧5-上回位弹簧6-弹簧座7-手制动拉杆8-下回位弹簧9-车轮制动缸l0-制动底板ll—旋塞12-制动摩擦片l3-弹簧鼓式制动器总成的主要零部件有：制动鼓和轮毅总成、制动蹄总成、制动底板、液压轮缸、制动蹄回位弹簧／压紧装置、调节机构和驻车制动机构。为制动车轮、制动鼓和制动蹄提供摩擦表面，制动鼓的内圆周是一加工过的制动表面。车轮通过螺母和双头螺栓安装到制动鼓轮毅上。该轮毂安放在允许车轮总成转动的车轮轴承上【14】。各种鼓式制动器的示意图如下：1、领从蹄式2、双领蹄式3、双向领从蹄式33 西南大学本科毕业论文（设计）4、双从蹄式5、单向增力式6、双向增力式2.2盘式制动器的结构型式及选择盘式制动系统的基本零件是制动盘，轮毂和制动卡钳组件。制动盘为停止车轮的转动提供摩擦表面。车轮通过双头螺栓和带突缘的螺母装到制动盘毂上。毂内有允许车轮转动的轴承。制动盘的每一面有加工过的制动表面。液压元件和摩擦元件装在制动卡钳组件内。制动卡钳装到车辆上时，它跨骑在制动盘和轮毂的外径处。进行制动时，靠主缸的液压力，制动卡钳内的活塞被迫外移。活塞压力通过摩擦块或制动蹄夹住制动盘。由于施加在制动盘两侧的液压力是方向相反、大小相等的，制动盘不会变形，除非制动过猛或持续加压。制动盘表面的摩擦能生成热。由于制动盘在转动。表面没有遮盖，热很容易消散到周围空气中。由于迅速冷却的特性，即使在连续地猛烈制动之后，盘式制动器比抗制动衰退的鼓式制动器工作得要好。许多车辆的前部采用盘式制动器的主要理由就是它抗制动衰退性好和停车平稳。图2-2盘式制动器结构图Fig.2-2Discbrakediagram33 西南大学本科毕业论文（设计）1.制动卡钳组件2.制动盘和毂组件3.轮毂4.双头螺栓5.摩擦面6.摩擦块2.2.1定钳盘式制动器钳盘式制动器主要有以下几种结构型式：图2-3钳盘式制动器示意图Fig.2-3Caliperdiscbrakediagrama)、d)固定钳式b)滑动钳式c)摆动钳式固定钳式制动器，如图（a）所示，制动盘两侧均有油缸。制动时，仅两侧油缸中的活塞驱使两侧制动块向盘面移动。这种制动器的主要优点是：（1）除活塞和制动块外无其它滑动件，易于保证钳的刚度；（2）结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多，容易实现从鼓式到盘式的改型；（3）很能适应分路系统的要求；就目前汽车发展趋势来看，随着汽车性能要求的提高，固定钳结构上的缺点也日益明显。主要有以下几个方面：33 西南大学本科毕业论文（设计）（1）固定钳式至少要有两个油缸分置于制动盘两侧，因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管（桥管）来连通，这就使制动器的径向和轴向的尺寸都比较大，因而在车轮中布置比较困难；（2）在严酷的使用条件下，固定钳容易使制动液温度过高而汽化，从而使制动器的制动效能受到影响；（3）固定前盘式制动器为了要兼充驻车制动器，必须在主制动钳上另外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳，或者采用盘鼓结合式制动器，其中用于驻车制动的鼓式制动器只能是双向增力式的，但这种双向增力式制动器的调整不方便【3】。2.2.2浮钳盘式制动器浮钳盘式制动器的制动钳一般设计成可以相对于制动盘轴向滑动。其中只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块则附装钳体。浮动钳式制动器可分为滑动钳式（图b）和摆动钳式（图c）。与固定钳式制动器相比较，其优点主要有以下几个方面：(1).钳的外侧没有油缸，可以将制动器进一步移近轮毂。因此，在布置时较容易；(2).浮动钳没有跨越制动盘的油管或油道，减少了受热机会，且单侧油缸又位于盘的内侧，受车轮遮蔽减少而冷却条件较好等原因，所以其制动液汽化可能性较小；(3).浮动钳的同一组制动块可兼用于行车和驻车制动；(4).采用浮动钳可将油缸和活塞等紧密件减去一半，造价大为降低。这一点对大批量生产的汽车工业式十分重要的。与定钳盘式制动器相反，浮钳盘式制动器的单侧油缸结构不需要跨越制动盘的油道，故不仅轴向和径向尺寸较小，有可能布置得更接近车轮轮毂，而且制动液受热气化的机会就少。此外，浮钳盘式制动器在兼充行车和驻车制动器的情况下，不用加设驻车制动钳，只须在行车制动钳的油缸附近加装一些用以推动油缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。2.2.3全盘式制动器全盘式制动器摩擦副的固定元件和旋转元件都是圆盘形的，分别称为固定盘和旋转涤其结构原理与摩擦离合器相似。多片全盘式制动器的各盘都封闭在壳体中，散热条件差。33 西南大学本科毕业论文（设计）2.3盘式和鼓式制动器比较与鼓式制动器相比较，盘式制动器有如下优点：1、一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定。2、浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常。3、在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小。4、制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏扳行程过大。5、较易实现间隙自动调整，其他保养修理作业也较简便。与鼓式制动器比较，盘式制动器有如下缺点：1、效能较低，故用于液压制动系时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。2、兼用于驻车制动时，需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器复杂，因而在后轮的应用受到限制。盘式制动器将逐步取代鼓式制动器，主要是由于盘式制动器和鼓式制动器的优缺点决定的。　　盘式制动器在液力助力下制动力大且稳定，在各种路面都有良好的制动表现，其制动效能远高于鼓式制动器，而且空气直接通过盘式制动盘，故盘式制动器的散热性很好。但是盘式制动器结构相对于鼓式制动器来说比较复杂，对制动钳、管路系统要求也较高，而且造价高于鼓式制动器。　　相对于盘式制动器来说，鼓式制动器的制动效能和散热性都要差许多，鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上制动力变化很大，不易于掌控。而且由于散热性不好，鼓式制动器存在热衰退现象。当然，鼓式制动器也并非一无是处，它便宜，而且符合传统设计。　　我们知道，高速行驶的轿车，由于频繁使用制动，制动器的摩擦将会产生大量的热，使制动器温度急剧上升，这些热如果不能很好地散出，就会大大影响制动性能，出现所谓的制动效能热衰退现象，这可不是闹着玩的，制动器直接关乎生命。仅从这一点上，您就应该理解为什么盘式制动器会逐步取代鼓式制动器了吧。目前，在中高级轿车上前后轮都已经采用盘式制动器【8】33 西南大学本科毕业论文（设计）。　　不过，时下我们开的大部分轿车(如夏利、富康、捷达等)，采用的还不完全是盘式制动器，而是前盘后鼓式混合制动器(即前轮采用盘式制动器、后轮采用鼓式制动器)，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动的要求比较大，一般来说前轮用了盘式制动器就够使了。当然，前后轮都使用盘式制动器是趋势（如宝来轿车）。本次设计选择滑动钳盘式制动器。3制动系的主要参数及其选择3.1制动力与制动力分配前、后制动器制动力分配关系将影响汽车的制动方向稳定性和附着条件的利用，是汽车制动系设计时必须考虑的问题。一般根据前、后轴制动器制动力的分配、装载情况、道路附着条件和坡度等因素，当制动器制动力足够时，汽车制动过程可能出现三种情况：前后轮同时抱死拖滑；前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑；后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。如前所述，前后轮同时抱死工况可避免后轴侧滑，并保证前轮只有在最大制动强度下，才使汽车失去转向能力，这种工况道路附着条件利用较好。前轮较后轮先抱死，虽然不会发生侧滑，但是汽车丧失转向能力。在一定速度下，后轮较前轮先抱死一定时间，会造成汽车后轴侧滑【13】。3.1.1制动时前、后轮的地面法向反作用力图3-1制动时汽车受力情况Fig.3-1Situationwhenthevehiclebrakingforce图3-1所示为，忽略汽车的滚动阻力偶和旋转质量减速时的惯性阻力偶矩，汽车在水平路面上制动时的受力情况。因为制动时车速较低，空气阻力可忽略不计，则分别对汽车前后轮接地点取矩，整理得前、后轮的地面法向反作用力为33 西南大学本科毕业论文（设计）                         （3-1）                      （3-2）式中：和分别为前后轮因制动形成的动载荷。如果假设汽车前后轮同时抱死，则汽车制动减速度为或                         （3-3）式中：为附着系数。   将式（3-3）代入式（3-1），有                          （3-4）由式（3-4）可知，制动时汽车前轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而增大；后轮的地面法向反作用力随制动强度和质心高度增加而减小。随大轴距汽车前后轴的载荷变化量小于短轴距汽车载荷变化量。例如，某载货汽车满载在干燥混凝土水平路面上以规定踏板力实施制动时，为静载荷的90％，为静载荷的38％，即前轴载荷增加90％，后轴载荷降低38％。3.1.2前、后制动器制动力的理想分配曲线在汽车制动系设计时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力和的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理想分配曲线，通常简称为I曲线。33 西南大学本科毕业论文（设计）在任何附着系数的路面上前、后轮制动器同时抱死，则前、后制动器制动力必定等于各自的附着力，且前、后制动器制动力（或地面制动力）之和等于附着力，即                            （3-5）　将式（3-5）中的第二公式除以第三个公式，并将式（3-4）代入，有                       （3-6）联立方程组（3-6），并消除变量后，将方程表示的形式，即得到前后制动器制动力的理想分配关系式为                  （3-7）图3-2I曲线示意图Fig.3-2Icurvediagram33 西南大学本科毕业论文（设计）图3-3I曲线的一种制作方法Fig.3-3Icurveofaproductionmethod如已知汽车轴距、质心高度、总质量、质心的位置(质心至后轴的距离)，就可用式（3-7）绘制前、后制动器制动力的理想分配关系曲线，简称I曲线。图3-2就是根据式（3-7）绘制的汽车在空载和满载两种工况的I曲线。根据方程组（3-6）的两个方程也可直接绘制I曲线。假设一组值（＝0.1,0.2,0.3,……,1.0）,每个值代入方程组（3-6），就具有一个交点的两条直线，变化值，取得一组交点，连接这些交点就制成I曲线，见图3-3。I曲线时踏板力增长到使前、后车轮制动器同时抱死时前、后制动器制动力的理想分配曲线。前、后车轮同时抱死时，，，所以I曲线也是前、后车轮同时抱死时，和的关系曲线【2】。3.2具有固定比值的前、后制动器制动力与同步附着系数两轴汽车的前、后制动器制动力的比值一般为固定的常数。通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例，即制动器制动力分配系数，它可表示为                            （3-8）因为，所以                        （3-9）整理式（3-9）得                           （3-10）或表示为，即                        （3-11）式（3-10）为一线性方程。它是实际前、后制动器制动力实际分配线，简称为线。线通过坐标原点，其斜率为33 西南大学本科毕业论文（设计）　具有固定的线与I线的交点处的附着系数,被称为同步附着系数。它表示具有固定线的汽车只能在一种路面上实现前、后轮同时抱死。同步附着系数时由汽车结构参数决定的，它是反应汽车制动性能的一个参数。同步附着系数说明，前后制动器制动力为固定比值的汽车，只能在一种路面上，即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。同步附着系数也可用解析方法求出。设汽车在同步附着系数的路面上制动，此时汽车前、后轮同时抱死，将式（3-6）代入式（3-10），得                         （3-12）整理后，得出                              （3-13）3.3制动器的制动力矩假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为Mµ=2fFoR式中，f为摩擦因数；Fo为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大，取R等于平均半径Rm，或有效半径Re，在实际上已经足够精确。图3-4钳盘式制动器的作用半径计算参考图Fig.3-4DiskBrakeeffectradiusiscalculatedbyreferencechart33 西南大学本科毕业论文（设计）如图3-4，平均半径为Rm=(R1+R2)/2式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。故有效半径为Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12)可见，有效半径Re即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。上式也可写成Re=4/3[1-R1R2/(R1+R2)2](R1+R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2]Rm式中，m=R1/R2因为m<1，m/(1+m)2<1/4，故Re>Rm，且m越小则两者差值越大。应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，磨损将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于0．65。制动盘工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0．012mm，表面粗糙度为Ra0.7—1.3μm，两摩擦表面的平行度不应大于0．05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于0．03mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于HT250【1】。摩擦衬块在制动器工作时应满足如下的要求：1）具有一定的稳定的摩擦因数。在温度、压力升高和工作速度发生变化时，摩擦因数的变化尽可能小。2）具有良好的耐磨性。不仅摩擦块应有足够的使用寿命，而且对制动盘的磨耗也要尽可能小。所以摩擦衬块的硬度不能太高。通常要求制动盘的磨耗不大于衬块的1/10。3）要有尽可能小的压缩率和膨胀率。压缩变形太大影响制动主缸的排量和踏板行程，降低制动灵敏度。热膨胀率过大，摩擦衬块和制动盘要产生拖磨。4）制动时不易产生噪声，对环境无污染。5）应采用对人体无害的摩擦材料。6）有较高的耐挤压强度和冲击强度，以及足够的抗剪切能力。33 西南大学本科毕业论文（设计）7）应将摩擦衬块的热导率控制在一定范围。要求摩擦衬块在300°C加热板上作用30min后，背板的温度不超过190°C。防止防尘罩、密封圈过早老化和制动液温度迅速升高。为了满足以上各项要求，通常摩擦衬块采用由金属纤维、粘结剂和摩擦性能调节剂组成的半金属摩阻材料，具有较高的耐热性和耐磨性，特别是因为没有石棉粉尘公害，近来得到广泛的应用【10】。3.4利用附着系数与制动效率汽车制动减速度，其中被称为制动强度。由前述可知，若汽车在具有同步附着系数的路面上制动，汽车的前、后轮将同时达到抱死的工况，此时的制动强度。在其他路面上制动时，既不出现前轮抱死也不发生后轮抱死的制动强度必然小于地面附着系数，即。就是说，只有在的路面上，地面的附着条件才能被充分地利用。而在的路面上，因出现前轮或后轮先抱死的现象，地面附着条件未被很好地被利用。为了定量说明地面附着条件的利用程度，定义利用附着系数为                             ,  设汽车前轮刚要抱死或前、后轮同时刚要抱死时，汽车产生的减速度（或表示为），则由式（3-1）得前轮地面法向反作用力为                           （3-14）前轮制动器制动力和地面制动力为                          （3-15）将式（3-14）和式(3-15)代入式（3-13），则33 西南大学本科毕业论文（设计）                （3-16）同理可推导出后轮利用附着系数。后轮刚要抱死时，后轮地面制动力和地面法向反作用力                （3-17）                           （3-18）将式（3-17）和式(3-18)代入式（3-13），则                         （3-19）对于已知汽车总质量、轴距、质心位置、、等结构参数，则可绘制出利用附着系数与制动强度的关系曲线图。附着效率是制动强度和利用附着系数之比。它是也用于描述地面附着条件的利用程度，并说明实际制动力分配的合理性。根据附着效率的定义，有                           （3-20）                       （3-21）式中；和分别时前轴和后轴的附着效率。33 西南大学本科毕业论文（设计）4制动器的设计计算4.1原始数据和技术参数装备质量1310kg（G1=750㎏；G2=560㎏）满载质量1860Kg（G1=870㎏；G2=990㎏）质心高度空载时616mm满载时580mm轴距2513mm轮胎195/65R1591V【12】图4-1制动时的汽车受力图Fig.4-1Brakingthecarbytryingto4.2参数选择以及数据计算4.2.1盘式制动器主要参数的确定制动盘直径D轮辋直径为15×24.5=367.5mm取367mm制动盘直径为70%～79%轮辋直径即：256.9～289.93取270mm制动盘厚度h选择通风式制动盘h=25㎜摩擦衬块外半径R2、内半径R1根据制动盘直径可确定摩擦衬块外径R2=130㎜考虑到R2/R1＜1.5，可选取R1=92mm，则R2/R1=1.41＜1.533 西南大学本科毕业论文（设计）4.2.2摩擦块磨损均匀性验证假设衬块的摩擦表面全部于制动盘接触，而且各处单位压力均匀，则制动器的制动力矩为f为摩擦因素,F0为单侧制动块对制动盘的压紧力，R作用半径在实际的计算过程中，R值我们取平均值Rm就可以了，设衬块的与制动盘之间的单位压力为p,则在任意微元面积RdRdφ上的摩擦力对制动盘的中心的力矩为fpR2dRdφ,而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应为：单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为：所以有效半径：平均半径为：因为│Re-Rm│=0.5mm,Rm和Re之间相差不大，所以可以得出摩擦衬块和制动盘之间的单位压力分布均匀，摩擦块的磨损较为均匀。4.2.3紧急制动时前后轮法向反力及附着力距1.空载情况质心至前轴距离：质心至后轴距离：考虑到汽车的行驶安全，选取沥青路（湿）的附着系数，则紧急制动时前后轴法向反力Fz1,Fz2及每轮附着力距Mφ1,Mφ2分别为33 西南大学本科毕业论文（设计）满载情况质心到前轴的距离:质心到后轴的距离:紧急制动时候的前后轴发向反力Fz1,Fz2以及每轮附着力矩M’φ1,M’φ2分别为：4.2.4同步附着系数的确定同步附着系数的选取原则：1、路面状况好，可以取大一点；路面差，取小一些。2、单胎，抗滑性能差，取大些；双胎，抗侧滑强取小一些。3、车速高，取大些；车速低取小些。4、平原地区，取大些；山区取小些。33 西南大学本科毕业论文（设计）综上所述，选择此轻型汽车的=0.7空载时制动力分配系数满载时制动力分配系数4.2.5制动器的效率钳盘式制动器效能因数k=2,其中取0.4因此：k=0.84.2.6制动力矩以及盘的压力假设摩擦盘完全接触，而且各处的压力分布均匀。那么盘式制动器制动力矩为：为了保证汽车有良好的制动稳定性，汽车前轮先抱死，后轮后抱死（满载时候）则汽车的前轮制动器的产生的制动力矩等于前轮的附着力矩。即：单侧制动块对盘的压力：前轮制动器的制动力矩：4.2.7同步附着系数的验算已知：制动力分配系数：33 西南大学本科毕业论文（设计）那么同步附着系数与设定值相吻合。4.2.8摩擦衬块的磨损特性的验算轻型汽车的盘式制动器在下列的实验标准下其比能量耗散率应不大于6w/mm2按照试验标准v1=80km/h=22.2m/s,ma=1860kg,βm=0.64;；其中：θ=90o所以e1=5.64<6w/mm2故比能量耗散率较小，符合磨损要求【16】。5制动驱动机构的结构型式选择与设计计算5.1制动驱动机构型式制动驱动机构将来自驾驶员或其它力源的力传给制动器，使之产生制动力矩。根据制动力源的不同，制动驱动机构一般可分为简单制动、动力制动和伺服制动三大类。5.1.1简单制动系简单制动单靠驾驶员施加的踏板力或手柄力作为制动力源，故亦称人力制动。其中，又分为机械式和液压式两种。5.1.2动力制动系动力制动即利用发动机的动力转化而成，并表现为气压或液压形式的势能作为汽车制动的全部力源。驾驶员施加于踏板或手柄上的力，仅用于回路中控制元件的操纵。因此，简单制动中的踏板力和踏板行程之间的反比例关系，在动力制动中便不复存在，从而可使踏板力较小，同时又有适当的踏板行程。5.1.3伺服制动系伺服制动的制动能源是人力和发动机并用。33 西南大学本科毕业论文（设计）按伺服力源不同，伺服制动有真空伺服制动、空气伺服制动和液压伺服制动三类。真空伺服制动与空气伺服制动的工作原理基本一致，但伺服动力源的相对压力不同。真空伺服制动的伺服用真空度(负压)一般可达0．05—0．07MPa；空气伺服制动的伺服气压一般能达到0．6～0．7MPa，故在输出力相同的条件下，空气伺服气室直径比真空伺服气室的小得多。但是，空气伺服系统其它组成部分却较真空伺服系统复杂得多。真空伺服制动多用于总质量在1．1～1．35t以上的轿车和装载质量在6t以下的轻、中型货车，空气伺服制动则广泛用于装载质量为6～12t的中、重型货车，以及少数几种高级轿车上。本次设计采用液压伺服制动驱动机构。5.2分路系统为了提高制动工作可靠性，应采用分路系统，即全车的所有行车制动器的液压或气压管路分为两个或更多的互相独立的回路，其中一个回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制动作用。双轴汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路形式：图5-1分路系统Fig.5-1Shuntsystem1)一轴对一轴(Ⅱ)型，如图5-1a所示，前轴制动器与后桥制动器各用一个回路(“Ⅱ型”是其形象的简称，下同)。2)交叉(X)型，如图5-1b所示，前轴的一侧车轮制动器与后桥的对侧车轮制动器同属一个回路。3)一轴半对半轴(H1)型，如图5-1c所示，两侧前制动器的半数轮缸和全部后制动器轮缸属于一个回路，其余的前轮缸则属于另一回路。33 西南大学本科毕业论文（设计）4)半轴一轮对半轴一轮(LL)型，如图5-1d所示，两个回路分别对两侧前轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器起作用。5)双半轴对双半轴(HH)型，如图5-1e所示。每个回路均只对每个前、后制动器的半数轮缸起作用。Ⅱ型的管路布置较为简单，可与传统的单轮缸(或单制动气室)鼓式制动器配合使用，成本较低，目前在各类汽车特别是货车上用得最广泛。这种形式若后制动回路失效，则一旦前轮抱死即极易丧失转弯制动能力。对于采用前轮驱动因而前制动器强于后制动器的轿车，当前制动回路失效而单用后桥制动时，制动力将严重不足(小于正常情况下的一半)，并且若后桥负荷小于前轴，则踏板力过大时易使后桥车轮抱死而汽车侧滑。X型的结构也很简单。直行制动时任一回路失效，剩余总制动力都能保持正常值的50％。但是，一旦某一管路损坏造成制动力不对称，此时前轮将朝制动力大的一边绕主销转动，使汽车丧失稳定性。因此，这种方案适用于主销偏移距为负值(达20mm)的汽车上。这时，不平衡的制动力使车轮反向转动，改善了汽车稳定性。HI、HH、LL型结构都比较复杂。LL型和HH型在任一回路失效时，前、后制动力比值均与正常情况下相同。LL型和HH型的剩余总制动力可达正常值的50％左右。HI型单用一轴半回路时剩余制动力较大，但此时与LL型一样，紧急制动情况下后轮很容易先抱死。所以本次设计采用HH型分路系统【1】。5.3液压制动驱动机构的设计计算5.3.1制动轮缸直径d的确定制动轮缸对制动蹄(块)施加的张开力Fo与轮缸直径d和制动管路压力p的关系为制动管路压力一般不超过10—12MPa，对盘式制动器可更高。压力越高，对管路(首先是制动软管及管接头)的密封性要求越严格，但驱动机构越紧凑。轮缸直径d应在标准规定的尺寸系列中选取，详见GB7524—87附录B表B2。5.3.2制动主缸直径do的确定第i个轮缸的工作容积为33 西南大学本科毕业论文（设计）式中，di为第i个轮缸活塞的直径；n为轮缸中活塞的数目；δi为第i个轮缸活塞在完全制动时的行程。在初步设计时，对鼓式制动器可取δi=2.0～2.5mm。所有轮缸的总工作容积为式中，m为轮缸数目。制动主缸应有的工作容积为Vo=V+V’，式中,V’为制动软管的容积变形。在初步设计时，制动主缸的工作容积可取为Vo=1.1V(轿车)主缸活塞行程So和活塞直径do可用下式确定一般So=(0.8—1.2)do。主缸的直径do应符合ZB／TT24008—90中规定的尺寸系列。5.3.3制动踏板力Fp制动踏板力Fp用下式计算式中，ip为踏板机构传动比；η为踏板机构及液压主缸的机械效率，可取η=0.82～0.86。制动踏板力应满足以下要求：最大踏板力一般为500N(轿车)或700N(货车)。设计时，制动踏板力可在200～350N的范围内选取。5.3.4制动踏板工作行程Sp式中，为主缸中推杆与活塞间的间隙，一般取=1．5～2．0mm；为主缸活塞空行程，即土缸活塞从不工作的极限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所经过的行程。制动器调整正常时的踏板工作行程Sp，只应占计及制动衬片(衬块)的容许磨损量在内的踏板行程的40％一60％。为了避免空气侵入制动管路，在计算制动主缸活塞回位弹簧(同时也是回油阀弹簧)时，应保证踏板放开后，制动管路中仍保持0．05—0．14MPa的残余压力。33 西南大学本科毕业论文（设计）踏板行程(计人衬片或衬块的允许磨损量)最大应不大于100～150mm；此外，作用在制动手柄上的力最大不大于400N；制动手柄行程最大不大于160mm。6总结在本次近三个月的设计中，我们在指导老师的悉心指导下，针对设计任务，结合«汽车设计»、«汽车理论»和«汽车构造»、中制动系有关章节的内容，参考«汽车工程手册»、等资料，对轿车的制动系进行了初步设计。设计过程中对各种型式的制动器、驱动机构和分路系统进行了分析和比较，最终选定了滑动钳盘式制动器。本制动器不仅有制动性能上的优点，而且就其加工工艺性能也有很多优点。为达到结构简单，作用滞后时间短，选用了液压伺服制动作为驱动机构。结构设计时尽量考虑了工艺可行性和合理性，各尺寸公差、标准件、标注公式都符合最新国家标准。在选用比例阀时，按照最新计算公式进行计算，使制动力的分配更合理，制动效能得以改善。从整体上讲，各设计指标均达到了规定要求。设计中大量计算都由计算机结合手算完成，使计算机程序相对简单。计算结果用图表的形式表现出来，使结果一目了然。毕业设计是对以往四年所学知识的一次大检查，把所学的理论知识运用到实际中去的一次训练。通过本次设计，不但复习、巩固了四年来所学到的专业知识，并且了解到了宝来车的一些特点：1）价格优势—在同类型车中价格相对较低2）时尚车型—在车身外观造型上，宝来的侧面线条完整地保留了新宝来的设计神韵，融入了中国文化元素和价值理念。3）技术成熟—采用领先的发动机技术，变速箱外型紧凑、质量轻，输入轴和输出轴均为空心结构，壳体材料采用铝合金，重量大大减轻，加强了其承载能力。4）驾驶安全—安全和制造工艺方面，车身采用高强度钢板、不等厚钢板、全镀锌车身等安全材质和技术，全面提高了整车的强度；侧防撞杆断面形状合理且采用不等厚钢板倾斜放置，相比普通单防撞杆安全系数提高30%。安全车门车窗四周采用加强结构，把手上方另置加厚安全梁。33 西南大学本科毕业论文（设计）参考文献[1]王望予.汽车设计.北京：机械工业出版社，2004[2]余志生.汽车理论.北京：机械工业出版社，2003[3]陈家瑞.汽车构造.北京：机械工业出版社，2003[4]方泳龙.汽车制动理论与设计.校内教材[5]张尉林.汽车制动系统的分析与设计.北京：机械工业出社，2002[6]齐志鹏.汽车制动系统的结构原理与检修.北京：人民邮电出版社，2004[7]ErjavecJack.AutomotiveTechnology,2004[8]刘惟信.汽车设计.北京：清华大学出版社，2001[9]机械设计手册.北京：机械工业出版社，2000[10]刘惟信.汽车制动系的结构分析与设计计算.北京：清华大学出版社，2004[11]李茂福/杨智勇.宝来轿车使用维修手册北京：金盾出版社，2002[12]王赟松/刘作军.宝来A4轿车维修图册北京：人民交通出版社，2003[13]唐宇明.汽车转向制动系设计.南京：东南大学出版社，1998[14]汽车工程手册编辑委员会.汽车工程手册（设计篇）.北京：人民交通出版社，2001[15]李尹熙.汽车设计标准资料手册.天津：天津科学技术出版社，1999[16]吉林大学汽车教研室.汽车制动系统设计计算.北京：人民交通出版社，2003[17]DongPengADiscussionabouttheFunctioningRelationshipofAir-discBrakesandDrum-brakes,2007[18]2009-2013年中国汽车制动器市场调查与发展前景预测报告.北京：凯博信咨询公司，2008[19]MartinAnti-LockBrakingPerformanceandHydraulicBrakePressureEstimation.200833 西南大学本科毕业论文（设计）致谢首先要向我的指导老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，老师给了我许许多多的帮助和关怀。指导老师学识渊博、治学严谨，平易近人，在老师的悉心指导下，我不仅学到了扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时她对工作的积极热情、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我受益非浅。在此我谨向指导老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校西南大学，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。进行了毕业设计后，离毕业的日子也就不远了，能够圆满完成毕业设计是我们所有毕业生的心愿，这必将成为大学时代美好的回忆，同时更能带给我们小小的成就感，使自己面对今后的工作时更加有信心。这次毕业设计的收获是巨大的，这不仅仅是由于自己的努力，更重要的还有指导老师、以及同学们的帮助，在此我再次向帮助过我的人表示深深的谢意。33 西南大学本科毕业论文（设计）33