某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),轎車,前輪,制動(dòng)器,結(jié)構(gòu),分析,設(shè)計(jì)
xxxxx大學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（ 論 文 ）
題 目： 某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
專 業(yè)：
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
日 期：
目 錄
引言 2
1.概況與現(xiàn)狀分析 3
1.1.轎車制動(dòng)器概況 3
1.2.制動(dòng)器研究現(xiàn)狀分析 4
2.制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值及其選擇 6
2.1.相關(guān)主要技術(shù)參數(shù) 6
2.2.同步附著系數(shù)的分析 6
2.3.確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù) 7
2.4.制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 7
3.浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 9
3.1.盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 9
3.2.浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn) 10
4.浮鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.1.浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 12
4.2.浮鉗盤式制動(dòng)器主要部件結(jié)構(gòu)的確定 13
5.制動(dòng)性能分析 16
5.1.制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 16
5.2.制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析 17
5.3.制動(dòng)減速度 18
5.4.制動(dòng)距離S 19
5.5.摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 19
6.盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 21
6.1.優(yōu)化模型的建立 21
6.2.算法的設(shè)計(jì) 25
6.3.優(yōu)化結(jié)果的分析 27
7.總結(jié) 29
附件：
1、浮鉗盤式制動(dòng)器總體裝配圖
2、制動(dòng)盤二維零件圖
3、裝配結(jié)構(gòu)爆炸圖
4、各三維零件圖
某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
摘要：制動(dòng)系統(tǒng)是汽車主動(dòng)安全的重要系統(tǒng)之一，本文主要介紹了某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。首先介紹了轎車制動(dòng)器的概況和研究現(xiàn)狀，并根據(jù)給定的制動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)確定了同步附著系數(shù)、制動(dòng)力矩等變量。再通過(guò)對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析，最終確定浮鉗盤式制動(dòng)器的尺寸及材料并用CAD畫出二維裝配圖及制動(dòng)盤零件圖以及SolidWorks軟件繪出其裝配圖和爆炸圖。除此之外，還采用了Matlab得到制動(dòng)力分配曲線以及優(yōu)化工具箱的遺傳優(yōu)化算法對(duì)制動(dòng)器尺寸進(jìn)行優(yōu)化。
關(guān)鍵字：轎車前輪 盤式制動(dòng)器 優(yōu)化設(shè)計(jì)
引言
汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通運(yùn)輸工具。汽車制動(dòng)系是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng),它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置。而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)健裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動(dòng)性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大,人們對(duì)安全性、可靠性要求越來(lái)越高，為保證人身和車輛的安全,必須為汽車配備十分可靠的制動(dòng)系統(tǒng)。隨著汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，如何縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設(shè)計(jì)效率，降低成本等，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，已經(jīng)成為企業(yè)成功的關(guān)鍵。
提及汽車制動(dòng)系統(tǒng)，大家都知道有鼓式和盤式制動(dòng)器兩種，特別是在上世紀(jì)80年代還是稀奇、高端玩意兒的盤式制動(dòng)器，如今已基本上在民用轎車上得到了普及。由于蹄式制動(dòng)器散熱性能差，在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量。制動(dòng)蹄片和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。所以，傾向于采用散熱性能較好的盤式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器的組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且還有不同的種類，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式制動(dòng)器兩大類，鉗盤式制動(dòng)器又分為浮鉗盤式制動(dòng)器和定鉗盤式制動(dòng)器兩大類。為了防止汽車跑偏，往往前輪采用盤式制動(dòng)器。
本文主要對(duì)浮鉗盤式制動(dòng)器進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。通過(guò)查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，根據(jù)給定的制動(dòng)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)確定了同步附著系數(shù)、制動(dòng)力矩等變量。再通過(guò)對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)計(jì)算、性能分析，最終確定浮鉗盤式制動(dòng)器的尺寸及材料并用CAD畫出二維裝配圖及制動(dòng)盤零件圖以及SolidWorks軟件繪出各零件三維圖、三維總裝配圖和爆炸圖等。除此之外，還采用了Matlab得到制動(dòng)力分配曲線以及優(yōu)化工具箱的遺傳優(yōu)化算法對(duì)制動(dòng)器尺寸進(jìn)行優(yōu)化。
同時(shí)在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無(wú)害的材料。
1. 概況與現(xiàn)狀分析
1.1. 轎車制動(dòng)器概況
制動(dòng)器的組成部件很多，其中的主要的部件包含制動(dòng)盤、摩擦片、固定器、制動(dòng)鉗體等。汽車制動(dòng)的過(guò)程中各個(gè)部件均受到復(fù)雜的力和力矩的作用，因此容易造成制動(dòng)盤、摩擦片、固定器、鉗體的變形等，引起磨損不均勻。有時(shí)制動(dòng)器還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，引起噪聲，甚至引起方向盤、制動(dòng)踏板、制動(dòng)底板和座椅的劇烈抖動(dòng)。振動(dòng)還會(huì)引起汽車跑偏，嚴(yán)重影響汽車的穩(wěn)定性能。
制動(dòng)器在制動(dòng)過(guò)程中因使用不當(dāng)或制造、裝配誤差及設(shè)計(jì)不合理等因素還會(huì)有一些工作不良或故障現(xiàn)象發(fā)生，以下對(duì)這些現(xiàn)象和原因進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹：
1)、磨損不均勻，結(jié)合不同步，導(dǎo)致先接觸點(diǎn)的壓力急劇加大，局部摩擦力超過(guò)摩擦片和制動(dòng)盤表面的應(yīng)力極限值，導(dǎo)致嚴(yán)重的局部的磨損或者是損傷，并目會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)盤和摩擦片的局部溫度迅速升高，局部燒傷摩擦片，失去制動(dòng)能力。結(jié)合不同步的主要原因還是制動(dòng)器的低頻和高頻共振誘發(fā)制動(dòng)系統(tǒng)的變形引起的。
2)、制動(dòng)振動(dòng):制動(dòng)振動(dòng)按照發(fā)生機(jī)理可以將其分為3類:低頻抖動(dòng)、中頻顫動(dòng)和高頻嘯叫。制動(dòng)抖動(dòng)是指車輛在一定車速范圍內(nèi)實(shí)施制動(dòng)時(shí)引起轉(zhuǎn)向盤.、制動(dòng)踏板、車身底板和座椅的劇烈抖動(dòng)現(xiàn)象，是制動(dòng)引起的振動(dòng)的一種。低頻抖動(dòng)主要是由制動(dòng)力矩波動(dòng)引起的低頻強(qiáng)迫振動(dòng)，抖動(dòng)的頻率和車速呈現(xiàn)一定的階次關(guān)系，頻率在100HZ以下，通常是10~50HZ.抖動(dòng)一般發(fā)生在車輛高速行駛并進(jìn)行中等強(qiáng)度的制動(dòng)時(shí)。當(dāng)車速下降到一定程度的時(shí)候制動(dòng)抖動(dòng)消失，制動(dòng)抖動(dòng)一般由低階擾動(dòng)引起。中頻顫振是制動(dòng)盤和摩擦片表面的摩擦特性引起的，頻率是100~1000Hz。制動(dòng)引起的顫振一般發(fā)生在車速較低的情況下(低于l0km/h。高頻嘯叫與制動(dòng)系統(tǒng)元件的模態(tài)有關(guān)系，而與車速?zèng)]有關(guān)系，制動(dòng)嘯叫的頻率一般在1000Hz以上，并通過(guò)空氣進(jìn)行傳播。現(xiàn)在一般認(rèn)為高頻嘯叫是制動(dòng)系統(tǒng)的一種自激振動(dòng)。
3)、制動(dòng)跑偏和側(cè)滑：制動(dòng)過(guò)程中車身不按照原路線和方向減速停車，而是自動(dòng)脫離原行駛軌跡，偏向左或者是右側(cè)產(chǎn)生移動(dòng)，這種現(xiàn)象就是制動(dòng)跑偏。這種情況極容易造成交通事故。制動(dòng)跑偏的原因除了車輛設(shè)計(jì)本身的問(wèn)題以外，其根本的原因就在十左右車輪的制動(dòng)效果不一致，特別是兩前輪的制動(dòng)效果不同時(shí)，更加容易出現(xiàn)制動(dòng)跑偏的現(xiàn)象。當(dāng)左右車輪的路況一致的情況下，那么原因就歸結(jié)于左右車輪的制動(dòng)力矩不等，各個(gè)制動(dòng)器的正壓力、摩擦系數(shù)、接觸面積，制動(dòng)間隙以及各個(gè)零件所處狀態(tài)的差異，都會(huì)導(dǎo)致左右制動(dòng)力矩的不等。因此在維修調(diào)整的過(guò)程中要盡量的保持制動(dòng)摩擦力矩的一致。另外由十制動(dòng)抱死狀態(tài)下，路面的縱向附著系數(shù)增加到最大，因此造成側(cè)向的附著系數(shù)急劇下降，容易造成制動(dòng)側(cè)滑現(xiàn)象。
4)、摩擦片相變和“表面碳化”現(xiàn)象：制動(dòng)摩擦片的相變是指摩擦片在經(jīng)過(guò)持續(xù)高溫作用下冷卻后的殘余厚度增量。制動(dòng)時(shí)摩擦片相變發(fā)生的主要原因是摩擦材料在持續(xù)高溫后，密度會(huì)有所降低;不合格摩擦片的高溫厚度增量甚至?xí)_(dá)到1mm,相變會(huì)達(dá)到0.5mm;摩擦片的局部相變也是造成制動(dòng)尖叫和制動(dòng)自鎖的主要誘因。制動(dòng)器摩擦片的“表面碳化”，是指由十摩擦片的加工工藝采用了硫酸鋇等粘結(jié)材料，在制動(dòng)高溫的作用下，與制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的微粒，在摩擦片表面燒結(jié)形成光滑的硬化層?！氨砻嫣蓟苯档椭苿?dòng)效能，并誘發(fā)制動(dòng)尖叫。
以上的這些現(xiàn)象的發(fā)生直接影響這制動(dòng)器的制動(dòng)效能，從}而影響汽車的行駛安全性。
1.2. 制動(dòng)器研究現(xiàn)狀分析
隨著公路交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，車輛速度的提高以及車輛密度的口益增加，為了保證行車的安全性，制動(dòng)系統(tǒng)的性能以及可靠性就顯得更加重要了。提高制動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造水平，改善汽車的制動(dòng)性能，減少制動(dòng)時(shí)振動(dòng)，噪聲，成為汽車領(lǐng)域的越來(lái)越重要的課題。盤式制動(dòng)器具有散熱快，重量輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，而且不怕泥水侵襲，在冬季和惡劣路況下行車，盤式制動(dòng)比鼓式制動(dòng)更容易在較短的時(shí)間內(nèi)令車停下。雖然盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤與空氣接觸的面積很大，但很多時(shí)候其散熱效果還是不能讓人滿意，于是有的制動(dòng)盤上又被開了許多小孔，加速通風(fēng)散熱以提高制動(dòng)效率，這就是通風(fēng)盤式制動(dòng)器。一般來(lái)說(shuō)，尺寸大的制動(dòng)盤要比尺寸小的制動(dòng)盤散熱效率高，而通風(fēng)盤則要比實(shí)體盤的散熱效率高。四輪轎車在制動(dòng)過(guò)程中，一般前輪的制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)作用。因此，一般情況下，汽車前輪制動(dòng)盤的尺寸要比后輪大，且前輪多采用通風(fēng)盤，后輪多采用實(shí)體盤或通風(fēng)盤。各種研究和經(jīng)驗(yàn)表明，汽車制動(dòng)時(shí)的共振，制動(dòng)器各個(gè)部件的變形是振動(dòng)、噪聲以及制動(dòng)器不正常磨損的原因。
迄今為止，人們已經(jīng)把全息照相、激光多普勒分析、有限兀分析以及試驗(yàn)?zāi)B(tài)技術(shù)等引入到制動(dòng)器的振動(dòng)和噪聲研究中，并取得了大量的成果。全息照相技術(shù)向人們展示了制動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)的真實(shí)形態(tài);有限兀及模態(tài)分析的統(tǒng)一，使得建立與實(shí)際相符合的振動(dòng)的數(shù)學(xué)模型成為了可能，這些都對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析提供了便利。
在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分析、綜合和預(yù)測(cè)時(shí)，需要給出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。此時(shí)實(shí)際系統(tǒng)可能尚未完成或者處十經(jīng)濟(jì)性、安全性等因素的考慮，無(wú)法通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，往往需要借助于系統(tǒng)仿真來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。所謂系統(tǒng)仿真是指利用計(jì)算機(jī)來(lái)運(yùn)行仿真模型，模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)及隨時(shí)間變化的過(guò)程，并通過(guò)對(duì)仿真運(yùn)行過(guò)程的觀察和統(tǒng)計(jì)，得出被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特性，以此來(lái)推斷和估計(jì)實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和真實(shí)性能。
采用仿真方法研究汽車的各項(xiàng)性能時(shí)，需對(duì)汽車作適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，然后應(yīng)用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行計(jì)算分析。隨著簡(jiǎn)化程度的不同，必然會(huì)使計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況之間存在不同程度的偏差。由十汽車是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其整車、零部件以及各總成的運(yùn)動(dòng)模型和力學(xué)模型相當(dāng)復(fù)雜，對(duì)這些模型進(jìn)行分析計(jì)算，同時(shí)要保證一定的精度，所需要的工作量是很大的，在很大程度上受到了計(jì)算機(jī)處理能力的限制。
隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)的處理能力有了突飛猛進(jìn)的提高，因此使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)越來(lái)越多地用十汽車的研究開發(fā)和設(shè)計(jì)制造中。近年來(lái)，虛擬樣機(jī)技術(shù)(Virtual Prototype Technology)得到快速的發(fā)展，采用虛擬樣機(jī)技術(shù)可以綜合考慮制動(dòng)器非線性法向載荷、粘滑作用、結(jié)構(gòu)禍合等因素，分析具體情況下制動(dòng)器振動(dòng)的主要誘因。虛擬樣機(jī)技術(shù)已成為解決工程問(wèn)題的一種快速、有效的手段。
盤式制動(dòng)器具有散熱性好、制動(dòng)效能穩(wěn)定、抗水衰退能力強(qiáng)、易于保養(yǎng)和維修等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、鐵路、車輛和工程機(jī)械。對(duì)盤式制動(dòng)器的早期研究側(cè)重于試驗(yàn)研究其摩擦特性，隨著用戶對(duì)其制動(dòng)性能和使用壽命要求的不斷提高，有關(guān)其基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方面的研究也在深入進(jìn)行
由于盤式制動(dòng)器在汽車中的使用日益增多，其研究工作方興未艾。由于其用途的廣泛性及結(jié)構(gòu)形式的多樣性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其研究方向和研究方法的選擇不盡相同，有的從理論方面進(jìn)行專題研究，有的從試驗(yàn)方面進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。
要對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行完整的熱分析，還要從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步研究：① 由于制動(dòng)過(guò)程中壓力分布與溫度場(chǎng)及磨損相互耦合，應(yīng)將壓力分布與熱分析及磨損作為統(tǒng)一的耦合問(wèn)題來(lái)分析，同時(shí)必須采用彈塑性理論求解應(yīng)力場(chǎng)；②由于實(shí)際接觸表面為粗糙表面，應(yīng)研究粗糙表面的形貌模型，并在該模型的基礎(chǔ)上研究制動(dòng)器摩擦磨損熱動(dòng)力學(xué)；③ 現(xiàn)在對(duì)摩擦材料熱物理特性缺乏研究，今后可考慮對(duì)特定的制動(dòng)材料配對(duì)進(jìn)行包括材料熱物理參數(shù)在內(nèi)的整個(gè)摩擦、磨損研究。
隨著高新技術(shù)的不斷應(yīng)用與發(fā)展及新材料的不斷出現(xiàn)，盤式制動(dòng)器的理論與試驗(yàn)研究?jī)?nèi)容也將會(huì)得到不斷更新與發(fā)展?；谀壳氨P式制動(dòng)器的研究現(xiàn)狀，今計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、熱彈塑性理論和斷裂力學(xué)理論，研究其摩擦副間熱力耦合的摩擦機(jī)制及其破壞機(jī)理}借助有限元、相似理論和模態(tài)綜合技術(shù)，建立其低頻噪聲結(jié)構(gòu)耦合模型，形成數(shù)值仿真計(jì)算模型，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析比較，研究其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)低頻噪聲的影響，進(jìn)而定量提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。
2. 制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值及其選擇
2.1. 相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)
給定的相關(guān)主要技術(shù)參數(shù)如下：
整車質(zhì)量： 空載：1550kg
滿載：2000kg
質(zhì)心位置： a=L1=1.35m b=L2=1.25m
質(zhì)心高度： 空載：hg=0.95m
滿載：hg=0.85m
軸 距： L=2.6m
輪 距: L=1.8m
最高車速： 160km/h
車輪工作半徑：370mm
輪轂直徑： 140mm
輪缸直徑： 54mm
輪 胎： 195/60R14 85H
同步附著系數(shù)：0.6
2.2. 同步附著系數(shù)的分析
同步附著系數(shù)的分析如下：
(1)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；
(2)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。
分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度,這表明只有在的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。
根據(jù)相關(guān)資料查出轎車0.6，故取.
2.3. 確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù)
前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù)的確定
常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)力之比來(lái)表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，用表示，即：
式中，：前制動(dòng)器制動(dòng)力；
：后制動(dòng)器制動(dòng)力；
：制動(dòng)器總制動(dòng)力。
由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配系數(shù)可由下式得到：
根據(jù)公式： （2-1）
得：
2.4. 制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，要求合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。
根據(jù)汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動(dòng)到前輪抱死拖滑，計(jì)算出后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩
由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：
（2-2）
式中：：該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
q：制動(dòng)強(qiáng)度；
：車輪有效半徑；
：后軸最大制動(dòng)力矩；
G：汽車滿載質(zhì)量；
L：汽車軸距；
其中q===0.66 （2-3）
故后軸==1.57Nmm
后輪的制動(dòng)力矩為=0.785Nmm
前軸= T==0.67/(1-0.67)1.57=3.2Nmm
前輪的制動(dòng)力矩為3.2/2=1.6Nmm
3. 浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析
3.1. 盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇
制動(dòng)器是用來(lái)吸收汽車的動(dòng)能，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌⑹У酱髿庵?，迫使汽車車速迅速降低，直至停車的機(jī)構(gòu)，是制動(dòng)系中用以產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力的部件。制動(dòng)器一般是利用摩擦效應(yīng)將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，因此來(lái)講，制動(dòng)器的散熱性能對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)是十分重要的。如果制動(dòng)系統(tǒng)長(zhǎng)期處十一種高溫的狀態(tài)，就會(huì)阻礙能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程，造成制動(dòng)效能下降。車速越高，制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱能越大，對(duì)制動(dòng)性能的要求也就越高。因此隨著車速的提高，現(xiàn)代轎車除了采用散熱性能較好的鋁合金車圈來(lái)降溫以外，一般都采用散熱性能優(yōu)越的盤式制動(dòng)器。
盤式制動(dòng)器又叫做碟式制動(dòng)器，一般是由液壓控制，主要的部件有制動(dòng)盤、制動(dòng)鉗、固定器，制動(dòng)輪缸等組成。按摩擦副中固定元件的結(jié)構(gòu)不同，盤式制動(dòng)器分為鉗盤式和全盤式兩類。
全盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件和旋轉(zhuǎn)元件均為圓盤形，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸。其工作原理如摩擦離合器，故又稱為離合器式制動(dòng)器。用得較多的是多片全盤式制動(dòng)器，以便獲得較大的制動(dòng)力。但這種制動(dòng)器的散熱性能較差，故多為油冷式，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
鉗盤式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為固定鉗盤式制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。
定鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿著制動(dòng)盤軸線方向移動(dòng)，因此必須在制動(dòng)盤的兩側(cè)都安裝制動(dòng)塊的促動(dòng)裝置，以便于將兩側(cè)的制動(dòng)塊分別壓向制動(dòng)盤.。定鉗盤式制動(dòng)器在制動(dòng)鉗體上有兩個(gè)液壓油缸，其中各裝有一個(gè)活塞。當(dāng)壓力油液進(jìn)入兩個(gè)油缸活塞外腔時(shí)，推動(dòng)兩個(gè)活塞向內(nèi)將位于制動(dòng)盤兩側(cè)的制動(dòng)塊總成壓緊到制動(dòng)盤上，從而將車輪制動(dòng)。當(dāng)放松制動(dòng)踏板使油液壓力減小時(shí)，回位彈簧又將兩制動(dòng)塊總成及活塞推離制動(dòng)盤。這種型式也稱為對(duì)置活塞式或浮動(dòng)活塞式。
定鉗盤式制動(dòng)器的缺點(diǎn)就是：
1）、制動(dòng)盤的兩側(cè)各有液壓缸，使制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
2）、液壓缸分裝于制動(dòng)盤的兩側(cè)，制動(dòng)液必須跨越制動(dòng)盤的鉗內(nèi)油道或者外部的油管。
3）、熱負(fù)荷較大，液壓缸和跨越制動(dòng)盤的鉗內(nèi)制動(dòng)管路或者是外部油管內(nèi)的制動(dòng)液容易氣化。
4）、若想兼用于駐車制動(dòng)裝置，則必須要添加一個(gè)機(jī)械促動(dòng)的駐車制動(dòng)鉗。
由于上述的種種原因，定鉗盤式制動(dòng)裝置已經(jīng)很難適應(yīng)現(xiàn)代轎車的發(fā)展趨勢(shì)，也逐漸的在70年代以后讓位于浮鉗盤式制動(dòng)器。
浮鉗盤式制動(dòng)器只在制動(dòng)盤的一側(cè)裝油缸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，易于布置，結(jié)構(gòu)尺寸緊湊，可以將制動(dòng)器進(jìn)一步移近輪轂，同一組制動(dòng)塊可兼用于行車和駐車制動(dòng)，在兼行車和駐車制動(dòng)的情況下不需要加設(shè)駐車制動(dòng)鉗，只需要在行車制動(dòng)鉗液壓缸的附近加裝一些用于推動(dòng)液壓缸活塞的駐車制動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)零件即可。浮動(dòng)鉗由于沒(méi)有跨越制動(dòng)盤的油道或油管，減少了受熱機(jī)會(huì)，單側(cè)油缸又位于盤的內(nèi)側(cè)，受車輪遮蔽較少使冷卻條件較好，另外，單側(cè)油缸的活塞比兩側(cè)油缸的活塞要長(zhǎng)，也增大了油缸的散熱面積，因此制動(dòng)液溫度比用固定鉗時(shí)低30℃～50℃，氣化的可能性較小。但由于制動(dòng)鉗體是浮動(dòng)的，必須設(shè)法減少滑動(dòng)處或擺動(dòng)中心處的摩擦、磨損和噪聲。
因此本設(shè)計(jì)采用浮鉗盤式制動(dòng)器，
3.2. 浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)
浮鉗盤式制動(dòng)器的固定摩擦元件是兩塊帶有摩擦襯塊的制動(dòng)塊，后者裝在以螺栓固定于轉(zhuǎn)向節(jié)或橋殼上的制動(dòng)鉗體內(nèi)，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。制動(dòng)鉗體2通過(guò)導(dǎo)向銷6與車橋7相連，可以相對(duì)于制動(dòng)盤1軸向移動(dòng)。制動(dòng)鉗體只在制動(dòng)盤的內(nèi)側(cè)設(shè)置油缸，而外側(cè)的制動(dòng)塊則附裝在鉗體上。兩塊制動(dòng)塊之間裝有作為旋轉(zhuǎn)元件的制動(dòng)盤，制動(dòng)盤是以螺栓固定在輪轂上。由于制動(dòng)塊的摩擦襯塊與制動(dòng)盤的接觸面積很小，在制動(dòng)盤上所占的中心角一般僅約為30°～50°，故這種盤式制動(dòng)器又稱為點(diǎn)盤式制動(dòng)器。其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，質(zhì)量小，散熱性較好，但因摩擦襯塊的面積較小，制動(dòng)時(shí)其單位壓力很高，摩擦面的溫度較高，因此，對(duì)摩擦材料的要求也較高。
圖3-1 浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
Fig.3-1 floats the pliers disc brake diagram of mechanism
浮鉗盤式制動(dòng)器除了上述特點(diǎn)外，與鼓式制動(dòng)器相比，還具有盤式制動(dòng)器共同的優(yōu)缺點(diǎn)。
1)熱穩(wěn)定性好，由于制動(dòng)盤暴露在外，散熱快，所以基本無(wú)熱衰退現(xiàn)象，連續(xù)多次使用制動(dòng)力矩變化小;一般無(wú)自行増力作用，襯塊摩擦表現(xiàn)壓力分布較鼓式中的襯片更為均勻，此外，制動(dòng)鼓在受熱膨脹后，工作半徑增大，使其只能與蹄的中部接觸，從而降低了制動(dòng)效能，這稱為機(jī)械衰退，制動(dòng)盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹根本與性能無(wú)關(guān)，故無(wú)機(jī)械衰退問(wèn)題，因此，前輪采用盤式制動(dòng)器。汽車制動(dòng)時(shí)不易跑偏。
2)水穩(wěn)定性好，制動(dòng)盤對(duì)盤的單位壓力高，易將水?dāng)D出，并且由于襯塊對(duì)盤的擦拭作用和旋轉(zhuǎn)離心甩水作用，使得比蹄式制動(dòng)器排水容易得多，浸水后制動(dòng)效率降低不多;出水后只需經(jīng)一，二次制動(dòng)即能恢復(fù)正常。鼓式制動(dòng)器則需經(jīng)十余次制動(dòng)方能恢復(fù)。
3)制動(dòng)力矩比較平穩(wěn)，與車輛運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)，而且由于沒(méi)有如蹄式制動(dòng)器的增力作用，因此摩擦系數(shù)變化對(duì)制動(dòng)效率沒(méi)有多大影響。
4)制動(dòng)襯塊上壓力分布均勻，磨損均勻，比蹄式制動(dòng)器使用壽命長(zhǎng)，維修方便。
5)襯塊與制動(dòng)盤之間的間隙?。?.05-0.15mm），從而縮短了制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。
此外由于鉗盤式制動(dòng)器在輪毅外，所以更換襯塊比較方便，本身結(jié)構(gòu)上具有自動(dòng)調(diào)整襯塊和盤之間間隙的功能，不需要經(jīng)常調(diào)整間隙。
當(dāng)然，鉗盤式制動(dòng)器也有以下缺點(diǎn)：
1)摩擦面積小，單位壓力高，造成工作溫度高，因此要求摩擦材料能耐高壓和高溫。
2)暴露在外難以防止塵土、沙粒，易磨損和銹蝕。
3)沒(méi)有增力作用.制動(dòng)效率系數(shù)低。
4. 浮鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1. 浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
4.1.1. 制動(dòng)盤直徑D
制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤直徑D受輪毅直徑的限制通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇為輪毅直徑的70%~90%，總質(zhì)量大于2t的車輛應(yīng)取其上限。通常，制造商在保持有效的制動(dòng)性能的情況下，盡可能將零件做的小些，輕些。輪輞直徑為14英寸，又因?yàn)镸=2000kg，取其上限。
在本設(shè)計(jì)中：,取D=256mm。
4.1.2. 制動(dòng)盤厚度h
制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些;為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度又不宜過(guò)小。制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，可以在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通風(fēng)的制動(dòng)盤在兩個(gè)制動(dòng)表面之間鑄有冷卻葉片。這種結(jié)構(gòu)使制動(dòng)盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，盤內(nèi)扇形葉片的選擇了空氣循環(huán)，有效的冷卻制動(dòng)。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度為l0mm~ 20mm，具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤厚度取為20mm~ 50mm，但多采用20mm~30mm。
在本設(shè)計(jì)中選用通風(fēng)式制動(dòng)盤，h取20mm。
圖4-1制動(dòng)盤的二維圖及三維圖
Fig.4-1 brake disc's two dimensional plot and graphic model
4.1.3. 摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1
推薦摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不大于1.5。若比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終將導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
在本設(shè)計(jì)中取外半徑R2=104mm，,則內(nèi)半徑R1=80mm。
4.1.4. 摩擦襯塊工作面積A
摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在1.6kg/～3.5kg/范圍內(nèi)選取。汽車空載質(zhì)量為1550kg，前輪空載時(shí)地載荷為852.5kg，所以852.5/(3.5*4)
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