3196 某轎車前輪制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)
3196 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 .21.概況與現(xiàn)狀分析 .31.1.轎車制動(dòng)器概況 .31.2.制動(dòng)器研究現(xiàn)狀分析 .42.制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值及其選擇 .62.1.相關(guān)主要技術(shù)參數(shù) .62.2.同步附著系數(shù)的分析 .62.3.確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù) .72.4.制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定 .73.浮鉗盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 .93.1.盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 .93.2.浮鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn) .104.浮鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 .124.1.浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 .124.2.浮鉗盤式制動(dòng)器主要部件結(jié)構(gòu)的確定 .135.制動(dòng)性能分析 .165.1.制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) .165.2.制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析 .175.3.制動(dòng)減速度 .185.4.制動(dòng)距離 S .195.5.摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 .196.盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) .216.1.優(yōu)化模型的建立 .216.2.算法的設(shè)計(jì) .256.3.優(yōu)化結(jié)果的分析 .277.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1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)2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)人體無害的材料。31.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1050HZ.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 1001000Hz。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4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。 “表面碳化”降低制動(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。一般來說,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,無法通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,往往需要借助于系統(tǒng)仿真來實(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)間變化的過程,并通過對(duì)仿真運(yùn)行過程的觀察和統(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5使得計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)越來越多地用十汽車的研究開發(fā)和設(shè)計(jì)制造中。近年來,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: 由于制動(dòng)過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)一的耦合問題來分析,同時(shí)必須采用彈塑性理論求解應(yīng)力場(chǎng);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); 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)。62.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 =1.8m0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): 0.602.2.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;0(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0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)0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),gqdtu0 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0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 .0072.3.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:uF121式中, :前制動(dòng)器制動(dòng)力;u:后制動(dòng)器制動(dòng)力;2F:制動(dòng)器總制動(dòng)力。u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-Lhg021)得: 68.25.12.4.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 2M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-egrqhLG)(1max22)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;er:后軸最大制動(dòng)力矩;max2M8G:汽車滿載質(zhì)量;L:汽車軸距;其中 q= = =0.66 (2-gha)(085.0)67.(35.13)故后軸 = =1.57 Nmmmax2M37.).(6 610后輪的制動(dòng)力矩為 =0.785 Nmm2/1057.6610前軸 = T = =0.67/(1-0.67) 1.57 =3.2 Nmmmax1ax1f max2f6610前輪的制動(dòng)力矩為 3.2 /2=1.6 Nmm606193.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一10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 3050,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 3050,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11點(diǎn)。1)熱穩(wěn)定性好,由于制動(dòng)盤暴露在外,散熱快,所以基本無熱衰退現(xiàn)象,連續(xù)多次使用制動(dòng)力矩變化小;一般無自行増力作用,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關(guān),故無機(jī)械衰退問題,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)方向無關(guān),而且由于沒有如蹄式制動(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)盤之間的間隙小(0.05-0.15mm) ,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)沒有增力作用.制動(dòng)效率系數(shù)低。124.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)?M=2000kg,取其上限。在本設(shè)計(jì)中: ,取 D=256mm。032.564.21%72r4.1.2.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 20mm30mm。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 discs 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。13在本設(shè)計(jì)中取外半徑 R2=104mm, ,則內(nèi)半徑 R1=80mm。3.124.1.4.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)2cm2c量為 1550kg,前輪空載時(shí)地載荷為 852.5kg,所以 852.5/(3.5*4) A852.5/(1.6*4) ,2cm即 60.89 A110.7 。2cm2c在本設(shè)計(jì)中取襯塊的夾角 為 50。摩擦襯塊的工作面積 A:A 取 76。2215.760335)( mRA圖 4.2 摩擦襯塊的二維圖及三維圖Fig.4.2 friction filler block two dimensional plot and graphic model 4.2.浮鉗盤式制動(dòng)器主要部件結(jié)構(gòu)的確定4.2.1.制動(dòng)盤盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有兩個(gè)主要部分:輪轂和制動(dòng)表面。輪轂是安裝車輪的部位,內(nèi)裝有軸承。制動(dòng)表面是制動(dòng)盤兩側(cè)的加工表面。它被加工得很仔細(xì),為制動(dòng)摩擦塊提供摩擦接觸面。整個(gè)制動(dòng)盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動(dòng)盤裝車輪的一側(cè)稱為外側(cè),另一側(cè)朝向車輪中心,稱為內(nèi)側(cè)。按輪轂結(jié)構(gòu)分類,制動(dòng)盤有兩種常用型式。帶轂的制動(dòng)盤有個(gè)整體式轂。在這種結(jié)構(gòu)中,輪轂與制動(dòng)盤的其余部分鑄成單體件。另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個(gè)獨(dú)立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車論凸耳螺栓通過14輪轂,再通過制動(dòng)盤轂法蘭配裝。這種型式制動(dòng)盤稱為無轂制動(dòng)盤。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)盤便宜些。制動(dòng)面磨損超過加工極限時(shí)能很容易更換。本設(shè)計(jì)采用的是第二種型式。制動(dòng)盤一般用珠光體灰鑄鐵制成,或用添加 Cr,Ni 等的合金鑄鐵制成。制動(dòng)盤在工作時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作用的法向力和切向力,而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果,鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤這樣可大大地增加散熱面積,降低溫升約 2030 ,但盤的整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)槽的轎車制動(dòng)盤,其厚度約在 l0m13mm 之間。本次設(shè)計(jì)采用的材料為 HT250。制動(dòng)盤的工作表面應(yīng)光潔平整,制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制表面的跳動(dòng)量,兩側(cè)表面的平行度(厚度差)及制動(dòng)盤的不平衡量。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定:制動(dòng)盤兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于0.008mm,盤的表面擺差不應(yīng)大于 0.1mm;制動(dòng)盤表面粗糙度不應(yīng)大于 0.06mm。4.2.2.制動(dòng)鉗制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵 KTH37012 或球墨鑄鐵 QT40018 制造,也有用輕合金制造的,例如用鋁合金壓鑄??勺龀烧w的,也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口,以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動(dòng)油缸。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量,將活塞的開口端頂靠制動(dòng)塊的背板。活塞由鑄鋁合金制造,為了提高耐磨損性能,活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。為了解決因制動(dòng)鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動(dòng)液的熱量的問題,應(yīng)減小活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積。制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動(dòng)鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥,水進(jìn)入制動(dòng)鉗,位于車軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承的合成載荷。4.2.3.制動(dòng)塊制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成,兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。襯塊多為扇面形,也有矩形、正方形或長(zhǎng)圓形的?;钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積,以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了避免制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液汽化和減小制動(dòng)噪聲,可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘(或噴涂)一層隔熱減震墊。由于單位壓力大和工作溫度高等原因,摩擦襯塊的磨損較快,因此其厚度較大。許多盤式制動(dòng)器裝有襯塊磨損達(dá)極限時(shí)的警報(bào)裝置,以便及時(shí)更換摩擦襯片。4.2.4.摩擦材料制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù),抗熱衰退性能好,不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降;材料應(yīng)有好的耐磨性,低的吸水(油、制動(dòng)液)率,低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率( 要求摩擦襯塊在 300的加熱板上:作用 30min 后,背板的溫度不越過190) 和低的熱膨脹率,高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購(gòu)性能和耐沖擊性能;制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無害的摩擦材料。15各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 0.30.5,少數(shù)可達(dá) 0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器時(shí)一般取 0.30.35。選用摩擦材料時(shí)應(yīng)注意,一般說來,摩擦系數(shù)愈高的材料其耐磨性愈差。本次設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)選用 =0.3。f一種是編織材料,它是先用長(zhǎng)纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織成布,再浸以樹脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其撓性好,剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在 100120溫度下,它具有較高的摩擦系數(shù)( 以上),沖擊強(qiáng)度比模壓材料高4.0f45 倍。但耐熱性差,在 200250以上即不能承受較高的單位壓力,磨損加快。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動(dòng)器,尤其是帶式中央制動(dòng)器。一種是粉末冶金摩擦材料其是以銅粉或鐵粉為主要成分(占質(zhì)量的 6080),加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑,用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好,但造價(jià)高,適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù)荷重的汽車。當(dāng)前,在制動(dòng)器上廣泛采用著模壓材料,它是以石棉纖維為主并均樹脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)勺噪聲消除別(主要成分為石墨)等混合后,在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓性較差故應(yīng)佐按襯片或襯塊規(guī)格模壓。其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料,使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。4.2.5.制動(dòng)器間隙及調(diào)整制動(dòng)鼓與摩擦襯片之間或制動(dòng)盤與摩擦襯片之間在未制動(dòng)的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙,以保證制動(dòng)鼓( 制動(dòng)盤) 能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。一般,鼓式制動(dòng)器的設(shè)定間隙為 0.20.5mm;盤式制動(dòng)器的為 0.10.3mm(單側(cè) 0.05mm0.15mm) 。此間隙的存在會(huì)導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失,因而間隙量應(yīng)盡量小??紤]到在制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形,因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。在本設(shè)計(jì)中:盤式制動(dòng)器取間隙為0.1m。另外,制動(dòng)器在工作過程中會(huì)由于摩擦襯片或摩擦襯塊的磨損而使間隙加大,因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整裝置。當(dāng)前,盤式制動(dòng)器的間隙調(diào)整均已自動(dòng)化,鼓式制動(dòng)器采用間隙自動(dòng)調(diào)整裝置的也日益增多。盤式制動(dòng)器工作間隙的調(diào)整,鉗盤式制動(dòng)器不僅制動(dòng)間隙小,而且制動(dòng)盤受熱膨脹后對(duì)軸向間隙幾乎沒有影響,所以一般都采用一次調(diào)準(zhǔn)式間隙自調(diào)裝置。最簡(jiǎn)單且常用的結(jié)構(gòu)是在缸體和活塞之間裝一個(gè)兼起復(fù)位和間隙自調(diào)作用的帶有斜角的橡膠密封圈,制動(dòng)時(shí)密封圈的刃邊是在活塞給予的摩擦力的作用下產(chǎn)生彈性變形,與極限摩擦力對(duì)應(yīng)的密封圈變形量即等于設(shè)定的制動(dòng)間隙。當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程增大時(shí),在密封圈達(dá)到極限變形之后,活塞與密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對(duì)位移便補(bǔ)償了這一過量間隙。解除制動(dòng)后活塞在彈力作用下退回,直到密封圈的變形完全消失為止,這時(shí)摩擦快與制動(dòng)盤之16間重新回復(fù)到設(shè)定間隙。175.制動(dòng)性能分析任何一套制動(dòng)裝置都是由制動(dòng)器和制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩部分組成。汽車的制動(dòng)性是指汽車在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車速至停車或下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速的能力。5.1.制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評(píng)價(jià):1)制動(dòng)效能,即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度;2)制動(dòng)效能的恒定性,即抗衰退性能;3)制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性,即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能。5.1.1.制動(dòng)效能制動(dòng)效能是指在良好路面上,汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小,制動(dòng)減速度越大,汽車的制動(dòng)效能就越好。5.1.2.制動(dòng)效能的恒定性制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能,所以制動(dòng)器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能,已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問題。5.1.3.制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性,常用制動(dòng)時(shí)汽車給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車將偏離原來的路徑。制動(dòng)過程中汽車維持直線行駛,或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況。制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時(shí),汽車將偏離給定的行駛路徑。因此,常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測(cè)試時(shí)都要求了其試驗(yàn)通道的寬度。方向穩(wěn)定性是從制動(dòng)跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力等方面考驗(yàn)。制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè):1)汽車左右車輪,特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等。2)制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)(互相干涉)前者是由于制動(dòng)調(diào)整誤差造成的,是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。側(cè)滑是指汽車制動(dòng)時(shí)某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動(dòng)的現(xiàn)象。最危險(xiǎn)的情況是在高速制動(dòng)時(shí)后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸18發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時(shí)抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死。5.2.制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析對(duì)于一般汽車而言,根據(jù)其前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素,當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí),制動(dòng)過程可能出現(xiàn)如下三種情況:1)前輪先抱死拖滑,然后后輪抱死拖滑。2)后輪先抱死拖滑,然后前輪抱死拖滑。3)前、后輪同時(shí)抱死拖滑。所以,前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配將影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度,是設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系必須妥善處理的問題。根據(jù)所給參數(shù)及制動(dòng)力分配系數(shù),應(yīng)用 MATLAB 編制出制動(dòng)力分配曲線程序如下:F=0:0.1:1;hg=0.85;hg1=0.95;G=2; G1=1.55;L2=1.25;L1=1.35;L=2.6;gg =(1/2)*(G/hg)*sqrt (L22+4*hg*L*F/G)-(G*L2/hg+2*F);gg1=(1/2)*(G1/hg1)*sqrt (L12+4*hg1*L*F/G1)-(G1*L1/hg1+2*F);c=0.67;y=(1-c)/c)*F;plot(F,gg,F,gg1,F,y);xlabel (F1 /KN );ylabel (F2 /KN );title(某轎車制動(dòng)力分配曲線);legend(I 線(滿載),I 線(空載), 線);將上述程序輸入到命令窗口以后再按回車即可得到圖 5-1 的制動(dòng)力分配曲線:19圖5-1制動(dòng)力分配曲線Fig.5-1 braking force distribution curve 當(dāng) I 線與 線相交時(shí),前、后輪同時(shí)抱死。當(dāng) I 線在 線下方時(shí),前輪先抱死。當(dāng) I 線在 線上方時(shí),后輪先抱死通過該圖可以看出相關(guān)參數(shù)和制動(dòng)力分配系數(shù)的合理性。5.3.制動(dòng)減速度 j制動(dòng)系的作用效果,可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來評(píng)價(jià)。假設(shè)汽車是在水平的,堅(jiān)硬的道路上行駛,并且不考慮路面附著條件,因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí) mrMje/總式中 汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合??? =785+1600=2385Nm總 21u=370mm=0.37mer20m汽車總重 m=2000kg代入數(shù)據(jù)得 =(785+1600)/0.372000=6.16m/sj 2轎車制動(dòng)減速度應(yīng)在 5.87m/s ,所以符合要求。25.4.制動(dòng)距離 S在勻減速度制動(dòng)時(shí),制動(dòng)距離 S 為S=1/3.6(t 1+ t2/2)V+ V 2/254式中,t 1消除制動(dòng)盤與襯塊間隙時(shí)間,取 0.1st2制動(dòng)力增長(zhǎng)過程所需時(shí)間,取 0.2sV=30km/h故 S=1/3.6(0.1+ 0.2/2)30+ 30 /2540.7=7.2m2轎車的最大制動(dòng)距離為:S =0.1V+V /150TS =0.1 30+30 /150=9mT2SS所以符合要求。5.5.摩擦襯片的磨損特性計(jì)算摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì),表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān),因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明,摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。汽車的制動(dòng)過程,是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢(shì)能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中,制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中,致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大,則摩擦襯片(襯塊)的磨損亦愈嚴(yán)重。1)比能量耗散率雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器的比能量耗散率為: 211()amvetA式中: :汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù),緊急制動(dòng)時(shí) , ;02v1:汽車總質(zhì)量;a, :汽車制動(dòng)初速度與終速度, / ;計(jì)算時(shí)轎車 取 27.8 / ;1v2 ms1vms21:制動(dòng)時(shí)間, ;按下式計(jì)算tssjvt6.48271:制動(dòng)減速度, , ;j 2/sm2/10.0mg:前輪制動(dòng)器襯片的摩擦面積;1A=7600mm 2:制動(dòng)力分配系數(shù)。則 =5.767.0.4281502122tAvmea 2w/m轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0 ,故符合要求。2/2)比滑磨功 fL磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯片面積的滑磨功(設(shè)車輛的動(dòng)能都消耗在制動(dòng)器的滑磨功上) ,即比滑磨功 來衡量:fL2maxff LAvL式中: :汽車總質(zhì)量; a:車輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積,= =752cm ;A21cm276302;shkva/4/60mx :許用比滑磨功,轎車取 1000J/ 1500J / ,fL2c2cmL = 1497J/ 1000J/ 1500J/f7524102cm22故符合要求。226.盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為了提高盤式制動(dòng)器的制動(dòng)性能和制動(dòng)效率,下面在分析盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)過程中所必須滿足的性能指標(biāo)和約束條件的基礎(chǔ)上,建立了以制動(dòng)溫升最低和制動(dòng)力矩最大為目標(biāo)函數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,然后采用 MATLAB 優(yōu)化工具箱中的復(fù)合形算法進(jìn)行優(yōu)化求解,得到了較理想的優(yōu)化結(jié)果。6.1.優(yōu)化模型的建立6.1.1.相關(guān)計(jì)算鉗盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖 6-1 所示圖 6-1 扇形摩擦襯片轉(zhuǎn)動(dòng)力矩計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.6-1 fan-shaped lining torque calculation diagram若摩擦襯片壓力與制動(dòng)盤面接觸良好,且各處單位壓力分布均勻,則在鉗盤式制動(dòng)器扇形摩擦襯面上任取一微小面積:dA = RdRd,在這微小面積上產(chǎn)生的微摩擦力矩為:dM=qRdA=qR dRd,式中 q 為摩擦片與制動(dòng)盤之間的單位面積上的壓力, 為摩擦片的摩擦系數(shù),則單側(cè)摩擦片作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為可由下式積分求得:M= pRdRd= pRdR= p (R23-R13)21R/21R(N.m)23則盤式制動(dòng)器的總制動(dòng)力矩為:M= q (R23-R13)依據(jù)制動(dòng)盤與輪缸液壓傳遞關(guān)系可得:q= pRdpRd)(21)(214212式中:d:輪缸直徑(mm);P:輪缸中的壓強(qiáng) (MPa);R1:摩擦片內(nèi)半徑(mm);R2:摩擦片外半徑(mm);:摩擦片圓心角(rad)。故制動(dòng)器力矩表達(dá)式可表示為:M= pRd)(312136.1.2.性能約束(1)制動(dòng)力矩約束:汽車制動(dòng)器制動(dòng)力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩,否則會(huì)發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象而產(chǎn)生側(cè)滑,從而失去穩(wěn)定性 ,即:M G21er式中: :路面附著系數(shù);G:整車重量(N) ;:制動(dòng)力分配系數(shù);:車輪有效半徑。er(2)摩擦片壓力約束:摩擦片應(yīng)達(dá)到要求的耐磨性或使用壽命,對(duì)于摩擦片最大許用單位壓力P,一般按經(jīng)驗(yàn)取值,因此,摩擦片單位面積壓力不得超過許用單位壓力 P,即:PpRdpRd)(21)(2142122122 (3)比能量耗散率約束:如果比能量耗散率過高,不僅會(huì)加快制動(dòng)摩擦片的磨損,而且可能引起制動(dòng)盤的龜裂,因此所施加的約束為:e(W/mm))(22121RtvmtAveaa24式中:m:整車質(zhì)量(kg) ;e:盤式制動(dòng)器時(shí),取 60W/mm;T:為制動(dòng)時(shí)間。(4)制動(dòng)盤一次制動(dòng)的溫升:T=GV 2 /254C1M1 t式中 M1:制動(dòng)盤的質(zhì)量(Kg)M 1= ,其中 為制動(dòng)盤的密度 7900/m 342hDC1:制動(dòng)盤的熱容量 J/(KgK)對(duì)鋼和鑄鐵取 C=523J/(Kg.K);V:制動(dòng)初速度(Km/h)取 30Km/ht一次制動(dòng)最大允許溫升,一般不大于 15即 288.15K(5)摩擦襯塊面積:由于摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在 1.6kg/ -3.5kg/ 范2cm2c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)A852.5/(1.6*4) ,即 60.89 A110.7 于是 6089 110702cm2cm2c2cm2421R。2(6)結(jié)構(gòu)約束1) D 0.77Dh2) R2+ l D/2 3) Dg/2+ 2 R14) 1.27 R2/Rl 1.63其中:D h:輪輞直徑(mm);Dg:輪轂直徑(mm) ; 1、 2:分別為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間裕量(mm)。6.1.3.優(yōu)化模型的建立設(shè)計(jì)變量X=D,h,R 1,R 2, =x1,x 2,x 3,x 4,x 5,其中:D:制動(dòng)盤直徑;h:制動(dòng)盤厚度;R1:摩擦片內(nèi)半徑;R2:摩擦片外半徑;25:摩擦片圓心角。目標(biāo)函數(shù)(1)制動(dòng)力矩最大:Maxf1(X)=M= =pRd)(3213)(234xd= =)()(54.02334x )(87.6234x(2)制動(dòng)溫升最低:Minf2(X)=T=GV 2 /254C1M1=GV2 /254C1 =GV2 /(254C1 )42hD42x90=15500 302 0.67/(254 523 7900 ).321x90=1.13453 /7102x由于分目標(biāo)是兩類不同性質(zhì)的目標(biāo)函數(shù):一類為目標(biāo)函數(shù)值愈大愈好:另一類為目標(biāo)函數(shù)值愈小愈好。故可采用乘除法 ,來統(tǒng)一目標(biāo)函數(shù),即:Minf(X)=f2(X)/f1(X)=(1.13453 / )/7102x)(87.46234x=4130.26162 )(3421xx約束條件G1(X)= - G = - GpRd)(31213er)(3234xpd1er=0.314 -15500 0.67 0.7 370/2)(54234x= -1.3449 107 0;)(87.26234G2(X)= -P= -PpRd)(121 pxd5234)(= -4= -4 0;5234)(7.x5234)(6.726G3(X)= -e= -e)(221Rtvma52341)(xtvma= -6=87238.5152/ -6 0;5234)(6.7.085x 5234)(xG4(X) =GV2 /254C1 -15=GV2 /254C1 -15hD219=1.13453 / -15 0;7021xG5(X)=D-0.77Dh -0.77Dh -0.77 14 25.4= -273.812 0;1xG6(X)=R2+ l-D/2= 4+2- 1/2 0;xG7(X)= Dg/2+2-R 1=Dg/2+3- 3=73- 3 0;xG8(X)=1.27-R2/Rl=1.27- 4/ 3 0;G9(X)=R2/R1-1.63= 4/ 3-1.63 0;xG10(X)= = 0;608921R5234)(689xxG11(X)= = -11070 007421 5234)(6.2.算法的設(shè)計(jì)6.2.1.MATLAB 遺傳算法介紹遺傳算法(Genetic Algorithm)是一種借鑒生物界自然選擇和遺傳機(jī)制的高度并行、隨機(jī)、自適應(yīng)的全局優(yōu)化概率搜索算法。近三十年來,遺傳算法已廣泛應(yīng)用于函數(shù)優(yōu)化、自動(dòng)控制、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工生命等眾多領(lǐng)域,各領(lǐng)域的學(xué)者和專家對(duì)此進(jìn)行了深入的研究,并用各種語言來實(shí)現(xiàn)這個(gè)算法。 MATLAB 是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高效率高級(jí)語言,其中的 MATLAB 遺傳算法工具箱提供了對(duì)各種優(yōu)化問題的一個(gè)完整的解決方案。它具有函數(shù)表達(dá)簡(jiǎn)潔、遺傳操作靈活、可任意選擇多種編碼方式和優(yōu)化算子、算法參數(shù)設(shè)置自由等特點(diǎn)而受到用戶的青睞,并為應(yīng)用和研究遺傳算法提供了穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)靈活、可擴(kuò)展的開發(fā)平臺(tái)。函數(shù)優(yōu)化問題是遺傳算法的經(jīng)典應(yīng)用領(lǐng)域,也是對(duì)遺傳算法進(jìn)行性能評(píng)價(jià)的常用算例,利用 MATLAB 遺傳算法工具箱,可以有效地實(shí)現(xiàn)函數(shù)優(yōu)化問題,并取得較好的性能。6.2.2.遺傳算法的運(yùn)算流程:遺傳算法以適應(yīng)度函數(shù)為依據(jù),算法從一組隨機(jī)產(chǎn)生的初始種群開始,反復(fù)經(jīng)過選擇、27交叉和變異三種遺傳操作,不斷進(jìn)化,是個(gè)迭代搜索過程。其基本流程如下:(1)確定待優(yōu)化的參數(shù)范圍,并對(duì)搜索空間進(jìn)行編碼;(2)隨機(jī)產(chǎn)生包含各個(gè)個(gè)體的初始種群;(3)將種群中各個(gè)個(gè)體解碼成對(duì)應(yīng)的參數(shù)值,用解碼后的參數(shù)求解適應(yīng)度函數(shù),運(yùn)用適應(yīng)度函數(shù)評(píng)估各個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度;(4)對(duì)收斂條件進(jìn)行判斷,如果已經(jīng)找到最佳個(gè)體,則停止,否則繼續(xù)進(jìn)行遺傳操作;(5)按適應(yīng)度進(jìn)行選擇操作,讓適應(yīng)度大的個(gè)體在種群中占有較大的比例,一些適應(yīng)度較小的個(gè)體將會(huì)被淘汰;(6)隨機(jī)交叉,兩個(gè)個(gè)體按一定的交叉概率進(jìn)行交叉操作,并產(chǎn)生兩個(gè)新的子個(gè)體;(7)按照一定的變異概率變異,使個(gè)體的某個(gè)或某些
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編號(hào):161969
類型:共享資源
大?。?span id="24d9guoke414" class="font-tahoma">1.26MB
格式:RAR
上傳時(shí)間:2017-10-27
50
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
轎車
前輪
制動(dòng)器
結(jié)構(gòu)
分析
設(shè)計(jì)
- 資源描述:
-
3196 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)
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