1要求：設計制動輪缸，輪缸活塞，制動鉗體，制動鉗體支架，導向銷，放氣螺釘，需要零件圖裝配圖的CAD二維圖和三維圖，制動盤，摩擦襯片和制動主缸的 CAD已給，需繪制三維圖。摘 要隨著時代的發(fā)展，科技的進步，當代人們的出行越來越多的要依靠汽車，火車，飛機，輪船等等交通工具，其中以汽車應用的最為廣泛，汽車的方便快捷給我們的生活帶來了很大的便利，近幾年隨著世界各國開始倡導高效節(jié)能生活，大部分城市開始限制汽車排量，因此新能源汽車開始普及，而且隨著城市人口越來越多，空間越來越小，汽車也向著體積更小，更適合城市內部使用的方向發(fā)展，因而對于應用在城市內短途的小型微型汽車來說，制動系統(tǒng)顯得尤為重要，雖然這些車質量速度都不高，但是由于城市路況復雜，事故的情況也時有發(fā)生，每一起事故都會給人們的健康和財產帶來損失，好的制動系統(tǒng)不僅能保證行車安全，也能保證駐車，上下坡時的行駛安全，有必要對其進行設計計算以及優(yōu)化，達到理想狀態(tài)。本文以長安奔奔 EV為模型，對這類電動小型汽車的盤式制動器的結構型式及其主要構件進行了設計計算，包括制動器類型的選擇，制動器主要原理的闡述，制動器驅動機構的結構設計以及設尺寸選擇計算，制動器主要零件尺寸的選擇，設計計算以及相應的尺寸優(yōu)化，得到了最佳的制動盤尺寸以及制動襯片尺寸，達到既能良好制動，又能減少磨損延長使用壽命和減少噪音的目的。關鍵詞：微型汽車；盤式制動器；盤式制動器優(yōu)化設計；制動器驅動機構設計。2ABSTRACTAlong with the development of The Times, the progress of science and technology, modern people traveling more and more rely on cars, trains, planes, ships and so on transportation, of which the most automobile application widely, convenient car brought great convenience to our life, as countries around the world began to advocate for high efficiency and energy saving life in recent years, most of the cities began to limit car emissions, so the new energy vehicles began to spread, and as more and more urban population, space more and more small, car is toward smaller, more suitable for use within the city the direction of development, thus for short in the city of small miniature cars, Brake system is particularly important, although these car speed quality is not high, but due to the complexity of urban traffic, accidents also happen from time to tome, the situation of every accident brings to people's health and property loss, good braking system can not only ensure driving safety, also can guarantee in car, on the hill of road safety, it is necessary to carry out its design calculation and optimization, to achieve the ideal state.Based on changan rushing EV model, for this type of electric small car disc brake structure and its major component has carried on the design and calculation, including the selection of type of brake, brake principle, main brake structure design of the driving mechanism and a size selection calculation, the choice of main brake parts size, design calculation and the corresponding size optimization, the optimal scale of the brake disc and the brake lining, to achieve both good braking, and to reduce wear to extend the service life and reduce noise.Key words: micro car; Disc brakes; Disc brake optimization design; Brake drive mechanism design.3目錄第一章 緒論 51.1選題的目的和意義： 51.2國內外研究現(xiàn)狀： 51.3設計方案步驟： 61.4設計的主要內容： 6第二章 總體設計： 62.1設計要求： 62.2制動原理概述： 62.3制動器類型選擇： 72.4制動驅動機構的選擇： 7第三章 制動器設計及校核： 83.1制動系設計概述： 83.2汽車基本參數(shù)： 93.3同步附著系數(shù)的確定： 103.4主要參數(shù)設計計算： 103.4.1制動盤直徑 D： .103.4.2制動盤厚度 h： .103.4.4制動襯塊工作面積 A及其校核： 113.5制動器設計計算： 113.5.1前后輪制動器制動力矩的確定： 113.5.2制動器最大制動力矩計算： 113.5.3制動器摩擦力矩的計算： 123.5.4應急制動和駐車制動所需的制動力矩： 123.5.5摩擦襯片磨損特性計算及校核： 134第四章 制動驅動機構設計計算及校核： 154.1制動驅動機構設計概述： 154.2分路系統(tǒng)： 154.3制動器驅動機構的參數(shù)計算及校核： 164.3.1制動輪缸直徑 d的確定： 16V = 2（V1 + V2 ）=3318.308mm3 .174.3.3制動主缸活塞回力彈簧的確定及校核： 174.3.4制動主缸殘余壓力 P： .174.3.5制動踏板工作行程及校核： 174.3.6制動踏板力計算及校核： 184.3.7制動主缸結構設計： 184.4制動器主要結構原件： 19第五章 制動器優(yōu)化設計： 205.1 優(yōu)化設計概述： .205.2 優(yōu)化設計方法步驟： .20(1) 根據(jù)公式建立目標函數(shù) .20(2) 根據(jù)要求引入約束 .21(3) 設計算法程序 .21(4) 得出約束結果 .215.3 目標函數(shù)的建立： .21(1) 盤式制動器制動力矩： .21(2) 制動器表面升溫： .215.4 約束： .21(1) 為防止汽車打滑制動力矩應不大于車輪與地面的附著力矩： .21(2) 一次緊急制動后制動盤的溫度不得超過 260度： .215(3) 油缸內壓力不得超過最大值 12MPA： 21(4) 比能量耗散率約束： .21(5) 結構約束： .215.5 優(yōu)化結果： .215.6 本章總結： .216第一章 緒論1.1選題的目的和意義：近幾年世界各國都開始倡導綠色環(huán)保節(jié)能減排，我國更是多次強調環(huán)保在當今時代是一個不能不解決的問題，所以新能源汽車在這樣的大時代潮流下越來越普及，使用的人也越來越多，而且新能源汽車中又以電動汽車為佼佼者，電動汽車以其優(yōu)越的性能和零排放引領著新能源汽車的發(fā)展，隨著城市的擴大和人口的增長，人們開始考慮到汽車的體積大小，各種適合城市以及短途使用的微型汽車小型汽車開始出現(xiàn)，其價格合適，維護便宜，因此成為了大多數(shù)白領的選擇，而城市路況復雜，事故多發(fā)，所以汽車的制動性能尤為重要，我選擇這個題目的在于對于現(xiàn)有的各種微型汽車的盤式制動器進行設計并且優(yōu)化，在現(xiàn)有的基礎上進一步提高制動性能，更好的保障人們生命財產安全，減小事故發(fā)生率。1.2國內外研究現(xiàn)狀：目前，對于汽車盤式制動器的尺寸設計計算已經(jīng)成熟，對于不同的車型，可以利用其車速，重量以及輪胎的尺寸進行制動系的尺寸設計和選型，這方面已經(jīng)有成熟的試驗臺和設計軟件，只要將汽車的基本信息輸入進軟件，軟件就可以自動進行設計計算，選擇相應的零件，給出尺寸結果。所以目前對于汽車盤式制動器的研究主要就在于制動器的優(yōu)化設計，本文設計的是盤式制動器，對于盤式制動器的優(yōu)化設計有以下幾個方法，其中主要以制動性能優(yōu)化和制動噪聲優(yōu)化為主，另外還有使用可靠性優(yōu)化和穩(wěn)定性優(yōu)化等方法，在優(yōu)化方法中，主要的方法是建立多目標函數(shù)模型，設計相應變量，約束，對其進行求解。在對制動器制動性能的優(yōu)化中，以遺傳算法為主流，一般將目標函數(shù)設計為最大制動力矩以及制動升溫最低，這樣不但能保證有足夠的制動力矩還保證足夠長的使用壽命另外還能有降低噪聲的優(yōu)點，其主要步驟為：首先確定制動器制動力矩和制動升溫的數(shù)學表達式，之后根據(jù)相應的尺寸，技術要求設計約7束，包括性能條件約束（防抱死約束，一次制動后的最高溫升約束，油缸內壓力約束，比能量耗散率約束等）和結構約束（包括制動盤尺寸與輪輞尺寸的合適程度，摩擦片與輪轂不應相互干擾等），之后建立目標函數(shù)模型，因為其一個求最大值一個求最小值，所以將兩個函數(shù)相除，取其商的最小值便可獲得最佳結果，設計變量包括：制動盤直徑，制動盤厚度，輪缸直徑，輪缸液壓，摩擦片內外半徑以及摩擦片圓心角七個變量，給予其初始種群以及交叉率，變異概率，種群尺度，以及算法迭代數(shù)，應用 MATLAB得出最佳尺寸，資料查證可以使性能提升%左右。對于制動噪聲的優(yōu)化設計則更為熱門，因為城市路段車速普遍不高，傳統(tǒng)的設計方法大部分可以滿組制動性能需求，但是城市中的制動噪聲需要控制在極低的水平，所以很多研究開始轉向降低制動噪聲方向，其主要方法仍然是多目標函數(shù)模型，不過其方法更加科學，主要分為以下幾種：另外還有一種新型方法叫做“不確定研究方法”因為汽車行駛的時候，不同的路段的附著系數(shù)不同，粗糙度更加不一樣，所以有人提出了一種用隨機性來進行優(yōu)化的方法，其主要為：此外，還有一種制動器穩(wěn)定性優(yōu)化，這里的穩(wěn)定性并不是制動穩(wěn)定性，而是制動器性能的穩(wěn)定性，為的是保證其每次制動的制動性能都比較完美，并且提高使用壽命，因為這個優(yōu)化方法是根據(jù)汽車每次制動時摩擦襯片的磨損程度來研究經(jīng)過多少次制動其制動性能會受到影響，什么時候會失效，對這一點來進行優(yōu)化，其主要方法為：1.3設計方案步驟：1. 根據(jù)題目要求，找到汽車的相關參數(shù)尺寸。2. 根據(jù)《汽車設計》以及相關論文進行汽車盤式制動器基本尺寸的設計計算，包括制動盤，摩擦襯片等的尺寸計算，3. 制動器驅動機構設計，如制動主缸制動輪缸的選型以及結構設計。4. 對初步設計好的零件尺寸進行優(yōu)化，選擇基于遺傳算法的制動性能優(yōu)化。5. 根據(jù)優(yōu)化好的尺寸繪制圖紙，包括二維圖三維圖裝配圖。1.4設計的主要內容：基于長安奔奔 EV設計一款微型汽車盤式制動器，使其制動力矩達到200N/M,有良好的制動性能，駐車制動性能，上下坡性能，繪制圖紙。8第 2章 總體設計：2.1設計要求：制動系的作用是使汽車以適當?shù)臏p速度減速行駛至停車；在上下坡行駛時，使汽車保持一定的穩(wěn)定車速；使汽車可靠地駐車在平地或上下坡道路上。制動系應至少有兩套獨立的在固定裝置，行車制動裝置和駐車制動裝置。有些汽車還應設有應急制動，輔助制動和自動制動裝置。其中，應急制動裝置利用機械力源，在某些采用動力制動或伺服制動的車上，一旦發(fā)生制動裝置故障，可以用應急制動裝置進行制動；輔助制動可以讓汽車在長下坡使，持續(xù)的減速或保持穩(wěn)定車速；自動制動裝置可實現(xiàn)當掛車與牽引車諒解分制動管路滲漏或斷開時，使掛車自動制動。任何一套制動裝置應由制動器和制動驅動機構組成。2.2制動原理概述：汽車制動器分為盤式制動器和鼓式制動器兩種，鼓式制動器式利用制動傳動機構式制動蹄將制動襯片押金在制動鼓內側，產生制動力使汽車制動，鼓式制動器按照制動蹄運動方向分為內張式外束式兩種，按照促動裝置分為輪缸式和凸輪式兩種，按照制動蹄受力不同可分為：領從蹄式，雙領蹄式，雙從蹄式，自曾力式等，鼓式制動器優(yōu)缺點：造價便宜，屬于傳統(tǒng)設計，而且便于與駐車制動組合，其與駐車制動結合成一個機械系統(tǒng)，與汽車上的液壓系統(tǒng)完全分離，有良好的駐車制動性能，但鼓式制動器的制動效能和散熱性都比較差，制動力穩(wěn)定性同樣不好，在不同路面上其制動性能差異很大，不易掌控，而且由于散熱性差，在制動過程中溫升很大，制動塊和輪轂在高溫作用下容易變形，久而久之會產生制動衰退和振抖現(xiàn)象，并且鼓式制動器在開始使用之后，要定期調校剎車蹄的空隙。因為鼓式制動器有很多缺點，所以現(xiàn)在轎車已經(jīng)采用更好的盤式制動器，因為轎車在制動時前輪負荷較大，后輪負荷較小，因此制動主要依靠前輪制動器而后輪僅僅起到輔助作用，所以部分汽車采用前盤后鼓的制動器配置以節(jié)約成本，也有很多汽車采用前盤后盤式制動器配置以提高安全性。盤式制動器，制動盤與車輪一同旋轉，制動時，制動器驅動機構將摩擦襯片從兩側夾緊制動盤而產生制動力，盤式制動器分為鉗盤式和全盤式兩種，鉗盤式制動器又分為定鉗盤式和浮鉗盤式兩種。9與鼓式制動器相比盤式制動器優(yōu)缺點：制動盤表面為平面且兩面?zhèn)鳠幔菀桌鋮s，不易發(fā)生變形，制動效能穩(wěn)定，長時間使用后因高溫式制動盤膨脹將增強制動作用，易于構成雙回路系統(tǒng)，有較高的可靠性和安全性。熱穩(wěn)定性好，因為制動盤的軸向膨脹極小，徑向膨脹與性能無關，所以無機械衰退問題，前輪用盤式制動器制動時不易跑偏；水穩(wěn)定性好：因為制動襯片對制動盤的單位壓力高，易將水擠出，制動盤隨車輪旋轉也易將水甩出，所以出水后只需一兩次制動便能恢復正常；盤式制動器結構簡單，尺寸小，維修方便，容易實現(xiàn)制動間隙自動調節(jié)，但其缺點在于摩擦襯片直接作用在制動盤上，無自動摩擦增力作用，制動效能總體不高，所以其制動驅動裝置需要較高液壓，還需增設動力輔助裝置，而且摩擦襯塊需要較高的材質以降低磨損速度，且其駐車制動機構也比較復雜，所以制作成本較高。2.3制動器類型選擇：目前大部分車型使用前盤后鼓式的制動器配置方式，本文將對前輪盤式制動器進行設計，轎車上的盤式制動器為鉗盤式，鉗盤式制動器分為定鉗盤式和浮鉗盤式。定鉗盤式制動器：如圖，制動鉗固定不動，制動盤兩側均有液壓缸，制動時僅兩側液壓缸中的活塞推動摩擦襯片向盤面移動。其優(yōu)缺點在于：除活塞和制動襯片外無其他活動部件，剛度得到保證，結構簡單，可以適應不同的回路驅動系統(tǒng)，但其至少有兩個液壓缸分置于制動盤兩側，因此必須快約制動盤內部油道或外部油道來聯(lián)通，使得制動器頸項和軸向尺寸增大，增加了布置難度，同時增加了受熱，易使制動液汽化，在駐車制動方面，必須在主制動鉗上附加一套輔助制動鉗用來駐車制動，或采用盤鼓結合的制動器，成本高。浮鉗盤式制動器：又分為滑動鉗式和擺動鉗式，滑動鉗式如圖一所示，制動鉗可以相對于制動盤沿導向銷做軸向運動，在制動盤的內側有液壓缸，當駕駛員踩下腳踏板時，活塞受到液壓缸的力 F帶動摩擦襯片壓緊制動盤，制動盤給制動鉗一個反方向的力，制動鉗帶動另一端固定的摩擦襯塊壓緊制動盤實現(xiàn)制動。擺動鉗式如圖二所示，同樣是單側液壓缸結構，制動鉗與固定于車軸上的支座鉸接，鉗體式在于制動盤垂直的平面內擺動，顯然摩擦襯塊不可能全面而均勻的磨損，所以摩擦襯塊會制作成楔形。浮鉗盤式制動器的優(yōu)缺點有：僅在制動盤內側有液壓缸，軸向尺寸小，制動器可以貼近輪轂，沒有跨越制動盤的油道，10且液壓缸冷卻條件好，制動鉗還可兼顧駐車制動，成本低。綜上所述，本文采用滑動鉗式制動器。2.4制動驅動機構的選擇：根據(jù)制動力來源的不同，可分為簡單制動，動力制動和伺服制動三大類，簡單制動靠駕駛員施加的踏板力或手柄力為動力源，也成人力制動，其中，又分為機械式和液壓式兩種，機械式效率低傳動比小，潤滑點多，難以保證前后輪制動的正確比例和左右制動力的均衡，故不采用，液壓式制動的作用時間段，工作壓力高，輪缸尺寸小，可以安裝在制動器內部，可直接作為壓緊機構，不需要制動臂的女歡動裝置，但其過熱后制動液汽化，形成氣泡影響液壓傳輸，所以多應用在轎車或小型商務車上。動力制動即利用發(fā)動機的動力轉化成制動力，是為氣壓或液壓行駛的勢能作為汽車制動力來源，踏板力或手柄力僅用于回路中控制元件的操作，因此可減小踏板力。氣壓制動是應用最多的東李海東之一，其操作輕便，工作可靠，不易出事故，維修保養(yǎng)方便，此外其氣源除供制動外還有其他用處，但其必須配備空氣壓縮機，儲氣筒，制動閥等裝置，結構復雜笨重，成本高，制動時間長，管路工作壓力低，所以用在 8t以上的商用車上較多。全液壓動力制動，用發(fā)動機驅動液壓泵產生的液壓作為制動力源，其除了有一般液壓制動系統(tǒng)的優(yōu)點外，還有制動力強，易于加裝制動力調節(jié)裝置和防滑移裝置，即使制動液汽化也沒有影響，但是其結構十分復雜，精密件多，對系統(tǒng)的密封性要求高，所以應用不廣泛。私服制動的制動能暈是人力和發(fā)動機并用。其輸出工作壓力主要由動力伺服系統(tǒng)產生，在伺服系統(tǒng)失效時，還可以全靠人力驅動液壓系統(tǒng)，易產生一定程度的制動力，因此從排量 1.6L以上的乘用車到商用車，廣泛采用伺服制動，按伺服動力源不同，私服制動有真空，空氣，液壓三種私服制動方式。本文選用液壓私服制動系統(tǒng)。第三章 制動器設計及校核：3.1制動系設計概述：設計制動器使應滿足以下要求：1.具有足夠的制動效能：制動效能應符合標準 QC/T239-19972.工作可靠。行車制動裝置至少有兩套獨立的驅動制動器的管路，可以做11到單獨控制，每一套管路單獨作用使應保證汽車的制動能力不低于正常制動的百分之三十，行車和駐車制動可以應用同一制動器，但各自的驅動機構應相互獨立，行車制動為腳踏板操作，其他制動應為手動操作。3.在任何速度下制動時，汽車都不應喪失操縱性和方向穩(wěn)定性，應參照標準 QC/T239-1997。4.防止水和泥進入制動器的工作表面。5.制動能力的熱穩(wěn)定性良好，參照標準 QC/T582-1999。6.操縱方便，并具有良好的隨動性。7.制動時制動系產生的噪音盡可能小，同事力求減少散發(fā)出對人體有害的石棉纖維。8.作用滯后性盡可能好，作用滯后性是指反應時間，以制動踏板開始動作至達到給定的制動效能所需時間來評價。9.摩擦襯片應具有足夠的使用壽命。10.摩擦副磨損后，應由能消除因磨損而產生間隙的機構，且調整容易。11.當驅動裝置的任何元件發(fā)生故障并使其基本功能遭到破壞式，汽車制動系應由音響或光信號等報警功能。防止制動時車輪抱死的防抱死系統(tǒng) ABS已經(jīng)普及，此外含有石棉材質的摩擦材料已經(jīng)被淘汰，取而代之的是各種新型材料，不但有良好的摩擦性能而且具有很長的壽命。3.2汽車基本參數(shù)：長度（mm） 3730寬度（mm） 1650高度（mm） 1530軸距（mm） 2410前輪距（mm） 1420后輪距（mm） 1430油箱容積（L） 3812整備質量（kg） 1020長*寬*高（mm） 3730*1650*1530后輪胎規(guī)格 175/60 R15（381mm）前輪胎規(guī)格 175/60 R15（381mm）軸荷分配 6:4質心高度（空載） 590mm133.3同步附著系數(shù)的確定：根據(jù)前、后輪制動力的分配、載荷情況及道路附著系數(shù)和坡度等原因影響，當制動力足夠時，制動過程中前后輪同時抱死拖滑時附著條件利用率最好 [2]。附著系數(shù) 路面上前后同時抱死的條件為（ =0.85）：??GFff??21gf hL??12式中：G-汽車重力；—前制動器制動力，N；1fF—后制動器制動力，N；2f—質心到前軸的距離；1L—質心到后軸的距離，2得： =5126N =3371N1fF2fF用制動器制動力分配系數(shù) 來表示分配比例?6.01?fF為保證汽車制動時的方向穩(wěn)定性和足夠的附著系數(shù)利用率，ECE 制動法規(guī)規(guī)定，在各種載荷條件下，轎車在 0.15 q 0.8，其他汽車在 0.15 q 0.3的??范圍內，前輪應先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在 0.15 0.8的范圍內，?必須滿足 q 。根據(jù)上述條件取本車 =0.75。)2.0(85.10????03.4主要參數(shù)設計計算：143.4.1制動盤直徑 D：制動盤直徑應盡可能取得大一些，是制動盤有效半徑增加，可以減小制動鉗的壓緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。通常為輪輞直徑的 70%~79%，總質量大于 2t的汽車取上限。本車屬于微型車質量為 1020kg，取制動盤直徑為輪輞直徑的 75%，則制動盤直徑為：381*75%=285.75mm，取直徑 D為 285mm3.4.2制動盤厚度 h：制動盤厚度對制動盤質量和工作室的溫升有影響，為減小質量，制動盤厚度不以取得過大，為減少升溫，厚度又不宜過小，制動盤可做成實心式或通風盤式，實心制動盤厚度取 10~20mm，通風盤式取 20~50mm，采用較多的是20~30mm。本文為設計前輪盤式制動器，取制動盤厚度為 25mm。3.4.3摩擦襯塊外半徑 和內半徑 ：2R1推薦摩擦襯塊外半徑和內半徑的比值不大于 1.5，若比值偏大工作時摩擦襯塊的外緣與內側圓周速度相差較多磨損不均勻，接觸面積較小，導致制動力矩變化大。初取摩擦襯塊內半徑 和外半徑 為：12R=100， =130，m=1.3＜ 1.5，有效半徑為：1R2=202.6mm)(3213RfNTe???3.4.4制動襯塊工作面積 A及其校核：根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質量，應在 1.6～3.5kg/ 范圍內選取。2cm摩擦襯塊的工作面積 A= ,取 A=50 ， 則式中 = ，校核：?????36021??R2c??83kg/ ＜3.5kg/ 符合要求。??.52%601????2cm3.5制動器設計計算：3.5.1前后輪制動器制動力矩的確定：根據(jù)選定的同步附著系數(shù)，結合前后輪制動力矩的比值即：15=1.52g012h?????LM式中： , 為前后輪制動器的制動力矩12為汽車質心至前軸和后橋的距離21L，為汽車質心高度。gh3.5.2制動器最大制動力矩計算：雙軸汽車前后車輪附著力同時被充分利用或前后車輪同時抱死的制動力之比為52.1012???ghLF?通常上式的比值為轎車 1.3 到 1.6，貨車為 0.5 到 0.7。因此可知前后制動器比值符合要求最大制動力矩是在汽車附著質量被完全利用的條件下獲得的，這時制動力與地面作用于車輪的法向力成正比。計算公式如下 egf rhLGT?)(2max1??maxax21ff T??式中： —該車所能遇到的最大附著系數(shù) 0.9；?—車輪有效半徑為 202.6mm；er mNrhLGTegf ????458.1)(2max1 ?16mNTff ???639.71max1max2?3.5.3制動器摩擦力矩的計算：假定摩擦襯塊的表面全部與制動盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動器的制動力矩為： RFM0f2??式中 = （ ）,f 為摩擦因數(shù)取 0.35， 為單側制動塊的制動?/fmaxT?N0F盤的壓緊力，R 為作用半徑。對于常見的具有扇形摩擦表面的摩擦襯塊，取 R等于平均半徑或有效半徑。本車型取有效半徑 ，其計算公式為：eR=202.6mm??213eR??綜上 ，24.081?Fm?Nm0496.702?NF3.5.4應急制動和駐車制動所需的制動力矩：應急制動時，后輪一般都將抱死滑行，故后橋制動力為：?g1a2hm??LFB式中： 為汽車滿載總質量與重力加速度乘積，gma為軸距，L為質心到前軸距離，1為質心高度，gh為附著系數(shù)取 0.85，?為車輪有效半徑。er17此時所需后橋制動力矩為： m63.128re??NFB汽車在上坡路上停駐時，汽車后橋的附著力為)sinco(12 ??Lhgmga??汽車在下坡路上停駐時的后橋附著力為 )sinco(12 ??LhgFga??由此可以得出汽車能停駐的極限上坡路傾角為（當 時） 7.0??7126arctn11 ?????ghL??同理可推導出汽車能停駐的極限下坡路傾角為 921arctn2 ?????ghL??3.5.5摩擦襯片磨損特性計算及校核：摩擦襯片的磨損程度受溫度，摩擦力，滑磨速度，制動盤的材質和加工情況，以及摩擦襯片本身材質等多種因素影響，在理論上計算磨損特性十分困難，但實驗表明，影響磨損最重要的因素還是摩擦襯片摩擦面上的溫度和摩擦力。汽車的制動過程是將其機械能的一部分轉變?yōu)闊崮芎纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了耗散汽車全部動能的任務。此時由于在短時間內熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器的溫度升高，此即所謂的制動器的能量負荷。能量負荷越大，摩擦襯片的磨損越嚴重。目前，各國研究中常用的指標是比能量耗散率，即單位時間內摩擦襯片單位摩擦面積耗散的能量，單位為 。2mW雙軸汽車的制動器的比能量耗散率分別為前輪18211()4ametA?????后輪 2124)((tAea?????jv-t21式中： —汽車總質量，t；am—汽車回轉質量轉換系數(shù)；?、 —制動初速度和減速度，m/s；1?2t—制動時間，s；、 —前后制動襯片（塊）的摩擦面積,mm 2；1A2—制動力分配系數(shù)?在緊急制動到停車或減速至停車的情況下， =0，并可認為 =1，故2??05.4121?tAvmea? 03.4)1(22???tAvmea?據(jù)有關文獻，取減速度 j=0.6g，制動初速度 ??s/8.7h/k01盤式制動器比能量耗散率應不大于 此車型合理。2/0.6mW磨損特性指標還有襯片（塊）的比摩擦力即單位摩擦面積的摩擦力。 越0f大，則磨損越嚴重。19前輪057.10?ARMf?后輪057.202?ARf?式中： —單個制動器的制動力矩，N?m；?MR—制動鼓半徑（或襯塊平均半徑 ），mm；RA—單個制動器的襯片（塊）摩擦面積 mm2 綜上所述可得本車型盤式制動器初選參數(shù)：制動器形式 通風盤式制動盤直徑 285mm制動盤厚度 25mm摩擦襯塊內外半徑內半徑： =1001R外半徑： =1302摩擦襯塊工作面積 A A=50cm應急制動制動力矩 63.128?N極限上坡路傾角 7????極限下坡路傾角 921??第四章 制動驅動機構設計計算及校核：4.1制動驅動機構設計概述：20根據(jù)已選擇的驅動機構，設計采用串聯(lián)雙腔制動主缸，配有真空助力器，限壓閥，ABS 防抱死系統(tǒng)，應對主缸和輪缸進行尺寸設計以及選型，其余與主缸輪缸配套即可。4.2分路系統(tǒng)：為了提高制動工作的可靠性，應采用分路系統(tǒng)，及全車所有的行車制動氣的液壓或氣壓管路分為兩個或更多的相互獨立的回路，其中一個回路失效后，仍可利用其它完好的回路起制動作用。雙軸汽車的雙回路制動系統(tǒng)常見以下五種:1. 軸對一軸型，前軸制動器與后橋制動器各用一個回路。2. 交叉型，前軸的一側車輪與后橋的對側車輪制動器同一回路。3. 一軸半對半軸型，兩側前制動器的半數(shù)輪崗和全部后制動器輪缸屬于一個回路，其余前輪缸屬于另一個回路。4. 半軸一輪對半軸一輪型，兩個回路分別對兩側前輪制動器的半數(shù)輪缸和一個后輪制動器起作用。5. 雙半軸對雙半軸型，每個回路均只對每個前后制動器的半數(shù)輪缸起作用。上述分路系統(tǒng)中，一二分路系統(tǒng)結構比較簡單，應用廣泛，一中分路多數(shù)用在商用車，二中分路在各類車型都有應用，三四五分路系統(tǒng)結構都比較復雜，但效果比較穩(wěn)定，根據(jù)本車型的使用情況和相關資料，結合經(jīng)濟性等方面的考慮，本車選擇的分路系統(tǒng)為交叉型分路。4.3制動器驅動機構的參數(shù)計算及校核：4.3.1制動輪缸直徑 d的確定：制動輪缸對制動蹄塊施加的張開力與輪缸直徑和制動管路的關d= PF?/20其中： —制動輪缸對制動塊施加的張開力，N；0F21P—制動管路壓力，Mpa。制動管路液壓在制動時一般不超過 10～12 M ，對盤式制動器可取更高。aP壓力越高，制動輪缸直徑就越小，但對管路特別是制動軟管及管接頭的耐壓性及密封性的要求就更加嚴格。輪缸直徑應在標準規(guī)定的尺寸系列中選取，輪缸直徑的尺寸系列為：19，22，24 ， 25，28，30 ，32，35，38，40，45， 50，55mm。?DPF?/20其中： —制動輪缸對制動塊施加的張開力 ；0F24.08?m?NP—制動管路壓力取 12Mpa。輪缸直徑 20.811，根據(jù) HG2865-1997 標準規(guī)定尺寸系列取，取直徑為?1D22mm; 16.991，取直徑為 19mm24.3.2制動主缸直徑 的確定：0d第 i 個輪缸的工作容積為inidV????124其中： —第 i 個輪缸活塞的直徑，mm；idn—輪缸中的活塞數(shù)目，mm ；—第 i 個輪缸活塞在完全制動時的行程，i?前輪盤式：d = 22mm ，n=1，得=950.332mm3indV????12422后輪盤式：d = 19mm ,n=1, 得=708.822mm3indV????1224全部輪缸的總工作容積: V = 2（V 1 + V2 ）=3318.308mm 3制動主缸應有的工作容積為 ，在初步設計時，對于乘用車，可?0??取 1.1V，制動主缸的工作容積可取為 ?0VV0=1.1V=3650.138 mm3雙回路制動主缸第一制動腔的工作容積 和第二制動腔的工作容積 的01V02V計算公式分別為：73.29.4112001 ????sdV?408.5.22002?V式中 ——分別為主缸第一活塞、第二活塞的有效行程，一般取21s、s=（0.8 —1.2d），本車型取 s=1.1d，得：34.d1?762.13d2?制動主缸的直徑應符合標準 QC/T311-1999 中的尺寸系列，具體為14.5， 16，17，19，20.5， 22，24，26，28mm，由此取 m5.14d21?m16s2?4.3.3制動主缸活塞回力彈簧的確定及校核：當?shù)谝换钊幱诔跏脊ぷ鳡顟B(tài)時，其回位彈簧力一般取 ；當N～Pt5031?第一活塞達到最大有效工作行程時，要求其回位彈簧的作用力 。t761223同理，第二活塞回位彈簧的作用力，一般要求 ；N～Pt65021?，但兩個活塞回位彈簧的作用力都不得超過 222N，綜上此車型N～Pt13025?彈簧合理。4.3.4制動主缸殘余壓力 P：對于盤式制動器，輪缸內不得有殘余壓力，否則制動盤和制動鉗的摩擦襯塊將經(jīng)常處于摩擦狀態(tài)，使解除制動的汽車還處于輕微制動狀態(tài)。因此，與盤式制動器配合使用的雙回路制動主缸在缸體的排液孔部位不得裝配殘留閥。4.3.5制動踏板工作行程及校核：制動踏板的工作行程計算公式為： ??03201???siSpP式中 ——制動踏板機構的傳動比參考同類車型及相關標準取 。pi 3?pi——主缸活塞推桿頂端與第一活塞的軸向間隙，取值范圍為01?1.5~2.0mm 取 。m2?、 ——主缸第一活塞與第二活塞的空行程，即主缸活塞從不工作02?3時的極限位置到其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程，本車取。5.1021?自動啟調整正常時的踏板工作行程 ，只應占計及制動襯片的容許磨損量pS在內的踏板行程的 40%~60%。根據(jù)標準最大制動踏板行程為：乘用車： 應不大于 100——150 ；m校核：本車最大踏板行程為 105 ，符合標準。另外，作用在制動手柄上最大的力，乘用車不大于 400N，制動手柄的最大行程，乘用車不大于 160mm。244.3.6制動踏板力計算及校核：踏板制動力計算公式為： ?????????1ipd420p F式中： 為踏板機構的傳動比，本車取 3；pi為踏板機構及液壓主缸的機械效率可取 0.82~0.86，本車取 0.85；?校核：制動踏板力應滿足以下要求：最大踏板力一般為 500N。設計時，制動踏板力可在 200~300N范圍內選取。本車制動踏板力為：237.9 取 240N，符合標準。4.3.7制動主缸結構設計：當制動主缸直徑 和主缸第一活塞的有效行程 、第二活塞的有效行程0d1S確定之后，可按下列順序對各部件進行設計。2S選定橡膠制動主皮碗、皮圈（副皮碗）→第一活塞、第二活塞→活塞回位彈簧→主缸缸體→主缸活塞推桿、油管接頭、密封墊圈等。各部件的設計要點是：1.橡膠制動主皮碗、皮圈（副皮碗），應優(yōu)先選用標準橡膠件。皮碗、皮圈的唇口直徑一般比主缸直徑 大 1.5mm 左右。0d2.主缸活塞的材料為硬鋁棒或鑄鋁?；钊幕瑒油鈭A柱面直徑公稱尺寸與相應的主缸直徑 的公稱尺寸相同，其精度為 eT，表面粗糙度不得高于 0.8μm.0d3.主缸缸體通常采用灰鑄鐵 HT20——40 或鑄造鋁合金件缸孔尺寸精度為 H9，其表面粗糙度不得高于 m，剛體上排液孔的羅紋精度為 6H，供液孔的螺?4.0aR紋精度為 7H。制動主缸通過缸體上供液孔、溢流孔和活塞上 6 個 Φ1.7mm 過油孔的有機配合，構成主缸的自動調節(jié)制動液供給系統(tǒng)，以保障制動系統(tǒng)始終充滿制動液，25對于串聯(lián)式雙回路制動主缸來說，由于主缸的第二活塞是浮動的，為保證主缸制動性能準確可靠，需要在缸體的適當位置裝置限位螺釘，對第二活塞的工作初始位置進行限位。在進行主缸缸體內腔空深度尺寸設計時，應保證第一活塞、第二活塞在主缸腔內通過最大有效行程使汽車達到完全制動，為此，除了能對制動輪缸和管路系統(tǒng)供給充足的制動液外，還應保證兩個活塞的回位彈簧均不得被壓死。4.在主缸活塞上裝配厚度為 0.2mm 的薄彈簧缸片制的制動主皮碗墊圈，可防止活塞返回時從 Φ1.7mm 的 6 個孔通過的制動液將橡膠皮碗沖擊壞，大大提高橡膠主皮碗的使用壽命。1—空心螺栓；2—進油管接頭；3—主缸缸體；4—后缸密封圈； 5—擋圈；6—后缸活塞；7—后活塞皮碗；8—后缸彈簧； 9—出油閥；10—回油閥； 11—限位螺釘； 12—前活塞皮碗； 13—前缸彈簧 串聯(lián)雙腔制動主缸4.4制動器主要結構原件：制動盤，摩擦襯片，制動鉗體，制動鉗體支架，導向銷，制動輪缸，制動輪缸活塞，制動主缸。制動盤：一般由珠光體灰鑄鐵制成，選用平板型制動盤，為了改善冷卻條件，制動盤鑄成中間有徑向通風槽的雙層盤，可大大增加散熱面積，但盤的整體厚度加大。制動盤的工作表面應光滑平整。兩側表面不平行度不應大于0.008mm，盤面擺差不應大于 0.1mm，要與摩擦襯片相配合，通常要求制動盤26的磨損不大于摩擦襯塊的百分之十。摩擦襯片：摩擦襯片應具有一定的摩擦因數(shù)，在溫度壓力等條件發(fā)生變化時，摩擦因數(shù)的變化要??；應具有良好的摩擦性能；要有金坑你曉得壓縮率和膨脹率，壓縮變形會影響主缸的排量和踏板行程，降低制動靈敏度，熱膨脹率過則可能會長生咬死現(xiàn)象；制動時噪聲要小，有較高的耐擠壓強度和沖擊強度以及足夠的抗剪切能力，導熱率應控制在一定范圍，要求摩擦襯塊在 300 度加熱板上作用 30 分鐘使背板的溫度不超過 190 度。制動鉗體：制動鉗由可鍛鑄鐵 KTH370-12 或球墨鑄鐵 QT400-18 制造，也可用合金制造，可做整體型，也可做兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，可以不拆下制動鉗檢查或更換摩擦襯塊。制動鉗體應有足夠的剛度和強度?？梢栽阢Q體加工時制作出制動油缸，也可以將單獨制造的油缸嵌入鉗體。為了減少傳給制動液的熱量，多將杯形活塞的開口端頂靠制動塊的背板?；钊夯钊梢杂设T鋁合金或鋼制造，也可以用非金屬材料。為了提高耐磨性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。當制動鉗由鋁合金制造時，應減少傳給制動液的熱量，因此，可以減小活塞與制動背塊的接觸面積，也可以采用非金屬活塞。制動輪缸：輪缸的缸體用灰鑄鐵 HT250 制成。其缸筒為通孔，需搪磨。第 5章 制動器優(yōu)化設計：5.1 優(yōu)化設計概述：通過初步設計的制動器已基本可以保證安全性與制動效能，但是城市道路復雜，人流量車流量極大，所帶來的問題也更多，制動時的安全性仍然是第一位，但考慮安全性的同時，制動時的舒適性和制動噪聲同樣值得關注，優(yōu)化的目的在于進一步提高安全性的同時盡量減小制動噪聲和制動升溫，來提高制動器的使用壽命和舒適度，優(yōu)化利用目前比較主流的基于遺傳算法的優(yōu)化方式，使用MATLAB軟件，最大制動力矩和最低制動升溫當做目標函數(shù)，引入適當約束，通過兩目標函數(shù)的商值確定最佳優(yōu)化尺寸，需要優(yōu)化的尺寸有：D-制動盤直徑；a-制動盤厚度；d-輪缸直徑；p-輪崗液壓；R1-摩擦襯片內半徑；R2-摩擦襯片外半徑； -摩擦襯片圓心角。MATLAB 優(yōu)化程序見附錄 1。?5.2 優(yōu)化設計方法步驟：27(1)根據(jù)公式建立目標函數(shù)(2)根據(jù)要求引入約束(3)設計算法程序(4)得出約束結果5.3 目標函數(shù)的建立：(1)盤式制動器制動力矩：根據(jù)制動盤與摩擦襯片幾何關系由微積分可以得出 ????稱 為 制 動 器 的 有 效 半 徑記則 ；為 摩 擦 襯 片 外 半 徑；為 摩 擦 襯 片 內 半 徑 ；為 輪 缸 液 壓；為 輪 缸 直 徑式 中 213e 2132r1 2121rp4d mmpadq,q32RTRMPRRT?????????????(2)制動器表面升溫：一次緊急制動后汽車的機械能轉化為熱能，假設汽車在平地上行駛，此時機械能即為動能，根據(jù)能量守恒定律有： ??。為 道 路 下 坡 角；為 制 動 距 離 為 制 動 后 車 速；為 制 動 前 車 速；為 整 車 重 量式 中 radmm/svm/svsin-vg2 2121?SNGSE??E的一部分消耗在滾動阻力和空氣阻力上，其余部分轉化為熱能，其所占比例 z可以表示為：Z=1-ja/j,ja 為汽車阻力引起的減速度。在制動時，熱能會及時散出可從理論上認為熱能由制動器吸收，而對于非金屬摩擦襯片，可以認為熱能由制動盤吸收，因此制動升溫為：28為 制 動 盤 厚 度 。為 制 動 盤 直 徑 ；為 制 動 盤 密 度 ，式 中 為 制 動 盤 比 熱 容 。為 制 動 盤 質 量 ； 為 熱 功 當 量 ；量 占 全 部 熱 量 的 比 例 ；為 單 個 制 動 器 所 分 配 熱式 a4amj10d2dd9-dDCAJZET??????5.4 約束：(1)為防止汽車打滑制動力矩應不大于車輪與地面的附著力矩：(2)一次緊急制動后制動盤的溫度不得超過 260度：(3)油缸內壓力不得超過最大值 12MPA：(4)比能量耗散率約束：(5)結構約束：制動盤尺寸應配合輪輞及設計尺寸：摩擦襯片內半徑應大于輪轂：摩擦襯片外半徑不超過制動盤摩擦襯片應符合設計尺寸比例：油缸與輪轂不發(fā)生干涉：5.5 優(yōu)化結果：尺寸參數(shù) 摩擦襯片內半徑 摩擦襯片外半徑 輪缸直徑 制動盤厚度 制動盤直徑 輪缸液壓 摩擦襯片圓心角 制動力矩優(yōu)化前 100 130 22 25 285 1 1.38優(yōu)化后 119.4847 151.85194423.95658 29.9587 299.77682.884274 1.51366678取 120 取 151 取 22 取 30 取 300 取 2.88 取 1.51295.6 本章總結：通過優(yōu)化我們可以看出優(yōu)化前與優(yōu)化后汽車的制動力矩上升了，并且制動升溫有一定的降低，而很多尺寸保持不變，達到了優(yōu)化的目的，結果有效可用。