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论文写作分析-基于丰田凯美瑞的盘式制动器的设计
时间:2021-04-05 13:32:47

  随着社会与科技的快速发展,汽车的普及率越来越高,而对于汽车的制动安全性能一直是衡量车辆性能的一项重要指标。尤其是随着车辆速度的不断增加以及路面路况的更加复杂,车辆制动系统尤为重要。因此,优异性能的制动器对于保证车辆安全以及乘客的人身安全发挥着巨大作用。

  本文以丰田凯美瑞的制动器为基础,主要对该型号车辆的盘式制动器进行分析与设计。根系设计参数,对车辆的前后双盘式制动器进行设计,以及对制动器的制动驱动机构、制动管路进行选择与设计。此外,根据各部分的设计画出该型号车型制动器的装配图和零件图。最终实现所设计制动器的目标功能,时汽车的制动效果得到改善,提高该车型行驶过程中的安全性能。

  随着社会的发展和人们生活水平不断提到,汽车已经是我们生活中十分常见的一种交通工具,我们不论是日常的上班工作还是外出游玩,汽车都是人们出行的重要交通工具。根据中国汽车工业协会统计,截止到2019年底,国内全年汽车产销分别完成2572.1万辆和2576.9万辆,连续多年居世界首位。如图0-1所示为2014-2019年中国汽车销售量走势图(万辆)。可见汽车在国内的占有量剧增,而人们购买车辆时,安全性能一直时所考虑的重要指标,那么在车辆安全巡视过程中制动系统是非常重要的一个部分。

  而对于汽车的制动系统来说制动器是重要的一个组成部件。制动器的作用是使正在行驶中的汽车减速或在最短的距离内停车,已达到制动效果。随着车辆的增多,尤其是在行车制动时的操作不当,外加车辆制动器自身质量结构等原因,每年会有汽车制动器失灵而引起大量的车祸,给人们带来了巨大的损失。所以,汽车的制动系统是车辆安全行驶的重要保障。尤其是汽车遇到危机状况时,便会显现出制动系统的重要性。良好的制动效果,可以很大程度的降低事故的发生率,保证车辆安全。

  因此,为了提高车辆的行驶安全,保障车辆和乘客的人身安全,改善和提升车辆的制动系统具有重要意义。此次设计,在分析丰田凯美瑞制动器的基础上,对该制动器进行分析与设计,以便获得更好的制动性能,更好的来提高车辆的性能。

  第一章汽车制动器介绍

  1.1制动器研究现状

  汽车从出现至今在安全行驶过程中制动器都发挥出了重要的作用。在当今的工业水平下汽车技术的发展非常迅速,更加凸显出来其重要性。而对于汽车系统来说,制动系统的种类越来越丰富,其中利用最广泛的有机械式、液压制、气动式和气液混合式等几种传统的结构。上述几种结构在工作原理方面基本相似,都是通过自动装置摩擦产生热量来针对汽车的动能进行消耗,通过这种方式来实现汽车速度的控制,并最终达到停车的目标。

  对于汽车制动器,大量的学者进行了相关研究。李志华等人对汽车盘式制动器进行了优化设计,分析了盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件,针对最终的优化求解环节主要利用了MATLAB优化工具箱中的遗传算法,在此基础上得出了最佳的优化结果。蔡中青等人对湿式全盘式制动器进行了设计计算,将越来越多地应用于轮式装载机的制动系统设计中。沈荣华等人以制动时间最短、制动温升最低为目标函数,应用复合型优化方法,对汽车盘式制动器进行了优化设计计算。为实际生产和设计提供了理论指导。孙一帆等人基于福特翼虎商务车的盘式制动器进行了设计,对所设计的制动器进行磨损、温升、制动效能验算。通过检验分析,发现所得结果符合相关行业标准,可以在正常情况下工作。

  1.2国内汽车盘式制动器应用情况

  由于汽车轮毂尺寸的限制因素,因此盘式制动器在小型汽车方面的应用通常情况下采取的是液压式,而对于大型汽车来说气压式的使用比较广泛。

  1.轿车、微型车等小型车

  在进行制动的过程中汽车必然会产生一个惯性力,而在这个过程中汽车的前轮受到的惯性力要远远大于后轮。因此通过设置前后鼓的方式来控制成本,是当前大多数厂家采取的主要手段。而且汽车在进行紧急制动的过程中,车轴的受力会产生向前移动的趋势,而且与后轮相比较前轮的制动要求会更高。因此通常情况下会采取液压盘式制动器,而针对后轮,通常情况下采取的是液压式风泵双作用蹄来进行配合。但是随着当前道路等级的不断提升,那么对于车辆乘用的要求也在提升,在国家的相关强制法律法规实施之后,前后轮都采取盘式制动器将是今后发展的趋势。

  2.大型客车

  在发展初期阶段气压盘式制动器表现出来成本高的特点,在一次性投入成本方面相对较高,但是这种制动器后期的维护成本投入较低。而且能够充分保证制动器实现平稳运行,产生的噪声也相对较小,如果在一些大型客车中得到广泛应用。

  3.重型汽车

  对于重型卡车来说,韩式制动器已经成为了一种应用非常成熟的产品,而且很多制造厂家在盘式制动器的技术储备方面也比较成熟。盘式制动器将是未来重型汽车发展的一个主要方向。

  1.3本文主要研究内容

  由于人们对车辆的安全性能要求越来越高,优异性能的制动器对于保证车辆安全以及乘客的人身安全具有重要意义。本文以丰田凯美瑞的制动器为基础,主要对该型号车辆的盘式制动器进行分析与设计。因此为了提高该车型制动器的安全性能,本文的主要研究内容如下所示:

  (1)在进行排斥制动器结构设计过程中主要有制动驱动机构、制动管路的选择等几个环节;

  (2)制动器设计与计算,对制动器的结构与参数进行了设计与计算;

  (3)液压制动驱动机构的设计计算与校核;

  (4)根据各部分的设计画出该型号车型制动器的装配图和主要零件的零件图。

  第二章制动器的结构与设计方案

  2.1汽车盘式制动器

  2.1.1盘式制动器概述

  根据摩擦副定原件的不同可以将其划分为钳盘式和全盘式等两种类型。

  钳盘式制动器主要使用的是制动块来作为固定摩擦元件,其主要是设置在制动前中,在这种形势下虽然能够与车轴进行连接,但是并不会围绕车轴线进行转动。在这种情况下制动盘与制动衬块之间产生的接触很小,而且在整个制动盘上的中心角心角仅仅能够达到30°-50°,因此通常情况下又将其称为是点盘式制动器。

  对于全盘式制动器来说主要使用的是圆盘型摩擦副来作为旋转元件及固定元件,汽车在进行制动的过程中各个摩擦表面都会进行接触,由于其在原理上与离合器比较相似,因此通常情况下也被称为是离合器式制动器。

  在本文研究过程中,主要针对以下两种钳盘式来进行介绍。

  1.定钳盘式制动器

  根据上图所示可以知道,在轿车的车轿6上面来实现制动制动5的固定,而且题主要是在制动盘1上跨置。汽车在进行制动的过程中,制动泵油口4首先将自动验输送到嵌体在两个液压腔中,推动除了两侧的制动块3逐渐靠近制动盘1,在这种情况下就实现汽车制动。

  2.浮钳盘式制动器

  根据上述情况可以知道,制动钳体2主要是利用导向销6来实现与汽车车桥7的连接,而且制动钳体完全可以在制动盘1上实现移动。油缸主要是设置在制动盘的内侧,打开外侧的钳体上主要设置的是制动块。

  汽车在制动的过程中,首先从油口5将制动液输送活塞4并推动其向左右两侧移动,最终向制动盘1逐渐靠近。与此同时制动钳体2也会整体产生向着移动趋势,最终让汽车产生制动效果。

  2.1.2.盘式制动器的特点

  与鼓式制动器相比较,盘式制动器的效率更加稳定;而且水对皮的影响非常小,在经过几次制动之后,就能够完全恢复正常运行;当立即处于恒定的状态下,其本身的体积和质量都相对较小受水影响较小,在运行过程中不会出现膨胀现象,这样就能够使得制动间隙变大,进一步增加了行程,其实际产生的膨胀程度非常小;而且能够实现间隙自我调节,后期的保养维修更加方便。与钳式制动器相比较,具有更好的散热性能。但是盘式制动器效能相对较低,而且需要较好的管路压力,在使用过程中,通常情况下都会与私服装置进行配合。

  当前,在轿车上盘式制动器的应用比较广泛,但是一些高档轿车在全部使用盘式制动器之外,很多普通轿车在后轮上会使用鼓式。而对于货车来说,盘式制动器的应用越来越广泛。

  2.2制动器系统组成

  汽车的整个制动系统主要有以下几个组成部分:

  (1)功能装置——在这部分装置中主要包括了在为汽车提供制动和调整的过程中所需的能量,在自动能量传递的过程中状态的改变和改善所需的各种部件。制动能源就是主要用来进行能量发出的部位。

  (2)控制装置——主要用来进行制动动作发出和产生效果的部件。

  (3)传动装置——又来实现能量传递的部件。

  (4)制动器——主要的作用是实现汽车速度的控制,其中缓冲装置是其中比较关键的一个部分。

  2.3制动器设计的基本要求和原则

  2.3.1制动器设计要求

  1.要充分保证制动能量效能的充足。当制动起始速度在保持一定的情况下,通过汽车的减速度和减速距离就能够对其刹车制动能力进行初步判断;驻坡能力主要主要指的是当路面状况良好的情况下,汽车能够实现稳定停靠的最大坡度。

  2.要保证工作可靠性。对于汽车的自动装置来说,在行驶过程中要配备两套以上处于独立的驱动制动器管路,这样在其中一套这种管路出现失效现象的同时能够保障有另一套管路实现正常运行,这样就能够充分保障其汽车实际的制动能力。

  3.要尽量避免制动器的工作表面进入水或者泥。

  4.要充分保证汽车制动器具备良好的热稳定性能。

  5.作用滞后性要尽可能好。

  6.摩擦块应有足够的使用寿命。

  2.3.2制动器设计的原则

  1.所谓制动器的性能主要指的是汽车站路面状况较好的道路上行驶的过程中,以一定的初始速度通过制动后停车状态,在这个过程中的制动距离和减速度。通常情况下将制动块和制动盘在半径上产生的作用最终得到的摩擦力与输入率的比值来作为制动效能因数的定义。

  2.制动器效能的稳定性主要指的是当汽车处在高速行驶状态下时,或者是需要进行连续制动的长距离下坡行驶过程中实现正常制动的程度。如上文所述,摩擦材料、水湿度是影响摩擦因素的主要因素。在积极设计的过程中,必须要对高温下保持冷态、和常态下的制动效率进行充分考虑。与鼓式制动机相比较,盘式制动器在制动效能方面的稳定性表现更好。

  3.制动器的间隙调整主要指的是在进行设计的过程中,必须要充分保证调整结构在安装结构和结构形式方面保证一定的便利性,自动间隙调节装置的利用为最佳。

  4.随着汽车速度都不能提升,轮胎尺寸在逐渐下降,而制动器的尺寸和质量是保证汽车平稳行驶的关键。而如果制动盘的直径是仅仅从制动力矩角度进行考虑后,很可能会导致安装不变的现象。必须要对制动器尺寸进行合理选择。高速行驶的轿车,为了能够保证其实现平稳制动,通常情况下会在前悬挂,在主销轴上面设置一个相对较小的偏移距。鉴于此,前置东西的位置通常情况下会选择更加靠近轮毂的位置来进行安装,这种情况下就会出现制动器布置的困难。而且还要针对制动器质量进行进一步控制,这样才能保证汽车行驶的平稳性。

  5.动摩擦系数对摩擦速度的变化关系是影响摩擦噪声的主要因素。汽车行驶速度的不断变化也会导致动摩擦系数产生变化,这种情况下非常容易产生振动。此外,当施加的压力越大的情况下,制动器实际产生的噪声就可能越大,但是压力达到一定程度的时候到时就会消失。制动噪声也会受到温度的影响。在设计过程中可以通过采取一定的措施来针对低频噪声进行有效控制。而高频造成的消除相对比较困难。但需要注意的是,在采取造成消除措施之后很可能会导致这种效率产生影响。

  2.4制动驱动机构的确定

  目前在制动驱动机构主要可以分为机械式和液压式等两种类型,机械式制动结构主要是通过杆系传力,因此具有较小的传动力,而且润滑点较多,前后轴的制动力比例以及左右轮的制动力均衡也很难实现保障。与之相比较,液压驱动机构具有以下一些有缺点:

  优点:

  1.液压系统内部的压力处于均衡状态,能够保证左右轮实现同时自动,这样就能够进一步提升行车安全性;

  2.而且分泵直径能够做出多种类型,在此情况下就能够实现对制动力的合理分配;

  3.在任何情况下都不会出现自动制动;

  4.不需要进行润滑和经常性的调整。

  缺点:

  1.经常会出现管路泄漏或者失效现象;

  2.油温较低的情况下液压油浓度会变大,而高温环境下会出现气化现象;

  3.使用时间较长之后会出现自动失效。

  根据上述研究,本文主要采取的是液压制动机构。

  2.5制动管路的选择

  为了能够充分保障行车的安全性,对于汽车制动器来说通常情况需要配备两套以上的管路油道。以下是几种常见的多维度自动系统分路,如图2-3:

  1.图a所表示的是单对单型,前后轴制动各自配备了相应的回路,属于II型;

  2.图b所示的是交叉型,处于同一侧的前后轮会共用一套回路,属于X型;

  3.图c所表示的是三对一型,后头的全部轮缸和全走一半的轮缸共用一套管路回路,而前轮另一半的轮缸则使用另一套回路,属于Hl型;

  4.图d表示的是一半对一半型,这种形式下汽车制动器的每套回路都会对处于两侧前轮制动器的半数轮缸和以及后轮制动器的全部轮缸产生作用,属于LL型;

  5.图e所表示的是双半对双半型,这种形式下针对汽车的每一个前后轮制动器的一半人每套回落都会发挥出相应的作用,属于HH型。

  6.图f都表示的是单侧对单侧的方式,针对汽车前后轮的每一套制动器每一套回购都会产生相应的作用,属于H型。

  从成本和结构角度进行综合考虑的情况下,II型的应用相对比较广泛,而且这种形式尤其是在一些大型货车方面的应用比较多。但是这种制动器管路方式非常容易出现失效现象,而且在行驶过程中会产生前后轮抱死状态,这种状况下就会使得汽车的转弯能力实效。

  X型本身的结构形式相对比较简单,而且任何一个回路出现损坏情况后都能够维持50%的正常值。而一旦在出现损坏情况后就会出现严重的制动力不均衡现象,在这种情况下会使得汽车丧失稳定性。因此,通常情况下是在一些具有负偏移主销轴的汽车上得到应用。其余的几种形式相对比较复杂,再次不做深入研究,本文的研究过程中主要应用的是X型。

  第三章制动器设计与计算

  3.1制动器间隙自动调整装置

  对于盘式制动器来说,其间隙自调最简单的一种方式就是充分利用制动钳橡胶密封圈本身具有的弹性变形量来针对制作过程中提前设定的间隙所需活塞行程,进行消除,如果活塞的实际行程由于衬块逐渐产生磨损而出现超过的情况下,可以通过液压的作用后来克服密封圈的摩擦力实现继续牵引,这种情况下就能够实现完全自动。在这种情况下,过量间隙主要是通过活塞与密封圈之间产生的不可恢复的相对位移来实现补偿。

  3.2制动力与制动力分配系数

  汽车在进行制动的过程中首先要对于地面的阻力因素进行忽略,那么对于汽车处在任意速度下的力矩平衡可以用以下方程来计算

  (3-1)

  式中:——它是汽车的车轮制动时力的力矩,它与车轮转动方向相反,叫作制动摩擦力矩,;

  ——它是地面制动力,是路面对汽车车轮的阻力,摩擦力。与汽车行驶方向相反,N;

  ——汽车车轮的有效半径,mm。

  则

  (3-2)

  式中:——制动器制动力,又叫做周缘力。

  跟两者之间处于相反方向,如果汽车本身车轮产生的角速度为的情况下,两者的大小相同,而且制动轮本身的形状、结构、摩擦技术、车轮半径都与存在紧密关联。如果自动踏板踩踏压力逐渐增大到的情况下,也会相应的增加。但是其实际的数值不能够超过附着力,路面状况也会对汽车的路面制动产生一定的影响,即

  (3-3)

  式中:——附着系数。

  ——路面对车轮法向反力。

  ——附着力,表示车轮与路面附着情况。

  不过汽车在制动过程中实际的制动力达到附着力的情况下,就会出现车轮抱死而向前滑移的现象,在这种情况下就成为了摩擦力矩,而且实际上就变成通过与制动力相同的阻力来实现车轮旋转周缘力的平衡。当车轮达到静止状态后,路面产生的阻力与附着力的大小相同并保持不变,但是制动器产生的作用力仍然会受到踏板力不断变化的影响。

  分机图3-1可以知道,在水平路面状态上汽车实际的受力状况。汽车后轮的接触点实际所获得的力矩平衡方程如下做事

  (3-4)

  而针对前轮与地面的接触点产生的力矩平衡方程式如下:

  (3-5)

  式中:——汽车制动的时候,路面对前轮的法向反力,N;

  ——汽车制动的时候,路面对后轮的法向反力,N;

  ——轴距,mm;

  ——汽车质量的中心到前轴的距离,mm;

  ——汽车质量的中心到后轴的距离,mm;

  ——汽车质心高度,mm;

  m——汽车质量,kg;

  G——汽车所受重力,N;

  ——汽车制动时的减速度,;

  上面的分析课程,在针对汽车制动力进行整体分析的过程中,需要对汽车本身的制动、轴重、以及传递载荷进行全面考虑,在这种情况下就能够针对汽车的制动进行计算,对于处在水平路面上的汽车来说,其前后轮在法向上产生的反作用力为

  (3-6)

  (3-7)

  令,实际表示的是制动强度,汽车在制动过程中前后轮实际产生的反向法力可以利用以下公式表达

  (3-8)

  如果汽车在实际行驶过程中所面临的是(附着力系数)的路面,在其制动过程中如果一旦出现前后车轮同时抱死的情况,这种情况下制动总力达到也就是说汽车在制动过程中前后轮整体的附着力为,其实际上与中心惯性力相同,即

  (3-9)

  如果任意路面的附着系数值相对固定的情况下,汽车在进行制动的过程中,对于每一个车轮来说其最大的制动力就是制动强度和制动总力之间的函数。如果汽车的几个车轮在保证制动力充足的条件下,由于轴荷会存在分配不均匀现象,因此导致其实际的制动力也不相同,在保证路况相等的条件下。会出现以下几种状况,即

  (1)前后轮依次产生抱死现象;

  (2)后轮先出现抱死,随后再出现前轮抱死现象;

  (3)所有车轮共同产生抱死谢谢啊。

  上述几种情况中附着条件最好的是第3种。

  当路面处在任意的情况下,如果前后所有的车轮同时出现抱死的现象,附着力被得到充分利用的条件如下

  (3-10)

  式中:——前轮的制动力;

  ——后轮的制动力;

  ——前轮地面制动力;

  ——后轮地面制动力;

  而对于前后的制动器来说其最理想的制动力分配状况如下

  (3-11)

  针对汽车制动力的分配比例通常情况下是利用前制动器所产生的制动力与汽车整体的制动力的比值来进行表达,也就是说可以利用以下方式来表达分配系数

  (3-12)

  因为,所以

  (3-13)

  整理式(3-13)得

  (3-14)

  3.3同步附着系数的选择

  同步附着系数主要指的是当β线与I线焦点位置的附着系数φ0固定的情况。其主要用来表示汽车不具备固定β线的情况下,前后轮同时出现抱死的现象仅仅是出现在一种路面状况。而同步附着系数直接取决于汽车本身的结构参数,而结构参数对于制动能力参数也能进行直观的反应。

  据此可以发现,对于汽车来说如果其前后轮制动力保持恒定的情况下,要想保证汽车所有的车轮同时出现抱死现象,只能够发生在一种同步附着系数路面上。

  同步附着系数还可以利用解析方法来进行求解。假设汽车在路面上进行制动的过程中出现了前后轮同时抱死。

  (3-15)

  整理得:

  (3-16)

  (3-17)

  初选,则0.69。

  3.4制动器的制动力矩

  如果制动盘与摩擦块所有的表面都接触的情况下,且能够保证每一个接触位置的压力均匀性,其制动力矩可以利用以下公式进行表达

  (3-18)

  式中:——制动器制动力矩;

  ——摩擦因数;

  ——侧面的单块摩擦块对制动盘的压力;

  ——摩擦块工作半径。

  如果摩擦块本身的模方面属于规则的善行,当其径向宽度不足的情况下,

  要想保证精确性可以将看作是实际的平均半径数值,也可以将其当成是有效半径。

  平均半径公式为

  (3-19)

  式中:——摩擦块的扇形面的内部半径;

  ——摩擦块的扇形面的外部半径。

  实际上表示的是自动盘扇形表面中心到中央之间的距离,以下是其表达公式

  (3-20)

  式中:,

  由于,,鉴于此,而且两者的差值在m逐渐减小的情况下会逐渐变大。当m数值过小的情况下,扇形径向尺寸宽度会逐渐出现过大的现象,这种情况下摩擦块摩擦面实际产生的摩擦速度会出现一定差异,由此就会引发某种不均衡现象,因此不能够使用上面的计算方法来进行求解。这一次必须要保障m捕鱼0.65以下。

  针对加工方面要保证制动盘的工作表面在加工过程中平面度公差达到0.012mm,而且要保证其粗糙度处在的范围内,针对两个摩擦表面必须要将其平行度控制在,而且要将制动盘锻炼人的跳动控制在以内。因此通常情况下会利用珠光体灰铸铁来进行制动盘的制作。而且必须要保证其排号超过HT250,这样才能保证自动盘具备良好的强度和耐磨性能。

  3.5利用附着系数与制动效率

  主要表示的是汽车制动过程中的减速度,主要表示的是制动器实际产生的这种强度。通过上述的分析可以知道,如果汽车在同步附着系数达到了的路面上行驶的是过程中,一旦在制动过程中出现前后轮同时抱死的现象,那么就可以认为其实际的制动强度。而这个状况并不会出现在其他路面的制动过程中,必须要充分保证,也就是说要保证制动强度,不能够超过路面的附着系数。而当路面一旦出现的情况下,才能够实现附着力的充分利用。而如果路面本身的,那么就表示附着力不能够得到充分利用,在这种情况下就会产生抱死。因此可以利用以下公式来实现附着系数的定义

  (3-21)

  如果汽车在制动过程中出现了前后轮同时锁死的现象,在这种情况下,汽车实际的减速度为(或表示为),那么充分结合公式(3-6)可以知道,汽车在这种情况下前轮在路面上产生的法向反力为

  (3-22)

  前轮路面制动力为

  (3-23)

  将式(3-22)和式(3-23)代入式(3-21),则

  (3-24)

  根据相同的原理就能够将后轮的附着系数进行求解。

  当后轮将要进入抱死状态的情况下,其实际的地面制动力就是地面法向反作用力

  (3-25)

  (3-26)

  将式(3-25)和式(3-26)代入(3-21),则

  (3-27)

  如果汽车本身的总质量为,实际的轴距达到,其执行位置处在、、,通过这种方式就能够将附着系数与制动强度之间的关系曲线绘制出来。而自动强度与附着系数之间的比值表示的就是。

  在这里针对制动力分配的合理性主要是从路面附着条件的角度来进行判断。充分结合附着效率的定义之后可以知道

  (3-28)

  (3-29)

  式中;E1和E1分别是前轴和后轴的附着效率。

  3.6原始数据及主要技术参数

  汽车本身的总质量为1091kg;

  处在满载状态下时的质量能够达到1545kg;

  汽车本身的前后轴载荷分布状况分别为818kg、727kg;

  汽车空载状态下的质心高度达到,550mm、满载状态下的质心高度580mm;

  汽车前后轮的轮距分别为1429mm、1422mm;

  汽车的整体长度和高度分别为4415mm、1415mm;

  汽车质心和前后轴之间的距离分别为1112mm、1359mm;

  1.制动盘直径D

  还需要尽量保证自动挡半径足够大,在这种情况下才能够让夹紧力进一步降低,从而使得摩擦衬块在制动过程中所受到的压力和工作温度得到缓解。由于自动盘的直径d会受到轮辋直径条件的限制。而且通常情况下,制动盘的直径D会设置为轮辋直径的70%~90%致电。因此设置车轮的初始直径为318mm。

  对于制动盘的半径必须要处在轮辋半径的70%~90%之间,同时还要为制动器安装留下足够的空间,还要保证自动盘尺寸不能够在工作中受到干扰,因此最终选择了制动器的致敬D=240mm,其内侧直径主要设置为d=108mm。

  2.制动盘厚度h

  制动盘质量和其在运行过程中的温度会直接受到厚度的影响。为了保证其质量的合理性,因此通常情况下会尽可能的保证其厚度较小;而且制动盘在工作过程中由于温度会不断提升,为了能够实现对其温度的进一步控制,而且还保证其具有足够的厚度。同时能够保障一定的散热性,通常会在其工作面前设置一定数量的通风孔。通常情况下,对于实行的制动盘来说会将其厚度设置在10mm~20mm之间;如果制动盘在设置了通风孔之后其厚度应该控制在20~50mm之间,多数情况下将其厚度设置为20~30mm之间。在访问设计过程中针对通风式制动盘的厚度主要设置为h=20㎜

  3.摩擦衬块内半径与外半径

  对于摩擦衬块通常情况下会将其内外直径的比值设置为1.5以内。如果该数值设置过大的情况下,会导致摩擦衬块在运行过程中出现内外缘圆周速度出现较大的差距,这样就会引发某种不均匀现象,而且接触面积也会进一步减小,制动力矩在运行过程中也会出现较大变化。

  结合制动盘的直径后可以最终确定其外径=112㎜

  在充分结合的情况后,最终选择=76mm,则

  4.摩擦衬块工作面积

  以汽车整体的质量为参照,通常情况下将摩擦衬块单位面积的质量占比控制在范围内。是要满足以下条件

  (3-30)

  式中:m——汽车总质量;

  n——摩擦块数量;

  A——摩擦衬块工作面积。

  由(3-30)可得出:。

  将其摩擦面积a设置为36,摩擦系数设置为,将其制动间隙设置为0.2mm。

  结合实际的工作面积需求可以最终针对摩擦衬块工作面积扇形角进行求解。

  由公式:

  可求出:。

  5.摩擦块磨损均匀性验证

  由式(3-20)可得有效半径为

  由式(3-19)可得平均半径为

  通过可以知道单位面积上摩擦块跟制动盘实际受到的力是均匀的,在这种情况下就能够保证摩擦块处在均匀磨损状态。

  3.7制动力矩与盘的压力

  如果摩擦块与盘实现了全面接触,而且能够保证各个接触点之间实现压力的均匀分布。那么对于制动器来说其实际产生的制动力矩为是的是的,是的是的:

  后轮制动力为:

  单侧制动块对盘的压力:

  后轮制动器的制动力矩:

  同理前轮制动器的制动力矩为。

  第四章液压制动驱动机构的设计计算

  4.1制动轮缸直径的确定

  在制动过程中制动轮缸在制动块上产生的作用力与轮缸直径d以及制动管路压力p之间的关系表达公式为

  (4-1)

  对于制动管路来说,通常情况下其压力处于10—12MPa之间,韩式制动器的管路压力相对会高一些。随着压力的不断升高,管路的密封性能要求也会越来越严格,驱动机构必须要保证更好的紧凑型。应该从标准尺寸规定中来选择轮缸直径d,可以具体参照GB7524—87附录B表B2。而针对管路油压将其设置为12MPa。在这种情况下就可以知道d=42mm

  4.2制动踏板力和制动踏板工作行程

  自动踏板实际产生的踏板力:

  (4-2)

  而操纵机构实际的传动比,取

  制动主缸实际的直径,

  对于整个主管路来说其实际的油压

  真空助力器通常情况下的嗯增力倍数k=4~6,本文研究过程中主要选择k=5。

  效率,取

  则

  当其处在350-550范围内的情况下可以知道,完全符合标准要求,而且能够达到良好的操控性。

  对于制动踏板其工作形成主要利用来进行求解:

  (4-3)

  上述公式中:针对操纵机构的传动比,主要设置为;

  而对于主缸活塞来说起实际的行程通常情况下设置在0.8-1.2的范围内,取;

  主缸推杆与活塞之间的间隙:;

  主缸活塞的空行程:;

  则:,当其处在标准规定的150-200mm范围内情况下,完全能够达到实际要求。

  第五章校核与技术要求

  5.1各部件强度与制动效能

  1.制动盘

  在使用合金铸铁制作制动团的过程中通常情况下会添加,在一些情况下也会使用球光体灰柱体来进行制作。其制作的样式主要有平板和帽子等两种类型,对于帽子型来说主要是通过装配尺寸来确定圆柱长。

  在进行制动的过程中,法向力和切向力会对摩擦块形成干扰,而且还会受到热负荷的影响。因此,要进一步提升摩擦块与空气之间的接触面积,在此情况下就能够让降温效果得到改善。鉴于这种状况,通常会在摩擦块进项方向上设置槽来实现痛风,这种形式下能够让冷却效果进一步提升20%-30%,但是厚度也会相对大一些。

  2.制动钳

  通常情况下会利用锻铸铁KTH-370或QT400-18来进行制动钳制造,轻合金也经常用来制造制动钳。在一些情况下会在钳体的内部来设置油缸,在钳体进行单独设置的情况也比较常见。活塞顶端开口位置通常情况下会设置在制动块的背面,这种设置方式能够有效缓解制动液的热量受到影响。

  3.制动块

  摩擦块跟背板是制动块是的主要组成部件,这两个部分主要是通过压嵌或者铆接的方式来进行连接。摩擦块通常情况下有扇形,也有矩形、正方形或长圆形等多种形式。摩擦块在出现卷角的情况下会产生比较尖锐的噪声,因此要尽可能保证活塞压住制动块。另外,还可以在摩擦快的背板接触面上设置减震垫的方式来进行缓解,在这种方式下汽车刹车过程中产生的热量就能够让刹车液产生气化现象由此也会产生噪声。摩擦衬块在工作过程中环境温度以及单位面积受到的压力相对比较大,因此也会经常会出现较为严重的磨损,因此必须要保证其厚度充足。在当今很多盘式制动器的应用过程中,经常会在摩擦衬块上设置磨损极限报警装置,这样就能够及时实现摩擦衬块的更换。

  4.摩擦材料

  要充分保证摩擦材料具有较高而且稳定的摩擦系数,同时刚热,性衰退能力也要达到标准要求,要保证其在温度较高的环境下不会出现持续下降的现象,同时在抗压、抗剪切和抗弯曲性能方面也要具备一定的能力;而且在这种过程中,要避免产生噪声和不良气味,以此来避免对人体和环境产生污染。

  制动器在制作过程中石棉纤维材料的应用非常广泛,而且在于树脂材料粘合剂进行结合之后,能够有效去除高温环境下产生噪声。而通过模架材料的应用能够充分保障摩擦片和摩擦快表现出不同的性能。但是,这种材料本身的绕性比相对较差。

  金属、有机和无机纤维材料是进行非石棉摩擦块制作过程中使用的主要材料,这些材料通常情况下也被称为是半金属材料,而且已经逐渐成为当今主流的摩擦材料,实现了广泛的应用。

  在进行摩擦材料选择过程中要尽可能保证其耐磨性能,本文研究过程中主要使用的是半金属磨砂材料。

  5.2制动器的热容量和温升的核算

  首先需要从热容量和温升的角度来对制动器条件满足情况进行核算:

  (5-1)

  上述公示中:──主要表示的是自动盘整体的质量,怎么选择?=12kg;

  ──主要表示不同自动盘连接过程中的实际受热金属件的整体质量,取=24kg;

  ──实际表示的是制动盘材料本身的比热容,铸铁材料;

  ──主要表示的是与自动盘连接的各种受热接触的比热容,取=;

  ──主要表示的是制动盘在制动过程中的温升(从=30 km/h的速度下通过强烈制动来实现停车的过程中,要保证些温升处于15),取=14;

  Q──主要表示汽车处于满载状态下进行制动的过程中由动能转化成的热能,对于整个这种过程的产生非常迅速,通常情况下会在制动过程中产生的热量认为是由全部前后轮制动器来吸收,而且会根据制动力的分配比例来实现能量的分配,即

  (5-2)

  (5-3)

  式中:──满载汽车总质量;Ma=1545kg

  ──汽车制动时的初速度,可取=20m/s

  ──主要表示是汽车本身制动器的制动力分配系数。

  由此可以知道

  ,而

  完全符合实际要求。

  5.3强度校核

  在针对制动块的摩擦力进行计算之后可就可以进一步针对连接支架和转向桥的螺栓剪切应力进行求解

  上述公式中:f─主要表示的是支架本身受到的作用力;

  n──表示的是螺栓的数量,此处n=2;

  d──主要表示的是螺栓的直径。

  由于存在的条件,因此可以知道螺栓的实际强度能够达到要求。