轎車液壓制動系統(tǒng)設(shè)計含仿真

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:1064457796或者1304139763 ==================== 摘要 在現(xiàn)代轎車日新月異的變革中，轎車的液壓制動系統(tǒng)變得的越來越重要。轎車的安全性能逐漸成為消費者的購買轎車所要考慮的主要因素之一，因此轎車的液壓制動系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)就被市場所定義更高層次，企業(yè)如果想讓自己品牌的轎車占有量逐漸擴大，就不得不重視轎車上的制動系統(tǒng)，如此便構(gòu)成轎車液壓制動系統(tǒng)的性能良性改革。在轎車上運用Proe軟件對所建立的三維立體模型進行仿真分析也已經(jīng)被汽車行業(yè)所普遍使用，本文使用Proe軟件對轎車液壓制動系統(tǒng)的盤式制動器進行模型仿真以及運動分析。 本文針對轎車的液壓制動系統(tǒng)做主要設(shè)計。對制動系統(tǒng)的主要部件進行選型或者設(shè)計計算，對盤式制動器進行Proe軟件進行三維立體建模和運動仿真分析，來檢測轎車液壓制動系統(tǒng)的合理性以及可行性。 關(guān)鍵字：制動系統(tǒng)；盤式制動器；仿真分析 Abstract In the ever-changing changes of modern cars, the car's hydraulic braking system has become more and more important. The safety performance of cars has gradually become one of the major factors for consumers to consider when buying cars. Therefore, the standard of the car's hydraulic braking system is defined by the market at a higher level. If companies want to expand their own brand of cars, It is necessary to pay attention to the braking system on the car, which constitutes a benign reform of the performance of the hydraulic braking system of the car. The use of Proe software in the car to simulate the three-dimensional model has also been widely used by the automotive industry. This paper uses Proe software to simulate and analyze the disc brakes of the car's hydraulic braking system. This article mainly designs the hydraulic braking system for cars. The main components of the braking system are selected or calculated, and the Proe software of the disc brake is used for three-dimensional modeling and motion simulation analysis to check the rationality and feasibility of the hydraulic braking system of the car. Key words: brake system; disc brake; simulation analysis I 目 錄 1轎車液壓制動系統(tǒng)概述 1 1.1轎車制動系統(tǒng)設(shè)計的背景 1 1.2轎車液壓制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 1 1.3轎車液壓制動系統(tǒng)應(yīng)達到的目標(biāo) 2 2轎車液壓制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 2 2.1轎車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 3 2.2轎車液壓制動系統(tǒng)工作原理 8 2.3液壓制動系統(tǒng)真空助力器工作原理 9 2.4液壓制動主缸的工作原理 10 2.5制動系統(tǒng)制動器工作原理 11 2.5.1鼓式制動器 11 2.5.2盤式制動器 12 3制動系統(tǒng)設(shè)計計算 13 3.1制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 13 3.2制動力及制動力矩分配系數(shù) 13 3.2.1制動器制動力矩的確定 15 3.2.2盤式制動器主要參數(shù)確定 15 3.2.3盤式制動器的制動力計算 17 3.3制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 3.4駐車制動裝置設(shè)計 18 4 液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算 19 4.1制動驅(qū)動機構(gòu)形式選擇 19 4.2液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇 19 4.3盤式制動器液壓驅(qū)動機構(gòu)計算 20 4.3.1前輪制動輪缸直徑的確定 20 4.3.2制動主缸與工作容積設(shè)計計算 20 4.4制動踏板力與踏板行程 21 4.5制動踏板工作行程 21 5制動性能分析 23 5.1轎車制動性概念及評價指標(biāo) 23 5.2制動減速度和制動距離S 23 6液壓制動系統(tǒng)制動器仿真分析 24 6.1液壓制動制動系統(tǒng)仿真分析概述 24 6.2盤式制動器三維仿真 24 6.2.1制動器制動盤仿真 24 6.2.2制動器制動塊仿真 29 6.2.3制動器制動鉗體仿真 32 6.3Proe軟件盤式制動器三維模型裝配 36 6.3.1制動盤裝配 36 6.3.2制動鉗體裝配 39 6.3.3制動器總裝配 42 6.4盤式制動器運動分析 45 6.5制動盤有限元分析 47 7 轎車液壓制動系統(tǒng)經(jīng)濟性分析 50 8 結(jié)論 51 致謝 52 參考文獻 53 1 轎車液壓制動系統(tǒng)概述 1.1 轎車制動系統(tǒng)設(shè)計的背景 轎車液壓制動系統(tǒng)是汽車上的一個重要系統(tǒng),它是控制轎車平穩(wěn)運行不可缺少的重要部分。轎車的制動器是轎車液壓制動系統(tǒng)中直接作用制約轎車正常運動行駛的一個關(guān)健裝置，是轎車上不可或缺的安全部件。轎車的制動性能直接影響轎車在路面正常行駛,轎車液壓制動系統(tǒng)為越來越多的人所重視。然而，隨著路面質(zhì)量和轎車技術(shù)的發(fā)展,轎車的行駛速度的不斷提高給人們的生活帶來了許多便利,但隨之而來的交通安全事故也日益嚴(yán)重,人們的生命和財產(chǎn)受到了嚴(yán)重威脅。雖然轎車安全技術(shù)在一定程度上提高了轎車駕駛的安全性,但最根本的問題仍然是如何提高轎車液壓制動系統(tǒng)的安全性能。 轎車設(shè)計中一項十分引人關(guān)注的問題就變成了如何保證行車安全。毫無疑問轎車液壓制動系統(tǒng)是轎車上的一個十分關(guān)鍵的系統(tǒng)組成，它對對轎車行駛的安全性和制動的可靠性的作用是不容忽視的?，F(xiàn)代交通事故頻發(fā)的一個十分重要的原因就是制動器的制動效能衰退，這是因為一旦制動器的持續(xù)負(fù)荷過大，汽車行駛環(huán)境十分惡劣，制動產(chǎn)生的摩擦熱不能及時的傳遞出去，從而使汽車制動器的制動效能衰退。對于鼓式制動器來說，這種現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，特別是汽車在高頻率長時間制動時，制動鼓不斷升溫，更容易產(chǎn)生制動效能熱衰退現(xiàn)象，從而使行車的安全性和穩(wěn)定性造成極大威脅?？梢妼I車液壓制動系統(tǒng)對我們的行車安全具有重要意義。 伴隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對轎車的需求不斷增大，我國的汽車工業(yè)的持續(xù)繁榮發(fā)展，汽車零部件出口量逐年高速上升。雖然現(xiàn)在情況十分喜人，但是在這繁榮背后仍然隱藏著許多威脅，國產(chǎn)汽車零部件的質(zhì)量受到市場的不斷考驗，整車召回事件時有發(fā)生，買家對于汽車本身質(zhì)量的要求不斷增加，人們對它的質(zhì)量要求也隨之不斷提升?？紤]到目前的形式和將來的發(fā)展，我們有十分必要加強對轎車液壓制動系統(tǒng)方面的研究。而液壓制動系統(tǒng)，最重要的一點就是它可以滿足大部分汽車的制動性能要求，適應(yīng)面十分寬廣。因此，我們可以以液壓制動系統(tǒng)為著手點進行研究，為以后更深入的研究提供理論參考。 1.2 轎車液壓制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 隨著人工智能轎車和計算機技術(shù)的發(fā)展，轎車對社會重要的生活行為進行改變從未如現(xiàn)在這般巨大,許多汽車企業(yè)通過轎車制動性能優(yōu)越性贏得更多的市場份額,因此汽車企業(yè)在轎車的制動系統(tǒng)上的研發(fā)投入越來越多，以至于轎車的制動性能是影響汽車企業(yè)發(fā)展的非常重要因素之一,同時改善轎車的制動系統(tǒng)變成了汽車設(shè)計制造行業(yè)和事業(yè)產(chǎn)業(yè)群的重要使命。在轎車在路面正常行駛時,轎車制動系統(tǒng)中的制動器上的制動盤與制動塊摩擦,車輪受到制動力與地面的摩檫力使轎車減速或者停車?，F(xiàn)在汽車行業(yè)對轎車液壓制動系統(tǒng)工作的這一過程中轎車受力情況的分析個液壓制動系統(tǒng)的分析和設(shè)計被企業(yè)所重視。 1.3 轎車液壓制動系統(tǒng)應(yīng)達到的目標(biāo) 轎車的制動性能是轎車正常工作的核心因素。轎車液壓制動系統(tǒng)的設(shè)計為了提高設(shè)計生產(chǎn)的效率有必要對轎車液壓制動系統(tǒng)的研發(fā)計算系統(tǒng)進行開發(fā)。德國和美國不僅研究開發(fā)出了液壓制動系統(tǒng)的部件總成的專家系統(tǒng),并且研發(fā)出了轎車整車的制動系統(tǒng)設(shè)計的研究開發(fā)。中國的轎車液壓制動設(shè)計系統(tǒng)也在高速發(fā)展，許多國內(nèi)汽車行業(yè)專家積累的轎車液壓制動系統(tǒng)的設(shè)計經(jīng)驗和生產(chǎn)技巧作為汽車行業(yè)設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)儲存在汽車產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫里,并用于轎車液壓制動系統(tǒng)設(shè)計的研發(fā),使得汽車設(shè)計人員用更少的經(jīng)理得到最佳方案。 （1）能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定。 （2）具有足夠的制動效能，包括行車制動效能和駐坡制動效能。 （3）工作可靠。 （4）制動效能的熱穩(wěn)定性好 （5）制動效能的水穩(wěn)定性好。 （6）制動時的操縱穩(wěn)定性好。 2 轎車液壓制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1 轎車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 轎車液壓制動系統(tǒng)其作用是讓在路面正常行駛中的轎車能夠自由的進行減速和停車。汽車制動系統(tǒng)主要由制動油管、真空助力器、制動主缸、制動分泵、制動器等部分組成，其中最常見的制動器分為鼓式制動器和盤式制動器。 一般家庭轎車的液壓制動系統(tǒng)主要由制動踏板、真空助力泵、制動總泵（也稱為制動主缸）、制動液（也稱為剎車油）、制動油管、制動分泵（也稱為制動輪缸）和車輪制動器組成。轎車液壓制動系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖2-1。 圖2-1轎車液壓制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu) Fig. 2-1 structure of car hydraulic braking system 制動踏板是司機最常接觸的一個部件，它把駕駛員踩踏板的力轉(zhuǎn)化為推動制動總泵活塞的力。制動踏板的行程調(diào)整是制動系統(tǒng)調(diào)整的重要內(nèi)容。 制動踏板行程的三個主要評價指標(biāo)：制動踏板的自由行程、常規(guī)制動的踏板行程及急制動的踏板行程。制動踏板結(jié)構(gòu)如圖2-2。 圖2-2制動踏板結(jié)構(gòu) Fig. 2-3 brake master pump structure 制動總泵的作用是產(chǎn)生高壓油液通過油管傳到各個輪缸，使輪缸張開推動制動蹄片產(chǎn)生制動力。制動總泵結(jié)構(gòu)如圖2-3。 圖2-3制動總泵結(jié)構(gòu) Fig. 2-3 brake master pump structure 真空助力器是轎車液壓制動系統(tǒng)的核心部件，利用轎車發(fā)動機中進氣管形成真空與大氣之間的壓力差來實現(xiàn)制動助力。真空助力器結(jié)構(gòu)如圖2-4。 圖2-4真空助力器實物 Fig. 2-4 vacuum booster object 制動液是轎車液壓制動系統(tǒng)中傳遞制動液體壓力的液態(tài)介質(zhì)，分為DOT3、DOT4、DOT5、DOT5.1四個級別。轎車常用DOT3、DOT4礦物油型制動液。其結(jié)構(gòu)如圖2-5。 圖2-5儲蓄罐體 Fig. 2-5 savings tank body 制動管路系統(tǒng)的作用是在轎車液壓制動系統(tǒng)為液壓油的流動提供實行空間。轎車液壓制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置如圖2-6 圖2-6制動管路系統(tǒng) Fig. 2-6 Brake piping system 制動分泵是轎車液壓制動系統(tǒng)中重要制動系統(tǒng)的組成部分，它主要的作用是使制動器的制動塊與制動盤相互摩擦，來實現(xiàn)降低車速或者停車的作用。其結(jié)構(gòu)如圖2-7。 圖2-7制動分泵結(jié)構(gòu) Fig. 2-7 Brake pump structure 制動器中的鼓式制動器主要是由制動輪缸、制動蹄、制動鼓、摩擦片、回位彈簧等主要構(gòu)件組成。鼓式制動器結(jié)構(gòu)如圖2-8。 圖2-8鼓式制動器結(jié)構(gòu) Fig. 2-8 drum brake structure 盤式制動器也叫碟式制動器，其主要部分由盤式制動器制動盤、盤式制動器制動鉗、盤式制動器摩擦片、盤式制動器制動分泵、盤式制動器制動油管等部分構(gòu)成。盤式制動器通過液壓制動系統(tǒng)把制動液的液體壓力施加到盤式制動器制動鉗上，來實現(xiàn)盤式制動器制動摩擦片盤式制動器制動盤發(fā)生摩擦，從而達到轎車在路面正常行駛能夠自由的減速或者停車的目的。盤式制動器結(jié)構(gòu)如圖2-9。 圖2-9盤式制動器結(jié)構(gòu) Fig. 2-9 Disc brake structure 2.2 轎車液壓制動系統(tǒng)工作原理 轎車液壓制動系統(tǒng)工作原理是制動塊與制動盤摩擦，將轎車的運動的動能轉(zhuǎn)化為熱能發(fā)散出去。在路面上正常行駛的轎車在其實現(xiàn)加速過程中把化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能和動能，轎車液壓制動系統(tǒng)將轎車的動能轉(zhuǎn)化成熱能散發(fā)到空氣中來實現(xiàn)轎車的正常制動動作。轎車從靜止?fàn)顟B(tài)加速到100km/h需要大概12秒左右的時間，但是從100km/h通過轎車液壓制動系統(tǒng)實現(xiàn)轎車的到靜止要求需要更短時間，因此轎車液壓制動系統(tǒng)必然承受著巨大的能量。市場上的轎車幾乎都采用液壓制動的原因最主要的是因為液體是不能被壓縮的，傳遞壓力時能夠保障轎車工作的可靠性，其基本原理是駕駛員踩下制動踏板，通過真空助力器向制動主缸中的剎車油施加壓力，之后液體將壓力通過制動管路傳遞到制動器的制動分泵上，然后通過制動液使制動器上的活塞運動，使制動器中的制動塊與制動器上的制動盤相互摩擦來實現(xiàn)巨大摩擦力導(dǎo)致轎車在路面上的減速或者停止。其工作原理如圖2-10。 圖2-10液壓制動系統(tǒng)工作原理 Fig. 2-10 working principle of hydraulic braking system 2.3 液壓制動系統(tǒng)真空助力器工作原理 在閥桿回動簧的作用下，閥桿和空氣閥座處于右極限位置，橡膠閥部件被閥門彈簧壓緊在空氣閥座上，當(dāng)發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時，發(fā)動機進氣管與真空助力器相連使前后兩氣室的氣壓相同，即具有相同的真空度。真空助力器的空氣閥口關(guān)閉時，真空助力器的真空閥口會打開，在這種情況下真空助力器的前后氣室時相通的，并且相對于于大氣來說是隔絕。這就是液壓制動系統(tǒng)真空助力器工作原理。 當(dāng)制動踏板作用于真空助力器的閥桿上，產(chǎn)生液壓，制動輪缸產(chǎn)生張開力，推動制動蹄片產(chǎn)生制動力。與此同時，關(guān)閉真空閥口，使前后氣室隔開，即后氣室與真空源斷開。外界空氣經(jīng)泡沫濾芯、橡膠閥部件的內(nèi)孔和大氣閥口進入后氣室，這樣前后兩氣室產(chǎn)生氣壓差，這個氣壓差在助力器的膜片、助力盤、閥體上產(chǎn)生作用力，除一小部分用來平衡彈簧抗力和系統(tǒng)阻力外，大部分經(jīng)閥體作用在反饋盤上，并傳遞到制動主缸。在這個過程中，真空閥口始終處于關(guān)閉狀態(tài)。液壓制動系統(tǒng)真空助力器工作原理如圖2-11。 圖2-11液壓制動系統(tǒng)真空助力器 Figure 2-11 the vacuum booster of the hydraulic brake system 在踏動踏板的過程中，閥桿向前移動，空氣經(jīng)打開的空氣閥口，不斷地進入后氣室，閥體不斷地向前移動。當(dāng)踏板停留在某一位置時，閥桿的輸入力、前后氣室產(chǎn)生的伺服力和主缸液壓產(chǎn)生的作用力（助力器的輸出力的反作用力）三者之間保持平衡。當(dāng)前后氣室的氣壓差達到最大，即后氣室的氣壓完全為大氣氣壓時，則真空助力器達到最大助力點，此后，輸入力的變化與輸出力的變化相等，即沒有伺服力的增加。釋放制動踏板，閥桿回動簧立即將閥桿和空氣閥座推回，使空氣閥口關(guān)閉，真空閥品開啟，閥體在回位簧的作用下，回到初始位置，助力器回到非工作狀態(tài)。制動主缸實現(xiàn)力與液壓的轉(zhuǎn)換助力器的輸出力直接作用在與之相連的制動主缸的第一活塞上，從而把力轉(zhuǎn)換為液壓，輸出到車輪的制動分泵，再由制動分泵轉(zhuǎn)換成力，實現(xiàn)汽車的制動。 2.4 液壓制動主缸的工作原理 現(xiàn)代轎車液壓制動系統(tǒng)普遍采用串列雙腔制動主缸，這種形式的制動主缸制動性能優(yōu)良，對于轎車在路面上正常行駛的情況下更能實現(xiàn)自由制動的效果。 轎車制動主缸采用串列雙腔制動主缸其結(jié)構(gòu)如圖2-12所示，制動主缸相當(dāng)于兩個單腔制動主缸串聯(lián)在一起所形成的結(jié)構(gòu)。當(dāng)駕駛員壓下制動踏板時，轎車的液壓制動系統(tǒng)的踏板驅(qū)動通過制動推桿向后推動后室的活塞。此時，主缸內(nèi)部的制動液的壓力上升。由于后腔的液壓和彈簧力，前腔中的活塞被向前推動，并且前腔中的制動流體的制動壓力也增加。在駕駛員抽出踏板力后，制動踏板機構(gòu)的前后腔室活塞和輪缸活塞通過相應(yīng)的回位彈簧返回，并且管道中的制動液被推回到回流閥以返回到壓力。 圖2-12液壓制動主缸的工作原理結(jié)構(gòu) Fig. 2-12 working principle structure of hydraulic brake master cylinder 2.5 制動系統(tǒng)制動器工作原理 轎車的液壓制動系統(tǒng)的制動器利用由旋轉(zhuǎn)元件的兩個工作表面和固定元件之間的摩擦產(chǎn)生的強大制動扭矩，以允許轎車在路面上減速或停止。轎車液壓制動系統(tǒng)中的制動器是液壓制動系統(tǒng)中用以產(chǎn)生阻礙轎車運動趨勢的主要部件，汽車工業(yè)中的大多數(shù)制動器通過制動器的緊固件在制動器的旋轉(zhuǎn)元件上施加制動扭矩，使得旋轉(zhuǎn)元件的旋轉(zhuǎn)角速度降低并且車輪在地面上的速度和抓地力也可能導(dǎo)致制動延遲。車輪上的道路制動力會減慢或停止轎車。 2.5.1 鼓式制動器 制動系統(tǒng)鼓式制動器發(fā)生在汽車的制動系統(tǒng)的早期階段，盤式制動器在汽車制動系統(tǒng)和鼓式制動器越來越多地用于汽車中常用的。汽車鼓式制動器包括兩種類型的制動器：內(nèi)鼓式制動器和外鼓式制動器。內(nèi)鼓式制動器的摩擦件是一對帶有環(huán)形摩擦片的制動蹄片，旋轉(zhuǎn)摩擦件是鼓式制動器的制動鼓。轎車車輪制動器的制動鼓安裝在鼓上。當(dāng)液壓制動系統(tǒng)運行時，利用制動鼓的缸體的內(nèi)部工作表面和制動蹄摩擦片的外部工作表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)矩。外鼓式制動器的固定摩擦件是一制動具有小的摩擦板和剛性，這是旋轉(zhuǎn)外摩擦鼓式制動器的制動鼓和鼓表面的外表面和所述制動帶由制動鼓所用的摩擦元件。用作一對摩擦面的與制動輪缸中的摩擦板的內(nèi)圓弧面產(chǎn)生的制動流體的壓力作用在制動鼓，實現(xiàn)了鼓式制動器的制動作用上下的摩擦轉(zhuǎn)矩。其工作原理如圖2-13。 圖2-13鼓式制動器工作原理 Fig. 2-13 working principle of drum brake 2.5.2 盤式制動器 轎車液壓制動系統(tǒng)中盤式制動器在帶旋轉(zhuǎn)元件的轎車液壓制動系統(tǒng)中，工作過程中的盤式制動器摩擦副為工作面位于端面兩側(cè)的金屬盤。轎車液壓制動系統(tǒng)中盤式制動器的摩擦元件在制動液壓力作用下制動兩側(cè)的制動盤，盤式制動器工作原理如圖2-14。 圖2-14盤式制動器工作原理 Fig. 2-14 working principle of disc brake 當(dāng)轎車制動時，制動液通過兩個盤式制動輪壓在內(nèi)外缸上。盤式制動器活塞在制動液的作用下將兩個制動單元推壓在制動盤上，從而產(chǎn)生摩擦轉(zhuǎn)矩。并實現(xiàn)制動。在制動缸的凹槽中的矩形橡膠密封件的邊緣在制動活塞的摩擦作用下產(chǎn)生少量的彈性變形。當(dāng)制動器被釋放時，活塞和制動單元通過密封環(huán)的彈性和彈簧的彈力而返回。在轎車的液壓制動系統(tǒng)中，盤式制動器的矩形橡膠密封不僅起到密封作用，而且還起到活塞回位和自動間隙調(diào)整的作用。當(dāng)制動摩擦片與摩擦片之間的摩擦力磨損，制動時密封圈的變形達到極限時，活塞繼續(xù)運動直到摩擦片壓住摩擦片。在盤式制動器釋放汽車后，矩形橡膠密封件將推動活塞至與磨損前相同的距離，以便制動距離仍然保持標(biāo)準(zhǔn)值。固定盤式制動鉗，在制動殼體中的制動鉗不移動，和制動盤并與卡鉗殼體的開口槽的旋轉(zhuǎn)相關(guān)聯(lián)的車輪固定鉗盤式制動器。 3 制動系統(tǒng)設(shè)計計算 3.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 整車質(zhì)量： 空載：1550kg 滿載：2000kg 最小離地間隙：155cm 質(zhì)心位置： a=1.35m b=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 胎： 195/60R14 85H 同步附著系數(shù)：=0.6 3.2 制動力及制動力矩分配系數(shù) 根據(jù)汽車制動時的整車受力分析，考慮到制動時的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對前，后軸車輪的法向反力,為： Z1= （3-1） Z2= （3-2） 式中：G — 汽車所受重力N； L — 汽車軸距mm； — 汽車質(zhì)心離前軸距離mm； — 汽車質(zhì)心離后軸距離mm； — 汽車質(zhì)心高度mm； — 附著系數(shù)。 取一定值附著系數(shù)=0.6； 所以在空，滿載時可得前后制動反力Z為以下數(shù)值 滿載時：前輪=13267.7N 后輪=6332.3N 空載時：前輪=10633N 后輪=4557N 表3-1前后軸車輪附著力 Table 3-1 Adhesion of front and rear axle wheels 車輛工況 前軸法向反力，N 后軸法向反力,N 汽車空載 10633 4557 汽車滿載 13267.7 6332.3 根據(jù)公式： （3-3） （3-4） 得： 可求得前后車輪附著力 （3-5） （3-6） 由已知條件可得得前、后軸車輪附著力即地面最大制動力為 故 滿載時：前輪=8191.3N 后輪=3568.7N 空載時：前輪=6579.6N 后輪=2534.4N 表3-2地面最大制動力 Table 3-2 maximum ground braking force 車輛工況 前軸車輪附著力N 后軸車輪附著力N 汽車空載 6579.6 2534.4 汽車滿載 8191.3 3568.7 3.2.1 制動器制動力矩的確定 由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩： （3-7） 式中：Φ=——該車所能遇到的最大附著系數(shù)； q——制動強度； ——車輪有效半徑； ——后軸最大制動力矩； G——汽車滿載質(zhì)量； L——汽車軸距；子午線輪胎有效滾動半徑： 當(dāng)==0.6時， 后軸 ==1347Nm 后輪的制動力矩為=674Nm 前軸 = T==0.66/(1-0.66)1347=2614Nm （3-8） 前輪的制動力矩為2614/2=1307Nm 3.2.2盤式制動器主要參數(shù)確定 1.制動盤直徑D 通常為輪輞直徑的70%～79%。制動盤直徑D為280mm 輪輞直徑D0為14x25.4=355.6mm。 D/D0 =280/355.6=78% 78%在70%~79%之間,符合設(shè)計要求。 2.制動盤厚度選擇 制動盤的厚度會影響制動盤的質(zhì)量和運行過程中溫度的升高。為了降低質(zhì)量，制動盤厚度不宜過大，為降低溫度，制動盤厚度不宜太小。為了散熱和通風(fēng)，制動盤可以做成實心的，或者可以在制動盤的中部放置通風(fēng)道。整體實心盤厚度為10?20mm，通風(fēng)盤厚度為20?50mm，最大為20?30mm。當(dāng)高速運動制動器快速制動時，制動盤會變形并發(fā)生熱震動。為了提高制動盤摩擦面的散熱性能，大部分制動盤成為中空通風(fēng)制動盤，可將制動盤溫度降低20 %～30 %。這里制動器采用通風(fēng)式制動盤設(shè)計，h=19mm厚度 。 3、摩擦襯塊內(nèi)半徑R1與外半徑R2 摩擦墊的外半徑R2與內(nèi)半徑R1之比不大于1.5。如果比率過大，則摩擦墊的外緣和摩擦墊的內(nèi)緣在操作過程中的圓周速度差異很大，其磨損不均勻，接觸面積將減小，并且最終 制動力矩會發(fā)生很大變化。通過了解轎車摩擦墊內(nèi)徑R1和外徑R2的尺寸，分別為110 mm和158 mm。 圖3-1摩擦襯塊內(nèi)外半徑 Fig. 3-1 inside and outside radius of friction liner block R2/R1=158/110=1.44<1.5 ，符合設(shè)計要求。 4.摩擦襯塊工作面積A 推薦根據(jù)制動摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/～3.5 kg/內(nèi)選取， 取2.5kg/。 5.摩擦襯塊摩擦系數(shù)f 用于選擇各種制動器的制動材料的摩擦系數(shù)具有約0.3至0.5的穩(wěn)定性值，并且少數(shù)可以達到0.7。一般來說，材料的摩擦系數(shù)越高，耐磨性越差。因此，在設(shè)計制動器時并不總是需要追求高摩擦系數(shù)的材料。 目前國內(nèi)制動襯片材料的溫度低于250℃時，摩擦系數(shù)保持在0.35到0.40的問題不大。因此，在理想條件的假設(shè)下計算制動器的制動轉(zhuǎn)矩。所選擇摩擦系數(shù)=0.35。 3.2.3 盤式制動器的制動力計算 假定襯塊的摩擦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 （3-9） 式中，為摩擦因數(shù)；為單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力；R為作用半徑。 對于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔缓艽?，則R等于平均半徑或有效半徑，在實際中已經(jīng)足夠精確。 平均半徑為 mm （3-10） 式中，和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。 有效半徑是扇形表面的面積中心至制動盤中心的距離，如下式所示（推導(dǎo)見離合器設(shè)計） （3-11） 式中，. 對于前制動器 所以 對于后制動器 所以 3.3 制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.制動盤 制動盤通常由珠光體灰鑄鐵或含Cr，Ni等的合金鑄鐵制成。在操作中，制動盤不僅具有作用在制動片上的法向和切向力，而且還承受熱負(fù)荷。為了提高冷卻效果，卡鉗盤式制動盤具有在中間形成有徑向排氣槽的雙盤。這樣可以顯著增加散熱面積并將溫升降低20-30％左右，但光盤總厚度較厚。本設(shè)計中使用的材料是HT250。 2.制動鉗 制動鉗由可鍛鑄鐵或球墨鑄鐵制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄。本畢業(yè)設(shè)計選擇的球墨鑄鐵材料。 3.制動塊 轎車液壓制動系統(tǒng)制動器的制動塊是制動塊的背板和制動塊摩擦襯塊組成在一起的，在制造生產(chǎn)時，會將這兩種結(jié)構(gòu)通過工廠的機器緊緊的壓牢。本次的設(shè)計選擇的制動塊背板材料是45號鋼，制動塊摩擦襯塊材料是石棉纖維。 4.摩擦材料 背板溫度不超過190°C，具有低熱膨脹系數(shù)、高耐壓力、耐沖擊性、抗剪切性、彎曲特性和耐沖擊性，制動時無噪音和難聞的氣味。嘗試使用擦拭所散發(fā)的微小顆粒對人體無害的材料。 在現(xiàn)在汽車工業(yè)中模制材料廣泛用于制動系統(tǒng)當(dāng)中，模制材料是基于石棉的基礎(chǔ)構(gòu)成單位并填充有樹脂粘合材料和摩擦調(diào)節(jié)材料（無機顆粒和橡膠以及合成樹脂混合主要成分是石墨）。并將混合物在高溫設(shè)備中模制。鑄造材料不太靈活。因此，應(yīng)根據(jù)襯墊或襯墊的規(guī)格進行成型。其優(yōu)點是可以使用各種不同的聚合物聚合物組合物來制造具有優(yōu)良性能的摩擦材料。本次設(shè)計的轎車液壓制動系統(tǒng)制動器所使用的是模壓的石棉纖維材料。 3.4 駐車制動裝置設(shè)計 本設(shè)計選用的駐車制動系統(tǒng)是機械式駐車制動系統(tǒng)，并且與液壓式行車制動系統(tǒng)共用后輪浮鉗盤式制動器。其主要由駐車制動手柄、駐車制動器、連接二者的杠桿、拉索以及回位彈簧等組成。駐車制動器，一般布置在變速器之后，萬向傳動裝置之前，可以鼓式制動器或者用盤式制動器，本次設(shè)計應(yīng)用于盤式制動器上。駐車制動系統(tǒng)屬于輔助制動系統(tǒng)，主要借助人力，一般在停車的時候，為了防止車輛自行溜車而設(shè)立的，是用來鎖死傳動軸從而使驅(qū)動輪鎖死的。 4 液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算 4.1 制動驅(qū)動機構(gòu)形式選擇 簡單的液壓制動系統(tǒng)通常稱為液壓制動系統(tǒng)，用于行車制動裝置。其優(yōu)點是跟隨時間短（0.1-0.3s），工作壓力高（可達10MPa-12MPa），孔徑小，可作為制動蹄開啟機構(gòu)或制動塊壓縮機構(gòu)安裝在制動器內(nèi)部。為了簡單、緊湊、低質(zhì)量和低成本，其有限的制動關(guān)系限制了其在轎車中的應(yīng)用。另外，當(dāng)加熱時液壓管路會起泡以影響變速器，即當(dāng)制動器溫度過低（-25攝氏度或更低）時，所謂的“阻力”會減小甚至使制動功率無效，液壓油粘度增加，工作可靠性降低，部分損壞導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法繼續(xù)工作，液壓簡易制動系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于卡車，輕型和副車以及部分中重型卡車。 4.2液壓分路系統(tǒng)的形式的選擇 為了增加制動器的驅(qū)動機構(gòu)的動作的可靠性，并確保駕駛的安全性，驅(qū)動制動機構(gòu)必須具有至少兩個獨立的系統(tǒng)必須是雙電路系統(tǒng)。液壓或所有操作轎車制動器應(yīng)該是道路劃分為兩個或更多個相互獨立的輪廓，以便當(dāng)電路出現(xiàn)故障時，另一個未損壞的電路可以可靠工作。 具有橫向輪廓和后輪的管道是兩條獨立的鏈條，具有對角連接，前軸的一側(cè)制動器和后軸的相對的車輪制動器是指同一條鏈條。當(dāng)主回路發(fā)生故障時，仍能保持50％的制動效率，制動力分配系數(shù)和同步附著系數(shù)無變化，保證了制動器的適應(yīng)性和汽車上的負(fù)載。此時，在前輪和后輪的一側(cè)發(fā)生制動，由此導(dǎo)致車輛失去其方向穩(wěn)定性。綜合轎車整體液壓制動性能選擇X型回路為本次設(shè)計結(jié)構(gòu)，如圖4-1。 圖4-1液壓制動分路系統(tǒng) Fig. 4-1 hydraulic brake shunt system 4.3 盤式制動器液壓驅(qū)動機構(gòu)計算 4.3.1 前輪制動輪缸直徑的確定 制動輪缸對制動塊施加的張開力與輪缸直徑和制動管路壓力的關(guān)系為 (4-1) 制動管路壓力一般不超過10～12。取。 輪缸直徑應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸系列中選?。℉G2865-1997),具體為19mm、24mm、28mm、30mm、35mm、38mm、40mm、48mm、50mm。因此取前輪制動輪缸直徑為48mm。 同理，后輪制動輪缸直徑。因此取后輪制動輪缸直徑為35mm。 4.3.2 制動主缸與工作容積設(shè)計計算 第個輪缸的工作容積為： （4-2） 式中，為第個輪缸活塞的直徑；為輪缸中活塞的數(shù)目；為第個輪缸活塞在完全制動時的行程，初步設(shè)計時，此處取mm. 所以一個前輪輪缸的工作容積為 一個后輪輪缸的工作容積為 所有輪缸的總工作容積為,式中，為輪缸數(shù)目。制動主缸應(yīng)有的工作容積為,式中為制動軟管的變形容積。在初步設(shè)計時，制動主缸的工作容積可為：對于乘用車;對于商用車。此處取。 所以 （4-3） 主缸活塞行程和活塞直徑為 （4-4） 一般=（0.8～1.2）。此處取=。 所以 （4-5） 主缸的直徑應(yīng)符合QC/T311-1999中規(guī)定的尺寸系列，具體為19mm、22mm、26mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm。 所以取得mm。 4.4 制動踏板力與踏板行程 制動踏板力為： （4-6） 式中，為制動主缸活塞直徑；p為制動管路的液壓；為探班機構(gòu)的傳動比；為踏板機構(gòu)及液壓主缸的機械效率，可取=0.82～0.86.此處取=4，=0.85. 制動踏板力應(yīng)滿足以下要求；最大踏板力一般為500N（乘用車）或700N（商用車）。設(shè)計時，制動踏板力可在200N～350N的范圍內(nèi)選取。 所以 所以需要加裝真空助力器。 （4-7） 式中： 真空助力比，取4。 =1560/4=390N＜500N 所以符合要求 4.5制動踏板工作行程 （4-8） 式中：——主缸推桿與活塞的間隙，一般取1.5～2mm；取=2mm ——主缸活塞空行程，即主缸活塞由不工作的極限位置到使其皮碗完全封堵主缸上的旁通孔所經(jīng)過的行程； 制動器調(diào)整正常時的踏板工作行程,只應(yīng)占計及制動襯片（襯塊）的容許磨損量在內(nèi)的踏板行程的40%~60%。 為了避免空氣侵入制動管路，在計算制動主缸活塞回位彈簧（同時也是回油閥彈簧）時，應(yīng)保證踏板放開后，制動管路中仍保持0.05~0.14MPa的殘余壓力。 最大踏板行程（計入襯片或襯塊的容許磨損量），對乘用車應(yīng)不大于100~150mm，對商用車不大于180mm。此外，作用在制動手柄上最大的力，對乘用車不大于400N，對商用車不大于600N。制動手柄最大行程，對乘用車不大于160mm，對商用車不大于200mm。 根據(jù)上式得：=120mm＜150mm 所以，符合設(shè)計要求。 5 制動性能分析 5.1轎車制動性概念及評價指標(biāo) 轎車的制動性能是轎車在用于強制汽車減速停止或使用外力下降長坡時保持一定速度的能力。制動效率是指車輛在良好道路上以一定的初始速度制動或在制動期間減慢車輛的制動距離。制動效率是抑制效果評估的最基本指標(biāo)。制動距離越短，制動越多，制動特性的穩(wěn)定性即抗反作用特性，制動特性的穩(wěn)定性主要指耐熱分解性。當(dāng)轎車在高速或長斜坡上不斷交換時，制動性能的維持程度。由于制動過程實際上通過制動器將轎車的動能轉(zhuǎn)換成熱能，因此在增加制動溫度之后承受冷制動特性的能力已成為需要考慮的重要問題制動器的設(shè)計。制動時轎車的傾斜穩(wěn)定性，即轎車在制動過程中不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)、側(cè)滑和失控。在制動過程中轎車的方向穩(wěn)定性是通過轎車在制動過程中沿著給定路徑移動的能力來估計的。如果在制動過程中存在間隙、側(cè)滑或失控。 5.2 制動減速度和制動距離S 制動系的制動效果，可以用最大制動減速度及最小制動距離來評價。 假設(shè)汽車是在水平的，堅硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動力是由制動器產(chǎn)生。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)總質(zhì)量不超過4.5t的汽車初速度50Km/h是時，不超過21m。 此時 （5-1） （5-2） 式中 :消除蹄與制動鼓間隙時間取0.1s :制動力增長過程所需時間取0.4s :起始制動車速根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)取50km/h S：為50km/h時最大制動距離 所以符合設(shè)計要求。 6 液壓制動系統(tǒng)制動器仿真分析 6.1 液壓制動制動系統(tǒng)仿真分析概述 轎車液壓制動系統(tǒng)作為轎車上最重要的組成系統(tǒng)之一，必須要對其制動器進行仿真分析來確定制動器能否在轎車行駛過程中起到制動的作用。本章對轎車的制動器部分進行仿真分析來檢測轎車在行駛過程中能否進行制動，使轎車來達到減速或者停車的目的，選擇對定鉗盤式制動器進行仿真分析。運用Proe對制動器進行三維建模，建立制動的仿真模型，然后對建立的制動器的三維立體模型進行運動分析，檢驗設(shè)計的制動器在轎車液壓制動系統(tǒng)中是否可以讓轎車完成制動動作，保障轎車在正常行駛下的安全性和穩(wěn)定性。 6.2 盤式制動器三維仿真 6.2.1 制動器制動盤仿真 制動盤是轎車液壓制動系統(tǒng)的重要制動部件，也是制動器實現(xiàn)制動動作所作用的摩擦面。用Proe軟件繪制的制動盤如圖6-1 圖6-1制動盤 Fig. 6-1 Brake disc 其繪制過程如下： 用Proe軟件繪制草圖，再通過旋轉(zhuǎn)命令建立制動盤大致輪廓。如圖6-2。 圖6-2制動盤草圖 Figure 6-2 sketch of brake disc 在制動盤的輪廓上再次點擊繪圖命令，繪制出制動盤中間部分。如圖6-3。 圖6-3制動盤中部 Fig . 6 - 3 Center of brake disc 運用倒角命令，繪制出制動盤倒角。如圖6-4。 圖6-4制動盤倒角 Fig. 6-4 chamfering of brake disc 再次運用繪圖命令，繪制出制動盤盤體的通風(fēng)部分。如圖6-5。 圖6-5盤體 Fig. 6-5 disk body 運用繪圖命令，繪制出制動盤盤體與車橋車轂的螺栓連接孔。如圖6-6。 圖6-6螺栓連接孔 Fig. 6-6 Bolt connection hole 然后運用陣列命令，繪制出制動盤全部的連接孔。如圖6-7。 圖6-7連接孔 Fig. 6-7 connecting holes 運用繪圖命令，繪制出制動盤盤體的通風(fēng)孔。如圖6-8。 圖6-8盤體通風(fēng)孔 Fig. 6-8 disk body vent 運用陣列命令，繪制出制動盤盤體全部的通風(fēng)孔。如圖6-9。 圖6-9整體盤體通風(fēng)孔 Fig. 6-9 integral disk vent 最后通過以上指令最終繪制出制動系統(tǒng)的制動盤。如圖6-10。 圖6-10制動盤 Fig. 6-10 brake disc 6.2.2 制動器制動塊仿真 盤式制動器的制動塊是與制動盤接觸的主要部件，通過制動塊與制動盤相互接觸摩擦來達到使轎車減速或停車的制動系統(tǒng)組件。用Proe軟件繪制的制動塊如圖6-11。 圖6-11盤式制動器制動塊 Fig. 6-11 Disc brake block 其繪制過程如下： 用Proe軟件繪制草圖，建立制動塊大致輪廓。如圖6-12。 圖6-12制動塊草圖 Figure 6-12 sketch of brake block 運用繪圖指令，繪制出制動塊背板的草圖。如圖6-13。 圖6-13制動塊背板草圖 Fig. 6-13 Sketch of brake block backplane 運用倒圓角指令，繪制出制動塊背板的細(xì)節(jié)部件。如圖6-14。 圖6-14制動塊背板倒角 Fig. 6-14 back plate of brake block 運用繪圖指令，繪制出制動塊背板的導(dǎo)向銷孔。如圖6-15。 圖6-15背板導(dǎo)向銷孔 Figure 6-15 back plate guide pin hole 運用繪圖指令，繪制出制動塊中間部位。如圖6-16。 圖6-16制動塊中間部位 Fig. 6-16 Intermediate position of brake block 運用繪圖指令，繪制出制動塊的散熱孔，完成制動塊的繪制。如圖6-17。 圖6-17制動塊的散熱孔 Figure 6 - 17 Heat dissipation hole of brake block 6.2.3 制動器制動鉗體仿真 制動鉗體是盤式制動器液壓主要工作的位置，液壓油通過在制動鉗體上作用活塞來推動制動塊與制動盤接觸使轎車的液壓制動系統(tǒng)完成制動的動作。用Proe軟件繪制的盤式制動器的制動塊如圖6-18。 圖6-18制動器制動鉗體 Fig. 6-18 Brake clamp body 其繪制過程如下： 用Proe軟件繪制草圖命令建立制動鉗體外輪廓。如圖6-19。 圖6-19制動鉗體草圖 Figure 6-19 sketches of brake clamps 運用拉伸命令繪制出三維模型，再運用草圖命令繪制出螺栓孔。如圖6-20。 圖6-20制動鉗體螺栓孔 Fig. 6-20 Bolt holes for brake clamps 運用繪圖命令，在鉗體TOP面繪制出制動鉗體液壓腔室。如圖6-21。 圖6-21制動鉗體液壓腔室 Fig . 6 - 21 Hydraulic chamber of brake caliper body 運用倒圓角命令，繪制出制動鉗體液壓腔室的外輪廓。如圖6-22。 圖6-22液壓腔室的外輪廓 Figure 6-22 external profile of hydraulic chamber 運用繪圖拉伸命令，繪制出制動鉗體活塞缸腔室。如圖6-23。 圖6-23制動鉗體活塞缸腔室 Figure 6 - 23 Brake caliper piston cylinder chamber 運用實體化命令，將制動鉗體的外形輪廓建立起來。如圖6-24。 圖6-24制動鉗體的外形輪廓 Figure 6-24 outline of brake clamp body 運用景象命令，把制動鉗體的另一部分的仿真建立起來，完成盤式制動器制動鉗體的最終繪制。如圖6-25。 圖6-25制動鉗體三維仿真 Figure 6-25 3D simulation of brake clamps 6.3 Proe軟件盤式制動器三維模型裝配 6.3.1 制動盤裝配 點擊新建命令，新建一個不使用缺省模板組件的板塊。如圖6-26。 圖6-26新建組件板塊 Figure 6-26 New component Plate 點擊裝配命令將需要裝配的組件放入裝配板塊中。如圖6-27。 圖6-27裝配組件 Figure 6-27 Assembly components 右鍵點擊制動盤組件文件編輯定義，將制動盤約束為缺省狀態(tài)。如圖6-28。 圖6-28缺省狀態(tài)制動盤 Figure 6 - 28 Default state brake disc 右鍵點擊需要裝配車橋組件文件編輯定義，點擊兩個相配合的曲面。如圖6-29。 圖6-29裝配車橋組件 Fig. 6-29 Assembly of axle 點擊新建約束命令，點擊兩個相互接觸的端面。如圖6-30。 圖6-30制動器裝配 Figure 6-30 Brake assembly 點擊新建約束命令，點擊螺栓面和螺孔使其相互配合，完成制動盤裝配。如圖6-31。 圖6-31制動盤裝配 Fig. 6-31 Brake disc assembly 6.3.2制動鉗體裝配 點擊新建命令，新建一個不使用缺省模板組件的板塊，點擊裝配命令將需要裝配的組件放入裝配板塊中。如圖6-32。 圖6-32制動鉗體裝配 Figure 6 - 32 Assembly of brake caliper body 右鍵點擊制動鉗體組件文件編輯定義，將制動鉗體約束為缺省狀態(tài)。如圖6-33。 圖6-33缺省狀態(tài)制動鉗體 Figure 6-33 default brake clamp 右鍵點擊制動塊組件文件編輯定義，將制動塊約束為缺省狀態(tài)，使活塞與制動塊相互配合構(gòu)成裝配制動鉗體的總體結(jié)構(gòu)。如圖6-34。 圖6-34塞與制動塊相互配合 Fig. 6-34 matching of plug and brake block 點擊活塞端面與制動塊背板端面，使兩個端面相接觸，在點擊制動背板中心軸線與活塞中心軸線，使活塞完全約束在制動塊上。如圖6-35。 圖6-35活塞與