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轿车制动系统的设计--学位论文.doc
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1、中北大学2014届毕业设计说明书毕业设计说明书轿车制动系统的设计班 级: 学号: 软件学院姓 名: 软件工程学 院: 郭维峰 赵俊生专 业: 指导教师: 2014年 6 月轿车制动系统的设计摘 要随着国内外轿车市场的快速发展,以及轿车数量的增加,带来的安全问题越来越引起人们的关注,而轿车制动系统是主要的安全系统之一。因此,如何开发高安全性能的制动系统以保证驾驶员的安全是我们要解决的主要问题。本说明书首先介绍了该课题的设计背景、设计意义,相关问题的研究现状以及发展动态。然后根据制动器形式的方案分析、制动驱动机构的形式选择,对制动系统进行方案论证、分析与选择,最后确定方案采用简单人力液压制动双回路
2、前后盘式制动器。除外,还根据已知的轿车相关参数,通过计算得到制动器主要参数、前后制动力矩分配系数、制动力矩和制动力以及液压制动驱动机构相关参数。最后对制动系统的性能进行详细分析。关键词:制动,制动系统,鼓式制动器,盘式制动器Car Breaking System DesignAbstractWith the rapid development of the domestic vehicle market and increasing number of vehicle ,security issues are arising from increasingly attracting. The
3、braking system is one of major safe system. So,how to design a high-breaking system, to provide protection for safe driving is the main problem that we solve.In this thesis,the exordium introduces the background significance and the achievement of the design on the subject. According to the structur
4、es,virtues and braking drum and braking disc ,we analysis,choose and demonstrate the braking system. Finally, the system adopts hydroid two-backway brake with front disc and rear disc.Besides, the thesis also introduces the designing process of front brake and rear brake,braking cylinder,parameters
5、choice of main components braking and channel settings and the analysis of brake performance.Keywords:Braking,Braking system,Braking drum,Braking disc中北大学2014届毕业设计说明书目 录1 绪论11.1 本课题研究的意义11.2 制动系统研究现状和发展动态11.3 本次制动系统应达到的目标21.4 本次制动系统设计方案22 制动系统方案论证分析与选择32.1 制动器形式方案分析32.1.1 鼓式制动器32.1.2 盘式制动器72.2 制动驱动机
6、构的机构形式选择82.2.1 简单制动系82.2.2 动力制动系82.2.3 伺服制动系92.3 液压分路系统的形式的选择102.4 液压制动主缸的设计方案113 制动系统设计计算133.1 制动系统主要参数数值133.1.1 相关主要参数133.1.2 同步附着系数的分析143.1.3 地面对前、后轮的法向反作用力143.2 制动器有关计算153.2.1 确定前后制动力矩分配系数153.2.2 制动器制动力矩的确定153.2.3 盘式制动器主要参数确定163.2.4 盘式制动器的制动力计算183.3 制动器主要零部件的结构设计194 液压制动驱动机构的设计计算20第 页 共 页4.1 前轮制
7、动轮缸直径的确定204.2 制动主缸直径的确定204.3 制动踏板力和制动踏板工作行程215 制动性能分析235.1 制动性能评价指标235.2 制动效能235.3 制动效能的恒定性235.4 制动时轿车方向的稳定性245.5 制动器制动力分配曲线分析245.6 制动减速度和制动距离S255.7 摩擦衬块的磨损特性计算266 结 论28附 录29参 考 文 献31致 谢32第 页 共 页1 绪论轿车是现代交通中使用最多、最普遍、最方便的工具。轿车制动系统是轿车底盘上的重要系统之一,它是制约轿车运动的主要装置,轿车制动装置是由制动器和制动驱动机构两部分组成,而制动器又是制系统中直接制约轿车运动的
8、一个关键装置,是轿车上最重要的安全件。轿车的制动安全性能直接影响轿车的行驶安全性。随着国内外轿车市场的快速发展和车流密度的日益增大,人们对轿车的安全性、可靠性的要求越来越关注,为了保证驾驶员的人身和车辆安全,企业必须为轿车配备十分可靠的制动系统,从而提高市场的竞争力1。1.1 本课题研究的意义大力研究开发轿车制动系统,减少驾驶员的负担和判断错误,减少交通事故,对于提高交通安全有着重要的意义。本次毕业设计题的目的为轿车制动系统设计探索。1.2 制动系统研究现状和发展动态最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力,这时的车辆的质量比较小,速度比较低,机械制动虽已满足车辆制动
9、的需要,但随着轿车自质量的增加,助力装置对机械制动器来说已显得十分必要。这时,开始出现真空助力装置。1932年生产的质量为2860kg的凯迪拉克V16车四轮采用直径419.1mm的鼓式制动器,并有制动踏板控制的真空助力装置。林肯公司也于1932年推出V12轿车,该车采用通过四根软索控制真空加力器的鼓式制动器2。随着科学技术的发展及轿车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大革新。克莱斯勒的四轮液压制动器于1924年问世。通用和福特分别于1934年和1939年采用了液压制动技术。到20世纪50年代,液压助力制动器才成为现实。20世纪80年
10、代后期,随着电子技术的发展,世界轿车技术领域最显著的成就就是防抱制动系统(ABS)的实用和推广。ABS集微电子技术、精密加工技术、液压控制技术为一体,是机电一体化的高技术产品。它的安装大大提高了轿车的主动安全性和操纵性。防抱装置一般包括三部分:传感器、控制器(电子计算机)与压力调节器。传感器接受运动参数,如车轮角速度、角加速度、车速等传送给控制装置,控制装置进行计算并与规定的数值进行比较后,给压力调节器发出指令。今天,ABS/ASR已经成为欧美和日本等发达国家轿车的标准设备。经过了一百多年的发展,现代轿车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性,将取代传统的以液压为
11、主的传统制动控制系统。同时,随着其他轿车电子技术特别是超大规模集成电路的发展,电子元件的成本及尺寸不断下降。轿车电子制动控制系统将与其他轿车电子系统如轿车电子悬架系统、轿车主动式方向摆动稳定系统、电子导航系统、无人驾驶系统等融合在一起成为综合的轿车电子控制系统,未来的轿车中就不存在孤立的制动控制系统,各种控制单元集中在一个ECU中,并将逐渐代替常规的控制系统,实现车辆控制的智能化。但是,轿车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的轿车现有及潜在的市场的吸引,各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到轿车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的
12、健全,这样装备新的制动技术的轿车就会真正应用到轿车的批量生产中。1.3 本次制动系统应达到的目标1)使轿车具有良好的制动效能和稳定性;2)制动时汽车操纵稳定性好;3)制动效能的热稳定性好。1.4 本次制动系统设计方案首先,制定出制动系统的结构方案,并选择合适的制动器部件,合理设计制动系统,利用计算机辅助绘制制动系统装配图,布置图和零件图。然后,对设计出的制动系统的各项指标进行评价和分析。最后将方案论证的结果及设计计算的结果整理,完成毕业论文。2 制动系统方案论证分析与选择2.1 制动器形式方案分析轿车制动器几乎均为机械摩擦式,即利用旋转元件和固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或
13、停车。一般摩擦式制动器按旋转元件的形状可分为鼓式和盘式两大类3。2.1.1 鼓式制动器鼓式制动器是最早形式汽车制动器,当盘式制动器还没有出现前,它已经广泛应用于各类汽车上。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄,后者则安装在制动底板上,而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半轴套管的凸缘上,其旋转的摩擦元件作为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮毂上。制动时,利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦蹄片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩,故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度
14、较小的制动带,其旋转摩擦元件为制动鼓,并利用制动鼓的外圆柱表面与制动带摩擦片的内圆弧作为一对摩擦表面,产生摩擦力矩作用于制动鼓,故又称为带式制动器。在汽车制动系中,带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器,通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构,鼓式制动器按蹄的类型分为:1) 领从蹄式制动器如图2.1所示,若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转),则蹄1为领蹄,蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转,则相应得使领蹄与从蹄也就相互对调了。这种当制动鼓正、反反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄使制动器。领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧
15、,即摩擦力矩具有增势作用,故又称为增势蹄;而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势,即摩擦力矩具有减势作用,故又称为减势蹄。增势作用使领蹄所受的法向反力增大,而减势作用使从蹄所受的法向反力减小。领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平,但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变,且结构简单,造价较低,也便于服装驻车制动机构,故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。图 2.1 领从蹄式制动器2) 双领蹄式制动器若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器,则称为双领蹄使制动器(如图2.2所示)。显然,当汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为双向领蹄式制动
16、器。如图所示,两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动,两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的,因此,两蹄对制动鼓的作用的合力恰好相互平衡,故属于平面式制动器。双领蹄式制动器有高的正向制动效能,但倒车时则变为双从蹄式,使制动效能大降,这种结构经常用于中级轿车的前轮制动器,这是因为这类汽车前进制动时,前轴的动轴荷及附着力大于后轴,而倒车时则相反。图 2.2 双领从蹄式制动器3) 双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时,两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器(如图2.3所示)。它也属于平衡式制动器。由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变,因此广泛
17、应用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前后轮,但用作后轮制动器时,则需另设中央制动用于驻车制动。图 2.3 双向双领蹄式制动器 4) 单向增力式制动器单向增力式制动器(如图2.4所示)两蹄下端以顶杆相连接,第二制动蹄支承在其上端制动地板上的支承销上,由于制动时两蹄的法向反力不能相互平衡,因此它居于一种非平衡式的制动器。单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高,且高于前述的各种制动器,但在倒车制动时,其制动效能却是最低的。因此,它用于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。图 2.4 单向增力式制动器5)双向增力式制动器将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸,其上端的支承销也
18、作为两蹄共用的,则称为双向增力式制动器(如图2.5所示)。对双向增力式制动器来说不论汽车前进制动或倒退制动,该制动器均为增力式制动器。双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多,而且常常将其作为行车制动与驻车制动功用的制动器,但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动,而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。双向增力式制动器也广泛用于汽车的中央制动器,因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高,而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温,故其热衰退问题并不突出。但由于结构问题使它在制动过程中散热和排水性能差,容易导致制动效率下降。因此,在轿车领域
19、上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本低,仍然在一些经济型车中使用,主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。图 2.5 双向增力式制动器2.1.2 盘式制动器盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。1)钳盘式钳盘式制动器按制动钳的结构形式不同可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。定钳盘式制动器:这种制动器中的制动钳固定不动,制动盘与车轮相连并在制动钳体开口槽中旋转。具有以下优点:除活塞和制动块外无其他滑动件,易于保证制动钳的刚度;结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多,容易实现鼓式制动器到盘式制动器的改革,能很好地适应多回路制动系的要求。浮钳盘式制动器:这种制动
20、器具有以下优点:仅在盘得内侧具有液压缸,故轴向尺寸小,制动器能进一步靠近轮毂;没有跨越制动盘的油道或油管,液压缸冷却条件好,所以制动液汽化的可能性小;成本低;浮动盘的制动块可兼用驻车制动。2)全盘式在全盘制动器中,摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆盘形,制动时各盘摩擦表面全部接触,其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差,其应用远远没有钳盘式制动器广泛。盘式制动器与鼓式制动器相比,有以下优点4:1)制动稳定性好;2)制动力矩与轿车运动方向无关;3)易于构成双回路,有较高的可靠性和安全性;4)尺寸小、质量小、散热好;5)制动衬块上压力均匀,衬块磨损均匀;6)更换衬块工作简单容易;7
21、)衬块与制动盘间的间隙小,缩短了制动协调时间;8)易于实现间隙自动调整。综合以上优缺点最终确定本次设计采用前后盘式制动器,且均为浮钳盘式制动器。2.2 制动驱动机构的机构形式选择根据动力源的不同,制动驱动机构可分为简单制动、动力制动及伺服制动三大类型。而力的传递方式又有机械式、液压式、气压式、气压-液压式的区别5。2.2.1 简单制动系简单制动系即人力制动系,是靠四级作用于制动踏板上或手柄上的力作为制动力源。而传力方式有机械式和液压式两种。机械式的靠杆系或钢丝绳传力,其结构简单,造假低廉,工作可靠,但机械效率低,因此仅用于中、小型汽车的驻车制动装置中。液压式的简单制动系统通常称为液压制动系,用
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