銳志制動系統(tǒng)設(shè)計說明書

1、制動系統(tǒng)課程設(shè)計 姓名:詹東東 學(xué)號:20110402226 指導(dǎo)老師:宋曉琳 2015年1月目錄目錄1一、制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值2二、 制動方案2三、 制動系統(tǒng)主要參數(shù)的確定33.1制動盤直徑D33.2制動盤厚度的選擇33.3摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R233.4摩擦襯塊工作面積33.5摩擦襯塊摩擦系數(shù)f4四、制動系統(tǒng)相關(guān)計算44.1同步附著系數(shù)的分析44.2地面對前、后輪的法向反作用力54.3制動器有關(guān)計算54.3.1確定前后制動力矩分配系數(shù)54.3.2制動器制動力矩的確定54.3.3盤式制動器的制動力計算64.3.4 應(yīng)急制動力矩74.3.5駐車制動力矩74.4襯塊磨損特性的計算84.5液

2、壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算104.5.1前輪制動輪缸直徑的確定104.5.2制動主缸直徑的確定104.6 制動踏板力和制動踏板工作行程11五、制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計125.1制動盤125.2制動鉗125.3制動塊125.4摩擦材料125.5制動輪缸12六、 設(shè)計圖紙136.1裝配簡圖136.2摩擦盤136.3摩擦襯塊14七、心得體會15參考文獻160一、制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值銳志汽車相關(guān)主要參數(shù)編號名稱符號數(shù)值單位1滿載質(zhì)量M01955kg空載質(zhì)量M1580kg2重力G19159N3質(zhì)心高（滿載）hg700mm4質(zhì)心高（空載）hg4軸距L2850 mm5質(zhì)心至前軸的距離（滿載）a1425 mm

3、6質(zhì)心至后軸的距離（滿載）b1425 mm7前軸負荷（滿載）Wf9579.5 N8后軸負荷（滿載）Wr9579.5N9輪距l(xiāng)1535mm輪胎相關(guān)參數(shù)規(guī)格235/45 R18斷面寬度（mm）235高寬比0.45輪輞直徑（mm）457.2輪胎有效半徑332.35輪胎有效半徑=輪輞半徑+（名義斷面寬度×高寬比）2、 制動方案 豐田銳志屬于運動性轎車，驅(qū)動方式為前置后驅(qū)，懸架形式為前雙叉臂、后多連桿，制動系統(tǒng)采用的是前通風(fēng)盤式、后盤式制動器。3、 制動系統(tǒng)主要參數(shù)的確定3.1制動盤直徑D制動盤直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作

4、溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70一79?？傎|(zhì)量大于2t的汽車應(yīng)取上限。 由于該轎車結(jié)構(gòu)比較緊湊這里去制動盤的直徑D為輪輞直徑的百分之70%，即D=457.2×0.70=343mm3.2制動盤厚度的選擇制動盤厚度對制動盤質(zhì)量和工作時的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得大；為了降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實心制動盤厚度可取為1020mm，通風(fēng)式制動盤厚度取為2050mm，采用較多的是2030mm。在高速運動下緊急制動, 制動盤會形成熱變形, 產(chǎn)生顫抖。為提高制動盤摩擦面

5、的散熱性能, 大多把制動盤做成中間空洞的通風(fēng)式制動盤, 這樣可使制動盤溫度降低20 %30 %。前通風(fēng)盤式，后盤式制動 ，厚度：mm，mm。3.3摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R2摩擦襯塊（如圖3-1所示）是指鉗夾活塞推動擠壓在制動盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導(dǎo)致制動力矩變化大。因為制動器直徑D等于343mm,則摩擦塊mm取，所以mm。 圖3-1 摩擦襯塊 3.4摩擦襯塊工作面積對于盤式制動器襯塊工作面積A，

6、推薦根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在范圍內(nèi)選用。選擇單個制動器A=150，則滿足要求。3.5摩擦襯塊摩擦系數(shù)f選擇摩擦片時不僅希望其摩擦系數(shù)要高些，更要求其熱穩(wěn)定性要好，受溫度和壓力的影響要小。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 0.30.5，少數(shù)可達0.7。一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于 250時，保持摩擦系數(shù)=0.350.40 已無大問題。因此，在

7、假設(shè)的理想條件下計算制動器的制動力矩。另外，在選擇摩擦材料時應(yīng)盡量采用減少污染和對人體無害的材料。所選擇摩擦系數(shù)=0.35?？偨Y(jié)得到參數(shù)如表3.4所示表3.4 制動器基本參數(shù)制動盤外徑/mm工作半徑/mm制動盤厚度/mm摩擦襯塊厚度/mm摩擦面積前輪343142.5209150后輪343142.5109150四、制動系統(tǒng)相關(guān)計算4.1同步附著系數(shù)的分析（1）當(dāng)時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力；（2）當(dāng)時：制動時總是后輪先抱死，這是容易發(fā)生后軸策劃而使汽車喪失方向穩(wěn)定性；（3）當(dāng)時：制動時汽車前后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。分析表明，汽車在同步系數(shù)

8、為的路面上制動（前后輪同時抱死）時，其制動減速度為，即q=,q為制動強度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動時，達到前輪或者后輪即將抱死的制動強度q<,這表明只有在的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。根據(jù)相關(guān)資料查出=0.7，故取=0.7。4.2地面對前、后輪的法向反作用力 若在不同附著系數(shù)的路面上，前、后輪同時抱死（不論是同時抱死或分別先后抱死），此時或。地面作用于前、后輪的法向反作用力為 （3-1） （3-2）4.3制動器有關(guān)計算4.3.1確定前后制動力矩分配系數(shù) 根據(jù)公式： （3-3） 得到： （3-4）4.3.2制動器制動力矩的確定應(yīng)急制動時，假定前后輪同時抱死拖滑，此時所需的

9、前橋制動力矩為 （3-5）式中，G為賽車重力；L為軸距；a為汽車質(zhì)心到前軸的距離；為汽車質(zhì)心的高度；為附著系數(shù)；為輪胎有效半徑。當(dāng)=0.7時，即因為=0.67 (3-6)所以4.3.3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 （3-7）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)

10、計） （3-8）式中，.因為,故，越小，則兩者差值越大。應(yīng)當(dāng)指出，若過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處得滑磨速度相差太遠，磨損不均勻，因為單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計算方法也就不適用。值一般不應(yīng)小于0.65. 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 （3-10）式中，和為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。對于前制動器 (3-11)所

11、以對于后制動器 (3-12)所以4.3.4 應(yīng)急制動力矩應(yīng)急制動時，后輪一般將抱死滑移，故后橋制動力為：此時所需的后橋制動力矩為：N.mm現(xiàn)用后輪制動器作為應(yīng)急制動器，則單個后輪制動器的制動力矩為FB2re/2=950834.57N.mm4.3.5駐車制動力矩汽車上坡停駐時，后橋附著力為：汽車在下坡停駐時，后橋附著力為：汽車可能停駐的極限上坡路傾角1，可根據(jù)后橋上的附著力與制動力矩相等的條件求得，由得是保證汽車上坡行駛的縱向穩(wěn)定性的極限坡路傾角。同理可推出汽車可能停駐的極限下坡路傾角為安裝制動器的空間，制動驅(qū)動力源等條件允許的范圍內(nèi)，應(yīng)力求后橋上上駐車制動力矩接近由所確定的極限值N.mm，并保

12、證下坡路上停駐的坡度不小于法規(guī)的規(guī)定值。4.4襯塊磨損特性的計算摩擦襯塊的磨損受溫度，摩擦力，滑磨速度，制動盤的材質(zhì)及加工景況，以及襯塊本身材質(zhì)等許多因素的影響，因此在理論上計算磨損特性極為困難。但試驗表明，影響磨損的最重要因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷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(dān)了汽車全部動能耗散的任務(wù)。此時，由于制動時間很短，實際上熱量還來不及逸散到大氣中就被制動器所吸收，致使制動器溫度升高。這就是所謂制動器的能量負荷。能量負荷越大，則襯片（襯塊）的磨損越嚴(yán)重。對于盤式制動器的襯塊，其單位面

13、積上的能量負荷比鼓式制動器襯片大許多，所以制動盤表面溫度比制動鼓的高。 各種汽車的總質(zhì)量及其制動襯片（襯塊）的摩擦面積各不相同，因而有必要用一種相對的量作為評價能量負荷的指標(biāo)。目前，各國常用的指標(biāo)是比能量耗散率，即單位時間內(nèi)襯片（襯塊）單位面積耗散的能量，通常所用的計算單位為W/mm2。比能量耗散率有時也稱為單位功負荷，或簡稱能量負荷。 雙軸汽車的單個前輪及后輪制動器的比能量耗散率分別為式中，為汽車總質(zhì)量；為汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量系數(shù)；為制動初速度和終速度（m/s）；j為制動減速度(m/s2);t為制動時間（s）；為前，后制動器襯片（襯塊）的摩擦面積（mm2）;為制動力分配系數(shù)。 在緊急制動到停車的情況

14、下，v2=0,并可認(rèn)為=1，故乘用車的盤式制動器在和的條件下，比能量耗散率應(yīng)不大于6.0W/mm2。t=27.8/6=4.63(s)<6.0W/mm2.=1.22（）<6.0W/mm2.另一個磨損特性指標(biāo)是 襯片（襯塊）單位摩擦面積的制動器摩擦力，稱為比摩擦力f0。比摩擦力越大，則磨損越嚴(yán)重。單個車輪制動器的比摩擦力為式中，為單個制動器的制動力矩；R為制動器半徑（襯塊平均半徑或有效半徑）；A為單個制動器的襯片（襯塊）摩擦面積。所以（N/mm2）滿足要求。式中，為單個制動器的制動力矩；R為制動鼓半徑（襯塊平均半徑或有效半徑）；A為單個制動器襯片（襯塊）摩擦面積。在時，鼓式制

15、動器的比摩擦力以不大于為宜。與之相應(yīng)的襯片與制動鼓之間的平均單位壓力=1.371.60（設(shè)摩擦因素=0.30.35）。這比過去一些文獻中推薦的要小，因為磨損問題現(xiàn)在已較過去受到更大程度的重視。符合要求。4.5液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算4.5.1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1012。取。 (4-2) 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、22mm、24mm、25mm、28mm、30mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm、50mm、55mm。因此取前

16、輪制動輪缸直徑為19mm.同理，后輪制動輪缸直徑。因此取后輪制動輪缸直徑為19mm.4.5.2制動主缸直徑的確定 第個輪缸的工作容積為： (4-3)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，對盤式制動器可取2.0-2.5mm.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。9所以 (4-4)主缸活塞行程和活塞直徑為 (4-5)一般=（0.81.2）。此處取=。 所以

17、 (4-6)主缸的直徑應(yīng)符合QC/T311-1999中規(guī)定的尺寸系列，具體為16mm、19mm、22mm、28mm、32mm、35mm、38mm、40mm、45mm。所以取得mm。4.6 制動踏板力和制動踏板工作行程制動踏板力為： (4-7)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=0.820.90.此處取=6，=0.88.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）。所以符合設(shè)計要求。 制動踏板工作行程為 (4-8)式中，為主缸中推桿與活塞間的間隙，一般取1.5mm2mm;為主缸活塞空行程，主缸活塞由不工作時的極限

18、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,在只應(yīng)占計及制動襯塊的容許磨損量的踏板行程的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時，應(yīng)保證踏板放開后，制動管路中仍保持0.050.14的殘余壓力。最大踏板行程，對乘用車應(yīng)不大于100150mm,此外，作用在制動手柄上最大的力，對乘用車不大于400N，制動手柄最大行程對乘用車不大于160mm。符合設(shè)計要求。五、制動器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1制動盤 制動盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr或Ni等合金鑄鐵制成。制動盤在工作時不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負荷。為了

19、改善冷卻效果，鉗盤式制動器的制動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20-30%，但盤得整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)盤的汽車制動盤，其厚度約在10-13mm之間。本次設(shè)計采用的材料為HT250。 .5.2制動鉗 制動鉗由可鍛鑄鐵KTH370-12或球墨鑄鐵QT400-18制造，也有用輕合金制造的，例如用鋁合金壓鑄。5.3制動塊 制動塊由背板和摩擦襯塊組成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘結(jié)在一起。5.4摩擦材料 制動摩擦材料應(yīng)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性要好，不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值以后摩擦系數(shù)突然急劇下降，材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水（油、制動液）率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗剪切、抗彎曲性能和耐沖擊性能，制動時應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良氣味、應(yīng)盡量采用污染小對人體無害的摩擦材料。當(dāng)前，制動器廣泛采用模壓材