鼓式制動(dòng)器畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、題目 : 轎車后輪制動(dòng)器的設(shè)計(jì)學(xué)院（直屬系）: 交通與汽車工程學(xué)院年級、 專業(yè) : 2017 級車輛工程1 TOC o 1-5 h z 摘要 4緒論 71 概述 7 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 制動(dòng)器研究現(xiàn)狀和進(jìn)展 7 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)意義 8 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 制動(dòng)器類型及方案的選擇 9 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 盤式制動(dòng)器 9鼓式制動(dòng)器

2、 9 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 制動(dòng)器型式及方案的確定 14制動(dòng)系的主要參數(shù)的選擇 15理想的前、后制動(dòng)力分配曲線 15制動(dòng)力分配系數(shù)與同步附著系數(shù)的確定 16 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 制動(dòng)力分配的合理性分析 18制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 24鼓式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定 24蹄片上力矩的計(jì)算 26 HYPERLINK l bookmark178 o Current Document 制動(dòng)器效能因數(shù) 32 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document

3、 制動(dòng)器制動(dòng)力的計(jì)算 32 HYPERLINK l bookmark213 o Current Document 駐車制動(dòng)的計(jì)算 33 HYPERLINK l bookmark229 o Current Document 摩擦片磨損特性的計(jì)算 35 HYPERLINK l bookmark231 o Current Document 比能量耗散率的計(jì)算 35 HYPERLINK l bookmark269 o Current Document 制動(dòng)蹄支承銷剪切應(yīng)力的計(jì)算 37 HYPERLINK l bookmark293 o Current Document 制動(dòng)效能的評價(jià) 39 HYPER

4、LINK l bookmark295 o Current Document 制動(dòng)減速度 39 HYPERLINK l bookmark303 o Current Document 制動(dòng)距離 39 HYPERLINK l bookmark319 o Current Document 制動(dòng)效能的穩(wěn)定性 40液壓操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 41工作輪缸的工作容積 41 HYPERLINK l bookmark330 o Current Document 制動(dòng)主缸的工作直徑與工作容積 41 HYPERLINK l bookmark340 o Current Document 制動(dòng)踏板力與制動(dòng)踏板行程的校核 41鼓

5、式制動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì) 43設(shè)計(jì)變量 43目標(biāo)函數(shù)的建立 43建立約束函數(shù) 43 HYPERLINK l bookmark393 o Current Document 優(yōu)化求解 44 HYPERLINK l bookmark395 o Current Document 優(yōu)化結(jié)果 45制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 47 HYPERLINK l bookmark400 o Current Document 摩擦襯片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 48制動(dòng)底板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 48支承形式的設(shè)計(jì) 49制動(dòng)輪缸 49蹄與鼓之間的間隙調(diào)整裝置 49 HYPERLINK l bookmark4

6、02 o Current Document 結(jié)論 51 HYPERLINK l bookmark404 o Current Document 總結(jié)與體會(huì) 52 HYPERLINK l bookmark406 o Current Document 致謝 53 HYPERLINK l bookmark408 o Current Document 參考文獻(xiàn) 54 HYPERLINK l bookmark410 o Current Document 附錄一 55 HYPERLINK l bookmark412 o Current Document 附錄二 57轎車后輪制動(dòng)器的設(shè)計(jì)摘要制動(dòng)系的功能是使汽

7、車減速停車，在下坡行駛時(shí)穩(wěn)定車速以及使汽車能可靠地駐留在平地或一定角度的坡道上。同時(shí)汽車制動(dòng)系直接影響著汽車的安全性能， 而制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)重要組成部分，為此如何開發(fā)出高性能的制動(dòng)器是提高主動(dòng)安全性能的關(guān)鍵。本文首先對各種制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和制動(dòng)性能作了簡要闡述， 隨后根據(jù)給定車型的整車參數(shù)和技術(shù)要求，將鼓式制動(dòng)器作為設(shè)計(jì)對象并確定了鼓式制動(dòng)器基本參數(shù)；緊接著對鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了計(jì)算和對其主要零部件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。最后運(yùn)用三維建模軟件CATIA和制圖軟件AutoCAD分別建立了鼓式制動(dòng)器的三維模型和工程圖；并通過仿真軟件MATLAB對鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)性能進(jìn)行了優(yōu)化。關(guān)鍵詞： 優(yōu)化，鼓式制動(dòng)器，制

8、動(dòng)性能，設(shè)計(jì)整車性能參數(shù)整車性能參數(shù)驅(qū)動(dòng)形式：4 2長寬高：3800 1695 1545軸距：2460mm輪距前/ 后： 1429/1422mm整備質(zhì)量/ 滿載質(zhì)量：1150kg/1550kg汽車滿載時(shí)質(zhì)心離前軸的距離a =1060mm，質(zhì)心離后軸的距離b =1200mm汽車空載時(shí)質(zhì)心離前軸的距離a =880mm，質(zhì)心離后軸的距離b =1380mm汽車質(zhì)心高度：空載h g =530mm滿載/hg =520mm最高車速：180km/h TOC o 1-5 h z 最大爬坡度：35最小轉(zhuǎn)向半徑：9m最大功率/ 轉(zhuǎn)速：74/5800KW/rpm最大轉(zhuǎn)矩/ 轉(zhuǎn)速：150/4000N.m/rpm輪胎型號

9、：185/60R14T最大地面附著系數(shù)：0.81 緒論 1概述汽車的行車制動(dòng)性能是汽車行車安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。然而， 制動(dòng)器又是制動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分。制動(dòng)器時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)時(shí)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是作用產(chǎn)生制動(dòng)力矩阻礙車輛運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢。目前汽車所裝制動(dòng)器可分為兩種型式，即鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器。對于鼓式制動(dòng)器而言，在制動(dòng)的過程中固定在制動(dòng)底板上，且位于制動(dòng)鼓內(nèi)部的弧形制動(dòng)蹄在促動(dòng)力的作用下，使制動(dòng)蹄的圓弧面壓緊在旋轉(zhuǎn)著的制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)，從而產(chǎn)生摩擦力矩使汽車減速度或停車。盤式制動(dòng)器是由制動(dòng)盤制動(dòng)鉗組成。在制動(dòng)時(shí)，由促動(dòng)裝置促動(dòng)制動(dòng)塊使制動(dòng)塊和制動(dòng)盤側(cè)端面緊貼，以阻礙制動(dòng)盤運(yùn)動(dòng)，而使汽車制動(dòng)。汽車在行車

10、制動(dòng)過程中，整車軸荷會(huì)向前轉(zhuǎn)移，前軸載荷會(huì)達(dá)到整車載荷的70% 80%之多。由于在相同尺寸和質(zhì)量的制動(dòng)器中盤式制動(dòng)器輸出的制動(dòng)力較大， 從節(jié)省安裝空間和減少非簧載質(zhì)量來考慮，將盤式制動(dòng)器裝于前輪較為合適。后輪制動(dòng)器除了有行車制動(dòng)功能之外，還有駐車制動(dòng)的功能。若要使盤式制動(dòng)器具有駐車制動(dòng)的功能，這樣會(huì)使其結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜。考慮到工藝性和經(jīng)濟(jì)性常將盤式制動(dòng)器用于前輪，鼓式制動(dòng)器則常裝于后輪。近些年來，由于盤式制動(dòng)器的各種優(yōu)良性能的突出體現(xiàn)，同時(shí)由于鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)問題使制動(dòng)效率受外界因素影響較大。所以鼓式制動(dòng)器主要用于抵擋乘用車。 目前鼓式制動(dòng)器在我國乘用車中已經(jīng)退出前輪制動(dòng)，但仍然應(yīng)用于大部分商用

11、車。制動(dòng)器研究現(xiàn)狀和進(jìn)展從發(fā)展歷程來看，汽車鼓式制動(dòng)器行業(yè)的發(fā)展是由整車業(yè)帶動(dòng)發(fā)展起來的；從技術(shù)水平上來看，汽車鼓式制動(dòng)器行業(yè)滯后于整車行業(yè)，并不具備超前于整車技術(shù)的條件。因此， 我國汽車鼓式制動(dòng)器行業(yè)的發(fā)展規(guī)模取決于汽車整車業(yè)的發(fā)展規(guī)模與速度。長期以來，為了發(fā)揮鼓式制動(dòng)器的優(yōu)勢，各汽車行業(yè)都將鼓式制動(dòng)器的工作過程和性能計(jì)算分析作為研究的主要任務(wù)。當(dāng)前制動(dòng)器的設(shè)計(jì)主要包括制動(dòng)器各種性能的預(yù)測和制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為此開發(fā)了制動(dòng)器仿真分析軟件和專用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件?，F(xiàn)階段對鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)主要采用多體力學(xué)仿真軟件，建立鼓式制動(dòng)器制動(dòng)器效能因數(shù)的非線性動(dòng)力學(xué)仿真模型，建立模型時(shí)間短，在計(jì)算機(jī)上即可仿

12、真求解。制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先應(yīng)該考慮系統(tǒng)的約束條件；其次再根據(jù)系統(tǒng)的約束條件來確定所設(shè)計(jì)制動(dòng)器的類型。最后對制動(dòng)器仿真，通過可視化界面將數(shù)據(jù)庫與仿真軟件結(jié)合，為整車制造廠提供簡潔方便的服務(wù)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)意義汽車的行車制動(dòng)性能是汽車行車安全性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。所以在當(dāng)前形勢下， 如何開發(fā)出具有良好制動(dòng)效能和高可靠性的制動(dòng)系統(tǒng)至關(guān)重要。制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，駕駛員通過制動(dòng)踏板和一系列傳力介質(zhì)將力傳至制動(dòng)輪缸， 制動(dòng)輪缸向制動(dòng)蹄施加促動(dòng)力使蹄片和制動(dòng)鼓緊密貼合而產(chǎn)生制動(dòng)力矩，來是汽車制動(dòng)的?，F(xiàn)代汽車幾乎采用的是摩擦式制動(dòng)器，對于制動(dòng)器來講如何獲得較高的制動(dòng)效能及制動(dòng)效能穩(wěn)定性，才是設(shè)計(jì)制動(dòng)器的關(guān)鍵

13、，亦是保證行車安全性能的保障。因此如何改進(jìn)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)，使制動(dòng)器具有優(yōu)良的制動(dòng)性能，對于汽車行駛安全性具有重大意義。2.2 2.2 鼓式制動(dòng)器2 制動(dòng)器類型及方案的選擇一般制動(dòng)器都是通過其中的固定元件對旋轉(zhuǎn)零件施加制動(dòng)力矩；使旋轉(zhuǎn)零件轉(zhuǎn)速降低，同時(shí)依靠車輪與路面的附著作用，產(chǎn)生地面制動(dòng)力以使汽車減速摩擦式制動(dòng)器主要分為盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤是摩擦副中的旋轉(zhuǎn)零件，工作面是金屬盤的兩側(cè)端面【 1】 。 制動(dòng)鉗是由裝在橫跨制動(dòng)盤兩側(cè)的鉗形支架中的制動(dòng)塊和促動(dòng)裝置組成，制動(dòng)塊是由工作面積不大的摩擦塊和金屬背板組成【 1】。每個(gè)制動(dòng)器一般有2 4 個(gè)制動(dòng)塊。盤式制動(dòng)器有鉗盤式和全盤式兩大

14、類。全盤式盤式制動(dòng)器全盤式制動(dòng)器是由制動(dòng)盤、摩擦片和金屬背板組成。盤式制動(dòng)器在工作時(shí)，制動(dòng)盤的整個(gè)圓面都會(huì)與摩擦片接觸。由于這類制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和性能的特殊性，一般很少用作車輪制動(dòng)器。鉗盤式制動(dòng)器定鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗完全固定安裝在車橋左、右兩外緣端面上。為了能使制動(dòng)器能產(chǎn)生制動(dòng)力矩，則必須在制動(dòng)盤兩側(cè)裝設(shè)可在制動(dòng)盤軸向浮動(dòng)的促動(dòng)裝置， 以便分別將兩側(cè)的制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤。浮鉗盤式制動(dòng)器又可分為滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器和擺動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器兩類。盤式制動(dòng)器特點(diǎn)盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器相比，有如下優(yōu)點(diǎn)制動(dòng)器效能對摩擦因數(shù)依賴程度較小，所以制動(dòng)效能穩(wěn)定性好。浸水后效能降低不大，而且只需經(jīng)一兩次制動(dòng)就可恢復(fù)正常。以較小

15、的體積和質(zhì)量，可輸出較大的制動(dòng)力或制動(dòng)力矩，有利于減輕整車質(zhì)量和節(jié)約安裝空間。制動(dòng)盤沿厚度方向上的熱膨脹量小，在制動(dòng)過程中不會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過大 【 1】 。容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整，其他維修作業(yè)也較方便。2.2.1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器等 促動(dòng) 力 制動(dòng) 器制 動(dòng)時(shí) 的制 動(dòng) 蹄受 力分 析簡 圖1-領(lǐng) 蹄2-止 擋板3-從 蹄 4-制 動(dòng)鼓5-制動(dòng) 輪缸圖 2-1圖 2-1 所示為領(lǐng)、從蹄式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)制動(dòng)蹄的受力分析簡圖。輪缸中有兩個(gè)直徑相等的活塞，并且都可以在缸內(nèi)軸向浮動(dòng)，制動(dòng)時(shí)兩個(gè)活塞分別對兩個(gè)制動(dòng)蹄施加的推力大小相等，所以又被稱為等促動(dòng)力制動(dòng)器。即如圖 2-1 所示情況，當(dāng)制動(dòng)蹄片繞支承點(diǎn)

16、旋轉(zhuǎn)的方向與制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，制動(dòng)蹄片會(huì)對制動(dòng)力矩起增勢作用，這樣的制動(dòng)蹄被稱為領(lǐng)蹄。當(dāng)制動(dòng)蹄片繞支承點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的方向與制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，制動(dòng)蹄片會(huì)對制動(dòng)力矩起減勢作用，這樣的制動(dòng)蹄被稱為從蹄。在汽車倒車制動(dòng)過程中由于車輪旋轉(zhuǎn)方向會(huì)反向，領(lǐng)蹄和從蹄會(huì)改變屬性，但是制動(dòng)器仍然具有領(lǐng)蹄和從蹄各一個(gè)，所以制動(dòng)效能不會(huì)發(fā)生變化。領(lǐng)、從蹄式制動(dòng)器由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，領(lǐng)蹄和從蹄所受到的摩擦力矩是不一樣的，領(lǐng)蹄上的摩擦力矩大約是從蹄的2 2.5 倍。顯然領(lǐng)蹄摩擦片的磨損速度比從蹄快很多，所以有些制動(dòng)器的領(lǐng)蹄摩擦片會(huì)比從蹄摩擦片厚一些。這樣的制動(dòng)蹄不具有互換性。單向雙領(lǐng)蹄式和雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)

17、器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)蹄受力分析簡圖1-制動(dòng)鼓2-支撐銷3-制動(dòng)輪缸4-制動(dòng)蹄5-回位彈簧圖 2-2單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器，每一個(gè)制動(dòng)蹄都配裝有一個(gè)制動(dòng)鼓輪缸。兩套制動(dòng)蹄、輪缸、支撐銷在制動(dòng)底板上的布置形式是關(guān)于圓心中心對稱布置。兩個(gè)輪缸與同一根油管相連，已達(dá)到兩輪缸的油壓相等。由于前進(jìn)時(shí)，兩蹄都是領(lǐng)蹄，所以制動(dòng)效能比領(lǐng)從蹄式高；而在倒車制動(dòng)時(shí)兩個(gè)蹄片均是從蹄，制動(dòng)效能低于領(lǐng)、從蹄式制動(dòng)器。雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)蹄受力分析簡圖1-制動(dòng)鼓2-回位彈簧3-制動(dòng)輪缸4-制動(dòng)蹄圖 2-3若將兩個(gè)制動(dòng)蹄片的四個(gè)端面都與制動(dòng)輪缸活塞接觸，無論是汽車前進(jìn)制動(dòng)還是倒車制動(dòng)，都能使兩蹄片處于增勢狀態(tài)。那么這樣的制動(dòng)

18、器就被稱為為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)也是成對設(shè)計(jì)的，這些結(jié)構(gòu)既是按中心對稱布置又是按軸對稱布置的。由于制動(dòng)蹄的兩端都支承在活塞端部，所以所有支點(diǎn)都是浮動(dòng)的。雙從蹄式制動(dòng)器FFN1雙從蹄式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)蹄受力分析簡圖1-制動(dòng)鼓2-支撐銷3-制動(dòng)輪缸4-制動(dòng)蹄5-回位彈簧圖 2-4從圖 2-4 上易看出，雙從式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)與雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器很相似，對于雙從式制動(dòng)器來說，它可由雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器中一個(gè)制動(dòng)蹄的支承點(diǎn)與另一個(gè)制動(dòng)蹄的促動(dòng)輪缸交換位置而得到。雖然雙從蹄式制動(dòng)器前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很差，但制動(dòng)效能受摩擦因數(shù)變化的影響較小，所以制動(dòng)效能穩(wěn)定性良好。因此仍然有少數(shù)汽車采用。增力

19、式制動(dòng)器單向自增力式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)原理及制動(dòng)蹄的受力情況如圖2-5 所示。支撐銷裝在制動(dòng)器上方，制動(dòng)器不工作時(shí)，兩蹄上端借各自的復(fù)位彈簧的拉力拉靠在支撐銷 4上。而前、后制動(dòng)蹄的下端分別支撐在浮動(dòng)的可調(diào)杠桿6的左右兩端。雖然自增力式制動(dòng)器在制動(dòng)鼓尺寸和摩擦因數(shù)相同的情況下，制動(dòng)效能在所有制動(dòng)中是最好的，但是在倒車制動(dòng)時(shí)，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得它的制動(dòng)效能雙從蹄式制動(dòng)器的制動(dòng)效能還要低。單向自增力式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)蹄受力分析簡圖1-第一制動(dòng)鼓2-第二制動(dòng)蹄3-制動(dòng)鼓4-支撐銷5-制動(dòng)輪缸6-可調(diào)頂桿圖 2-5雙向自增力式制動(dòng)器是采用的雙活塞式制動(dòng)輪缸，如圖2-6 所示，雙活塞式制動(dòng)輪缸的兩活塞同時(shí)

20、向兩蹄頂端施加大小相等的推力，從示意圖中可以看出無論是汽車在前進(jìn)制動(dòng)時(shí)還是在倒車制動(dòng)時(shí)雙向自增力式制動(dòng)器均能起到雙向自增力的效果。自增力式制動(dòng)器的制動(dòng)效能受摩擦因數(shù)變化的影響很大，所以制動(dòng)效能穩(wěn)定性較差；此外，自增力式制動(dòng)器在一些特殊的情況下制動(dòng)力矩增長很快，會(huì)導(dǎo)致磨損加劇，從而縮短制動(dòng)器的使用壽命。雙向自增力式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)蹄受力分析簡圖1-前制動(dòng)蹄2-頂桿3-后制動(dòng)蹄4-輪缸5-支撐銷2-62.3 制動(dòng)器型式及方案的確定雖然自增力式的制動(dòng)效能最高，但是其造價(jià)高工藝復(fù)雜，而且制動(dòng)效能穩(wěn)定性差， 目前應(yīng)用的較少；雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器和雙從蹄式制動(dòng)器在布置液壓管路方面比較簡單方便。最后說到領(lǐng)、從蹄

21、式制動(dòng)器，該制動(dòng)器是最先被開發(fā)出來的，經(jīng)過多年的經(jīng)驗(yàn)積累，技術(shù)成熟；雖然制動(dòng)效能和穩(wěn)定性居于中游，但是結(jié)構(gòu)簡單，目前被各類車型廣泛應(yīng)用。由上面分析，本次所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器是用于轎車后輪的領(lǐng)、從蹄式制動(dòng)器，該制動(dòng)器兼作駐車制動(dòng)。3 制動(dòng)系的主要參數(shù)的選擇3.1 理想的前、后制動(dòng)力分配曲線在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力，并且前、 后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力【即F1 F2 GF 13 制動(dòng)系的主要參數(shù)的選擇3.1 理想的前、后制動(dòng)力分配曲線在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力，并且前、 后

22、輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力【即F1 F2 GF 1F z1（ 3-1 ）F 2F z2在不同附著系數(shù)的路面上制動(dòng)，前、后輪都抱死（無論是同時(shí)抱死或分別先后抱死）時(shí)，地面作用于前、后輪的法向反作用力為F z1F z2G(bhg)LG(ahg)L3-2)3-1 ）和（3-2）得F1 F2 GF 1bhgF 2ahg3-3)F21G b24hgL2 hgGGbF1(hg2F 1)3-4)式（ 3-4 ）畫出的曲線，即為理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力發(fā)分配曲線，簡 稱 I 曲線。3-13-1I 曲線一般可以用作圖法求得。先將式（3-3 ）的第一式按不同的值畫在上圖中，所得到的是一簇與坐標(biāo)軸成45

23、的平行線，接著再對（3-3 ）第二式以不同的值畫在上圖中；得到一簇通過原點(diǎn)斜率不等的直線。對于這兩組直線來說，對于同一個(gè)，均可找到兩條直線，這兩條直線的交點(diǎn)能同時(shí)滿足（3-3）兩式中F 2和 F 1的關(guān)系的點(diǎn)。將這些相同值的兩直線的交點(diǎn)逐一連接起來便得到了如圖3-1 所示的 I 曲線。I 曲線是在任何路面，任何工況下都能使汽車前后、輪同時(shí)抱死的曲線。由分析易知，車輪同時(shí)抱死時(shí)F 1 Fxb1 F 1 ， F 2 Fxb2 F 2，所以I 曲線也是同時(shí)抱死時(shí)前、后車輪地面附著力的關(guān)系曲線。同時(shí)進(jìn)一步指出，在不同附著系數(shù)的路面上行駛時(shí)只有滿足I 曲的前、 后制動(dòng)氣制動(dòng)力分配關(guān)系，才能使汽車前、后車

24、輪同時(shí)抱死，較好的利用附著條件。制動(dòng)力分配系數(shù)與同步附著系數(shù)的確定在實(shí)際制動(dòng)過程中，通常前后、制動(dòng)力分配不可能按I 曲線分配；所以絕大多數(shù)汽車的前、后制動(dòng)力分配值是固定的。一般把前輪制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)器制動(dòng)力的比值來表示分配關(guān)系，該比例系數(shù)被稱為制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，以符號 表示，即通過前、后制動(dòng)器制動(dòng)力與總制動(dòng)力的關(guān)系，不難得出以下關(guān)系式F1F3-5)F1F213-6)在圖 3-2 中 線與 I 曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù)稱之為同步附著系數(shù)0。對于具有固定比值的汽車來說，只有在該附著系數(shù)的路面上制動(dòng)才能達(dá)到同時(shí)抱死。由由式（ 3-3）和（3-6）可得同步系數(shù)計(jì)算公式Lbhg3-7)本次設(shè)計(jì)中

25、取滿載時(shí)同步附著系數(shù)00 . 8將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入（3-7）得0.715F則， F 1 2.51F2根據(jù)公式（3-7 ） ，求得空載工況下的同步附著系數(shù)L b 2260 0.715 13800.45hg5303-2制動(dòng)力分配的合理性分析利用附著系數(shù)和制動(dòng)效率前、后制動(dòng)力呈固定比值的汽車只有在同步附著系數(shù)的路面上才能達(dá)到前、后輪同時(shí)抱死的工況。在同步附著系數(shù)之外的路面上制動(dòng)時(shí)，車輪抱死之前的制動(dòng)強(qiáng)度是小于地面附著系數(shù)的。由此可以得出結(jié)論：在制動(dòng)強(qiáng)度小于地面附著系數(shù)的路面上，任何車輪都不會(huì)發(fā)生抱死現(xiàn)象。為了便于分析上述觀點(diǎn)，下面介紹利用附著系數(shù)（又稱為被利用的附著系數(shù)）這一概念，定義為（ 3-8）利用

26、附著F Xbii（ 3-8）利用附著制動(dòng)力分配線通常用利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線來評價(jià)。系數(shù)越接近制動(dòng)強(qiáng)度線，就表明地面附著條件利用的越充分。制動(dòng)力分配的合理化最理想的情況是利用附著系數(shù)和制動(dòng)強(qiáng)度相等；并且前、 后輪制動(dòng)力分配曲線與利用附著系數(shù)曲線是一一對應(yīng)的，即具有理想制動(dòng)力的汽車，其利用附著系數(shù)就是對角線（z ） 。3-9 ）還可得出利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的之間關(guān)系曲線。F Xb1z13-9)F Z1L1 (bzhg3-9)F Xb1 (1 )zF Z1L1 (azhg)式中，和 分別表示前、后軸的利用附著系數(shù)。fr圖 3-3圖 3-3由利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)系曲線可以看出，無論

27、是在滿載還是空載的都是前輪先于后輪抱死；并且各種工況下利用附著系數(shù)與制動(dòng)強(qiáng)度的關(guān)z 的 45 對角對前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的要求根據(jù)ECE制動(dòng)法規(guī)，為了保證制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性和足夠的制動(dòng)效率，對于 0.2 0.8之間的各種車輛，要求制動(dòng)強(qiáng)度z 0.1 0.85(0.2)圖 3-4由 ECE R13法規(guī)轎車的制動(dòng)力分配圖可以明確看出，轎車滿載工況下，前、z 0. 10. 85（0. 2） 所確定直線下方，即滿足z 0. 10. 85(0. 2)通過上面的討論和分析前后制動(dòng)器制動(dòng)力分配是合理的。3.3.3 制動(dòng)過程的分析及所需要最大制動(dòng)器制動(dòng)力的確定當(dāng)前輪抱死時(shí)（Gb F Xb hg ）F X

28、b1 F Z1 （ L L ）由于F Xb1 F Xb1 F Xb2由（ 3-10 ）和（3-11 ）得LhgGbF Xb2F Xb1hghg3-10)3-11 )3-12)f 線組。式（ 3-12）就是在前輪抱死的情況下，前、后地面制動(dòng)力的關(guān)系式（上式在。將式（ 3-12）按不同的值畫在圖3-5 便得到3-5F Xb2hgGaL hgF Xb1F Lhg3-13)3-5 的各交點(diǎn)便得到前面所討論的I 曲線。本次所設(shè)計(jì)的轎車后輪制動(dòng)器是要保證能在地面最大附著系數(shù)0.8 的本次所設(shè)計(jì)的轎車后輪制動(dòng)器是要保證能在地面最大附著系數(shù)路況上安全制動(dòng)。要使其可靠制動(dòng)，則所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器必須滿足：所產(chǎn)生的制動(dòng)

29、器制動(dòng)力足夠提供，汽車以滿載工況行駛在最大地面附著系數(shù)0. 8 的路況 下，制動(dòng)時(shí)所需要的所需要的最大制動(dòng)器制動(dòng)力。由圖 3-6 ，開始時(shí)，前、后車輪均未抱死，所以前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分別等0.8于各自的地面制動(dòng)力并都按 線線性增長。當(dāng)增長到B 點(diǎn)時(shí)， 線與的r 線和 f 線同時(shí)相交，故此時(shí)前、后車輪同時(shí)抱死。當(dāng)過B 點(diǎn)以后，制動(dòng)器制動(dòng)力仍然隨著踏板力的加而線性增長；但F Xb1 ，F(xiàn)Xb2 不再隨 線性增長，而是保持在 B點(diǎn)不變。在B點(diǎn)之前（包括B點(diǎn)） ，始終有 FXb1 F 1 ， F Xb2 F 2。當(dāng)?shù)竭_(dá)B點(diǎn)時(shí)，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力達(dá)到最大。所以B點(diǎn)（當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力超過B 點(diǎn)繼續(xù)增加，地面

30、制動(dòng)力已不再增長，此時(shí)的制動(dòng)器制動(dòng)力已無意義）即為本次所設(shè)計(jì)后輪制動(dòng)器所需要的制動(dòng)器制動(dòng)力。制動(dòng)全過程中各制動(dòng)力關(guān)系也可由3-7 簡單表示。3-6該轎車滿載時(shí)在0. 8(地面附著系數(shù)等于同步附著系數(shù))的路況上前、 后輪制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器所需要產(chǎn)生的最大制動(dòng)力為F 1max GL (bhg)8689.22NF 2max F 1max / 2.513462.78NM 1maxGL (bhg) reM 2max M 1max / 2.51r e 為車輪滾動(dòng)半徑根據(jù)輪胎型號查GB/T 2978 2008得 re 281mm，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得M 1max GL (bhg) re 2441.67N.mM 2ma

31、x M 1max / 2.51973.04N.m3-73-74 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算鼓式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定制動(dòng)鼓內(nèi)經(jīng)D從提高制動(dòng)效能和增強(qiáng)散熱能力出發(fā)，在設(shè)計(jì)過程中希望直徑越大越好。但又受到輪輞內(nèi)徑的限制；同時(shí)由于直徑的增大，使其本身的質(zhì)量也會(huì)增加，使汽車的非懸掛質(zhì)量增加而影響汽車行駛的平順性。為了便于散熱，制動(dòng)器制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)預(yù)留20 30mm的間隙。對轎車而言一般取D/Dr=0.64 0.74對貨車和客車而言一般取D/Dr=0.70 0.83所定轎車車型輪胎型號為：185/60R14T由輪胎型號易知輪輞直徑Dr=14 25.4=355.60mm制動(dòng)鼓直徑取值范圍D=355.60 （0.6

32、4 0.74）=227.58 263.14mm下表中國制動(dòng)鼓內(nèi)徑均符合QC/T309-1999制動(dòng)鼓直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列的規(guī)定表 1-1 制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑（摘自汽車工程手冊設(shè)計(jì)篇）輪輞直徑（in ）121314151620/22.5制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑（ mm）轎車180200240260貨車 /客車220240260300320420綜上所述，制動(dòng)鼓內(nèi)徑：D=240mm制動(dòng)鼓厚度n制動(dòng)鼓一般是由灰鑄鐵鑄造而成。在保證制動(dòng)鼓與輪輞之間的間隙的前提下， 為了保證制動(dòng)器具有較大的剛度和熱容量應(yīng)使其有足夠的厚度，對于轎車而言， 其厚度約為7 12mm。 其周邊還有環(huán)向加強(qiáng)筋以增強(qiáng)剛度，熱容量和散熱性，

33、一遍經(jīng)過2 4 次大修之后仍有足夠的剛度。故制動(dòng)鼓厚度選取n=10mm摩擦襯片的寬度b和包角摩擦襯片的包角 一般在90o 120 o范圍內(nèi)選取。如果包角過小會(huì)使摩擦襯片上單位壓力過高加速摩擦襯片磨；而過大又不利于散熱。經(jīng)實(shí)踐驗(yàn)證襯片包角 =90o 100 o時(shí)，襯片磨損最小，制動(dòng)溫度也比較低且制動(dòng)效能最高。故摩擦襯片包角選取 =100 o摩擦襯片寬度b 可由公式A=R b（ 為弧度）進(jìn)行初步選擇，A為襯片的摩擦面積A應(yīng)滿足表1-2 要求。表 1-2 襯片摩擦面積汽車類別汽車總質(zhì)量ma/t單個(gè)制動(dòng)器總的襯片摩擦面積A/cm2乘用車0.9 1.5100 2001.5 2.5200 300商用車1.

34、0 1.5120 2001.5 2.5150 250（多為150 250）2.5 3.5250 4003.5 7.0300 6507.0 12.0550 100012.0 17.0600 1500（多為600 1200）選取 b=50則2A 2R b 2 120 10050/100 209.44cm2180根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，一般襯片的寬度與制動(dòng)鼓內(nèi)徑之比b/D 為 0.16 0.26。0.16b/D=50/240=0.210.26符合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，故摩擦襯片寬度取b=50mm制動(dòng)器中心到蹄片張開力p作用線的距離e在保證制動(dòng)輪缸不與其它部件不發(fā)生干涉的條件下，e 值越大越好。初步設(shè)計(jì)階段可取e=0.8R

35、。故 e 可初步取為e=0.8R=0.4D=0.4 240=96mm摩擦片的起始角90/2通常是將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央位置并使0 90/ 。有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點(diǎn)對稱布置以改善制動(dòng)性能和磨損的均勻性。故摩擦片的起始角可取0 90/2 90100 /2 40制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置坐標(biāo)a 和 c在保證兩蹄支承端毛面不致于相互干涉的前提下盡可能加大a減少c初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫定為a=0.8R制動(dòng)蹄支承點(diǎn)位置a 和 c 可初步取為a=0.8*R=0.4*D=0.4 240=96mmc=0.2*R=0.1*D= 24mm蹄片上力矩的計(jì)算本次所設(shè)計(jì)的的鼓式制動(dòng)器的類型是支承銷支承

36、的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。由于制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)和所產(chǎn)生的摩擦力對制動(dòng)器因數(shù)影響很大，而研究制動(dòng)在研究制動(dòng)蹄摩擦面上蹄摩擦面上壓力的分布規(guī)律可以很好地分析制動(dòng)器因數(shù)。 壓力的分布規(guī)律時(shí)，通常做一下假設(shè)：在研究制動(dòng)蹄摩擦面上制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄為絕對的剛形體；在促動(dòng)力的作用下，變形只發(fā)生在摩擦襯片上；壓力與變形只遵循胡克定律。徑向壓力分布規(guī)律y圖 4-1 y圖 4-1 繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)的蹄的徑向變性分析由圖 4-1 易知AB O A由于制動(dòng)鼓為剛性體會(huì)阻止制動(dòng)蹄的運(yùn)動(dòng)，則其徑向分量位移將會(huì)受到壓縮，徑向壓縮為AC AB cosAC O A cos4-1 中的幾何關(guān)系可以很容易得出O Acos O D O O

37、sinAC O O sin蹄片上任意一點(diǎn)處壓力可以寫成p1pmax sinpmax 壓力分布不均勻時(shí)蹄片上的最大壓力由上式，易知其最大壓力在o o 連線呈 90 度的徑向線上。在長度方向上壓力分布不均的程度，可用不均勻系數(shù) 評價(jià)pmax / pfp f 假想壓力分布均勻時(shí)的平均壓力制動(dòng)蹄片上的制動(dòng)力及制動(dòng)力矩由于本次所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器的類型是支承銷支承的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，它的制動(dòng)蹄只具有一個(gè)自由度。對于只有一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄力矩的計(jì)算采取微元法。在摩擦片上取一段微元面積，讓其位于角內(nèi)。由制動(dòng)鼓作用在所取微元面積上的法向力為d F 1 pbRd pmaxbRsin d（ 4-1）而摩擦力 fd F1

38、產(chǎn)生的制動(dòng)力矩為d M t1 d F1 fRpmax bR2 f sin d在由 到 區(qū)段上積分上式得到M t1pM t1pmaxbR2f(coscos )4-2)若制動(dòng)襯片上壓力分布均勻時(shí)，有dF1y14-2 制動(dòng)力矩計(jì)算簡圖4-3 張開力計(jì)算簡圖bRfd pfM若制動(dòng)襯片上壓力分布均勻時(shí)，有dF1y14-2 制動(dòng)力矩計(jì)算簡圖4-3 張開力計(jì)算簡圖bRfd pfMt1 pfbR2f ()4-2 ）和（4-3 ）能計(jì)算出不均勻系數(shù)為Fx4-3)()(cos cos )雖然上兩式能計(jì)算出制動(dòng)力矩，但p f 卻不易求得；所以在實(shí)際計(jì)算過程中通常用 F 0來計(jì)算制動(dòng)力矩比較簡捷。增勢蹄所產(chǎn)生的制動(dòng)力

39、矩為M t1 f F1R14-4)式中， F1 為增勢蹄的法向合力；R1 為摩擦力fF 1的作用半徑。為求得張開力F01 與法向合力F1 的關(guān)系式，可寫出制動(dòng)蹄上力的平衡方程式F01 cos 0 F x F 1（cos 1 f sin 1）0（ 4-5）F01 F xC f R1F10式中，1 為 x1 軸和力 F 1 的作用線的夾角；F x為支承反力在x1軸上的投根據(jù)式（4-4）和式（4-5）得Fh F 011 c （cos 1 f sin 1）f R1對于緊蹄，其制動(dòng)力矩為M t1hF01 f R1c (cos 1 f sin 1) f R1F 01 D 1對于松蹄，其制動(dòng)力矩也能類似表示

40、為M t2h F 02 f R2F 02 D 2c (cos 2 f sin 2)f R2(4-6)為計(jì)算1 、2 、 R1 、R2 值，必須求出法向力F 及其分量。沿著相應(yīng)的軸線作用有d F x和 d F y，它們的合力為d F 。根據(jù)式（ 4-1 ）有2Fx dF sinpmaxbRsin dpmaxbR(2 sin 2sin2)4FydF cospmaxbR sin cos dpmax bR(cos 2cos2 )4所以有F y(cos2 cos2 )arctan( ) arctanFx(2 sin2 sin2 )40carctan式中，,180a根據(jù)式( 4-2)和式( 4-4) ，并

41、考慮到22F1 Fx FyR14R(cos cos )R1(cos2 cos2 )2 (2 sin2 sin2 )2角度分別都相同。很顯然兩蹄片的和作用半徑R1 也分別相等。蹄片上的制動(dòng)力矩就是領(lǐng)蹄和從蹄摩擦力矩之和，即制動(dòng)力矩就是領(lǐng)蹄和從蹄摩擦力矩之和，即M 2 M t1 M t2 F01D1 F02D02由于是輪缸驅(qū)動(dòng)，F(xiàn) 01 F 02 。M 2 (D1 D2)F0由式 (4-6) 中的分母等于零時(shí)，可得自鎖條件，即c (cos 1 f sin 1) f R1 0c cos若 f1 就不會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象。R1 c sin 1將 100 (帶入計(jì)算時(shí)以弧度表示)， a 96mm ， c 24

42、mm，f 0.35帶入以上各式得12 10.05R1 R2 134.36mmc cos 110.83R1 c sin 10.35f 0.830.35f 0.83，所以該制動(dòng)器不會(huì)發(fā)生自鎖現(xiàn)象。由式（ 4-2 ）和式（4-6 ）可以計(jì)算出領(lǐng)蹄表面最大的壓力為R1 h F01p1maxbR2（coscos ）c（cos 1 f sin1）f4.3 制動(dòng)器效能因數(shù)制動(dòng)器因數(shù)是用來評價(jià)各種類型制動(dòng)器制動(dòng)效能高低的指標(biāo)。制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即BF M PR式中M 制動(dòng)器的摩擦力矩R 制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑P 促動(dòng)裝置對制動(dòng)蹄施加的促動(dòng)力 。對于只有一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄，

43、器制動(dòng)因數(shù)則為T Tf 1 T Tf2BF T T BFT1BFT2PR單個(gè)領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BF T1hfBF T1 c （cos 1 f sin 1） f R1單個(gè)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BF T2hfBFT2 c （cos 2 f sin 2） f R2將各數(shù)據(jù)帶入（4-8 ） 、 （ 4-9 ） 、 （ 4-10 ）中得BF 1.684.4 制動(dòng)器制動(dòng)力的計(jì)算一個(gè)制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力為（ 4-7 ） R1其定義為，在（ 4-8 ）（ 4-7 ） R1其定義為，在（ 4-8 ）（ 4-9 ）4-10）由于制動(dòng)器能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力至少要等于所需要的最大制動(dòng)器制動(dòng)力故由 M 2max 2 M 得F

44、0 2160.81NF 0 為制動(dòng)輪缸對制動(dòng)蹄的張開力的初定設(shè)計(jì)值制動(dòng)輪缸對制動(dòng)蹄施加的張開力F 0 與輪缸直徑d 和制動(dòng)管路壓力p 的關(guān)系如下4d F0p制動(dòng)管路壓力一般不超過8 12MPa，本次設(shè)計(jì)選p 9MPa 。4F04 2160.81d F 017.48mm所以，p 3.14 9輪缸直徑d 應(yīng)符合國標(biāo)HG2865 1997中規(guī)定的尺寸系列，具體尺寸系列為：14.5， 16， 17.5， 19， 22， 24， 25,28， 30， 32， 35， 38， 40， 45， 50， 55mm。由于所需制動(dòng)器制動(dòng)力和附著力之間的關(guān)系易知，所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器制動(dòng)力稍大于所需制動(dòng)器最大制動(dòng)力即可，

45、因此所選輪缸直徑稍大于17.48mm即可。即d 17.5mmF02164.75NM max 2M 2BF F0 R1 974.82N mM max M 2max 973.04N.m將 F0 2164.75N帶入式（ 4-7 ）中得p0.92MPa1maxp1.6MPa1 max故所設(shè)計(jì)的參數(shù)合理。4.5 駐車制動(dòng)的計(jì)算圖 4-4根據(jù)圖 4-4，可得出得出停駐時(shí)的后橋附著力為F圖 4-4根據(jù)圖 4-4，可得出得出停駐時(shí)的后橋附著力為F2mag (LL1 coshLg sin )汽車在下坡路上停駐時(shí)的后橋附著力為F2mag ( LL1 coshg sin)L汽車能停駐的極限上坡傾角1 ，可根據(jù)后橋

46、上的附著力和制動(dòng)力相等mag ( LL1 cos 1 hLg sin 1)magsin 1得到1 arctanL1Lhg1 arctan L1Lhg分別將滿載時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上兩式求中求得在=0.8 的路況上的駐車傾角滿載時(shí)：1 29.14，1 20.58汽車滿載在上坡時(shí)后軸的駐車制動(dòng)力矩接近于由所確定的極限值M 駐 maxmag resin 1=1550 9.8 0.281 sin29.142078.67 N.m4.6 摩擦片磨損特性的計(jì)算摩擦片的磨損受眾多多因素影響。因此要理論上對襯片的磨損性能進(jìn)行計(jì)算是非常困難的。通過實(shí)驗(yàn)表明摩擦表面的溫度和摩擦力是影響磨損特性的重要因素。汽車的制動(dòng)過程中

47、制動(dòng)器會(huì)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在緊急制動(dòng)過程中由于制動(dòng)時(shí)間很短，產(chǎn)生的熱量來不及傳至與制動(dòng)器相連的其它金屬部件，此時(shí)制動(dòng)器幾乎承受了全部熱能耗散任務(wù)。熱載荷越大，則襯片的磨損越嚴(yán)重同時(shí)制動(dòng)效能的穩(wěn)定性也會(huì)下降。比能量耗散率的計(jì)算由于汽車的總質(zhì)量，摩擦襯片的表面積及制動(dòng)器的類型各有不同，因而需要一項(xiàng)相對的量來評價(jià)熱載荷大小的指標(biāo)。目前各國普遍采用比能量耗散率作為評價(jià)熱載荷的評價(jià)指標(biāo)，所采用的計(jì)量單位為W/mm。比能量耗散率有時(shí)也稱為單 2位負(fù)荷，或簡稱能量負(fù)荷。單個(gè)前、后輪制動(dòng)器比能量耗散率分別為e1e2 TOC o 1-5 h z ma (v21v22)e1e24t A1 HYPERLINK l

48、 bookmark233 o Current Document ma(v21 v22)(1)4t A2 HYPERLINK l bookmark313 o Current Document tv1 v2式中kg)kg)m/s) TOC o 1-5 h z v2 汽車制動(dòng)終了速度（m/s）2 j 制動(dòng)減速度（ m/s ）t 制動(dòng)時(shí)間（s）A1前制動(dòng)器襯片的摩擦面積A2后制動(dòng)器襯片的摩擦面積在汽車緊急制動(dòng)到停車的情況下，v20 ，并認(rèn)為1 ，故2e1mav 1（ 4-11）e4tA12e2mav 1（1）（ 4-12）e4t A2tv1（ 4-13）j據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)推薦，鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大

49、于1.8W/mm2為宜，計(jì)算時(shí)取減速度j=0.6g 。乘用車制動(dòng)初速度為100km/h。將 2.51， ma 1550Kg ， v1 100km/h， j 0.6g式（ 4-12）和式（ 4-13 ）得2e2=0.86W/mm而，e2 1.8W/mm2，所以滿足要求。摩擦襯片比摩擦力的計(jì)算比摩擦力是指摩擦襯片上單位面積上的制動(dòng)器摩擦力。單個(gè)車輪制動(dòng)器的比摩擦力為4-14)M4-14)RA式中M 單個(gè)制動(dòng)器制動(dòng)力矩R 制動(dòng)鼓半徑A 單個(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積j 0.6g時(shí)M 364.95N m將后輪制動(dòng)器的各相關(guān)參數(shù)帶入（4-14）得2f0 0.15N/ mm因?yàn)椋?f 0 0.48 N/mm2，

50、所以滿足要求。襯片與制動(dòng)鼓之間平均壓力P的計(jì)算P F PA式中： F 為摩擦襯片與制動(dòng)鼓間的法向力；A 為摩擦襯片的摩擦面積。目前由于磨損問題受到更大重視，可取 P 1.40 1.60MPa（當(dāng)摩擦系數(shù) f 0.30 0.35時(shí)） ，緊急制動(dòng)時(shí)允許取P 2 2.5MPa 。F F1 F24-15)4-16)F4-15)4-16)1 c （cos 1 f sin 1） f R1F2hF0c （cos 1 f sin 1） f R1 將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（4-15）和式（4-16）得P 0.49MPaP P故所設(shè)計(jì)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)合理。4.7 制動(dòng)蹄支承銷剪切應(yīng)力的計(jì)算在前面的章節(jié)中，已經(jīng)求得領(lǐng)蹄和從蹄上的

51、法向力F 1 、 F 2 ，制動(dòng)力矩M ut1M ut1 、 M ut 2以及張開力F 0SA1 A（ 4-17）S2 A式中： A表示支承銷橫截面積，單位為mm2； S1,S2分別表示領(lǐng)蹄和從蹄支承銷的支撐力；1 ，2 分別表示領(lǐng)蹄和從蹄支承銷所受剪切力； 表示許用剪 應(yīng)力。根據(jù)圖（4-3）列出領(lǐng)蹄上的平衡方程F01sin 0 F y F1（sin 1f cos 1）0F 01 e 得到：FyFxF xC f F 01 e 得到：FyFxF01sin 0 F1（sin 1 f cos 1）F 01 e f R1 F 1C則，S1F2y F2x由于領(lǐng)蹄上的力矩大于從蹄上的力矩，故只需要計(jì)算領(lǐng)蹄

52、上的力矩即可。式中得各參數(shù)在前面已經(jīng)計(jì)算出，將個(gè)數(shù)據(jù)帶入上式得到S1 ：S1 5647.22N選支撐銷半徑為5mm，由（4-17）可得：1 71.94MPa經(jīng)查表，可知45 鋼的許用剪切應(yīng)力許用值為80MPa，所以滿足要求。s 17.86ms 17.86m5 制動(dòng)效能的評價(jià)汽車的制動(dòng)效能是指汽車迅速降低車速直至停車的能力。評定制動(dòng)效能的指標(biāo)是制動(dòng)距離s 和減速度?！?2】制動(dòng)減速度當(dāng)忽略滾動(dòng)阻力和回轉(zhuǎn)質(zhì)量的影響，制動(dòng)減速度可由下式求得JWPT式中，PT是有效總制動(dòng)力(N) ； W 是汽車總重。PT (M f M r)/re式中， M f 為前輪附著力矩，M r為后軸附著力矩，re為車輪滾動(dòng)半徑

53、。將 M f 2441.67N m， Mr 973.04N m， re 281cm帶入上兩 式得2J 7.84m/s2制動(dòng)距離制動(dòng)全過程總共包括四個(gè)階段，即駕駛員看見信號的反應(yīng)時(shí)間t1， 制動(dòng)器起作用時(shí)間t2 ，持續(xù)制動(dòng)時(shí)間t 3和放松制動(dòng)器時(shí)間t4。其中t2又包括消除制動(dòng)鼓與制動(dòng)蹄之間間隙的時(shí)間段t 2和制動(dòng)器制動(dòng)力增長時(shí)間段t 2。 一般所指的制動(dòng) 距離是開始踩制動(dòng)踏板到汽車完全停止所經(jīng)過的距離。其制動(dòng)距離可由下式求得s 1 (t 2 t 2 )v03.622v025.92abmax22t220.4t式中， t 2 t 2 取值一般在0.2 0.9s之間，在此處取v0 50km/h， ab

54、maxp g 將其帶入上式得5-15-1根據(jù)我國GB7 2582004規(guī)定，對于轎車，試驗(yàn)路面在0.7，制動(dòng)初50km/h時(shí)，要求在任何載荷情況下，都能滿足制動(dòng)距離20m ，制動(dòng)25.9m/s 。根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果來看，所設(shè)計(jì)汽車的制動(dòng)效能是是滿足GB 725820045.3 制動(dòng)效能的穩(wěn)定性汽車在制動(dòng)過程中，由于溫度的升高會(huì)使制動(dòng)器摩擦力下降的現(xiàn)象被稱為制熱衰退性是當(dāng)前汽車不可避免的現(xiàn)象，只是各類汽車的明顯程影響制動(dòng)器熱衰退性的主要因素是制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)和摩擦襯片的材料。制動(dòng)器200 C 左右，摩擦副的摩擦因數(shù)在0.3 0.4之間，這時(shí)的制動(dòng)效能因數(shù)變化較小。但溫度繼續(xù)升高，某些摩擦片6 液壓操縱

55、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作輪缸的工作容積前面章節(jié)通過計(jì)算已經(jīng)確定出輪缸的工作直徑d 17.5mm。領(lǐng)、從蹄式的輪缸工作容積可由式（6-1 ）求得n2VW d4 1（ 6-1 ）將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（6-1 ）得2VW 962.11mm全部輪缸的總工作容積2V mVW4 962.11 3848.45mm制動(dòng)主缸的工作直徑與工作容積制動(dòng)主缸應(yīng)有的工作容積Vm V V在初步設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到軟管變形，轎車制動(dòng)主缸的工作容積可取 Vm 1.1V。主缸活塞直徑dm 和活塞行程sm 可由式（6-2）確定2V mdm sm4（ 6-2）一般sm （0.8 1.2）dm，此處取sm d m 。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式求得，制動(dòng)主缸的工

56、作直徑d m 17.53mmd m 具體尺寸系列為：19,22,26,28,32,35,38,40,45mm 。故工作主缸的工作直徑取dm 19mm6.3 制動(dòng)踏板力與制動(dòng)踏板行程的校核制動(dòng)踏板力21FP dmp（ 6-3）4i式中，p 為制動(dòng)管路的液壓；i 為踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比在，一般在3 7 ，本次取 i6； i p為真空助力器的助力比，本次取i p 2； 為踏板機(jī)構(gòu)及制動(dòng)主缸的機(jī)械效率，一般可取0.85 0.95，本次取0.9。將各相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（6-3 ）得F P 236.27N對于轎車而言，踏板力范圍在200 250N 。所以踏板力能滿足此要求。踏板行程制動(dòng)踏板的工作行程xp為xp i

57、（smm1 m2）（ 6-4）式中， m1 為主缸中推桿與活塞間的間隙；m2 主活塞空行程。取， m1 1mm， m2 1.5mm將各數(shù)據(jù)帶入式（6-4）得xp 129mm對于轎車而言，踏板行程一般小于150mm。所以踏板行程能滿足此要求。7 鼓式制動(dòng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)變量TTTXx1,x2,x3,x4x5,x6,x7,x8 ,a,e,k, p,d,b,r , 其中，為摩擦襯片包角，a 為支撐銷中心到制動(dòng)鼓中心的距離，e為張開力到制動(dòng)p 為制動(dòng)輪缸液壓壓k p 為制動(dòng)輪缸液壓壓力， d 為制動(dòng)輪缸直徑，b 為摩擦襯片寬度，r 制動(dòng)鼓半徑。目標(biāo)函數(shù)的建立通常用制動(dòng)器效能因素來評價(jià)制動(dòng)器制動(dòng)效能的高

58、低。對于制動(dòng)器效能因數(shù)越大的制動(dòng)器，則表明制動(dòng)器制動(dòng)效能越高。本次所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器要求要有較高的制動(dòng)效能，所以將制動(dòng)器制動(dòng)效能因數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)。KM制動(dòng)效能因數(shù)為：PR1式中： K為制動(dòng)效能因數(shù)；因此，hf緊蹄制動(dòng)器效能因數(shù)為：K 1hfc (cos 1 f sin 1)f R1hf松蹄制動(dòng)器效能因數(shù)為：K 2hfc (cos 1 f sin 1)f R1故：制動(dòng)器效能因數(shù)為K K 1 K 2 。取制動(dòng)效能因數(shù)的倒數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，故目標(biāo)函數(shù)為：11f (X)，該函數(shù)的函數(shù)值越小，則表明制動(dòng)效能因數(shù)越大，K K1 K2即制動(dòng)效能越高。建立約束函數(shù)( 1)自鎖約束保證鼓式制動(dòng)器無自鎖可能，需滿足條

59、件：(2) 襯片表面最大壓力約束襯片表面所承受的最大壓力應(yīng)小于許用值。即g1(X)c cos 1fR1 c sin 1g2g2(X)1.6 0R1 h F 01bR2 (coscos ) c (cos 1 f sin 1) f R13)壓力分布均勻約束希望摩擦襯片上的壓力均勻分布，則：cg3(X) c2 0(a c) sin24)摩擦襯片的磨損特性約束摩擦襯片的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度及壓力等眾多因素有關(guān)。在緊急制動(dòng)時(shí)，要求摩擦襯片的比能量耗散率低于許用值。即：2g4(X) 8mtRavb1(1) 1.8 0制動(dòng)器制動(dòng)輪缸壓力應(yīng)小于規(guī)定值，即：5)制動(dòng)器制動(dòng)輪缸壓力約束g5(X

60、) p 12 06)邊界約束條件222380 a 115， 80 e 115，20 k 35 ，25 /1800/3， 7 p 12 ， 14.5 d 26 ，40 b 75 ，114 r 131.57.4 優(yōu)化求解利用 matlab7.0 軟件優(yōu)化工具箱中的fmincon ()函數(shù)，對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解。 在進(jìn)行優(yōu)化之前，需要建立目標(biāo)函數(shù)文件和約束函數(shù)文件，分別命名為myfun.m 和mycon.m。最后在matlab 命令窗口鍵入調(diào)用命令和各變量的初始值及其上、 下邊界值。由于此函數(shù)輸出的是目標(biāo)函數(shù)的最小值，所以所求制動(dòng)器效能因數(shù)的最大值，即為fmincon 函數(shù)輸出值的倒數(shù)值。（在調(diào)用