车辆工程综合课程设计说明书
课程设计任务书
课程车辆工程综合课程设计
题目某轿车前轮制动器主要零件设计(蹄或钳及轮缸部分)——1
专业车辆工程姓名学号
主要内容及基本要求:
已知条件:总质量为2200kg;前轴负荷率为35%;质心高度为1m;轴距为3.05m。轮胎型号:225/60R16。制动性能要求:初速度为50km/h,制动距离为15m.
在以上条件下,完成制动器主要基本参数的选择、确定(与后轮制动器设计的同学共同完成);完成制动器主要零件的设计计算;完成前轮制动器主要零件设计的设计图纸。
工程图纸须规范化,计算说明书须用国际单位制量纲。
参考资料:
[1]王望予.汽车设计(第4版).北京:机械工业出版社,2004
[2]王国权,龚国庆.汽车设计课程设计指导书.北京:机械工业出版社,2009
[3]王丰元,马明星.汽车设计课程设计指导书.北京:中国电力出版社,2009
[4]陈家瑞.汽车构造(第3版下册).北京:机械工业出版社,2009
[5]余志生.汽车理论(第5版).北京:机械工业出版社,2009
[6]张海青.耐高温的盘式制动片.非金属矿.2008
完成期限 2017.8.28至2017.9.22 指导教师
专业负责人
2014年 9月 18 日
目录
1设计要求 0
2制动器形式方案分析与选择 0
2.1鼓式制动器 0
2.2盘式制动器 (2)
3前轮制动器设计计算 (6)
3.1制动系统主要参数数值 (6)
3.1.1相关的汽车主要参数 (6)
汽车主要参数如表3-1所示。 (7)
表3-1 汽车相关参数 (7)
3.1.2同步附着系数的分析计算 (7)
分析表明,汽车在同步系数为
的路面上制动(前后轮同时抱死)时,其制动减速度g qg dt u 0d ?==,即q=,q 为制动强度。而在其他附着系数
的路面上制动时,达到前轮或者后轮即将抱死的制动强度q<,这表明只有
在=的路面上,地面的附着条件才可以得到充分利用。
1设计要求
已知条件:总质量为2200kg;前轴负荷率为35%;质心高度为1m;轴距为3.05m。轮胎型号:225/60R16。制动性能要求:初速度为50km/h,制动距离为15m.
在以上条件下,完成制动器主要基本参数的选择、确定;完成制动器主要零件的设计计算;完成前轮制动器主要零件设计的设计图纸。
工程图纸须规范化,计算说明书须用国际单位制量纲。
2制动器形式方案分析与选择
2.1鼓式制动器
鼓式制动器也叫块式制动器,是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车的。鼓式制动是早期设计的制动系统,其刹车鼓的设计1902年就已经使用在马车上了,直到1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。鼓式制动器的主流是内张式,它的制动块(刹车蹄)位于制动轮内侧,在刹车的时候制动块向外张开,摩擦制动轮的内侧,达到刹车的目的。近三十年中,鼓式制动器在轿车领域上已经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低,仍然在一些经济类轿车中使用,主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。
按制动蹄运动方向;鼓式制动器是利用制动蹄片挤压制动鼓而获得制动力
的,可分为内张式和外束式两种。内张鼓式制动器是以制动鼓的内圆柱面为工作表面,在现代汽车上广泛使用;外束鼓式制动器则是以制动鼓的外圆柱面为工作表面,目前只用作极少数汽车的驻车制动器。
鼓式制动器根据制动蹄张开装置(也称促动装置)形式的不同,可分为轮缸式制动器和凸轮式制动器,如图2-1所示。轮缸式制动器以液压制动轮缸作为制动蹄促动装置,多为液压制动系统所采用;凸轮式制动器以凸轮作为促动装置,多为气压制动系统所采用。
图2-1 轮缸式制动器
轮缸式制动器按制动蹄的受力情况不同,可分为领从蹄式、双领蹄式(单向作用、双向作用)、双从蹄式、自增力式(单向作用、双向作用)等类型,如图2-2所示。
图2-2 各式轮缸式制动器
2.2盘式制动器
盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属圆盘,此圆盘称为制动盘。其固定原件则有多种结构形式,大体上可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块,每个制动器中有2到4个。这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中,总称为制动钳。这种由制动盘和制动钳组成的制动器,称为钳盘式制动器。另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆形,但其制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触,故该类制动器称为全盘式制动器。
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。
Ⅰ固定钳式
制动钳固定安装在车桥上,既不能旋转,也不能沿制动盘轴线方向移动,因而其中必须在制动盘两侧装设制动块促动装置,以便分别将两侧的制动块压向制动盘。这种形式也成为对置活塞式或浮动活塞式。如图2-3示。
图2-3 固定钳盘式制动器
Ⅱ浮动钳式
图2-4 浮动钳盘式制动器
(1)滑动钳式制动钳可以相对于制动盘作轴向滑动,其中只有在制动盘的内侧置有液压缸,外侧的制动块固定安装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动压靠到制动盘上,而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘的另一侧,直到两制动块受力均等为止。图2-3(a)所示。
(2)摆动钳式它也是单侧液压缸结构,制动钳体与固定在车轴上的支座铰接。为实现制动,钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。显然,制动块不可能全面而均匀的磨损。为此,有必要经衬块预先作成楔形。在使用过程中,衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀后即应更换。图2-3(b)所示。
浮钳盘式制动器的制动钳一般设计得可以相对制动盘转向滑动。其中,只在组、制动盘的内侧设置液压缸,而外侧的制动块则附加装在钳体上。
2)全盘式
图2-4 全盘式制动器
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,如图2-4所示。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。
与鼓式制动器相比,盘式制动器有如下优点:
①热稳定性好。原因是一般无自行增力作用。衬块摩擦表面压力分布较鼓式中的衬片更为均匀。此外,制动鼓在受热膨胀后,工作半径增大,使其只能与蹄中部接触,从而降低了制动效能,这称为机械衰退。制动盘的轴向膨胀极小,径向膨胀根本与性能无关,故无机械衰退问题。因此,前轮采用盘式制动器,汽车制动时不易跑偏。
②水稳定性好。制动块对盘的单位压力高,易将水挤出,因而浸水后效能降低不多;又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用,出水后只需经一,二次制动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。
③制动力矩与汽车运动方向无关。
④易于构成双回路制动系,使系统有较高的可靠性和安全性。
⑤尺寸小,质量小,散热良好。
⑥压力在制动衬块上分布比较均匀,故衬块上磨损也均匀。
⑦更换制动块简单容易。
⑧衬块与制动盘之间的间隙小(0.05~0.15mm),从而缩短了制动协调时间。
⑨易实现间隙自动调整。
盘式制动器的主要缺点是:
①难以实现完全防尘和锈蚀(封闭的多片式全盘式制动器除外)。
②兼作驻车制动器时,所需附加的手驱动机构比较复杂。
③在制动驱动机构中必须装用助力器。
④因为衬块工作面积小,所以磨损快,寿命低,需用高材质的衬块。
因此,从结构,散热,技术,成本等多方面考虑,决定采用滑动浮钳盘式制动器。3前轮制动器设计计算
3.1制动系统主要参数数值
3.1.1相关的汽车主要参数
汽车主要参数如表3-1所示。
表3-1 汽车相关参数
编号
名称 符号 数值 单位 1
质量 m 2200 kg 2
重力 G 21582 N 3
质心高 g h 1000 mm 4
轴距 L 3050 mm 5 质心至后轴
的距离 b
1067.5 mm 6
轮胎半径 r 338.2 mm
3.1.2同步附着系数的分析计算
1.当0??<时:制动时总是前轮先抱死,这是一种稳定工况,但丧失了转向能力;
2.当0??>时:制动时总是后轮先抱死,这是容易发生后轴策划而使汽车丧失方向稳定性;
3.当0??=时:制动时汽车前后轮同时抱死,是一种稳定工况,但也丧失了转向能力。
分析表明,汽车在同步系数为
的路面上制动(前后轮同时抱死)时,其制动减速度g qg dt u 0d ?==,即q=,q 为制动强度。而在其他附着系数的路面上制
动时,达到前轮或者后轮即将抱死的制动强度q<,这表明只有在=的路面上,地面的附着条件才可以得到充分利用。
已知,汽车制动初速度制动初速度0v =50km/h ,制动距离S=15m ,因此可计算得出同步附着系数0?
aS 20v 20=- (3-1)
22
/6.43m 15
2)3.650(s a =?÷= 0m ?mg a =
0.66a 0==g
? 3.1.3地面对前轮的法向反作用力
在良好水平路面上,前、后轮同时抱死(不论是同时抱死或分别先后抱死),此时忽略赛车的空气阻力和滚动阻力,地面作用于前轮的法向反力为:
L h b G L zh G F g g Z )()b (01?+=+=
(3-2) N F Z 12223.903050
)100066.05.1067(9.8122001=?+?= 3.2制动力分配系数及制动力矩
1.制动器制动力分配系数β
制动时四个车轮同时抱死,0.660=?。
g
h b L -=β?0 (3-3)
0.573050
1067.5100066.0h 0=+?=+=L b
g ?β 2.制动器制动力矩的确定.
r F F M Z 1112
1r 21?μμ== (3-4) m 1364.60.338212223.900.6621
1?=???=N M μ
3.3制动器有关计算
1.制动盘直径选择D
制动盘直径D 应尽可能取大些,这时制动盘的有效半径得到增加,可以降低制动钳的夹紧力,减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制,制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70%一79%。总质量大于2t 的汽车应取上限。
因此D=16×25.4×79%=321.056mm,在这里圆整为320mm 。
2.制动盘厚度选择h
制动盘厚度对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小些,制动盘厚
度不宜取得大;为了降低温度,制动盘厚度又不宜取得过小。制动盘可以做成实心的,或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实心制动盘厚度可取为10~20mm ,通风式制动盘厚度取为20~50mm ,采用较多的是20~30mm 。这里制动盘确定为通风盘,厚度h 取20mm 。
3.摩擦衬块的内外半径确定21R R 、
摩擦衬块是指钳夹活塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料。摩擦衬块分为摩擦
材料和底板,两者直接压嵌在一起。摩擦衬块外半径只与内半径及推荐摩擦衬块外半径2R 与内半径1R 的比值不大于1.5。若此比值偏大,工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多,磨损不均匀,接触面积减少,最终导致制动力矩变化大。
制动盘直径D=320mm, 因此2R 可取160mm 为满足
5.112≤R R 则1R 可取110mm 。
4.摩擦块工作面积A
在确定盘式制动器制动衬块工作面积A 时,根据制动衬块单位面积占有的汽车质量,推荐在1.6~3.0kg/cm 2。
21120.30cm 0.50.51.60.352200=???=
A 2264.20cm 0.50.53.0