節(jié)能賽車制動系統(tǒng)設(shè)計【獨家畢業(yè)課程設(shè)計含任務(wù)書+開題報告+外文翻譯+中期報告+答辯PPT】

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to it or it it by of a a of is by by by a to or is it is to a is to 6 汽車制動系統(tǒng) 制動系統(tǒng)是汽車中最重要的系統(tǒng)。 如果制動失靈，結(jié)果可能是損失慘重的。制動器實際就是能 量轉(zhuǎn)換裝置，它將汽車的動能（動量）轉(zhuǎn)化成熱能（熱量）。當(dāng)駕駛員踩下制動踏板，所產(chǎn)生的制動力是汽車運動時動力的 10 倍。制動系統(tǒng)能對四個剎車系統(tǒng)中的每個施加數(shù)千磅的力。 每輛汽車上使用兩個完全獨立的制動系統(tǒng)，即行車制動器和駐車制動器。 行車制動器起到減速、停車、或保持車輛正常行駛。制動器是由司機用腳踩、松制動器踏板來控制的。駐車制動器的主要作用就是當(dāng)車內(nèi)無人的時候，汽車能夠保持靜止。當(dāng)獨立的駐車制動器 — 踏板或手桿，被安裝時，駐車制動器就會被機械地操作。 制動系統(tǒng)是由下列基本的成分組成 :位于發(fā)動機罩下方，而且直接 地被連接到制動踏板的“制動主缸”把駕駛員腳的機械力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤毫?。鋼制的“制動管路”和有柔性的“制動軟管”把制動主缸連接到每個輪子的“制動輪缸”上。 制動液 , 特別地設(shè)計為的是工作在極端的情況，填充在系統(tǒng)中。“制動盤”和“襯塊”是被制動輪缸推動接觸“圓盤”和“回轉(zhuǎn)體”如此引起緩慢的拖拉運動 , (希望 )使汽車減慢速度。 典型的制動系統(tǒng)布置有前后盤式，前盤后鼓式，各個車輪上的制動器通過一套管路系統(tǒng)連接到制動主缸上。 基本上講，所有的汽車制動器都是摩擦制動器。當(dāng)司機剎車時，控制裝置會迫使制動蹄，或制動襯片與車輪處的 旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤接觸。接觸后產(chǎn)生的摩擦使車輪轉(zhuǎn)動減慢或停止，這就是汽車的制動。 在最基本的制動系統(tǒng)中，有一個制動主缸，這個主缸內(nèi)部填充制動液，并包含兩個部分，每個部分里都有一個活塞，兩個活塞都連接駕駛室里的制動踏板。當(dāng)制動踏板被踩下時，制動液會從制動主缸流入輪缸。在輪缸中，制動液推動制動蹄或制動襯片與旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤接觸。靜止的制動蹄或制動襯片與旋轉(zhuǎn)的制動鼓或制動盤之間產(chǎn)生摩擦力使汽車的運動逐漸減緩或停止。 制動液的裝置位于主缸的頂部。目前大多數(shù)的車都有一個容易看見的裝制動液的裝置，為的是不用打開蓋 子就可以看得見制動液的油面。隨著制動踏板的運動制動液就會緩慢的下降，正常情況下是這樣的。如果制動液在很短的時間內(nèi)下降得明顯或者下降了 7 三分之二，那么就要盡快的檢查你的制動系統(tǒng)了。保持制動液裝置充滿制動液除非你需要維修它，制動液必須保持很高的沸點。位于在空氣中的制動液就會吸收空氣中的潮氣引起制動液低于沸點。 制動液通過一系列的管路從主缸到達各車輪。橡膠軟管只用在需要彈力的地方，比如應(yīng)用在前輪。在車的行進中上下來回運動。系統(tǒng)的其它部分在所有的連接點上都應(yīng)用了無腐蝕性的無縫鋼管。如果鋼線需要修理的話，最好的方法就是 代替這條線。如果這不符合實際，那么為了制動系統(tǒng)可以用特殊的裝置修理它。你不可以用銅管來修理制動系。它們是危險也是不正確的。 鼓式制動器包括制動鼓，一個輪缸，回拉彈簧，一個制動底版，兩個帶摩擦層的制動蹄。制動底版固定在輪軸外部的法蘭或轉(zhuǎn)向節(jié)。制動鼓固定在輪轂上。制動鼓的內(nèi)部表面與制動蹄的內(nèi)層之間有空隙。要使用制動器時，司機就要踩下踏板，這時輪缸擴大制動片，對其施加壓力，是制動蹄觸碰制動鼓。制動鼓與摩擦片之間產(chǎn)生的摩擦制動了車輪，從而使汽車停止。要釋放制動器時，司機松開踏板，回拉彈簧拉回制動片，這樣車輪會自由轉(zhuǎn) 動。 盤式制動器包括制動盤而不是鼓，在它的兩面上各有一個薄的制動片或叫盤式制動器的制動片。制動片是靠擠住旋轉(zhuǎn)的制動盤來停住汽車。制動主缸里流出的制動液迫使活塞向里部的金屬盤移動，這便使摩擦片緊緊地貼住制動盤。這時制動片與制動盤產(chǎn)生的摩擦使汽車減速、停止，出現(xiàn)了制動行為?；钊纸饘倩蛩芰?。盤式制動器主要有三種，即：浮動卡鉗型、固定卡鉗型和滑動卡鉗型。浮動卡鉗型和滑動卡鉗型盤式制動器使用單活塞。固定卡鉗型盤式制動器既可以使用兩個活塞有可以使用四個活塞。 制動系統(tǒng)是由機械能，液壓能或氣壓能裝置驅(qū)動的。在機械杠桿適 合所有的汽車的駐車制動器中使用。當(dāng)踩下制動踏板時，杠桿就會推動制動器主缸的活塞給制動液施加壓力，制動液通過油管流入輪缸。制動液的壓力施加到輪缸活塞以使制動片被壓到制動鼓或制動盤上。如果松開踏板，活塞回到原來的位置上，回拉彈簧拉回制動片，制動液返回制動主缸，這樣制動停止。 駐動制動器的主要作用是車內(nèi)無人時，使汽車靜止不動。如果車內(nèi)安裝的是獨立的駐車制動器，那么駐車制動器是由司機手動的控制。駐車制動器正常是當(dāng)車已經(jīng)停止時使用的。向后拉手閘，并把手柄卡在正確的位置上?，F(xiàn)在，即使離開汽車也不用害怕它會自己滑走。如果 司機要再次啟車時，他必須在松開手桿之前按下按鈕。在行車制動器 8 失靈的情況下，手閘必須能停住車。正因為這樣，手閘與腳閘分開，手閘使用的是繩索或杠桿而不是液力系統(tǒng)。 防抱死制動系統(tǒng)是使汽車制動更安全、更方便的制動裝置，它既有調(diào)節(jié)制動系統(tǒng)的壓力來防止車輪被完全抱死的功能，又有防止輪胎在滑的路面上行駛或緊急停車時的滑動。 防抱死制動系統(tǒng)最早應(yīng)用在航空飛行器上，而且在二十世紀 90 年代一些國內(nèi)的汽車內(nèi)也安裝了這種系統(tǒng)。近來，幾個汽車制造商引進了更為復(fù)雜的防抱死系統(tǒng)。歐洲使用這種系統(tǒng)已有幾十年的時間，通過對其的調(diào)查，一位 汽車制造商坦言，如果所有的汽車都安裝上防抱死制動系統(tǒng)，那么交通事故的發(fā)生率會降低 同時，一些權(quán)威人士預(yù)測這種系統(tǒng)會提高汽車的安全性。 防抱死制動系統(tǒng)可以在一秒鐘內(nèi)調(diào)節(jié)幾次制動時車輪上的受力，使車輪的滑移受到控制，而且所有的系統(tǒng)基本上都以相同的方式完成。每個車輪都會有一個傳感器，電子控制裝置能連續(xù)檢測來自車輪傳感器傳來的脈沖電信號，并將它們處理轉(zhuǎn)換成和輪速成正比的數(shù)值；如果其中一個傳感器的信號不斷下降，那么這就表明了相應(yīng)的輪胎趨于抱死，這時電子控制裝置向該車輪的制動器發(fā)出降低壓力的指令。當(dāng)信號顯示車輪 轉(zhuǎn)速恢復(fù)正常時，電子控制裝置會增加制動器的液壓。這種循環(huán)像司機一樣調(diào)節(jié)制動器，但它的速度更快，達到了每秒循環(huán)數(shù)次。 防抱死制動系統(tǒng)除了上面基本操作，還有兩個特點。首先，當(dāng)制動系統(tǒng)的壓力上升到使輪胎抱死或即將抱死的時候，防抱死制動系統(tǒng)才會啟動；當(dāng)制動系統(tǒng)在正常情況下，防抱死制動系統(tǒng)停止運作。其次，如果防抱死制動系統(tǒng)有問題時，制動器會獨立地繼續(xù)運行。但控制板上的指示燈亮起提醒司機系統(tǒng)出現(xiàn)問題。 目前歐洲汽車生產(chǎn)商，如：寶馬、奔馳、寶時捷等廣泛使用的是波許（ 抱死制動系統(tǒng)。這種系統(tǒng)基本組成包括車輪轉(zhuǎn)速 傳感器，電子控制裝置和調(diào)節(jié)裝置。 每個有一個向電子控制裝置發(fā)出車輪轉(zhuǎn)動情況的信號的傳感器，它一般由磁感應(yīng)傳感頭和齒圈組成。前面的傳感器安在輪轂上，齒圈安在輪網(wǎng)上。后面的傳感器安在后部的監(jiān)測系統(tǒng)上，齒圈安在輪軸上。傳感器本身是纏繞電磁核的電線圈，電磁核才線圈的周圍產(chǎn)生磁場。當(dāng)齒圈的齒移動到磁場時，就會改變線圈的電流。電子控制裝置會監(jiān)測這種變化，然后判斷車輪是否即將抱死。 電子控制裝置有三個作用，即：信號的處理，編輯和安全防護。信號的處理起到轉(zhuǎn) 9 換器的作用，它是將接受的脈沖電信號處理轉(zhuǎn)換成數(shù)值，為編輯做準備。編輯 就是分析這些數(shù)值，計算出需要制動壓力。如果檢測出車輪即將抱死，電控裝置就會計算出數(shù)值向調(diào)節(jié)裝置發(fā)出指令。 調(diào)節(jié)裝置 當(dāng)接受到電子控制裝置的指令后，液壓執(zhí)行裝置會調(diào)節(jié)制動輪缸的液壓的大小。調(diào)節(jié)裝置能保持或減小來自制動主缸的液壓，而裝置本身是不能啟用制動器的。這種裝置有三個高速率的電磁閥，兩個油液存儲器和一個帶有內(nèi)外檢測閥的傳動泵。調(diào)節(jié)裝置中的電子連接器隱藏在塑料蓋下。 每個電磁閥都是其獨立控制的，并作用于前輪。后部的制動輪缸受到一個電磁閥控制，并依照 防抱死制動系統(tǒng)運行時，電子控制 裝置會使電磁閥循環(huán)運作，這樣既能收回又能釋放制動器的壓力。當(dāng)壓力釋放時，它會釋放到液壓單元。前部的制動器電路有一個單元。存儲器低壓存儲器，它在低壓下存儲油液，直到回流泵打開，油液流經(jīng)制動輪缸進入制動主缸。 I 節(jié)能賽車制動系統(tǒng)設(shè)計 摘要 :本次畢業(yè)設(shè)計的研究對象是節(jié)能賽車的制動系統(tǒng)，主要是從研究的意義與目的以及研究現(xiàn)狀等方面開始深入的研究。下面將從這幾個角度進行詳細的分析： （ 1）了解和探究影響節(jié)能賽車制動系統(tǒng)性能的指標，包括：阻尼力分配參數(shù)、同步附著參數(shù)、制動的強度、最大的制動力矩與附著系數(shù)的使用效率等指標進行選擇與計算； （ 2）對制動器整體結(jié)構(gòu)進行了解與研究，并給出制動器各組件的選擇分析與結(jié)果、剎車驅(qū)動機制的結(jié)構(gòu)選取、組件的選擇與參數(shù)的計算，最終確定節(jié)能賽車制動系統(tǒng)的設(shè)計方案； （ 3）對制動系統(tǒng)部分組件和零件 的現(xiàn)狀與前景進行介紹。 關(guān)鍵詞 ： 節(jié)能賽車；制動系統(tǒng) of is of It of be a (1) to of of of to (2) to of of of of of of of of 3) of of 錄 摘要 ……………………………………………………………… .………………… .. I …………………………………………………………… ...…………目錄 ……………………………………………………………… .…… ...……… .…………………………………………… ……………… .…………… ..… 言 …………………………………………………… .………………………… 動系統(tǒng)的基本概念 ………………………………… .… ..………………… ...… 1 動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 ……………………………………………………………… .能 賽車對制動系統(tǒng)的基本要求 ……………… ...…………………………… ..題研究方案 … ...……………………………………………………………… ..……………………… ..……… ....……… ……… ..…… 4 形剎車簡介 …………………………… ...………… ...……………… ...……… 4 形剎車 ………………………………………………………………… ....…… . 碟剎的類型 …………………………………………………………………… .. V 剎與碟剎的性能評比 ………… .…………………………………………… ... 制動系統(tǒng)的布置形式 ………… .…… .…………………………………… .…… ... 制動總成的相關(guān)計算 …………………………………………………… ...… ...… 9 提供的制動力的計算 …………………………………… ..…………………… 9 動參數(shù)計算 ………………………… .… .………………………………… ..… 11 動力 …………………………………………………………………… .…… 12 步附著系數(shù) ………………………………………………………………… 制動器最大制動力矩 ………… .……………………………………………… 13 動器因數(shù) … .………………………………………………………………… 15 動 鉗 ………………………………………………………………………… 動塊 …………………………………………………………………………… 17 擦材料 ………………………………………………………………………… 18 5. 制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計計算 ………………………… ..……… .動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 ………………………………………………… 19 單制動系 …………………………………… ...………………………… .…… 19 制動性能分析 …………………………………………………… ...……………… 21 動性能評價指標 ……………………………………………………………… 21 動效能 ………………………………………………………… .…………… 21 動效能的恒定性 ………………………………… .………………………… 21 7 總結(jié)與展望 ……………………………………… .…………………… ..………… 23 結(jié) ……………………………………………………………………………… 23 望 …………………………………………… .………………………… ...…… 23 參考文獻 ………… ………………………………… .………………………… .…… 24 致謝 ………………………………………………… ..……………………………… 25 1 1 緒論 前言 節(jié)能車大賽的背景是由美國提出的，在 1979 年正式的成立于美國，比賽內(nèi)容包括加速，剎車， 100 米加速時間。最為重要的一點是燃油經(jīng)濟性。該比賽不僅包括動態(tài)比賽，也還包括靜態(tài)比賽，靜態(tài)比賽項目有；制造成本，外形設(shè)計，市場報告等。動態(tài)比賽則包括。耐力賽，燃油經(jīng)濟性，操作穩(wěn)定性等。該比賽直到 2010年才正式進入中國，但在短短兩年內(nèi)，就受到了很多大學(xué) 的關(guān)注。如今汽車的制動系統(tǒng)的設(shè)計基礎(chǔ)是 ]。節(jié)能汽車，一個更具體的模型，因為汽車是為了競賽，包括輪胎和傳統(tǒng)汽車不同的因素，因此不能盲目用乘用車的標準設(shè)計。 制動系統(tǒng)的基本概念 一臺車輛從減慢直至停止移動的過程 [2]?；蛘呦缕滦旭偟钠囁俣缺３址€(wěn)定的過程，或者保持車輛靜止的過程，這些過程統(tǒng)稱為剎車過程或者制動過程。而為實現(xiàn)這一過程加裝在汽車上的一系列設(shè)備統(tǒng)稱為車輛的制動系統(tǒng)。 剎車，減速甚至駐車這一現(xiàn)象被稱為制動 [3]。在實際駕駛中，車輛在面臨突發(fā)情況時，剎車減速這一制動現(xiàn)象可以避免事故的出 現(xiàn)，因此，剎車減速可以說是非常重要的；再者，為保持車輛不動尤其是在坡路上這一現(xiàn)象叫駐車，這也是很重要的。因此，制動系統(tǒng)對車輛來說是不可缺少的。其中制動系都具有以下四個基本組成部分： 供能裝置：例如液壓主缸 控制裝置：制動踏板等各種部件。 傳動裝置：包括制動管路等。 制動器：影響汽車原來狀態(tài)與行駛慣性的組件，其主要結(jié)構(gòu)是緩速裝置。 按制動力源來分類，可以被分為三種類型：第一類，完全依靠駕駛員的體力來進行制動的，多應(yīng)用于一些質(zhì)量很輕的人力車上面，例如三輪車；第二是，全部來源于內(nèi)燃機產(chǎn)生的動力來驅(qū)動液壓缸來進行制 動的設(shè)備，叫做動力制動；第三類是人力和內(nèi)燃機的動力相結(jié)合的方式，成為伺服制動。 制動系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 現(xiàn)在汽車企業(yè)選用盤式制動器的組合形式 [4]。隨著時代的發(fā)展，盤式制動器的 2 應(yīng)用越來越多，但是由于局限于成本，所以鼓式制動器仍然存在于市場當(dāng)中。當(dāng)然，盤式制動器具有優(yōu)越的性能、很強的冷卻性能，較長的使用壽命，并改善了維修間隔和維修技術(shù)。 摩擦材料的大力發(fā)展，使得盤式制動器材料具有了很多優(yōu)異的性能，例如耐磨高、散熱強與成本低等等，所以對盤式制動器的制動效能和效率都有了很大的市場。與此同時，因為鼓式制動器的材 料發(fā)展緩慢，散熱能力差，所以導(dǎo)致的各方面性能都不如盤式制動器，所以鼓式制動器的發(fā)展緩慢。 對于制動摩擦材料的發(fā)展歷程 [5]。二十世紀八十年代以前，那時的汽車很大數(shù)量選用的石棉樹脂充當(dāng)摩擦材質(zhì)。但是在使用過程中會揮發(fā)出有毒物質(zhì)，嚴重污染大氣環(huán)境，更甚者被人體吸入后對肺部產(chǎn)生嚴重的傷害，而且在散熱性差，在高溫下強度低。因此，該種材料已經(jīng)退出歷史的舞臺。二十世紀初期，國家出臺法律，應(yīng)該不含石棉制動襯片 ”。目前不含石棉的材料 經(jīng)成為主流 [6]。是由玻璃纖維和其他纖維組成的。它的主要優(yōu)點是 :制動效能不會因溫度的 上升而下降，同時制動時的噪聲低，壽命長。 目前，多金屬纖維這種材料是廣泛應(yīng)用的。有些高校也在研究新型材料，例如清華大學(xué)，西安交通大學(xué)等。西安交通大學(xué)和廣東省東方劍麻集團有限公司有限公司共同開發(fā)的劍麻纖維增強也初步成功。研發(fā)出的新型材料根據(jù)多次測試，在硬度，耐磨性及韌性上都完全符合國家的標準。且有很多優(yōu)點，例如制動噪音小 ,壽命長 ,成本低 ,等。因而我國著力建立關(guān)于鎂石充當(dāng)阻尼材質(zhì)的課題。所有的纖維材料均有優(yōu)缺點，人們正在努力，將每一種材料的優(yōu)點都集合起來，制造出一種各方面性能都優(yōu)異的材料。但無論如何，汽車剎車片 的發(fā)展一定是向著環(huán)保，高效，安全的方向發(fā)展。 節(jié)能賽車對制動系統(tǒng)的基本要求 根據(jù)節(jié)能賽車比賽協(xié)會制定的相關(guān)要求，參加比賽的節(jié)能車輛的制動系統(tǒng)應(yīng)該準備一下特點： a）車輛需要裝有減速裝置。必須保證 3 個車輪都具有制動力。同時制動力的大小由司機來進行控制。能夠避免剎車無用現(xiàn)象發(fā)生，需要確保具備倆并聯(lián)剎車油路。在對車輛進行實測的過程中，可以將三個輪子同時抱死；制動系統(tǒng)必須在后述的測試中，能夠抱死所有三個車輪； 3 b） 制動力的大小應(yīng)該滿足，使節(jié)能車在 11°的坡上能夠保持靜止。 c）禁止使用塑料管作為制動管路； d）制動系統(tǒng)必須具有保護裝置，以防外來物影響制動性能。 課題研究方案 a）制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案分析及選擇。對本次的制動系統(tǒng)研究，首先參考別的成熟車型，然后根據(jù)已給出的數(shù)據(jù)，計算零件的幾何尺寸； b）制動系統(tǒng)的主要參數(shù)及其選擇； c）制動器的設(shè)計和計算； d）制動器的制動盤的設(shè)計與計算； 4 2 制動器的結(jié)構(gòu)形式選擇 在節(jié)能車中，常用的制動形式有兩種，分別是 v 形剎和碟剎。 V 形剎車簡介 V 剎 ： V 剎是類似于蝴蝶的加緊裝置抱緊車圈來制動的 。 V 形剎的制作簡單，成本低，使用可靠，而且質(zhì)量輕，就算與鋼圈配合仍然會相對輕一些；性能 圖 2-1 碟形剎車 碟剎：碟剎是通過卡鉗加緊制動盤，通過摩擦來使車輪停止轉(zhuǎn)動的。碟剎與 ‘V’剎的共同點都是與物體接觸，通過摩擦的方式使動能減少，使車輪減速。兩者最大卻別就在于， ‘V’剎是有專門的剎車塊，來控制剎車的，碟剎則是裝配了剎車片與卡鉗，兩者共同作用，從而完成減速剎車的。 剎的類型 碟剎分為兩種：線拉式碟剎與油壓式碟剎。 駕駛員的握力，來操縱剎車 線，剎車線將拉力傳遞到卡鉗中，卡鉗受力后靠近剎車盤，從而兩者相互接觸，來進行制動。 5 線拉式的不同在于，油壓式的傳動機構(gòu)不是線而是油，駕駛員通過握緊把手，產(chǎn)生的拉力推動活塞，活塞將通過油液傳遞壓力，壓力傳遞到卡鉗，卡鉗受力后向剎車盤靠近。從而摩擦來減少動能。 兩種碟剎的不同點在于介質(zhì)的不同，基本原理都是一樣的，通過摩擦來降低動能的。線拉式是通過剎車線來完成剎車的。剎車線的拉力傳遞到卡鉗。而油壓式則是通過液壓油來傳遞力的，駕駛員握緊把手的同時，就將壓力傳遞到活塞中，活塞將力傳遞給油，通過管路最 終傳遞到卡鉗上。對于油壓式剎車，它的零件是配套一整體的，不好更換，而線拉式則可以更換零件。維修更為方便，且價格便宜。 線拉式與油壓式兩者各自性能相比較； 動力的大小主要取決于駕駛員的握力，握力越大制動效果越好，但是還會存在一些損失，例如長時間使用剎車線的磨損，破裂，剎車線的布置，等，均會對制動力的大小產(chǎn)生一定的影響，但是由于方便拆卸，可以通過更換零件來恢復(fù)制動力。 壓式剎車中，油采用的是專用的 車油。此類剎車油具有良好的抗熱脹冷縮性質(zhì) [7]。以保證在不同的溫 度都具備最好的剎車效能。但是該種油液具有毒，揮發(fā)出來的有毒物質(zhì)對人體造成傷害。所以我們所見到的剎車油均是密封起來的。因為油壓式剎車是通過對活塞進行壓縮，通過液壓油來傳遞壓力的，因為液壓油在管道中流動所產(chǎn)生的能量損失遠小于剎車線在管路中摩擦所產(chǎn)生的損失。因此油壓式能夠最大限度的保存剎車效能。在操作而言。油壓式的操作輕便，只需要很小的力，傳遞給活塞，就可以在剎車中獲得很大的制動力，而線拉式的制動力則需要與駕駛員的握力成正比。駕駛員握力越大，制動力越大 [8]。 6 圖 2拉式與油壓式 的性能評比 1.‘ V’剎的優(yōu)缺點： 護方便，重量輕； 如下雨時，使鋼圈濕水，制動力損失嚴重； 為在制動過程中，產(chǎn)生大量的熱，會大大降低剎車效能，只能適合低強度的剎車。 實際應(yīng)用效果： 在日常行駛當(dāng)中， v 形剎車的效能還是能夠滿足駕駛員的要求的，例如在公路上。采用 v 形剎車不僅能夠具有足夠的制動力，還具有質(zhì)量輕的優(yōu)點，所以非常適合城市道路。但是如果在一些越野路段 ,v 行剎車由于本身的缺陷，就無法駕駛員的要求了，因為越野路段需要很大的制動力，有時 還需要抱死車輪。如果使用 v 剎，首先會產(chǎn)生制動力不足的缺點，在一些涉水的路面上，由于鋼圈被浸濕，可能會出現(xiàn)剎車失靈的狀況，在下長坡的路段，也有可能產(chǎn)生剎車失靈的狀態(tài)，所以在選擇剎車類型時，應(yīng)該結(jié)合使用情況來考慮。 且其構(gòu)造復(fù)雜修理難度大。 7 對碟片碰撞。 實際應(yīng)用效果： 采用碟剎，在質(zhì)量方面相比較 v 剎而言肯定會有增加，使車輛的總質(zhì)量增加。但是它所帶來的優(yōu)勢卻是非同小可的，它的制 動力要遠大于 v 剎，對工作環(huán)境幾乎沒有要求，但是需要對剎車盤定期保養(yǎng)和維護，不可以使剎車盤上沾有油漬，也不可以使剎車盤彎曲，否則產(chǎn)生不了足夠的制動力。 節(jié)能車的設(shè)計中，最主要的一點就是輕量化，只有這樣才能達到設(shè)計要求，產(chǎn)生節(jié)能的效果，所以設(shè)計要求在滿足制動力的情況下盡可能的減輕質(zhì)量。綜合以上考慮，兩前輪用碟剎，后輪用 V 形剎。 圖 2 8 3制動系統(tǒng)的布置形式 根據(jù)節(jié)能車大賽的要求，節(jié)能車的布置形式是，前邊兩個車輪，后邊一個輪。這種布置形式在車輛行駛中會減少阻力。在制動方面，通常采用前邊兩個輪使用碟剎（如圖 后面一個輪使用 v 剎（如圖 的總體布置。同時要滿足節(jié)能車大賽的要求。大賽規(guī)則要求即在 11°的斜坡上能保證停留 [9]。同時要求制動系統(tǒng)能夠長時間的穩(wěn)定工作，在工作中需要有一定的平順性。綜合考慮制動效能和節(jié)能特性后輪采用兩套高效 V 形剎制動器，因為成本低，且質(zhì)量輕，且有足夠的制動力。 圖 3剎 圖 3.2 9 4制動總成的相關(guān)計算 制動力的確定應(yīng)該保證節(jié)能車在滿載情況下于 11°斜坡上能完全制動，即沿斜面分力同制動力平衡 [10]。 f 式中： G———— G=———— α=11° f———— 滑動阻力系數(shù) f=知： 過汽車理論知識分析可以得到如下關(guān)系式： φ= u\r 式中： —— 地面制動力 —— 附著力 —— 車輪給地面的法向反作用力 Φ———— 附著系數(shù) —— 摩擦片與鼓盤的制動力矩 r———— 車輪半徑 已知： 00×r=250u=據(jù)以上的計算可以確定所需結(jié)構(gòu)的制動閘的最小制動力，以達到計算要求為優(yōu)。 10 自行車閘的扳手可以抽象成一個杠桿的力學(xué)模型 [11]。圖 4 圖 4桿原理 依靠拉繩固定在 B 端，在 A 端施加向下的作用外力，在 B 端能夠產(chǎn)生向上的作用力，傳遞到拉繩上。在剎車時，當(dāng)人施加作用力時，等效于在另一端施加向下的作用力，則鋼索產(chǎn)生的拉力向上，且與 o 點的距離成正比?？梢粤谐銎胶夥匠虨?； 21=0 計算得 1*2,由于 為 3:1，可知 1 約 為 3： 1。 即扳手可以理解成一個簡單的杠桿，在人施加向下的作用力時， A 端產(chǎn)生向上的作用力，且是 A 端的三倍。從而使卡鉗壓緊剎車盤，產(chǎn)生摩擦，減少動能。 V 剎可以簡化為上圖的杠桿，杠桿比為 4： 1,傳力比與杠桿比相同，則總的傳遞比為 16： 0右，相當(dāng)于 得總的制動力為 4800N。選用比較得到制動計算值能夠達到設(shè)計要求。 11 圖 4車把 制動設(shè)計的一般流程 :第一步，對給定的數(shù)據(jù)有詳細的了解，及對比賽用車設(shè)計要求明確；第二步，查閱相關(guān) 文獻并對相同級別的汽車的設(shè)計方案進行參考與總結(jié)，對該設(shè)計有深入的了解；第三步，根據(jù)大賽的要求以及和實際的條件。對車輛的制動形式進行合理的選擇和布局。第四步，對制動系統(tǒng)各組件進行計算力矩與分析磨損特性；第五步，進行對比，校驗，若對比后出現(xiàn)偏差，就要對參數(shù)進行適當(dāng)?shù)男薷?；第六步，對重要部位進行強度校核。 參照中北大學(xué)的整車參數(shù)： 賽 車 軸 距 ： 1650質(zhì) 心 高 度 ： 310賽 車 高 度 ： 1170賽 車 長 度 ： 2136質(zhì) 心 到 前 軸 的 距 離 ： 12 質(zhì) 心 到 后 軸 的 距 離 ： 輪 胎 半 徑 ： 244輪 胎 型 號 :180/530總 質(zhì) 量 含 人 ： 345() 賽 車 前 軸 載 荷 ： 賽 車 后 軸 載 荷 ： 制動力 賽車制動時，其力矩平衡方程為 錯誤 !未找到引用源。 式中： 錯誤 !未找到引用源。 — 制動器阻力。 N·m ； 錯誤 !未找到引用源。 — 地面制動力。 N ； 錯誤 !未找到引用源。 — 車輪半徑， m 。 令 錯誤 !未找到引用源。 并稱之為制動周緣力。 步附著系數(shù) 查閱設(shè)計手冊可得 錯誤 !未找到引用源。 其在直角坐標系中的圖形是一條穿過坐標零點的斜線，這條曲線表示的是車輛在制動時候制動力分配，稱作 β線。曲線 β同曲線 I 在坐標軸上有一個交點 B，而此處的的附著系數(shù) φ=φ0，則 φ0值被稱為同步附著系數(shù)，這個系數(shù)是對車輛制動系統(tǒng)性能評定時的重要指標，而這個系數(shù)的取值是由汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。由于，本設(shè)計說明書中在選取前后輪制動力的時候，選取其值都是實熟。因此只有兩個系數(shù)相等時，前后車輪在制動過程中才會出現(xiàn)抱死的現(xiàn)象。如果兩個系數(shù)的大小不想等時，會有以下 3 種情況。 1. 當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 線條處在 I 線條上部，剎車減速途中，車輛的后部輪子出現(xiàn)抱死現(xiàn)象。此時盡管車子前部輪子擁有拐彎性能，但是車 子后部輪子會出現(xiàn)劃移使車子喪失穩(wěn)定性。 3. 當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 ，制動時前、后輪同時抱死，車輛狀態(tài)比較穩(wěn)定，但也會失去轉(zhuǎn)向能力。 當(dāng)車輛在行駛的過程中，如果車輪發(fā)生抱死現(xiàn)象，車輛的前車輪將沒有轉(zhuǎn)向功能，同時后車輪將會發(fā)生側(cè)滑現(xiàn)象?？偨Y(jié)可得，車輛的剎車效率是??? 0/d u d t q g g，其中 q 制動強度，在 φ0值為 0 的道路實施剎車過程出現(xiàn)四輪抱死現(xiàn)象。在 φ0 值為別的值的路面進行同樣的實驗時，在前后車輪出現(xiàn)抱死現(xiàn)象的臨界點處，此時的制動強度為 q<φ，通過這個實驗可以看出， 唯獨在 φ=φ0 的路面條件使用下，其附著條件發(fā)揮最大作用的基礎(chǔ)。 ε為附著系數(shù)利用率即對其條件使用程度的描述，其公式為： 錯誤 !未找到引用源。 式中： 錯誤 !未找到引用源。 —— 賽車總的地面制動力； 錯誤 !未找到引用源。 —— 所受重力； 錯誤 !未找到引用源。 —— 制動強度。 當(dāng) 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 時， 錯誤 !未找到引用源。 =錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 =1 時利用率最高。 由相關(guān)參考文獻中，選取賽車 錯誤 !未找到引用源。 = 錯誤 !未找到引用源。 = 制動器最大制動力矩 為實現(xiàn)比賽用車在高速行進中，制動性能發(fā)揮到最大，同時具有良好的可靠性。我們應(yīng)該重新合理布置汽車前后輪的制動力。 為使最大制動力發(fā)揮到極致的重要前提是附著系數(shù)的使用效率達到最大。在這種情況下，車輪受到的制動力同路面對輪胎的法相力有正比例的關(guān)系。此時，車輛前后輪發(fā)生抱死現(xiàn)象，兩端車輪制動力的比例關(guān)系是： 錯誤 !未找到引用源。 =中： 錯誤 !未找到引用源。 ， 錯誤 !未找到引用源。 —— 質(zhì)心離前、后軸距離 ; 錯誤 !未找到引用源。 —— 同步附著系數(shù)； 14 錯誤 !未找到引用源。 —— 汽車質(zhì)心高度。 閱設(shè)計手冊得，得到比值的允許范圍是 此取值滿足要求。所 能 產(chǎn) 生 的 制 動 力 矩 ， 也 會 收 到 車 輪 的 制 約 。 即 錯誤 !未找到引用源。 ； 錯誤 !未找到引用源。 式中： 22 軸 制 動 器 的 制 動 力 ； 軸 制 動 器 的 制 動 力 ； 用 于 前 軸 車 輪 上 的 地 面 法 向 反 力 ； 用 于 后 軸 車 輪 上 的 地 面 法 向 反 力 ； 輪 有 效 半 徑 。 錯誤 !未找到引用源。 而車輪半徑 錯誤 !未找到引用源。 ，最大制動力矩為： 錯誤 !未找到引用源。 故前軸最大制動力矩為： 錯誤 !未找到引用源。 一個前輪制動器的最大制動力： 錯誤 !未找到引用源。 后輪最大制動力矩為 ： 錯誤 !未找到引用源。 一個后輪制動器的最大制動力： 錯誤 !未找到引用源。 動器因數(shù) 代表制動性能的 動因子，因此也被稱為制動效率因子 [12]。在施加壓力的前提下。其原理依靠制動能力或彎扭，用于評價不同結(jié)構(gòu)類型的制動性能。 制 動 器 因 數(shù) 可 定 義 為 在 制 動 盤 的 作 用 半 徑 上 所 產(chǎn) 生 的 摩 擦 力 與 輸 入 力 之 比 :錯誤 !未找到引用源。 式中： 15 錯誤 !未找到引用源。 —— 制動器的摩擦力矩； 錯誤 !未找到引用源。 —— 制動盤的作用半徑； 錯誤 !未找到引用源。 —— 輸入力， 對于鉗盤式制動器，因為在制動的過程中，有來自兩側(cè)的壓力，所以收到的額摩擦力應(yīng)該為 2f。于是該制動器的制動因數(shù)是； 錯誤 !未找到 引用源。 式中： f 為摩擦系數(shù) . 在本次賽車設(shè)計中取 f= 制動鉗 制動鉗采用可鍛鑄鐵或球狀鑄鐵等，也可采用輕合金制成的。例如，鑄造鋁合金。作為一個整體，它也可以由兩個部分組成，并由螺栓連接。外緣是開著的，這樣你就可以檢查或更換剎車塊，而不用拆卸剎車夾。夾鉗應(yīng)具很高的強度和剛度 [13]。為了使制動液的溫度盡可能的低，活塞的開端被放置在制動塊的后面?；钊砻驽冦t。為了解決鋁合金剎車液的熱損失問題，降低了活塞和制動塊接觸面積 [14]。 制動鉗可以安放在很多位置，可以安放在車軸前端段，也可以安置在車軸后端。剎車鉗位于前面的軸，能夠?qū)⒛酀{甩出和防止水進入鉗 。在后面的軸減少復(fù)合輪轂軸承的負荷。 制動鉗的毛坯件一般采用鑄造加工，因此其材料為可鍛鑄鐵，并對其表面使用鍍鉻的涂層技術(shù)。 16 圖 4圖 4 17 制動塊 制動塊為阻尼部分構(gòu)成，并能夠依靠摩擦實現(xiàn)車輛段降速。形狀大多是扇形的，長方形的，方形的或圓形的?；钊麘?yīng)該能夠保持盡可能多壓力壓向制動塊面積。剎車塊是用鋼板制成的。為了避免引起制動熱的時候剎車卡鉗制動液蒸發(fā)，減少制動噪音，可以在襯套之間的摩擦后的膠水或噴涂一層絕緣阻尼墊 (膠水 )。由于制動過程中，壓力很大，溫度很高，所以 摩擦塊的磨損很快，為此生產(chǎn)時，厚度應(yīng)該加大一些。為了避免摩擦塊過度使用造成的失靈現(xiàn)象，在其上部都安有預(yù)報設(shè)備。 本次設(shè)計取襯塊厚度 14 圖 4 18 摩擦材料 表 4擦材料性能對比 在選取制動摩擦材料時，首先要考慮材料的摩擦系數(shù) μ的值要盡量的大一些；其次是材料的散熱性；再次是材料在高溫環(huán)境下 μ值的保持性，即不會因材料的溫度升高而降低 μ值；最后是材料還應(yīng)該具有耐磨性、低吸水率、壓縮率、熱導(dǎo)率和熱膨脹率和抗壓強度高、抗拉、抗剪和抗彎強度和抗沖擊性以及工作過程 不會因劇烈摩擦產(chǎn)生噪聲與有害氣體，從而污染環(huán)境。 根據(jù)表 4得，半金屬材料具有摩擦系數(shù) μ值大且 μ值高溫保持性好、耐磨性高、噪聲低和成本適中等特點，因此本設(shè)計采用該材料，并且選取 μ值為 19 5 制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計計算 制動驅(qū)動機構(gòu)的作用是，放大駕駛員的力量，將力傳遞給制動塊，產(chǎn)生制動力，使車輪制動。 動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)型式選擇 對于制動驅(qū)動機構(gòu)的分類來說，可以依照其初始力的來源來進行分類。被分成簡單制動、動力制動及伺服制動三種 [15]。對于初始力轉(zhuǎn)換為最終制動力的方法有三種 ，分別是機械式、液壓式、氣壓式和氣壓 動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)具體見表 5 表 5動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式 簡單的制動系統(tǒng)即人的制動力，是駕駛者在制動過程中依靠自身的體力使汽車制動的。通過杠桿或者鋼絲繩等傳遞到車輪的力，雖然結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易 20 修理，但是在高速行駛的效率底下，同時受到駕駛員體力的影響大，體力好的制動效果好，反之，體力差則制動效果差。因此這種方法只符合小型車輛，使用面窄。 該系統(tǒng)使用液壓力轉(zhuǎn)換方式的搭配叫做液壓簡單制動系，其使用的范圍比較廣泛。其主要優(yōu)點是反 應(yīng)速度快，工作時產(chǎn)生的壓力高，制動力大，體積小，容易安裝，但是也有有缺點，液壓管路容易受到溫度的影響，要是油液溫度過高，會使管路中油液有氣泡，影響效率。 但是為了達到節(jié)能目的，且節(jié)能車的總質(zhì)量較小，綜合考慮，選用簡單制動系統(tǒng)。 21 6 制動性能分析 車輛的制動性通常選用駐車穩(wěn)定性能、坡道移動速度一致性、剎車時間與效率三個重要參數(shù)指標。 制動性能評價指標 汽車制動性能主要由以下三個方面來評價： 制動距離和制動減速度； 動 效率不隨溫度的升高而降低。； 制動效能 剎車效率指的是，當(dāng)車輛處于良好的道路上時，它在一定的初始速度下，減速到制動距離或剎車。制動效率是評價剎車性能的重要指標。選用滑行長度小、減速效率高、駐車穩(wěn)定性高、制動功效強等指標。 對于一套制動系統(tǒng)性能的優(yōu)劣的評定，可以從定量和定性兩個角度進行測評。下面將介紹從定量的角度來說，主要由最大制動減速度 a 與最小制動距離 s 這兩個參數(shù)指標來測評。 假設(shè)汽車行駛在水平的柏油路面，且不考慮路面對汽車的阻力。這時候汽車的制動完全是有制動器提 供的。此時 2/24 f ???? ? （ 6錯誤 !未找到引用源。 其中： 錯誤 !未找到引用源。 —— 最大制動力矩 錯誤 !未找到引用源。 —— 車輪有效半徑 錯誤 !未找到引用源。 —— 汽車滿載質(zhì)量 求得 錯誤 !未找到引用源。 ，該結(jié)果符合國家標準。 制動效能的恒定性 制動效果的穩(wěn)定性主要是指對熱失效的抵抗。長時間行駛在較高的邁速下或者長時間下坡的情況下，減速效率的維持程度。因為在制動過程中主要出現(xiàn)的能量轉(zhuǎn)化是由車輛行駛的動能向摩擦產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變，在整個過程中車輛輪胎的摩擦副將 22 產(chǎn)生大量的熱，致使其溫度上升到很高的數(shù)值，因此在高溫下的制動性能成為設(shè)計過程中必不可少的一步。該設(shè)計采用浮動夾盤式制動器，是制動效率保持穩(wěn)定的方法之一。 23 7總結(jié)與展望 此畢業(yè)設(shè)計是以節(jié)能賽車的制動系統(tǒng)為研究對象，通過對制動系統(tǒng)的相關(guān)文獻與參考資料，并結(jié)合節(jié)能賽車舉辦方的設(shè)計要求，來對整個車輛制動系統(tǒng)進行設(shè)計，其設(shè)計步驟如下： a）查閱資料與參考歷屆樣車，對本次設(shè)計的制動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與布局有一個整體的設(shè)計思路與方案； b）結(jié)構(gòu)整體方案，將各個部分細化研究與設(shè)計。 c）對設(shè)計好的方案進行安全性能分析計算，主要從制動效能與制動效能保持性入手； d）對整個設(shè)計過程進行總結(jié)完成說明書的撰寫，并完成對制動系統(tǒng)的 的制作。 在本次對節(jié)能賽車車輛的制動系統(tǒng)設(shè)計過程中，發(fā)現(xiàn)一些不足之處，這將使下一步研究的入手點。有下面幾個方面： （ 1）整個設(shè)計過程中，對整個系統(tǒng)主要是理論的分析和定性的分析，涉及計算的地方比較少，尤其是對性能評定時定量分析較少，需要進一步完善； （ 2）需要進一步完善測評標準，對一些定性分析要給出更詳細更具體的指標，對一些定量分析給出明確的范圍。 （ 3）缺少對關(guān)鍵部件的靜力學(xué)分析和動態(tài)分析； 24 參 考 文 獻 [1] 劉鴻文 4 版 等教育出版社， 2004 [2] 陳家瑞 (下 )(第三版 )[M]民交通出版社， 2009 [3] 濮良貴 機械設(shè)計 等教育出版社， 2006 [4] 武田信之（日）著，載貨汽車設(shè)計．人民交通出版社， 1997 [5] 陳家瑞 冊） 械工業(yè)出版社， 2008 [6] 格里斯比著，趙六奇，金達鋒譯 M]華大學(xué)出版社， 2006. [7] 吳宗澤 京 :機械工業(yè)出版社， 2003 [8] 黃向東汽車懸架系統(tǒng)的有限元分析法及其應(yīng)用中國機械工程 9] 蔣瑋 海汽車， 2010 年第 4 期 [10] 許江濤 副車架有限元分析，科學(xué)技術(shù)與工程， 2008 年 第 8 期 [11] 馮國勝 ,賈素梅 ,輕型車有限元分析及應(yīng)用 2009 年第 6 期 [12] 石亦平，周玉蓉艦元分析細詳解機械工業(yè)出版 13] 龔寒微主編 京：人民交通出版社， 1995 [14] 朱伯芳 ,有限單元法原理與應(yīng)甩 ,第 2 版 ,北京 :中國水利水電出版社 ,2008 [15] 李景涌 ,有限元法 ,北京 :北京郵電 大學(xué)出版社 ,2009 [16] F， ]1995 25 致 謝 時間飛逝，轉(zhuǎn)眼間就到了大四的畢業(yè)季了，四年里，我從大一來時的一個傻小子，變成了一個知識淵博的學(xué)士。四年了，我學(xué)到了很多，從大一的高等數(shù)學(xué)，到大四的專業(yè)課，使我積累了豐富的專業(yè)基礎(chǔ)知識。我不僅要感謝所有的老師，同時還要感謝我 的大學(xué)同學(xué)，要是沒有你們的幫助，我也不會成長。 最要感謝的還是我的論文指導(dǎo)老師，每次為了給我們指導(dǎo)，都從主校區(qū)辛辛苦苦來到南校區(qū)，對我的畢業(yè)設(shè)計進行指導(dǎo)，對我的問題，給我提出建議，改進方法，孜孜不倦的給我傳授方法，使我的畢業(yè)設(shè)計有了質(zhì)的提高，也使我對畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)生了自己獨到的見解，更深刻的領(lǐng)會其中的內(nèi)涵。謝謝一路陪伴、支持、幫助我的老師和同學(xué)。你們帶給我的溫暖和感動是我最珍貴的財富。我會在以后的人生中，繼續(xù)的秉著一顆求學(xué)的心，去盡自己的最大努力，獻出自己的微薄力量，貢獻母校，貢獻社會。 螃羂膃莈蚆袈膂蒁 袁膇膁