汽車電磁盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u22431摘要 218732第1章緒論 2147751.1課題背景及目的 2106151.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 490251.3設(shè)計應(yīng)解決的難點(diǎn) 629491第2章制動器主要參數(shù)的設(shè)計計算 7169302.1基本參數(shù)的確定 7299362.2制動距離的計算 8107192.3制動力矩的計算 9241872.4盤式制動器的主要參數(shù)選擇 10215352.4.1制動盤直徑D 10204072.4.2制動盤厚度h 10170412.4.3摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R2 1019382.4.4摩擦襯塊工作面積A 10134612.5制動襯塊上壓緊力的計算 11315892.6液壓缸的設(shè)計計算 11142362.7本章小結(jié) 128821第3章制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12202543.1制動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12241863.2制動鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1265403.3制動襯塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13290103.4摩擦材料的選擇 13168263.5盤式制動器工作間隙的調(diào)整 14126153.6本章小結(jié) 1418564第4章增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算 14308664.1機(jī)械增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計 14206764.2增力機(jī)構(gòu)的自由度分析 15291954.3受力分析計算 16101954.4增力機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸的確定 18133354.5增力機(jī)構(gòu)的Ansys分析 19223094.5.1長臂連桿的靜力分析 19256924.5.2短臂連桿的靜力分析 21122314.5.3增力機(jī)構(gòu)的模態(tài)分析 23127384.6本章小結(jié) 261735第5章電磁體的設(shè)計計算 2681365.1磁通勢的計算 27209345.2鐵芯截面積的計算 28136255.3電磁鐵長度的計算 2834055.4銜鐵厚度的確定 29291175.5確定線圈截面積Sq及線圈槽寬 29252425.6線圈導(dǎo)線直徑的確定 29186635.7線圈匝數(shù)的確定 30289295.8本章小結(jié) 305798第6章電磁制動器的仿真分析 30325256.1MATLAB軟件概論 30246446.2汽車系統(tǒng)模型的建立 31148616.3仿真分析 3336716.4本章小結(jié) 377862結(jié)論 3728502參考文獻(xiàn) 38摘要車輛的制動系統(tǒng)對于車輛的安全是非常必要的。汽車制動系統(tǒng)可分為幾種不同的種類，大多數(shù)傳統(tǒng)制動系統(tǒng)是機(jī)械式制動系統(tǒng)，氣壓式制動系統(tǒng)，液壓式制動系統(tǒng)和氣液混合動力制動系統(tǒng)。如今制動技術(shù)最成熟最經(jīng)濟(jì)的是液壓制動技術(shù)，絕大部分乘用車使用的就是液壓式制動系統(tǒng)。如今，汽車中幾乎所有使用的制動器都是摩擦型的，可分為鼓型和盤型兩種。盤式制動器相較于鼓式制動器的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：制動效果比較好，可以在高速情況下實現(xiàn)緊急制動；散熱效果也明顯高于鼓式制動器，同時盤式制動器對于安裝類似ABS的高級電子設(shè)備也較方便。電磁盤式制動器屬于電控摩擦式制動器的一種，其主要應(yīng)用于拖車類的汽車，尤其房車制動器較為普遍，但是隨著汽車文化與性能技術(shù)的發(fā)展，車輛制動系統(tǒng)也發(fā)生了較大的變化。電磁制動器的原理就是利用電磁阻力將汽車行駛的動能轉(zhuǎn)化為熱能來實現(xiàn)制動。盤式制動器的控制原理和結(jié)構(gòu)類似于成熟的液壓盤式制動器，其加工技術(shù)方便，我們通過設(shè)計計算盤式電磁制動器的結(jié)構(gòu)以及各項參數(shù)就可以達(dá)到想要實現(xiàn)的的車輛制動效果。我國目前對于盤式電磁制動器的研究技術(shù)還不夠成熟，仍舊停留在拖車和房車的應(yīng)用上，對于本文所要設(shè)計的小型電動汽車的盤式電磁制動器的相關(guān)研究寥寥無幾，故本文將設(shè)計一種小型電動汽車的盤式電磁制動器，依靠電磁鐵驅(qū)動，再通過一種增力機(jī)構(gòu)將電磁力放大使得摩擦襯塊產(chǎn)生位移以達(dá)到實現(xiàn)汽車制動的目的，同時會對本文設(shè)計出的盤式電磁制動器進(jìn)行仿真分析。關(guān)鍵詞：盤式制動器；電磁制動器；電磁機(jī)構(gòu)；增力機(jī)構(gòu)；第1章緒論1.1課題背景及目的車輛制動系統(tǒng)是一種用于使正在行駛的車輛減速或者停止，穩(wěn)定下坡車輛的速度并保持車輛靜止的機(jī)構(gòu)。由于車輛制動系統(tǒng)是車輛行駛安全和停車可靠性的直接決定因素，故制動系統(tǒng)的可靠性顯得尤為重要。根據(jù)制動動力的不同操作和驅(qū)動源，可將制動系統(tǒng)劃分為：機(jī)械式制動系統(tǒng)，氣壓式制動系統(tǒng)，液壓式制動系統(tǒng)和電氣式制動系統(tǒng)。其中，電氣式又包含了電磁式制動系統(tǒng)，電動式制動系統(tǒng)和點(diǎn)電液式制動系統(tǒng)，氣壓式制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，包含氣泵，制動閥，氣筒，管路以及制動氣室等整套機(jī)械設(shè)備，不管制動系統(tǒng)是否正在工作，氣泵仍須與發(fā)動機(jī)一起工作同時消耗能量。如果汽車長時間停放，管路沒有嚴(yán)實密封，則在重新開動時還需要重新啟動，此時會增加不必要的浪費(fèi)。而液壓式工作時需要較大的操縱力，如果需要大量的制動扭矩，則必須增力，這不僅是會增加結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性同時可能也會消耗引擎動力。機(jī)械式制動系統(tǒng)在類似拖拉機(jī)和拖車類汽車中比較常見，它對制動力的需求較大，且制動強(qiáng)度不高，并且不方便調(diào)節(jié)左右制動器之間的同步。同時以上三種類型制動機(jī)構(gòu)扥反應(yīng)時間都比較慢。機(jī)械式用于汽車駐車制動系統(tǒng)：分別為氣動，液壓，以及兩種方法的結(jié)合。而電氣式在汽車制動中脫穎而出，其優(yōu)點(diǎn)可分為以下幾點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，安裝和維護(hù)。（2）可靠性比較好，機(jī)械式制動系統(tǒng)中將電纜代替管路，添加冗余電路來增強(qiáng)其可靠性。同時用電氣式制動系統(tǒng)代替液壓式制動系統(tǒng)也可以避免出現(xiàn)氣阻。（3）集成方便。隨著車載電子設(shè)備的技術(shù)成熟，車輛會隨之安裝越來越多的電子設(shè)備。電氣制動系統(tǒng)可以與這些車載電子設(shè)備共存且操作方法簡便。可以根據(jù)不同的需求來設(shè)計不同的電路，汽車制動也可分為多回路制動，雙回路制動和單回路制動，以便對想要指定的單個車輪進(jìn)行制動處理。（4）易實現(xiàn)ABS，通過ABS計算機(jī)控制傳輸?shù)碾娦盘柌恍柙龠M(jìn)行電子液壓，液壓機(jī)械的轉(zhuǎn)換，從而提高了控制的精度和可靠性。（5）明確了未來車輛制動器的大體發(fā)展趨勢。電磁制動系統(tǒng)除了擁有傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)之外，電磁制動系統(tǒng)與如今現(xiàn)有的車輛制動系統(tǒng)可以兼容，易于安裝和拆卸。同時電磁制動器也無需液壓油，故無污染。電磁制動系統(tǒng)與以往的傳統(tǒng)制動系統(tǒng)大相徑庭，電磁機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的液壓機(jī)構(gòu)，避免了因液壓油制動產(chǎn)生的系列危害，大大提高了車輛制動的安全性同時減少車輛自重。電磁制動采用轉(zhuǎn)速反饋來改善制動扭矩和防滑性能，縮短了制動距離，同時減少了車輛輪胎以及一些制動設(shè)備的摩擦延長其壽命。另外，電磁制動的制動效率也會比傳統(tǒng)的液壓制動的制動效率高。如今，汽車工業(yè)已成為全球化，我國需研發(fā)出高性能，低成本并且使實用可靠的盤式電磁制動器，節(jié)省高價從國外引進(jìn)技術(shù)的開銷。擁有先進(jìn)的技術(shù)會使我國在國際的競爭力大大提高。因此我國是否可以趕超國際水平，提高市場競爭力的關(guān)鍵因素就是針對盤式電磁制動器的研究開發(fā)。在此同時，若盤式電磁制動器能夠在汽車行業(yè)中廣泛應(yīng)用，則會大大提高了社會效益。電磁制動器是一種新型的制動器，其工作原理就是通過控制制動踏板傳送制動信號，此時電磁體中會有電流通過，控制電流就可以控制制動力。由于電磁制動器的結(jié)構(gòu)技術(shù)要求與以往傳統(tǒng)的制動器不一樣，因此本文對盤式電磁制動器的結(jié)構(gòu)材料全部進(jìn)行設(shè)計計算。本文基于電磁制動器的技術(shù)特性設(shè)計一種盤式電磁制動器，為將來的盤式電磁制動器的發(fā)展和研究提供一些微薄的理論基礎(chǔ)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀車輛制動系統(tǒng)在車輛安全中起著重要作用。早期的制動控制使用了一系列簡單的機(jī)械裝置來操作制動器。當(dāng)時汽車很小，速度較慢，此時這些簡單的機(jī)械裝置可以滿足所需的制動力，但慢慢的汽車自重增加，簡單的機(jī)械裝置不能達(dá)到很好的效果，于是出現(xiàn)了真空助力裝置。1932年，同時擁有鼓式制動器以及真空助力的凱迪拉克v16誕生，此時汽車自重2860kg。同年，出自美國的林肯汽車公司DeV2汽車也問世，該車也是加裝真空助力的鼓式制動器。隨著人們對汽車技術(shù)的深入研究，汽車制動也漸漸改革創(chuàng)新。隨著機(jī)械制動的落后，人們又發(fā)明了液壓制動，第一個采用液壓制動的汽車便是DuesenbergEight。1924年克萊斯勒研究出了四輪液壓制動，1934年美國通用公司采用了液壓制動，1939年美國的另一家公司福特公司也采用了液壓制動。液壓制動的技術(shù)完善一直持續(xù)到了二十世紀(jì)五十年代。研究出了鼓式液壓制動器后的幾年后，人們又研究出了以液壓為動力的鉗盤式制動器。以液壓驅(qū)動，含有制動盤，制動鉗，油管，分泵等重要部件。制動盤的材料采用合金鋼，夾在在車輪上，車輪轉(zhuǎn)動制動盤也隨之轉(zhuǎn)動。分泵則在制動器的底板部位上固定，兩個摩擦片裝在制動卡鉗上夾在制動器的兩側(cè)。隨著科技發(fā)展，電子技術(shù)的提升，二十世紀(jì)八十年代便出現(xiàn)了ABS防抱死裝置，此技術(shù)的推廣使得汽車行業(yè)又向前邁出了一大步，微電子技術(shù)，精密加工技術(shù)和高科技控制技術(shù)都是ABS的組成，ABS實現(xiàn)了技術(shù)上的機(jī)電一體化。ABS功能是在汽車緊急制動時防治車輪出現(xiàn)抱死導(dǎo)致車輛翻轉(zhuǎn)發(fā)生危險，為駕駛員漸漸地，人們需要制動性能更好的車輛裝置，ABS，牽引力控制系統(tǒng)，電子穩(wěn)定程序，主動碰撞技術(shù)等功能都集成到車輛的制動系統(tǒng)中，隨之人們的要求不斷變高，制動系統(tǒng)也會安裝更多的附加機(jī)構(gòu)，這就會使制動系統(tǒng)的安裝維修難度增高，也會增加一些液壓管路的安全隱患。因此，人們需要一個結(jié)構(gòu)更加簡單，功能更好的全新制動系統(tǒng)。電磁制動系統(tǒng)有助于未來的智能控制發(fā)展研究，它是一個新型制動系統(tǒng)。由于其強(qiáng)大的優(yōu)勢，電磁制動控制絕對可以取代傳統(tǒng)的液壓制動控制系統(tǒng)。它主要包括以下部分：電磁制動器的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的液壓制動器相差不大，電磁制動器也分為盤式電機(jī)車制動氣和鼓式電磁制動器。電磁制動器的關(guān)鍵組成部分為電磁機(jī)構(gòu)。電磁機(jī)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的液壓制動，不僅減少了液壓油的使用，還避免了液壓油的一些安全隱患。ECU即電磁制動器的控制單元，當(dāng)ECU接收到制動信號以后，隨即控制電磁制動器進(jìn)行制動，同時由于制動系統(tǒng)與其他車載控制系統(tǒng)高度集成，他還應(yīng)兼顧識別車輪是否抱死，防止車輪抱死，自動變速等功能。（2）車速傳感器能夠青雀的識別車輪速度并反饋。（3）線束給系統(tǒng)傳遞能源和電控制信號。（4）電源為整個電氣控制系統(tǒng)供電，也可以由其他系統(tǒng)使用。由結(jié)構(gòu)組成方面我們可以發(fā)現(xiàn)，電磁制動同樣還具有一下優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，不含油箱液壓裝置以及油管等傳送管路，減少了車輛自身質(zhì)量。制動性能大大提高，縮短了制動系統(tǒng)的響應(yīng)時間。（3）無制動液，維護(hù)簡單。（4）系統(tǒng)的構(gòu)造，組裝和測試組裝簡單，快捷，輔助制動器組裝成為模塊化設(shè)計。（5）電線連接，壽命更長久。（6）易于更改，并且可以在進(jìn)行少量改進(jìn)的情況下添加不同的控制功能。最早的關(guān)于電磁制動器的研究都是針對拖掛車的。美國的EMPIRE公司于1924年申請了電磁制動器的專利，該專利大部分用于掛車。國外知名汽車制造商和專業(yè)制動器制造商也對此非常感興趣。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，國外電動汽車制動系統(tǒng)的研究與開發(fā)迅速發(fā)展。其中，由以電磁機(jī)構(gòu)作為動力源的電磁制動器已經(jīng)實現(xiàn)應(yīng)用到市場中。但一般都是拖車類汽車才會使用電磁制動器。同時，電磁制動器的技術(shù)研究仍在不斷完善，主要包括兩個部分：電磁機(jī)構(gòu)和控制器部分?？刂破鞯母纳浦饕谑怪鬈囕v和掛車的制動力與掛車匹配。近年來，國外對電磁制動器的研究發(fā)展相對較慢，在很大程度上保持了20世紀(jì)的研究程度，在以往的研究基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)并試圖讓電磁制動器適用于一般汽車的制動。若想要得到電磁制動器的普及，則有必要深入研究電磁機(jī)構(gòu)，電磁體的特性，制動器的性質(zhì)以及電磁制動控制器的控制策略。近年來，國外制造商已經(jīng)開始開發(fā)帶有ABS的電磁制動控制器，領(lǐng)先于我國對電磁制動器的研究。近年來，國內(nèi)一些研究工作者開始研究電磁制動器方面，江蘇大學(xué)在這一領(lǐng)域的研究日益突出，一些中外合資企業(yè)也參與了電磁汽車制動器及其零部件的生產(chǎn)。但是他們大多數(shù)也都是使用國外的成品。我國車輛電磁制動器的內(nèi)部專利申請的內(nèi)容與50年前的國外技術(shù)基本相同，自從加入WTO后，我國汽車工業(yè)技術(shù)得以迅速發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人均汽車數(shù)量大大增加，城市使用汽車數(shù)量增加。因此，研究適合日常城市工作條件的電磁制動器必不可少。同時，電磁制動器不再使用液壓油產(chǎn)生制動力，節(jié)省了液壓制動管路。此項改革促進(jìn)了電磁制動器與汽車電子設(shè)備（例如ABS）的集成，并且與主缸，液壓閥和制動管路相比，維護(hù)和更換導(dǎo)線更加容易。此外，使用電纜代替液壓機(jī)械制動器和制動電纜可減少制動過程中的非線性以及制動力對制動力的影響，因此電磁制動器必將取代傳統(tǒng)的液壓制動。1.3設(shè)計應(yīng)解決的難點(diǎn)（1）電磁制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計；（2）制動器參數(shù)的設(shè)計計算；（3）增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算，實現(xiàn)制動力的放大與傳遞；（4）電磁體的設(shè)計計算；（5）電磁制動器的仿真分析。第2章制動器主要參數(shù)的設(shè)計計算2.1基本參數(shù)的確定車輛自重：1100kg；輪胎規(guī)格195/60R14根據(jù)上表得知此輪胎滾動半徑為286mm由于GB\7258-2004《機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件》中乘用車制動規(guī)范對制動器制動性的要求汽車在制動過程中，當(dāng)行駛初速度為50km/h時，則車輛的制動距離最多為22m。2.2制動距離的計算在分析制動距離時需要深入分析制動過程。圖2.1便是在駕駛員收到緊急制動信號后，制動壓力，制動時間以及車輛減速度的關(guān)系曲線。圖2.1汽車制動過程當(dāng)駕駛員接收到剎車信號時，不會立刻剎車,大腦需要反應(yīng)時間，后大腦做出反應(yīng)開始剎車，傳遞信號到四肢控制右腳踩剎車，此時需要時間為。a到b即就是反應(yīng)時間。一般在0.3s1.0s之間。從b開始，駕駛員踩踏板，制動壓力變大，d點(diǎn)達(dá)到壓力峰值。因為制動盤和制動襯塊之間有著幾毫米的縫隙，所以c點(diǎn)時制動力產(chǎn)生作用，汽車開始減速。。為作用時間。在0.2s0.9s之間。e-f為持續(xù)制動時間，f點(diǎn)制動踏板松開，松開過程需要時間。整個制動過程大致分為四個階段。故制動距離計算公式為：（2.1）式中：——制動系統(tǒng)反應(yīng)時間，??；——制動作用時間，取；——制動初速度，；——加速度，0.75為路面附著系數(shù)，。故總的制動距離為故符合規(guī)定。2.3制動力矩的計算車輪滾動周長：(2.2)在制動距離內(nèi)車輪轉(zhuǎn)過的圈數(shù)：（2.3）制動過程中車輪轉(zhuǎn)過總的角度：=（2.4）車子的總動能為：（2.5）制動力分配系數(shù)：（2.6）——前軸車輪的制動器制動力；——后軸車輪的制動器制動力——汽車總制動器制動力。在0.560.66之間，取每個前輪要分擔(dān)的動能為:（2.7）每個后輪要分擔(dān)的動能為:（2.8）則每個前輪所需總制動力矩為:（2.9）每個后輪所需總制動力矩為:（2.10）由于前輪制動器的負(fù)荷較大，所以本文設(shè)計以前輪制動器為例。2.4盤式制動器的主要參數(shù)選擇2.4.1制動盤直徑D為了使制動盤得有效半徑盡可能增大，制動盤直徑取值時應(yīng)盡量選大一點(diǎn)的，有效半徑增大則制動鉗的夾緊力減小，襯塊的單位壓力以及制動盤工作時的溫度降低。輪輞直徑?jīng)Q定制動盤的直徑。通常，制動盤的直徑為輪輞直徑的70%79%。本文設(shè)計的輪胎滾動半徑為286mm，則輪輞14inch，1mm，即355.6mm，故，取。2.4.2制動盤厚度h制動盤的質(zhì)量和溫升由制動盤的厚度決定。厚度大，質(zhì)量高，厚度小，溫升高，所以制動盤厚度要適中，不要過大也不要過小。一般實心的制動盤厚度在10mm20mm之間；具有通風(fēng)孔道的制動盤一般在20mm30mm之間。本文采用有通風(fēng)孔道的制動盤，厚度選為22mm.2.4.3摩擦襯塊內(nèi)半徑R1和外半徑R2小型汽車摩擦襯塊的厚度在7.5mm16mm之間取厚度為10mm，襯塊內(nèi)半徑,外半徑，襯塊圓心角為80。2.4.4摩擦襯塊工作面積A（2.11）在確定盤式制動器制動襯塊的工作面積時，根據(jù)制動襯快單位面積占有的汽車質(zhì)量，推薦在1.6～3.5kg/cm范圍內(nèi)選取。（2.12）求得在規(guī)定范圍內(nèi)，符合要求。2.5制動襯塊上壓緊力的計算單側(cè)制動襯塊作用于制動盤上的制動力矩為：（2.13）壓緊力：（2.14）式中：——摩擦襯塊與制動盤之間單位面積上的壓力；——摩擦片摩擦系數(shù)，取。2.6液壓缸的設(shè)計計算制動器工作時，制動盤兩側(cè)裝置的內(nèi)外側(cè)制動襯塊想內(nèi)側(cè)壓緊，使制動盤停止轉(zhuǎn)動。在本文的電磁制動器中，為了能讓電磁力靖增力機(jī)構(gòu)放大后順利作用在制動盤兩側(cè)，在設(shè)計中，選用液壓缸，液壓缸兩側(cè)油壓相等，在制動過程中液壓缸只起到傳力作用。汽車制動時，在液壓缸中液壓油的油壓的作用下，活塞推動內(nèi)側(cè)制動襯塊將壓力施加到制動盤上，同時反作用力則推動制動鉗連同外側(cè)制動襯塊壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩側(cè)的制動襯塊受力均等為止。液壓缸的工作容積：（2.15）式中：l——制動間隙；d——制動鉗體中活塞的直徑，取d=33mm。液壓缸直徑的選取在GB7524—87中有規(guī)定，查閱后選取直徑為16mm則液壓缸內(nèi)的活塞行程為：2.7本章小結(jié)本章定義了基本的制動參數(shù)，確定了制動力的分配系數(shù)，然后確定制動力矩。同時確定了制動盤直徑，制動厚度，摩擦襯塊的內(nèi)外半徑以及工作面積等主要參數(shù)。第3章制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1制動盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)如今的制動盤一般由灰鑄鐵鑄造而成，如果按照制動盤的形狀來劃分的話，制動盤可分為平板形制動盤和禮帽形制動盤。而本文所設(shè)計的制動盤便是禮帽形的制動盤（含有通風(fēng)孔槽）。3.2制動鉗的結(jié)構(gòu)設(shè)計制動鉗包括固定鉗式制動鉗和浮動鉗式制動鉗兩種結(jié)構(gòu)類型。固定鉗式制動鉗是需要安裝在汽車的轉(zhuǎn)向節(jié)或者汽車橋殼的上面，固定鉗式制動鉗需要安裝兩個裝有活塞的液壓缸。接收到制動信號時，液壓油傳輸?shù)揭簤焊淄苿踊钊謩e使兩側(cè)制動襯塊向中間的制動盤方向壓緊已達(dá)到車輪不動的效果。松開剎車后，壓力消失，制動襯塊遠(yuǎn)離中間的制動盤。浮動鉗式的制動盤顧名思義他的制動鉗是可以活動的。它有兩種活動方式，分別為制動鉗體的橫向滑動以及制動鉗體的擺動。通?，F(xiàn)有的制動鉗制作材料大部分是鍛鑄鐵KTH370-12或QT400-18球墨鑄鐵，也有少部分制動鉗是由輕合金制造而成的。鑄造出的制動鉗體必須具有較高的強(qiáng)度和較高的剛度。液壓缸通常就安裝在制動鉗上，或者直接在制動鉗內(nèi)部加工出一個獨(dú)立的液壓缸。盤式制動器的液壓缸一般都要比鼓式制動器的液壓缸大，比如賺夠鉗盤式制動器的日系小轎車中，液壓缸的直徑可以達(dá)到68.1mm，此時其結(jié)構(gòu)為單缸結(jié)構(gòu)，而雙缸液壓缸的最大直徑可達(dá)45.4mm。其他車型的液壓缸最大直徑更要大，甚至可以達(dá)到80mm左右。人們在設(shè)計的時候為了盡可能將剎車油產(chǎn)生的人熱量減少，便將活塞的開口端僅僅靠住摩擦襯塊的遠(yuǎn)離制動盤的一面。活塞的制作材料一般多為鑄鋁合金或者鋼，但是活塞在工作時會時常產(chǎn)生摩擦，便將活塞的表面鍍上一層鉻來延長活塞的工作壽命。制動鉗一般都安裝在車軸的正前方或正后方，如果將制動鉗安裝在車軸前方，此時可以將車輪滾動帶出的泥巴等臟物擋住，如果將制動鉗安裝在車軸后方，此時制動鉗可以分擔(dān)車輛進(jìn)行制動時輪轂軸承的載荷負(fù)擔(dān)。本文設(shè)計的便是單液壓缸的浮動式制動鉗。3.3制動襯塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計制動襯塊由兩部分組成，包括背板和摩擦襯塊，背板和摩擦襯塊是互不分開的。大部分的摩擦襯塊都是扇形，但也有其他形狀如長方形或者圓形的。為了避免摩擦襯塊出現(xiàn)卷角而發(fā)出刺耳的尖叫聲，設(shè)計時應(yīng)讓活塞與制動襯塊之間的接觸面積盡可能的增大。一般大部分的制動塊背板的制作材料都是鋼板。同時在設(shè)計時會在背板與摩擦襯塊之間噴涂一層膠以便減小制動時產(chǎn)生的噪音，并且涂上一層膠后還可以很好的減少剎車油氣化的現(xiàn)象。設(shè)計摩擦襯塊的厚度時都會選取較大厚度的摩擦襯塊，因為在制動過程中摩擦襯塊相較于其他部件的磨損較大。正常小型汽車的摩擦襯塊保持在7.5mm16mm之間就可以，中型汽車和重型汽車要高一些，厚度會在14mm22mm之間。本文擬定摩擦襯塊的厚度為15mm。3.4摩擦材料的選擇制作摩擦襯塊的材料一定要耐熱耐摩擦，不能隨著溫升的變化而產(chǎn)生急劇變化，其摩擦系數(shù)應(yīng)該穩(wěn)定在某一數(shù)值。由于摩擦襯塊在工作時產(chǎn)生大量的摩擦，要求摩擦襯塊材料不能愛高溫下產(chǎn)生異味，變形，產(chǎn)生污染物等現(xiàn)象?，F(xiàn)如今高溫模壓制作材料這一方法較為普遍，其主要是由一種石棉纖維與無極分離，石墨，橡膠等成分混合而成。這一方法的普遍應(yīng)用而原因就是制作過程中摻雜多種聚合樹脂，導(dǎo)致摩擦襯塊的摩擦性能多種多樣。還有一種是如今少部分會應(yīng)用制作摩擦襯塊的編制材料，將長纖維石棉浸以樹脂與同樣浸以樹脂的銅/鋅絲合編，最后再干燥坤壓制作而成。無石棉摩擦材料是以多種金屬、有機(jī)、無機(jī)材料的纖維或粉末代替石棉作為增強(qiáng)材料，其他成分和制造方法與石棉模壓摩擦材料大致相同。若金屬纖維（多為鋼纖維）和粉末的含量在40%以上，則稱為半金屬摩擦材料，這種材料在美、歐各國廣泛用于轎車的盤式制動器上，已成為制動摩擦材料的主流。無論哪種摩擦材料，其摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值大概都在0.30.5之間，也有個別的少數(shù)摩擦材料的摩擦系數(shù)可以達(dá)到0.7。一般在設(shè)計制動器時都會選取摩擦系數(shù)在之間。而一般情況下f越大，材料的耐磨性越不好，故本文中的摩擦材料選擇無石棉摩擦材料，取。3.5盤式制動器工作間隙的調(diào)整如果汽車未處在制動情況下，則要注意將制動盤與摩擦襯塊之間留出一定的縫隙，否則制動盤不能隨著車輪轉(zhuǎn)動。但與此同時仍需注意此縫隙也不能留得太大，否則制動過程中會感覺系統(tǒng)反應(yīng)時間過長，其實是因為剎車的形成產(chǎn)生損失，因此我們要保證縫隙的存在但有不能過大。鉗盤式制動器中制動盤與制動襯塊的縫隙足夠小，并且間隙也不會隨著制動盤的膨脹大小而變化，所以大部分制動器都采用安裝一個一次調(diào)準(zhǔn)式間隙自調(diào)裝置來解決這個問題。有些大型汽車的制動器中也會安裝類似的自調(diào)裝置，但為了得到足夠的摩擦力，大型汽車必須要增大密封圈數(shù)。需要注意的是此方法不可用于盤式制動器，因為此類制動器的摩擦間隙較大，若想要達(dá)到同樣的制動效果需要安裝專用的間隙調(diào)整裝置。由于制動過程中摩擦襯塊大量摩擦?xí)a(chǎn)生一定程度的磨損，以及長期高壓導(dǎo)致的變形現(xiàn)象，應(yīng)使工作間隙盡可能的大一些以便電磁鐵擁有足夠空間進(jìn)行運(yùn)動故本文選取工作間隙為0.15mm，計算后內(nèi)外摩擦襯塊的總行程間隙為0.3mm。3.6本章小結(jié)本文較為詳細(xì)的揭示了盤式電磁制動器包含的各個零件的結(jié)構(gòu)組成，制造材料以及選取這些材料數(shù)值的緣由，確定了制動器中主要設(shè)計參數(shù)數(shù)值以及大體的安裝結(jié)構(gòu)。第4章增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算4.1機(jī)械增力機(jī)構(gòu)的設(shè)計由于直接用電磁機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的電磁力去使摩擦襯塊移動夾緊制動盤的話很難成功，電磁機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的電磁力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電磁制動器正常工作所需的制動力，如果想要增大電磁力，就要將電磁鐵盡可能增大，但是電磁鐵過大會不滿足機(jī)構(gòu)的安裝需求，這樣也會增加車輛本身的質(zhì)量而且用料過大，又不經(jīng)濟(jì)，因此在電磁機(jī)構(gòu)和摩擦襯塊之間還需插入一個使電磁力得到成倍增加的機(jī)構(gòu)，我們叫他增力機(jī)構(gòu)。我們所學(xué)過的直線傳動機(jī)構(gòu)有兩種類型：一是連桿機(jī)構(gòu)，它主要是由兩個以上的有確定相對運(yùn)動的構(gòu)件用低副聯(lián)接所組成的機(jī)構(gòu)；另一種是凸輪機(jī)構(gòu)，由凸輪，從動件和機(jī)架三個基本構(gòu)件組成的高副機(jī)構(gòu)。下表4.1是關(guān)于連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)對比。圖4.1鉸桿機(jī)構(gòu)簡圖經(jīng)對比，本文決定選用一種連桿機(jī)構(gòu)。如圖4.1，。此鉸桿機(jī)構(gòu)主要是由一個曲柄滑塊以及機(jī)架連桿構(gòu)成。當(dāng)電磁機(jī)構(gòu)產(chǎn)生出電磁力后，力作用在如圖所示位置，使連桿產(chǎn)生位移，從而有力產(chǎn)生作用在滑塊上將滑塊左右移動，滑塊另一端連接管路驅(qū)使制動襯塊夾緊制動盤達(dá)到剎車的作用。4.2增力機(jī)構(gòu)的自由度分析如果一個構(gòu)件坐平面運(yùn)動，則它應(yīng)有3個自由度，如果兩個構(gòu)件連接組成了有一個運(yùn)動副，那么這個運(yùn)動副自由度的個數(shù)不再是每個構(gòu)件的自由度疊加出來的，運(yùn)動副中構(gòu)件與構(gòu)件之間相互約束。在一個作平面運(yùn)動的鉸鏈機(jī)構(gòu)中，每個低副則會減少兩個自由度，每個高副會減少一個自由度。如果一個機(jī)構(gòu)中它的可移動構(gòu)件，低副為個，高副個，則此鉸桿機(jī)構(gòu)的F自由度個數(shù)為：（4.1）圖4.2增力機(jī)構(gòu)方案一在方案一中，構(gòu)件數(shù)，由于全部為低副，則，，則機(jī)構(gòu)的自由度：由于自由度為零，方案一中的機(jī)構(gòu)將不能自由運(yùn)動。圖4.3增力機(jī)構(gòu)方案二此方案是在在方案二中，在施力點(diǎn)和銜鐵之間添加一個連桿，則構(gòu)件數(shù)，,，則機(jī)構(gòu)的自由度：說明此時該機(jī)構(gòu)運(yùn)動規(guī)律唯一，即方案二可行，設(shè)計正確合理。4.3受力分析計算圖4.4增力機(jī)構(gòu)受力分析圖增力機(jī)構(gòu)受力分析如圖4.4所示，圖中：——電磁鐵電磁力；——連桿的支反力；——連桿的支反力，由于兩鉸桿等臂對稱，可得：；——連桿和連桿分別與水平方向的夾角；——二力桿上的平衡力；——力在Y軸方向上的分力；——力在X軸方向上的分力。對三桿鉸接點(diǎn)處進(jìn)行受力分析，作用在此點(diǎn)的力有三個:,,。列出此點(diǎn)的力平衡方程，在X軸方向上:（4.2）在Y軸方向上:（4.3）由，可得：(4.4)（4.5）則增力機(jī)構(gòu)的增力系數(shù)為：(4.6)由式（4.6）可見，在一定程度上增力機(jī)構(gòu)的增力比與角度成線性關(guān)系。4.4增力機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件尺寸的確定由前面的計算可知，增力比在小范圍內(nèi)與角度成線性關(guān)系。為了既獲得較大的增力比，又使滑塊達(dá)到要求的最大位移，取，則。經(jīng)試算和核算，確定構(gòu)件與尺寸。最大滑塊行程：（4.7）最大銜鐵行程：（4.8）式中：——長臂連桿長度；——短臂連桿長度。其中，的值很小，可忽略不計，則最大銜鐵行程：（4.9）選取，，夾角從10減小到0相應(yīng)銜鐵的行程空間為8.67mm，滑塊最大行程為1.52mm。當(dāng)滑塊達(dá)到工作位移1.3mm時，此時，夾角=3.8,銜鐵下降距離為5.36mm。此時，銜鐵距鐵芯的距離為8.67-5.36=3.31mm，為了消除銜鐵在制動末與磁扼的撞擊，取3.4mm，可以保證銜鐵最終與磁扼不會接觸。則分別按初始和制動末的增力比，所需電磁力如表4.2所示。表4.2制動前后的增力比與電磁力增力比所需電磁力（N）平均電磁力（N）制動初始2.841075.29740.42制動末7.53405.554.5增力機(jī)構(gòu)的Ansys分析有限元分析技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為計算機(jī)輔助分析CAE的核心。用CAE方法可以減少或避免物理測試過程，通過計算機(jī)模擬最惡劣載荷和工況下零件或結(jié)構(gòu)的工作情況，準(zhǔn)確地計算其應(yīng)力應(yīng)變，使產(chǎn)品在設(shè)計階段就能夠?qū)ζ鋽?shù)學(xué)模型的各項性能進(jìn)行評估，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計上存在的問題，從而大大縮短設(shè)計開發(fā)周期。采用有限元分析技術(shù)及其優(yōu)化技術(shù)，能夠改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，使其在滿足強(qiáng)度和剛度的情況下具有最合理的結(jié)構(gòu)。在應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)和老產(chǎn)品改造方面，能夠提供對其強(qiáng)度、應(yīng)力分布狀況的分析，利用優(yōu)化設(shè)計方法對其進(jìn)行形狀和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，從而在設(shè)計上提供技術(shù)支持和理論指導(dǎo)。Ansys是一個應(yīng)用廣泛的通用的有限元工程分析軟件，它具有多種多樣的分析能力，包括簡單線性靜態(tài)分析和復(fù)雜非線性動態(tài)分析。可用來求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場及碰撞等問題的解答。它包含了預(yù)處理、解題程序以及后處理和優(yōu)化等模塊，將有限元分析、計算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的有力工具。下面對增力機(jī)構(gòu)的主要件進(jìn)行分析。4.5.1長臂連桿的靜力分析結(jié)構(gòu)靜力分析是計算結(jié)構(gòu)在固定比變的載荷作用下的響應(yīng)，它不考慮慣性和阻尼的影響，如結(jié)構(gòu)受隨時間變化的載荷時的情況。但是，靜力分析可以計算那些固定不變的慣性載荷對結(jié)構(gòu)的影響如重力和離心力，以及那些可以近似為等價靜力的隨時間變化載荷。當(dāng)慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)分析的影響并不明顯時靜力分析尤其適用。對長臂連桿進(jìn)行靜力分析，步驟如下：1)建模。桿件厚度為6mm，兩端孔半徑4mm，外圓半徑為8mm，兩圓孔的中心距為50mm。如圖4.5所示。2)定義單元類型。在結(jié)構(gòu)分析中，常用的三維實體單元有SOLID45，SOLID73，SOLID95，SOLIDl85等。在此分析中采用Brick10nodel87單元。3)定義材料屬性。指定鋼材的彈性模量為210E3，泊松比取0.28。4)劃分網(wǎng)格。采用SmartSize中的Level6來智能劃分。得到圖4.6。5)定義約束和施加載荷。因為受力后的連桿為二力桿件，所承受的是3014.76N的拉力。故將與支座孔鉸接的受壓力側(cè)孔面完全(AllDOF)約束，將載荷40QUOTE施加在短臂連桿另一圓孔的孔面上。圖4.5長臂連桿建模6）求解后，可得構(gòu)件變形圖，構(gòu)件等效應(yīng)力圖，由圖可知短臂連桿最大形變?yōu)?.005292mm，構(gòu)件上最大應(yīng)力值為106.263MPa，小于材料許用應(yīng)力113MPa，由此可見桿件滿足力學(xué)要求。如圖4.7、圖4.8所示。圖4.6長臂連桿網(wǎng)格劃分圖4.7長臂連桿變形圖圖4.8長臂連桿等效應(yīng)力圖4.5.2短臂連桿的靜力分析對短臂連桿進(jìn)行靜力分析，步驟如下：1）建模。桿件厚度為6mm，兩端孔半徑4mm，外圓半徑為8mm，兩圓孔的中心距為35mm。如圖4.9所示。2)定義單元類型。在此分析中采用Brick10nodel87單元。3)定義材料屬性。指定鋼材的彈性模量為210E3，泊松比取0.28。4)劃分網(wǎng)格。采用SmartSize中的Level6來智能劃分。得到圖4.10。5)定義約束和施加載荷。短臂連桿所承受的是740.42N的拉力。故將與支座孔鉸接的受壓力側(cè)孔面完全(AllDOF)約束，將載荷9.83QUOTE施加在短臂連桿另一圓孔的孔面上。圖4.9短臂連桿建模圖4.10短臂連桿網(wǎng)格劃分6）求解后，可得構(gòu)件變形圖，構(gòu)件等效應(yīng)力圖，由圖可知短臂連桿最大形變?yōu)?.001455mm。相應(yīng)的應(yīng)力分布如圖所示，可知其最大應(yīng)力為24.283MPa，小于材料的許用應(yīng)力113MPa，由此可見桿件滿足力學(xué)要求。如圖4.11、圖4.12所示。圖4.11短臂連桿變形圖圖4.12短臂連桿等效應(yīng)力圖4.5.3增力機(jī)構(gòu)的模態(tài)分析模態(tài)分析是用來確定機(jī)構(gòu)的振動特性的一種技術(shù)，這些振動特性包括：固有頻率、振型、振型參與系數(shù)（即在特定方向上某個振型在多大程度上參與了振動）等。模態(tài)分析是所有動態(tài)分析類型的最基礎(chǔ)的內(nèi)容?，F(xiàn)對增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，步驟如下：建立模型，如圖4.13所示；圖4.13增力機(jī)構(gòu)建模2）定義單元類型。在此分析中2個長臂連桿及短臂連桿均采用Brick8nodel87單元，轉(zhuǎn)動銷及螺母采用Brick10node92單元。3)定義材料屬性。指定轉(zhuǎn)動銷及螺母的彈性模量為2E11，泊松比取0.3,，材料密度為7850其他零件的彈性模量為2.1E11，泊松比為0.28，材料密度為7800。4）網(wǎng)格劃分。采用SmartSize中的Level6來智能劃分各個零件。如圖3.14。圖4.14增力機(jī)構(gòu)網(wǎng)格劃分4)進(jìn)行模態(tài)分析的求解設(shè)置。在求解類型對話框中選擇模態(tài)分析Modal選項。設(shè)置提取模態(tài)階數(shù)為6，擴(kuò)展模態(tài)階數(shù)為6。5）施加約束。在長臂連桿的孔面上施加全約束（ALLDOF）；在另一長臂連桿空面上施加約束UZ、UY；在短臂連桿的孔面上施加約束UX、UZ。6）進(jìn)行求解。求解所得增力機(jī)構(gòu)頻率如表4.3所示。增利機(jī)構(gòu)各階的振型圖，如圖4.15圖4.20所示。表4.3模態(tài)分析求解結(jié)果頻率次序123456頻率(HZ)2.30582.85066.30166.950810.12211.525圖4.15第一階振型圖圖4.16第二階振型圖圖4.17第三階振型圖圖4.18第四階振型圖圖4.19第五階振型圖圖4.20第六階振型圖從表中可知，在制動過程中增力機(jī)構(gòu)的6階固有頻率。做模態(tài)分析的目的在于運(yùn)用制動器時避開汽車發(fā)動機(jī)的震動頻率，以免發(fā)生共振，產(chǎn)生共振載荷，造成零件損壞。以確保制動器在安全可靠的環(huán)境下工作。4.6本章小結(jié)本章對電磁制動器的增力機(jī)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了計算，選取了鉸桿機(jī)構(gòu)作為增力機(jī)構(gòu)，對機(jī)構(gòu)的自由度進(jìn)行分析，確定了增力機(jī)構(gòu)的組成，分析了增力機(jī)構(gòu)的工作過程，確定了電磁制動器工作所需的電磁力的大小。并對設(shè)計的增力機(jī)構(gòu)進(jìn)行Ansys分析，確定了機(jī)構(gòu)的可靠性。第5章電磁體的設(shè)計計算電磁鐵是一種通電以后對鐵磁物質(zhì)產(chǎn)生吸力，吧電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電器。它的應(yīng)用范圍極廣，許多自動化電器和自控、遙控中操縱各種氣閥、油閥的電磁閥，都是以電磁機(jī)構(gòu)為主體構(gòu)成的；在一般工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，如起重吊車上的制動電磁鐵、起重各種鋼鐵的起重電磁鐵、電力傳動中的電磁離合器等，都是電磁鐵醫(yī)用的例子。利用電磁吸力可以代替笨重的體力勞動，使勞動強(qiáng)度減輕、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提高，因此在技術(shù)革新中也常常用到電磁鐵。設(shè)計要求:該電磁鐵為直流電磁鐵，能產(chǎn)生740.42N的吸力，工作電壓12V。選擇設(shè)計的電磁鐵為U型直流電磁鐵。為使電磁鐵能快速響應(yīng)，磁性材料應(yīng)有較好的低場磁性能。為降低電磁鐵中渦流的影響，應(yīng)采用電阻率大的磁性材料綜合考慮，選用灰鑄鐵作為電磁鐵磁性材料。在電磁鐵的設(shè)計計算時，作如下假設(shè):1)磁通在鐵芯上是均勻分布的；2)漏磁通是從鐵芯表面垂直漏出；3)電磁鐵行程足夠短，計算空氣隙磁導(dǎo)時忽略其邊緣擴(kuò)散漏磁通；4)磁路是線性的，即有如圖5.1磁化曲線。B-磁感應(yīng)強(qiáng)度，H-磁場強(qiáng)度圖5.1磁化曲線5.1磁通勢的計算初步計算可利用式(4.1)、（4.2)計算磁通勢：=(1.1～1.2)(5.1)(5.2)式中：——勵磁電流；——線圈匝數(shù)；——?dú)庀断陌苍眩弧刃庀洞鸥袘?yīng)強(qiáng)度；——?dú)庀堕L度?！婵沾艑?dǎo)率，在本文的設(shè)計計算中，選取對其合理選擇非常重要。取得太小，則鐵芯和線圈的尺寸都會過大，很不經(jīng)濟(jì)；反之，若取得過大，則鐵芯將趨于飽和，致使磁壓降和所需磁勢都要增大，從而增大了線圈得尺寸和線圈的能量損耗，同樣不經(jīng)濟(jì)。通常鐵芯的磁感應(yīng)強(qiáng)度總是取其所用磁性材料的磁化曲線膝點(diǎn)附近的數(shù)值。在打開位置，由于存在漏磁，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度總是比鐵芯內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度小，所選的必須小于上述膝點(diǎn)附近的值。在初算中，對于短行程電磁鐵值可取6000～8000GS，對于短時工作制或反復(fù)工作制的電磁鐵，可以取大一些，以提高材料利用率。取=10000GS=1T。電磁鐵的銜鐵在運(yùn)動末與磁鐵極面間的空氣隙由前計算取3.4mm。則磁路中總的空氣氣隙為6.8mm。5.2鐵芯截面積的計算根據(jù)電磁鐵吸力計算公式：（5.3）可得，鐵芯截面積鐵芯截面積可根據(jù)圓的面積公式求得：（5.4）鐵芯直徑5.3電磁鐵長度的計算電磁鐵的長度可根據(jù)基爾霍夫第二定律求得（5.5）式中：——電磁材料中的磁場強(qiáng)度；——空氣隙中的磁場強(qiáng)度；——電磁鐵長度；——空氣隙長度。查閱灰鑄鐵材料性質(zhì)得，當(dāng)時，灰鑄鐵磁導(dǎo)率為。（5.6）（5.7）式中：——空氣中的磁場強(qiáng)度，求得5.4銜鐵厚度的確定通過電磁鐵鐵芯與銜鐵的磁通量不變，則銜鐵厚度：=0.001m=1cm（5.8）5.5確定線圈截面積Sq及線圈槽寬由于導(dǎo)線在繞制線圈時導(dǎo)線與導(dǎo)線間存在一定間隙，設(shè)導(dǎo)線截面積總和與線圈截面積之比為稱之為填充系數(shù)，一般取，設(shè)j為電流密度，長期工作制的電磁鐵；反復(fù)短時工作制的電磁鐵，對于短時工作制的電磁鐵。取。線圈截面積(5.9)取線槽的高寬之比為5:1，則。（5.10）解得5.6線圈導(dǎo)線直徑的確定導(dǎo)線直徑的確定由公式（5.11）確定(5.11)式中：——導(dǎo)線的電阻系數(shù)，取=0.02；——電源電壓；——電磁線圈的平均直徑。解得查閱《電工材料手冊》確定取標(biāo)稱直徑為1.35mm的漆包線，選取銅線的外直徑為1.4mm。5.7線圈匝數(shù)的確定由鐵芯線圈槽的尺寸可知:在寬度方向，可排列的線圈匝數(shù),取在高度方向，可排列的線圈匝數(shù)為:，取則總匝數(shù)為:=369則勵磁電流為:由于電磁體尺寸的關(guān)系，將線圈平均分為兩段，分別安裝在電磁鐵兩端，這對電磁鐵的其他數(shù)據(jù)沒有影響。5.8本章小結(jié)本章簡對電磁體機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計計算，首先確定電磁鐵的形狀及材料，根據(jù)所需電磁力可計算電磁鐵的截面積，并根據(jù)電磁鐵的磁通勢及電磁材料的特性進(jìn)一步確定電磁鐵及電磁線圈的結(jié)構(gòu)尺寸。第6章電磁制動器的仿真分析6.1MATLAB軟件概論科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得各個領(lǐng)域中的系統(tǒng)設(shè)計與分析變得日益復(fù)雜起來。如何建立動態(tài)系統(tǒng)模型、對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真與分析對于各領(lǐng)域系統(tǒng)地設(shè)計與開發(fā)具有極其重要的作用。傳統(tǒng)的仿真技術(shù)主要包括實物仿真與半實物仿真。其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)仿真結(jié)果直接、形象、可觀可信。但是仿真模型受到一定限制，易破壞而且難以重新利用。尤其是在軍事、國防、航空航天以及核試驗等領(lǐng)域之中，采用實物仿真與半實物仿真不僅費(fèi)用巨大，而且存在不可忽視的安全問題。計算機(jī)技術(shù)與數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展給系統(tǒng)仿真技術(shù)帶來了翻天覆地的變革，采用計算機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)仿真可以很好的解決傳統(tǒng)仿真技術(shù)中存在的問題。只要系統(tǒng)設(shè)計者能夠全面了解系統(tǒng)所處的復(fù)雜環(huán)境、系統(tǒng)中復(fù)雜的對象并且真確建立系統(tǒng)地數(shù)字模型，便可以使用計算機(jī)對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行充分的研究與分析。計算機(jī)仿真系統(tǒng)一旦建立就可以重復(fù)使用，特別是對系統(tǒng)修給非常方便、安全，而且代價極小。用戶經(jīng)過不斷的仿真修正，逐漸深化對系統(tǒng)地認(rèn)識，以采用相應(yīng)的控制和決策，是系統(tǒng)處于科學(xué)的控制和管理之下。MathWorks公司推出的基于MATLAB平臺的Simulink模塊是動態(tài)系統(tǒng)仿真領(lǐng)域中最為著名的仿真集成環(huán)境之一，它在各個領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。Simulink能夠幫助用戶迅速構(gòu)建自己的動態(tài)系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真分析；通過仿真結(jié)果修正系統(tǒng)設(shè)計,從而快速完成系統(tǒng)的設(shè)計。Simulink集成環(huán)境的運(yùn)行受到MATLAB的支持，因此，Simulink能夠直接使用MATLAB強(qiáng)大的科學(xué)計算功能。毫無疑問，Simulink具有出色的能力，因此它在系統(tǒng)仿真領(lǐng)域中有著重要的地位。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。使用Simulink來建模、分析和仿真各種動態(tài)系統(tǒng)（包括連續(xù)系統(tǒng)、離散系統(tǒng)和混合系統(tǒng)），將是一件非常輕松的事情。它提供了一種圖形化地交互環(huán)境，只需用鼠標(biāo)拖動的方法便能迅速的簡歷起系統(tǒng)框圖模型，甚至需要編寫一行代碼。它和MATLAB的無縫結(jié)合使得用戶可以利用MATLAB豐富的資源，建立仿真模型，監(jiān)控仿真過程，分析仿真結(jié)果。另外，Simulink在系統(tǒng)仿真領(lǐng)域中已經(jīng)得到光感的承認(rèn)和應(yīng)用，許多專用的仿真系統(tǒng)都支持Simulink模型，這非常有利于代碼的重用和移植。使用Simulink可以方便的進(jìn)行控制系統(tǒng)、DSP系統(tǒng)、通信系統(tǒng)以及其他系統(tǒng)的仿真分析和原型設(shè)計。6.2汽車系統(tǒng)模型的建立汽車的整車模型，可以采用牛頓力學(xué)建立各個剛體的運(yùn)動學(xué)方程?？山⒌哪Ｐ陀袉屋喥嚹Ｐ汀㈦p輪汽車模型、四輪汽車模型和多自由度汽車模型等繁簡度不同的模型。一般汽車動力學(xué)模型將汽車堪稱是由4個輪子、簧上質(zhì)量、簧下質(zhì)量6件剛體組成，忽略彈簧和阻尼器的質(zhì)量，假設(shè)路面是光滑的，且不考慮汽車的垂直運(yùn)動。一般汽車動力學(xué)模型需要建立的方程較多，計算繁瑣，只用來描述復(fù)雜的動力學(xué)場合。四輪汽車模型忽略汽車側(cè)傾的影響，將簧上質(zhì)量和簧下質(zhì)量合為汽車整車質(zhì)量，忽略輪胎的滾動阻力、汽車風(fēng)阻。考慮縱向、橫向和繞汽車慣性的轉(zhuǎn)動。這一模型重點(diǎn)描述了汽車的運(yùn)動特性，可以應(yīng)用在制動、操縱以及動力學(xué)控制的模擬研究中。在四輪汽車模型的基礎(chǔ)上，將汽車的左右兩輪合并為一個車輪，就成為汽車的兩輪模型，實際上是一個摩托車模型。主要用來描述汽車的直線制動與驅(qū)動的場合，考慮汽車的加、減速度的影響，用于汽車動力學(xué)模擬與分析。單輪汽車模型是最簡單的模型，主要用來描述制動性能，用于基于模型控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計等。電磁制動系統(tǒng)中，電磁體的電磁力與電磁體線圈中的通電電流和匝數(shù)有關(guān)，基本上與安匝數(shù)成線性關(guān)系。當(dāng)線圈的匝數(shù)一定時，改變線圈中的通電電流，電磁體的磁力隨之改變。不同于普通的摩擦制動器，電磁制動器不需要壓力調(diào)節(jié)器，而直接控制電流。由于使用電流調(diào)節(jié)器代替了壓力調(diào)節(jié)器，所以減少了系統(tǒng)的非線性。汽車的整車模型，可以采用牛頓力學(xué)建立各個剛體的運(yùn)動學(xué)模型。在對電磁制動器進(jìn)行仿真時，采用單輪汽車模型如圖6.1所示，