某新能源汽車制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9108某新能源汽車制動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1101451.1制動(dòng)器類型 16741.1.1鼓式制動(dòng)器 182121.1.2盤式制動(dòng)器 2206161.2主要參數(shù)的確定 3103021.2.1鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì) 370631.2.2盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì) 4289401.2.3制動(dòng)距離 5177611.3制動(dòng)器壓力的計(jì)算 5247601.3.1制動(dòng)蹄摩擦面的壓力 5169891.3.2鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩 6195541.3.3磨損特性計(jì)算 79391.3.4熱容量和溫升的核算 9305211.3.5盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算 10174111.3.6手動(dòng)駐車制動(dòng)的計(jì)算 12195101.4其他主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13309981.4.1制動(dòng)鼓 13119021.4.2制動(dòng)蹄 14299211.4.3制動(dòng)輪缸 14240221.4.4制動(dòng)盤 14242671.4.5制動(dòng)鉗 1561091.4.6制動(dòng)蹄塊 15108861.4.7摩擦材料的確定 15制動(dòng)器類型鼓式制動(dòng)器鼓閘內(nèi)部有兩個(gè)張力蹄。按類型分類：領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器，雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。（1）領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器開始兩個(gè)制動(dòng)器的蹄子分別按一個(gè)支點(diǎn)，一個(gè)蹄子在氣缸作用下打開時(shí)旋轉(zhuǎn)的方向和剎車鼓的方向一致。叫領(lǐng)蹄。另一只蹄子打開時(shí)旋轉(zhuǎn)的方向與剎車鼓的方向相反，從蹄子到低剎車，輕型汽車的制動(dòng)效果很好。（2）雙頸制動(dòng)當(dāng)車輛向前時(shí)，兩個(gè)剎車的蹄子都叫領(lǐng)蹄的剎車。構(gòu)造的特征是，兩個(gè)剎車的蹄子使用一個(gè)單活塞的剎車輪汽缸來促進(jìn)動(dòng)作，固定要素的構(gòu)造配置是中心對(duì)稱式。（3）雙向雙領(lǐng)子蹄式制動(dòng)器汽車前進(jìn)或后退時(shí)，剎車蹄都是導(dǎo)程制動(dòng)，它是平衡式剎車，對(duì)滾輪軸承不能造成過多的負(fù)荷。雙向的制動(dòng)效果很高。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)粗糙，同時(shí)也用于中、輕貨物車和一部分轎車的剎車。如果是后輪剎車的話，必須設(shè)置中央制動(dòng)器。用途是停車制動(dòng)。鼓閘結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)缺陷是剎車中的散熱差和排水性差，制動(dòng)效率不足。所以，車慢慢使用盤式制動(dòng)器。因?yàn)槟莻€(gè)成本低，所以在不太貴的車?yán)锸褂?。設(shè)計(jì)小型純電動(dòng)汽車的重量。價(jià)格不太貴。最終領(lǐng)子是蹄式制動(dòng)器。盤式制動(dòng)器盤式制動(dòng)器可分為鉗盤式和全盤式兩大類。1）鉗盤式 定鉗盤式制動(dòng)器：制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪固定在鉗體槽中轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：活塞和制動(dòng)塊旋轉(zhuǎn)，其他件不旋轉(zhuǎn)，最大程度上制動(dòng)鉗的強(qiáng)度的到保證；結(jié)構(gòu)和工藝和鼓式制動(dòng)器有相似之處，可以方便的實(shí)現(xiàn)鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器轉(zhuǎn)變；可以非常好適配多回路汽車制動(dòng)系的要求。②浮動(dòng)盤式制動(dòng)器：有以下優(yōu)點(diǎn)：只有在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸這，軸向尺寸很小，制動(dòng)器可以非常近的靠近輪轂；冷卻條件好，制動(dòng)液汽化的可能性??；成本低；浮動(dòng)鉗的制動(dòng)塊也可用于駐車制動(dòng)。（2）全盤式全盤式制動(dòng)器，摩擦副的轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件為盤型，制動(dòng)時(shí)每個(gè)盤摩擦面相互接觸，。這種制動(dòng)器散較差，應(yīng)用沒有浮鉗盤式制動(dòng)器廣泛。目前轎車制動(dòng)系統(tǒng)以液壓制動(dòng)為主,主要采用前盤式和后鼓式制動(dòng)器[7]。制動(dòng)系統(tǒng)的主要功能是提供減速功能以停止車速[14]。結(jié)合以上制動(dòng)器，最終選定本次設(shè)計(jì)采用前盤后鼓式。前盤制動(dòng)器選用浮動(dòng)盤式制動(dòng)器，后鼓式制動(dòng)器用領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。主要參數(shù)的確定鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)(1)制動(dòng)鼓直徑D或半徑R輸入力P一定時(shí)，剎車鼓的直徑越大，制動(dòng)扭矩越大，剎車的散熱性越好。剎車鼓的直徑D尺寸受車輪直徑限制，剎車鼓的直徑D增加，同樣的剎車重量也增加，這樣汽車的非懸架負(fù)擔(dān)增大，不能保證平滑性。剎車鼓和輪子之間有間隙。這個(gè)一般在20mm～30mm以下，散熱性能良好。由于剎車的暑熱，輪胎也可以避免損壞。可以從這個(gè)間隙和輪轂尺寸中求出剎車鼓D。剎車鼓的直徑D和車輪的直徑比范圍是多少。乘用車=0.64～0.74卡車=0.70～0.83家庭用的汽車剎車鼓的內(nèi)徑一般比輪子的外徑小125mm～150mm。從以上，取得了剎車鼓內(nèi)徑D=235mm，車輪直徑=356mm。剎車鼓外徑255mm。（2）制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角及寬度b如圖4.1所示，包角一般在=的范圍內(nèi)被選擇。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，摩擦襯角度=～時(shí)磨損最小，溫度最低，剎車效果良好。減少的話有利于散熱，但單位內(nèi)壓力高，磨損加速。離合器不能超過。對(duì)散熱不好。剎車的話會(huì)振動(dòng)。嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生鎖定。選取=。摩擦襯里的寬度越大，單位壓力越小，磨損越小，但襯墊的尺寸太大，無法完全保證。剎車鼓全面接觸。急剎車時(shí)的單位壓力不超過2.5MPa，選擇斜線寬度b。b=45mm。（3）摩擦襯里的起始角摩擦襯塊的起始角符合單位壓力分布情況，因此襯線對(duì)最大壓力點(diǎn)對(duì)稱設(shè)計(jì)，以改善剎車效果和磨損平均值。根據(jù)=-（/2）=圖4.1制動(dòng)蹄摩擦襯里參數(shù)（4）制動(dòng)器張力的作用線和制動(dòng)器得中線距離a剎車輪汽缸和凸輪在剎車鼓內(nèi)是必要的，所以a比較大，可以提高工作效果。a=0.8R左右，求a=99.6mm。（5）制動(dòng)蹄支撐目標(biāo)位置k與c制動(dòng)蹄支撐中心坐標(biāo)尺寸k要小，c盡可能地大，可取c=0.8R左右，取c=99.6mm。2．摩擦片摩擦系數(shù)摩擦片選擇時(shí)，系數(shù)要高，穩(wěn)定性好。溫度，力的影響很小。制動(dòng)器摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3～0.5，。選擇f=0.3。盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)（1）制動(dòng)盤直徑D制動(dòng)盤直徑越大，制動(dòng)效果越好，制動(dòng)盤的直徑D為輪輞直徑的70%～79%。所以求得剎車盤直徑D=225m。（2）制動(dòng)盤厚度h制動(dòng)盤得厚度越厚，溫度升高得越?。粸榱耸怪苿?dòng)器溫度升高的小，制動(dòng)盤的不能太薄。通風(fēng)盤的選取，制動(dòng)盤的厚度可以取為20mm～50mm，多采用20mm～30mm。這次選取h=22mm。（3）摩擦襯塊內(nèi)半徑與外半徑建議摩擦襯塊的外半徑與內(nèi)半徑的比率不大于1.5。如果大，工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大的話，磨損變得不均勻，接觸面積將減小，最終會(huì)制動(dòng)力矩變化大。（4）摩擦襯塊厚度與摩擦面積摩擦襯塊得厚度最好是14mm,制動(dòng)摩擦襯塊單位面積換算為汽車質(zhì)量，在1.6kg/～3.5kg/內(nèi)選取。摩擦面積取76cm。制動(dòng)盤和摩擦片的制動(dòng)時(shí)間取0.1s。制動(dòng)距離根據(jù)國家的規(guī)定在30km/h的輕型貨車，從踩下剎車到完全停止，距離應(yīng)該在7米一下下，中大型貨車，不能超過8米。S=式中：t2t2所以S=1制動(dòng)器壓力的計(jì)算制動(dòng)蹄摩擦面的壓力由前面的數(shù)據(jù)可知，摩擦系數(shù)和制動(dòng)摩擦力對(duì)制動(dòng)蹄系數(shù)bf有很大的影響。把握制蹄摩擦面的壓力分布，幫助正確分析剎車因素。但是，很難準(zhǔn)確計(jì)算蹄板長(zhǎng)度方向的壓力分布規(guī)則。除了摩擦引起的彈性變形外，剎車蹄、剎車鼓、支架也有彈性變形，摩擦引起的失真量比較小。因此，通常的近似計(jì)算只考慮背面徑向變形的影響，并且可以忽略其他部分的變形。即通常作以下一些假定。制動(dòng)鼓、制動(dòng)蹄為絕對(duì)剛性體；在外力，形變會(huì)發(fā)生在摩擦襯片；壓力形變符合虎克定律?？筛鶕?jù)圖4-2來分析計(jì)算了一個(gè)自由度摩擦襯里的徑向變形壓力分布，此時(shí)，摩擦襯里圍繞支撐承保中心旋轉(zhuǎn)d角。沿制動(dòng)襯片旋轉(zhuǎn)切向方向的摩擦襯墊表面的任何一點(diǎn)的饑餓變形是線段，其徑向變形分量是半徑延伸線上半徑的投影，即線段。由于d角較小，=90所尋求的摩擦襯里的徑向變形可以被認(rèn)為是（4.1）圖4.2摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布考慮到，等腰三角形可知（4.2）代入得摩擦襯片的徑向變形和壓力（4.3）通過上式可看出摩擦片的徑向變形和壓力都是關(guān)于張開角的正弦函數(shù)。鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與制動(dòng)力矩之間的關(guān)系。增勢(shì)蹄制動(dòng)力矩可表達(dá)如下：（4.4）式中：—摩擦系數(shù)（前面以選擇0.3）；—單元法向力的合力；—摩擦力的作用半徑。如圖4-3求得力與張開力的關(guān)系式，寫出制動(dòng)蹄上力的平衡力方程式：（4.5）圖4.3制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力關(guān)系式中：—支承反力在軸上的投影；—軸與力的作用線之間的夾角。代入（4.5）求解，得（4.6）將式4.6代入式4.4，增勢(shì)蹄的制動(dòng)力矩=（4.7）增勢(shì)蹄的力矩是關(guān)于的直線函數(shù)。對(duì)于減勢(shì)蹄同上。磨損特性計(jì)算摩擦襯片的磨損有很多因素，比如：材質(zhì)，溫度、壓力滑磨速度等，汽車的制動(dòng)過程是將其部分機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）轉(zhuǎn)化為熱能和散熱的過程。在強(qiáng)烈的緊急制動(dòng)過程中，剎車幾乎消耗了汽車的所有動(dòng)力。此時(shí)，制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量很快逃逸到大氣中，導(dǎo)致制動(dòng)溫度上升。這是制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，摩擦襯片（襯塊）磨損越大。1）比能量耗散率雙軸汽車其中一個(gè)前輪制動(dòng)器和其中一個(gè)后輪制動(dòng)器比能量耗散率（4.8）（4.9）式中：：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，：汽車總質(zhì)量；緊急制動(dòng)時(shí)，；，：汽車制動(dòng)初速度與終速度，/；計(jì)算時(shí)轎車取27.8/；：制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算t==27.8/6=4.6：制動(dòng)減速度，，0.6×106；，：前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積；=7600mm,汽車得重量在1.5—2.5/t選取襯片面積在200-300cm,故取=30000mm：制動(dòng)力分配系數(shù)。則==5.7轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0，故符合要求。==0.7轎車鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于1.8，故符合要求。2）比滑磨功磨損和熱量的性能指標(biāo)可以通過在制動(dòng)期間通過停車完成的襯里到單元襯里區(qū)域的滑動(dòng)工作來測(cè)量，即比滑磨功來計(jì)算（4.10）式中：：汽車總質(zhì)量：車輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，==752cm；:[]：許用比滑磨功，轎車取1000J/～1500J/。L=1497J/≤1000J/～1500J/故符合要求。熱容量和溫升的核算制動(dòng)器熱容量和溫升是否滿足下列條件：（4.11）式中：—各制動(dòng)鼓（盤）的總質(zhì)量；—與各制動(dòng)鼓（盤）相連的受熱金屬件（如輪轂、輪輻、輪輞、制動(dòng)鉗體等）的總質(zhì)量；—制動(dòng)鼓（盤）材料的比熱容，對(duì)鑄鐵c=482，對(duì)鋁合金c=880；—與制動(dòng)鼓（盤）相連的受熱金屬件的比熱容；—制動(dòng)鼓（盤）的溫升（一次=30km/h到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，溫升不應(yīng)超過15）；L—滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，由于制動(dòng)過程迅速，可以認(rèn)為制動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按前、后制動(dòng)力的分配比率給前、后制動(dòng)器，即（4.12）式中：—滿載汽車總質(zhì)量；—汽車制動(dòng)時(shí)的初速度，可取=；—汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。式中的=5kg,=20kg.將其他已知的參數(shù)代入式（4-8）得：前輪鉗盤式制動(dòng)器和后鼓式制動(dòng)器的熱容量和溫升都滿足。盤式制動(dòng)器制動(dòng)力矩的計(jì)算盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖4-4若襯塊表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為式中：—摩擦系數(shù)；—單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；—作用半徑。扇形摩擦襯塊，R為平均半徑或有效半徑已足夠精確。平均半徑為（4.13）圖4.4盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖式中；—扇形摩擦襯塊內(nèi)半徑外半徑。盤式制動(dòng)器力矩方：，是活塞給予制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤壓緊力一個(gè)直線函數(shù)。圖4.4，單元面積上的摩擦力對(duì)制動(dòng)中心力據(jù)，q為襯塊和制動(dòng)盤單位面積上壓力，單側(cè)制動(dòng)塊制動(dòng)力矩為（4.14）單側(cè)襯對(duì)制動(dòng)盤的總摩擦力（4.15）得有效半徑為（4.16）令，則有（4.17）因，故當(dāng)。當(dāng)m過小，滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，單位壓力分布將不均勻，以上計(jì)算方法錯(cuò)誤手動(dòng)駐車制動(dòng)的計(jì)算汽車在坡道上得受力簡(jiǎn)圖圖4-5由該圖得出在商鋪路段上停住后后軸附著力為z2=出汽車下頗停駐的后軸車輪的附著力為Z'根據(jù)后軸車輪附著力與后輪駐車制動(dòng)的制動(dòng)力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐的坡度極限傾角，即由ma求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為（4.21）代入汽車參數(shù)，求得23.22汽車在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為（4.22）代入汽車參數(shù)，求得16.83一般要求各類汽車的最大停駐坡度不應(yīng)小于16%～20%。圖4.5駐車制動(dòng)計(jì)算模型汽車后軸的單個(gè)后輪駐車制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的最大上限為：T=（4.23）代入汽車參數(shù)求得T=760.68。其他主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓剎車鼓需要足夠的強(qiáng)度、剛性和熱容量，需要與摩擦襯里材料配合，并且需要高摩擦系數(shù)（a）鑄造制動(dòng)鼓；(b),(c)組合式制動(dòng)鼓1-沖壓成型板；2-滾筒鑄造；3-灰鑄鐵內(nèi)鼓；4-鋁鑄件剎車鼓圖4.6制動(dòng)鼓用灰鑄鐵HT200或合金鑄鐵制造的制動(dòng)鼓（參照?qǐng)D4-6（a））。輕型卡車制動(dòng)鼓（參照?qǐng)D4-6（b））?；诣T鐵內(nèi)鼓的鑄鋁合金制剎車鼓（參照?qǐng)D4-6（c））如圖4-6所示，針對(duì)剎車鼓的輪轂中，由直徑的圓柱面配合定位，保證兩者緊固后對(duì)剎車鼓內(nèi)的工作面進(jìn)行精加工，兩者的軸重疊。組裝結(jié)束后需要?jiǎng)幼髌胶狻２黄胶獬擞密囀?5～20N?cm?？ㄜ?0-40N·cm我設(shè)計(jì)的小型純電動(dòng)汽車容許的公差是。剎車鼓壁厚的選擇主要從其剛性和強(qiáng)度的觀點(diǎn)來考慮。大壁厚取法對(duì)于增加熱容量也是有利的，但是實(shí)驗(yàn)表明，隨著壁厚增加，摩擦表面的平均最高溫度變化不大。普通鑄造制動(dòng)鼓壁厚：乘用車；中，大型卡車呢。剎車鼓在閉合側(cè)的外緣開孔，確認(rèn)制動(dòng)器的間隙。這次設(shè)計(jì)采用的材料是HT20-40制動(dòng)蹄轎車和小型、輕貨物車的制動(dòng)蹄子廣泛采用T型鋼滾輪或鋼板壓床。大型卡車的制動(dòng)蹄大多是用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成的。制動(dòng)蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和截面形狀應(yīng)保證剛性，小型車在鋼板制動(dòng)蹄的腹板上有時(shí)會(huì)有一個(gè)、兩個(gè)徑向溝，減小蹄的彎曲剛度，使制動(dòng)蹄摩擦墊和制動(dòng)鼓之間的壓力均勻可以使襯里的磨損更加均勻，減少制動(dòng)時(shí)的悲鳴。大型車的制動(dòng)蹄的斷面有字形，有幾個(gè)山形。在本設(shè)計(jì)中，剎車蹄是按T型鋼焊接而成的。剎車蹄板和翼緣厚，轎車約為。卡車的約是。摩擦襯片的厚度,大多數(shù)轎車;卡車以上很多。燈光可以鉚接，也可以粘貼在制動(dòng)器的邊緣。粘貼時(shí)磨損厚，使用壽命長(zhǎng)，但不易更換襯里。鉚釘?shù)脑胍粜　＿@次剎車的蹄子使用了HT200。制動(dòng)輪缸制動(dòng)輪汽缸是液壓制動(dòng)系統(tǒng)中采用的活塞式制動(dòng)器的蹄開機(jī)構(gòu)，其構(gòu)造簡(jiǎn)單，易于配置在輪制動(dòng)中。滾筒的汽缸是用灰鑄鐵HT250制成的。那個(gè)罐子的筒會(huì)穿孔，所以需要打孔?；钊怯娩X合金做的?；钊耐舛擞袖撝频牟矍许攭K，支持插入槽中的剎車蹄板的板端部或端部接頭。汽缸的工作腔用安裝在活塞上的橡膠密封環(huán)或活塞內(nèi)側(cè)端面的橡膠皮碗密封。很多剎車輪轂有兩個(gè)等徑活塞。雙領(lǐng)蹄型制動(dòng)器的兩個(gè)蹄是由單活塞的剎車輪汽缸驅(qū)動(dòng)的。我設(shè)計(jì)的是HT250。制動(dòng)盤剎車盤一般用棕櫚灰鑄鐵。其構(gòu)造形狀有平板型和絲絨帽型兩種。后一個(gè)圓柱部分長(zhǎng)度取決于對(duì)齊大小。剎車盤不僅能在工作時(shí)受到剎車塊作用的法線力和切線力，還能承受熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗位式制動(dòng)器的剎車盤中制作有徑向換氣槽的雙層盤，可以大幅度增加散熱面積，使溫度上升降低約20%～30%，但是盤的整體厚度更厚。國產(chǎn)的引進(jìn)車型——奧迪、桑塔納、富康轎車和切洛基吉普車都采用有通風(fēng)溝的剎車盤。其厚度在20～22.5之間，沒有通風(fēng)槽的剎車盤厚度在10～13之間。制動(dòng)鉗剎車鉗是由鍛造鐵KTH3700-12或球狀墨水鑄鐵QT400-18制造的，也有用輕合金制造