V第1章緒論1.1研究意義當(dāng)汽車開始出現(xiàn)在人們的視野中時，就已經(jīng)對其有了依靠，只不過在汽車不斷發(fā)展中，這種依賴開始提高。至此我們就習(xí)慣了去使用、去利用這一交通工具。這次研究中所設(shè)計的乘用轎車在生活中最為突出。而且在乘用轎車之中汽車的制動系統(tǒng)已經(jīng)是當(dāng)前汽車安全系統(tǒng)中最重要的一個項目。國家制動安全指標(biāo)的提高，使得制動方面的安全成為買車的第一選擇。制動性更是會影響到國家的交通秩序，尤其是當(dāng)出現(xiàn)重大交通安全問題時往往就是和制動系統(tǒng)出錯導(dǎo)致的一系列情況有關(guān)。所以此次對哈佛H6的制動系統(tǒng)勢在必行。1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)現(xiàn)狀在國內(nèi)汽車智能化程度不停的提高的同時,特別是在乘用車的方面上,由于合資公司以及外企的引進，以及國外一流水平技術(shù)被國內(nèi)所吸收，汽車制動系統(tǒng)改為應(yīng)用盤式制動器制動系統(tǒng)開始在國內(nèi)傳播。特別是能夠幫助人們在提高自身的物質(zhì)生活水平和自己的生活環(huán)境等方面起到了極大的作用，并且有利于汽車的整車性能、主被動安全性能以及乘坐舒適性的提高。在評價乘用轎車或者其它車型時，如果以車經(jīng)濟與實用的方面來考慮，那么這類汽車通常會使用混合裝載的制動系統(tǒng)，即前盤后鼓式的混裝制動系統(tǒng)。當(dāng)我們在設(shè)計哈佛H6的制動系統(tǒng)過程中，了解到乘用車在剎車制動時，前輪將承受大于后輪的力以及力矩。所以在汽車生產(chǎn)過程中，為了經(jīng)濟實用，制動系統(tǒng)生產(chǎn)商會選擇前盤后鼓式的混合制動器來進行制動。國內(nèi)有一科研團隊對于制動系統(tǒng)的最新研究在于發(fā)明了一種具有間隙自動調(diào)整裝置的定鉗盤式制動器[1]，此專利是通過在鉗體與制動盤之間安裝了一個摩擦環(huán)，當(dāng)制動襯塊損壞之后，制動間隙會增大，但液壓力的作用能使其恢復(fù)原狀，這就實現(xiàn)了制動系統(tǒng)中最重要的間隙的自動調(diào)整的功能。結(jié)構(gòu)如圖1.1所示：圖1.1可調(diào)間隙的定鉗盤制動器還有李鴻飛等人的科研團隊發(fā)明了一種自增力領(lǐng)從蹄式制動器[2]，其這項技術(shù)的發(fā)明是通過增加增力臂以及制動器中的支撐臂，進而在汽車停車時提高了駐車的制動性能，使制動系統(tǒng)能夠更好的發(fā)揮作用。結(jié)構(gòu)如圖1.2所示：圖1.2自增力式的領(lǐng)從蹄制動器1.2.2國外現(xiàn)狀通風(fēng)盤式制動器是乘用汽車許多制動系統(tǒng)中最為經(jīng)常見的一種制動器，而且尤其是在轎車中的應(yīng)用最為廣泛，并且在盤式制動系統(tǒng)中的剎車片上使用率最高[3]。意大利汽車零件廠家布雷博推出了最新的制動器，它能夠提高散熱性、抗熱裂紋性能、制動安全性。同時還會減少磨損，增加使用時間。結(jié)構(gòu)如圖1.3所示：圖1.3布雷博新型制動盤還有德國的SAB-WABCO公司研發(fā)了一種新型的制動器，其制動盤裝配于軸上，增加了穩(wěn)定性。而且此制動盤的設(shè)計能夠有利于安裝更為節(jié)能優(yōu)異的通風(fēng)散熱裝置，同時可以在乘車時最大的減少制動時的能量損耗。結(jié)構(gòu)如圖1.4所示：圖1.4SAB-WABCO新型制動盤綜上所述，在了解到國內(nèi)外市場對制動系統(tǒng)的研究后，參照目前已有的制動系統(tǒng)，所以此次哈佛H6的設(shè)計中，會選擇有較大市場的通風(fēng)盤式制動器且選擇液壓制動驅(qū)動機構(gòu)。第2章制動器的結(jié)構(gòu)選擇2.1鼓式制動器與盤式制動器的比較2.1.1鼓式制動器不同鼓式制動器之間有著各自不一樣的特點：蹄片和襯塊相連接的部分位置會改變，多少也不一樣，參與制動的裝置多少不一且形式多樣。制動器在運行一段時間后會具有很高的熱量，這對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)封閉的鼓式制動器來說，無法充分散熱。而且當(dāng)汽車長下坡制動時，制動器效能變差，安全性降低，總體安全性也會不斷降低。但是鼓式制動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，經(jīng)濟成本低，內(nèi)部結(jié)構(gòu)封閉也會減少污染。鼓式制動器如圖2.1所示：圖2.1鼓式制動器2.1.2盤式制動器在本次哈佛H6的設(shè)計中選擇盤式制動器，因為結(jié)構(gòu)不同，所以選擇多種多樣。但是根據(jù)哈佛H6已有結(jié)構(gòu)選擇鉗盤式的而不是全盤式，且鉗體選擇浮動鉗而不是其它的，是因為浮動鉗盤式制動器相比與鼓式以及其它制動器來說，液壓力穩(wěn)定、散熱穩(wěn)定、效果顯著。而且沒有特別復(fù)雜的部分。盤式制動器如圖2.2所示：圖2.2哈佛H6轎車后輪制動器表2.1鼓式制動和盤式制動優(yōu)缺點比較優(yōu)缺點/形式盤式制動鼓式制動優(yōu)點散熱好、剎車效果好、剎車力良到位而且受水干擾極小結(jié)構(gòu)簡單，成本低，易維修，且維修成本低缺點制動效率低，剎車片磨損較快，成本高且容易沾染灰塵影響制動散熱性能差，剎車反應(yīng)慢有熱衰退現(xiàn)象，達不到預(yù)期剎車的效果綜合以上信息考慮，為保證制動系統(tǒng)的安全性以及穩(wěn)定性，本次制動系統(tǒng)的設(shè)計采用盤式制動器。2.2盤式制動器的選擇鉗盤式制動器和全盤式制動器不同是制動器中有沒有鉗體，在目前乘用轎車的應(yīng)用中，全盤式制動器只用在少數(shù)工程汽車上，沒有鉗盤式制動器應(yīng)用廣泛，并且鉗盤式制動器的性能以及安全性業(yè)要好的多，因此本設(shè)計中采用鉗盤式制動器。2.2.1固定鉗式制動器固定鉗式通俗的來講就是鉗體固定，只有活塞和襯塊移動，而且是在油壓的推動下進行摩擦制動。如圖2.3所示：圖2.3定鉗盤式制動器2.2.2浮動鉗盤式制動器浮動鉗盤式制動的由制動鉗總成來進行制動，由制動鉗帶動襯塊來向制動盤移動，制動系統(tǒng)工作時油泵通過進油螺栓向制動盤輸入液壓力，反作用力推動后方制動塊，直至受力均等。如圖2.4所示：1-襯塊；2-摩擦片；3-制動鉗體；4-活塞；5-進油螺栓圖2.4浮動鉗盤式制動器定鉗盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計相對于浮動鉗盤式來說整體尺寸差別較大、結(jié)構(gòu)特點不同、油泵路線不同且作用方式也不同。而且浮動鉗式符合當(dāng)前哈佛H6的設(shè)計現(xiàn)狀。所以浮動鉗盤式制動器作為此次哈佛H6的設(shè)計選擇。2.3浮動鉗盤式制動器的工作原理浮動鉗盤式制動器的工作原理圖見圖2.5，當(dāng)汽車踩下剎車踏板進行制動，則活塞6在油液壓力的推動下，將制動塊1制動盤3相接觸并相互摩擦。在液壓油的幫助下，各個零件結(jié)構(gòu)相互摩擦，內(nèi)部位置不斷變化，外側(cè)力的大小也是隨之改變，同時內(nèi)側(cè)有與之對稱的反作用。直至制動盤內(nèi)外受力相等從而得以剎車。原理如圖2.5所示：圖2.5浮動鉗盤式制動器工作原理1—襯塊；2—摩擦片；3—制動盤；4—制動鉗體；5—支架；6—活塞；7—進油螺栓第3章制動器的設(shè)計3.1哈佛H6的主要技術(shù)參數(shù)哈佛H6的整車參數(shù)如表3.1所示:表3.1哈佛H6整車參數(shù)已知參數(shù)哈佛H62021款第三代軸距L（mm）2738整車整備質(zhì)量（Kg）1645滿載質(zhì)量（Kg）2135車身長度（mm）4653車身寬度（mm）1886車身高度（mm）1730輪胎參數(shù)（后輪）225/60R18最大扭矩（N·m）285最高車速（Km/h）1903.2盤式制動器設(shè)計3.2.1盤式制動器參數(shù)設(shè)計（1）制動盤直徑D制動盤的直徑設(shè)計時通過輪胎算得初始直徑，再根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)取較大值，這樣得出的直徑能夠盡量滿足制動器的要求，并且也能增大制動強度，降低摩擦損耗，增加使用時間。但是制動盤的直徑在特殊情況下還會被輪輞直徑所約束，所以就是自身輪輞直徑的75％左右，范圍不大于5%，又其輪輞尺寸為。式（3-1）mm式（3-1）故取制動盤直徑mm。（2）厚度的選擇H選擇范圍是，制動盤厚度大小會影響制動效率，同時也會導(dǎo)致制動盤的質(zhì)量改變。故厚度=30mm。（3）摩擦襯塊和因為，且比值大于1.5將會加快過摩擦襯塊的磨損，降低制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性。選，，即，又，，。（4）摩擦襯塊工作面積A制動襯塊的單位面積應(yīng)屬于～范圍內(nèi)。制動襯塊的工作面積以下所示：由表3.1得哈佛H6空載時，選前端受力為。所以，980/(3.5*4)A980/(1.6*4),即70A153式（3-2）式（3-2）根據(jù)所需面積，取60°式（3-3）式（3-3）符合設(shè)計要求。（5）摩擦片摩擦系數(shù)f摩擦片需要在高溫高壓下參與摩擦，所以必須選用特制的材料。此次設(shè)計哈佛H6的汽車制動盤摩擦材料選用摩擦系數(shù)在0.3～0.5范圍內(nèi)的。故我們?nèi)。篺=0.3[8]。（6）摩擦襯塊的設(shè)計計算平均半徑為：式（3-4）式（3-4）有效半徑Re如下式所示：式（3-5）式（3-5）3.2.2制動器主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計1.制動盤本次設(shè)計中哈佛H6的制動盤采用通風(fēng)盤式，同時其外圈的通風(fēng)肋數(shù)目確定為。因為本次設(shè)計中需要制動系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高制動盤的冷卻性能還要降低熱衰退和水衰退性能以及提供更好的制動能力，同時增大其散熱面積，所以選擇為劃線盤。三維模型如圖所示：圖3.1制動盤2.制動鉗制動鉗選用HT250來制作，同時在結(jié)構(gòu)上可用焊接的，也可以做成分段式同時用螺栓螺柱聯(lián)結(jié)。如果有時需要減小制動襯塊和內(nèi)部活塞的接觸面積，通常情況下也會選擇非金屬材料的活塞。三維模型如圖所示：圖3.2制動鉗體外殼總成圖3.3鉗體支架3.制動襯塊制動襯塊結(jié)構(gòu)上分為前后兩部分，一個是墊片，一個是后板。制動是材料選擇：通常會選擇很好的材質(zhì)，從而確保襯塊的可靠性以及安全性。三維模型如圖所示：圖3.4制動襯塊圖3.5摩擦片4.摩擦材料制動的摩擦材料的摩擦系數(shù)應(yīng)該很高且比較穩(wěn)定，具有很好的耐水耐熱耐磨特性，能夠抗拉、抗壓、抗扭、抗彎性能。5.制動器間隙制動器間隙能夠減少不必要的損失以及零件的相互干涉影響，通過查看哈佛H6的設(shè)計手冊得范圍是。故該設(shè)計中哈佛H6的制動器的間隙為。6.制動輪缸制動輪缸是液壓制動系統(tǒng)中不可或缺的，安裝拆卸方便，維修簡單，材料為HT250。在此設(shè)計中采用定鉗盤式制動器，選擇單活塞結(jié)構(gòu)?；钊牧线x擇鋁合金。三維模型如圖所示：圖3.6制動主缸4制動系統(tǒng)的主要參數(shù)的選擇與計算4.1同步附著系數(shù)同步附著系數(shù)與附著系數(shù)利用率的等式方程由式（4-1）所示：式（4-1）式（4-1）—汽車總的地面制動力（N）；—汽車所受重力(N)；—汽車制動強度(N)。即，，，此刻達到最高點。通過比較國內(nèi)外有關(guān)書籍推薦乘用車滿載時的同步附著系數(shù)：取最為恰當(dāng)。最終選取。4.2制動強度和附著系數(shù)利用率根據(jù)以上確定的同步附著系數(shù)，并且已知：式（4-2）式（4-2）其中：—汽車的軸距，且mm；—制動力分配系數(shù)；—滿載時汽車質(zhì)心到兩個后面制動器中點的長度(M)；—滿載時汽車的質(zhì)心所在的高度(M)；式（4-3）算出結(jié)果得：式（4-3）式（4-4）進而求得式（4-4）式（4-5）式（4-5）其中：——制動強度；——汽車總的地面制動力；——前輪所受的地面制動力；——后輪所受的地面制動力。此時取最大附著系數(shù)為0.8，故：式（4-6）式（4-6）式（4-7）式（4-7）式（4-8）式（4-8）4.3制動器最大制動力矩后軸：式（4-9）Nm式（4-9）前軸：式（4-10）=3852Nm式（4-10）——有效半徑（225/60R18）4.4制動器因數(shù)1.制動減速度：式（4-11）J=式（4-11）其中：—前后輪總制動扭矩1284+3852=5136Nm；—有效半徑0.3636m；m—滿載質(zhì)量2135kg；所以算出哈佛H6的屬于范圍內(nèi)，所以此設(shè)計沒有問題。2、制動距離式（4-12）式（4-12）其中：—剎車踏板力在零值時所持續(xù)的時間，時間選為0.1s；—制動力從零到頂點時間，取值0.2s；V=30km/h故式（4-13）乘用車最大的制動距離：式（4-13）故符合此次的設(shè)計要求。第5章液壓制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算5.1制動驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式制動驅(qū)動機構(gòu)的定義是從駕駛員踩剎車踏板開始到制動器之間，所有傳遞制動力和力矩的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為制動驅(qū)動機構(gòu)。制動驅(qū)動機構(gòu)根據(jù)剎車踏板力形成方式的不同簡單分為簡單型、動力型和伺服型三類。然后通過對本次設(shè)計的選擇，故哈佛H6的制動驅(qū)動機構(gòu)選擇帶真空助力器的伺服制動機構(gòu)。5.2制動管路在制動管路的選擇上，我們應(yīng)該盡可能的選擇簡單方便的且安全可靠的，例如設(shè)計管路的分路管路時，應(yīng)盡量選擇能幫助其他失效回路進行制動的?？蛇x取的管路方案如下圖所示： 圖5.1制動管路方案圖a、b、c、d、e分別為管路型、管路型、管路型、管路型和管路型。其中，X型回路在結(jié)構(gòu)方案上價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單方便。X型回路的作用時可以確保前后制動器一直同時起作用，且不影響制動器的參數(shù)以及附著條件。同時也是此次哈佛H6制動管路設(shè)計的最佳選擇。型管路過于簡單，且不適用于此次設(shè)計。管路型、管路型、管路型和管路型設(shè)計都過于繁雜。所以最終哈佛H6的管路選擇X型回路，且設(shè)計方案如下圖所示：圖5.2哈佛H6制動管路方案圖5.3制動驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計計算在此次哈佛H6制動驅(qū)動機構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)包含以下參數(shù)：液壓缸尺寸、剎車力的大小、踏板移動的最遠距離和助力器的相關(guān)結(jié)構(gòu)。5.3.1制動輪缸直徑式（5-1）可得：式（5-1）—制動輪缸的直徑，單位是mm；—制動輪缸傳遞的力，單位是N；P—制動管路的液壓力，單位是Mpa。得：25mm，mm5.3.2制動主缸直徑輪缸的工作容積為式（5-2）式（5-2）其中：—前、后輪缸的直徑，mm；n—輪缸中的活塞數(shù)目，mm；—活塞的工作行程。前輪盤式：得式（5-3）式（5-3）后輪盤式：得式（5-4）式（5-4）式（5-5）全部輪缸的總工作容積:式（5-5）V=2（V1+V2）=2213.34mm3式（5-6）設(shè)計哈佛H6液壓缸體積時，我們應(yīng)選取，故式（5-6）V0=1.1V=1217.34mm35.4制動主缸設(shè)計要求我們分別對于液壓缸以及制動踏板空閑時的活塞原始位置上進行我們所需的計算，從而確保剎車時管路中的壓應(yīng)力是否符合設(shè)計的安全標(biāo)準(zhǔn)。對于此次的哈佛H6的后輪盤式制動系統(tǒng)中，因為制動器襯塊與墊片之間的間隙過于狹小，且液壓缸中回位彈簧彈力較小，所以剎車和液壓油壓力增大是一起的，并且需要在液壓缸中安裝必要的止回裝置，即止回閥。5.4.1回位彈簧的確定為保證制動系統(tǒng)可以連續(xù)起作用，所以液壓缸中必須具有回位彈簧，而且需要其在松開剎車踏板后回到原始位置，這就需要具備適當(dāng)?shù)幕匚粡椈闪?。且回位時間一般取。表5.1回位彈簧力的確定回位彈簧力（N）最大有效工作行程時其回位彈簧力（N）第一活塞第二活塞5.4.2主缸的殘余壓力在設(shè)計哈佛H6的管路時，內(nèi)部必須不能接觸空氣，不能有任何連通外面的機會，所以我們在設(shè)計哈佛H6的管路時，一定要確定好內(nèi)部壓力的大小。且在此次哈佛H6的盤式制動器設(shè)計當(dāng)中,其液壓缸內(nèi)部密封圈過小，不影響回位彈簧，所以此次主缸殘余應(yīng)力。5.4.3主缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計在制動主缸的設(shè)計過程中，應(yīng)包含其直徑以及各個活塞的工作位置，進而對液壓缸進行整體的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計：其中結(jié)構(gòu)包括缸體、后回位彈簧、后墊片、進油螺栓、支撐螺釘、后活塞、后活塞墊片、前回位彈簧、前墊片、進油螺栓、前活塞、前活塞墊片、支撐墊圈。各結(jié)構(gòu)的設(shè)計技術(shù)要求是：1.活塞的材料選擇為鑄鐵或者鋁合金，2.墊片以及支撐墊圈材料選擇為橡膠元件。3.活塞與回位彈簧間距離應(yīng)盡可能小，有利于減少力的損失、空氣的流入以及增加摩擦力和摩擦力矩。4.在此次哈佛H6的盤式制動器設(shè)計中，液壓缸中盡量避免出現(xiàn)殘余的摩擦力，使其一直進行摩擦，降低材料的使用壽命。5.在液壓缸活塞上應(yīng)具備墊圈，可防止回位彈簧的瞬間彈力，降低沖擊應(yīng)力，從而減少墊片所受力的大小，使其能夠使用更長的時間。圖5.3串聯(lián)雙活塞制動主缸5.4.4制動力分配調(diào)節(jié)裝置的選取制動力分配調(diào)節(jié)裝置選擇慣性比例閥，因為慣性比例閥可以讓制動驅(qū)動機構(gòu)具有最穩(wěn)定的輸入性能，而且具有最適宜的制動力分配和調(diào)節(jié)曲線。5.5真空助力器的設(shè)計計算如圖5-2所示：圖5.4真空助力器結(jié)構(gòu)圖真空助力器在工作時，首先是剎車踏板力經(jīng)過變大的傳動比作用在前方的桿上，推動此桿向液壓缸方向移動，同時后面所連的液壓缸向其內(nèi)部流入一部分液壓油幫助其進行工作，從而起到制動工作。當(dāng)松開剎車踏板后，回位彈簧起作用將操縱桿進行回位，從而回到初始位置?？芍铝泄剑菏剑?-7）式（5-8）式（5-7）式（5-8）其中：―輸入力，N；―輸出力，N；―助力比；p―真空度為。由已知數(shù)據(jù)同時計算哈佛H6所選參數(shù)，設(shè)計得到哈佛H6該裝置的有效直徑為130mm，真空助力比為。5.6制動踏板力的計算制動踏板力為式（5-9）式（5-9）式中，—踏板機構(gòu)的傳動比；—踏板到真空助力器的傳動效率；一般情況下為，通過對比其他設(shè)計，最終定為；并且在踏板力的計算時，最為經(jīng)常的選擇范圍是當(dāng)取值：，，；故：。式（5-10）5.7制動踏板工作行程式（5-10）=（）式中：—主缸中活塞墊片的間隙，得：；—活塞最左端到最右端之間的距離，mm。式（5-11）=（）=3（20+2+3）=75式（5-11）通過參考得到哈佛H6的剎車踏板