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1、 CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 1 页 共 32 页11 绪 论1.1 课题背景及目的汽车的普及伴随着能源消耗的增多，而如今的生活，汽车已经是人们日常生活离不开的必要工具。在大力节约能源的背景下，对汽车的节能要求随之增高。紧凑型轿车的出现正好适应时代的发展，排量最多只有 2.0 紧凑型轿车相比其他类型的家用轿车无论从节能还是其他费用上都表现处明显的经济型，为了适应时代的要求，特此提出了紧凑型轿车的设计说明的毕业设计题目。要求在同组人员互相协作的基础上，完成制动系统的开发设计。旨在培养综合运用所学专业及专业基础理论知识进行产品系统开发设计的实践工作能力。要求在收集和分析有关数据的基础上，
2、合理确定紧凑型轿车的制动方式及系统布置方案，进行主要零部件的强度和疲劳寿命设计计算，绘制系统装配图及零部件图纸，编写设计计算说明书。1.2 国内外研究现状从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来，随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高，这种重要性表现得越来越明显。众多的汽车工程师在改进汽车制动性能的研究中倾注了大量的心血。制动装置需要转换和吸收的动能，与汽车制动初速度的平方和总质量成正比；其需要产生的制动力则与汽车总质量成正比，与制动初速度相对来说关系不大。在汽车的发展过程中，速度和总质量两 个参数始终处于不断攀高的状态，这就要求制动装置在更短的时间内吸收越来
3、越大的能量，并产生接近车轮滑移界限的制动力。第二次世界大战后由于汽车技术的迅速发展和道路条件的不断改善，汽车速度普遍提高得很快。另一方面由于道路行车密度日益增大，交通事故频繁发生，引起了公众对道路交通安全的密切关注。这些因素对制动装置提出了更加苛刻的要求，促使它作出相应的改进。例如，为了吸收高速制动时的汽车动能，出现了以热效能较稳定的钳盘式制动器取代传统的鼓式制动器的趋势；为了产生足够的地面制动力并减轻操作强度，逐进淘汰了人力制动，代之以伺服制动和动力制动；为了进一步提高制动装置的可靠性，在行车和驻车制动系之外增设了应急制动系。随着电子技术的飞跃发展，防抱死制动系统（ABS）在技术上已经成熟，
4、正在汽CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 2 页 共 32 页2车上普及。它能有效地防止制动时由于车轮抱死而使汽车失去方向稳定性或转向能力的危险，并缩短制动距离，从而提高了高速行驶的安全性。近年来出现了集 ABS 功能和其他扩展功能于一体的电子控制制动系统（EBS）和电子制动助力系统（BAS） 。前一种系统适用于重型汽车和汽车列车，它以电子控制方式代替气压控制方式，可根据制动踏板行程及车轮载荷和制动摩擦片磨损情况调节各车轮制动气室压力。这样不但可以大大减少制动反应时间、缩短制动距离，还可以使制动力分配更加合理。后一种系统适用于轿车，在出现紧急状况而驾驶员未能及时对制动踏板施加足够大的力时，能
5、自动加以识别并触发电磁阀，使真空助力器在极短时间内实现增强作用，从而可显著缩短制动距离。为了防止汽车发生追尾碰撞事故，美、日、欧各国都在致力于车距报警和防追尾碰撞系统的研究。该系统用激光雷达或微波雷达对前方车辆和障碍物进行监测，若检测出实际车距小于安全车距，就会向驾驶员发出报警，若驾驶员仍未作出反应，就会自动对汽车施行制动。1.3 课题研究方法根据课题内容，任务要求深入了解汽车制动系统的构造及工作原理；并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料；参考现有研究成果，并进行深入的学习和分析，借鉴经验；同时学习有关汽车零部件设计准则；充分学习和利用画图软件，并再次学习机械制图，画出符合标准的设计图纸，通过
6、自己的研究分析；发挥自己的设计能力并通过试验最终确定紧凑型轿车制动系统设计方案。1.4 本设计应解决的难点（1）确定制动系各参数，分析其制动性能;（2）制动器的设计计算；（3）液压制动驱动机构的设计计算；（4）制动系统图纸设计。CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 3 页 共 32 页32 总 体 设 计 方 案汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行使安全性，是汽车行使的重要保障。随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大，出现了频繁的交通事故。因此，改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车；在下坡行使时，使汽车保
7、持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。前者用来保证前两项功能，后者用来保证第三项功能。除此之外，有些汽车还设有应急制动、辅助制动和自动制动装置。设计汽车制动系应满足如下主要要求：（1）应能适应有关标准和法规的规定。（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见 QC/T239-1997。（3）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套
8、完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其他制动装置多为手操纵。（4）制动效能的热稳定性好。具体要求详见 QC/T582-1999。（5）制动效能的水稳定性好。（6）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价标准，详见 QC/T239-1997。（7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人-机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适、能减少疲劳。（8）作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间和从放开踏板至完全解除制动的时
9、间。（9）制动时不产生振动和噪声。（10）转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或转向时不会引起自行制动。CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 4 页 共 32 页4（11）应有音响或光信号等警报装置，以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效。（12）用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维。（13）损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用
10、。此外，由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题，已被逐渐淘汰，取而代之的各种无石棉材料相继研制成功本次设计的紧凑型轿车采用前盘后鼓,液压制动, II 式(前后式)双回路制动控制系统.采用真空助力器和 ABS 系统.其中鼓式制动器采用一般常用的领从蹄式,为一个自由度.且带有灰铸铁内鼓筒的铸铝合金制动鼓。制动鼓内径尺寸参照专业标准 QC/T309-1999制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。摩擦衬片宽度尺寸系列参照QC/T309-1999。盘式制动器采用浮动钳盘式.制动盘直径取轮辋直径的 70%。通风式制动盘厚度取 25mm。具体的制动系统设计计算过程依据汽车设计教材进行。2.1 制动能源
11、的选择经过同多种类型的车辆比较，参考汽车工程手册 ，如下制动能源：表表 2-12-1制动能源比较制动能源比较供能装置传能装置型式制动能源工作介质型式工作介质气压伺服制动系驾驶员体力与发动机动力空气液压制动系制动液真空伺服制动系是由发动机驱动的空气压缩机提供压缩空气作为动力源，伺服气压一般可达 0.050.07MPa。 真空伺服制动系多用于总质量在 1.11.35t 以上的轿车及装载质量在 6t 以下的轻、中型载货汽车上；气压伺服制动系则广泛用于装载质量为612t 的中、重型货车以及极少数高级轿车上。CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 5 页 共 32 页5液压制动用于行车制动装置。液压制动的
12、优点是：作用滞后时间短， （0.10.3s）;工作压力高（可达 1020M） ，因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接作aP为制动蹄的张开机构（或制动块的压紧机构） ，而不需要制动臂等传动件，使之结构简单，质量小；机械效率较高（液压系统有自润滑作用） 。液压制动的主要缺点是：过度受热后，部分制动液汽化，在管路中形成气泡，严重影响液压传输，使制动系统的效能降低，甚至完全失效。液压制动广泛应用在乘用车和总质量不大的商用车上2.2 驻车制动系制动系统用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上，也有助于汽车在斜坡上起步。驻车制动系统应采用机械式驱动机构而不用液压或气压式，以免其产生故障。
13、通过类比采用：手动驻车制动操纵杆、驻车制动杠杆作用于后轮。用后轮制动兼用驻车制动器。后轮驻车制动：轮缸或轮制动器， （对领丛蹄制动器，只需附加一个驻车制动推杆和一个驻车杠杆即可）使用驻车制动时，由人搬动驻车制动操纵杆，通过操纵缆绳。平衡臂和拉杆（拉绳）拉动驻车制动杠杆使两蹄张开。2.3 行车制动系制动系统用作强制行使中的汽车减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构多采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。目前，盘式制动器已广泛应用于轿车，但除了在一些高性能轿车上用于全部车轮以外，大都只用作前轮制动器，而与后轮的鼓式制动器配合，以期汽车有较高的制动时的方向稳定性。在货车上，
14、盘式制动器也有采用，但离普及还有相当距离。 四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的 70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。闰土机械外文翻译成品TB店CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 6 页 共 32 页62.4 制动管路的布置及原理II 式(前后式): 前、后轮制动管路各成独立的回路系统，即一轴对一轴的分路型式，一条回路连接前桥(轴)车轮制动器,另一条回路连接后桥(轴)车轮制动器,如图 1a)所示。前桥车轮制动器与后桥车轮制动器各用一个回路。其特点是管路布置最为简单，可与传统的单轮缸(
15、或单制动气室)鼓式制动器相配合，成本较低。在各类汽车上都有采用。通过分析，II 式(前后式)制动器结构简单，成本较低，因此 CS 紧凑型轿车采用的就是 II 式(前后式)双回路制动系。2.4.1 制动管路的布置示意图（II 型）1.前轮制动器 2.制动钳 3.制动管路 4.制动踏板机构5.制动主缸 6.制动轮缸 7.后轮制动器 图 2-1 液压制动装置示意图2.4.2 制动原理和工作过程图 2-2 制动系统工作原理CS 紧凑型轿车的设计-制动系设计第 7 页 共 32 页7要使行使中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞推动
16、两制动蹄绕支撑销转动，上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，制动减速度越大。当放开制动踏板时，复位弹簧即将制动蹄拉回复位，摩擦力矩和制动力消失，制动作用即行终止。2.5 制动器的结构方案分析制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。目前广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式，盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器，本文不做介绍。鼓式制动器形式的选用：领丛蹄式制动器的效能和效能稳定性，在各式制动器中居中游；前进、倒退行使的制动效果不变；结构简单，成本低；便于附装驻车制动驱动机构；易于调整蹄片与制动鼓之间的间隙。但领丛制动器也有两蹄片的压力不等（在两蹄上的
