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大众朗逸轿车制动器结构设计

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文档分类: 车辆工程

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关于本文

  • 本文标题:大众朗逸轿车制动器结构设计.docx
  • 链接地址:https://wk.sbvv.cn/view/18033.html
  • 内容摘要:毕业设计(论文)大众朗逸轿车制动器结构设计学院:工业自动化学院专业:姓名:指导老师:车辆工程学号:职称:副教授中国·珠海`二○二○年五月毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺:我所呈交的毕业论文《大众朗逸轿车制动器结构设计》是在指导教师的指导下,独立开展研究取得的成果,文中引用他人的观点和材料,均在文后按顺序列出其参考文献,设计使用的数据真实可靠。承诺人签名:日期:年月日大众朗逸轿车制动器结构设计摘要:改革开放以后,我国的经济得到飞速发展,汽车行业在良好的政策扶持下不断进步,取得了不菲的成绩。随着科技的不断进步,各项新技术在汽车上使用,使整车附属功能也日益增多很大程度上提高了汽车的舒适性、动力性、燃油经济性和安全系数。对于轿车的安全系数无疑是人们考虑的首要因素其是保证车辆正常行驶的基础,是对驾乘人员安全用车的关键。所以,制动器设计是汽车设计中最关键的步骤。随着车速的递增以及路面愈加复杂以及一些人的特殊性要求制动器的设计成为各大车企研究的首要任务。汽车上采用的制动器种类有很多,随着对各类制动器的研究发现浮钳盘式制动器在散热、自重、结构、热稳定性等多方面具有优势已经在在包括大众朗逸在内的多款车型上使用。本次毕业设计的主要任务就是参考大众朗逸的配置参数对浮钳盘式制动器进行结构设计。首先通过学习了解、查阅资料得到大众朗逸基本参数以此为基准对制动系统方案进行选择然后对浮钳盘式制动器进行参数选择并计算再对其结构进行设计最后对制动性能进行分析依据计算得出的数据验证选型设计的合理性,并利用AUTOCAD绘制零件图和装配图。关键词:浮钳盘式制动器;结构设计;AUTOCADBrakestructuredesignofVolkswagenLangyicarAbstract:AfterthereformandopeningupChinaseconomyhasdevelopedrapidlyandtheautomobileindustryhasmadegreatprogressunderthesupportofgoodpolicies。Withthecontinuousprogressofscienceandtechnologytheuseofnewtechnologiesintheautomobilemakestheauxiliaryfunctioofthewholevehicleincreasedaybydaywhichgreatlyimprovesthecomfortpowerfueleconomyandsafetyfactoroftheautomobile。Thesafetyfactorofthecarisundoubtedlytheprimaryfactorthatpeoplecoider。Infactthebasisofeuringthenormaldrivingofthecaristhekeytothesafetyofdriveandpassenge。Thereforebrakedesignisthemostcriticalstepinautomobiledesign。Withtheincreasingspeedandtheincreasingcomplexityoftheroadaswellasthespecialrequirementsofsomepeoplethedesignofthebrakehasbecometheprimarytaskofthemajorvehicleenterprises。Therearemanykindsofbrakesusedintheautomobile。Withtheresearchofvariousbrakesitisfoundthatthefloatingcaliperdiscbrakehasadvantagesinheatdissipationselfweightstructurethermalstabilityandsoon。Ithasbeenusedinmanymodelsincluding09Xuanyi。Themaintaskofthisgraduationprojectistodesignthestructureoffloatingcaliperdiscbrakewithreferencetotheconfigurationparameteof09Xuanyi。Fitofallthroughleaingandcoultingthedatawegetthebasicparameteof09XuanyiandtheelectthebrakesystemschemebasedonthistheelectandcalculatetheparameteofthefloatingcaliperdiscbrakeandthendesignitsstructurefinallyanalyzethebrakeperformanceverifytherationalityoftheselectiondesignbasedonthecalculateddataanddrawthepartdrawingandassemblydrawingwithAutoCAD。Keywords:floatingcaliperdiscbrakestructuraldesignAutoCAD目录1绪论71。1课题研究的目的及意义71。2汽车制动系统的研究现状及发展趋势71。3汽车制动系设计要求71。4论文研究内容82浮钳盘式制动系统方案选择92。1浮钳盘式制动器特点92。2制动总泵的方案选择92。3制动管路型式选择103制动系统主要参数及其设计计算123。1参考车型制动系相关主要参数数值123。1。1车轮滚动半径re123。1。2空、满载时的轴荷分配123。1。3空、满载时的质心高度133。2同步附着系数分析133。3制动力和制动力矩分配系数143。4制动强度和附着系数利用率173。5制动器制动力及制动力矩的计算183。6盘式制动器参数设计计算183。7制动器磨损特性热容量及温升计算203。7。1盘式制动器磨损特性计算203。8驻车制动计算与校核214制动器主要零部件的结构设计234。1制动盘234。2制动钳234。3制动块234。4摩擦材料235液压制动驱动机构的设计计算255。1制动轮缸直径与工作容积的设计计算255。2制动主缸直径与工作容积265。3制动踏板力与踏板行程275。3。1制动踏板力FP275。3。2制动踏板工作行程XP276制动性能分析计算296。1制动减速度和制动距离计算296。1。1制动减速度计算296。1。2制动距离计算29结论31参考文献32致谢34附录351绪论1。1课题研究的目的及意义伴随着科技的进步,各项新材料、新能源、人工智能技术不断在汽车上应用,人们在对于汽车的要求也变得越来越高。对汽车在节约燃油行驶里程汽车能否稳定制动等方面也变得格外在意。在设计人员对汽车的整体结构等其他方面进行设计时由于汽车在安全方面的要求对于汽车的其他方面也提出了更高的要求。汽车在正常的行驶过程中要想保证车上人的安全需要有优异的制动能力。因此对于汽车制动相关的性能的提高就得到了设计人员更多的关注。根据警察提供的汽车在发生交通事故的资料上来看许多都是因为汽车无法及时的制动停止。这时对于汽车的制动的设计和分析就显得尤为重要为人们在汽车行驶上的安全带来更好的保证。1。2汽车制动系统的研究现状及发展趋势目前对于制动系统的控制方面进行研究对于制动器而言,控制系统就是实现良好制动性能的关键。随着技术进步,制动器控制系统的功能也越来越多,在这方面国内技术较国外有一定差距,目前车辆上配置的防抱死制动控制系统(ABS)和电子制动力分配(EBD)系统以及ESP都是从国外引进外国对这两项技术的保密性做的很到位在制动器控制系统的研究上已经非常成熟,走到了世界前列,国内汽车相关行业的研发部门也正加大对制动器控制系统技术的研究,已经取得了一定成果。要想保证汽车在行驶的过程中安全可靠性,控制系统的发挥的作用非常关键。目前制动系统的发展趋势主要集中在两个方面:一方面只有加大对于汽车的制动器控制系统的研究,提升汽车制动控制能力,使制动器发挥更好的制动性能;另一方面将新技术应用于控制系统,对其进行合理的优化,并且将新材料应用于制动器,改善制动器结构,提升制动器自身质量,并且在科技的不断进步和发展的前提下相关电子控制技术以及人工智能技术的应用,汽车制动系统将越来越智能化电子化,制动效果也越来越好。1。3汽车制动系设计要求(1)制动上汽车要符合我国的法规,在工作上要可靠,反应的更加迅速,声音小。(2)具有足够的制动效能,满足各种工况需求,热稳定性、水稳定性操纵稳定性符合要求。(3)汽车在进行结构设计时要保证合理的制动部件的位置,满足人类使用的要求。(4)汽车在行驶的过程中需要停止时要有相关零部件进行提示,这样驾驶人员才能发现问题,做出合理的行为保证必要的安全性。(5)对于汽车制动方面的零部件要求能够保证长时间的使用,不容易出现问题成本要低,而且其使用也不会对环境造成污染。1。4论文研究内容(1)通过学习了解、查阅资料得到大众朗逸基本参数,并查找相关文献和标准,研究制动器的发展现状趋势以及设计要求。(2)对于汽车在制动方面的研究对相关资料进行分析对比提出浮钳盘式合理的结构设计方案。(3)这一部分主要是对汽车制动设计上的相关参数的设计选择。先对于汽车整体上进行合理的设计选择,在对比其他汽车的相关部件结构的选择后,在进行合理的优化和调整。(4)最后一步主要是对汽车进行计算,计算相关受力的力矩,在磨损上的损失等。通过对比,满足要求后,进行详细的结构设计和分析。2浮钳盘式制动系统方案选择2。1浮钳盘式制动器特点目前在车辆上用到的盘式制动器类型可分为钳盘式和全盘式制动器,其基本结构有着很大的区别,其中全盘式制动器结构比较复杂,制造成本也比较高,控制方式比较复杂,但制动性能好,只能在高端重载车辆及工程车上使用且随着液压技术的进步,很多重型车或地下胶轮车、装载机等开始使用湿式多个全盘制动器,其制动性能比较好,但由于成本太高,家用轿车很少有采用此全盘式制动器,钳盘式制动器由于成本低,制动性能优良,且结构简单,质量轻,能够满足轿车轻量化设计的要求,并且有利于降低油耗,被大多数轿车及客货车采用。钳盘式制动器根据制动钳钳体在制动器支架上的固定形式和结构形式的区别可以分为固定式钳盘制动器和浮动式钳盘制动器两种其中固定钳盘制动器已经很少在车辆上使用。虽然相较于浮动式钳盘制动器固定式制动器的的制动钳刚度更加优越但布置的时候过于困难成本也比较高并且在散热方面也略逊一筹所以本次设计选择的是价格低廉、结构简单并且便于布置和散热的浮动钳盘式制动器。2。2制动总泵的方案选择制动总泵的主要功用就是将来自制动踏板的踩踏力进行转换,将踏板力转换为制动液压系统的压力,在轿车中常见的有两类,分别是单活塞的单制动总泵以及双活塞的的串联式制动总泵。相较于单制动总泵,双制动总泵可将踏板力转化成的液压能分别作用到汽车各个轮子上,是每个轮子根据不同要求作出相应调整。在浮钳盘制动器设计时要对制动总泵形式进行选择单制动总泵价格低廉布置方便但是安全性能以保证因为液压管路存在泄露风险如果其发生故障产生泄露现象整车就会失去制动性存在很大安全隐患。早期的汽车采用单制动总泵形式为了降低泄露导致失控的风险两车轮间的液压管路之间加装安全缸相当于两套管路其中一套管路备用发生故障及时更换有效避免事故发生。串联式双制动总泵就是两套单制动总泵的组合制动主缸串联油液可分别对前后制动轮缸起作用有效避免单个失效导致整个制动系统失效的情况发生。制动系统采用双回路的液压控制时,具有更高的可靠性,两个回路分别正常工作,但其中某一回路故障损坏或堵塞不能进行液压传输时,未发生故障的一侧回路能够保证整个制动系统仍能进行良好的制动,只是故障侧的液压传输路程加长,造成制动准备时间延长,制动距离相应变长。虽然较单制动总泵布置上麻烦了些,成本也略有增加,但是对于整车运行安全更有保障,通过比较,为了使车辆更加安全的行驶在愈加复杂和高速的道路上,本次毕业设计选用的是双活塞串联式制动总泵。2。3制动管路型式选择汽车在使用的过程中为了保证车上人员的安全性,提高汽车制动相关零件在工作时不会出现问题。汽车在相关设计时,要进行多个回路的独立性的设计。这种结构的设计可以保证安全,不会因为一个地方出现问题而影响全局的使用。制动液管的主要作用是将来自主油缸的液压传递给制动分泵。管路分配方式在整车设计上有多种选择,为保证良好的制动效果,在设计上经常采用前后轮制动管路分别形成各自单独的回路系统,两回路呈对角连接,另外在设计上根据车型需要还可以选择HI型、LL型、HH型。制动系统对于行车安全非常重要,所以在设计上需要保证制动系统的可靠性,实际设计时可采用两套独立的管路系统来进行制动,从而保证当其中某个回路因故障时效仍能保证足够的制动力使汽车制停,保证行车安全。具体的设计上的回路如下图2。1所示。图2。1不同形式制动管路II型回路是指前、后轮制动管路与车身平行,行成两个单独的回路系统此种布置方式在货车在内的多种车型上使用,但除货车外,其他车型用的比较少。此种布置的特点是当控制后轮制动的管路失效时,可以由管路控制前轮制动,但这样做会导致前轮制动时失去转向能力;当控制前轮制动的管路失效时,由后轮制动不能保证良好的制动效果,制动能力明显下降且对于轿车而言,前轴负荷大于后轴负荷,所以仅由后轮制动会造成甩尾现象的发生。这种布置方式的优点是布置方便容易配合成本较低。但存在丧失前轮转弯制动能力以及降低制动效能和甩尾的风险。X型回路管路布置方式指的是将前轮制动管路回路系统与后轮制动管路回路系统采用X型布置方式,此种布置方式具有布置简单,成本低的优点,并且能够保证回路系统中某一回路失效的情况下仍能保证足够的制动性能,使车辆正常制停,可靠性比较高。其他类型回路布置较复杂,且存在制动分配不均的情况。结合以上的具体分析,本文选取X型管路。3制动系统主要参数及其设计计算3。1参考车型制动系相关主要参数数值通过查找资料获得19款大众朗逸手动挡整车参数如下:表3。119款手动挡大众朗逸1。5L参数长宽高轴距整备质量最大功率转速前轮距最大扭矩转速后轮距轮胎尺寸19565R15质心高度(空载)最高车速质心高度(满载)满载总质量3。1。1车轮滚动半径本次设计的19款大众朗逸轮胎规格为其轮毂直径为英寸,即。车轮滚动半径为=(381+2×195×65%)÷2=317。25mm空、满载时质心距前轴距离,;空、满载时质心距后轴距离,经过查找资料,了解到,空载时质心到前后轴间距分别是,=1080mm=1608mm;满载时质心到前后轴间距分别是,=1318mm,=1370mm3。1。2空、满载时的轴荷分配空载时,前轴负荷:后轴负荷:满载时,前轴负荷:后轴负荷:3。1。3空、满载时的质心高度空载时,满载时,3。2同步附着系数分析同步附着系数指的是具有固定的线与线的交点处的值,其含义指的是在同步附着系数使汽车前后轮同时制停、抱死。同步附着系数的数值主要和汽车结构、参数等因素有关,其在一定程度上代表了汽车的制动效能。(1)当时:汽车在停止的过程中,前轮先抱死,汽车无法转向;(2)当时:汽车在停止的过程中,后轮先抱死,这种情形下汽车容易失去稳定,发生安全事故;(3)当时:汽车在停止的过程中,前、后轮一同抱死,这是一种稳定工况,汽车无法转向。的汽车路况时汽车的制动,根据公式制动减速度,,为制动强度。只有路面上,汽车在路面上行驶的过程中的附着条件才可以得到充分应用。3。3制动力和制动力矩分配系数由汽车理论可知汽车在行驶的过程中需要紧急停车,如果我们不考虑地面对车轮造成的阻力和车的惯性,则力矩平衡方程为式中:—制动器摩擦力矩,单位:—地面制动力,单位:;—车轮有效半径,。汽车各种受力参数的影响多样,其中,与的方向相反。其仅由汽车的制动器的结构决定。地面制动力受附着条件的限制,其值不可能大于附着力,即或上式中,—附着系数;—法向反力。当汽车路况出现状况时,需要驾驶人员紧急停车。这时汽车制动器所受的力达到一定数值后,即附着力值。车轮会立即停止运动并出现滑移现象。此后汽车的状态表现为静摩擦力矩。当制动到=0以后,汽车停止所需的力达到附着力的要求后,它的数值就不会在增加下去,相反摩擦力矩却会一直增加,这样有利于驾驶过程中的安全可靠性。具体的参数见下图的31。图3。1制动器制动力,地面制动力与踏板力的关系汽车在马路上行驶的过程中,需要紧急停车时,对于整车受到的力进行分析。考虑到各种因素的影响,我们可以求得前后轮的法向反力为:式中:—汽车所受重力,N;—汽车轴距,;—汽车质心离前轴距离,;—汽车质心离后轴距离,;—汽车质心高度,;—附着系数。取附着系数=0。6;得到的制动反力为:满载时:前轮后轮空载时:前轮后轮图3。2制动时的汽车受力图汽车总的地面制动力为上式中,)—制动强度;本文为安全考虑,选取强度—地面制动力。由以上两式可求得前后车轮附着力为前、后轴车轮附着力即地面最大制动力为故满载时:前轮后轮空载时:前轮后轮最大制动力得到的结果如表3。2所示。表3。2地面最大制动力车辆工况前轴车轮附着力,N后轴车轮附着力N汽车空载52052052汽车满载6331。63650。4满载时:==空载时:==对于轿车而言,满载时的同步附着系数,满足要求。3。4制动强度和附着系数利用率对于汽车制动过程中的相关参数的计算和分析。线的提出,它是由汽车在实际停车和启动的过程中的制动力分配线,这条线段通过我们设计的坐标的原点,并且他的斜率为。同步附着系数为线与I线交线处的附着,作为评价汽车在行驶过程中的重要参数指标,其计算公式如下:满载时:空载时:则制动强度满载时:空载时:附着系数利用率满载时空载时3。5制动器制动力及制动力矩的计算大众朗逸轿车前轴最大制动力矩:后轴最大制动力矩:即:前轮双轮制动力后轮双轮制动力3。6盘式制动器参数设计计算1)制动盘直径对于各项参数的设计制动盘的直径上我们希望对它的设计上大一些。但是由于各种条件的限制它的直径并不会一直变大会受到轮辋直径的约束。结合目前车辆上的设计标准以及各个厂家经验的研究表明,在设计上来说制动盘直径直径一般为轮辋直径的70%~79%。在对于大众朗逸的设计,前制动盘后制动盘2)制动盘厚度选择材料的厚度会影响温度的升高和降低。制动盘厚度也会对温度有影响。在设计上来说,我们一般会选择小一些的制动盘厚度。但是为了提高汽车在停止时的温度的升高,这种材料的厚度我们设计的时候也不应该设计的太小。一般来说,不带通风槽的汽车,其厚度为。有通风孔道的厚度,但多采用。本次设计的大众朗逸制动盘为通风盘,前制动盘厚度为,后制动盘厚度为。3)摩擦衬块内半径与外半径在摩擦衬块设计时,必须满足其外半径与内半径的比值小于等于1。5。因为如果采用较大的比值会导致衬块表面不均匀磨损,这样容易引起尖叫噪音,严重的情况下还会影响制动效果,本次对大众朗逸制动器设计选择选对于外半径的选择时一般和制动盘半径有关,设计上要求和制动盘半径近似相等由于前制动盘半径为148。5mm所以此次设计取前制动器摩擦衬块外半径=148mm,内半径=106mm;后制动盘半径为141mm所以选择后制动器摩擦衬块外半径=140mm,内半径=100mm。一般取内外径的平均值作为作用半径进行计算。图3。3钳盘式制动器的作用半径计算用图前制动器摩擦衬块平均半径:;后制动器摩擦衬块平均半径:;3。7制动器磨损特性热容量及温升计算在汽车行驶过程中需要紧急停车时,会在短时间内产生大量的热量。这些热量如果不能及时地排出到外界大气中时,会造成部件温度地升高。随着温度的升高对于磨损也就会越严重。比能量耗散率是对制动器温升进行校核的主要参数,其含义是汽车在正常行驶过程中单位时间内需要耗散掉的能量,单位为。3。7。1盘式制动器磨损特性计算其中材料的比能量耗散率分别为式中,汽车总质量;汽车回转质量系数;制动初速度和终速度();制动减速度),本次设计取;制动时间();、前、后制动器衬片(衬块)的摩擦面积();制动力分配系数。表3。3制动器摩擦衬块摩擦面积汽车类别汽车总质量mt单个制动器总的衬块摩擦面积轿车0。9—1。5100—2001。5—2。5200—3001。0—1。5120—2001。5—2。5150—250本次设计的19款大众朗逸总质量为1685kg参照表格32故本次;。在紧急制动到停车的情况下,并可认为,故根据我们查阅地相关文献表明,在对于乘用车上,我们一般把盘式制动器选取在的情况下,比能量耗散率要小于。如果我们把比能量选取的太高的话,这种情况下会引起相关部件的快速磨损,使得制动盘提前出现裂纹现象,对于汽车驾驶人员的安全是不利的。设计满足要求。3。8驻车制动计算与校核驻车制动需考虑车辆驻车时的受力情况,要求车辆能在一定坡度上能够驻车制动,其受力如图3。4所示,对其进行受力分析可求出汽车上坡停驻的后轴车轮的附着力为:图3。4汽车在上坡路上停驻时的受力简图当汽车在下坡时进行驻车制动,对其进行受力分析,满足后轮附着力:此时后轴车轮附着力等于车辆的制动力,坡度极限倾角,可根据制动力进行求值求得汽车在上坡时可能停驻的极限上坡路倾角为:在本设计中:汽车在下坡时可能停驻的极限下坡路倾角为:在本设计中:轿车在设计。。。
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