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【车辆工程专业毕业设计】实用微型客车设计—车架、制动系设计【开题报告+说明书+外文资料及翻译+CAD图纸】【车辆工程专业毕业设计】实用微型客车设计—车架、制动系设计【开题报告+说明书+外文资料及翻译+CAD图纸】

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河河 南南 科科 技技 大大 学学 毕毕 业业 设设 计(论计(论 文)文) 题目题目 实用微型客车设计实用微型客车设计—车架、制动系设计车架、制动系设计 姓姓 名名 冯冯 如如 只只 院院 系系 车辆与动力工程学院车辆与动力工程学院 专专 业业 车车 辆辆 工工 程程 指导教师指导教师 李李 水水 良良 、崔、崔 鹏鹏 2007 年年 06 月月 14 日日 河南科技大学毕业设计(论文)开题报告河南科技大学毕业设计(论文)开题报告 (学生填表) 院系:车辆与动力工程学院 2007 年 4 月 2 日 课题名称实用微型客车设计------------车架设计、制动系统设计 学生姓名冯如只专业班级车本 051 班课题类型 工程设计 指导教师职称课题来源科研 1. 设计(或研究)的依据与意义 近年来,我国客车市场相继出现了高速增长、平缓调整、全面回升的发展景 象:2003-2004 年高速发展;2005 年,随着国家宏观调控政策的全面施行,客车 市场受到一定的抑制,销量下滑,2007 年国民经济稳定快速发展,汽车行业蓬 勃向上,汽车市场也走出了 2005 年的低迷状态,表现出良好的回升势头。 , 当然,随着汽车技术的进步和汽车行驶速度的提高,车架及车辆制动系统在 车辆的安全方面占着重要的地位,车架作为汽车的承载基体,为货车,中型及以 下的客车,中高级轿车所采用;支撑着发动机,离合器,变速器,转向器,非承 载式车身和货箱等所有簧上质量的有关机件,承受着传给它的各种力和力矩。本 设计采用边梁式车架。要保证微型客车的良性发展必须采用低成本战略。采用传 统技术,以低的投入实现高的效益的增长,发展廉价的中低档车,以适应市场的 需求,本设计采用液力制动器,由于降低成本,采用人力制动系统,行车制动系 统采用液力式,驻车制动采用机械式。在制动传动机构方面,为适应各国和各地 区制动法规的要求,制动管路必须采用双回路传能型式。 为保证汽车行驶的安全性,进行车架和制动系的设计是很有必要的。 2. 国内外同类设计(或同类研究)的概况综述 车架有边梁式,钢管式等多种形式,目前国内外采用最多的是边梁式,而汽 车制动器的种类很多,形式多样。伴随着汽车的研究开发,汽车动力系统发生了 很大的改变,出现了很多新的结构型式和功能形式。新型动力系统的出现也要求 制动系统结构形式和功能形式发生相应的改变。 (1)供能装置的发展 气压制动是发展最早的一种动力制动系统。液压制动是目前得到广泛应用的 一种制动系统,技术已经非常成熟。目前正在发展的电液复合制动以及电子制动 中使用了电机作为制动能源,人力踩制动踏板作为控制来源。 (2)控制装置的发展 随着清洁能源汽车和电动汽车的研究应用,以及电子技术在汽车上面的广泛 应用,制动系统的控制装置也出现了电子化的趋势,其中电制动完全改变了制动 系统的控制和管理,会使汽车制动系统发生革命性的变化,它采用电子控制,可 以更加准确、更高效率地实现制动。 (3)传动装置的发展 电子制动是利用制动电机产生制动力直接作用到制动器,它的控制信号来自 控制单元,用信号线传递制动信号和制动力信息。 (4)制动器的发展 目前汽车制动器基本都是摩擦式制动器,由于盘式制动器热和水稳定性以及 抗衰减性能较鼓式制动器好,可靠性和安全性也好,而得到广泛应用。普遍应用 的液压制动现在已经是非常成熟的技术,随着人们对制动性能要求的提高,防抱 死制动系统、驱动防滑转控制系统、电子稳定性控制程序、主动避撞技术等功能 逐渐融人到制动系统中,需要在制动系统上添加很多附加装置来实现这些功能, 使得制动系统结构复杂化,增加了液压回路泄漏的可能以及装配、维修的难度, 制动系统要求结构更加简洁,功能更加全面和可靠,制动系统的管理也成为必须 要面对的问题,电子技术的应用是大势所趋。 3. 课题设计(或研究)的内容 微型客车的基本参数为:发动机选用 JL462Q,最高车速为 95km/h,最小转 弯半径≤4.5m,乘员人数 6-8 人,档位数 4+1。 参照长安牌 SC6331A 微型客车的整体布局参数(网上可以查到) 、亚洲牌微 型客车底盘实物(车辆实验室整车陈列室内) 、长剑牌微型轿车实物(车辆实验 室整车拆装室内)和有关的其他车型(查阅有关资料) ,完成微型客车的车架、 制动系设计任务。 4. 设计(或研究)方法 (1)进行制动系统的总成设计 1,制动系的结构类型及选择 2,制动系参数选择及计算 3,驻车制动和应急制动的计算 4,制动器主要零件的结构设计 5,制动驱动机构的选择及计算 (2)进行车架的总成设计 5. 实施计划 (5-6 周) 进行调研,搜集,分析资料,完成开题报告。 (6-7 周) 全组集体讨论,确定总体方案。每个学生确定自己的设计内容与绘 图数量。 (8-9 周) 整理本设计内容相关的数据资料,进行必要的理论计算,拟说明 书 草稿,搜集相关外文资料并翻译。 (10-11 周) 完成总图设计。 (12-13 周) 完成零部件图设计,并完成机绘图。 (14-15 周) 按要求整理,编写设计说明书。 (16-17 周) 审阅,评阅设计资料,答辩,评定成绩。 指导教师意见 指导教师签字: 年 月 日 研究所(教研室)意见 研究所所长(教研室主任)签字: 年 月 日 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 1 第一章 前言前言 §1.1§1.1 汽车的诞生与世界汽车工业的发展汽车的诞生与世界汽车工业的发展 德国工程师卡尔 奔驰 1885 年在曼海姆制成一辆 0.85 马力的四行程汽油发 动机,最高车速为 15km/h 的三轮汽车。1886 年 1 月 29 日立案专利,世界上具有 真正意义的第一辆汽车诞生。同时德国的另一位工程师戴姆勒及其助手迈巴赫在 1886 年也制成一辆装有 1.1 马力的四行程汽油发动机的四轮汽车。奔驰及戴姆勒 被公认为现代汽车的发明者。他们各自成立了自己的公司,奔驰公司生产了著名 的“维洛” 、 “凤凰”小客车;戴姆勒公司生产了著名的“默谢台斯”小客车。 1926 碾月两公司合并后成立了“戴姆勒-奔驰”公司,使汽车工业实现了规模化 生产,为世界汽车工业的发展起了重要的作用。 1891 年法国的别儒公司研制成功齿轮式变速器、差速器;1891 年法国人首 次采用了前置发动机后轮驱动汽车、研制成功摩擦片式离合器;1895 年采用了充 气橡胶轮胎;1898 年采用了带万向节的传动轴;1902 年采用了狄第安后桥半独 立悬架。另外,1893 年德国人发明了化油器;1896 年英国首先采用了石棉制动 片和方向盘;1905 年美国开始采用挡风玻璃。在汽车的初期发展阶段,他们在汽 车结构、性能等方面做出了很大的贡献。 从 19 世纪末到 20 世纪初,世界上相继出现了许多著名的汽车制造公司,如 美国的福特公司、通用公司,英国的罗尔斯-罗伊斯公司,法国的别儒公司、雪 铁龙公司,意大利的菲亚特公司等,并形成一定规模的生产,产生了许多著名品 牌的汽车。1908 年美国福特公司推出了著名的“T”型车,并在 1913 年率先采用 了流水线大批生产,使“T”型车的产量迅速上升,成本大幅度下降,使汽车一 度成为少数富人的奢侈品变为大众经济实用的交通工具成为现实。由于“T”型 车结构紧凑、坚固耐用、容易驾驶、价格低廉,所以非常受欢迎。仅在以后的 20 年期间, “T”型车共生产 1500 万辆,产生了很大的社会影响。应该说,汽车的 发明在德国,促进汽车的初期发展在法国,形成大规模生产在美国。 1937 年,德国政府为了使普通百姓能够买得起汽车,建立了“大众汽车公司” ,并推出了著名的、大众化的“甲壳虫”轿车。从 1940 年投产至 1975 年停产, 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 2 并将该车型转移至南美洲继续生产,至 1891 年累计生产 2000 万辆,成为世界上 生产时间最长和产量最多的车型,为汽车真正意义上的大众化作出了贡献。 第二次世界大战后,日本工业经过 10 年的恢复调整,20 年的创业、投资和 高速发展,汽车工业也迅速发展,先后出现了丰田、日产、本田等著名汽车公司, 汽车产量不断攀升,1890 年到 1993 年汽车产量超过美国,跃居世界第一位。近 年来,韩国、西班牙、中国、巴西、墨西哥等国家汽车工业也发展迅速,已形成 较大规模的生产。其中,韩国、西班牙生产的汽车已成功地打入了国际市场。 一百多年来,汽车以它的灵便、快速和高效的特点,受到越来越多人的喜欢 和重视,获得了巨大的发展。目前,世界汽车保有量已超过 7 亿辆,是最多、最 普及、最重要的交通运输工具。汽车工业已成为许多国家的支柱产业,也成为世 界现代文明的重要标志之一。 §1.2§1.2 我国汽车工业的发展我国汽车工业的发展 新中国成立以前,我国没有汽车制造工业,自 1953 年在长春兴建第一汽车 制造厂,1956 年制造出第一辆“解放”牌运输车,宣告了中国不能生产汽车历史 的结束。1968 年,国家在湖北十堰开始建设第二汽车制造厂,1975 年生产出 “东风”牌运输车。一汽、二汽当时以生产中型运输车为主,虽然 1958 年后相 继建立了南京、北京、济南、上海、重庆大足、陕西延安等汽车制造厂,但产量 均较少,使我国汽车工业缺重少轻,轿车工业几乎没有。1977 年,我国汽车年产 量仅有 12.54 万辆。 1978 年后,国家实行了改革开放,在 1985 年的“七.五”规划中建议把汽车 工业作为支柱产业的方针。1987 年,国务院又确定了“将发展轿车工业作为振兴 汽车工业”的发展战略,从此确立了汽车的“三大、三小”生产基地,并对内实 行了联合重组,对外实行了引进、合资,使我国汽车工业迅速发展,不仅从品种 上增多而且产量上大幅度提高。到 1993 年我国汽车年产量已达到 129.7 万辆, 居世界第 12 位。 1994 年,国家颁布了《汽车工业产业政策》 ,对我国汽车工业的健康发展和 准备加入世界贸易组织起了重要作用。近年来,由于国家加大了对汽车工业的改 组、改革;加大投资、合资力度;社会需求量的增加以及加入 WTO 对我国汽车工 业的影响等诸多因素,使我国的汽车工业迅猛发展。2003 年,我国汽车总产量突 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 3 破了 400 万辆大关,轿车产量已达 180 万辆,而且质量上有了很大的提高。2004 年国家发改委发布了《汽车产业发展政策》 ,将进一步推进汽车产业结构调整和 升级,全面提高汽车国际竞争力,力争 2010 年我国有几家具有国际竞争力的大 型汽车企业集团进入世界 500 强,并确定了我国汽车产业在 2010 年前发展成为 国民经济的支柱产业。 中国汽车工业已成为世界汽车工业的重要组成部分。改革开放 20 年来,与 国际上各大汽车及零部件制造商相继建立了 600 余家中外合资企业,积累了资本 200 多亿美元;引进了 1000 多项汽车新技术,绝大部分都与国外处于同等水平; 2002 年,汽车进出口贸易总额达 100 亿美元,占世界汽车市场的 1/20 的份额。 2010 年我国汽车产量的目标是 600 万辆,占世界汽车市场的 1/10;若按 5%的增 长率计算,2020 年我国的汽车产量将达到 1000 万辆,将占世界汽车市场的 1/5,中国的汽车工业将由生产大国走向强国。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 4 第二章第二章 制动系概况制动系概况 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;在下坡行使驶时, 使汽车保持适当的稳定车速;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,后者则用来保证第三项功能。行车制动的驱动机构常采 用双回路或多回路,以保证其工作可靠,驻车制动装置则采用机械驱动机构而不 用液压或气压以防止产生故障。 除此以外,有些汽车还设有应急制动、辅助制动和自动制动装置。 应急制动装置利用机械力源进行制动,在某些采用动力制动或伺服制动的汽 车上,一旦发生蓄压装置压力过低等故障时,可用应急制动装置实现制动。同时, 在人力控制下它还能兼作驻车制动。 辅助制动装置可实现汽车下长坡时,持续地减速或保持稳定的车速,并减轻 或解除行车制动装置的负荷。 自动制动装置可实现当挂车与牵引车连接的制动管路渗漏或断开时,使挂车 自动制动。 任何一套制动装置都由制动器和制动驱动机构两部分组成。 设计制动时应满足如下基本要求: 1)具有足够的制动效能。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。 2)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。 3)在任何速度下制动时,汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。 4)防止水和污泥进入制动器工作表面。 5)制动能力的热稳定性良好。 6)操纵轻便,并具有良好的随动性。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 5 7)制动时,制动系产生的噪声尽可能小,同时力求减少散发出对人体有害 的石棉纤维等物质,以减少公害。 8)作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反映时间,以制动踏板开 始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。气制动汽车的反映时间较长, 要求不得超过 0.6s;对于汽车列车,不得超过 0.8s。 9)摩擦衬片应有足够的使用寿命。 10)摩擦副磨损后,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。 11)当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本功能遭到破坏时,汽车 制动系应有音响或光信号等报警提示。 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在汽车上得到了很快的发展和 应用。此外,由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有致癌公害问题已被逐渐淘汰, 取而代之的各种无石棉型材料相继研制成功。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 6 第三章第三章 制动器的结构类型及选择制动器的结构类型及选择 制动器是制动系中用于以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。后一 种提法适用与驻车制动器。除了竞赛汽车上才装设的、通过张开活动翼板以增加 空气动力的空气动力缓速装置以外,一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转 元件施加制动力矩,使后者的旋转角速度降低,同时依靠车轮与地面的附着作用, 产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。 凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦作用产生制动力矩的制动器,都 成为摩擦制动器,除各种缓速装置以外,行车制动、驻车制动及第二制动系统所 用的制动器,几乎都属于摩擦制动器。 目前,各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式合盘式两大类。前者摩擦副中 的旋转元件为制动鼓,其工作表面为圆柱面;后者的旋转元件则为圆盘状的制动 盘,以端面为工作表面。 旋转元件固装在车轮或半轴上,即制动力矩分别直接作用于两侧车轮上的制 动器,称为车轮制动器。旋转元件固装在传动系统的传动轴上,其制动力矩须经 过驱动桥再分配到两侧车轮上的制动器,则称为中央制动器。车轮制动器一般用 于行车制动,也有兼用于第二制动和驻车制动。中央制动器一般只用于驻车制动 和缓速制动。 本次设计的题目是紧凑型家用轿车的制动系,故采用的制动系方案为:行车 制动的制动器前轮为浮动钳盘式制动器,后轮为鼓式制动器,其驱动机构为液压 驱动。 §3.1§3.1 后轮鼓式制动器的选择后轮鼓式制动器的选择 鼓式制动器按其制动蹄的受力分为:领从蹄式、双领蹄式、双向双领蹄式、 单向增力式和双向增力式。 1、 领从蹄式制动器 制动蹄按其张开的方向和制动鼓的旋转方向是否一致分为领蹄和从蹄,制动 蹄张开旋转方向和制动鼓的旋转方向一致则该制动蹄就称为领蹄;相反,制动蹄 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 7 的张开时的旋转方向和制动鼓的旋转方向相反则该制动蹄就称为从蹄。在制动鼓 正向和反向旋转时都有一个领蹄和一个从蹄制动器成为领从蹄式制动器。 领蹄和从蹄的受力情况:领蹄的摩擦力矩使蹄压的更紧,即摩擦力矩具有 “增式”作用故称为增式蹄;而从蹄受的摩擦力矩使蹄有离开制动鼓的趋势,即 摩擦力矩具有“减式”作用,故称为减式蹄。 图 3-1 鼓式制动器示意图 领从蹄式制动器的每块蹄片都有自己的固定支点,而且两固定支点位于两蹄 的同一端(图 3-1a) 。张开装置有两种形式,第一种用凸轮或楔块式张开装置(图 3- 2)。其中,平衡凸块式(3-2b)和楔块式(图 3-2c)张开装置中的制动凸轮和制 动楔块是浮动的,故能保证作用在两蹄上的张开力相等。非平衡式的制动凸轮 (图 3-2a)的中心是固定的,所以不能保证作用在两蹄上的张开力相等。第二种 用两个活塞直径相等的轮缸,可保证作用在两蹄上的张开力相等。 领从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 行驶的制动效果不变;结构简单,成本低;便于附装驻车制动驱动机构;易于调 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 8 整蹄片与制动鼓间的间隙。但领从蹄式制动器也有两蹄片上单位压力不等,因而 两蹄衬片磨损不均匀、寿命不同的缺点。此外,因只有一个轮缸,两蹄必须在同 一驱动回路下工作。为使摩擦衬片磨损寿命均衡,可将从蹄的摩擦片包角适当减 小,但是这样会使得两蹄的摩擦不能互换,从而增加了零件总数和制造成本,故 本设计选择两蹄的摩擦片包角相等。 2、单向双领蹄式 单向双领蹄式制动器的两块蹄片各有自己的固定支点,而且两固定支点位于 梁体的不同端,如图 3-1b 所示:领蹄的固定端在下方,从蹄的固定端在下方。每 块蹄片有各自独立的张开装置,且位于与固定支点相对应的一方。 汽车前进制动时,这种制动器的制动效能相当高。由于有两个轮缸,故可以 用两个各自独立的回路分别驱动两蹄片。除此以外,这种制动器还有易于调整蹄 片与两制动鼓之间的间隙,两蹄片上的单位压力相等,使其磨损程度相近、寿命 相同等优点。单向双领蹄式制动器的制动效能稳定性,仅强于增力式制动器。当 倒车制动时,由于两蹄片皆为双从蹄,使制动效能明显下降。与领从蹄式制动器 比较,由于多了一个轮缸,使结构略显复杂。 这种制动器适用于前进制动时前轴动轴荷及附着力大于后轴,而倒车制动时 则相反的汽车前轮上。它之所以不用于后轮,还因为两个互相成中心对称的轮缸, 难于附加驻车制动驱动机构。 3、双向双领蹄式 双向双领蹄式制动器的结构特点是两蹄片浮动,用各有两个活塞的两轮缸张 开蹄片(图 3-1c) 。 无论是前进或者是倒退制动,这种制动器的两块蹄片始终为领蹄,所以制动 效能相当高,而且不变。由于制动器内设有两个轮缸,所以适用于双回路驱动机 构。当一套管路失效后,制动器转变为领从蹄式制动器。除此以外,双向双领蹄 制动器的两蹄片上单位压力相等,因而磨损程度相近,寿命相同。双向双领蹄式 制动器因有两个轮缸,故结构上复杂,且蹄片与制动鼓之间的间隙调整困难是它 的缺点。 这种制动器得到比较广泛的应用。如用于后轮,则需另设中央驻车制动器。 4、双从蹄式 双从蹄式制动器的两蹄片只有一个固定支点,而且两固定支点位于两蹄片的 不同端,并用各有一个活塞的两轮缸张开蹄片(图 3-1d) 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 9 §3.2§3.2 前轮盘式制动器的选择前轮盘式制动器的选择 盘式制动器摩擦副中的旋转元件是以端面工作的金属盘,此圆盘称为制动盘。 其固定元件则有着多种形式,大体可分为两类。一类是工作面积不大的摩擦块和 其金属背板组成的制动块,每个制动器有 2~4 个制动块。这些制动块及其促动装 置都装在横跨制动盘两侧的钳形支架中,总称制动钳。这种由制动盘和制动钳组 成的制动器称为钳盘式制动器。另一类是固定元件的金属背板和摩擦片也呈椭圆 形。使用这种固定元件,因其制动盘的全部工作面可同时与摩擦片接触,故该制 动器称为全盘式制动器。 1、钳盘式制动器的结构类型 (1)固定钳盘式制动器 固定钳盘式制动器在制动钳体上有两个液压缸,其中各装有一个活塞。当压 力油液进入两个油缸活塞的外腔时推动两个活塞向内将位于制动盘的制动块总成 压紧到制动盘上,从而使车轮制动。当放松制动踏板使油液压力减少时,回位弹 簧将两制动块总成及活塞推离制动盘。 (2)浮动钳盘式制动器 浮动钳盘式制动器的制动钳体是浮动的,其浮动方式有两种,一种是制动钳 体可以平行滑动;另一种是制动钳体可以围绕一支撑摆动。但他们的制动油缸均 为单侧,且与油缸同侧的制动块总是活动的,另一侧的制动块总成则固定在钳体 上。当制动时在油液压力作用下,活塞推动制动块总成压靠到制动盘上,而反作 用力则推动制动钳体连同制动块总成压向制动盘的另一侧,直到两制动块总成受 力一样为止。 §3.3§3.3 盘式制动器的优缺点及确定的方案盘式制动器的优缺点及确定的方案 1、与鼓式制动器相比盘式制动器有以下优点: (1)热稳定性好。这是因为制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用,且制动摩擦衬 块的尺寸不大其工作表面仅为制动盘面积的 12%~16%,故散热性好。 (2)水稳定性好。制动块对盘的单位压力高,易于将水挤出,因而进水后效能 降低不多;又由于离心力作用及衬块对盘的擦拭作用,出水后只需经一、二次制 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 10 动即能恢复正常。鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。 (3)制动力矩与汽车方向无关。 (4)易于构成双回路制动系,使系统有较高的可靠性和安全性。 (5)尺寸小、质量小、散热良好。 (6)压力在制动衬块上的分布比较均匀,故衬块磨损也均匀。 (7)更换衬块简单容易。 (8)衬块与制动盘之间的间隙小(0.05~0.15) ,从而缩短了制动协调时间。 (9)易于实现间隙自动调整。 2、盘式制动器的主要缺点是: (1)难于完全防止尘污和锈蚀。 (2)兼作驻车制动器时,所需附加的手驱动机构比较复杂。 (3)在制动驱动机构中必须装有助力器。 (4)因为衬块工作面积小,所以磨损快,使用寿命低,需用高材质的衬块。 总之,目前盘式制动器已广泛应用于轿车,但除了一些高级轿车上用全盘式 以外,大都只用作前轮制动器,而与后轮鼓式制动器配合使用,以获得汽车在高 速下 制动时的方向稳定性。 3、确定的方案如下: 根据以上对制动器性能的分析,确定制动器的方案如下: 行车制动器:前盘后鼓,盘式制动器为通风型浮动钳盘式制动器,鼓式制动 器为领从蹄式制动器。 驱动机构为:液压双回路驱动。 驻车制动装置采用:车轮制动器,与后轮共用一个制动器,即后轮鼓式制动 器。驱动机构为机械式驱动机构,即拉索机构。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 11 第四章第四章 制动参数选择及计算制动参数选择及计算 制动器设计中需要的重要参量: 汽车轴距: L=1860mm 车轮滚动半径: R r =270 mm 汽车满载质量: m=1400Kg 汽车空载质量: m'=820Kg 满载时轴荷的分配: 前轴负荷 48%,后轴负荷 52% 空载时轴荷的分配: 前轴负荷 52%,后轴负荷 48% 满载时质心高度: hg=525mm 空载时质心高度: hg'=550mm 质心距前轴的距离: a=968mm a'=892mm 质心距后轴的距离: b=892mm b'=968mm 对汽车制动性有影响的重要参数还有:制动力及其分配系数、同步附着系数、 制动强度、附着系数利用率、最大制动力矩与制动因数等。 §4.1§4.1 制动器主要结构参数选择制动器主要结构参数选择 一、鼓式制动器主要结构参数的确定 1、制动鼓内径 D 输入力 Fo一定时,制动鼓内径越大,制动力矩越大,且散热能力也越强。但 增大 D 要受到轮辋内径的限制。制动鼓与轮辋之间要保持足够的间隙,通常要求 该间隙不小于 20mm,否则不仅制动器的散热条件条件差,而且轮辋受热后可能沾 住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓应该有足够的壁厚,用来保证有足够的刚度和热容 量,以减小制动时的温升。制动鼓的直径小,刚度就大,并有利保证制动鼓的加 工精度。 制动鼓直径与轮辋直径之比 D/Dr 的范围如下: 轿车:D/Dr=0.64~0.74 货车:D/Dr=0.70~0.83 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 12 轿车制动鼓内径一般比轮辋外径小 125~150mm,载货汽车和客车的制动鼓内 径一般比轮辋外径小 80~100mm,对于深槽轮辋,由于其中间深陷部分的尺寸比 轮辋名义直径小的多,所以其制动鼓与轮辋之间的间隙有所减小,设计时可按轮 辋直径初步确定制动鼓内径。 轮辋直径 304mm 制动鼓最大内径 220mm 取制动鼓内径 D=200mm 即 R=100mm 图 4-1 鼓式制动器的主要几何参数 2、摩擦衬片宽度 b 和包角 ββ 摩擦衬片宽度磨损尺寸 b 的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片的宽度 尺寸去窄些,则磨损速度快,衬片寿命短;衬片宽度取宽些,则质量大,不易加 工,且加工成本增加。 实验表明,摩擦衬片包角 β=90o~100o时,磨损最小,制动鼓温度最低,且 制动效能最高。β 角减小虽然有利于散热,但单位压力过高将加速磨损。实际上 包角两端处单位压力最小,因此过分延伸衬片两端以增加包角,对减小单位压力 的作用不大,而且将使制动不平顺,容易使制动器发生自锁,因此这里取包角为 95o。 衬片的磨损面积为 Ap=Rβb。制动器各蹄衬片总的摩擦面积越大,制动时所 受单位面积的正压力和能量负荷越小,从而磨损特性越好。对于(1.0~1.5)t 的 微型客车,单个制动器总的摩擦面积 Ap为(120~200)cm2,这里取 Ap=120cm2。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 13 可求得 b=75mm。 3、摩擦衬片起始角 β0 一般将衬片布置在制动蹄的中央,令 β0=90o—β/2。有时为了适应单位压力 的分布情况,将衬片相对于最大压力点对称布置,以改善磨损均匀性和制动效能。 由以上可知 β0=90o-95o/2=42.5o。 4、制动器中心到张开力 Fo作用线的距离 e 在保证轮缸或制动凸轮能够布置于制动鼓内的条件下,应使距离 e 尽可能大, 以提高制动效能,设计时定 e=0.8R 左右,根据图样取得 e=80mm。 5、制动蹄支撑点位置坐标 a 和 k 应在保持两蹄支撑端毛面不致互相干涉的情况下,使 a 尽可能大而 c 尽可能 小,这里定 a=0.8R 左右,实际取值为 a=100mm,k=15mm。 二、盘式制动器主要结构参数的确定 1、制动盘直径 D 制动盘直径 D 应尽可能取大些,这时制动盘的有效半径得到增大,可以降低 制动钳的夹紧力,减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制,制动盘 的直径通常选择为轮辋直径的 70%~79%,对于总质量小于 2t 的汽车,D 尽可能 取大,求得 D=(212.8~240.16) ,这里取 D=250mm,即 D/2=125mm。 2、制动盘厚度 h 制动盘的厚度 h 对制动盘的质量和工作时的温升有影响。为了使质量小些, 制动盘的厚度不宜取得很大;为了降低温度,制动盘的厚度不宜取得过小。制动 盘可做成实心的,或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实 心制动盘可取 10~20mm,通风式制动盘厚度取 20~50mm,多采用 20~30mm。本 设计采用的是通风型制动盘,制动盘厚度取 h=20mm。 3、摩擦衬块外半径 R2和内半径 R1 推荐摩擦衬块的外半径 R2与内半径 R1比值不大于 1.5。若此比值偏大,工作 时衬块的外缘与内侧圆周速度相差教多,磨损不均匀,接触面积减小,最终导致 制动力矩变化大。本设计取 R2 =110mm R1=80mm。 4、制动衬块面积 A 对于盘式制动器衬块工作面积 A,推荐根据制动衬块单位面积占有的汽车质 量在 1.6~3.5Kg/cm2范围内选用。m/8A=(1.6~3.5),得 A=(50~109.38)cm2,取 A=70 cm2。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 14 5、摩擦衬块扇形角 θ 摩擦衬块扇形角应满足下式 θ=2A/(R22-R12)则由计算得 θ=2.456rad,即 θ/2=70.39o 6、制动间隙 一般鼓式制动器的制动间隙为 0.2-0.5mm; 一般盘式制动器的制动间隙为 0.1-0.3mm。 §4.2§4.2 制动力与制动力矩分配系数制动力与制动力矩分配系数 1、地面对前后车轮的法向反作用力 Z1= (L2+) G L  gh Z2= (L1-) (4-1) G L  gh 式中: G--汽车所受重力; L--汽车轴距; --汽车质心离前轴距离; 1 L L--汽车质心离后轴距离; 2 --汽车质心高度; gh g --重力加速度; 汽车制动时,如果不记车轮的滚动阻力矩和汽车的回转质量的惯性力矩,则 任何角速度 ω﹥0 的车轮,其力矩平衡方程为 Tf-FbRe=0 (4-2)  式中: Tf--制动器对车轮作用的制动力矩,即制动器的摩擦力矩,其方向与车 轮旋转方向相反,N﹒m; Fb--地面作用于车轮上的制动力,即地面与轮胎之间的摩擦力,又称地面 制动力,其方向与汽车行驶方向相反,N; Re--车轮有效半径,m 令 Ff= Tf/Re 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 15 并称之为制动器的制动力,它是在轮胎周缘克服制动器的摩擦力矩所需的力, 因此又称为制动周缘力。Ff与地面制动力 Fb的方向相反,当车轮角速度 ω﹥0 时, 大小亦相等,且 Ff仅由制动器的参数所决定,即 Ff取决于制动器的结构形式、 尺寸,摩擦副的摩擦系数及车轮的有效半径等,并与制动踏板力即制动系的液压 或气压成正比。当增大踏板力以增大 Tf时,Ff和 Fb均随之增大,但地面制动力 受附着条件的限制其值不可能大于附着力 F, Fb F=Z (4-3)   Fb= F=Z (4-4)   式中 : --轮胎与地面的附着系数;  Z--地面对车轮的法向反力。 当制动器的制动力 Ff和地面制动力 Fb达到附着力 F值时,车轮即被抱死并 在地面上滑移,此后制动力矩 Tf即表现为静摩擦力矩,而 Ff= Tf/Re即成为与 Fb 相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值,当制动力车轮角速度 ω=0 以后, 地面制动力 Fb达到附着力 F值后就不再增大,而制动器的制动力 Ff由于踏板力 Fp的增大使摩擦力矩 Tr增大而继续上升,如图 4-2 所示 图 4-2 制动器制动力、地面制动力与踏板力的关系 根据汽车制动时的整车受力分析,考虑到制动时的轴荷转移,可求得地面对前后 轴车轮的法向力 Z1、Z2为: Z1= (L+hg) G L 2  车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 16 Z2= (L1-hg) (4-5) G L  代入 G=13720N L=1860mm hg=525mm a=968mm b=892mm,得到: Z1=6579.69+3872.58 Z2=6619.87+3590.32 (4-6) 式中 : G--汽车所受重力; L--汽车轴距; a--汽车质心离前轴距离; b--汽车质心离后轴距离; hg--汽车质心高度; g --重力加速度; --地面附着系数。  2、制动器制动力分配系数 β= Ff1/Ff (4-7) Ff1/ Ff2=(b+hg)/ (a-hg) (4-8) Ff= Ff1+ Ff2 (4-9) 可得 β=Ff1/Ff= Ff1/(Ff1+Ff2) =(b+hg)/( b+hg+ a-hg)=(b+ hg)/L (4-10)  即: β=b/L+hg/L (4-11) 其中 b=892mm L=1860mm hg=525mm 取=0.75  得到 β=0.48+0.282=0.6915 同步附着系数 0=(Lβ-b)/ hg (4-12)  =0.7508 将 0=0.7508 代入式(4-5)得  Z1=7120.68 N Z2=3180.29 N 可得: Ff1=7120.68 N Ff2=3180.29 N 即 : M f1max= Ff1R=1922.58 Nm M f2max= Ff2R=858.68 Nm 车辆与动力工程学院毕业设计说明书车辆与动力工程学院毕业设计说明书 17 对于盘式:摩擦系数 f=0.3,Rm=(R1+R2)/2=(110+80)/2=95mm F0max= M f1max/2fRm=1922.58/0.057=33729.47 对于鼓式:参照图 4-1 θ=tg-1 k/a=10.62o β0=42.5 o β=95 o 则 a'=180o-β0-β-θ=31.88 o a''=β+a'=126.88o R=100mm R1=4R/[(cos2 a'-cos2 a'')2+(2β-sin2 a''
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