日产轩逸制动器设计.doc
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1、摘 要本文是基于日产轩逸轿车的车型数据,进行制动器的设计。通过查阅相关参数,依照制动系统设计手册对日产轩逸制动器进行了设计。其中,通过分析汽车参数以及对汽车进行受力分析,对制动器动力分配系数、同步附着系数、动力分配系数、最大制动力矩、制动效率等参数进行了计算。对一些标准件进行选型。对制动块、制动盘、制动轮缸等进行了设计。之后对机构中零部件的强度进行校核,确保零部件满足使用要求。通过一系列的计算和设计使制动器达到了设计要求,并且对制动器温升和制动时间进行了优化,提升制动器整体性能。最后使用CAD绘图软件绘制零件图和装配图。关键词:盘式制动器;制动系统Optimum Design of Nissa
2、n Sylphy Brake SystemAbstract This paper is based on the model data of Nissan Sylphy sedan car to design brakes.Nissan Sylphy Brake was designed according to the Brake System Design Manual by consulting relevant parameters.Among them, the brake power distribution coefficient, synchronous adhesion co
3、efficient, power distribution coefficient, maximum braking moment, braking efficiency and other parameters are calculated by analyzing the vehicle parameters and the force analysis on the vehicle.Select some standard parts.The brake block, brake disc and brake wheel cylinder are designed.After that,
4、 the strength of the parts in the mechanism is checked to ensure that the parts meet the use requirements.Through a series of calculation and design, the brake meets the design requirements, and the brake temperature rise and braking time are optimized to improve the overall performance of the brake
5、.Finally, CAD drawing software is used to draw part drawings and assembly drawings.Keywords: disc brake;braking system目 录1前言11.1设计目的21.2设计历史与现状31.3设计应解决的主要问题42制动器的设计52.1制动器参数计算5 2.1.1汽车基本参数52.1.2制动器制动力分配系数62.1.3同步附着系数102.1.4制动强度112.1.5制动器最大制动力矩122.1.6利用附着系数与制动效率132.1.7盘式制动器主要参数确定152.2制动器性能核算162.2.1制
6、动器一次制动温升的核算162.2.2盘式制动器制动力矩的核算172.3制动器零件设计222.3.1制动块设计222.3.2制动轮缸设计222.4本章小结233制动器的优化243.1要点243.2目标函数243.3约束条件253.4数学模型263.5优化结果及其分析273.5.1优化结果273.5.2优化前后结果对比分析283.6本章小结284结论29参考文献29致谢31附录32111 前言每个人在驾驶机动车的过程中都会遇到紧急情况,比如前方发生交通事故或突然遇到恶劣天气、前方突然出现行人、或者突然需要临时停车等,刹车系统可以帮助我们轻松应对上述情况。具体来说,当车速过快或在下坡行驶过程中,制动
7、系统可以有效地控制车速,帮助车辆减速。当当前路段或天气不适合连续行驶时,制动系统能让我们放心地将车辆安全停放到位。以上是制动系统机构的功能。由此可见,单是制动系统的好与坏就能够影响驾驶安全,也就是说,安全与制动的关系是相关的,汽车制动系统越好,行驶过程中出现危险的情况越低。更重要的是,随着社会的发展和国民经济的进步,公路上的交通流量日益增加。同时,近百年来,随着汽车技术的发展,在发动机技术、底盘技术、汽车外形风阻等领域的技术越来越好,现在汽车的速度也越来越快。因此,安全驾驶对人们来说越来越重要,参考中保研的碰撞测试成绩渐渐的被人们重视。简而言之,制动系统对车辆行驶安全和人身安全的影响越来越大。
8、综上所述,制动系统性能良好的汽车是安全驾驶的最佳保证。对汽车制动系统的改进和完善具有重要意义。对于制动系统来说,判断车辆的制动性能有三个关键点:首先是制动效率,一般是指在相同距离下的制动时间长度。其次是制动后车辆方向的稳定性。最后是制动效率的恒定性。通过阅读书籍及相关文献可知,汽车一般都装有行车制动器和驻车制动器。行车制动器一般使用刹车助力泵里泵出来的刹车油传递制动力,而驻车制动器一般用钢丝。行车制动装置是车辆在行驶过程中为了降低汽车速度使用的装置。用脚踩刹车踏板通常被称为踩刹车。驻车制动装置是在汽车静止时将汽车车轮锁死的装置,一般可使车辆停车到位。大多数驻车制动器用于制动及锁死非转向轮即两个
9、后轮。以上两个由制动和制动驱动机构组成。图1.1 汽车的制动系统1.1 设计目的制动系统是汽车最重要的系统之一,一辆汽车如果拥有一个良好的制动系统,不仅可以为车主节省后期的维护保养费用,还可以在危急关头拯救生命。一个可靠的制动系统能够让驾驶变得更加安全,让汽车在极限状态下躲过一些危险,避免失控,很大程度上减少交通事故发生的概率。汽车安装一套满足要求的制动系统,足以避免受伤或者死亡,对提高汽车驾驶安全性有着非常明显的作用。在日常乘坐及调研过程中,发现日产轩逸这款车作为十万级的家用轿车极具代表性,为了研究作为一款年出货量数十万的家用轿车的制动系统是否能够提高制动性能,让汽车在驾驶过程中更加安全,在
10、此次的毕业设计中选用了本车型作为了设计蓝本。同时锻炼专业知识运用能力、提高发现问题,分析问题,解决问题的能力。1.2 设计历史与现状自从卡尔本茨在1886年发明了世界上第一辆汽车开始,汽车工业蓬勃发展,距今为止已有一百三十多年的历史。在经过了百余年的时间沉淀后,汽车工业得到了长足发展。当今社会,随着社会的发展、人民生活质量的提高、社会的发展和国民经济的进步,道路交通流量日益增加。同时,近百年来,随着汽车技术的发展,在发动机技术、底盘技术、汽车外形风阻等领域的技术越来越好,现在汽车的速度也越来越快。众所周知,汽车的安全性能相当大一部分是由制动系统决定的,因此汽车的制动性能也是评价汽车性能的一个重
11、要因素。纵观市场上在售的轿车车型,制动器主要有两种:鼓式制动器和盘式制动器这两大类型。它们有着不同的机械结构,也有着不同的优点和缺点。现如今,在十万级轿车上,盘式制动器被广泛运用于驱动轮的制动和四轮制动上。盘式制动器跟鼓式制动器有着明显的优势。1.盘式制动器受摩擦因数影响比较小,制动力衰退比盘式制动器更强。2.结构更加简单,尺寸和质量较小,维护方便,刹车皮的更换车主自己就可以完成;3.盘式制动器为开放式的,刹车盘的两面都可以进行传热散热,散热性能好,不容易变形,制动效果好;4.使用寿命更长,制动盘沿Y轴方向的热膨胀量小导致因为厚度造成的热膨胀量更小;5.与鼓式制动器相比起来,更难出现热衰减的情
12、况;6.积水很难大量残留在制动器中,不会因为浸水之后大量减少制动效能。盘式制动器跟鼓式制动器相比起来的缺点是制动效能比较低,虽然可以换装更大的卡钳、更多的油缸和更好材质的刹车盘来弥补这一缺点,但成本也会更高。虽然鼓式制动器的优点是市场造价便宜,许多汽车都会选用前轮使用盘式制动器,后轮使用鼓式制动器来降低成本,这样以更低的价格来获得制动时的方向稳定性,并且在使用寿命,维护保养,温度控制等方面都远不及盘式制动器。但鼓式制动器制动效能比盘式制动器高。而中高档的轿车或者性能车的车轮基本都会采用盘式制动器。以获得最佳制动性能。盘式制动器又称碟式制动器,因为其外形与鼓式制动器有较大差别且长相酷似碟子从而得
13、名。盘式制动器由摩擦衬块、制动盘、制动钳、油缸、制动块等零部件组成。盘式制动器一般安装在轮毂上,与车架相连,并且制动盘会随轮子转动,一般通过液压系统进行控制。因为盘式制动器的结构简单,并且在不同的制动盘中间会有通风孔来提高和空气的接触面积。盘式制动器非常明显的优点在于热容量高,不容易出现热衰减,重量轻,体积小,易保养。因此在雪地路面、沙地路面、泥泞路面上等路况下,盘式制动器相比较鼓式制动器的制动距离更短,相应的刹车时间也更短。自1959年以来,液压控制器得到了迅速的发展,现在被广泛运用与刹车助力与车轮防抱死系统中。随着技术的进步,在一些国际赛车赛事上因为制动系统失灵而殒命的一代车神越来越多,在
14、勒芒24小时耐力赛中,刹车和轮胎往往是最先出现问题的,因此各大汽车厂为了使自家的赛车拥有更好的制动系统,开始深入研究,并把一些发挥较好的制动系统技术下放到民用汽车领域中。为改进和优化制动结构提供了理论依据。现代汽车盘式制动器的研究与开发主要集中在以下几个方面:降低成本、简化结构、防尘防锈、降低成本和提高制动效率。影响制动器性能的因素很多,制动盘的材料也开始慢慢进入人们的视野。在以前,如果想要换装一个好一点的刹车,一般都是增大摩擦片面积或者增加卡钳内的油缸数量。而现在一种曾经只被运用于超级跑车上的碳纤维陶瓷制动盘也可以装进小轿车的卡钳里。1.3 本设计应解决的主要问题根据日产轩逸轿车的数据,从整
15、车角度设计制动器参数,制动器零部件的选型,优化对制动器关键参数的优化设计等。主要内容包括以下几个方面:查阅相关资料,包括官方数据、实地测量、国外论坛等获取日产轩逸相关的车型数据。整合数据,筛选出有用的留作之后计算用。查阅汽车制动器相关书籍、文献、手册,了解汽车制动器设计流程。分析功率、扭矩、轴距、质心、轮胎规格等数据,建立汽车制动时的受力模型,通过受力分析计算出同步附着系数、制动力分配系数、制动力矩、制动距离、制动温升等参数,并为制动器的零部件选型。核算之前通过计算所得出来的参数,并根据实际情况,选择对汽车制动性能影响较大的参数进行优化。通过CAD等绘图软件绘制零件图与装配图。2 制动器的设计
16、2.1 制动器参数计算2.1.1 汽车基本参数表2.1 日产轩逸基本参数轴距2712mm最高车速190km/h最大功率102kw/6300rpm最大转矩169Nm/4000pm汽车的整车整备质量1278kg汽车的总质量1680kg车轮规格215/50 R17车轮滚动半径323.4mm前后轴荷分配51:49前轴负荷856.8kg后轴负荷823.2kg质心高度hg684mm由公式: (式2.1) (式2.2)L1为质心距前轴距离,L2为质心距后轴距离,L为轴距。通过计算得出:表2.2 质心位置质心距前轴距离1080mm质心距后轴距离1620mm2.1.2 制动器制动力分配系数假设不计滚动阻力、制动
17、时的惯性力和惯性力偶矩或其他因素影响下,即在理想路面上行驶,在制动时的力矩平衡方程是: (式2.3)表2.3 公式2.3中字母物理含义Tf 制动器的摩擦力矩re车轮的有效半径FXb地面制动力Tf方向与车轮旋转的方向相反。在地面与车轮之间存在一个力FXb,这是由地面对车轮产生的制动力。当汽车在制动过程中,需要轮胎去要克服制动器摩擦力矩,根据公式,设制动器制动力为Ff,单位是N。从而得出制动器摩擦力矩与制动器制动力的关系式为:。汽车盘式制动器制动力的大小绝大部分是由自身结构参数所决定的。这些参数包括制动盘的类型,制动钳的类型,油缸的数目,摩擦块的材质,大小,厚度、制动盘的材质,厚度等;制动系统中是
18、由液压或者气压助力的,所以与制动管路中的液压或气压是正比关系。图2.1 制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力的关系图2.1表示了汽车在制动过程中三者之间的关系;由图可以得出公式: (式2.4) (式2.5)第一:制动器制动力决定了地面的制动力;第二:路况即地面因素会限制地面制动力;第三:拥有足够的制动器制动力以及地面能提供足够的附着力。同时达到以上三点才能获得足够的地面制动力。图2.2 汽车在水平路面上行驶过程中制动时的受力分析汽车制动时水平地面对汽车前轮和后轮的法向反力FZ1,FZ2分别为: (式2.6)表2.4 式2.6中字母物理含义G汽车重力L1汽车质心距前轴距离L2汽车质心距后轴
19、距离hg汽车质心高度汽车减速度单位为m/s2如果在不同附着系数的路面上制动,无论是同时抱死还是分别先后抱死,只要前轮和后轮都抱死,此时:或 (式2.7)假设汽车在水平路面上制动,附着系数为,将参数带入公式2.7求得:表2.5 车轮法向反作用力Fz112253NFz24995N Fz1为汽车前轴车轮的法向反作用力等于12253N;Fz2为汽车后轴车轮的法向反作用力等于4995N。由于,在各个不同附着系数下,计算出制动器制动力。表2.6 不同附着系数路面上的制动器制动力0.10.20.30.40.50.60.70.80.912252447355048936122734785779802110285
20、0010001498199724992999349839964496通过计算发现,汽车前后轮同时抱死时的制动力会随着地面的附着系数增加而增加。假设汽车日常行驶的地面附着系数,则前后轴车轮的地面附着制动力为: (式2.8)汽车在制动过程中,当汽车的前后轮同时抱死,要比汽车后轮先抱死安全得多,因此应该合理计算汽车启动器制动力分配系数,充分利用附着条件以及让汽车方向稳定。不管汽车在地面附着系数为多少上行驶,前后轮要同时抱死的条件都是制动力之和等于附着力,并且前后车轮制动力分别等于各自的附着力,即: (式2.9)表2.7 车轮制动力前轴车轮的制动器制动力后轴车轮的制动器制动力其中:;得出: Ff1/F
21、f2 =/(1-)=2.45 (式2.10)=0.71本设计中:制动分配系数为0.71。在之后的计算中,将把以上参数带入计算。2.1.3 同步附着系数在日常驾驶中,汽车所行驶的路面有好有坏,同时也对应着当前驾驶状态下的地面附着系数,该系数会一直改变。当汽车在不同附着系数的路面上制动时,通常会发生以下几种情况0:当时,该工况比较稳定。虽然会失去转向能力,但是车轮会同时抱死,不容易发生侧滑。时,该工况对于汽车行驶比较不利,汽车前后轮不会同时抱死,而是后轮会先抱死拖滑,所以很容易发生侧滑。这样汽车的操纵稳定性便会失去,容易发生危险情况。当时,该工况比上一种工况更加稳定,有可能会导致车的方向不受控制,
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