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雪铁龙C5轿车制动系统设计毕业论文

 2020-02-17 10:02  

摘 要

随着我国社会水平提高、工业开展,汽车行业的萌芽也急速生长,这使得小轿车逐渐走入平常百姓家。但是汽车的制动性能与汽车的平安驾驶息息相关,因而相较汽车行业来说,制动系的设计对于整车的安全功能十分重要。

本论文主要综述了该车型制动系的设计过程。通过盘式和鼓式制动器的各方面对照,考虑到两种制动器类型的优缺点,且雪铁龙C5轿车的整车性能比较好,属于中高档轿车,故本设计最终确定应用浮钳盘式制动器。

确定基本结构后,设计中主要对盘式制动器及其零部件和制动驱动机构等完成设计。在设计阶段中,经过查阅书籍资料及对实物的观察理解,理解盘式制动器的构造及运行原理,同时经过查阅该车型的相关数据对制动系的基础参数完成设计计算,并利用CATIA和CAD制图软件对制动器进行绘制,最终完成设计说明书。

除此之外,本论文还利用MATLAB完成了一定的编程计算,并得到了前后轮的制动力分配曲线图形。

关键词:制动器、制动盘、液压机构、材料

Abstract

With the improvement of China's social level and industrial development, the burgeoning of the automobile industry has also grown rapidly, which makes the car gradually enter the ordinary people's home. However, the braking performance of the car is closely related to the safe driving of the car. Therefore, compared with the automotive industry, the design of the braking system is very important for the safety function of the whole vehicle.

This paper mainly reviews the design process of the brake system of this model. Through the comparison of various aspects of the disc and the drum brake, considering the advantages and disadvantages of the two types of brakes, and the performance of the Citroen C5 sedan is relatively good, belonging to the mid-to-high-end sedan, the design finally determines the application of the floating caliper disc brake.

After the basic structure is determined, the design is mainly designed for the disc brakes, their components and the brake drive mechanism. In the design stage, after reviewing the book materials and viewing the physical objects, understanding the structure and operation principle of the disc brakes, and designing and calculating the basic parameters of the brake system after consulting the relevant data of the vehicle model, and drawing with CATIA and CAD. The software draws the brakes and finally completes the design specification.

In addition, this paper also uses MATLAB to complete a certain programming calculation, and obtains the braking force distribution curve of the front and rear wheels.

Keywords: Brake, brake disc, hydraulic mechanism, material

目录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 设计的主要内容和要求 2

第2章 总体设计方案的确定 3

2.1 制动系统的分类及功用 3

2.2 主要参数的确定 3

2.2.1 同步附着系数 4

2.2.2 制动力分配 5

2.2.3 最大制动力矩计算 5

2.2.4 制动器因数 5

2.2.5 制动力分配曲线 6

第3章 制动器的结构分析 8

3.1 盘式制动器 8

3.1.1 钳盘式 8

3.1.2 全盘式 8

3.2 主要参数的确定 9

3.2.1制动盘直径D 9

3.2.2制动盘厚度h 9

3.2.3摩擦衬块内半径与外半径 9

3.2.4摩擦衬块厚度与摩擦面积 10

3.3 性能核算和力矩计算 10

3.3.1磨损特性的计算 10

3.3.2 温升校核 11

3.3.3 制动力矩的确定 11

3.3.4驻车制动力矩的确定 13

第4章 液压操纵机构设计 15

4.1 驱动机构的形式 15

4.1.1 人力制动 15

4.1.2 动力制动 15

4.1.3 伺服制动 16

4.2 液压机构的设计 16

4.2.1 制动轮缸的直径 16

4.2.2 制动主缸的直径 17

4.2.3 轿车踏板力 18

第5章 制动器的主要元件 19

5.1制动盘 19

5.2 制动钳 19

5.3 制动衬块 19

5.4 制动器间隙的调整方法 20

第6章 结论 21

参考文献 22

致谢 23

附录A 24

绪论

研究的目的与意义

在种类繁多的交通工具中,目前汽车是最频繁使用的也是最便利的一种。对于车厂来说研发出高性能,速度快的汽车更是目前趋势。但是无论速度多快,可以在紧急情况下紧急停车及减速才是最重要的,这关系到人身的安全。因而,工程师应该多多注重制动系统的各种功能,而后完成实现汽车安全行驶要求的汽车制动系的设计。制动系相对汽车的安全性有着重大意义,并且制动系统的设计还会对交通运输产生正面或负面的影响,因此我们有必要在制动系统的设计上投入大量精力。在每一辆车上市及量产之前都必须对汽车进行可靠性道路测试及国家法规申报,而这些项目中必不可少的是制动时间及制动距离的测试。这就是制动器的作用。

制动器设计包括结构型式的选择和具体参数的设置,这些选择都会对安全性能产生影响。因此整车设计中,制动系统的相关参数及结构选择起了重要作用,有很高的研究价值。本次设计充分应用了机械设计、汽车构造、汽车设计、CAD绘图等书籍内容。经过本次设计可把握汽车制动器的构造和设计准则及办法,并通过制动器设计熟悉汽车总成和零部件的设计。

国内外研究现状

因为中国汽车工业起步较晚,所以中国的汽车制动器行业和发达国家先进技术还存在一定的距离。目前,国内汽车所用的制动器都是摩擦式的,主要采用鼓式和盘式制动器结合的形式[1]。以前盘式制动器普遍只用来当作前轮制动器,并和后轮的鼓式制动器配合,以完成汽车制动时的稳定性目标。但目前,盘式制动器越来越多的配有驻车制动装置,使得它被广泛地在汽车上配置。汽车制动器将来的更新升级大概率集中在浮动卡钳盘式制动器上。尤其是通风盘式,被广泛研究应用在前轮上。除此之外,还有一个研究重点是双盘式制动器,大多数被应用在货车上。至于材料方面,国内最常见的是半金属纤维复合材料,很多大学以及企业也在研发新型摩擦材料。

而国外的制动系统发展较快,汽车的驱动能源大多使用的是液压式的。并且为了增强制动效能,更多功能加到了制动系统中,因而制动系统上有必要设置附加机构以完成如上性能,所以电子技术的运用逐渐被普及[2]。汽车制动电控系统会和其余汽车电子系统集成,成为完全的汽车电子控制系统,汽车所有的控制元件都被放在一个电控单元上,所有制动控制系统都将不是独立的,成功做到电子化智能控制[3-7]

设计的主要内容和要求

本次设计的关键内容有以下几点:首先是通过查阅图书馆及电子资料了解制动器的工作原理及基本设计思路;然后通过对实物的接触了解盘式制动器的结构及主要零部件工作性能;接下来根据车型的主要参数对制动器的制动力矩、操纵力矩、摩擦力矩进行计算;接下来利用计算数据结合整车的布置及参数绘制制动器二维总装图及主要零部件图,最后整理计算及资料、根据设计图纸完成设计说明书论文的编写。

这次设计的设计要求是设计出的制动系统:拥有优秀的制动效能;拥有优秀的制动效能稳定性;制动时汽车操作稳定性高;制动效能的热稳定性好,并且我们应通过这次课题,更好地掌握汽车设计、CAD制图相关的知识。

第2章 总体设计方案的确定

2.1 制动系统的分类及功用

制动系统基本可以分为四种,分别是行车制动、驻车制动、应急制动和辅助制动。同时,汽车制动系统一般要拥有两种以上的制动机构,分别为行车制动机构和驻车制动机构,其他的制动装置可根据车辆的具体行驶环境增设。

制动系统的主要功用有三点:第一,使汽车降速直到它停下;第二,使汽车在一固定的坡度上保持匀速;第三,使汽车静止在原地,包括固定的坡度上[8]

根据雪铁龙C5轿车的车型和实际情况,该次设计应该选择的制动器类型是盘式的,制动器的操纵形式为液压操纵。车辆制动系统的示意图如下:

图2.1 总体布置图

2.2 主要参数的确定

在制动器设计中本设计设计基于雪铁龙C5轿车的基本参数进行设计,主要技术参数如下:

2.1 制动系统整车参数

空载

满载

汽车质量

1580

2101

前轴轴荷

962

1106

后轴轴荷

618

995

质心高度

570

620

质心与前轴距离

1101

1333

质心与后轴距离

1714

1482

轴距

2815

前制动器

通风盘

后制动器

盘式

前轮胎规格

225/60 R16

后轮胎规格

225/60 R16

2.2.1 同步附着系数

汽车的构造选型和基本参数都会影响到同步附着系数的大小,并且它是车辆制动功能的必要数据。实际前后制动器的制动力分配线与汽车的理想前后制动力分配曲线相交时的附着系数就是同步附着系数[9]。至于具备一定比例的前后制动力的车辆,除非在附着系数和同步附着系数相等的道路上,不然车辆前后轮不会同时锁定。当车辆在不同的同步附着系数大小的道路上刹车时,总共会呈现3种状况:

(1)刹车时前轮一直先锁死。这是一种安稳的工作情况,但会没有办法转向。

(2)刹车时后轮一直先锁死,容易导致后轴打滑,因此没有方向稳定性。

(3)刹车时前轮和后轮一直一同锁死,这也是一种安稳的工作情况,但也会没有办法转向。

随着现代化汽车的发展,速度得到很大的提高,道路条件也得到很大的改善。因此,在如今的汽车参数设置中,同步附着系数的范围逐步增大。根据国外的书籍记载,汽车的同步附着系数应按如下取值:轿车取;货车取。对于经常在路面状况较好的道路上行驶的轿车,同步附着系数可取得大一些[10]

(2.1)

故取=0.7。

2.2.2 制动力分配

根据公式: (2.2)

得:

式中:为质心距离后轴的长度;为满载时质心高度;L为轴距

2.2.3 最大制动力矩计算

同步附着系数选值大小的不同情况下,计算方法不同,这里的同步附着系数值较大,应该为了保障汽车的稳定性,来计算前后轴的极限制动扭矩。这种情况下,最大的后轴制动力矩为

(2.3)

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