汽车制动系统毕业设计(4)

中国农业大学学士论文 第3章 制动系统设计计算

第3章 制动系统设计计算

3.1 制动系统主要参数数值

3.1.1 相关主要参数

1.汽车相关主要参数如表3.1所示。

表3.1 汽车相关主要参数

编号 1 2 3 4 5 6 7 8

名称 质量 重力 质心高 轴距 质心至前轴的距离 质心至后轴的距离

前轴负荷 后轴负荷

符号 M0 G hg L a b Wf Wr

数值 320.000 3136.000 300.000 1600.000 848.000 752.000 1473.920 1662.080

单位 kg N mm mm mm mm N N

备注 11.82 63.04 33.41 29.63 47.00 53.00

inch inch inch inch % %

2.2010年FSAE赞助轮胎相关参数如表3.2所示。

表3.2 2010年FSAE赞助轮胎相关参数

规格 标准轮辋内距 轮胎胎面宽(mm inch) 轮胎外径(mm inch) 轮胎接地面宽(mm inch)

轮胎半径(mm) 轮胎周长 轮辋内距

180/530R13

8 223 8.8 533 21.0 185 7.3 244 1626 7.5-8.5

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中国农业大学学士论文 第3章 制动系统设计计算 3.1.2 同步附着系数的分析

（1）当???0时：制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力； （2）当???0时：制动时总是后轮先抱死，这是容易发生后轴策划而使汽车丧失方向稳定性；

（3）当???0时：制动时汽车前后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。 分析表明，汽车在同步系数为?的路面上制动（前后轮同时抱死）时，其制动减速度为

du?qg???g，即q=?0,q为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或者dt后轮即将抱死的制动强度q

根据相关资料查出赛车?0=0.7，故取?0=0.7。

3.1.3 地面对前、后轮的法向反作用力

若在不同附着系数的路面上，前、后轮同时抱死（不论是同时抱死或分别先后抱死），此时

FXb?F??G?或du/dt??g。地面作用于前、后轮的法向反作用力为

FZ1?G(b??hg） （3-1） LG(a??hg) （3-2） L FZ2?前后轮同时抱死制动时地面对前、后轮法向反作用力的变化如表3.3所示

表3.3 前后轮同时抱死地面对前、后轮法向反作用力的变化

φ 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

FZ1/N

1474 1533 1592 1650 1709 1768 1827 1886 1944 2003 2062

FZ2/N

1662 1603 1544 1486 1427 1368 1309 1250 1192 1133 1074

FZ1/G

47% 49% 51% 53% 55% 56% 58% 60% 62% 64% 66%

FZ2/G

53% 51% 49% 47% 46% 44% 42% 40% 38% 36% 34%

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中国农业大学学士论文 第3章 制动系统设计计算 3.2 制动器有关计算

3.2.1 确定前后制动力矩分配系数? 根据公式：?0? 得到：??

（3-3）

L??bhg??0hg?bL0.7?0.3?0.752?0.60 （3-4）

1.63.2.2 制动器制动力矩的确定

应急制动时，假定前后轮同时抱死拖滑，此时所需的前桥制动力矩为

Mμ1?G(b??hg)?reL （3-5）

式中，G为赛车重力；L为轴距；a为汽车质心到前轴的距离；hg为汽车质心的高度；?为附着系数；re为轮胎有效半径。

当?=?0=0.7时，

Mμ1?G3136(b??hg)?re?(0.752?0.7?0.3)?0.7?0.237?313N/m L1.6?313N/m即M?1max因为?=

M??3= (3-6) M??2所以M?2max?209N/m

3.2.3 盘式制动器主要参数确定 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加，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％一79％。总质量大于2t的汽车应取上限。 这里去制动盘的直径D为轮辋直径的百分之70%，即D?13?25.34?70%?231mm 2）制动盘厚度的选择

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中国农业大学学士论文 第3章 制动系统设计计算 制动盘厚度对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小些，制动盘厚度不宜取得大；为了降低温度，制动盘厚度又不宜取得过小。制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实心制动盘厚度可取为10～20mm，通风式制动盘厚度取为20～50mm，采用较多的是20～30mm。在高速运动下紧急制动, 制动盘会形成热变形, 产生颤抖。为提高制动盘摩擦面的散热性能, 大多把制动盘做成中间空洞的通风式制动盘, 这样可使制动盘温度降低20 %～30 %。这里制动器采用实心制动盘设计，h?10mm厚度 。 3）摩擦衬块内半径R1和外半径R2

摩擦衬块（如图3-1所示）是指钳夹活塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料。摩擦衬块分为摩擦材料和底板,两者直接压嵌在一起。摩擦衬块外半径只与内半径及推荐摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于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较多，磨损不均匀，接触面积减少，最终导致制动力矩变化大。因为制动器直径D等于231mm,则摩擦块R2?115mm取R2/R1?1.5，所以R1?77mm。

图3-1 摩擦衬块

4）摩擦衬块工作面积

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

320?60%?0.5?0.5?24cm2,则单个前

2.0320?40%?0.5?0.52?16cm2，则单个后轮制动器轮制动器A=48cm;单个后轮摩擦块A?2.01.6?3.5kg/cm2范围内选用。单个前轮摩擦块A?A=32cm.能够满足β的要求。 5）摩擦衬块摩擦系数f

2选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单纯地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性的要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。各种制动器用擦材料的摩擦系数的稳定值约为 0.3～0.5，少数可达0.7。一般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈

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中国农业大学学士论文 第3章 制动系统设计计算 差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。当前国产的制动摩擦片材料在温度低于 250℃时，保持摩擦系数f=0.35～0.40 已无大问题。因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩。另外，在选择摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。所选择摩擦系数f=0.35。

总结得到参数如表3.4所示

表3.4 制动器基本参数

前轮 后轮

制动盘外径/mm 231 231

工作半径/mm 96 96

制动盘厚度/mm 10 10

摩擦衬块厚度

/mm 9 9

摩擦面积

48 32

3.2.4 盘式制动器的制动力计算

假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩

为

M??2fF0R （3-7）

式中，f为摩擦因数；F0为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。

对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不很大，则R等于平均半径Rm或有效半径Re，在实际中已经足够精确。

平均半径Rm为 Rm?R1?R2115?77??96mm 22式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。

有效半径Re是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离，如下式所示（推导见离合器设计）

2(R23?R13)4mRe??[1?]Rm?97mm （3-8） 2223(R2?R1)3(1?m)式中，m?R1/R2.

因为m?1,

m1?,故Re?Rm，m越小，则两者差值越大。 2(1?m)4应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处得滑磨速度相差太远，磨损不均匀，因为单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也就不适用。m值一般不应小于0.65.

假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩

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