某轿车前轮制动器的结构分析与设计 : 制动系统是汽车主动安全的重要系统之一, 本文主要介绍了 某轿车前轮制动器的结构分析与设计。 首先介绍了 轿车制动器的概况和研究现状, 并根据给定的制动系统的主要技术参数确定了 同步附着系数、 制动力矩等变量。 再通过对盘式制动器的结构及优缺点进行分析、设计计算、 性能分析, 最终确定浮钳盘式制动器的尺寸及材料并用 CAD 画出二维装配图及制动盘零件图以及 SolidWorks 软件绘出其装配图和爆炸图。 除此之外, 还采用 了 Matlab 得到制动力分配曲线以及优化工具箱的遗传优化算法对制动器尺寸进行优化。 : 轿车前轮 盘式制动器 优化设计 2The structure analysis and design of some passenger vehicle front wheel brake Abstract:The braking system is one of automobile initiative security important systems. This paper mainly introduces some passenger vehicle front wheel brake's structure analysis and the optimization design. First introduced the passenger vehicle brake's survey and the research present situation, and according to the formulation system's major technique parameter which assigned had determined the synchronization was sealing variables and so on coefficient, braking moment. Again through carries on the analysis, the design calculation, the performance analysis to disc brake's structure and the good and bad points, determined finally floats the pliers disc brake's size and the material and draws the two-dimensional assembly drawing and the brake disc detail drawing as well as the SolidWorks software with CAD draws its assembly drawing and the detonation chart In addition, but also used Matlab to obtain the braking force distribution curve as well as to optimize toolbox's heredity optimization algorithm to carry on the optimization to the brake size. Key words: passenger vehicle front wheel Disc brake; structure analysis 3引言 汽车是现代交通工具中用得最多, 最普遍, 也是最方便的交通运输工具。 汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统,它是制约汽车运动的装置。 而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关健装置, 是汽车上最重要的安全件。 汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。 随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大,人们对安全性、 可靠性要求越来越高, 为保证人身和车辆的安全,必须为汽车配备十分可靠的制动系统。 随着汽车市场竞争的加剧, 如何缩短产品开发周期、 提高设计效率, 降低成本等, 提高产品的市场竞争力, 已经成为企业成功的关键。 提及汽车制动系统, 大家都知道有鼓式和盘式制动器两种, 特别是在上世纪 80 年代还是稀奇、 高端玩意儿的盘式制动器, 如今已基本上在民用轿车上得到了普及。 由于蹄式制动器散热性能差, 在制动过程中会聚集大量的热量。 制动蹄片和轮鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形, 容易产生制动衰退和振抖现象, 引起制动效率下降。 所以, 倾向于采用散热性能较好的盘式制动器。 盘式制动器的组成结构复杂, 并且还有不同的种类, 盘式制动器分为钳盘式和全盘式制动器两大类, 钳盘式制动器又分为浮钳盘式制动器和定钳盘式制动器两大类。 为了防止汽车跑偏, 往往前轮采用盘式制动器。 本文主要对浮钳盘式制动器进行结构分析与设计。 通过查阅相关的资料, 运用专业基础理论和专业知识, 根据给定的制动系统的主要技术参数确定了同步附着系数、 制动力矩等变量。 再通过对盘式制动器的结构及优缺点进行分析、 设计计算、 性能分析, 最终确定浮钳盘式制动器的尺寸及材料并用 CAD 画出二维装配图及制动盘零件图以及 SolidWorks 软件绘出各零件三维图、 三维总装配图和爆炸图等。 除此之外, 还采用了 Matlab 得到制动力分配曲线以及优化工具箱的遗传优化算法对制动器尺寸进行优化。 同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。 41. 概况与现状分析 1. 1. 轿车制动器概况 制动器的组成部件很多, 其中的主要的部件包含制动盘、 摩擦片、 固定器、 制动钳体等。汽车制动的过程中各个部件均受到复杂的力和力矩的作用, 因此容易造成制动盘、 摩擦片、固定器、 钳体的变形等, 引起磨损不均匀。 有时制动器还会产生振动, 引起噪声, 甚至引起方向盘、 制动踏板、 制动底板和座椅的剧烈抖动。 振动还会引起汽车跑偏, 严重影响汽车的稳定性能。 制动器在制动过程中因使用不当或制造、 装配误差及设计不合理等因素还会有一些工作不良或故障现象发生, 以下对这些现象和原因进行简要介绍: 1)、 磨损不均匀, 结合不同步, 导致先接触点的压力急剧加大, 局部摩擦力超过摩擦片和制动盘表面的应力极限值, 导致严重的局部的磨损或者是损伤, 并目会导致制动盘和摩擦片的局部温度迅速升高, 局部烧伤摩擦片, 失去制动能力。 结合不同步的主要原因还是制动器的低频和高频共振诱发制动系统的变形引起的。 2)、 制动振动:制动振动按照发生机理可以将其分为 3 类:低频抖动、 中频颤动和高频啸叫。 制动抖动是指车辆在一定车速范围内实施制动时引起转向盘.、 制动踏板、 车身底板和座椅的剧烈抖动现象, 是制动引起的振动的一种。 低频抖动主要是由制动力矩波动引起的低频强迫振动, 抖动的频率和车速呈现一定的阶次关系, 频率在 100HZ 以下, 通常是 10~50HZ.抖动一般发生在车辆高速行驶并进行中等强度的制动时。 当车速下降到一定程度的时候制动抖动消失, 制动抖动一般由低阶扰动引起。 中频颤振是制动盘和摩擦片表面的摩擦特性引起的, 频率是 100~1000Hz。 制动引起的颤振一般发生在车速较低的情况下(低于 l0km/h。 高频啸叫与制动系统元件的模态有关系, 而与车速没有关系, 制动啸叫的频率一般在 1000Hz 以上, 并通过空气进行传播。 现在一般认为高频啸叫是制动系统的一种自激振动。 3)、 制动跑偏和侧滑: 制动过程中车身不按照原路线和方向减速停车, 而是自动脱离原行驶轨迹, 偏向左或者是右侧产生移动, 这种现象就是制动跑偏。 这种情况极容易造成交通事故。 制动跑偏的原因除了车辆设计本身的问题以外, 其根本的原因就在十左右车轮的制动效果不一致, 特别是两前轮的制动效果不同时, 更加容易出现制动跑偏的现象。 当左右车轮的路况一致的情况下, 那么原因就归结于左右车轮的制动力矩不等, 各个制动器的正压力、摩擦系数、 接触面积, 制动间隙以及各个零件所处状态的差异, 都会导致左右制动力矩的不等。 因此在维修调整的过程中要尽量的保持制动摩擦力矩的一致。 另外由十制动抱死状态下,路面的纵向附着系数增加到最大, 因此造成侧向的附着系数急剧下降, 容易造成制动侧滑现象。 4)、 摩擦片相变和“表面碳化” 现象: 制动摩擦片的相变是指摩擦片在经过持续高温作用下冷却后的残余厚度增量。 制动时摩擦片相变发生的主要原因是摩擦材料在持续高温后,密度会有所降低;不合格摩擦片的高温厚度增量甚至会达到 1mm,相变会达到 0.5mm;摩擦片 5的局部相变也是造成制动尖叫和制动自锁的主要诱因。 制动器摩擦片的“表面碳化”, 是指由十摩擦片的加工工艺采用了硫酸钡等粘结材料, 在制动高温的作用下, 与制动摩擦产生的微粒, 在摩擦片表面烧结形成光滑的硬化层。