由十汽车是一个复杂的系统, 其整车、 零部件以及各总成的运动模型和力学模型相当复杂,对这些模型进行分析计算, 同时要保证一定的精度, 所需要的工作量是很大的, 在很大程度上受到了计算机处理能力的限制。 随着计算机软硬件技术的发展, 计算机对数据的处理能力有了突飞猛进的提高, 因此使得计算机仿真技术越来越多地用十汽车的研究开发和设计制造中。 近年来, 虚拟样机技术(Virtual Prototype Technology)得到快速的发展, 采用虚拟样机技术可以综合考虑制动器非线性法向载荷、 粘滑作用、 结构祸合等因素, 分析具体情况下制动器振动的主要诱因。 虚拟样 6机技术已成为解决工程问题的一种快速、 有效的手段。 盘式制动器具有散热性好、 制动效能稳定、 抗水衰退能力强、 易于保养和维修等优点,可广泛应用于飞机、 铁路、 车辆和工程机械。 对盘式制动器的早期研究侧重于试验研究其摩擦特性, 随着用户对其制动性能和使用寿命要求的不断提高, 有关其基础理论与应用方面的研究也在深入进行 由于盘式制动器在汽车中的使用日益增多, 其研究工作方兴未艾。 由于其用途的广泛性及结构形式的多样性, 国内外学者对其研究方向和研究方法的选择不尽相同, 有的从理论方面进行专题研究, 有的从试验方面进行实验研究。 要对制动器进行完整的热分析, 还要从以下几个方面进一步研究: ① 由于制动过程中压力分布与温度场及磨损相互耦合, 应将压力分布与热分析及磨损作为统一的耦合问题来分析, 同时必须采用弹塑性理论求解应力场; ②由于实际接触表面为粗糙表面, 应研究粗糙表面的形貌模型, 并在该模型的基础上研究制动器摩擦磨损热动力学; ③ 现在对摩擦材料热物理特性缺乏研究, 今后可考虑对特定的制动材料配对进行包括材料热物理参数在内的整个摩擦、 磨损研究。 随着高新技术的不断应用与发展及新材料的不断出现, 盘式制动器的理论与试验研究内容也将会得到不断更新与发展。 基于目前盘式制动器的研究现状, 今计算机仿真技术、 热弹塑性理论和断裂力学理论, 研究其摩擦副间热力耦合的摩擦机制及其破坏机理}借助有限元、相似理论和模态综合技术, 建立其低频噪声结构耦合模型, 形成数值仿真计算模型, 通过试验模态分析对试验结果与理论计算结果进行分析比较, 研究其结构参数对低频噪声的影响,进而定量提供结构设计参数。 72. 制动系统主要参数数值及其选择 2. 1. 相关主要技术参数 给定的相关主要技术参数如下: 整车质量: 空载: 1550kg 满载: 2000kg 质心位置: a=L1=1.35m b=L2=1.25m 质心高度: 空载: hg=0.95m 满载: hg=0.85m 轴 距: L=2.6m 轮 距: L0=1.8m 最高车速: 160km/h 车轮工作半径: 370mm 轮毂直径: 140mm 轮缸直径: 54mm 轮 胎: 195/60R14 85H 同步附着系数:0 0.6 2. 2. 同步附着系数的分析 同步附着系数的分析如下: (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, 这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性; (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, 汽车在同步附着系数为0  的路面上制动(前、 后车轮同时抱死)时, 其制动减速度为gqgdtdu0 , 即0 q, q 为制动强度。 而在其他附着系数的路面上制动时,达到前轮或后轮即将抱死的制动强度q,这表明只有在0  的路面上, 地面的附着条件才可以得到充分利用。 根据相关资料查出轿车0 0.6, 故取6 . 00. 82. 3. 确定前后轴制动力矩分配系数 前后轴制动力矩分配系数  的确定 常用前制动器制动力与汽车总制动力之比来表明分配的比例, 称为制动器制动力分配系数, 用  表示, 即: uFFu1 21uuuFFF 式中,1u F : 前制动器制动力; 2u F : 后制动器制动力; u F : 制动器总制动力。 由于已经确定同步附着系数, 则分配系数可由下式得到: 根据公式:LhLg02 (2-1) 得: 68. 06 . 285. 06 . 025. 1 2. 4. 制动器制动力矩的确定 制动器制动力矩的确定 为了保证汽车有良好的制动效能, 要求合理地确定前, 后轮制动器的制动力矩。 根据汽车满载在沥青, 混凝土路面上紧急制动到前轮抱死拖滑, 计算出后轮制动器的最大制动力矩2M 由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩: GM)(1max2 (2-2) egrqhLL式中:  : 该车所能遇到的最大附着系数; q: 制动强度; er : 车轮有效半径; max2M: 后轴最大制动力矩; G: 汽车满载质量; 9 L: 汽车轴距; 其中 q=g haa)(0=85. 0) 6 . 07 . 0 (35. 17 . 035. 1=0.66 (2-3) 故后轴max2M=3707 . 0)85. 066. 035. 1 (6 . 220000=1.57610Nmm 后轮的制动力矩为2/1057. 16=0.785610Nmm 前轴max1M= Tmax1 f=max21fT=0.67/(1-0.67)1.57610=3.2610Nmm 前轮的制动力矩为 3.2610/2=1.6610Nmm 103. 浮钳盘式制动器结构分析 3. 1. 盘式制动器的结构型式及选择 制动器是用来吸收汽车的动能, 使之转变为热能散失到大气中, 迫使汽车车速迅速降低, 直至停车的机构, 是制动系中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件。 制动器一般是利用摩擦效应将动能转化为热能, 因此来讲, 制动器的散热性能对制动系统是十分重要的。 如果制动系统长期处十一种高温的状态, 就会阻碍能量的转换过程, 造成制动效能下降。 车速越高, 制动时产生的热能越大, 对制动性能的要求也就越高。 因此随着车速的提高, 现代轿车除了 采用散热性能较好的铝合金车圈来降温以外, 一般都采用散热性能优越的盘式制动器。 盘式制动器又叫做碟式制动器, 一般是由液压控制, 主要的部件有制动盘、 制动钳、固定器, 制动轮缸等组成。 按摩擦副中固定元件的结构不同, 盘式制动器分为钳盘式和全盘式两类。 全盘式制动器的固定摩擦元件和旋转元件均为圆盘形, 制动时各盘摩擦表面全部接触。其工作原理如摩擦离合器, 故又称为离合器式制动器。 用得较多的是多片全盘式制动器, 以便获得较大的制动力。 但这种制动器的散热性能较差, 故多为油冷式, 结构较复杂。 钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为固定钳盘式制动器和浮钳盘式制动器。 定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上, 既不能旋转, 也不能沿着制动盘轴线方向移动, 因此必须在制动盘的两侧都安装制动块的促动装置, 以便于将两侧的制动块分别压向制动盘.。 定钳盘式制动器在制动钳体上有两个液压油缸, 其中各装有一个活塞。 当压力油液进入两个油缸活塞外腔时, 推动两个活塞向内将位于制动盘两侧的制动块总成压紧到制动盘上, 从而将车轮制动。 当放松制动踏板使油液压力减小时, 回位弹簧又将两制动块总成及活塞推离制动盘。 这种型式也称为对置活塞式或浮动活塞式。 定钳盘式制动器的缺点就是: 1) 、 制动盘的两侧各有液压缸, 使制动钳的结构复杂。 2) 、 液压缸分装于制动盘的两侧, 制动液必须跨越制动盘的钳内油道或者外部的油管。 3) 、 热负荷较大, 液压缸和跨越制动盘的钳内制动管路或者是外部油管内的制动液容易气化。 4) 、 若想兼用于驻车制动装置, 则必须要添加一个机械促动的驻车制动钳。 由于上述的种种原因, 定钳盘式制动装置已经很难适应现代轿车的发展趋势, 也逐渐的在 70 年代以后让位于浮钳盘式制动器。 浮钳盘式制动器只在制动盘的一侧装油缸, 结构简单, 造价低廉, 易于布置, 结构尺寸紧凑, 可以将制动器进一步移近轮毂, 同一组制动块可兼用于行车和驻车制动, 在兼行车和驻车制动的情况下不需要加设驻车制动钳, 只需要在行车制动钳液压缸的附近加装一些用 11于推动液压缸活塞的驻车制动机械传动零件即可。 浮动钳由于没有跨越制动盘的油道或油管, 减少了受热机会, 单侧油缸又位于盘的内侧, 受车轮遮蔽较少使冷却条件较好, 另外,单侧油缸的活塞比两侧油缸的活塞要长, 也增大了油缸的散热面积, 因此制动液温度比用固定钳时低 30℃~50℃, 气化的可能性较小。 但由于制动钳体是浮动的, 必须设法减少滑动处或摆动中心处的摩擦、 磨损和噪声。 因此本设计采用浮钳盘式制动器, 3. 2. 浮钳盘式制动器的结构、 工作原理和特点 浮钳盘式制动器的固定摩擦元件是两块带有摩擦衬块的制动块, 后者装在以螺栓固定于转向节或桥壳上的制动钳体内, 其结构如图 3.1 所示。 制动钳体 2 通过导向销 6 与车桥 7 相连, 可以相对于制动盘 1 轴向移动。 制动钳体只在制动盘的内侧设置油缸, 而外侧的制动块则附装在钳体上。 两块制动块之间装有作为旋转元件的制动盘, 制动盘是以螺栓固定在轮毂上。 由于制动块的摩擦衬块与制动盘的接触面积很小, 在制动盘上所占的中心角一般仅约为30° ~50° , 故这种盘式制动器又称为点盘式制动器。 其结构较简单, 质量小, 散热性较好,但因摩擦衬块的面积较小, 制动时其单位压力很高, 摩擦面的温度较高, 因此, 对摩擦材料的要求也较高。 图 3-1 浮钳盘式制动器结构简图 Fig.3-1 floats the pliers disc brake diagram of mechanism 浮钳盘式制动器除了上述特点外, 与鼓式制动器相比, 还具有盘式制动器共同的优缺点。 121)热稳定性好, 由于制动盘暴露在外, 散热快, 所以基本无热衰退现象, 连续多次使用制动力矩变化小;一般无自行増力作用, 衬块摩擦表现压力分布较鼓式中的衬片更为均匀,此外, 制动鼓在受热膨胀后, 工作半径增大, 使其只能与蹄的中部接触, 从而降低了制动效能, 这称为机械衰退, 制动盘的轴向膨胀极小, 径向膨胀根本与性能无关, 故无机械衰退问题, 因此, 前轮采用盘式制动器。 汽车制动时不易跑偏。 2)水稳定性好, 制动盘对盘的单位压力高, 易将水挤出, 并且由于衬块对盘的擦拭作用和旋转离心甩水作用, 使得比蹄式制动器排水容易得多, 浸水后制动效率降低不多;出水后只需经一, 二次制动即能恢复正常。 鼓式制动器则需经十余次制动方能恢复。 3)制动力矩比较平稳, 与车辆运动方向无关, 而且由于没有如蹄式制动器的增力作用,因此摩擦系数变化对制动效率没有多大影响。 4)制动衬块上压力分布均匀, 磨损均匀, 比蹄式制动器使用寿命长, 维修方便。 5)衬块与制动盘之间的间隙小(0. 05-0. 15mm), 从而缩短了制动协调时间。 此外由于钳盘式制动器在轮毅外, 所以更换衬块比较方便, 本身结构上具有自动调整衬块和盘之间间隙的功能, 不需要经常调整间隙。 当然, 钳盘式制动器也有以下缺点: 1)摩擦面积小, 单位压力高, 造成工作温度高, 因此要求摩擦材料能耐高压和高温。 2)暴露在外难以防止尘土、 沙粒, 易磨损和锈蚀。 3)没有增力作用.