微型汽車電子機(jī)械制動(dòng)器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙三維圖紙和說(shuō)明書(shū)】
微型汽車電子機(jī)械制動(dòng)器設(shè)計(jì)【含CAD圖紙三維圖紙和說(shuō)明書(shū)】,含CAD圖紙三維圖紙和說(shuō)明書(shū),微型汽車,電子機(jī)械,制動(dòng)器,設(shè)計(jì),cad,圖紙,三維,以及,說(shuō)明書(shū),仿單
本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
CV6微型汽車電子機(jī)械制動(dòng)器設(shè)計(jì)
系部名稱：
專業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
職 稱：
年 月
摘 要
汽車行業(yè)的飛速發(fā)展使得更多家庭的生活提供了方便，同時(shí)小轎車也逐步成為人們代步的工具。而越來(lái)越多的汽車在道路上行駛必將導(dǎo)致交通的擁堵，同時(shí)對(duì)于汽車緊急停車減速慢行的要求也越來(lái)越高，因此對(duì)于汽車行業(yè)來(lái)說(shuō)整車的安全性能是一個(gè)車型成功與否的關(guān)鍵。而整車的安全性能中，制動(dòng)系統(tǒng)又是真?zhèn)€安全性能中最重要的一部分，因此對(duì)于制動(dòng)器的設(shè)計(jì)尤為重要。
本設(shè)計(jì)中主要是對(duì)EMB電子機(jī)械制動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中主要對(duì)盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)/制動(dòng)主缸等進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段首先通過(guò)查閱圖書(shū)資料及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)習(xí)，明白盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)原理及工作原理。同時(shí)通過(guò)基礎(chǔ)車型的基本數(shù)據(jù)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力、摩擦力，制動(dòng)主缸，換向機(jī)構(gòu)，行星機(jī)構(gòu)等主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。利用CAD制圖軟件對(duì)制動(dòng)器進(jìn)行繪制，最終完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
關(guān)鍵字：EMB；盤式制動(dòng)器；制圖； 安全性能；換向機(jī)構(gòu)
ABSTRACT
With the rapid development of automobile industry, more and more families are living in a convenient way. At the same time, cars have gradually become a tool for people to walk. And more and more cars will lead to traffic congestion on the road. At the same time, the requirement of emergency parking and slow down is getting higher and higher. Therefore, the safety performance of the vehicle is the key to the success of the vehicle model for the automotive industry. The brake system is the most important part of the vehicle safety performance, so the design of the brake is particularly important.
In this design, EMB electromechanical brake is mainly designed, and disc brake structure/main cylinder is mainly designed. In the design stage, the structure principle and working principle of disc brake are understood by consulting books and materials and field production practice. At the same time, the brake force, friction, main cylinder, commutation mechanism, planetary mechanism and other main parameters of the brake are designed and calculated by the basic data of the basic vehicle model. The brake is drawn by CAD drawing software, and the design specification is finally completed.
Key words: EMB; disc brake; drawing; safety performance; reversing mechanism n.
目 錄
摘 要 2
ABSTRACT 3
1.1制動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介 6
1.1.1制動(dòng)系的組成部分 6
1.1.2 制動(dòng)系的分類 7
1.2 EMB研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7
1.2.1 EMB的研究現(xiàn)狀 7
1.2.2 EMB發(fā)展趨勢(shì) 8
1.3 EMB制動(dòng)器研究的意義 9
1.4 研究的方法及技術(shù)路線 10
1.4.1研究方法 10
1.4.2研究技術(shù)路線 10
1.5 研究主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求 11
第2章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案的分析 12
2.1 EMB制動(dòng)器的工作原理 12
2.1.1 EMB制動(dòng)器的總體結(jié)構(gòu) 12
2.2 EMB制動(dòng)器的工作原理 12
2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 14
2.2.1 分配基礎(chǔ)制動(dòng)力 14
2.2.2 同步附著系數(shù)的選擇 15
2.2.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算 15
2.2.4 制動(dòng)因數(shù)的確定 16
第3章 EMB制動(dòng)器行星減速部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)的確定 16
3.2 傳動(dòng)比與配齒計(jì)算 17
3.2.1 傳動(dòng)比的確定 17
3.2.2 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的確定 17
3.2.3 配齒計(jì)算 18
3.3 齒輪的主要參數(shù)設(shè)計(jì) 18
3.3.1 齒輪材料的選擇 19
3.3.2 模數(shù)的計(jì)算 19
3.3.3 嚙合參數(shù)的計(jì)算 21
3.3.4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算 23
3.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算 24
第4章 制動(dòng)器本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 27
4.1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析 27
4.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 28
4.2.1制動(dòng)盤直徑設(shè)計(jì) 28
4.2.2.制動(dòng)盤厚度設(shè)計(jì) 28
4.2.3.摩擦襯塊設(shè)計(jì) 28
4.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算 29
4.3.1磨損特性分析 29
4.3.2熱容量的核算 30
4.3.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算 30
4.4駐車制動(dòng)的計(jì)算 32
4．5制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)分析 33
4.6 制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)分析 33
4.6.1 制動(dòng)盤 33
4.6.2 摩擦材料 34
結(jié) 論 34
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 38
第1章 緒 論
1.1制動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)介
使行駛中的汽車減速甚至停車，使下坡行駛的汽車的速度保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車保持不動(dòng)，這些作用統(tǒng)稱為制動(dòng)；汽車上裝設(shè)的一系列專門裝置，以便駕駛員能根據(jù)道路和交通等情況，借以使外界（主要是路面）在汽車某些部分（主要是車輪）施加一定的力，對(duì)汽車進(jìn)行一定程度的制動(dòng)，這種可控制的對(duì)汽車進(jìn)行制動(dòng)的外力稱為制動(dòng)力；這樣的一系列專門裝置即稱為制動(dòng)系。
這種用以使行駛中的汽車減速甚至停車的制動(dòng)系稱為行車制動(dòng)系；用以使已停駛的汽車駐留原地不動(dòng)的裝置，稱為駐車制動(dòng)系。這兩個(gè)制動(dòng)系是每輛汽車必須具備的。
圖1.1 汽車制動(dòng)系組成
1-制動(dòng)助力器； 2-制動(dòng)燈開(kāi)關(guān)； 3-駐車制動(dòng)與行車制動(dòng)警示燈； 4-駐車制動(dòng)接觸裝置；
5-后輪制動(dòng)器； 6-制動(dòng)燈； 7-駐車制動(dòng)踏板； 8-制動(dòng)踏板；
9制動(dòng)主缸；10-制動(dòng)鉗；11-發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管； 12-低壓管； 13-制動(dòng)盤
1.1.1制動(dòng)系的組成部分
供能裝置：包括供給、調(diào)節(jié)制動(dòng)所需能量以及改善傳能介質(zhì)狀態(tài)的各種部件。
控制裝置：包括產(chǎn)生制動(dòng)動(dòng)作和控制制動(dòng)效果的各種部件。
傳動(dòng)裝置：包括將制動(dòng)能量傳輸?shù)街苿?dòng)器的各個(gè)部件
制動(dòng)器：產(chǎn)生阻礙車輛的運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的力（制動(dòng)力）的部件，其中包括輔助制動(dòng)系中的緩速裝置。
1.1.2 制動(dòng)系的分類
按制動(dòng)能源來(lái)分類，行車制動(dòng)系可分為，以駕駛員的肌體作為唯一制動(dòng)能源的制動(dòng)系稱為人力制動(dòng)系；完全靠由發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化而成的氣壓或液壓形式的勢(shì)能進(jìn)行制動(dòng)的則是動(dòng)力制動(dòng)系，其制動(dòng)源可以是發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)或油泵；兼用人力和發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力進(jìn)行制動(dòng)的制動(dòng)系稱為伺服制動(dòng)系。
駐車制動(dòng)系可以是人力式或動(dòng)力式。專門用于掛車的還有慣性制動(dòng)系和重力制動(dòng)系。按照制動(dòng)能量的傳輸方式，制動(dòng)系可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式和電磁式等。同時(shí)采用兩種以上傳能方式的制動(dòng)系可稱為組合式制動(dòng)系。
制動(dòng)系統(tǒng)是評(píng)價(jià)汽車安全性的一個(gè)重要因素，也是汽車的重要組成部分之一。當(dāng)今汽車行業(yè)已經(jīng)非常發(fā)達(dá)，人類對(duì)汽車的性能要求也越來(lái)越高。一款安全、輕便、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)可以大大提高汽車的性能。這也是汽車設(shè)計(jì)人員不斷追求的目標(biāo)。
1.2 EMB研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 EMB的研究現(xiàn)狀
電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)（Electromechanical Brake System,簡(jiǎn)稱EMB）最早是應(yīng)用在飛機(jī)上的，目前正處于向汽車領(lǐng)域轉(zhuǎn)化的研究發(fā)展時(shí)期。從20世紀(jì)90年代起，一些著名的汽車電子零配件生產(chǎn)廠商，如德國(guó)的Bosh（博世）、Siemens（西門子）和Continental Teves（大陸天合）等相繼開(kāi)始了對(duì)EMB的研究，并作過(guò)一些相應(yīng)的系統(tǒng)仿真和裝車試驗(yàn)[10]。另外Eaton、Allied、Signal、Delphi、Varity Lucas、Hayes也參與了EMB的研發(fā)競(jìng)爭(zhēng)之中。而國(guó)內(nèi)在此項(xiàng)目上的研究基本為空白，僅有清華大學(xué)研究過(guò)EMB的試驗(yàn)臺(tái)、同濟(jì)大學(xué)試制出了樣機(jī)；其他高校也只是進(jìn)行了一些相關(guān)的初步研究，一些核心技術(shù)仍未被突破。
由于鼓式制動(dòng)效能恒定性差；制動(dòng)鼓空間小，使EMB的電機(jī)和傳動(dòng)裝置的布置受到限制?，F(xiàn)在各大公司均以浮鉗盤式制動(dòng)器為基體，進(jìn)行EMB的研發(fā)。EMB與汽車目前使用的普通盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)類似，只不過(guò)其制動(dòng)鉗的促動(dòng)力不是由液壓產(chǎn)生，而是由電機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置直接驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗，來(lái)產(chǎn)生制動(dòng)力。另外一種采用楔塊機(jī)構(gòu)增力的EMB稱為EWB(Electromechanical Wedge Brake) ，EWB是2006年法蘭克福車展上電子和機(jī)械電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)商Siemens VDO（西門子VDO）推出的（如圖3 所示）。
其原理是在支座和旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)盤之間架起一對(duì)楔塊，楔塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生推動(dòng)制動(dòng)襯片壓向制動(dòng)盤方向的運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，同時(shí)利用伺服電機(jī)控制該楔塊的運(yùn)動(dòng)，使之不至于鎖死。在智能控制下，楔塊將車輛的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為剎車能，由于其自增力作用，EWB 比現(xiàn)有的液壓剎車更快，因此楔塊式EMB電機(jī)的功率可大幅度下降。
1.2.2 EMB發(fā)展趨勢(shì)
目前EMB制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)還不成熟，離普及還有一段很長(zhǎng)的路，需要解決的技術(shù)問(wèn)題還很多，國(guó)外把對(duì)電控機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)的研究重點(diǎn)集中在以下幾個(gè)方面[8]
（1）力矩電機(jī)的設(shè)計(jì)。EMB的一個(gè)極大的優(yōu)勢(shì)就是制動(dòng)相應(yīng)快，所以要求電機(jī)必須相應(yīng)速度快。此外也要求電機(jī)功耗小、輸出的力矩大。另外在制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)將在“堵轉(zhuǎn)”的惡劣環(huán)境下工作，因此對(duì)電機(jī)的可靠性要求高，而且必須機(jī)構(gòu)小巧緊湊、便于安裝布置，能在各種惡劣條件下可靠工作。
（2）機(jī)械—電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對(duì)于機(jī)械—電子執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究已經(jīng)有幾家公司提出了設(shè)計(jì)方案，目前的執(zhí)行機(jī)構(gòu)中機(jī)械零件還比較多、結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜。如何有效的傳遞轉(zhuǎn)矩、增大轉(zhuǎn)矩，如何保證機(jī)構(gòu)能自動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)間隙，如何使結(jié)構(gòu)盡量小巧并且可靠都是在設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。
（3）靈敏度高而又廉價(jià)的傳感器?，F(xiàn)在使用的傳感器功能還比較單一，靈敏度也有提高。為了保證EMB系統(tǒng)能正?？煽康墓ぷ鳎枰邪l(fā)靈敏度高、功能集成、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型傳感器。
（4）耐高溫電子元器件。對(duì)耐高溫電子元器件的研究主要涉及到2個(gè)方面：一個(gè)是在電子元器件本身下功夫，提高其對(duì)高溫的承受能力和在高溫下的工作穩(wěn)定性；另一個(gè)就是改良制動(dòng)盤的材料和提高其散熱能力，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)提高整個(gè)制動(dòng)器的散熱性能，為電子元器件的工作提供良好的環(huán)境。
（5）高可靠性的電線和連接件。在新的EMB制動(dòng)系統(tǒng)中，電線和連接件取代了原來(lái)的制動(dòng)管路等部件，因此要求必須可靠，這將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
（6）可自適應(yīng)調(diào)節(jié)的控制算法。目前車輛制動(dòng)器在控制算法上主要采用3種：滑?？刂啤⑦壿嬮T限值控制和最優(yōu)控制算法。以后為了適應(yīng)EMB的發(fā)展和特點(diǎn)還可以有新的控制算法。
（7）系統(tǒng)容錯(cuò)控制。電控制動(dòng)系統(tǒng)的容錯(cuò)型涉及到制動(dòng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，因此是一個(gè)至關(guān)重要的研究方向。有些學(xué)者是用實(shí)驗(yàn)的方法去監(jiān)測(cè)和評(píng)估EMB對(duì)制動(dòng)請(qǐng)求的響應(yīng)情況，并通過(guò)一定的算法來(lái)忽略瞬間的錯(cuò)誤信號(hào)借以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯(cuò)控制；有的是在分布式的線控制動(dòng)系統(tǒng)中加入一個(gè)中央控制芯片，這是一個(gè)專門進(jìn)行容錯(cuò)控制的冗余設(shè)計(jì)，并配以專門編寫(xiě)的軟件來(lái)進(jìn)行容錯(cuò)控制處理；最新的研究是在系統(tǒng)中引入一個(gè)監(jiān)控器，用以檢測(cè)可能導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤和失效的信號(hào)，然后產(chǎn)生錯(cuò)誤檢測(cè)代碼，根據(jù)代碼來(lái)處理失效和提高安全性。車輛電控系統(tǒng)的容錯(cuò)控制是一個(gè)涉及到計(jì)算機(jī)硬件、軟件、通信協(xié)議等多方面的比較難解決的問(wèn)題。
1.3 EMB制動(dòng)器研究的意義
汽車作為一種地面交通工具，行駛、轉(zhuǎn)向、停車是其三個(gè)基本功能。而其中停車功能就是由汽車的制動(dòng)系統(tǒng)來(lái)完成的?！鞍踩?、節(jié)能、環(huán)保”是汽車未來(lái)發(fā)展的三大主題，制動(dòng)系統(tǒng)作為汽車的一個(gè)重要組成部分，直接影響到汽車的安全性。EMB制動(dòng)系統(tǒng)是以電能作為能量來(lái)源，由中心控制模塊控制，由電機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置產(chǎn)生促動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)功能的全新制動(dòng)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)相比，它具有以下優(yōu)點(diǎn)[9]：
1．EMB制動(dòng)系統(tǒng)用電線傳遞能量、數(shù)據(jù)線傳遞信號(hào)，完全摒棄了原有的液壓管路等部件，而且無(wú)真空助力器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、質(zhì)量輕、體積小，便于發(fā)動(dòng)機(jī)艙其他部件的布置，也有利于減輕整車質(zhì)量和整車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置。
2．EMB采用了電控，易于并入車輛綜合控制網(wǎng)絡(luò)中（CAN總線），并且可以同實(shí)現(xiàn)ABS、TCS、ESP、ACC等多種功能，這些電子裝備的傳感器、控制單元等部件可以與EMB共用，而無(wú)需增加其他的附加裝置。避免了像傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)那樣,在制動(dòng)系統(tǒng)線路上安裝大量的電磁閥和傳感器，使得制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，也增加了液壓回路泄漏的隱患。
3．在傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)中，踏板至制動(dòng)主缸的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及氣壓液壓系統(tǒng)的固有特性，使得制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢。制動(dòng)力由零增長(zhǎng)到最大大約需要0.2～0.9S, 而且當(dāng)需要較小的制動(dòng)力時(shí)，動(dòng)態(tài)相應(yīng)更慢。而EMB制動(dòng)系統(tǒng)就不存在這樣的問(wèn)題，EMB以踏板模擬器代替了傳統(tǒng)的機(jī)械踏板傳力裝置，中心控制單元接受踏板模擬器傳來(lái)的電信號(hào)，判斷駕駛員的意圖，產(chǎn)生相應(yīng)的控制命令，這樣便大大縮短了制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，而且改善了制動(dòng)時(shí)的腳感，無(wú)打腳現(xiàn)象。
4．傳動(dòng)效率高、安全可靠、而且節(jié)能。
5．無(wú)需制動(dòng)液，降低了對(duì)環(huán)境的污染。
總之，現(xiàn)代汽車發(fā)展的方向是模塊化、集成化、機(jī)電一體化，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)車輛的線控。而EMB正是這已發(fā)展方向的體現(xiàn)。雖然目前尚未有比較完善的、量產(chǎn)的產(chǎn)品，但在國(guó)內(nèi)外各個(gè)汽車廠商和高校的大力研發(fā)之下，EMB必然會(huì)在不久的將來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)，為汽車進(jìn)一步向前發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。
1.4 研究的方法及技術(shù)路線
1.4.1研究方法
（1）通過(guò)查閱相關(guān)資料，掌握EMB制動(dòng)器的主要參數(shù)。
（2）充分考慮已有EMB制動(dòng)器的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)確定EMB制動(dòng)器的總體設(shè)計(jì)方案，對(duì)現(xiàn)有裝置的不足進(jìn)行分析。
（3）對(duì)設(shè)計(jì)的盤式制動(dòng)EMB制動(dòng)器器進(jìn)行修改和優(yōu)化，最終設(shè)計(jì)出能滿足要求的EMB制動(dòng)器。
1.4.2研究技術(shù)路線
（1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關(guān)資料，了解當(dāng)今國(guó)內(nèi)外EMB制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述和開(kāi)題報(bào)告。
（2）根據(jù)產(chǎn)品功能和技術(shù)要求提出多種設(shè)計(jì)方案，對(duì)各種方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從中選擇較好的方案，再對(duì)所選擇的方案做進(jìn)一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設(shè)計(jì)方案。
（3）具體設(shè)計(jì)盤式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)裝置、工作裝置等。
（4）對(duì)所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)中的重要零件進(jìn)行校核計(jì)算，保證設(shè)計(jì)的合理性和可行性。；
（5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量；
（6）整理各項(xiàng)設(shè)計(jì)資料，撰寫(xiě)論文。
1.5 研究主要內(nèi)容和設(shè)計(jì)要求
對(duì)于不同車型，不同的EMB制動(dòng)器有著不同的設(shè)計(jì)要求，針對(duì)本設(shè)計(jì)的汽車V而言主要的設(shè)計(jì)要求如下：
（1）所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器各項(xiàng)性能指標(biāo)及結(jié)構(gòu)要滿足國(guó)家技術(shù)指標(biāo)要求及法規(guī)認(rèn)證的要求；
（2）制動(dòng)器要求足夠的制動(dòng)能效，在車輛各種使用工況下可以滿足車輛所需的制動(dòng)力，保證車輛可以減速及緊急制動(dòng)；
（3）制動(dòng)器的工作要可靠，有足夠的耐久性。在車輛三包期及后期的使用過(guò)程中可以保證制動(dòng)性能；
（4）制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單且便于維護(hù)，以便降低制造成本，提高制動(dòng)效能及時(shí)間；
（5）針對(duì)制動(dòng)拉索及操作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要保證駕駛員操作方便，便于在緊急情況下采取制動(dòng)措施；
此外針對(duì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：
（1）通過(guò)查閱圖書(shū)館及電子資料了解制動(dòng)器的工作原理及基本設(shè)計(jì)思路，為后期的設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)；
（2）通過(guò)主機(jī)廠及4S店的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)習(xí)了解盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)及主要零部件工作性能；
（3）根據(jù)基礎(chǔ)車型的主要參數(shù)對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩、操縱力矩、摩擦力矩進(jìn)行計(jì)算；
（4）利用計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)合整車的布置及參數(shù)繪制制動(dòng)器二維總裝圖及主要零部件圖；
（5）整理計(jì)算及資料、根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)論文的編寫(xiě)；
第2章 制動(dòng)器設(shè)計(jì)方案的分析
2.1 EMB制動(dòng)器的工作原理
2.1.1 EMB制動(dòng)器的總體結(jié)構(gòu)
EMB電控制動(dòng)系統(tǒng)作為BBW線控制動(dòng)系統(tǒng)的一種形式，除了有全新的電控制動(dòng)器，還有其全新的制動(dòng)系統(tǒng)，如圖4所示。EMB電控制動(dòng)系統(tǒng)有6大基本組成部分：安裝在4個(gè)車輪的獨(dú)立的電控制動(dòng)器；制動(dòng)踏板模擬器；中心控制單元；電控制動(dòng)器的控制器；輪速、車速等各種傳感器；電源系統(tǒng)[3]。
圖4 EMB電控制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
由圖4可見(jiàn)，每個(gè)車輪都有一個(gè)獨(dú)立的電控制動(dòng)器及其控制器。中心控制單元根據(jù)踏板模擬器傳來(lái)的信號(hào)，識(shí)別駕駛員的意圖，再根據(jù)車速、輪速等多種傳感器來(lái)獲得整個(gè)車輛的運(yùn)行狀態(tài)，綜合處理各種信息后，發(fā)出相應(yīng)的制動(dòng)信號(hào)給4個(gè)控制器，控制器得到信號(hào)后將控制4臺(tái)電機(jī)分別對(duì)4個(gè)車輪獨(dú)立進(jìn)行制動(dòng)。通過(guò)傳感器再將每個(gè)制動(dòng)器的實(shí)際制動(dòng)力矩等信息反饋給中心控制單元，形成閉環(huán)控制，以保證最佳制動(dòng)效果。電控制動(dòng)器制動(dòng)力和制動(dòng)時(shí)間都是由中心控制單元控制的，所以只需把ABS、TCS、ESP等功能的程序?qū)懭胫行目刂茊卧槐囟嗉恿硗獾挠布O(shè)備，便可以集中實(shí)現(xiàn)各種制動(dòng)安全控制的功能。這正體現(xiàn)了線控系統(tǒng)模塊化、集成化的優(yōu)越性。
2.2 EMB制動(dòng)器的工作原理
圖5 EMB執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
EMB電控制動(dòng)器是制動(dòng)系統(tǒng)的制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也是其核心部件，它的性能的好壞直接影響了制動(dòng)的效果。它一般有四個(gè)基本組成部分：電源、電機(jī)、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置和制動(dòng)鉗，如圖5所示[1]。
在傳統(tǒng)形式的EMB中，電機(jī)經(jīng)減速裝置減速增扭，再由運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換裝置將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)制動(dòng)鉗對(duì)制動(dòng)盤進(jìn)行制動(dòng)，電機(jī)的運(yùn)動(dòng)由EMB控制器控制。
對(duì)EMB的結(jié)構(gòu)和性能有以下幾點(diǎn)要求[2]：
1． 電機(jī)要小巧而又能提供足夠大的力矩；
2． 傳動(dòng)裝置能減速增扭，還要將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)；
3． 整個(gè)機(jī)構(gòu)要工作迅速，反應(yīng)靈敏；
4． 能自動(dòng)補(bǔ)償制動(dòng)間隙，并能實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)；
5． 有良好的散熱性；
6． 整個(gè)執(zhí)行器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、以便于安裝；
7． 有足夠的強(qiáng)度和壽命，以保證安全可靠。
工作時(shí),動(dòng)力由電機(jī)輸入端5輸入給內(nèi)部的兩個(gè)行星輪系10和12,然后傳遞給螺紋心軸19,再經(jīng)螺紋心軸19,螺母17和螺紋滾柱18組成的類似行星齒輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)化為螺母17的直線運(yùn)動(dòng)。螺母17推動(dòng)制動(dòng)鉗塊22,將制動(dòng)力施加在制動(dòng)盤21上。摩擦盤8與行星輪系12的太陽(yáng)輪15通過(guò)一個(gè)杯形彈簧16固接在一起,摩擦盤2與行星輪系12的行星齒圈26以同樣的方式固接。在兩個(gè)行星輪系10,12之間有兩套電磁離合器7和11。當(dāng)兩個(gè)電磁離合器通電時(shí),摩擦盤2 和8分別與母體11和7結(jié)合,同步運(yùn)動(dòng)。不通電時(shí),摩擦盤受制動(dòng)環(huán)限制無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。此執(zhí)行機(jī)構(gòu)有如下4種工作方式:
(1) 電磁離合器7通電, 11不通電。此時(shí)太陽(yáng)輪6、15結(jié)合同步轉(zhuǎn)動(dòng),齒圈26在制動(dòng)盤24的作用下靜止,兩個(gè)太陽(yáng)輪6、15旋轉(zhuǎn)方向相同,傳動(dòng)比大,可提供迅速克服制動(dòng)鉗塊22和制動(dòng)盤21之間間隙。
(2) 兩個(gè)電磁離合器都通電。此時(shí)太陽(yáng)輪6、15,齒圈1、26都同步轉(zhuǎn)動(dòng)。由于太陽(yáng)輪6、15轉(zhuǎn)動(dòng)半徑相同,齒圈1、26轉(zhuǎn)動(dòng)半徑也相同,而行星輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑大于行星輪13,因此行星輪架14轉(zhuǎn)動(dòng)方向仍然與太陽(yáng)輪15相同,實(shí)現(xiàn)了減速增矩的功能。
(3) 電磁離合器7不通電, 11通電。此時(shí)齒圈1、26結(jié)合,同步轉(zhuǎn)動(dòng),太陽(yáng)輪15在制動(dòng)環(huán)24的作用下靜止,此時(shí)行星輪架14和齒圈26的旋轉(zhuǎn)方向相反,在不需電機(jī)反轉(zhuǎn)的情況下,即可使制動(dòng)鉗塊22和制動(dòng)盤21分離。此功能可用來(lái)調(diào)整制動(dòng)間隙。
(4) 兩個(gè)電磁離合器都不通電。此時(shí)太陽(yáng)輪15,齒圈26在制動(dòng)環(huán)24的作用下都不轉(zhuǎn)動(dòng),行星輪架14亦無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng),因此制動(dòng)力矩始終施加在制動(dòng)襯塊22上,實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力保持,此種工作方式可用于駐車功能。
2.2 制動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
2.2.1 分配基礎(chǔ)制動(dòng)力
根據(jù)公式： （2.1）
得：
式中：L2為質(zhì)心位置； hg為質(zhì)心高度； L為軸距
2.2.2 同步附著系數(shù)的選擇
同步附著系數(shù)是車輛制動(dòng)性能的重要參數(shù)，由車輛結(jié)構(gòu)參數(shù)決定。制動(dòng)力分配系數(shù)的實(shí)際前后制動(dòng)器的制動(dòng)力分配線與車輛理想的前后制動(dòng)力分配曲線的交點(diǎn)I線與交點(diǎn)。對(duì)于前后制動(dòng)器制動(dòng)力比例固定的車輛，只有在粘附系數(shù)等于同步附著系數(shù)的道路上，車輛前后輪才會(huì)同時(shí)鎖定。當(dāng)汽車在不同路面上制動(dòng)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)以下3種情況。
（1）：剎車前前輪始終鎖定。這是一個(gè)穩(wěn)定的工作條件。
（2）當(dāng)時(shí)制動(dòng)器一直鎖定時(shí)，后橋首先被鎖定，容易發(fā)生后軸打滑，導(dǎo)致車輛失去方向穩(wěn)定性。
（3）當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)前輪和后輪鎖定在一起，這是一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，但也失去了轉(zhuǎn)向能力。
現(xiàn)代化的道路條件得到了很大的改善，汽車的速度也有了很大的提高。因此，在制動(dòng)時(shí)鎖定后輪的后果非常嚴(yán)重。由于車速高，不僅會(huì)導(dǎo)致側(cè)滑尾翼抖動(dòng)，甚至失去控制穩(wěn)定性，所以后輪的情況非常嚴(yán)重，所以現(xiàn)在各種車型的價(jià)格都呈上升趨勢(shì)。汽車0.6;貨運(yùn)車0.5 [3]。
（2.2）
故取=0.6
2.2.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算
由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩：
（2.3）
式中：Φ——該車所能遇到的最大附著系數(shù)；
q——制動(dòng)強(qiáng)度；
——車輪有效半徑；
——最大制動(dòng)力矩；
G——汽車滿載質(zhì)量；
L——汽車軸距；
q===0.66
制動(dòng)力矩為1010N.m
2.2.4 制動(dòng)因數(shù)的確定
制動(dòng)器因數(shù)定義為在制動(dòng)盤的作用半徑上所產(chǎn)生的摩擦力與輸入力之比，即
（2.4）
式中：—制動(dòng)器的摩擦力矩；
—制動(dòng)盤的作用半徑；
—輸入力，一般取加于兩制動(dòng)蹄的張開(kāi)力的平均值輸入力。
對(duì)于鉗盤式制動(dòng)器，設(shè)兩側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力均為P，即制動(dòng)盤在其兩側(cè)的作用半徑上所受的摩擦力為2,此處為盤與制動(dòng)襯塊餓摩擦系數(shù)，于鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)為
（2.5）
f——取0.5
得BF=2×0.5=1
第3章 EMB制動(dòng)器行星減速部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)參數(shù)的確定
本課題的研究目標(biāo)為CV6微型汽車電子機(jī)械制動(dòng)器，要求其制動(dòng)扭矩達(dá)到200Nm；具體設(shè)計(jì)參考參數(shù)如下：
3.2 傳動(dòng)比與配齒計(jì)算
3.2.1 傳動(dòng)比的確定
主減速比的大小對(duì)于主減速器的構(gòu)造、尺寸、質(zhì)量還有當(dāng)變速器處于最高檔位時(shí)汽車的動(dòng)力性和燃料經(jīng)濟(jì)性都有直接影響。
i0的選取應(yīng)該在汽車總體設(shè)計(jì)時(shí)和傳動(dòng)系統(tǒng)總傳動(dòng)比it一同由整車動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定。所選取的i0值必需保障汽車能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最高車速Vamax,在給定發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率Pmax及其np的情況下[14]。這時(shí)i0值應(yīng)按式3.1來(lái)確定：
（3.1）
式中r—車輪的滾動(dòng)半徑m;
igh—變速器最高檔的傳動(dòng)比。
將已知的汽車參數(shù)帶入3.1得到：
（3.2）
在一般情況下，主減速器第一級(jí)的減速比i01與第二級(jí)的減速比i02相比要稍小些，通常i02/i01=1.4-2.0之間。在對(duì)比了同類車型的行星減速器的優(yōu)缺點(diǎn)后，選定比較大的減速比。所以分配減速比如下：
3.2.2 傳動(dòng)簡(jiǎn)圖的確定
本次選取NGW型的行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，齒圈固定在車體上面，太陽(yáng)輪作為輸入部分，行星架作為輸出部分。它的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示：
圖3.1 齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
3.2.3 配齒計(jì)算
首先選定太陽(yáng)輪的齒輪數(shù)Za為23，行星輪個(gè)數(shù)np為5。一旦不符合實(shí)情立即再?gòu)男逻M(jìn)行選取。
根據(jù)2Z-X(A)型行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比
(3.3)
因此特性參數(shù)
(3.4)
(3.5)
取Zc=15,Zb=52
(3.6)
(3.7)
因此傳動(dòng)比是合格的。
即，最后確定。
3.3 齒輪的主要參數(shù)設(shè)計(jì)
在行星齒輪傳動(dòng)中，所有的齒輪比較常見(jiàn)的失效有齒輪表面的點(diǎn)蝕，齒輪外表面的面磨損和輪齒發(fā)生的斷裂。
提升齒輪接觸面的硬度，減小齒輪外表面的粗糙度，加強(qiáng)潤(rùn)滑油的黏度和齒輪表面的接觸精度，同時(shí)進(jìn)行合理的變位都能提高齒輪表面抵抗點(diǎn)蝕的強(qiáng)度。
在行星減速器的傳動(dòng)中，部分齒輪在內(nèi)外力的反復(fù)高壓下，一旦齒輪根部受到的彎曲應(yīng)力超過(guò)材料許用的彎曲力大小時(shí)，齒輪根部就非常有可能產(chǎn)生因疲勞而產(chǎn)生的裂紋。如果產(chǎn)生的裂紋進(jìn)一步擴(kuò)大，最后就會(huì)導(dǎo)致齒輪因疲勞而斷裂。
齒輪表面的磨損是因?yàn)辇X廓間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生，如果有硬的顆粒掉入齒輪工作面間，不可避免的會(huì)有齒輪表面的磨損。再封閉的齒輪傳動(dòng)中，必須不時(shí)進(jìn)行潤(rùn)滑油的清潔和及時(shí)更換[15]。
3.3.1 齒輪材料的選擇
在行星齒輪傳動(dòng)中，齒輪材料的選定應(yīng)全面的考慮到齒輪傳動(dòng)的實(shí)際工作情況。像載荷分類和大小，工作的情況，生產(chǎn)制造工藝和材料的來(lái)源及經(jīng)濟(jì)性等條件。
選擇齒輪材料的要求有：一邊要包括其功能要求，一邊要確定齒輪傳動(dòng)的工作牢固，安全。另一方面也應(yīng)該讓它的生產(chǎn)成本盡可能減少。選用速度不高，載量很大的重型機(jī)械的行星齒輪傳動(dòng)部分應(yīng)選取調(diào)制鋼40Cr,35SiMn,35CrMnSi等材料。經(jīng)正火調(diào)質(zhì)或表面淬火，讓它又有更好的機(jī)械強(qiáng)度，硬度和韌性等綜合功用。
按照本設(shè)計(jì)所研討的行星減速器的應(yīng)用環(huán)境，培修條件，輪齒載荷性質(zhì)與承載力大小。在實(shí)際工作中再聯(lián)系齒輪常常產(chǎn)生的失效模式，想到生產(chǎn)制造工藝、材料來(lái)源、使用壽命和經(jīng)濟(jì)性等條件，最終選取齒輪材料和熱處理辦法如下：
中心輪a和行星輪c均采用20CrNi3滲碳淬火的調(diào)質(zhì)合金鋼，其齒面硬度HRC=60，取σHlim=1500N/㎜2；σF/lim=470 N/㎜2；
中心輪a與行星輪c的加工精度都是6級(jí)。
內(nèi)齒輪B選用37SiMn2MoV調(diào)質(zhì)表面淬火的合金鋼其齒面硬度為HRC=55
取σHlim=1160 N/㎜2；σF/lim=360N/㎜2；
加工精度為7級(jí)；
3.3.2 模數(shù)的計(jì)算
通常情況下想到的方法就是用齒輪表面的接觸強(qiáng)度大小來(lái)初步計(jì)算齒輪的分度圓直徑，也能用齒輪的彎曲強(qiáng)度大小來(lái)初步計(jì)算齒輪模數(shù)。在這種情況下適當(dāng)?shù)脑龃?0%~20%。
行星輪數(shù)目時(shí)，各個(gè)行星輪上的載荷平均，因而只需要剖析和計(jì)算其中的一個(gè)即
可，中心輪a在每一個(gè)上所承受的輸入轉(zhuǎn)矩由3.8計(jì)算
(3.8)
或者按啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速最小，轉(zhuǎn)矩最大來(lái)計(jì)算
式中：
Ta—中心輪的轉(zhuǎn)矩大小，N.m；
np—行星輪的個(gè)數(shù)。
代入數(shù)據(jù)可得T1=3273N.m；
中心輪1的模數(shù)可由3.9估算
式中： （3.9）
—算式系數(shù)，關(guān)于直齒輪傳動(dòng)，關(guān)于斜齒輪傳動(dòng)；
—嚙合齒輪副中小個(gè)齒輪的名義轉(zhuǎn)矩，N.m；
—運(yùn)用系數(shù)；
—綜合系數(shù)；
—小齒輪系數(shù)；
—計(jì)算彎曲強(qiáng)度的行星輪間載荷散布不均勻系數(shù)；
—小齒輪的齒寬系數(shù)；
—齒輪副中小齒輪的齒數(shù)；
—實(shí)驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限，,取和中的較小值。
算式系數(shù)，本課題采取直齒輪傳動(dòng)算式系數(shù)；
運(yùn)用系數(shù)，以原動(dòng)機(jī)勻稱平定，工作機(jī)中等沖擊取運(yùn)用系數(shù)；
綜合系數(shù)，綜合系數(shù)；
行星輪間載荷散布不均勻系數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取散布不均勻系數(shù)；
小齒輪齒形系數(shù)，取小齒輪齒形系數(shù)；
小齒輪齒寬系數(shù)，小齒輪齒寬系數(shù)。
（3.10）
將所有系數(shù)及T1=3273N.㎜2、Z1=23, σF/lim=470 N/㎜2，代入式3.10中算的m=5.34，所以取輪系的模數(shù)m=6。
3.3.3 嚙合參數(shù)的計(jì)算
因?yàn)楸君X輪副沒(méi)有變位，因而可直接依照標(biāo)準(zhǔn)齒輪的參數(shù)公式進(jìn)行計(jì)算。
在兩個(gè)嚙合副a-c,b-c中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距為：
兩個(gè)嚙合的標(biāo)準(zhǔn)中心距不相等，最小齒數(shù)不滿足根切條件，所以必需采取變位。
a—c齒輪副變位
，。
要最大程度的加大其齒面接觸強(qiáng)度，如圖3.2，
圖3.2齒面接觸強(qiáng)度分析圖
找到對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)該點(diǎn)作條垂線與右線圖的上邊邊界交于A點(diǎn)，A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的嚙合角，與下邊界線交于B點(diǎn)，B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的嚙合角則嚙合角可取大小為，為加大齒面接觸強(qiáng)度，應(yīng)使嚙合角越大越好，現(xiàn)取嚙合角，線與所對(duì)應(yīng)的垂線交于C點(diǎn)，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)變位系數(shù)由公式 3.11計(jì)算：
（3.11）
在圖3.2中，用斜線2調(diào)配變位系數(shù)。由點(diǎn)C作一條水平線與斜線2相交在點(diǎn)C1，通過(guò)點(diǎn)C1作垂線，交1軸于點(diǎn)D，點(diǎn)D對(duì)應(yīng)的值即為1。由此得，[16]。
（3.12）
（3.13）
齒輪副變位：
根據(jù)同心條件計(jì)算齒輪b的變位系數(shù)：
（3.14）
已知，
（3.15）
因?yàn)椋裕?
式中：
—齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距大小 ；
—齒輪的壓力角，其大小為20；
inv—標(biāo)準(zhǔn)壓力角的漸開(kāi)線函數(shù)；
inv'—嚙合角的漸開(kāi)線函數(shù)。
3.3.4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算
其中齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)；
中心距變換大小系數(shù)；
齒頂高變動(dòng)系數(shù)等于0.13；變位系數(shù)和等于0.99；
變?yōu)橄禂?shù)分別為：,,；
齒數(shù)比：
分度圓直徑：
基圓直徑：
齒頂高：
齒根高：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
齒頂圓壓力角：
端面重合度：
3.4 傳動(dòng)效率的計(jì)算
行星齒輪傳動(dòng)的效率是評(píng)估其傳動(dòng)功能好壞的重要指標(biāo)之一。關(guān)于不同的傳動(dòng)類型行星
齒輪傳動(dòng)，它的效率并不是一成不變的。對(duì)于同一類型的行星齒輪傳動(dòng)，效率η值的大小也可能隨著傳動(dòng)比ip值的變化而變化。在同一類型的行星齒輪傳動(dòng)中，當(dāng)輸出件，輸入件不一樣時(shí)，其效率η值也不一樣。并且，行星齒輪傳動(dòng)效率變動(dòng)大小很大，其η值可以是最大的0.98，也能是接近于零，甚至小于零，也就是可以自鎖[17]。
想要求行星齒輪傳動(dòng)效率η值的大小，首先應(yīng)剖析和理解它的傳動(dòng)損失是怎么回事。在行星齒輪整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，它的主要的功率損失有下面幾種情況：
1）相互嚙合的齒輪中齒輪副之間的摩擦損失；
2）軸承中摩擦損失；
3）液力損失。
在行星齒輪傳動(dòng)中，Pa為輸入軸所輸入的實(shí)際功率，Pb為輸出軸所輸出的實(shí)際功率，Pt就是行星齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的摩擦損失功率。
按照規(guī)定可以知道，輸入軸所傳遞的功率Pa﹥0，即Pa為正值，而輸出軸所傳遞的功率Pb﹤0，即Pb為負(fù)值。依照通常的效率計(jì)算方式，就可以知道行星齒輪傳動(dòng)的效率公式為
（3.19）
因輸入功率PA=-PB+PT=∣PB︱+ PT,則得
(3.20)
(3.21)
由于Pa﹥0，由公式可得其傳動(dòng)效率為：
依照嚙合功率法的通用原理PT=PTX,就能進(jìn)一步推導(dǎo)出PT與的關(guān)系式。
(3.22)
則得
(3.23)
Pa﹥0,Px﹤0
(3.24)
根據(jù)式4.7，則得行星齒輪傳動(dòng)效率為
(3.25)
轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的功率損失系數(shù)計(jì)算
其損失系數(shù)等于嚙合損失系數(shù)和軸承損失系數(shù)之和，即
(3.26)
對(duì)于A型行星傳動(dòng)，其嚙合系數(shù)之和為
(3.27)
—嚙合損失系數(shù)；
—齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中中心輪a與行星輪c之間的嚙合損失系數(shù)；
—齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中中內(nèi)齒圈b與行星輪c之間的嚙合損失系數(shù)。
嚙合損失系數(shù)的確定
在轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)里面，只須要計(jì)算思考齒輪副的嚙合摩擦損失，
(3.28)
—齒輪副中小齒輪齒數(shù)；
—齒輪副中大齒輪齒數(shù)；
—齒輪嚙合副的重合度；
—嚙合摩擦因數(shù)，一般??；
在上面的公式中，正號(hào)“+”運(yùn)用在外嚙合上；負(fù)號(hào)“-”運(yùn)用在內(nèi)嚙合上。
(3.29)
初步計(jì)算時(shí)ΣφzH和ΣφrH可忽略不計(jì)
則η=1-0.0202（1+23/52）=0.971
該傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)效率較高。
第4章 制動(dòng)器本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算
汽車剎車幾乎都是機(jī)械摩擦式。 通過(guò)將固定元件應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)元件，制動(dòng)扭矩被施加以降低后者的旋轉(zhuǎn)角速度。 同時(shí)，車輪的制動(dòng)力由車輪和路面的附著產(chǎn)生，使車輛減速或停止。
汽車制動(dòng)器根據(jù)其在車輛上的位置分為車輪制動(dòng)器和中央制動(dòng)器。 前者安裝在車輪上，由腳踏制動(dòng)踏板操作，也稱為腳踏制動(dòng)器; 后者安裝在傳動(dòng)系統(tǒng)的軸上并用手操作，因此它再次成為手制動(dòng)。 車輪制動(dòng)通常應(yīng)用于車輛制動(dòng)以及第二次制動(dòng)和停車制動(dòng)。 中央制動(dòng)器通常僅用于駐車制動(dòng)和低速制動(dòng)。
4.1 盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)分析
盤式制盤式剎車按摩摩擦副的結(jié)構(gòu)分為卡鉗盤和全盤式兩大類。
（1）鉗板
根據(jù)制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)類型，鉗式制動(dòng)器可分為固定鉗盤式制動(dòng)器，浮動(dòng)盤式制動(dòng)器等。
（1）固定卡鉗盤式制動(dòng)器：該制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗未固定，制動(dòng)盤與車輪連接并在制動(dòng)鉗體開(kāi)口槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外沒(méi)有其他滑動(dòng)部件。確保制動(dòng)鉗的剛性很容易;結(jié)構(gòu)和制造過(guò)程與一般的鼓式制動(dòng)器沒(méi)有多大區(qū)別。實(shí)現(xiàn)從鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革是很容易的，并且可以很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系統(tǒng)的要求。
2.浮動(dòng)盤式制動(dòng)器：制動(dòng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：盤內(nèi)只有液壓缸，軸向尺寸小，制動(dòng)器可進(jìn)一步靠近輪轂;油路或油管沒(méi)有跨越制動(dòng)盤和液壓缸的良好冷卻條件，所以制動(dòng)液蒸發(fā)的可能性很小;成本低;浮動(dòng)夾緊制動(dòng)塊低。它也可以用于停車制動(dòng)。
（2）全盤
在全盤式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件和固定元件都是圓形板。制動(dòng)時(shí)各盤摩擦面全部接觸，作用原理與摩擦離合器相同。由于制動(dòng)器散熱條件差，其應(yīng)用范圍并不廣泛。
通過(guò)對(duì)盤式和鼓式制動(dòng)器的分析比較，可以得出盤式制動(dòng)器和鼓式制動(dòng)器具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：
（1）制動(dòng)器的穩(wěn)定性良好。效率因子與摩擦系數(shù)之間關(guān)系的K-p曲線是平衡的，因此對(duì)摩擦系數(shù)的要求可以放寬，因此摩擦表面對(duì)溫度和水的敏感性較低。因此，當(dāng)車輛高速行駛時(shí)，可以保證制動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性。
（2）當(dāng)盤式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，盤式制動(dòng)器的減速度與制動(dòng)管路的壓力線性相關(guān)，而鼓式制動(dòng)器是非線性的。
（3）鼓式平衡差時(shí)輸出轉(zhuǎn)矩平衡。
（4）制動(dòng)盤通風(fēng)冷卻效果好，帶通風(fēng)孔的制動(dòng)盤散熱效果好，熱穩(wěn)定性好，剎車踏板力小。
（5）車輛的速度對(duì)踏板力影響很小。
結(jié)合上述優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了浮動(dòng)盤式制動(dòng)器。
4.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
4.2.1制動(dòng)盤直徑設(shè)計(jì)
制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯快的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤直徑D受輪輞直徑的限制。通常，制動(dòng)盤的直徑D選擇為輪輞直徑的70%～79%。所以求得制動(dòng)盤直徑D=256mm 。
4.2.2.制動(dòng)盤厚度設(shè)計(jì)
制動(dòng)盤厚度直接影響制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動(dòng)盤厚度應(yīng)取小些；為了降低制動(dòng)時(shí)的溫升，制動(dòng)盤厚度不宜過(guò)小。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為10 mm～20 mm；只有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤的兩丁作面之間的尺寸，即制動(dòng)盤的厚度取為20 mm～50 mm，但多采用20 mm～30 mm。 取h=20mm 。
4.2.3.摩擦襯塊設(shè)計(jì)
推薦摩擦襯塊的外半徑與內(nèi)半徑的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時(shí)摩擦襯塊外緣與內(nèi)緣的圓周速度相差較大，則其磨損就會(huì)不均勻，接觸面積將減小，最終會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。
摩擦襯塊厚度取14mm,推薦根據(jù)制動(dòng)摩擦襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6kg/～3.5 kg/內(nèi)選取。摩擦面積取76cm。
4.3 制動(dòng)器壓力的計(jì)算
4.3.1磨損特性分析
摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì)，表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。
汽車的制動(dòng)過(guò)程，是將其機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來(lái)不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴(yán)重。
雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別為
（4.1）
式中：：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，；
：汽車總質(zhì)量；
，：汽車制動(dòng)初速度與終速度，/；計(jì)算時(shí)轎車取27.8/；
：制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算
t==27.8/6=4.6
：制動(dòng)減速度，， 0.6×106；
，：前制動(dòng)器襯片的摩擦面積；=7600mm,質(zhì)量在1.5—2.5/t的轎車摩擦襯片面積在200-300cm,
故取=30000mm
：制動(dòng)力分配系數(shù)。
則 ==5.7
轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0，故符合要求。
4.3.2熱容量的核算
制動(dòng)器熱容量和溫升是否滿足下列條件：
（4.2）
式中：—各制動(dòng)盤的總質(zhì)量；
—與各制動(dòng)盤相連的受熱金屬件（如輪轂、輪輻、輪輞、制動(dòng)鉗體等）的總質(zhì)量；
—制動(dòng)盤材料的比熱容，對(duì)鑄鐵c=482，對(duì)鋁合金c=880；
—與制動(dòng)盤相連的受熱金屬件的比熱容；
—制動(dòng)盤的溫升（一次=30km/h到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，溫升不應(yīng)超過(guò)15）；
L—滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，由于制動(dòng)過(guò)程迅速，可以認(rèn)為制動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按制動(dòng)力的分配比率給前、后制動(dòng)器，即
（4.3）
式中：—滿載汽車總質(zhì)量；
—汽車制動(dòng)時(shí)的初速度，可取=；
b—汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)。
式中的=5kg, =20kg.將其他已知的參數(shù)代入式（4-8）得：前輪鉗盤式制動(dòng)器的熱容量和溫升都滿足。
4.3.3 制動(dòng)力矩的計(jì)算
盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖4-1若襯塊表面與制動(dòng)盤接觸良好，且各處的單位壓力
分布均勻，則盤式制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為
圖4.1盤式制動(dòng)器的計(jì)算用簡(jiǎn)圖
式中：—摩擦系數(shù)；
—單側(cè)制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力；
—作用半徑。
對(duì)于常見(jiàn)的扇形摩擦襯塊，其徑向尺寸不大了，R為平均半徑或有效半徑已足夠精確。平均半徑為
（4.4）
式中；—扇形摩擦襯塊的內(nèi)半徑和外半徑。
所以盤式制動(dòng)器的力矩方程為：，是關(guān)于活塞給予制動(dòng)塊對(duì)制動(dòng)盤的壓緊力的一個(gè)直線函數(shù)。
根據(jù)圖4.4，在任一單元面積上的摩擦力對(duì)盤中心的力矩為，式中q為襯塊與制動(dòng)盤之間的單位面積上的壓力，則單側(cè)制動(dòng)塊作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為
（4.5）
單側(cè)襯塊給予制動(dòng)盤的總摩擦力為
（4.6）
得有效半徑為
（4.7）
令，則有
（4.8）
因，故當(dāng)。但當(dāng)m過(guò)小即扇形的徑向?qū)挾冗^(guò)大時(shí)，襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計(jì)算方法失效。
4.4駐車制動(dòng)的計(jì)算
汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力簡(jiǎn)圖如圖4-2由該圖得出汽車上坡停駐時(shí)的后軸附著力為
（4.9）
同樣求出汽車下頗停駐的后軸車輪的附著力為
（4.10）
根據(jù)后軸車輪附著力與后輪駐車制動(dòng)的制動(dòng)力相等的條件可求得汽車在上坡路和下坡路上停駐的坡度極限傾角，即由
（4.11）
求得汽車在上坡時(shí)可能停駐的極限上坡路傾角為
（4.12）
代入汽車參數(shù)，求得23.22
汽車在下坡時(shí)可能停駐的極限下坡路傾角為
（4.13）
代入汽車參數(shù)，求得16.83
一般要求各類汽車的最大停駐坡度不應(yīng)小于16%～20%。
圖4.2 駐車制動(dòng)計(jì)算模型
汽車后軸的單個(gè)后輪駐車制動(dòng)器的制動(dòng)力矩的最大上限為：
T= （4.14）
代入汽車參數(shù)求得T=760.68。
4．5制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)分析
制動(dòng)制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH370-12或球墨鑄鐵QT400-18制成，也由輕合金制成，如鋁合金鑄造。它可以做成一個(gè)整體，可以做成由螺栓連接的兩半，在外邊緣留下一個(gè)開(kāi)口，這樣就可以檢查或更換制動(dòng)塊，而無(wú)需拆除重新定位。制動(dòng)鉗應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和剛度。一般來(lái)說(shuō)，制動(dòng)缸在夾體內(nèi)制造，制動(dòng)盤制動(dòng)缸的直徑比鼓式制動(dòng)器的直徑大得多。為了減少傳遞給制動(dòng)液的熱量，杯形活塞的開(kāi)口端大部分靠在制動(dòng)塊的背板上?；钊灿射X合金制成或由鋼制成。為了提高其耐磨性，活塞的工作面鍍鉻。
制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可以在車軸的前部或后部。制動(dòng)鉗位于軸的前方，以避免輪胎拋出的泥漿和水進(jìn)入制動(dòng)鉗。軸定位后，輪轂軸承的合成負(fù)荷可以降低。載荷。
4.6 制動(dòng)盤的結(jié)構(gòu)分析
4.6.1 制動(dòng)盤
制動(dòng)制動(dòng)盤通常由珠光體灰鑄鐵制成。 它的結(jié)構(gòu)和形狀有兩種板和帽子。 后者的長(zhǎng)度取決于布局的大小。
制動(dòng)盤在工作時(shí)不僅承受作用在制動(dòng)塊上的法向力和切向力，還承受熱負(fù)荷。 為了提高冷卻效果，夾盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤在中間有一個(gè)帶有徑向通風(fēng)槽的雙板，可以大大增加散熱面積，減少20％?30％左右的溫升， 但光盤的整體厚度很厚。 國(guó)產(chǎn)進(jìn)口車型 - 奧迪，桑塔納，富康汽車和切諾基吉普都配備了帶通風(fēng)槽的制動(dòng)盤。 制動(dòng)盤的厚度在20到22.5之間。 沒(méi)有通
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