福特福克斯盘式制动器设计(附件)
良好的汽车制动系统是汽车行车安全的保证。本文首先分析了汽车盘式制动器技术研究现状与发展趋势，介绍了盘式制动器的分类以及盘式制动器的各种优缺点、组成及其工作原理。接着针对福特福克斯2.0L自动豪华运动型2012款轿车的制动器部分进行设计计算，选择了前通风盘后实心盘的结构。重点计算了该种车型的最大制动力矩，制动盘主要参数，以及制动衬块的参数，也运用了X型液压驱动机构的双管路系统，进行了液压操纵机构的计算。 关键词 福特福克斯，盘式制动器，最大制动力矩，制动盘，制动衬块
目录
1 绪论 1
1.1 本课题研究目的及意义 1
1.2 汽车盘式制动器研究现状与发展趋势 1
2 制动器的结构形式及选择 3
2.1 制动器的种类 3
2.2 盘式制动器的优点 4
3 汽车整车基本参数计算 6
4 制动器的主要参数及其计算 7
4.1 汽车制动力与制动力分配系数 7
4.2 同步附着系数 11
4.3 制动器最大制动力矩 12
4.3.1 汽车前后轮制动力比值 12
4.3.2 制动盘参数 13
4.3.3 摩擦衬块内外半径的计算 14
4.3.4 制动衬块工作面积A 15
4.3.5 摩擦衬块摩擦系数f 15
4.3.6 汽车所受制动力和制动盘所受制动力平衡 15
4.4 摩擦衬块磨损特性的计算 17
4.4.1 比能量耗散率 17
4.4.2 比滑磨功 19
4.4.3 衬块磨损特性 19
5 液压驱动机构的设计计算 19
5.1 制动驱动机构的结构型式选择 20
5.2 制动轮缸的设计计算 20
5.3 制动主缸设计计算 21
5.4 制动踏板力的核算 22
5.5 制动踏板行程的核算 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
本课题研究目的及意义
汽车在生活中，可以便利普通群众，上下班、防风躲雨、出行旅游、事务外出等等，都是很有意义的。汽车在工业中，用处也十分大，拖拉各种货物、用于搭乘行人、进行灭火、吸收处理污水、处理地面垃圾、水泥搅拌、重型矿石的矿场运输、水平托架上货物的起运与安放、还有大片农田里用于收割播种的车辆等等，各种各样的普通的或者特种车辆都对人类的进步起了特殊的不可替代的作用。
制动器是整个汽车中不可或缺的一个结构。汽车从某个速度降到0，汽车有能力驻停在坡道，汽车有能力平稳的行驶过弯道，汽车有能力以合适的速度从一个较大或者较小的坡道和弯道或者不平整的道路安全驶过，赛车、特种车辆、重型吊装汽车、超跑、运矿石的汽车等等，优秀的制动器可以保证他们在高速运行、特种作业、安全吊装、过弯平稳等等时依然能较好的保持较短的稳定的制动距离[1]。
此次针对福特福克斯车型，选择了其中档次、配置最高，性能最强的车型。根据其满载时的重量，汽车质心在满载时、空载时分别距离前后轴的距离，汽车空满载时质心距离地面时的高度，进行了地面最大制动力矩的计算。根据车轮的轮辋直径和轮胎的扁平率设计了制动盘的参数，然后根据制动盘的参数设计了制动衬块，对设计的制动衬块进行了可行性分析，比如比滑摩功、磨损特性、热容量和温升的核算，根据车轮的最大制动力矩设计了液压驱动机构，使之能够达到安全制动该种车型的标准。
通过针对该车型进行了盘式制动器整体参数的计算，加深了对这种车型的认识，认真阅读了吉林大学王望予老师编写的汽车设计，加深了对制动系部分的认识[2]。
通过主要零部件的计算分析和图纸绘制，以更好地学习并掌握现代汽车零部件设计与计算分析的相关知识和技能。
1.2 汽车盘式制动器研究现状与发展趋势
我国对盘式制动器的部分研究现状。吕红明、张力军、余卓平，对汽车盘制动器尖叫进行了深入研究，对于制动器尖叫的产生，进行了数值的分析，通过试验，发现其受影响的因素并提出了合适的抑制方法。受多种机理影响制动器尖叫的产生的，他们通过研究，发现复特征值、瞬态动力学方法对制动器尖叫的研究有很大帮助，通过结合试道路验和台架试验，多了研究得方法和开发低尖叫倾向的产品有了一个很好的途径[3]。胡文婕、陈亮综合考虑汽车盘式制动器的结构、运动学、热力学等问题,在Matlab中建立制动器时间模型,在ANSYS中建立制动器结构模型和温度场模型,通过数值分析计算进行多学科优化分析和设计。基于iSIGHT集成Matlab和ANSYS,构建制动器多学科设计优化仿真流程及平台,通过二次开发实现参数的提取、输出、更新以及各软件间的数据交换。实际运行结果表明,改善了制动器制动效果,缩短了制动时间并减小了制动器质量[4]。刘献栋、尚可、万志帅、赵毓涵、单颖春、何田建立了某种车型得汽车盘式制动器三维模型,分析了其制动盘与衬块摩擦副间的接触关系,并对制动过程中摩擦副的温度场进行了仿真。同时使用LM算法进行多元非线性回归分析,分别计算了不同的摩擦因数、制动压力、初始转速和时刻下制动盘的最高温度。有限元仿真与回归分析的结果基本吻合,验证了所建温度模型的正确性。本研究可为汽车盘式制动器设计中的温度预测提供参考[5]。
国外的部分研究现状。韩国工业大学机械工程学院的Jaeyoung Kang在静止摩擦载荷下，非对称旋转圆盘的解决方案要求在空间固定框架中描述运动方程时，在假定模式法中固定在圆盘上的模态函数。该模型描述将被称为“移动模式形状函数法”，它使我们能够在轴对称和非对称磁盘盒中建立固定接触载荷问题，数值结果表明，周期轴对称制动盘系统的特征值是不变的。当制动盘的轴对称被破坏时，随着制动盘的速度变慢和刹车盘的应用中，特征值的正实部分高度随制动盘的旋转而变化。通过使用弗洛凯稳定稳定性分析，还可以看出打破制动盘的轴对称改变了系统的稳定性边界。
埃及的哈立德.马哈茂德、Mourad和沙特阿拉伯的答本马哈福兹研究了楔形闸板制动器的动态特性，楔形闸板制动的主要操作参数，如普通力、滑动速度和楔角对动态行为的影响，以及与传统盘式刹车系统的比较[6]。设置时间和频率响应是研究盘式制动器动态特性的主要性能指标。结果表明，摩擦系数对楔形闸板制动蹄子的谐振频率和设置时间有显著影响。然而，摩擦系数对传统盘式制动器的设定时间或共振频率的影响可忽略不计。滑动速度对楔形闸板制动动力学的影响是相当大的，但它对经典盘式刹车的动力学有一点影响。此外，楔角对楔板制动动力学有相当大的影响。普通力对楔板和传统盘式制动器的动态特性影响甚微。科斯皇家理工学院机械设计系和意大利公司SwedenBrembo 的Jens Wahlstr?m、Yezhe Lyu、Vlastimil Matjeka、Anders S?derberg研究了在欧盟，盘式刹车磨损的PM 10可以占道路运输总排放量的50%[7]。这种磨损来源于摩擦材料和衬块的接触面。减少PM 10排放的一种可能的方法是改变接触材料的组成和涂层。研究了三种新型摩擦材料配方的磨损和颗粒排放，一种新型的制动盘配方，一种用HVOF喷涂技术，以及一种由氮化过程实现的圆盘表面处理。根据具体的磨损率和粒子数和质量率来对新材料进行分级测试。研究结果表明，通过改变接触材料，可以达到减少了50%的微粒排放[8]。波兰的比亚韦斯托克大学的机械工程学院研究了热非线性盘式制动器摩擦加热过程中滑动速度与温度的相互影响，并采用有限元法分析了盘式制动器的滑动构件在摩擦系数、材料的热物理性质、时变接触压力和速度等方面的瞬态温度场。对铸铁制动盘的单一制动过程进行了仿真，并在接触压力的4个值下对FMC11进行了仿真。从实验数据中，采用了摩擦系数和材料热物理性质的相关性。计算了温度场、制动次数和制动距离，并在摩擦系数不变的情况下对其进行了处理[9]。
目录
1 绪论 1
1.1 本课题研究目的及意义 1
1.2 汽车盘式制动器研究现状与发展趋势 1
2 制动器的结构形式及选择 3
2.1 制动器的种类 3
2.2 盘式制动器的优点 4
3 汽车整车基本参数计算 6
4 制动器的主要参数及其计算 7
4.1 汽车制动力与制动力分配系数 7
4.2 同步附着系数 11
4.3 制动器最大制动力矩 12
4.3.1 汽车前后轮制动力比值 12
4.3.2 制动盘参数 13
4.3.3 摩擦衬块内外半径的计算 14
4.3.4 制动衬块工作面积A 15
4.3.5 摩擦衬块摩擦系数f 15
4.3.6 汽车所受制动力和制动盘所受制动力平衡 15
4.4 摩擦衬块磨损特性的计算 17
4.4.1 比能量耗散率 17
4.4.2 比滑磨功 19
4.4.3 衬块磨损特性 19
5 液压驱动机构的设计计算 19
5.1 制动驱动机构的结构型式选择 20
5.2 制动轮缸的设计计算 20
5.3 制动主缸设计计算 21
5.4 制动踏板力的核算 22
5.5 制动踏板行程的核算 22
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 绪论
1.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
本课题研究目的及意义
汽车在生活中，可以便利普通群众，上下班、防风躲雨、出行旅游、事务外出等等，都是很有意义的。汽车在工业中，用处也十分大，拖拉各种货物、用于搭乘行人、进行灭火、吸收处理污水、处理地面垃圾、水泥搅拌、重型矿石的矿场运输、水平托架上货物的起运与安放、还有大片农田里用于收割播种的车辆等等，各种各样的普通的或者特种车辆都对人类的进步起了特殊的不可替代的作用。
制动器是整个汽车中不可或缺的一个结构。汽车从某个速度降到0，汽车有能力驻停在坡道，汽车有能力平稳的行驶过弯道，汽车有能力以合适的速度从一个较大或者较小的坡道和弯道或者不平整的道路安全驶过，赛车、特种车辆、重型吊装汽车、超跑、运矿石的汽车等等，优秀的制动器可以保证他们在高速运行、特种作业、安全吊装、过弯平稳等等时依然能较好的保持较短的稳定的制动距离[1]。
此次针对福特福克斯车型，选择了其中档次、配置最高，性能最强的车型。根据其满载时的重量，汽车质心在满载时、空载时分别距离前后轴的距离，汽车空满载时质心距离地面时的高度，进行了地面最大制动力矩的计算。根据车轮的轮辋直径和轮胎的扁平率设计了制动盘的参数，然后根据制动盘的参数设计了制动衬块，对设计的制动衬块进行了可行性分析，比如比滑摩功、磨损特性、热容量和温升的核算，根据车轮的最大制动力矩设计了液压驱动机构，使之能够达到安全制动该种车型的标准。
通过针对该车型进行了盘式制动器整体参数的计算，加深了对这种车型的认识，认真阅读了吉林大学王望予老师编写的汽车设计，加深了对制动系部分的认识[2]。
通过主要零部件的计算分析和图纸绘制，以更好地学习并掌握现代汽车零部件设计与计算分析的相关知识和技能。
1.2 汽车盘式制动器研究现状与发展趋势
我国对盘式制动器的部分研究现状。吕红明、张力军、余卓平，对汽车盘制动器尖叫进行了深入研究，对于制动器尖叫的产生，进行了数值的分析，通过试验，发现其受影响的因素并提出了合适的抑制方法。受多种机理影响制动器尖叫的产生的，他们通过研究，发现复特征值、瞬态动力学方法对制动器尖叫的研究有很大帮助，通过结合试道路验和台架试验，多了研究得方法和开发低尖叫倾向的产品有了一个很好的途径[3]。胡文婕、陈亮综合考虑汽车盘式制动器的结构、运动学、热力学等问题,在Matlab中建立制动器时间模型,在ANSYS中建立制动器结构模型和温度场模型,通过数值分析计算进行多学科优化分析和设计。基于iSIGHT集成Matlab和ANSYS,构建制动器多学科设计优化仿真流程及平台,通过二次开发实现参数的提取、输出、更新以及各软件间的数据交换。实际运行结果表明,改善了制动器制动效果,缩短了制动时间并减小了制动器质量[4]。刘献栋、尚可、万志帅、赵毓涵、单颖春、何田建立了某种车型得汽车盘式制动器三维模型,分析了其制动盘与衬块摩擦副间的接触关系,并对制动过程中摩擦副的温度场进行了仿真。同时使用LM算法进行多元非线性回归分析,分别计算了不同的摩擦因数、制动压力、初始转速和时刻下制动盘的最高温度。有限元仿真与回归分析的结果基本吻合,验证了所建温度模型的正确性。本研究可为汽车盘式制动器设计中的温度预测提供参考[5]。
国外的部分研究现状。韩国工业大学机械工程学院的Jaeyoung Kang在静止摩擦载荷下，非对称旋转圆盘的解决方案要求在空间固定框架中描述运动方程时，在假定模式法中固定在圆盘上的模态函数。该模型描述将被称为“移动模式形状函数法”，它使我们能够在轴对称和非对称磁盘盒中建立固定接触载荷问题，数值结果表明，周期轴对称制动盘系统的特征值是不变的。当制动盘的轴对称被破坏时，随着制动盘的速度变慢和刹车盘的应用中，特征值的正实部分高度随制动盘的旋转而变化。通过使用弗洛凯稳定稳定性分析，还可以看出打破制动盘的轴对称改变了系统的稳定性边界。
埃及的哈立德.马哈茂德、Mourad和沙特阿拉伯的答本马哈福兹研究了楔形闸板制动器的动态特性，楔形闸板制动的主要操作参数，如普通力、滑动速度和楔角对动态行为的影响，以及与传统盘式刹车系统的比较[6]。设置时间和频率响应是研究盘式制动器动态特性的主要性能指标。结果表明，摩擦系数对楔形闸板制动蹄子的谐振频率和设置时间有显著影响。然而，摩擦系数对传统盘式制动器的设定时间或共振频率的影响可忽略不计。滑动速度对楔形闸板制动动力学的影响是相当大的，但它对经典盘式刹车的动力学有一点影响。此外，楔角对楔板制动动力学有相当大的影响。普通力对楔板和传统盘式制动器的动态特性影响甚微。科斯皇家理工学院机械设计系和意大利公司SwedenBrembo 的Jens Wahlstr?m、Yezhe Lyu、Vlastimil Matjeka、Anders S?derberg研究了在欧盟，盘式刹车磨损的PM 10可以占道路运输总排放量的50%[7]。这种磨损来源于摩擦材料和衬块的接触面。减少PM 10排放的一种可能的方法是改变接触材料的组成和涂层。研究了三种新型摩擦材料配方的磨损和颗粒排放，一种新型的制动盘配方，一种用HVOF喷涂技术，以及一种由氮化过程实现的圆盘表面处理。根据具体的磨损率和粒子数和质量率来对新材料进行分级测试。研究结果表明，通过改变接触材料，可以达到减少了50%的微粒排放[8]。波兰的比亚韦斯托克大学的机械工程学院研究了热非线性盘式制动器摩擦加热过程中滑动速度与温度的相互影响，并采用有限元法分析了盘式制动器的滑动构件在摩擦系数、材料的热物理性质、时变接触压力和速度等方面的瞬态温度场。对铸铁制动盘的单一制动过程进行了仿真，并在接触压力的4个值下对FMC11进行了仿真。从实验数据中，采用了摩擦系数和材料热物理性质的相关性。计算了温度场、制动次数和制动距离，并在摩擦系数不变的情况下对其进行了处理[9]。
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