东风EQ1090E型汽车前轮制动器的设计
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东风EQ1090E型汽车前轮制动器的设计
绪 论
目前，随着汽车行业的日益兴旺，对汽车零件的要求也越来越高，制动系执行机构制动器的设计缺陷导致汽车制动系统的忽视进而使汽车交通事故现象越来越严重。因此正确的制动器设计应该被准确深入研究。
车辆的制动系统性能是其重要性能之一，它直接关系到交通的安全。重大交通事故的发生，往往与制动距离过长，紧急制动时车轮抱死发生侧滑、甩尾、失去方向稳定性等情况有关。防抱死制动系统是一种在制动时能自动调节制动管路压力，使车轮不致抱死，以提高汽车行驶稳定性和制动安全性的自动调节系统。防抱死制动系统能够提高车辆安全性，具有明显的社会效益和经济效益。
在国外，计算机仿真技术越来越多地用于汽车的研究开发和设计制造中，虚拟样机技术得到快速发展。对于尚未完成或者处于经济性、安全性等因素的考虑，无法通过试验进行验证的设计研究，往往需要借 助系统仿真来实现这一要求。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，这也使得计算机仿真技术的运用成为可能，虚拟样机技术已成为解决工程问题的一种快速、 有效的手段。 采用仿真方法研究汽车的各项性能时，需对汽车作适当的简化，然后应用简化模型进行计算分析。 随着简化程度的不同，必然会使计算结果与实际情况之间存在不同程度的偏差。 随着计算机技术的发展，在深入研究制动振动与噪声的过程中有限元方法越来越成为一种必不可 少的建模方法。有限元法的基本思想试将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式互相联结 在一起的单元的组合体。它利用每一个单元内假设的近似函数来分片地表示全求解域上待求的场函数。 单元内的近似函数通常由未知场函数或其导数在单元的各个结点的数值和其插值函数来表达。这样， 一个问题的有限元分析中，未知场函数及其导数在各个结点上的数值就成为新的未知量（即自由度）， 从而使一个连续的无限自由度问题变成离散的有限自由度问题。一经求解出这些未知量，就可以通过 插值函数计算出各个单元内场函数的近似值，从而得到整个求解域上的近似解。与传统的集中参数法 相比，有限元法允许有复杂的几何形状以及边界和加载条件。
另外，国内来讲，一些学者运用有限元模型对鼓式制动器进行了研究，但其中研究制动过程中的温度场问题和 接触问题的较多。蒋伟康对于摩擦引起的鼓式制动器制动尖叫提出了鼓式制动器尖叫是振动的特性仅 取决于制动鼓和蹄片的观点，建立了一种三维解析模型并用于分析制动鼓的固有模态及其稳定性。他发现当制动鼓与蹄片间的摩擦系数小于临界摩擦系数时，制动鼓不会发生自激振动，制动器也不会发 生尖叫。而朱新潮等人则通过建立鼓式制动器高频噪声问题的结构闭环耦合模型，用Hamilton
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变分原理推导该问题的结构闭环耦合动力学方程，并针对实车通过改变制动底板的结构参数，利用该模型 进行计算分析。王宣峰对鼓式制动器的凸轮式形成较完整的理论。杨柳用 simlink 对整车系统建立数学模型。给出很好的鼓式制动器simlink 数学模型。吴永海将计算机辅助设计引入汽车制动系统的设计中，免除了繁琐的设计计算， 对机械设计过程的进一步发展也有很好的提示作用。
随着汽车安全性的日益提高，汽车制动系统也历经了数次变迁和改进。从最初的皮革摩擦制动，到后来的鼓式、盘式制动器，再到机械式ABS制动系统，紧接着伴随电子技术的发展又出现了模拟电子ABS制动系统、数字式电控ABS制动系统，等等。近10年来，西方发达国家又兴起了对汽车线控系统的研究，线控制动系统应运而生，并开展了对电控机械制动系统的研究。简单来说，电控机械制动系统就是把原来液压或者压缩空气驱动的部分改为电动机驱动，借以提高响应速度，增加制动效能, 同时大大简化了结构，降低了装配和维护的难度。
由于人们对制动性能要求的不断提高，传统的液压或者空气制动系统在加入大量电子控制系统(如ABS、TCS、ESP)后，结构和管路布置越来越复杂，加大了液压(空气)回路泄漏的隐患，同时装配和维修的难度也随之提高；因此，结构相对简单、功能集成可靠的电控机械制动系统越来越受到青睐。可以预见，EMB将最终取代1传统的液压(空气)制动器，成为未来汽车制动系统的发展方向。
经过分析国内外发展的状况，我结合自己的实际研究了一下东风EQ1090E型汽车的前轮制动器，希望可以使他的前轮制动器发挥更好的制动效能。其实，东风EQ9100E(EQ140-1)型汽车是我国自行设计制造的一种结构新颖、性能先进、节省能源的、质量稳定的新型中型载货汽车。我希望通过本次的设计可以使这款汽车的前轮制动器得以改善。其中包括汽车行驶制动的安全性可以有所提高 ； 在保证功能和强度的要求下，尽量减小整备质量 ；尽量使用通用件，以便降低制造成本 ；工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整。我认为，制动系是汽车的一个重要组成部分，它直接影响汽车的行驶安全性。随着高速公路的迅速发展和汽车密度的日益增大，交通事故时有发生。因此，保证汽车行驶安全，提高汽车的制动性能，优化汽车制动系的结构是非常重要的。
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第1章 制动器的结构简介及方案的确定
1.1盘式制动器
由工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成制动块，每个制动器中有2-4块，这些制动块及其促动装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形支架中。钳盘式制动器散热能力强，热稳定性好，故大多数轿车和轻型货车广泛采用这种制动器。
①定钳盘式制动器
定钳盘式制动器的制动钳固定安装在车桥上，既不能旋转，也不能沿制动盘轴线方向移动，因而其中必须在制动盘两侧都装设制动块促动装置，以便分别将两侧的制动块压向制动盘。
缺点：1）油缸较多，使制动钳结构复杂；2）油缸分置于制动盘两侧，必须用跨越制动盘的钳内油道或外部油管来连通。这必然使得制动钳的尺寸过大，难以安装在现代化轿车的轮内；3）热负荷大时，油缸和跨越制动盘的油管或油道中的制动液容易受热汽化；4）若要兼用于驻车制动，则必须加装一个机械促动的驻车制动钳。
②浮钳盘式制动器
浮钳盘式制动器的制动钳一般是设计得可以相对于制动盘轴向滑动。其中只在制动盘的内侧设置油缸，而外侧的制动块附装在钳体上。
③全盘式制动器
制动盘的的全部工作面可同时与摩擦片接触。全盘式制动器主要用于重型汽车。
1.2 鼓式制动器
汽车制动器除各种缓速装置外，几乎都是机械摩擦式的，即是利用固定元件与旋转元件工作表面间的摩擦而产生制动力矩使汽车减速或停车的，根据旋转元件的不同分为鼓式和盘式两大类，不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，鼓式刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，而且盘式制动器比鼓式制动器要贵些，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。其工作原理如图3.1所示。
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1、2—制动蹄 3、5—支承销 4—制动鼓
图 1.1 鼓式制动器工作原理
带有摩擦片的制动蹄1、2通过支承销5、3铰装在制动底版上。制动时，轮缸活塞（转动凸轮轴）对制动蹄施加张开力P，使其绕支承销转动，并抵靠在制动鼓4表面上。这是制动蹄1、2分别受到制动鼓作用的法向反力Y1 、Y2 ，和切向力X1 、X2 ，而制动蹄的切向反力对制动鼓产生一个与其旋转方向相反的制动力矩（X1+X2）R，（R为制动鼓工作半径），从而达到使汽车减速的目的。 制动系应满足如下要求：
(1)能适应有关标准和法规的规定。
(2)具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻坡制动效能。 (3)工作可靠。
(4)制动效能的热稳定性好。 (5)制动效能的水稳定性好。 (6)制动时的操纵稳定性好。
(7)制动踏板和手柄的位置和行程符合人机工程学要求。 (8)作用滞后的时间要尽可能地短。
(9)制动时制动系噪声尽可能小，且无异常声响。
(10)与悬架、转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或汽车转向时不会引起自行制动。
(11)能全天候使用，气温高时液压制动管路不应有气阻现象；气温低时气制动管路
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