毕业设计论文轿车盘式制动器设计及优化.doc

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轿车盘式制动器设计及优化

摘要

盘式制动器主要用于行车制动，其制动效能稳定，在汽车中得到广泛的应用。

首先通过了解制动器的设计要求，对盘式制动器进行初始设计；然后再对盘式制动器进行优化设计。

本设计通过对摩擦片的中心圆半径、摩擦片直径、制动盘的直径、活塞直径、制动盘厚度、油缸内的油压等参数的优化设计，以制动时间、制动盘的厚度、制动盘的温升作为优化设计目标，建立盘式制动器的优化设计数学模型。

选用合理的优化设计方法，编写MATALB程序，通过优化程序的运行，得到最终优化结果，从而得出盘式制动器较合理的尺寸。

关键词：

盘式制动器；轿车；设计；优化

DesignandOptimizationofDiskBrakeonCar

ABSTRACT

Discbrakesaremainlyusedtobrakewhenvehicleissteering.Duetostabilityofdiskbrakes,theyarewidelyusedonvehicles.Firstthroughunderstandingthedesignrequirementsofbrake,dotheinitialdesignofdiskbrake；seconddoingtheoptimaldesignfordiskbrake.Inthisdesign,itoptimizesthedesignthroughtheoptimaldesignoftheradiusofcentercircleoffrictionsheet,thediameteroffrictionsheet,thediameterofdiscdrake,thediameterofpiston,thedeepofdishbrake,theoilpressureinoiljarandsoon,andtakingthetimeofbraking,thedeepofdiscbrake,thetemperatureofdiskbrakeastheaimofoptimization,thenestablishthediskbrakeoptimaldesign’smathematicalfunctionmodel.selectingareasonableoptimaldesign’stoolsandraddleprogrambyMATLAB.Passingtheoptimalprogram’soperation,gettheeventuallyoptimalresult,sowecanconcludethereasonabledimensionofdiscbrake.

Keyboard:

Discbrake;Car;Design;Optimization

目录

前言 1

1汽车制动系概述 2

1.1汽车制动器 2

1.2浮动钳式盘式制动器 3

1.3盘式制动器的优缺点及应用 4

2盘式制动器的设计 5

2.1制动器主要零部件的设计 5

2.2盘式制动器工作间隙的调整 6

2.3摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算 7

3钳盘式制动器的优化设计 8

3.1概述 8

3.2建立盘式制动器优化设计的数学模型 8

3.2.1选取设计变量 10

3.2.2确立目标函数 11

3.2.3确立约束条件 11

3.3选用合适的算法求解 12

3.4优化结果比较 12

4结束语 13

5谢辞 14

参考文献 15

附录A外文翻译—原文部分 16

附录B外文翻译—译文部分 19

附录C优化设计程序 22

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前言

2006年我国汽车产销量双双突破700万辆，分别达到727.97万辆和721.6万辆，同比增长27.32%和25.13%。

在目前巨大的市场需求导引下，2007年我国汽车产销量将继续保持较高增长速度，行业竞争将更加激烈，个性化需求特征越来越明显。

各汽车生产厂商为适应市场的需求变化，就必须努力提高现有的汽车生产、设计水平、降低生产成本，更大程度地去满足顾客的个性化需求。

汽车作为一种最广泛的交通运输工具，在现代社会的经济发展和日常生活中发挥着十分重要的作用。

汽车工业在国民经济中占有举足轻重的地位，汽车工业的发展水平在很大程度上反映了一个国家的经济发展水平和科技水平。

科学技术的不断进步是现代大工业的特点，这一点在汽车工业中表现得尤为突出，汽车既是资金密集又是技术密集的工业产品。

汽车的设计和制造涉及到很多科学技术领域，可以说，汽车产品是人类智慧结晶。

先进的科学技术造就了现代化的汽车，现代汽车工业反过来又刺激了科学技术的发展。

汽车质量是汽车生产企业的生命线，其中安全性能尤为重要。

汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。

随着汽车的行驶速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能长寿命的制动系统。

其中汽车制动器是汽车制动系统的制动执行装置，制动器的性能直接影响到汽车制动系统的可靠性，因此对汽车汽车制动器的安全性设计提出了更高的要求。

优化设计能比较好地把现代设计理论和经过长期实践验证的设计内容结合起来。

这种技术在设计领域具有巨大的应用潜力，它的推广应用，对促进我国设计工作现代化起到重要作用。

虽然机械设计中采用最优化技术的历史很短，但其进展的速度却是十分的惊人的。

无论在机构综合、通用机械零部件设计，还是在各种专业机械和工艺装备的设计都由于采用了最优化技术而取得了显著成果。

汽车优化设计理论与方法的推广和普及，大大地缩短了产品开发周期，降低了生产成本。

这对于那些面临着要进行多型号小批量生产并且客户的要求在不断地改变的企业来说，采用优化设计将大大减少设计的工作量并节省从客户发单到开始生产的时间，从而增强企业的竞争力。

本设计以小轿车为例进行汽车盘式制动器的优化设计，并且前后轮都使用盘式制动器为前提条件的。

此次毕业设计的题目是“轿车盘式制动器设计及优化”，首先对盘式制动器进行初始设计，然后建立优化设计数学模型，编写程序，通过程序运行后得到盘式制动器的合理结构尺寸。

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1汽车制动系概述

制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车，在下坡行驶时使汽车保持适当的稳定车速，使汽车可靠地停在原地或坡道上。

汽车制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。

随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全、停车可靠，汽车制动系的工作可靠性显得日益重要。

也只有制动性能良好、制动系工作可靠的汽车，才能充分发挥其制动性能。

制动系至少有行车制动装置和驻车制动装置。

前者用来保证第一项功能和在不长的坡道上行驶时保证第二项功能，而后者则用来保证第三项功能。

除此之外，有些汽车还设有应急制动和辅助制动装置。

应急制动装置利用机械力源（如强力压缩弹簧）进行制动。

在某些采用动力制动或伺服制动的汽车上，一旦发生蓄压装置压力过低等故障时，可用应急制动装置实现汽车制动。

同时，在人力控制下它还能兼作驻车制动用。

辅助制动装置用在山区行驶的汽车上，利用发动机排气制动或电涡流制动等的辅助制动装置，可实现汽车下长坡时持续地减速或保持稳定的车速，并减轻或者解除行车制动装置的负荷。

行车制动装置和驻车制动装置，都由制动器和制动驱动机构两部分组成。

任何制动系都是由以下4个部分组成：

（1）供能装置。

包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质的各个部件。

（2）控制装置。

包括产生制动作用和控制制动效能的各个部件。

（3）传动装置。

包括将制动能量传到制动器的各个部件及管路，如制动主缸、轮缸及连接管路。

（4）制动器。

产生阻碍车辆运动或运动趋势的力的部件。

一般通过固定元件与旋转元件工作表面之间的摩擦作用来实现。

较完善的制动系还应具有制动力调节装置、报警装置、压力保护装置等附加装置。

1.1汽车制动器

汽车制动器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。

辅助制动装置是利用发动机排气或其他缓速措施对下长坡的汽车进行减缓或稳定车速外。

汽车制动器按其在汽车上的位置分为车轮制动器和中央制动器，前者是安装在车轮处，后者则安装在传动系的某轴上，例如变速器第二轴的后端或传动轴的前端。

车轮制动器主要用作行车制动装置，有的也兼作驻车制动之用；而中央制动器则仅用于驻车制动，当然也可起应急制动的作用。

摩擦式制动器按其旋转元件的形状又可分为鼓式和盘式两大类。

鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器。

由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，而且在汽车上已很少采用，所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，而通常所说的鼓式制动器即是内张型鼓式结构。

盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。

当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦表面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩。

盘式制动器常用作轿车的车轮制动器，也可用作各种汽车的中央制动器。

摩檫式制动器按摩檫副结构形式不同，可分为鼓式、盘式和带式三种。

带式制动器只用于中央制动器；鼓式和盘式制动器的结构形式有多种，如图1所示：

制动器

鼓式

盘式

带式

领从蹄式

单向双领蹄式

双向双领从蹄式

双从蹄式

单向增力式

双向增力式

钳盘式

全盘式

固定钳式

浮动钳式

滑动钳式

摆动钳式

图1制动器的分类

1.2浮动钳式盘式制动器

浮动钳式盘式制动器的制动钳体是浮动的。

其浮动方式有两种，一种是制动钳体可作平行滑动；另一种是制动钳体可绕一支承销摆动（见图2）。

因而有滑动钳式盘式制动器和摆动钳式盘式制动器之分。

但它们的制动油缸均为单侧的，且与油缸同侧的制动块总成是活动的，而另一侧的制动块总成则固定在钳体上。

制动时在油液压力作用下，活塞推动活动制动块总成压靠到制动盘，而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块总成压向制动盘的另一侧，直到两制动块总成受力均等为止。

对摆动钳式盘式制动器来说，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。

这样就要求制动摩擦衬块应预先做成楔形的（摩擦表面对背面的倾斜角为6°左右）。

在使用过程中，摩擦衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀（一般约为lmm）后即应更换。

浮动钳式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。

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。

图2浮动钳式盘式制动器工作原理图

1.3盘式制动器的优缺点及应用

与鼓式制动器相比，盘式制动器的优点如下：

（1）热稳定性较好。

这是因为制动盘对摩擦衬块无摩擦增力作用；另外，制动摩擦衬块的尺寸不大，其工作表面的面积仅为制动盘面积的12%～16%，故热散性好。

（2）水稳定性较好。

这是因为制动衬块对制动盘的单位压力高，易将沾附的水挤出，同时离心力也易将沾水甩掉，再加上衬块对盘的擦拭作用，制动器出水后只需一两次制动即能恢复正常；而鼓式制动器则需经过甚至十余次制动方能恢复正常的制动效能。

（3）制动稳定性好。

由于盘