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1、曹鹏程 毕业设计开题报告机械工程学院 毕业设计（论文）开题报告 毕业设计（论文）题目：轻型货车制动系统设计 学 生 姓 名： 曹鹏程 指导教师姓名： 朱建军 专 业： 车辆工程 2014年 4月 1日1.课题名称： 轻型载货汽车制动器设计2. 课题研究背景：在人类历史发展的过程中，“衣”、“食”、“住”、“行”始终是人类生存的四大需要，是人类发展、进步的最重要的基本条件。而在“四大需要”中，“行”或“交通”的变化，在人类社会发展过程中是最突出的，它对社会进步的影响也是最大的。汽车是作为一种交通工具而产生的，但发展到今天已经不能把它理解为单纯的 “行”的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，

2、它已经成为当代物质文明与进步象征及文明形态的一种代表。中国汽车工业的振兴也必然会使中困的面貌焕然一新，在繁荣经济，促进四个现代化的实现，提高中国人民的生活水平，推动社会与地球上近四分之一的人类进步方面，发挥巨大的作用。 汽车工业是一个综合性产业，汽车工业的生产水平，能够代表一个国家的整个工业水平，汽车工业的发展，能够带动各行各业的发展，进而促进我国工业生产的总体水品。所以重视发展汽车工业 ，有着深远的现实意义。随着我国经济的发展，尤其我国对外贸易的不断扩大，汽车工业受到国外同行业的强烈竞争，而我国汽车工业起步比较晚，生成技术水平较低，因而改进和提高我国的汽车性能及其机构是一个迫在眉睫的问题，这

3、关系到我国汽车工业的生存与发展的大事。汽车的行驶速度是汽车的一个重要性能参数。尽可能提高汽车的行驶速度，是提高运输生产率的主要技术措施之一 ，但必须保证行驶的安全性为前提。因此在道路宽阔平坦，人流和车流又较小的情况下，汽车可以用高速度行驶，而在转向或者行驶在不平路面或两车交会时，都必须降低车速，特别是在遇到障碍物，或者碰撞行人或其他车辆危险时，更需要在尽可能短的距离内将车速降低到最低，甚至为零。如果汽车不具备这一性能，高速行驶就不可能实现。国外在汽车工业高度发达的环境下，对制动器研究相对较早，实验技术也相对成熟，汽车研究发展机构经过多年的研究和实验，气压盘式制动器在所有的主要性能方面都优于传统

4、的鼓式制动器，并将其广泛使用在新型的载重汽车上。现在一些欧洲汽车公司制造的汽车上都广泛使用了气压盘式制动器总成。气压盘式制动器与传统的鼓式制动器相比，在制动性能等方面有明显的优势，主要表现在以下两个方面：制动力和安全性：在间断制动状态下，鼓式与盘式制动器的制动能力相差不大。但在连续制动过程中，两种制动器的差别很大。比如汽车长距离下坡过程中，盘式制动器在固定的制动压力下，完全不失去初始性能，汽车能全程保持一定的速度行驶。相反，装有鼓式制动器的汽车，为保持速度，须逐渐增加制动压力。持续制动后，在同等制动压力下，盘式制动器产生的制动力只是略有下降，而鼓式制动器的制动力下降非常大，这两种制性动器的安全

5、因数有着很大的差别。维修保养：盘式制动器的整套操作机构密封在外壳中，经润滑以延长其寿命。所以盘式制动器几乎是无需维修的，维修主要是更换磨损零件，即衬垫和盘。而且，更换衬垫所需的时间也比更换鼓式制动器材套所需的时间少80%。这意味着不仅可以节省维修成本，还能大大缩短了维修保养的时间。 在轿车、微型车、轻卡、SUV及皮卡方面：在从经济与实用的角度出发，一般采用了混合的制动形式，即前轮盘式制动，后车轮鼓式制动。因汽车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%80%，所以前轮制动力要比后轮大。生产厂家为了节省成本，就采用了前轮盘式制动，后轮鼓式制动的混合匹配方式。采用前盘后鼓式

6、混合制动器，这主要是出于成本上的考虑，同时也是因为汽车在紧急制动时，轴荷前移，对前轮制动性能的要求比较高，这类前制动器主要以液压盘式制动器为主流，采用液压油作传输介质，以液压总泵为动力源，后制动器以液压式双泵双作用缸制动蹄匹配。但随着高速公路等级的提高，前后轮都用盘式制动器是趋势。在汽车行驶过程中，其零部件承受的载荷的大小和性质受着许多因素的影响。汽车的可靠性与在其使用期间作用在其零部件上的实际载衙有关。由于汽车的使用条件非常复杂，时间也不同定，有影响日变化的因素很多。致使在零件中的应力值会在很大的范围内变动，甚至应力性质也会改变。因此，确定汽车零部件所承受的实际载荷要比确定其他机械产品的载荷

7、复杂很多。而引起零件产生应力的力有些是恒定的(例如重力、零件装配时产生的预紧力或过盈力)，有些是不定的例如汽车起步时和制动时产生的力，零件制造误差引起的力，发动机工作工况改变而引起转矩及力的改变，行驶阻力引起的力等等)。在设计中为了校核零件的静强度，首先就要确定其危险断面及其所承受的最大载荷；为了校核零件的疲劳强度，除了可按相关文献给出的计算方法进行疲劳强度的计算校核外，还常常以其实测的载荷谱为基础编制加载语并按加载谱的加载程序加载，在疲劳试验台上进行试验验证。可见，在设计中为了进行零部件的强度设计，首先要弄清其载荷工况、破坏机理，以便采取相应的强度计算方法进行有效的设计。汽车设计技术在近百年

8、中也经历了由经验设计发展到以科学实验和技术分析为基础的设计阶段，进而自60年代中期在设计中引入电子计算机后又形成了计算机辅助设计(CAD)等新方法，并使设计逐步实现半自动化和自动化。参阅相关权威资料了解到汽车设计的直接目的有以下三点：(1)提高汽车的技术水平，使其承载能力更强，使用性能更好，更安全，更可靠，更经济，更舒适，更机动，更方便，动力性更好，污染更少；(2)改善汽车的外观造型，特别对轿车来讲改善车身艺术效果，使其更美观、更科学、更新颖、更有时代感，往往是车型设计的重要目的，也是提高市场竞争力的重要手段；(3)改善汽车的经济效果，调整汽车在产品系列中的档次，以便改善其市场竞争地位并获得更

9、大的经济效益。电子计算机的出现和在工程设计中的推广应用，使汽车设计技术飞跃发展，设计过程完全改观。汽车结构参数及性能参数等的优化选择与匹配、零部件的强度核算与寿命预测、产品有关方面的模拟计算或仿真分析、车身的美T：造型等等设计方案的选择及定型、设计图纸的绘制，均可在计算机上进行。国内的汽车工业水平要比发达国家汽车工业水平落后二十年，那么制动器实验技术也就相对的落后了。但随着我国汽车工业技术的发展,特别是轿车工业的发展,合资企业的引进，国外先进技术的进入，以及对国外先进技术的消化吸收和自护创新，我国的制动器实验技术也去的了巨大的进步，特别是在提高整车性能、保障安全、提高乘车者的舒适性，满足人们不

10、断提高的生活物质需求、改善生活环境等方面都发挥了很大的作用。3. 课题研究意义：汽车的行驶速度是汽车的一个重要性能参数，尽可能提高汽车的行驶速度，是提高运输生产率的主要技术措施之一 ，因此在道路宽阔平坦，人流和车流又较小的情况下，汽车可以用高速度行驶，而在转向或者行驶在不平路面或两车交会时，都必须降低车速，特别是在遇到障碍物，或者碰撞行人或其他车辆危险时，更需要在尽可能短的距离内将车速降低到最低，甚至为零。如果汽车不具备这一性能，高速行驶就不可能实现。随着高速公路的不断发展，汽车的车速也越来越高，但高车速必须以安全为前提。重大交通事故往往与制动距离太长、紧急制动时发生侧滑等情况有关，故汽车的制

11、动性是汽车安全行驶的重要保障。而制动器又是制动系统中直接作用制约汽车运动的一个关健装置，是汽车上最重要的安全件。所以，制动器的改良与设计日益引起人们的广泛注意。在交通运输中，公路运输日益成为主要的交通运输形式。高速公路的快速发展使汽车运输速度加快。但是，在提高车速的同时，汽车应能够及时地制动，减速，停车。特别是在人流、车流比较大的道路上行车，安全行驶是最重要的前提条件。对汽车起制动作用的只能是作用在汽车上且方向与汽车行驶方向相反的外力，作用在行驶汽车上的滚动阻力，上坡阻力，空气阻力都能对汽车起制动作用，但这些外力的大小都是随机的、不可控制的，因此汽车上必须装设一系列专门装置以便驾驶员能根据道路

12、和交通情况，利用装在汽车上的一系列专门装置，迫使路面在汽车车轮上施加一定的与汽车行驶方向相反的外力，对汽车进行一定程度的强制制动。这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力，用于产生制动力的一系列专门装置称为制动系统。制动系统的作用：使行驶中的汽车按照驾驶员的要求进行强制减速甚至停车；使已停驶的汽车在各种道路条件下稳定驻车；使下坡行驶的汽车速度保持稳定。 制动系直接影响着汽车行驶的安全性和停车的可靠性。本设计通过合理的结构分析，制动器形式的确定，并进行了科学合理的计算及结构设计，缩短了制动距离、保证制动系统具有良好的制动效能的热稳定性与水稳定性以及良好的操纵稳定性，对保证制动系统工作可靠具有理

13、论与实际意义。本次设计运用基础理论和专业知识，对轻型载货汽车制动系统结构进行分析，确定制动器的形式，并进行合理的设计计算和结构设计，从而设计出具有足够制动效能以保证汽车的安全性的制动器。缩短了制动距离、保证了制动系统具有良好的制动效能以及良好的操纵稳定性，对保证制动系统工作可靠具有理论与实际意义。而且通过这次的设计，可以让理论和实际结合起来，加深对所学知识的印象。4.文献查阅概况1 有限元分析在盘式制动器设计中的应用 胡军平 冯敏 康迎新 吴荔丹摘要：分析了盘式制动器的结构和工作原理,针对现有盘式制动器运行可靠性较差、故障率较高的弊病,运用SolidWorks软件对制动器整体结构进行自下而上的

14、建模,再利用SolidWorks Simulation软件对关键零件进行了有限元分析,从而优化了盘式制动器的结构设计,有效提高了制动器的安全可靠性,使其具有更好的制动性能。结论：对盘式制动器进行了有限元模态分析，获得了系统的模态参数。为改进结构设计提供了理论依据;同时也为开展实际模态试验提供了参考。2 汽车液压盘式制动器设计研究 王亮 关荣 摘要：本文主要是研究汽车液压盘式制动器设计计算程序,通过运用Visual Baslc 6.0软件和AccesS数据库实现制动系的计算机辅助设计,基于制动器中的零部件数目较多,在掌握了汽车工业发展的历史和现状、汽车设计技术理论知识构成以及汽车零部件的工业现状

15、及水平的基础上,选取具有代表性的汽车液压盘式制动器设计、计算分析模块.从模块功能的概述、基本原理以及程序设计流程三个方面进行完整的模块设计说明.从而实现汽车液压盘式制动器设计的自动化,提升整车的安全性能.结论：液压制动的优点是：作用滞后时间较短(0103s)；工作压力高(可达1020MPa)，因而轮缸尺寸小，可以安装在制动器内部，直接作为制动蹄的张开机构(或制动块的压紧机构)，而不需要制动臂等传动件，使之结构简单，质量小；机械效率较高(液压系统有自润滑作用)。3 汽车盘式制动器的研究进展 葛正亮 吴永根 袁春静摘要：结合汽车盘式制动器设计与应用中存在的问题,对汽车盘式制动器摩擦衬片压力分布规律

16、、摩擦偶件温度场和应力场的分布、摩擦衬片与对偶钢盘的摩擦机理、摩擦副间传热机理与制动噪声的研究状况进行了综述,探讨了今后的研究方向.结论：为了降低制动器摩擦衬片成本，将常用中型汽车铆接式制动器摩擦衬片改成双层结构衬片，即表层为现生产配方原料，底层以废料填充。4 汽车盘式制动器优化设计 李志华 张选龙 郭林超摘要：分析了盘式制动器设计过程中所必须满足的性能指标和约束条件,建立了以制动温升最低和制动力矩最大为目标函数的多目标优化数学模型,采用MATLAB优化工具箱中的遗传算法进行优化求解,得到了较理想的优化结果.结论：Matlab是一种高效的工程计算语言，它将计算、可视化和编程功能集于一体。在电路

17、分析学科中经常涉及到大量复杂的数学运算，各种电路元件对应的特性和图象，将Matlab应用到这门学科中，将会极大地简化分析和运算过程，甚至还能形象地给出图象。5 基于iSIGHT的汽车盘式制动器多学科设计优化 胡文婕 陈亮摘要：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

18、时间并减小了制动器质量.结论：通过数据文件或嵌入于诸如Excel或Matlab这样的商业软件中的接口，可以快速连接不同应用程序；可以方便地定义任务序列，从而自动执行多重设计；在设计过程中自动应用一系列的运算规则，包括DOE、近似方法、优化以及六希格玛设计方法，如可靠性分析、鲁棒性设计等等；通过数据分析与可视化接口，能快速展现设计结果6 基于响应面法的汽车盘式制动器稳定性优化设计 吕辉 于德介 谢展 路怀华摘要：针对汽车制动噪声的抑制问题,将响应面法与优化技术相结合,提出一种降低系统复模态的不稳定系数以提高汽车盘式制动器系统稳定性的优化方法.该方法基于制动器的振动稳定性原理建立有限元分析模型,通

19、过拉丁超立方试验方法采样,结合最小二乘法构建制动器系统复模态的二阶响应面近似模型,以制动器几何结构参数为设计变量,制动器复模态的不稳定系数为设计目标,采用遗传算法对响应面近似模型进行优化.对某车的浮钳盘式制动器的分析和优化算例表明,采用该方法对汽车盘式制动器的稳定性进行分析和优化,能大大提高优化效率的同时有效降低系统复模态的不稳定系数,从而提高制动器的稳定性,减小制动噪声产生的可能,达到改善汽车振动噪声与舒适性的目的.7 汽车盘式制动器尖叫研究进展 吕红明 张立军 余卓平摘要：盘式制动器的制动尖叫是汽车工业界备受关注的质量问题,也是学术研究领域的一个热点和难点课题.研究盘式制动器尖叫的产生机理

20、,在制动器设计开发阶段进行尖叫预估,并提出抑制措施,对于降低噪音污染、满足顾客要求、加快制动器的产品开发进度,乃至提高汽车产品竞争力,都具有十分重要的意义.从制动尖叫的产生机理、数值分析方法、试验研究方法、影响因素以及尖叫抑制新技术等方面对盘式制动器尖叫的近期研究进展进行综述,众多的研究表明盘式制动器尖叫存在复杂的产生机理,并受到多种因素的影响,利用复特征值和瞬态动力学方法,结合实车道路试验和台架试验,是研究制动尖叫机理、开发低尖叫倾向产品的重要途径.最后总结现有研究存在的问题并对进一步的研究作出展望.8 汽车制动器气密检测装置的研究 李磊 吕海源 孙爱芹 夏波 杨志诚 姚亮 李胜亮 陶翔 刁

21、成昊摘要：盘式制动器属于汽车的安全部件,其性能的稳定性直接关系到人们的人身安全和财产安全,制动器气密性好坏直接关系到制动器工作的稳定性,因此优化传统气密性检测装置,研制新型气密性检测仪是业内的重要课题.首先分析了目前我公司汽车盘式制动器高压测漏系统存在的问题,然后设计改进方案,引入自动控制模块,再次设计制动器活塞行程定位和回位工装,最后设计了控制电路.经过现场实际验证,本气密性检测系统能很好的满足生产需求.9 基于ANSYS的汽车盘式制动器总成分析 郑荣 黄伟中 徐飞军 邱晓久 刘禄芳摘要：运用有限元软件ANSYS对某型号轿车盘式制动器总成进行有限元分析,获得了在四种不同工况下,导向销和定位销

22、的应力应变云图.仿真结果表明制动器的钳体、支架、导向销和定位销满足强度要求,证明盘式制动器的设计是合理的.结论：ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和耦合场分析于一体的 大型通用有限元分析软件。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的 美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer,NASTRAN, Alogor, IDEAS, AutoCAD等， 是现代产 品设计中的高级CAD工具之一10 汽车盘式制动器温度场的研究 单纪峰摘要：本文阐述了盘式制动器的结构以及热力学分析基础。通过列举了利用ANSYS的两种建模方式以及相应的对比和结论描述了

23、盘式制动器的研究现状，并指出摩擦副材料和散热机构的设计将成为今后发展的重点。结论：制动器的温度场分析对于摩擦制动器的制动性能乃至汽车的安全性能尤为关键，也是制动器设计过程中的重要依据。11 基于改进粒子群算法的盘式制动器优化设计 吴军 李为吉摘要：粒子群算法是近期发展的一种有效的优化方法.基于浓度的概念对粒子群优化算法做了改进,改善了粒子群的多样性,增强了算法的全局搜索能力,从而提高了优化效率.盘式制动器是保证汽车行驶安全的重要部件.应用此方法,以制动时间最短为目标,在几何约束、强度约束、温度约束等条件下,对盘式制动器的主要设计参数进行了优化设计.所得结果表明,盘式制动器的制动效率得到提高,保

24、证了汽车行驶的安全性.12 盘式制动器制动噪声分析与研究 王大鹏摘要：随着人们经济收入的不断的提高以及汽车行业的快速发展,汽车已成为越来越多的家庭中不可或缺的交通工具.与此同时,汽车也存在着诸多的问题.特别是高速公路的发展,提高了汽车的行驶速度,人们对汽车舒适性和安全性的要求也越来越高.在行驶过程中,汽车制动噪音成为车主最为恼火之处,由此导致了一系列的纠纷.因此,研究和控制的制动噪音已成为制动系统设计和制造时重点考虑的问题之一.制动噪音通常是指汽车制动器制动时的噪声,短而低沉的啁啾声或整个制动过程中的啸叫声,其出现是间歇性的,甚至是随机的.一般认为,盘式制动器的制动噪声产生.13 汽车盘式制动

25、器中制动块与消音片振动特性研究 刘爱军摘要：汽车盘式制动器的振动不仅影响车辆性能而且产生噪音，危害人类的身心健康。本文从盘式制动器制动块/消音片的减振原理和谐响应振动分析两个方面，对制动块与消音片的装配体减振特性进行研究，探讨了该装配体的振动影响因素，并建立了汽车盘式制动块/消音片振动分析模型。通过分析研究，提出了改善制动块/消音片减振效果的解决途径与优化设计方案，研究结果有利于提高汽车盘式制动器的整体性能。 基于盘式制动器制动块和消音片的结构特征，利用ANSYS有限元分析软件建立了制动块与消音片振动分析的有限元参数化模型，并通过对分析模型的模态分析得出14 基于参数化技术的盘式制动器设计系统

26、的开发研究 陈志伟摘要：制动器是汽车上的关键部件。随着汽车工业的飞速发展以及人们生活水平的普遍提高，对汽车制动器的设计提出了更为严格的要求。不仅要满足制动器基本性能的要求，还要满足环保的严格要求。因此，改进制动器的设计方法具有重要的现实意义。本文主要对制动器的参数化设计、UG的二次开发等问题进行了研究。 首先，论述了CAD 技术在国内外的研究现状及发展过程，对制动器的发展历程进行了回顾。确定了以基于特征的参数化方法进行盘式制动器设计系统的开发研究工作。在确定了离散化原则的基础上，对各种结构型式的盘式制动器进行了科学的离散化处理。选择具有典15 盘式制动器辅助电磁制动装置的结构优化设计 陈东 范

27、帅摘要：将盘式摩擦制动器与电涡流缓速器集成,在车轮制动盘内侧挡尘板上安装若干电涡流缓速器线圈,设计了一种可应用于乘用车的电磁辅助制动装置,实现摩擦制动器与电涡流缓速器联合制动.针对所设计的电涡流缓速器分析了制动原理,建立数学模型,确定了辅助制动装置的制动力矩和制动功率的计算方法为使该型电涡流缓速器获得最大缓速效果,采用优化设计方法,以提高汽车制动力矩为目标,对电涡流缓速器的结构参数进行了优化设计,从优化结果看该设计获得了一定的辅助制动效果.16 Towards a cellular automaton to simulate friction, wear, and particle emiss

28、ion of disc brakes Jens Wahlstrm结论：本文进一步发展磨损和粒子发射模型。在不同负荷条件下进行了接触压力和温度如何影响摩擦,磨损,和粒子排放的实验17 3D investigation of thermal stresses in a locomotive ventilated brake disc based on a conjugate thermo-fluid coupling boundary conditions B. Ghadimi R. Sajedi F. Kowsary结论：制动热生成的速率计算使用的假设在接触区域压力分布均匀。然后,对每个情况进行

29、热应力分析。18 Analyzing the mechanisms of fatigue crack initiation and propagation in CRH EMU brake discs Zhiyong Yang Jianmin Han Weijing Li Zhiqiang Li Like Pan Xiaoling Shi结论：存在三种摩擦表面上的裂纹,即径向裂纹和环形裂纹,裂纹。Macro-morphologies摩擦表面的表明,裂缝出现在热点地区的内部和边缘。裂纹扩展的方法包括单裂纹扩展和多裂缝连通性。进行有限元分析(FEA)来确定制动盘的温度和应力分布,以及制动期间估计应

30、力分布。仿真结果表明更重要的残余,周向拉应力在外部紧急制动后摩擦表面。19 Investigation of temperature and thermal stress in ventilated disc brake based on 3D thermomechanical coupling model Ali BelhocineMostefa Bouchetara结论：研究使用ANSYS计算代码目的是分析的热行为的完整和通风刹车盘车辆。盘式制动器的温度分布造型是用来识别所有的因素,和输入参数时的制动操作类型的刹车,盘的几何设计。通过仿真结果令人满意而专业的文学。20 Thermal an

31、alysis of locomotive wheel-mounted brake disc B. Ghadimi F. Kowsary M. Khorami结论：制动盘和流体区域模拟的3 d模型与热耦合边界条件。制动过程中模拟实验室和实验数据被用来验证仿真结果。观察制动期间,最高温度在中间制动的制动过程而不是终点。此外,观察到落后的一种体积庞大的鳍温度呈现没有冷却的制动。5.设计（论文）的主要内容1 前后制动器设计1）参数计算（同步附着系数、制动器制动力矩、制动器效能因数、踏板力、温升、制动主缸轮缸直径等）2）结构设计 2 制动主缸设计主缸参数计算、结构设计 3 制动管路布置设计，实现双管路布置4 应用MATLAB进行制动力分配分析基本要求：1）盘式制动器 2） AUTOCAD或CAXA画图6.设计（论文）提交形式6.1.开题报告 6.2.制动系统装配图6.3制动系统零件图6.4.计算说明书6.5.相关的外文资料翻译7 .进度安排第四周 收集资料，阅读文献第五周 外文翻译第六周 编制开题报告第七周 总体方案设计第八周 第九周 第十周 第十一周 第十二周 第十三周 第十四周 第十五周 第十六周 第十七周 编写设计计算说明书，形成毕业设计全部文件，准备答辩。第十八周 毕业答辩8. 指导教师意见签名： 年 月 日