电动车气压制动系统

电动车气压制动系统2 / 44闾9中女羯7大学SHAND0NGUNIVERS1TY OF TECHNOLOGY毕业设计说明书电动汽车气压制动系统设计学 院：交通与车辆工程学院专 业： 交运1202学生姓名：雷威学 号：12110202112指导教师： 鲁力群2016年6月电动车气压制动系统摘要制动系统是电动汽车的一个重要构成部分，它的工作性能会影响电动汽车的 安全性。电动汽车制动系统是用以强制行驶中的电动汽车减速或泊车、使下坡行 驶的汽车的车速保持稳定以及使已停驶的遇上电动汽车在原地保持不动的机构。 随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度提高的日趋增大，为了确保 行车安全，汽车制动系统的工作可靠性显得非常重要。也只有制动效能良好、 制动系统运行可靠的电动汽车，才能充分发挥其动力性能。气压制动是最常见的制动系统，多用于中重型汽车。气压制动系统是发展 最早的一种动力制动系统。其供能装置和传动装置全都是气压式的。其控制装置 大多数是由制动踏板机构和制动阀等气压控制元件组成。本文以荣威E50电动汽 车为研究对象，通过理论分析和计算对其气压制动系统结构进行设计，讨论气压 制动系统在纯电动汽车上的应用。关键词：气压制动；制动性；电动汽车；制动装置；2 / 44电动车气压制动系统AbstractElectric vehicle braking system is an important part, it directly affects the safety of electric vehicles electric vehicle braking system is used to force the running of the electric vehicle to slow or stop, the downhill driving car speed remained stable and was not in electric vehicles in situ resides not actuating mechanism. With the rapid development of Expressway and increase the speed and traffic density increasing day by day, in order to guarantee the traffic safety, vehicle braking system working reliability becomes more and more importannt. Only the braking efficiency, good brake system work reliable electric vehicle, in order to give full play to its dynamic performance.The barometric brake system is the most familiar power servo brake system. The baiometric brake system is the first development of a dynamic braking system. Its energy supply all equipment and gear-type pressure Most of the control device is a brake pedal and the brake and other institutions formed the original. In this paper, the application of Roewe E50 electric car, Through theoretical analysis and calculation of the structure of its air brake system design, discussion of air brake system on pure electric vehicles.Key words: barometric brake syste;rake performance; Electric vehicle; Brake rigging电动车气压制动系统目录摘要IAbstractII目录111第一章绪论11.1 课题背景与意义11.1.1 电动:气车历史11.1.2 我国电动车行业现状21.1.3 电动5气车发展前景31.2 制动系统的作用41.3 气压制动系统研究现状51.4 本文研究内容5第二章制动系的总体设计62.1 制动系统的设计要求62.2 制动系的参数选择62.3 前后轴制动力分配系数与同步附着系数的确定72.3.1 确定同步附着系数72.3.2 确定前后轴制动力矩分配系数P92.4 本章小结9第三章制动器的设计与计算103.1 制动器制动力矩的确定103.2 鼓式制动器的主要参数113.2.1 确定制动鼓直径D113.2.2 摩擦衬片宽度b及包角133.2.3 摩擦衬片初始角的选取143.2.4 确定摩擦衬片的型号及摩擦系数14325摩擦衬块内径R1与外径R215326摩擦衬块工作面积A153. 3制动器制动因数的计算153.4制动鼓主要零部件的结构设计163.4.1 摩擦材料173.4.2 制动鼓173.4.3 制动蹄183.4.4 制动底板19345制动蹄的支承193.4.6 凸轮式张开机构193.5本章小结19第四章气压制动驱动机构的设计计算204.1气压制动系统工作原理204.2制动气室214. 3储气罐234. 4空气压缩机264. 5制动管路的选择284. 6本章小结28第五章制动性分析295.1 制动性的评价指标295.2 制动距离s295.3 摩擦衬片（衬块）的磨损特性计算315.4 本章小结33第六章总结34参考文献366 / 4437电动车气压制动系统第一章绪论1.1课题背景与意义当今社会的重要交通工具是汽车，为人们提供了便捷、舒适的出行方式。但是传 统燃油车在行驶过程中产生了大量的有害废气，并加剧了对不可再生资源资源 的依赖。在能源方面，目前全球汽车大约9.2亿辆，并以每年3000万辆的速率 增长，估计到2020年全球汽车将增加到112亿辆，主要增幅来自发展中国家。就整体而言，我国传统能源汽车的研发水平、自主创新能力，与世界水平相 比仍有不小差距。但在新能源汽车方面，我国并不落后。进入新世纪以来，以 汽车动力电气化为主要特征的新能源电动汽车技术飞速发展。油电混合技术进 入产业化，锂电池技术取得重大突破，燃料电池技术不断进步。我国目前每天有超过9亿度低谷电，可供大约5000万辆电动汽车充电。我国 锂资源、稀土资源和镁资源丰富，可为电动汽车关键部件提供原材料资源保障。 我国电动自行车、电动摩托车等轻型电动车已超过5000万辆，在全球处于领先 地位，这为电动汽车产业化奠定了良好基础。人们对电动汽车的兴趣不断上升，主要有以下几个原因：1、电动汽车产生的污染比汽油动力车要少，因此从环保方面考虑，电动汽车是 汽油动力车的一种合适的替代方案。2、任何有关混合动力车的新闻报道也会谈论到电动汽车。3、由燃料电池提供动力的车是电动汽车，而燃料电池现已在新闻中受到了广泛 的关注。4、汽油发动机正在逐步被电动马达替换。5、电动马达从燃料电池获取动力。1.1.1 电动汽车历史电动汽车的历史并不比内燃机汽车短，它也是最古老的一种汽车，在一定 程度上要比Otto cycle engine还要早。Robert - Anderson从1832年开始， 通过7年时间研发出电动车。1835年，荷兰教授Si brandus Stratingh设计 了一款小型电动车，他的助手克里斯托弗-贝克负责制造。然而更有使用价值， 更成功的电动车，Thomas - Davenport 和 Robert - Davidson 于 1842 年开发， 他们第一次使用了不可充电电池。加斯东普兰特在1865研发电池，Camille - Frey在1881对电池的改进， 增加电池容量，为电动汽车的发展奠定了良好的基础。弗朗茨Kravogl于1867 年的巴黎世博会推出的一二轮驱动电动汽车是重大突破。法国和英国成为 第一批支持发展电动汽车的国家。1881年十一月，不古斯塔夫在巴黎举办的国 际电力博览会上，通过三轮电动汽车的示范效应成功的引起了世人的注意。1885年起，直到1915年，电动汽车迎来了第一次黄金时期。这一期间，因 为车用内燃机技术相对于电动汽车还是比较落后，行驶距离短，工作不稳定， 维修技术跟不上等许多方面不及电动车，所以电动车在这一时期被广泛认同。1967 年 General Motors Corporation 与 Ford Motor Company 分别开发了 新式电动汽车。此后，General Motors Corporation利用自身的技术优势，迅 速建成了全球第一家电动汽车总装厂，正式将电动汽车的量产化推向了世人的眼 中。Citroen、Peugeot也不甘落后，通过对电动汽车的自我理解与技术消化， 利用现有车辆经过改造也拥有了一批自主产权的电动汽车。以此为契机，全球掀 起了电动车热潮。自1800年以来，电动车方面的技术稳步发展，国内外电动车的研发有了质 的飞跃，其中最为关键的突破就在蓄电池上。氢锲电池、铁电池、锂离子和锂聚 合物电池在电动车上应用彻底改变了人们对铅酸蓄电池的依赖，这些新型电池有 效地改善了蓄电池的容量，使得汽车拥有足够的动力和续航能力，而成本的下 降也让现代电动车逐渐成型并量产。1.1.2 我国电动车行业现状汽车如今己经成为了人们生活中的必需品，无论是工作上班，还是外出游 玩，都需要一辆汽车来给我们带来舒适与便捷。在我国，这种情况更加显著，经 过了 50多年的发展，我国的汽车产业已经比较成熟，然而在某些方面，对比国 外的发展水平还是有一定差距。在加入WTO之后，我们曾经一度认为国内的汽 车行业会被国外冲击，但是事实上，在加入WTO的第一年，进口汽车所占据的 市场不到4%,这无疑是个巨大的喜讯。在这个前提下，国内的各个汽车厂商大 力加快生产，我国如今已经是继美国，日本之后的全球第三大汽车大国。就目前 国内电动汽车的发展情况，我觉得我们在未来应该集中做到以下几点：1.增强企业与高校，企业与相关研究所的合作，提高研发能力。2.加快汽车产业集群化建设。2 / 44电动车气压制动系统3 .扶持龙头企业，充分发挥龙头企业的带动效应。4 .加强创新与国际市场的开拓。1.1.3电动汽车发展前景近年来，由于石油资源匮竭，大气污染，全球变暖等事件，使得人们越来越 担心环境恶化所带来的不良后果。根据相关资料的表述，当今世界石油产量的 30%左右都被汽车消耗，在2015年，世界石油产量突破39亿吨，这对全球的大 气所产生的污染是不能忽略的。在世界范围内各地对城市的大气状况检测也日 趋完善，汽车尾气成为了城市大气污染的主要污染源。在这些大气污染中，CO, 一 NO, SO),粉尘,微粒，都是城市大气污染的元凶。然而在汽车数量较少的城市 和农村，空气质量往往要优于汽车数量多的大城市。因此在大家使用汽车的同时:城市的环境也在逐渐变差，汽车数量的增加也 给环境带来了巨大的压力。我国已经意识到这种危险局面不能持续下去，所以决 定全力支持电动汽车的发展，同时提出“低碳，环保”的口号，目的就是避免 环境加剧恶化，实现可持续发展。当人们苦思冥想如何改变环境恶化的局面时，电动汽车逐步走进公众视野， 低碳，环保，清洁，高效，这些都是燃油汽车所不能比拟的。当然，电动汽车的缺点也很明显：1 .电池的寿命短并且更换的费用非常高。2 .电动汽车所携带的电池使得空载情况下也比燃油车重。3 .单次充电行驶里程短。4 .无法像燃油车加油那样充电方便。从上述缺点可以看出，限制电动车发展的主要问题集中在电池和续航能力 上。燃油车能够走到今天也是经历了很多技术上的难题，只要解决这些问题，突 破这个瓶颈，电动汽车的发展才能走向一个新的高度。在我国，因为石油资源不是很丰富，发展电动汽车变得尤为重要。在我国的 经济发的展过程中，石油消耗所带来的巨大负面影响不能忽视，因此，我国迫切 的需要研发出高效节能的电动汽车来缓解这一压力，为经济的可持续发展奠定良 好的基础。再者就是我国有较强的科研能力，这方面的储备知识也不弱，国内目 前有大量的研究所和高校都在这个领域攻坚克难，这使得我们在这个行业有较大 的话语权。这些年来，国内越来越多的汽车生产商进入电动汽车生产这个行业，3 / 44电动车气压制动系统荣威，申沃，吉利，江淮，宇通，长安等很多厂商都拥有自己的电动汽车型号并 量产进入市场。显而易见，电动汽车越来越被公众接受，这进而刺激了各个汽车生产厂商对 这一领域的介入，一系列的连锁效应使得电动汽车的发展进入了一个高速发展时 期，抓住机遇，深入研究电动汽车的核心技术，是领先于国际的唯一途径。1.2制动系统的作用现代交通工具中用得最多，最普遍的就是汽车，它被公众认为是最方便的交 通设施。汽车制动系统是汽车底盘的重要系统。它是一种装置，它可以使汽车停 止移动，并保持静止。制动器作为最重要的安全件，它能够直接制约汽车的运动 使其进入静止状态。汽车制动性能与汽车行驶安全性有关，其重要性是显而易见 的。随着经济的迅速发展，拥有私家车的人也越来越多，公路上的车流量也在成 比例增长，这种情况下对汽车的安全性和可靠性也相应变高，为确保人身和车辆 的安全，汽车必须具备相当可靠的制动系统。本次毕业设计的主题就是设计一套 能够用于电动汽车的气压制动系统。通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定荣威E50制动系统 的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。这套系统应该达到以下几点要求:1 .制动效能能够满足汽车的需要并且不碍于汽车行驶安全性；2 .制动管路选择X型回路以确保系统工作的可靠性；3 .设计电控装置防止空压机负载启动；4 .在进行材料选择时，使用对人体无害的材料。一个优秀的驾驶员在操作汽车行进过程中会不断地使用制动装置来实现车辆的 制动控制，所以说车辆在制动方面的好坏程度将直接影响到驾驶员及乘员的健康 和交通质量，因此车辆的制动性是评价一辆车好坏的重要因素。出于种种考虑在 设计生产车辆时汽车的制动性一直摆在一个十分突出的位置。在车辆制动过程中 我们都知道有一个反向作用力，其实这个过程是车浪制动时收到一个与开始制动 时反向的力，优秀的，相应的汽车有一个与行驶方向相反加速度，这样让汽车的 速度不再和以前一样快速最终停止，由此来看，汽车制动过程是一个十分复杂的 过程，所以世界上任何一种汽车的生产设计定型都会分析制动系统的设计与计 算。正是由于汽车制动过程十分复杂,所以在现实生活中只能通过建立简化模型 来分析，我们评价汽车的制动性主要有下列三个方面：1）制动效能：即制动距离与制动减速度；2）制动效能的恒定性:即抗热衰退性；3）制动时汽车的方向稳定性；实践是检验真理的唯一标准，评价一辆汽车的制动性好坏就需要我们来进行道路 实验。在道路实验上我们一般需要测定一下几个参数一是测定冷制动以及高温下 汽车的制动距离，二是制动减速度，三是制动时间。还有就是一个比较重要的方 面就是要测定在转弯与变更车道时汽车制动的方向稳定性。道路实验能在一定程 度上反映汽车制动性能的好坏，但是由于基础条件要求太高，所以很多车企经常 是使用一些室内试验装置用来测试汽车的制动装置的详细参数，来查看汽车的制 动性好坏。我国现今室内试验装置主要有两种，一种是平板式，另一种是滚筒式， 在上述的两种方式中都是通过一种间接的方式来实现对汽车制动装置的测评。1.3 气压制动系统研究现状在最早对动力制动系统的研究上，气压制动系统是一个主要的方面。为何叫做气 压制动呢？就是因为其传输装置和其能量供给方面是启动式的。因为是最早的动 力制动系统，以及其他原因使得在制动系统上气压制动成为了主要的方式。气压 制动的优点是在制动过程中以获得较大的制动力，且主车辆与被拖的挂车以及汽 车列车之间制动驱动系统的连接装置结构简单，正是因为这些优点在某些重型货 车等上被广泛的运用。但是气压制动系统不全是优点，其也有不少的缺点主要有 整个制动系统因气压制动系统组成复杂而结构复杂，重量大，制造价格高昂，还 有就是因为气压制动系统结构复杂，在其管路中气体压力的出现和消失都较慢有 一定的延迟，为了克服这个缺点，我们在现有条件下一般加设气动的第二级控制 元件继动阀和快放阀气压。因为气压制动系统的种种不足，使得在工作时出 现气体压力的管路压力达不到要求，从而我们只能将其在制动器之外合适处安放, 再通过凸轮式张开机构或楔块式张开机构带动制动蹄,使非簧载质量变大。汽车 上动力制动系统发展迅速，尤其是轿车气压制动系统更是发展快速，但并不像载 货车上那样运用成熟，所以这次我的研究主要是针对轿车来说的。因此这次的毕 业设计是一次大胆的尝试，讨论方案的可行性，其中不足还需日后改进。1.4 本文研究内容运用大学四年所学知识，设计一套能应用于电动汽车的气压制动系统，并通 过计算确定相关部件的型号，绘制气压制动系统简图。第二章制动系的总体设计2.1 制动系统的设计要求1）能适应有关标准和法规的规定。2）具有足够的制动效能。3）工作可靠。4）制动效能的水稳定性好。5）制动时的方向稳定性好。6）制动效能的热稳定性好。7要尽可能地缩短作用滞后的时间。8）制动时不应产生振动和噪声。9）与悬架、转向装置不产生运动干涉。10）制动系统中应该用电子报警或指示灯，在出现故障的时候，方便驾驶员 及时发现并排除。11）制动系的机件应考虑到经济实用性，以及材料满足环境部门的相关要求。12）能全天候使用。2.2 制动系的参数选择荣威E50电动汽车的主要参数如下表2-1表2-1荣威E50电动汽车的主要参数长x宽x高（mm）3569x 1551x1540轴距（mm）2305前轮距（mm）1324后轮距（mm）1292整备质量(kg)1080满载质量(kg)1380最高车速(km/h)130车轮工作半径(mm)380质心高度空载(mm)： hg=480满载(mm)： hg= 7102.3 前后轴制动力分配系数与同步附着系数的确定2.3.1 确定同步附着系数外相当一部分两轴汽车的前、后制动器制动力之比为一固定值。前车轮制 动力与车辆的总制动力的比率是用来表示的比例的分布，这被称为制动力分配系 数，并用符号夕表示，即P = (2-1)式中，时前制动器制动力；F，,汽车总制动器制动力；故 时=“，尸卬=(1-乙且5 = -(2-2)下图给出了某载货汽车的月线，同时也给出了该货车空载和满教时的I曲 线。图21载货汽车的1曲线与。线Figure 2-1 Truck I Curve and beta line图中夕线与I曲线(满载)相交于一点，在这个时候的附着系数值为%。我们称之为月线与I曲线交点处的附着系数，也就是所谓的同步附着系数。同步 附着系数向我们传达着这样一个信息，前后制动器制动力为一恒定比值的汽车， 要想使前后车轮在制动的时候同时抱死，此时的附着系数必须是同步附着系数。 现在我们假定一汽车在同步附着系数路面上制动，此时前后轮在同一时间抱死， 则得式中，L汽车轴距；a汽车质心至后轴中心线的距离；b汽车质心至前轴中心线的距离；h0汽车质心高；(1)当时，前轮先抱死，之后后轮抱死拖滑。这是一个稳定的工作状 况，但汽车是失去了制动能力时，附着力条件没有充分利用。(2)当%时，后轮先抱死，之后前轮抱死拖滑。在这种情况下，后轴是 不可能打滑，但是会出现侧滑的情况，同样属于不稳定的工作状况，附着利用率 没有利用充分。(3)当0 = %时，汽车的前、后轮同时抱死拖滑。这种情况下，可以避免不 稳定工况的出现。但是如果前转向轮的制动力达到了最大值，同样会出现汽车失 去转向能力的情况。同之前两种工况比较，这是利用附着条件最充分的。根据上述分析表明，在汽车制动(前和后车轮在同一时间锁定)同步粘附系 数的道路时，其制动减速度为d%t=qg = %,即q = %, q为制动强度。要想在 非同步附着系数的路面上制动时.，达到汽车的前、后轮同时抱死拖滑则需要满足 “夕，这表明只有在同步附着系数的路面上，才会出现充分利用附着系数的情 况。根据相关资料查出取%二0.62.3.2 确定前后轴制动力矩分配系数B根据公式，(2-4)p r-得：P= (1. 804-0. 6*0. 71) /2. 305=0. 62.4 本章小结在网上查找了关于荣威E5O电动汽车的一些参数，并对制动系的设计提了 相关基本要求。初步确定了同步系数以及前后轴制动力矩分配系数。，为接下 来的计算奠定基础。第三章制动器的设计与计算3.1制动器制动力矩的确定前后轴最大附着力矩由轮胎与路面附着系数所决定：M.2max = 9 W - q%)%(3-1 )式中：。一一汽车在运行过程中出现的最大附着系数；q制动强度；一一车轮有效半径；“max后轴最大制动力矩；G汽车满载质量；L汽车轴距；当夕二时，q = %, = 1,利用率最高。汽车减速度为：%/ = % = %g =0- 6x 9. 8=5. 88,即 q 二%，附着系数利用率用，来表示，可定义为 =幺(3-2)G(p (p式中心汽车总的地面制动力；G汽车所受重力；10 / 44电动车气压制动系统9制动强度；故后轴/*2max=X (1324-0.6 X 0.7 1)xO.7x38O = 1.4x1O6/V-mm2 . 305后轮的制动力矩为14x10 =0.7x106N mm(3-3)2前轴6/(1-0. 6)x1. 4x 106=2. 1X106 N mmA, 1 * *J 111 1A1 一户前轮的制动力矩为2. 1x1072=1. 05xl06 N mm(3-4)3.2鼓式制动器的主要参数3.2.1 确定制动鼓直径D输入力尸。为一固定值时，因为制动力矩为制动力与制动鼓半径的乘积，所 以随着制动鼓直径的增大，制动力矩也会同比例的增长。根据相关实验数据记载, 制动鼓内径与它的散热能力也有很大的关系，但不是说制动鼓内径越大，散热能 力就越好，因为制动鼓的直径要受到其外侧轮例内径的约束。制动鼓直径增大的 同时，它会增加制动鼓的质量，导致汽车质量的提高，对汽车的乘坐舒适性有不 利影响。作为联系比较紧密的制动鼓与轮轴I，它们之间的间隙也不是随随便便就 能决定的，考虑种种原因，在通常的情况下，该间隙应该取值大于20mm。如果 这两者的间隙小于20mm,不仅仅会导致制动鼓散热能力下降，同时因为间隙过 小，轮棚的温度会异常升高，在这种情况下，烤坏气门芯，黏住内胎都是比较危 险的。制动鼓的壁原应符合刚度和热用量的要求，以确保制动时的温升在一定的 安全范围内，这就需要制动鼓的壁厚取值合适。从金属工艺的角度来考虑，小的 制动鼓直径，在进行加工的时候，精度容易提高，刚度相应也比较大。通过以上 的分析，确定制动鼓的直径主要从两个方面来考虑，一就是间隙要求，二就是轮 辆的尺寸，在一般情况下，制动鼓直径与轮辆直径的比值的取值范围如下：表3-1 D/Dr的取值范围D/Dr轿车0. 640. 74货车0. 700. 83家用汽车轮箱外径通常情况下要比制动鼓内径大125mmT50mm,然而重型汽 车的制动鼓内径则要求比轮辆外径小80mm-100mm3与深槽轮辆相比，因为其中 央深陷部分的尺寸比轮辆名义直径小得多，所以应该注意其制动鼓与轮辆之间的 间隙会一定程度的减小。在进行设计时，制动鼓内径的确定可以从轮辆直径这方 面来考虑，具体数据如下表3-1：表3-2制动鼓最大内径Tablet . 3-2 The largest diameter brake drum轮辆直径/in121314151620,22.5制动鼓最大内径/mm轿车180200240260一货车、客车220240260300320420轮胎规格为175/60 R13轮辅为13mm查表得制动鼓内径M200mmD 尸 13 x 25.4 = 330mm根据轿车D/2在0. 640. 74之间选取取%,=0.716 / 44D=23 Inun3.2.2 摩擦衬片宽度b及包角p制动鼓半径R既定后，影响衬片的摩擦面积勺的变量只有两个，一个 是摩擦衬片宽度b,另一个就是其包角/。根据勺=&方来看，制动蹄各蹄总的 摩擦面积Z4,对单位压力的影响是相当重要的，其值越大，力的作用就越分散, 单位压力就能得到有效的缓解，这样材料磨损就比较轻，磨损特性也大大增强。 单个车轮蹄式制动器的ZAp也不是不受任何变量的约束，根据相关统计资料记 载，其值与汽车的总重有正比例关系。具体数据如下表3-2表3-3摩擦衬片面积Tablet . 3-3 Friction lining area汽车类别汽车总重力g%n单个制动器的衬片摩擦面积A/j轿车9-15100-20015-25200-30010-15100-20015-25150-250货车25-35250-40035-70300-65070-120550-1000120-170600-1500制动蹄摩擦衬片的角度在夕二90。120范围内选择，取夕二1000根据车重，选择一个单一的制动衬片区域范围在200300c?2取 A=30(Wb/D=O. 18b =0.18x231 = 413.2.3 摩擦衬片初始角的选取根据为=90。(% )=90-(10072) =40(3-5)把张开力P作用线至制动器中心的距离记作a根据a=O. 8R得：a=O. 8X115. 5=92. 4mm根据c=O. 8R得：c=0. 8X115. 5=92. 4mm3.2.4 确定摩擦衬片的型号及摩擦系数摩擦衬片的选用不仅要求较高的摩擦系数，还需具有良好的热稳定性，受温 度和压力影响的影响不大。不能一味地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高摩擦 系数的稳定性，同时提高制动器对摩擦系数偏离正常值的容错率这两个方面对蹄 式制动器来说是相当重要的。摩擦衬片的型号及性能如表3-3表3-4内张蹄式制动器衬片型号性能及用途Tablet. 3-4 Shoe brake linings Model Properties and Applications产品规 格摩擦系数硬度(HBS)适用范围SY-11070. 39-0. 4520-50主要用于轿车等轻负荷车SY02040. 36-0. 4220-50主要用于中型载重汽车SY-90020. 38-0. 4320-50主要用于重型载货汽车在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，取40. 42使得计算结果接近 实际值。此外，在选择摩擦材料时，还应考虑尽量采用无污染和对人体无害的材 料。所以综合各方面因素来考虑，最终选定SY-1107规格，其中摩擦系数选取 二0. 423.2.5 摩擦衬块内径R1与外径R2外径R2和摩擦衬片的内径R1的比例不应超过1.5。如果此比例偏大，在工 作时候，难免会因为摩擦衬块外缘的圆周速度与内缘圆周速度不同步，致使其磨 损不均匀，随着磨损的加重，接触面积将减少，日积月累使得制动力矩波动变大, 工作稳定性受到严重影响。3.2.6 摩擦衬块工作面积A根据前面的计算结果,选取A=300cm23. 3制动器制动因数的计算3.1.1 领蹄制动蹄因数根据公式(3-6)h/b=2; c/b=0. 8得=2x11=0. 7911-0.3x0.8；3.1.2 从蹄制动蹄因数根据公式(3-7)得 BFT2=2xr 0.3=0. 483.4 制动鼓主要零部件的结构设计鼓式制动器是最早形式的电动汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它 已经广泛用干各类电动汽车上。鼓式制动器乂分为内张型鼓式制动器和外束型鼓 式制动器两种结构型式。制动鼓的结构图如下：L前制动蹄2.制动蹄回位弹簧3.摩擦衬片4.滚轮5.凸轮6.制动蹄回位弹簧7.后制动蹄8.支撑销图3-1制动鼓的装配图3.4.1 摩擦材料根据前面的汁算结果，摩擦材料的基本要求：1）摩擦系数高而稳定。2）耐磨性好。3）有一定的机械强度和良好的工艺性。4）有一定的耐油、耐湿、抗腐蚀及抗胶合性能。5）容许比压力大及不伤制动轮。6）制动时要求噪声小，不产生对人体有害的气体。综合以上的要求，本次设计采用的是模压材料。3.4.2 制动鼓制动鼓最起码应该满足两点要求，其中在材料方面的要求就是，有良好的刚度以 满足长时期的磨损；在物理性能方面的要求就是，大的比热容防止制动鼓在制动17 / 44电动车气压制动系统的时候温升过大影响制动的安全性。还有一点就是，制动鼓的材料不宜与摩擦衬 片的材料差异性太大，最好的选择就是两者的材料能够互相匹配。满足以上要求, 不仅能确保其有较高的摩擦系数，同时也能使工作表面的磨损均匀。制动鼓在工作载荷作用下会发生变形，从而使蹄与滚筒之间的压力不均，从而导 致一个小踏板行程的损失。鼓筒受力变形后，它的圆柱体形状难以保持，这是制 动器发生自锁以及踏板震动的主要原因。为了杜绝这些现象发生，应该提高制动 鼓的刚度。除此之外，铸有整圈的加强肋条的鼓口，同时也常加铸一些轴向肋条, 这些方式都可以增强其散热能力。关于如何确定制动鼓的壁厚，主要是从两个方面入手，一个是刚度，另一个是强 度。制动鼓壁厚的增加，对于其热容量的增大是很有益处的。然而参考相关文献, 壁厚在之间波动的时候，摩擦表面的最高温度变化倒不是特别的 明显。一般制动鼓的壁厚的范围如下表：表3-5制动鼓壁原范围壁厚(mm)轿车712中、重型教货汽车13-18制动鼓在闭口的侧外缘可开小孔，方便检查制动器间隙。本次设计采用的材料是HT20-40o3.4.3 制动蹄汽车、小型车和轻型卡车的刹车蹄片通常由钢或钢板焊接而成。制动蹄应该 满足两点要求，第一点就是它的构造尺寸应该有益于刚度的增强；第二点就是它 的断面形状应使制动蹄的刚度得到相应的增强。但是从材料力学的方向出发，制 动蹄的摩擦衬片与制动鼓之间的接触压力应该尽量均匀，这主要是为了让两者之 间的摩擦均匀，降低汽车在制动时的噪音，这就需要在制动蹄的腹板上，开上一 到两条的径向槽，以此来缩小制动蹄的弯曲刚度。制动蹄腹板和翼缘的厚度如下 表：表3-6制动蹄腹板厚度厚度(mm)轿车35货车58两蹄的材料采用HT200o3.4.4 制动底板制动底板是除制动鼓、制动部件在安装时的基准，应保证安装的各部分相对 位置是正确的。当制动器工作时，制动器基片会受到制动力矩的反向作用，所以 良好的刚性可以保证工作的可靠性。如果制动底板的刚度不够，就会招致制动力 矩减小，踏板行程变大，最终导致衬片的磨损不均匀。作为小型汽车，本次设计 采用45号钢。3.4.5 制动蹄的支承在进行制动蹄支撑的选择的时候，二自由度制动筛的支承是一个不错的选 择。首先它的构造简单，其次就是它能够根据制动鼓的位置让制动蹄自动找到自 己所在的位置。一个可调节位置的的支承，能够确保制动蹄与制动鼓这两者工作 表面同轴心。偏心支承箱或偏心轮可以实现这个目的。支承销的材料采用经过高 温淬火的45钢。支承材料为可锻铸铁(KTH370-12)。3.4.6 凸轮式张开机构凸轮式张开机构的凸轮及其轴是由45号钢模锻成一体的毛坯制造，在机加 工后经高频淬火处理。凸轮及其轴是由可锻铸铁或球墨铸铁的支架支撑，而支架 则用螺栓或钾钉固定在制动底板上。为了提高机构的传动效率，制动时凸轮是经 过滚轮推动制动蹄张开。滚轮由45号钢制造并高频淬火。3.5 本章小结本章的主要任务是根据E50电动汽车的相关参数，确定制动器的制动力。 然后根据制动器应达到的目的，进行相关的强度计算，确定制动器主要零部件的 结构形式。最后进行制动鼓，制动蹄，制动底板，制动盘等的材料选定。19 / 44电动车气压制动系统第四章气压制动驱动机构的设计计算4.1 气压制动系统工作原理应用于传统内燃机车辆的气压制动系统与电动汽车的有着本质的差 别。前者由内燃机提供能量，经过带传动来驱动空气压缩机。所以，只要内燃机 工作，就会带动空压机一直连续转动。一般情况下，它只在压力达到规定的最大 值（如0.8Ah）时，触发卸载阀，让空压机中的空气排到大气中。这种情况下 的空压机并没有停止运转。但是电动车能在这方面表现出优势，那就是电驱动的 空压机可以进行间断工作。在某一个设定气压范围内，例如0.6MPa、0.8MPa,当 气压低于0.6MPa时，空压机通电工作；当高于0.8MPa时，空压机断电停止。通 过这种电控切换，可以避免相当一部分的空压机的功率损失,这不仅节约了能源, 同时也减少了空压机的磨损，理论上可以延长空压机的使用寿命。但是在实现这 个过程的时候，有一个问题是不得不解决的，那就是如何避免再次启动的空压机 负载启动？这个问题不解决，减少空压机的磨损，延长空压机的使用寿命就是一 句笑谈。因此在进行了大量的文献阅读之后，我觉得可以设计一种保险装置来解 决这个问题。通过电控控制的启动卸载装置来防止负载启动。下图为电动空压机 启动卸载装置的工作原理图：蝴ma麴相图4-1电动空气压缩机启动卸载装置20 / 44电动车气压制动系统工作原理：当储气罐内压力未达到设定的压力值时（例如小于0.6MP&）,二位三 通阀处于图示位置，管路k与大气相通，压力开关处于闭合状态，电机带动空压 机转动，空气压缩机排出的空气经湿罐、干燥器进入储气罐。当压力达到二位三 通阀设定压力值时（如0. 8MPa）,二位三通阀切换，使二位二通阀动作，空压机 至单向阀的空气通过二位二通阀排入大气，同时，压力开关断开，空压机停止供 气，此时管路k中的压强与储气罐中的压强相等。当储气罐气压降至二位三通阀 设定的滞回压力值时（如0. 6MPa）,二位三通阀复位，管路k中压力与大气压 相同，压力开关闭合，空压机重新工作。因此，管路k中空气压力在0.60.8MPa 与OMPa之间变化。k管内压力为0.60.8MPa时，电机断电空压机停止供气。k 管内压力与大气压相同时，电机通电，空压机重新工作。利用电控装置，准确 控制电动空压机的工作时机，在合理的时间内启动卸载装置，防止电机启动过载。4.2 制动气室制动气室分为膜片和活塞式两种。膜片式与活塞式相比主要有以下优点:1 .构造简单；2,室壁的加工精度不高；3 .行摩擦副；4 .密封性好。可是膜片式的缺点也是很明显的，与活塞式相比它的容许程小，使用寿命较 短。制动气室输出的推力Q作用在制动器的制动蹄上，因此，推力Q应与蹄的张 力保持一致。两者之间的具体关系可由下式表示Q=-（p1 +p2）= 7065N（4-1）式中:a/2Pi，“2对凸轮中心的力臂；hQ力对凸轮轴线的力臂。为了输出推力7065N,则制动气室的工作面积应为(4-2),Q a(Pl + P2)7065 .A= =-= = 78.5 cnTp 2hp 9x10式中：P-制动气室的工作压力。对于活塞式制动气室：24 / 44式中:D活塞或气缸直径。(4-3)(4-4)c 2a (P1 + P2)D= 疝p膜片的有效承压面积可按下式近似地计算：A= (D2+dD + d2) 12=昔(1282 +100x128 + 1002) = 1 02.5 cm:结合表4-1,根据电动汽车的质量，初步选取的膜片式制动气室的型号为16型,此时 D= 128mm, d= 100mm表4-1膜片式制动气室的参数Tablet.4-1 Diaphragm brake chamber parameters型号D(mm)d(mm)d/D冲压壳体壁厚(mm )卡箍壁 厚(mm)推杆最大 行程(mm)161281000.7813.02.545241551200刀53.02.557301761330.7563.03.060据已求得尺寸a=35mm与h=328mm,制动气室推杆行程为(4-5)/二在 a式中：A行程储备系数，其取值如表4-2表4-2几的取值中间传动机构(种类)2刚性1.21.4带摩擦副2. 22. 4这里取入二2.35,代入式:.2h 2.35x2x328 4布a人诙 .l = A 一 二=443 + PoM + （工匕 + ZK）（PmaP。）（ 4一9）假设系统中空气的膨胀过程是等温过程，则即他 + Po）匕 + Po EV, =（P:+P。M +（Z匕 + ZK）（Pmax + Po）因此在空气压缩机停止J：作的时候，完成一次完全制动后的储气罐压力将为2 D -（Z匕 +Z，）（Pmax + Po） %Z匕C IC ICy与调压器调定的储气罐气压相比，压力降不应超过0. 03 MPa.在进行设计的时候通常取储气罐的总容积为：Vc= （20-40） E Vs=38580cnr（4-10）设计时还应周全地顾虑到空气压缩机有停止工作的情况，这个时候可以求得储气 罐中气压由最大值降至最小安全压力前的连续制动次数n为(4-11)怆(少比) 品minXV+ZV怆(1+-)式中：Pcmin一一储气罐内空气的最高绝对压力和最低绝对压力。25 / 44电动车气压制动系统一般要求n=8-12次储气罐的直径在通常情况下要比壁厚大得多，在某种程度上来讲，储气罐其 实是一薄壁结构物件，因此在进行壁厚强度计算的时候，应按薄壁圆筒的模型进 行分析计算。如图4-2所示，在储气罐壁上任取一单元体进行分析，其水平侧面作用着拉应力 %,垂直侧面作用着拉应力外。单元体的外表面为自由表面，内表面为圆筒壁,作用着内压Pc。根据材料力学的公式，可求出：RD4ty 2t(4-12)图4-2储气罐强度计算简图Fig4-2.Tank strength calculation diagram因为径向应力区从里面到外面有-8到0的变化，在壁厚极其薄的条件下,巴值与大、%值比较起来相当小，因此可以忽略不计，还有就是，因为容器的 *对称性，故单元体界面上也不存在有剪切应力作用。这样，单元体的三个主应力:二耍6”垩一网广。，2t . x 尔 z(4-13)按笫三强度理论的强度条件/3 =V2(5-6)将（5）式代入（6）式，得(5-7)将式（6）与（5）分别代入上式+ - = - = -i乂, 2xv 2xv 2xv I一1(5 8)制动距离为代入上述各项可得在实用中s的计算可以简化一一忽略笫三项(5-9)