2023年全国计算机等级考试三级信息管理笔试真题.doc

目录摘要IABSTRACTII第1章 概述- 1 -第2章 制动器设计方案的论证和选择- 5 -2.1 鼓式制动器的结构型式及选择- 6 -2.1.1 领从蹄式制动器- 6 -2.1.2 双领蹄式制动器- 8 -2.1.3 双向双领蹄式制动器- 8 -2.1.4 单向增力式制动器- 9 -2.1.5 双向增力式制动器- 9 -2.2 盘式制动器的结构型式及选择- 11 -2.2.1 固定钳式盘式制动器- 11 -2.2.2 浮动钳式盘式制动器- 11 -2.3 盘式和鼓式制动器比较- 13 -第3章 制动系的重要参数及其选择- 15 -3.1 制动力与制动力分派系数- 15 -3.2 同步附着系数- 18 -3.3 制动强度和附着系数运用率- 21 -3.4 制动器最大制动力矩- 22 -3.5 制动器因数- 23 -第4章 制动器的设计计算- 25 -4.1 桑塔纳2023GSI的设计参数- 25 -4.2 盘式制动器重要参数的拟定- 25 -4.3 盘式制动器最大制动力矩的计算- 26 -4.4 制动器单侧制动块最大压紧力的计算- 27 -4.5 摩擦衬块的磨损特性计算- 28 -第5章 制动器重要零部件的结构设计- 31 -5.1 制动器重要零部件的结构设计- 31 -5.1.1 制动盘- 31 -5.1.2 制动钳- 31 -5.1.3 制动块- 31 -5.1.4 活塞- 32 -5.2 摩擦材料- 32 -5.3 制动器间隙的调整方法- 33 -第6章 制动驱动机构的结构型式选择- 34 -6.1 制动驱动机构的结构型式及选择- 34 -6.1.1 简朴制动系- 34 -6.1.2 动力制动系- 34 -6.1.3 伺服制动系- 35 -6.1.4 制动驱动机构的选择- 36 -6.2 制动管路的多回路系统- 36 -6.2.1 双回路系统的回路形式- 36 -6.2.2 双回路系统的选择- 37 -结论- 38 -参考文献- 40 -致谢- 41 -汽车前轮制动器的结构分析与设计计算摘 要在现代汽车设计和生产中，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器，重要是由盘式制动器和鼓式制动器的优缺陷决定的。盘式制动器特别是浮动钳盘制动器，不仅结构简朴，制动灵敏，散热条件好，并且具有良好的制动效能和良好的制动稳定性。本设计以制动系统的基本理论为基础，从实际出发，结合现代汽车设计理论和设计方法，采用浮动钳盘制动器作为前轮制动器的设计方案。在设计中通过度析计算拟定了制动器的基本参数；合理设计了制动器的重要零件的结构，采用通风制动盘；合理选用重要零件的材料，特别是摩擦材料选用的是一种不含石棉的半金属摩阻材料，它具有良好的高速、高温的稳定性和良好的抗衰退性。通过反复论证，本设计满足制动器设计的可行性、经济性和实用性，符合制动器的设计规定。关键词： 浮动钳盘制动器，制动效能，半金属摩阻材料The Structure Analysis and Design Calculation of Automobile Front Wheel BrakeABSTRACTThe disk brake will gradually replace the drum brake due to the advantages and disadvantages of disk brake and drum brake in the modern design and production. Disk brake in particular, floating caliper disk brake is not only simple, sensitive, good heat dissipation, and having a good braking efficiency and good braking stability.The design referring to the basic theory of the braking system, with these practical methods, combining with modern automotive design theory and design methods, adopted floating caliper disk brake being the design proposal of the front brake. The design determined the basic parameters of the brake by analyzing and calculating designed reasonably the main brake parts of the structure, using a ventilation brake disk, and chose reasonably materials of the main components, in particular, friction materials which selected semi-metallic friction materials (asbestos-free) and had good high-speed and high temperature stability and good anti-recession. Repeated appraisals indicate that the design meets the feasibility, economic and practicability，and requirements the design of brake.Key Words: Floating Caliper Disk Brake，Braking Efficiency，Semi-metallic Friction Material第1章 概 述汽车制动系是用以强制行驶中的汽车减速或停车、使下坡行驶的汽车车速保持稳定以及使已停驶的汽车在原地(涉及在斜坡上)驻留不动的机构。随着高速公路的迅速发展和车速的提高以及车流密度的日益增大，为了保证行车安全，汽车制动系统的工作可靠性显得日益重要。也只有制动性能良好、制动装置工作可靠的汽车，才干充足发挥其动力性能。汽车制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置；重型汽车或经常在山区行驶的汽车要增设应急制动装置及辅助制动装置；牵引汽车应有自动制动装置。行车制动装置用作强制行驶中的汽车减速或停车，并使汽车在下短坡时保持适当的稳定车速。其驱动机构常采用双回路或多回路结构，以保证其工作可靠。驻车制动装置用于使汽车可靠而无时间限制地停驻在一定位置甚至斜坡上，它也有助于汽车在坡路上起步。驻车制动装置应采用机械式驱动机构而不用液压或气压式的，以免其产生故障。应急制动装置用于当行车制动装置意外发生故障而失效时，则可运用应急制动装置的机械力源(如强力压缩弹簧)实现汽车制动。应急制动装置不必是独立的制动系统，它可运用行车制动装置或驻车制动装置的某些制动器件。应急制动装置也不是每车必备，由于普通的手力驻车制动器也可以起应急制动的作用。辅助制动装置用于山区行驶的汽车上，运用发动机排气制动、电涡流或液力缓速器等辅助制动装置，则可使汽车下长坡时长时间而连续地减低或保持稳定车速并减轻或解除行车制动器的负荷。通常，在总质量为5t以上的客车上和12t以上的载货汽车上装备这种辅助制动减速装置。自动制动装置用于当挂车与牵引汽车连接的制动管路渗漏或断开时，能使挂车自动制动。任何一套制动装置均由制动器和制动驱动机构两部分组成。制动器有鼓式与盘式之分。行车制动是用脚踩下制动踏板操纵车轮制动器来制动所有车轮，而驻车制动则多采用手制动杆操纵，且具有专门的中央制动器或运用车轮制动器进行制动。中央制动器位于变速器之后的传动系中，用于制动变速器第二轴或传动轴。行车制动和驻车制动这两套制动装置必须具有独立的制动驱动机构。行车制动装置的驱动机构，分液压和气压两种型式。用液压传递操纵力时还应有制动主缸和制动轮缸以及管路；用气压操纵时还应有空气压缩机、气路管道、贮气筒、控制阀和制动气室等。过去，大多数汽车的驻车制动和应急制动都使用中央制动器，其优点是制动位于主减速器之前的变速器第二轴或传动轴的制动力矩较小，容易满足操纵手力小的规定。但在用作应急制动时，往往使传动轴超载。现代汽车由于车速提高，相应急制动的可靠性规定更严，因此，在中、高级轿车和部分总质量在1.5t以下的载货汽车上，多在后轮制动器上附加手操纵的机械式驱动机构，使之兼起驻车制动和应急制动的作用，从而取消了中央制动器。重型载货汽车由于采用气压制动，故多对后轮制动器另设独立的由气压控制而以强力弹簧作为制动力源的应急兼驻车制动驱动机构，不再设立中央制动器。但也有一些重型汽车除了采用了上述措施外，还保存了由气压驱动的中央制动器，以便提高制动系的可靠性。制动器是制动系统中用以产生阻碍车辆的运动或运动趋势的部件。一般制动器都是通过其中的固定元件对旋转元件施加制动力矩，使后者的旋转角速度减少，同时依靠车轮与路面的附着作用，产生路面对车轮的制动力以使汽车减速。凡运用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器，都称为摩擦制动器。各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。前者的摩擦副中的旋转元件为制动鼓，其工作表面为圆柱面；后者的旋转元件则为圆盘状的制动盘，以端面为工作表面。汽车制动系应满足如下规定：(1)能适应有关标准和法规的规定。各项性能指标除应满足设计任务书的规定和国家标准、法规制定的有关规定外，也应考虑销售对象国家和地区的法规和用户规定。我国的强制性标准是GB12676-1999汽车制动系结构、性能和实验方法、GB7258机动车运营安全技术条件。(2)具有足够的制动效能，涉及行车制动效能和驻坡制动效能。行车制动效能是用在一定的制动初速度下或最大踏板力下的制动减速度和制动距离两项指标来评估，它是制动性能最基本的评价指标。综合国外有关标准和法规，可以认为：进行制动效能实验时的制动减速度j，轿车应为5.87m/s2（制动初速度v=80kmh）；载货汽车应为4.45.5ms2 (制动初速度见表1)。相应的最大制动距离ST：轿车为ST=0.1v+v2/150；货车为ST=0.15v+ v2/115，式中第一项为反映距离；第二项为制动距离，ST单位为m；v单位为kmh。我国一般规定制动减速度j不小于0.6g(5.88 ms2)，其条件如下：轿车制动初速度5080km/h、踏板力不大于400N；小型客车（9座以下）和轻型货车（总重3.5t以下）制动初速度5080km/h、踏板力不大于500N;其它汽车制动初速度3060km/h、踏板力不大于700N。但事实上踏板力值比法规规定小，要考虑操纵轻便性与同类车比较来拟定。一般在水平干燥的沥青、混泥土路面上以初速度30km/h制动时，制动距离应保证：对轻型货车和轿车不大于7m，中型货车不大于8m，重型货车不大于12m。驻坡效能是以汽车在良好路面上能可靠而无时间限制地停驻的最大坡度(%)来衡量。一般对轻型货车应不小于25%，中型货车不小于20%，牵引车不小于12%。驻车制动的手控制力，对于轿车和小型客车不超过400N，其它车不超过600N。(3)工作可靠。汽车至少应有行车制动和驻车制动两套制动装置，且它们的制动驱动机构应是各自独立的。行车制动装置的制动驱动机构至少应有两套独立的管路，当其中一套失效时，另一套应保证汽车制动效能不低于正常值的30%；驻车制动装置应采用工作可靠的机械式制动驱动机构。(4)制动效能的热稳定性好。汽车的高速制动、短时间内的频繁反复制动，特别是下长坡时的连续制动，都会引起制动器的温升过快，温度过高。特别是下长坡时的频繁制动，可使制动器摩擦副的温度达300400，有时甚至高达700。此时，制动摩擦副的摩擦系数会急剧减小，使制动效能迅速下降而发生热衰退现象。制动器发生热衰退后，通过散热、降温和一定次数的和缓使用使摩擦表面得到磨合，其制动效能可重新恢复，这称为热恢复。提高摩擦材料的高温摩擦稳定性，增大制动鼓、盘的热容量，改善其散热性或采用强制冷却装置，都是提高抗热衰退的措施。一般规定在初速为最高车速的80%时，以约0.3g的减速度反复进行1520次制动到初速度的1/2的衰退实验后，其热态制动效能应达成冷态制动效能的80%以上。(5)制动效能的水稳定性好。制动器摩擦表面浸水后，会因水的润滑作用使摩擦系数急剧减小而发生所谓的“水衰退”现象。一般规定在出水后反复制动515次，即应恢复其制动效能。良好的摩擦材料吸水率低，其摩擦性能恢复迅速。也应防止泥沙、污物等进入制动器工作表面，否则会使制动效能减少并加速磨损。某些越野汽车为了防止水和泥沙侵入而采用封闭的制动器。(6)制动的稳定性好。即以任何速度制动，汽车都不应当失去操纵性和方向稳定性。一般规定在进行制动效能实验时，车辆的任何部位不得偏出3.7m的实验道。为此，汽车前、后轮制动器的制动力矩应有适当的比例，最佳能随各轴间载荷转移情况而变化；同一轴上左、右车轮制动器的制动力矩应相同。(7)作用滞后的时间要尽也许地短，涉及从制动踏板开始动作至达成给定制动效能水平所需的时间(制动滞后时间)和从放开踏板至完全解除制动的时间(解除制动滞后时间)。一般规定这个时间尽也许短，对于气制动车辆不得超过0.6s，对于汽车列车不得超过0.8s。(8)制动时制动系噪声尽也许小，且无异常声响。(9)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。(10)制动装置中应有音响或光信号等警报装置以便能及时发现制动驱动机件的故障和功能失效。 (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不应出现结冰。(12)制动器的机件应使用寿命长、制导致本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保规定，应力求减小制动时飞散到大气中的有害于人体的石棉纤维。第2章 制动器设计方案的论证和选择除了辅助制动装置是运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，汽车制动器几乎都是机械摩擦式的，即是运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。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。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。内张型鼓式制动器的固定摩擦元件是一对带有摩擦蹄片的制动蹄，后者又安装在制动底板上，而制动底板则又紧固于前梁或后桥壳的突缘上(对车轮制动器)或变速器壳或与其相固定的支架上(对中央制动器)；其旋转摩擦元件为固定在轮毂上或变速器第二轴后端的制动鼓，并运用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带；其旋转摩擦元件为制动鼓，并运用制动鼓的外圆柱表面和制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作某些汽车的中央制动器，现代汽车已很少采用。由于外束型鼓式制动器通常简称为带式制动器，并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指这种内张型鼓式结构。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。车轮制动器重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。鼓式制动器和盘式制动器的结构型式也有多种，其重要结构型式如下图所示。图2.1 制动器的结构型式2.1 鼓式制动器的结构型式及选择鼓式制动器可按其制动蹄的受力情况分类(见图2.2)，它们的制动效能、制动鼓的受力平衡状况以及车轮旋转方向对制动效能的影响均不同。制动蹄按其张开时的转动方向和制动鼓的旋转方向是否一致，有领蹄和从蹄之分。制动蹄张开的转动方向与制动鼓的旋转方向一致的制动蹄，称为领蹄；反之，则称为从蹄。鼓式制动器按蹄的属性分为：2.1.1 领从蹄式制动器如图2.2(a)、(b)所示，若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转)，则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向改变，变为反向旋转，随之领蹄与从蹄也就互相对调了。这种当制动鼓正、反向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器，称为领从蹄式制动器。由图2.2(a)、(b)可见，领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称为减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。图2.2 鼓式制动器简图（a）领从蹄式（用凸轮张开）；（b）领从蹄式（用制动轮缸张开）；（c）双领蹄式（非双向，平衡式）；（d）双向双领蹄式；（e）单向增力式；（f）双向增力式对于两蹄的张开力P1=P2=P的领从蹄式制动器结构，如图2.2(b)所示，两蹄压紧制动鼓的法向力应相等。但当制动鼓旋转并制动时，领蹄由于摩擦力矩的“增势”作用，使其进一步压紧制动鼓而使其所受的法向反力加大；从蹄由于摩擦力矩的“减势”作用而使其所受的法向反力减小。这样，由于两蹄所受的法向反力不等，不能互相平衡，其差值要由车轮轮毂轴承承受。这种制动时两蹄法向反力不能互相平衡的制动器也称为非平衡式制动器。液压或楔块驱动的领从蹄式制动器均为非平衡式结构，也叫做简朴非平衡式制动器。非平衡式制动器将对轮毂轴承导致附加径向载荷，并且领蹄摩擦衬片表面的单位压力大于从蹄的，磨损较严重。为使衬片寿命均衡，可将从蹄的摩擦衬片包角适本地减小。对于如图2.2(a)所示具有定心凸轮张开装置的领从蹄式制动器，在制动时，凸轮机构保证了两蹄等位移，因此作用于两蹄上的法向反力和由此产生的制动力矩应分别相等，而作用于两蹄的张开力P1、P2则不等，且必然有P10的车轮，其力矩平衡方程为: (3-1)式中：制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，N.m；地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N；车轮有效半径，m。令 (3-2)并称之为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，因此又称为制动周缘力。与地面制动力的方向相反，当车轮角速度0时，大小亦相等，且仅由制动器结构参数所决定。即取决于制动器的结构型式、尺寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正比。当加大踏板力以加大，和均随之增大。但地面制动力受着附着条件的限制，其值不也许大于附着力，即 (3-3)或 (3-4)式中：轮胎与地面间的附着系数； Z地面对车轮的法向反力。当制动器制动力和地面制动力达成附着力值时，车轮即被抱死并在地面上滑移。此后制动力矩即表现为静摩擦力矩，而即成为与相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。当制动到=0以后，地面制动力达成附着力值后就不再增大，而制动器制动力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升(见图3.1)。 图3.1 制动力与踏板力的关系 图3.2 制动时的汽车受力图根据图3.2汽车制动时的整车受力分析，考虑到制动时的轴荷转移，可求得地面对前、后轴车轮的法向反力Z1，Z2为： (3-5)式中：G汽车所受重力；L汽车轴距；汽车质心离前轴距离；汽车质心离后轴距离；汽车质心高度；g重力加速度；-汽车制动减速度。 汽车总的地面制动力为 (3-6)式中： q（）制动强度，亦称比减速度或比制动力；，前后轴车轮的地面制动力。由以上两式可求得前、后轴车轮附着力为 (3-7)上式表白：汽车在附着系数为任意拟定值的路面上制动时，各轴附着力即极限制动力并非为常数，而是制动强度q或总制动力的函数。当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分派，前、后车轮制动器制动力的分派、道路附着系数和坡度情况等，制动过程也许出现的情况有三种，即(1)前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑；(2)后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑；(3)前、后轮同时抱死拖滑。在以上三种情况中，显然是最后一种情况的附着条件运用得最佳。由式(6)、式(7)不难求得在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充足运用的条件是