沙滩车制动系统设计

沙滩车制动系统设计摘 要沙滩车是一种近些年来新开发出来的车种，主要在非铺装路面行驶，因此它的使用条件相对汽车来说比较恶劣。而它的开发平台是摩
托车底盘，因此在西方发达地区，一般摩托车企业都可以涉足研发。类似于除草机，沙滩车是一般家庭常备的家用机器。但是因为沙滩车运行环境大
多数为松软地面，有着复杂的地形，所以对它性能的可靠性有较高的要求。特别是制动系的稳定性，对于行使于恶劣环境的沙滩车来说至关重要。因
此，基于沙滩车与其他汽车产品的差异，需要对它的制动系统进行良好的计算和试验。本文以沙滩车制动系统为研究对象，对其工作原理、结构特点
，发展趋势进行了分析。通过对不同制动系统优缺点的分析，选择出合适的制动方案。设计一种结构简单的浮钳盘式制动器，对其制动力矩、制动力
分配系数、同步附着系数及制动驱动机构进行了设计计算。然后设计一套浮动的盘式制动器，采用X型的液压回路管道，要求其结构简洁，并且要对
同步附着系数、制动力、分配系数和制动助力机构设计和校核。关键词：沙滩车，制动系统，浮钳盘式制动器，交叉型制动回路目　录前　言1第1
章 绪论21.1 课题研究目的及意义21.2 课题研究现状与发展趋势21.3 汽车制动系的设计要求3第2章 制动系统方案分析与选择
62.1 制动器方案的选择62.2 制动系统驱动机构结构形式选择72.2.1制动助力的结构形式72.2.2制动管路的回路系统7第3
章 制动结构的设计计算93.1 制动系统主要参数93.1.1沙滩车相关主要参数93.1.2制动力与分配系数93.1.3同步附着系数
133.1.4制动器最大制动力矩153.2 制动器相关计算163.2.1制动盘163.2.2制动块163.2.3制动钳183.2.
4制动器制动力矩的计算183.3 驻车制动设计计算20第4章 液压制动驱动机构的设计计算234.1 制动轮缸234.2 制动主缸直
径与工作容积244.3 制动踏板力与踏板行程254.4 联动比例阀结构设计26第5章 制动性能分析285.1 沙滩车制动性能评价指
标285.2 沙滩车制动距离与制动减速度285.3 制动效能稳定性295.4 制动时沙滩车的方向稳定性295.5 摩擦衬块的磨损特
性计算305.6 制动器热容量和温升的核算31结 论33前　言沙滩车是国外日常家庭常用的交通工具，与其他车辆一样，非常重视刹车系统
的性能。由于我们国家在沙滩车方面起步较晚，各种规格标定相对来说非常不完善。然而在沙滩车的运行中，驾驶人对其进行强制减速或者使其速度
保持稳定甚至完全停止的动作频繁，因此设计出一套良好的 、可靠的行车制动装置是非常必不可少的。因为沙滩车要想发挥其出色的机动性和通过
性，并且保障人身财产安全，减少事故，对其采用一套制动性能稳定的制动系很重要。在本书中我将根据沙滩车日常行驶的状况，通过预测其可能遇
到的恶劣情况，用一套基于沙滩车本身特征的设计原理和步骤对其刹车性能进行必要的研究和设计。本设计的制动系构造主要对比着公路车辆与两轮
机车的相关结构进行设计，并且整合了两种机车的优点。整个沙滩车刹车系统是在充分保证车辆的机动性能且综合了全车的相关数据情况下进行。刚
开始我们要确定一套合适且严格的方法；其次是在确定了整体结构下进行具体的相关零件加工设计，并且要定下制动钳、制动盘、摩擦衬块、制动块
等的结构尺寸；另外还需要在的松软地面多试验几次所设计的制动器的强度，并且要验算大地传到轮子的制动力以及盘子上所能加载的最大力矩；由
于沙滩车在松软地面上，所以必须加以制动驱动机构，因此要对相关的机构结构进行计算，例如制动主缸以及制动轮缸。并且要计算操纵踏板的力矩
，根据人体工程学制定制动力装置的结构，确定相关参数，以满足人体工程学。最后对沙滩车制动系统性能进行简单的分析计算。 第1章 绪论1
.1 课题研究目的及意义人们日常生活节奏逐渐加快，对于便捷、快速、高效的日常出行需求迅速加大。自然而然，汽车便担当了此重任，演变成
了最广泛、最关键的日常出行手段。但是随着这几年车辆保有量的迅速增加，我们对车辆的行驶质感和主动安全方面做出了更高的标准。而且车辆整
体刹车结构是关键构造，能够积极地影响人员的安全。通常情况下，沙滩车的行车制动可以最根本影响驾驶人和周边人群的安全。随着最近世界各国
的高速路里程快速延长以及汽车保有量的迅速增加，人们开始对车辆的主动安全性、稳定性和舒适度规定了严格的标准。同时为了迎合消费者的需求
，工程师高效研发出更加优良的刹车系统成为急需解决的任务。沙滩车的制动系统与普通汽车刹车系统不一样，这是因为沙滩车经常工作在松软的、
非铺装路面的缘由，而且其工作环境粗暴恶劣，因此对沙滩车制动的设计要求更为严格。沙滩车所工作的路面环境恶劣，有时候甚至在没有路的地方
穿越。通常的情况是其所驶过的地方为松软的沙子，附着系数非常低。这就会降低车子本身的制动减速度，降低制动稳定性，延长制动距离，并且使
得车辆的方向稳定性发生不可控现象，严重影响车辆的制动性能。另外由于车子所行驶的沙地条件恶劣，容易把流沙给扬起来打在制动系统上面，因
此为了满足沙地行驶，对制动性进行特别的设计和研发变得更加关键。1.2 课题研究现状与发展趋势最近几年，人们对安全看的很关键，因此对
各种汽车的行车制动提出了严峻的挑战。而且，有一大批工程师苦心钻研于汽车制动性能的升级，努力对其结构进行优化升级。广大工程师对汽车制
动控制理论的钻研和传动制动高新技术的钻研是现阶段最主要的工作。在制动器方面，研究最深的是德国博世公司。其几十年来一直在攻克制动控制
的难题。如何推出高效、可靠、便捷的制动控制系统，并且减少驾驶员的工作力度，是所有工程师努力的方向。在上世纪80年代，其制造了一个A
BS，也就是制动防抱死系统，有效的减少了制动跑偏和侧滑，增强了制动效能。并且博世公司在上世纪90年代研究出了全球第一个TCS，并且
在1995年推出了目前广泛应用于汽车上的ESP系统。效果相当明显，自从采用了这些 电子稳定程序，道路上的交通事故大幅度减少，相当一
部分侧滑现象得到了避免。目前装车率已经达到40%。人类在车辆制动控制技术上不断进步，在2008年研发出了车辆辅助制动控制系统。这种
系统可以在紧急情况下，在驾驶者没有提供充足的脚踏板力度情况下，主动进行制动，这样可以充分利用汽车的刹车性能，进而把制动距离减小。与
之前的各种刹车辅助系统和车辆动态稳定系统相比，新一代的技术不断刷新着老一代的性能，进而使车辆的制动控制技术更加先进，更加智能。并且
占用体积更小、单位时间内所能传递的信息量更大、更稳定，并且能够最大限度防止车辆故障的发生。我们国家的在车辆制动方面的科研能力和结果
也是不断发展。2006年北车集团研发的“微机电子干涉控制系统”，其打开了我们在客车自主制动的先例。与此同时，我们自主开发了“沙滩车
系统中间放置碟刹”装置，并且还获得了相关专利。这种制动控制装置相当广泛地应用到了很多特殊汽车上面，并且显著增强了制动控制系统的刹车
稳定性。显著提高了我们自主企业在沙滩车的后轮液压控制的短处。而且在2011年，我们国内第一台完全自主研发的控制系统列车生产出来了，
并成功规模化装车。这一研发打破了外国在这方面的垄断。但在民用汽车上，我们与西方国家在制动控制技术方面的差距还有很大一段，我们自主企
业普遍停留在仿制阶段。我们在电子控制方面与西方国家相比差距较大，因此我们要不断努力，在产品科研方面加大投入，不断进行新的探索。1.
3 汽车制动系的设计要求此次关键设计内容是：设计沙滩车总构造、选择一种恰当的制动控制系统、设计一种布置形式并且对沙滩车制动控制的各
部分零件的内部构造进行分析和校核。总的设计要求： (1)所有设计标准必须满足国家的规定、法规指定的相关要求，并且要综合我们国家不同
地区的自然环境差异和驾驶员的偏好。(2)所设计的沙滩车制动性能必须有十分有效的制动效能，这就要同时考虑行车制动和停车制动性能的效能
。驻坡能力是沙滩车在铺装良好的路面上能稳定可靠地停在原地的最大坡度来评定的。(3)运行可靠。车辆至少要保证良好的行车制动。连个机构
不应该发生任何干涉，运行良好。并且要有两个制动回路，当一个发生故障不能运行时，另外一个要能正常制。(4)热稳定性。车辆在恶劣环境下
频繁停车会使盘的温度急剧升高，这时如果通风散热效果不理想，结构设计部合理，制动系统很可能因为摩擦材料的性能下降而出现刹车失灵现象，
极其危险。需要提高抗热衰退性和增大散热面积。(5)水稳定性。摩擦制动器在涉水后，衬块摩擦力急剧下降。摩擦材料优良的话，其吸水能力不
高，因此在涉水后其制动能力会迅速恢复。而且要防止泥土和沙子进入摩擦材料之间，防止因为异物的存在使得摩擦副间的效能迅速降低。(6)有
良好的操纵稳定性。也就是在不管何种速度下，沙滩车都必须保证充分的人工操控性能和对方向的把控。而且，车辆在刹车的时候前后轴的重量分配
不一样，因此要对前后制动力矩有适当的分配，使得其可以把较多的质量分配在前轴，并且左右车轮的制动力应该尽量一致。如果不一致会发生不可
预测的危险。如果后轮抱死就会出现甩尾，甚至发生激转而翻车。前轮抱死无法拐弯。(7)驾驶员对制动装置的操控力度要适度，要保证一定的轻
便性， 以便缓和驾驶员疲劳感。(8)制动控制装置的零件要可靠、结实耐用，不能发生变形，同时也要采用对周围环境和驾驶员无公害的材料。
(9)在紧急制动时不能产生乱七八糟的声响。(10)制动控制系统不能与沙滩车车架、转向轴以及底盘发生碰撞，不能因为车子本身的振动而发
生自行振动。(11)能在任何温度和工况下进行可靠的制动。不管温度的高低如何，制动控制装置一定要稳定地工作。(12)制动系能在磨损较
为严重情况下进行报警提醒。在摩擦衬片磨损到极限位置时，应该有感应器检测到这一状况，然后进行报警提醒。(13)制动器制动时间尽可能短
。驾驶员从踩刹车到停下的间隔要小。第2章 制动系统方案分析与选择2.1 制动器方案的选择沙滩车的制动的特点受限于较小的构造、不大的
重量以及相对来说很小的车速，且它的制造成本不能太高。如果一辆汽车的速度和小、且平时负荷不算太大，那么最优的选择是采用前后鼓式制动；
如果是大型豪华车辆的话，最好选用前后盘式制动器；如果是载货汽车，考虑到相对来说的安全性能，还是选用前后鼓式制动；对于那些特殊用途，
并且经常在恶劣环境中工作的机械最好采用全盘式，并且必要条件下要使用前后双重制动，甚至加装ABS。盘式制动装置有很多长处：（1）热衰
退很小。转子对衬块没有相对来说较大的压力；且衬块体积小，利于散热。（2）涉水后，不会立马出现水衰退。由于巨大的衬块压力，可以将水从
里面排出去；在转子巨大的离心力作用下，即使有水的存在，也能轻而易举在一两次制动后可以排出。相反，制动鼓需要好多次才能排干净。（3）
刹车稳定性出色。盘式制动的效果与活塞的压力成正比例。因此在整个刹车过程中它的稳定性非常出色，而且能保证较为平稳的制动。（4）盘的制
动机构非常小巧，鼓式制动机构复杂，工艺性不好。（5）制动力的大小与车辆的前进和后退关系不大。（6）盘的衬块在摩擦后容易维修和更换，
相对于鼓式来说非常简单。（8）整体管道布置容易，且布置成前后双回路系统方便。在沙滩车的运行中会出现进入海水或者遇到高温天气，恶劣的
气候和湿度对制动系统提出了严峻的挑战，因此必须要选择钳盘式制动器。这样不管涉水或者暴晒于高温下，都不成问题。并且在研发驻车制动时有
困难。而且考虑到其复杂的运行环境，需要注意防石料击打以及防锈。浮动钳式盘式通常在一边布置油缸，另一边是固定的衬块，这样它的结构很简
洁，工艺性好，成本很低，并且布置停车制动也不困难。因为没有跨越转子的油道，所以冷却相对于固定钳式的效果好。而且它的缸体的活塞长度大
，很利于散热。制动液的使用时间相对来说更长。由于沙滩车本身是小众车型，因此需要降低制造成本和保养成本，且考虑到它的本身的构造和日常
所接触的环境，还有盘式制动器和鼓式制动器的长短处，所以这个设计的沙滩车刹车的制动器用液压油带的浮动钳盘式制动器的方案。2.2 制动
系统驱动机构结构形式选择2.2.1制动助力的结构形式1 、简单制动系即驾驶员本身制动，指的是依靠驾驶员施加给踏板的力，可以选用机械
式和液压式。2 、动力制动系指借用发动机动力所产生的气压和液压作为施力者，驾驶员仅仅控制电子元件的操作。这样的优点是力度可以很小，
有助于缓和驾驶员的疲劳感。3 、伺服制动系伺服制动系简单来说是人力和发动机力的双助力式。好处是既保证了路感，也保证了使转向轻便的初
衷。一般，动力主要由动力伺服机构产生，当这个机构失去制动作用的时候，人力可以很好的介入并进行制动。其应用在大型车辆上（乘用车和商用
车）上都有应用。2.2.2制动管路的回路系统制动器是在紧急情况下进行制动的，所以它的可靠性必须得到保证。本次设计有两套制动系统，是
双回路系统。如果一个回路失去效果，另一个回路照样可以进行制动。两轴车辆的双回路主要由三种方法：1、一轴对一轴型，前轴与后桥用一个路
。2、交叉型，前轴与后桥对侧用一个路。3、一轴半对半轴型，前制动器的轮缸的管道和所有轮缸连接在一起。本次设计的沙滩车的制动是在轿车
和摩托车的基础上进行的，可以说是两者优缺点的整合。驱动和执行机构都相似。因此沙滩车的制动驱动机构为交叉型制动，即前后交叉对侧制动系
统有各自回路。本次设计的制动系统是人力制动的液压式驱动。前轴中的车辆制动是单独回路，利用人力控制；后轴同样采用单独回路，人力脚踏控
制；两个制动回路不相干涉，如果一个回路发生失效，另一个仍然可以正常进行制动。驻车制动的安装是在后轴盘式制动器中安装一个机械机构作为
驻车制动装置。第3章 制动结构的设计计算3.1 制动系统主要参数 3.1.1沙滩车相关主要参数沙滩车相关技术参数如表3-1所示表3
-1 沙滩车相关参数编号名 称符号数值单位备注1空载质量1502满载质量3003满载重力29404质心高6005轴距12306质心
至前轴的距离6007质心至后轴的距离6508前轴负荷15209后轴负荷142010最高车速11前轮距12后轮距13前轮规格14后轮
规格3.1.2制动力与分配系数当驾驶员踩下踏板时候，若忽略路面对车轮的汽车回转质量的惯性力矩和滚动阻力矩，那么在通常情况下的车轮，
我们可以得到此滚动阻力方程： （3-1） 上式：——制动器上的力，方向与速度方向相反，；——软路面给沙滩车的制动力，它的加载方向
正好与车轮行驶方向相同，； ——轮胎的整体半径，；令 （3-2）这就是表明制动器性能好坏的力，产生于轮胎周边，主要克服制动器的圆周
力。与路上的是作用相反的，当时，它们数值相同，且主要由制动器的构造、大小、衬片的摩擦半径及车轮半径等，并随着人工施加力的大小而发生
变化。狠踩刹车时，也就是加大时，和相伴增强。然而受地面复杂状况限制，它的数值不可能超过力，即 （3-3）或 （3-4）式中：——轮
胎与地面间的附着系数； ——地面对车轮的法向反力。当和达到极限的值时，会发生滑移。制动力矩就成为固定摩擦力矩，而就演变成与大小一样
，阻止车轮转动。而继续踩制动踏板，当以后，达到地面极限值，此后其值保持不变，而因为人脚踩力的变大导致提高而不断增大如图3-1[4]
。图3-1制动过程中地面制动力、制动器制动力即附着力的关系对满载的沙滩车做分析[3]，图3-2是沙滩车在平坦地上进行紧急刹车时所承
担的力的示意图。然后，在研究中还要视车轮状况为理想的硬摩擦状况，也就是附着系数为。图3-2 制动时沙滩车受力图基于上图描述的沙滩车
紧急情况下制动时的受力分析图，此时对后轴轮子取矩，得到一个常用平衡式 （3-5）同上，对前轴取矩，得式 （3-6）式中：——沙滩车
紧急制松软路面对前轴产生的法向反力，； ——沙滩车紧急制动路面对后轴产生的法向反力，； —— 沙滩车轴距，； ——沙滩车重心到前
轴距离，； ——沙滩车重心到后轴距离，； ——质心高度，； ——沙滩车满载所受重力，； ——沙滩车质量，； ——沙滩车制动减
速度，；令，叫作制动强度，地面对车子的反力，为 （3-7） （3-8）由此可知，当路面附着条件改变时，传给车架本身的反力是变化很大
的。沙滩车受到向上的总力是 （3-9）合并可以得出： （3-10）此时变换掉，得 （3-11）图3-3 理想的前、后制动器制动
力分配曲线如图（3-11）描绘的线，就是理想状况下前后轮子刹死后的制动器的刹车力分配图，俗称“Ⅰ曲线”，像上图3-3所示[3]。本
次设计把沙滩车的前后制动力比作为一个定值。采用前轴制动器与总刹车力度的比值作为制动力的分配系数，用代表，也就是 （3-12）式中：
——总刹车制动力，； ——前刹车制动力，； ——后刹车制动力，；而上述算式也可以表达成： （3-13）即3.1.3同步附着系数通常
状况下，不管设计如何准确，沙滩车本身是无法做到前后刹车按照分配系数来制动的。尤其在分别进行制动中。为了能更好的靠近理想状况下的前后
制动力分配，本次设计的沙滩车刹车系统采用整体刹车系统。这样使得在紧急刹车中车辆的方向和制动效率得到有效保障。式（3-13）在图3-
3上是穿过点的线，这条线就是设想中的前后刹车分配曲线，也就是线。图3-4表示出线，也绘出了空负荷和满负荷时的Ⅰ曲线，图中线与Ⅰ曲线
交于点。在这点，称为同步附着系数[5]。同步附着系数对于沙滩车刹车来说是一个关键点。它的意思是，当前后轴刹车力度比值为这一定值时，
在值的地上能达到最大值。但是当不是的地面上，有一下三种情况：[5]（1）当时：线位于Ⅰ线底部，刹车时会出现前面先抱死，此时无法转向
；（2）当时：线位于Ⅰ线顶部，刹车时会出现后轴先抱死，此时容易发生侧滑；（3）当时：制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但
也丧失了转向能力。图3-4Ⅰ曲线与曲线分析图为了不出现车轮抱死的情况，也就是在即将抱死但还没有那一刻产生的制动为最大制动力，可达到
较好制动效果。而且，当沙滩车在的路面上制动时（车辆前后轴同时刹死），其值为==，为制动强度。在其他路面中，前后轴的制动强度<，也就
是说在=地上进行刹车，路上的摩擦力可以达到最大。这个力的使用程度一般用使用程度描述，也就是[5] （3-14）其中：——沙滩车制动
力，； ——重力，； ——使用强度； 当=时，=，=1，成为最理想的工况[5]。要求在刹车时它不能随意转动，并且要有足够的强度，据
相关资料得：乘用车是，其他是之间，前轴先刹死；没有刹死时，是之间，但要在[5]，所以有=0.5。由以上各式得：3.1.4制动器最大
制动力矩综合以上可知，必须分配好前后刹车强度的大小。理想的制动强度必须在沙滩车的附着力100%用到时得出，地面制动力在本情况中应该
和路面给车子的力成比例。由式（3-13）可知，沙滩车前后轴在理想状态下的时候刹车强度比值是其中：——车子重心到两端位置； ——沙滩
车重心。刹车时产生的制动强度大小，即 （3-15） （3-16）式中：——前轴，； ——后轴，； ——轮胎半径。沙滩车在恶劣路面行
驶，所以附着系数不大，如果要想在的地面制动，两轮同时抱死，前、后轴理想的制动的车轮制动器所能产生的最大的制动力矩为3.2 制动器相
关计算3.2.1制动盘1. 制动盘直径制动盘即转子，是钢的珠光体一体成型出来的。它的外形类似于板块状或者帽子型，本毕业设计采取帽子
型。它的上下层要精度极高，平面度要高，而且上下层的值要控制在0.007mm以下，层上误差小于0.05mm，盘的面中Ra值小于0.0
5mm[4]。盘的尺寸不能太小，因为D增大，那么制动面积讲增大，因此可以适当降低钳的力度，继而减小摩擦片的温升。但是因为轮胎大小有
规定因此转子的尺寸一般是轮辋的。车子重量越大，值越高[2]。本次沙滩车是摩托车的衍生品种，质量不大，但运行环境不好，一般使它的前盘
尺寸，后盘尺寸。2. 制动盘的厚度质量不能太大，因此转子厚度不能太大；同时为防止过热，转子也不可以太小。转子也是可空心或者实心，也
可以凿出几个散热孔，一般情况下实心的转子厚度有，有散热孔的转子宽度取[1]。沙滩车的制动器与摩托车类似，底盘与摩托车差异不大，因此
按照摩托车规格进行，查阅资料可以得到前转子厚度是为，后制动盘厚度应为，所以使前转子厚度，后制动盘厚度。3.2.2制动块制动器上的制
动块是背板以及衬块，二者通过一体成型或者镶嵌进去，然后连接在一起，一般为扇形。液压塞最好可覆盖住更大面积的块，可以更好的避免衬块磨
损发出的刺耳声音。另外块的表层都会凿有几条棱角，这样不但确保块与转子的贴合更完美，而且能防止水进入盘后发生爆震[4]。1、衬块与摩
擦衬块有如图所示（见图3-5），最好取外尺寸和内尺寸的比例小于或者等于1.5。因为要是这个数很大，摩擦时衬块的边沿与里面速度值误差
非常不小，加剧表面的的坑洼现象，继而使得盘面接触下降，并且可能使得制动强度大范围跳动[5]。因此取前制动器制动块外半径，内半径；后
制动器制动块外半径，内半径。 图3-5 摩擦衬块尺寸2、摩擦衬块工作面积为了定下块的大小A，一般应该以沙滩车的重量为基础，按照这个
比例，单位摩擦面积占用汽车之比范围内选用[2]。因为本次沙滩车在全负荷下质量是，故。所以定前轴刹车盘衬块大小，后轴刹车盘衬块大小，
考虑到大量生产，取其面积为30。3、摩擦材料一般选用衬块的摩擦物质必须是含有强大并高效的摩擦系数，还需要它的抗热能力不差，更不能因
为气温的急剧升高而突然变小；制作材料必须能经得起损耗，并且不能太容易吸附液体，不容易变形、隔热性能要良好（例如温度达到几百度以后，
背板的温度不能超过它的二分之一）。该材料还要不容易极度变大，强度打，能扛压、扛打、扛剪切、并且要忍得住动能的撞击；最为关键的是，紧
急刹车中没有一点噪音和污染空气的味道，所用材料必须对驾驶员无公害[6]。 一般摩擦材料能达到的值约为，最高是。但是大多数刹车在附近
。另外在确定摩擦材料遵循稳定性原则。很多时候值越高，它的承受摩擦的能力越差，本次设计沙滩车的制动器摩擦系数确定为。3.2.3制动钳
制动钳作为承受力的结构，要求强度要高，不能断裂，是由球墨铸铁制造，不过可以采取高强度合金浇铸的，就如采取合金钢压铸[5]。并且钳体
大多数分开，采取紧固螺钉连接在一起。一种情况除外，就是采用浮动式制动钳体最好浇铸成一体成型。如果想要保证预紧，必须使其结构一致，设
计成左右对称。而且钳体的大小要合适。不但需要其高强度还需要轻量化设计，适合大量制造，较低的工艺需求。另外为了使成本降低，使其大规模
化生产，选择在钳体上顺便车出制动的油缸体。制动器相关参数如表3-2所示表3-2制动器主要参数制动盘外径工作半径制动盘厚度摩擦衬块厚
度摩擦面积前轮21387.5111030后轮21372.51110253.2.4制动器制动力矩的计算制动器的计算简图（如图3-6）
，假设两者能较为严密的结合，以及整体力分布对称，可以得到则刹车盘的力矩为 （3-17）式中：——摩擦系数； ——单侧制动块对制动盘
的压紧力，； ——作用半径，；图3-6 盘式制动器的记算用简图本次设计的扇形衬块，因为它的周长很小，那么它的R也就是也可以是，这样
的话已经可以满足本次所要求的准确性，那么平均半径为 （3-18）式中：，——小半径和大半径，单位是；根据图3-7，在任一单元面积产
生的压强对中间位置的力矩大小为，式子中产生于衬块和转子上的单个压力，那么一个制动块对转子的力矩为 有效尺寸是令，则有 （3-19）
因为,,故。当，，。但当变化小，也就是衬块的经向尺寸非常大，那么其在表层的各个地方的磨损程度会相差特别巨大，这就将引起盘的表面磨损
有的大有的小，进而造成单个位置的压强分布非常不一致，对于这种差异化的情况，上面的式子会不适用。图 3-7 衬块有效面积计算用图由公
式（3-17），（3-18）即（3-19）可得： （3-20）故，前制动器有效半径及压紧力： 后制动器有效半径及压紧力：3.3 驻
车制动设计计算本次设计沙滩车如果爬坡的话，制作出的分析图如下图（见图3-8），由下面的图直观地得出沙滩车爬坡停止后的附着力大小是[
5] （3-21）同上，也可以得出下坡停止后的附着力大小是 （3-22）图 3-8 沙滩车上坡路上驻车时的受力简图另外通过此式子可
以看出，在后轴附着力与制动器的力一样的情况下，沙滩车在上下中间停车的角度，，即由可以得出沙滩车在爬坡中间停止时所达到的最大角度为沙
滩车在缓慢退后时所达到的最大倾角为通常情况下，规定所有车辆的最大倾角不能比16%~20%小，另外车辆的可能的极限坡度是12％上下。
第4章 液压制动驱动机构的设计计算4.1 制动轮缸缸体对制动块的压力与轮缸的尺寸以及里面的压强的比例式子是[5]： (4-1)其
中：——制动块施加给对制动盘的力，单位； ——伺服机构管道内的总压力。通常情况下，内部所允许压力值控制在之间，如果是浮钳式，则可以
再多一点压力。而且P高了，内部直径就要减小，两者成反比例，不过对于接口处则应该更高。本次设计的沙滩车考虑到环境恶劣，转向时可能遇到
较大的阻力，因此内部压力控制在[10]，本次取。故前轴轮缸直径为但是轮缸直径是有规定尺寸的，查阅标准可得,轮缸型号有：、、、、、、
、、、、、、。根据算得的数值，选定前轴制动器的轮缸直径为，后轴制动轮缸直径为。选定一个轮缸的尺寸大小 （4-2）式中：——一个轮缸
活塞直径； ——轮缸的活塞数； ——一有效行程；在没有确切参数时，可以先对制动定为0.4~0.5mm，此处取0.45mm。所以可以
确定轮缸的大小为式中：——轮缸的多少；故前轴轮缸容积大小是：同样，后轴轮缸容积大小是：4.2 制动主缸直径与工作容积第个轮缸大小是
[2]： （4-3）其里面表示第个活塞大小；是轮缸里面中活塞个数；是第个轮缸有效长度，刚开始的时候，确定其值是，在这里取。其加起来
，总共的缸内有效大小是：，这里面表示轮缸的个数。实际中，主缸的大小等于，其中是制动器中，连接处的管子的容积。刚进行中，因为在温度作
用下管子会发生不同程度的塑变，这会影响到沙滩车的缸内大小，因此其确定为乘用车；对于商用车。制动缸内的和活塞径向尺寸为一般取。径向尺
寸必须按规定QC/T311-1999确定[2]，具体型号是、、、、、、、、、、、、。前制动缸径向尺寸是：在符合规定尺寸中确定一个标
准值是。同样，后轴缸内径向尺寸为标准值。4.3 制动踏板力与踏板行程驾驶员施加给踏板力为[2] （4-4）式中：——杠杆传动比，，
在 ——制动管路的压强； ——人力踏板机构和液压传动的机械效率，通常。正常情况下踏板力必须；人给踏板的最大力不大于（乘用车）。整体
考虑的时候，应该把力度缩小到的大小。因此沙滩车制动踏板力为，计算值满足要求驾驶员的双脚踩上去的距离是[2] （4-5）式中：——主
缸内部移动部件之间的空隙大小，一般取； ——主缸活塞的无效长度。也就是所预留的自由行程[2]。制动器在可靠范围内工作时的人力施加的
长度，通常必须只有衬块损失量的 [2]。同时，考虑到有少量气体进去管道中，计算回位弹簧过程中应该确保没有踏板力后管道中还存留有压力
值（确保工作可靠）[2]。通常情况下踩踏下去的长度会有[4]。因此，制动踏板正常范围内的工作行程是，以上设计满足了要求。4.4 联
动比例阀结构设计本次设计为了使沙滩车能在紧急情况下迅速停车，选择在制动机构中附加一个能让前后轮不分离地制动的装置。这样的话不但可以
达到分体制动，也可以在紧急情况中启动整体制动。这样的话，沙滩车在紧急制动中有良好的方向可控性和较高的制动加速度。图 4-1 联动制
动系统分配阀联动制动系统的分配阀（见图4-1）。如果轮缸在左右的液压压强的大小分别为，，那么制动主缸向制动轮输出的制动力矩为[8]
(4-6)式中：——压强，； ——面积，； ——有效作用半径，。联动制动在两个轮胎之间的力矩分配比例是：在刚开始取，即，所以满足
设计要求。如果不采用分动式联动，那么输入和输入的结果应该是：前轴缸内压强： （4-7）输出到后缸内的压强： （4-8）式中：，——
前、后制动器的压强，； ，——回位弹簧1、2的弹力，N； ，——活塞1、2的直径，； ，——回位弹簧1、2的弹性模量，； ，——回
位弹簧1、2的压缩长度，。本次按照进行，那么可以得到：在上式中，如果令，，便在沙滩车上实现了前后制动液的油压相同，提高了制动效能。
第5章 制动性能分析5.1 沙滩车制动性能评价指标沙滩车作为广泛适用于家庭的小型民用车，对制动性要求高，通常从几点来判断制动性能好
坏：1、制动效能，即制动减速度及制动距离长短。2、制动效能的稳定性，即阻抗热衰退性的能力大小。3、制动时沙滩车操纵方向的稳定性。即
当沙滩车制动时，其不发生跑偏、侧滑或丧失转向能力的能力。5.2 沙滩车制动距离与制动减速度沙滩车是否能稳定停车，其与刹车距离的长短
关系最大。而车辆本身的刹车强度大小是由单位时间内速度的变化量来表示，也就是。这个数字表示整体制动力的大小，所以它和车辆制动器性能、
地面的附着力挂钩。因为平时车子主要在松软的泥土或者沙漠环境行驶，因此必须注意非铺装路面的附着系数的大小所带来的后果，这是因为当附着
系数差异化很大的时候，它所导致的制动强度是相差很大的。故因此减速度是ECE法规和GB7258采用的是充分发出的平均减速度 （5-1
）式中：——为的车速； ——开始制动的速度，； ——时车速，； ——到之间沙滩车行驶的距离，； ——到之间沙滩车经过的距离，；沙滩
车制动全过程为，当驾驶员遇到障碍物后做出制动反应、制动器起作用、持续制动即放松过程四个阶段。故所指的制动距离是指开始踩踏制动踏板或
握手闸时到沙滩车完全停车的距离制动距离： （5-2）式中：——无效时间，； ——开始增加到； ——制刹车过程中最大强度，本次设计V
一般不超过，因此它的制动距离5.3 制动效能稳定性如果使用不恰当，也就是使劲踩刹车，或者在倾角较大的下坡路面上使劲用刹车的话，盘的
温度会急剧增加到几百度甚至七百度以上。此刻如果提升车速，温度上升得更快。当摩擦衬块的材料温度急剧升高以后，其制动盘的所能产生的力就
会减少，如果温升严重，那么力的减少就更厉害。这种稳定制动的能力是和制造加工工艺有相当大的联系。本次设计，把热校核放在下面进行。5.
4 制动时沙滩车的方向稳定性沙滩车在紧急刹车情况下不可避免得要把车轮抱死，此时容易发生不沿直线行驶、后轮激转以及前轴不能拐弯的情况
。通常能继续保持直线、抵抗激转的性能是方向稳定性的定性表示。。刹车过程中激转是由：1、沙滩车的两个轮子，也就是同一跟轴上的两个轮子
的刹车强度不一样。2、紧急刹车中悬架和转向轴发生碰撞。在制动过程中的方向的直线性是必须用严格的试验来检查其工作可靠性的。5.5 摩
擦衬块的磨损特性计算摩擦材料的寿命是多种原因的综合，是受刹车力度、温升、转动的角速度、还有本身材料和精度的综合作用结果。所以如果要
想确切知道磨损的机理，是不大可能的。但是在众多的实践检验中，人们发现影响其寿命的常有情况是衬块内层的温度、外表压力、摩擦系数和上下
层上的杂质。这几个是关键性原因。沙滩车正常运行中紧急刹车是在把运动的动能转化成刹车盘的热量，然后冷却掉。如果急踩刹车，制动盘会吸收
掉车子运动的全部能量。这样的情况下，制动盘是不能立即消化掉转化而来的巨大热量，因此表现出来就是温度的强烈增加。若恰巧所设计的制动器
散热效果不好，那么衬块的磨损就会非常的剧烈。制动器本身的热负荷是通过耗散率的大小描述的，其单位为。前轴一个刹车盘的比能量的单位耗散
率是 （5-3） 后轴一个刹车盘的比能量的单位耗散率是 （5-4）式中：——车子的旋转的能量换算成车子质量的一个系数；——车子质量
；，——紧急制动前一刻的速度和停车速度值，m/s；——制动减速度，；——作用时间，s；——前后轴分配的比例； ，——前轴和后轴的衬
块面积；在刹车至=0时，此时可以忽略误差，并认定=1，那么 （5-5）另外，一般它的比能量的耗散率是小于或者等同。要是大的话也不行，因为这样会使衬块的损耗非常严重，有时候会把盘给损坏掉。前制动磨损特性：，符合规定。后制动磨损特性：，符合规定。一个制动器的比摩擦力为： （5-6）式中：——最高制动力矩； ——正常作用半径； ——一个衬块的有效面积；单个衬块的比摩擦力：5.6 制动器热容量和温升的核算沙滩车的刹车热容量、温度变化必须符合： （5-7）式中：——盘的质量； ——制动钳体的总质量；——转子的比热容，例如45号钢取；——受热机构的比热容；——转子温升(一次由=30km/h至彻底停止的巨大制动，温度变化必须小于15℃)[5]；——沙滩车全负荷状态下刹车，由于车速高，刹车时间短，完全能考虑其所发出的热都给制动器用，且依照分配比率给前后制动器[5]，也就是 （5-8） （5-9）式中：——沙滩车满负荷重量； ——刚开始刹车的速度； ——分配系数。 结 论本设计是在轿车和摩托车制动器设计的基础上，借助于刹车系统的整体构造规定和沙滩车的整体运行环境，制定一种合适的方法进行计算和校核。对前后轴之间的液压力的分配是建立在满载状态下车子的重量的配比，然后进行计算。而且，根据沙滩车恶劣的工作环境，对液压管道的布置是经过校核和分析对比后进行的。制动的稳定性是至关重要的，为了防止紧急刹车中制动减速度衰减，本次作品中加入了前后联合制动机制，且校核了阀的强度和耐久度。在后来又进行了性能的分析与评价，结果表明该车的制动装置完全符合各项制动性能指标。尽管所有数据都能符合设计要求，但是我们国家在沙滩车方面的很多项指标都还没有出台，因此，本次设计中难免出现一定的瑕疵。我国在沙滩车技术生产方面是起步很晚，受到相关零部件生产商的生产线的限制，因此该种车辆的总体设计是通过自下而上的过程研发出来的，研发出来之后才进行各种试验和测试。但是如今计算机行业迅猛发展，我们的自顶向下设计已经达到了另人满意的程度，我们将会加快自顶向下的设计思路。然后走出国外的技术壁垒，争取在特种车辆，例如沙滩车的刹车系统方面向整体性、模块化均衡发展错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。第3章 标题附　录错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。前言第3章 错误！未找到引用源。16127356833III228