基于有限元重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車(chē)】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】
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SY-025-BY-2任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名系部專(zhuān)業(yè)、班級(jí)指導(dǎo)教師姓名職稱(chēng)從事專(zhuān)業(yè)是否外聘是否題目名稱(chēng)基于有限元重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)一、目的、意義 重型貨車(chē)是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車(chē),而制動(dòng)器是重型貨車(chē)的重要部件,其制動(dòng)性能是確保車(chē)輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車(chē)輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型,然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析,為重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,可縮該制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。二、內(nèi)容、技術(shù)要求(研究方法)(一)設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的參數(shù)數(shù)據(jù)是采用CQ3253TMG384貨車(chē)的具體參數(shù)如下: 整車(chē)質(zhì)量: 空載:8900kg 滿(mǎn)載:18900kg質(zhì)心至前軸的距離:空載:2674mm滿(mǎn)載:3822mm質(zhì)心至后軸的距離:空載:2926mm滿(mǎn)載:1778mm 質(zhì)心高度: 空載:hg=1052mm滿(mǎn)載:hg=1211mm軸 距: L=5600mm最高車(chē)速: 85km/h確定制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對(duì)制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和,利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖,通過(guò)干涉檢查驗(yàn)證制動(dòng)器設(shè)計(jì)的正確性,利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。(二)研究方法1、參考相關(guān)資料,對(duì)比各種制動(dòng)器優(yōu)缺點(diǎn),初步確定設(shè)計(jì)方案。2、實(shí)地考察相關(guān)類(lèi)型的車(chē),為最終設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。3、利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器的三維模型, 利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。三、完成后應(yīng)提交的成果(一)計(jì)算說(shuō)明部分完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1.5萬(wàn)字,利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖,利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。(二)圖紙部分鼓制動(dòng)器三維裝配圖零件圖若干張,共計(jì)折合2張A0圖紙。四、設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度安排(1)調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第12周(2月28日3月13日) (2)確定總體設(shè)計(jì)方案 第34周(3月14日3月27日) (3)對(duì)制動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)第57周(3月28日4月17日) (4)建立制動(dòng)器的三維零件及裝配模型 第89周(4月18日5月1日) (5)Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析第1012周(5月2日5月22日) (5)書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第1314周(5月23日6月5日) (6)設(shè)計(jì)審核、修改 第1516周(6月6日6月19日) (7)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周(6月20日6月26日) 五、主要參考資料1蔣崇賢,何明輝專(zhuān)用汽車(chē)設(shè)計(jì) 武漢工業(yè)大學(xué)出版社2龔曙光.ANSYS在應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.CAD/CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造.2001,(7):70-803工程中的有限元方法(第3版)機(jī)械工業(yè)出版社,20044黃天澤,黃金陵汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)機(jī)械工業(yè)出版社,20005孫桓主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社出版6余志生 汽車(chē)?yán)碚揗,機(jī)械工業(yè)出版社,19877陳家瑞主編.汽車(chē)構(gòu)造.人民交通出版社出版8吳鎮(zhèn)著.理論力學(xué).上海:上海交通大學(xué)出版社,19979呂慧瑛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社,2002六、備注指導(dǎo)教師簽字:年 月 日教研室主任簽字: 年 月 日The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Weight Truck Brakes Based On Element Finite 設(shè)計(jì)基于有限元重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)系部名稱(chēng): 專(zhuān)業(yè)班級(jí): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 職 稱(chēng): 二一一年六月開(kāi)題報(bào)告設(shè)計(jì)(論文)題目: 基于有限元重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì) 院 系 名 稱(chēng): 專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí): 學(xué) 生 姓 名: 導(dǎo) 師 姓 名: 開(kāi) 題 時(shí) 間: 指導(dǎo)委員會(huì)審查意見(jiàn): 簽字: 年 月 日SY-025-BY-3開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名系部指導(dǎo)教師姓名職稱(chēng)從事專(zhuān)業(yè)車(chē)輛工程是否外聘是否題目名稱(chēng) 基于有限元重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)一、課題研究現(xiàn)狀,選題的目的、依據(jù)和意義1、研究現(xiàn)狀 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車(chē)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)最重要的交通工具之一,隨之而來(lái)的現(xiàn)象是人們對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。汽車(chē)制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē);在下坡行駛時(shí),使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速;使汽車(chē)可靠地停在原地或坡道上。因此,必須充分考慮制動(dòng)器的控制機(jī)構(gòu)和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種性能,然后進(jìn)行汽車(chē)的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足汽車(chē)安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹,在由于車(chē)輛本身的問(wèn)題而造成的交通事故中,制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%??梢?jiàn),制動(dòng)器是保證行車(chē)安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外,制動(dòng)器的好壞直接影響車(chē)輛的平均車(chē)速和車(chē)輛的運(yùn)輸效率,也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。制動(dòng)器是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件,對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器進(jìn)行深入的分析具有十分重要的意義。 目前,汽車(chē)所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的,可分為鼓式和盤(pán)式兩大類(lèi)。盤(pán)式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用,因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小,即效能較穩(wěn)定;浸水后效能降低較少,而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常;在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下,尺寸和質(zhì)量一般較?。恢苿?dòng)盤(pán)沿厚度方向的熱膨脹量極小,不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大;較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車(chē)時(shí)能迅速制動(dòng),散熱效果優(yōu)于鼓式剎車(chē),制動(dòng)效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級(jí)電子設(shè)備。鼓式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是剎車(chē)蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。雖然在汽車(chē)制動(dòng)器領(lǐng)域,盤(pán)式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器是必然的趨勢(shì),但在現(xiàn)階段,鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。四輪轎車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中,由于慣性的作用,前輪的負(fù)荷通常占汽車(chē)全部負(fù)荷的70%-80%,前輪制動(dòng)力要比后輪大,后輪起輔助制動(dòng)作用,因此轎車(chē)生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本,就采用前盤(pán)后鼓的制動(dòng)方式。現(xiàn)在轎車(chē)上應(yīng)用最為廣泛的是前盤(pán)后鼓式或全盤(pán)式制動(dòng)器,其中20的轎車(chē)采用前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車(chē)領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰,但在商用車(chē)上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器,至于前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器或全盤(pán)式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車(chē)或高檔客車(chē)上。不過(guò)對(duì)于重型車(chē)來(lái)說(shuō),由于車(chē)速一般不是很高,剎車(chē)蹄的耐用程度也比盤(pán)式制動(dòng)器高,因此許多重型車(chē)至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。 鼓式制動(dòng)器相對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器,其制動(dòng)效能和散熱性要差許多。鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差,在不同路面上,制動(dòng)力變化很大,不易于掌控。而由于散熱性能差,在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量,制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形,容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象,引起制動(dòng)效率下降。另外,鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后,要定期調(diào)校剎車(chē)蹄的空隙。針對(duì)以上缺點(diǎn),現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器則采取一些改進(jìn)措施: 1)合理確定制動(dòng)鼓的直徑 2)合理確定摩擦襯片寬度 3)合理確定輪轂散熱結(jié)構(gòu) 4)合理選擇輪胎和輪輞5)加裝氣門(mén)嘴固定卡6)采用目前較先進(jìn)的技術(shù),以防車(chē)輪過(guò)熱,如采用制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)整臂、使用緩速器。 ProE是美國(guó)參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation,簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)開(kāi)發(fā)的CADCAECAM軟件,是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件,是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng),是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng),并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Mechanical Design Automation,MDA)系列軟件的最新發(fā)展方向,成為提供工業(yè)解決方案的有力工具,因而被廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展,已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化,這一點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并發(fā)揮出前所未有的作用,推動(dòng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。PTC 公司的pro/e是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的代表,由它率先它采用的革命性的設(shè)計(jì)思想基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì),領(lǐng)導(dǎo)了現(xiàn)代CAD發(fā)展的潮流。其主要特征功能有:全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)化模型建模、先進(jìn)的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫(kù)再利用等,它易于使用,可在各種硬件平臺(tái)上運(yùn)行??勺屖褂谜咄瑫r(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能,模擬加工制造,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和流程。 ProE的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)(又稱(chēng)尺寸驅(qū)動(dòng)幾何技術(shù))的基本思想,是和幾何約束確定產(chǎn)品形狀的幾何特征,參數(shù)化的產(chǎn)品模型由幾何模型和幾何約束共同構(gòu)成,完備的約束模型通過(guò)尺寸對(duì)幾何形狀的某些控制元素加以約束,構(gòu)成幾何元素惟一完整的表示。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)(1)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì),產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段。 (2)可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓樸結(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。(3)可滿(mǎn)足不同零件曲面的公式化高精度設(shè)計(jì)有限元技術(shù)是機(jī)械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)之一,已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計(jì)算問(wèn)題的有效途徑,近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍提高,有限元技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的法陣,求解問(wèn)題的范圍從線性問(wèn)題發(fā)展到非線性問(wèn)題,鼓式制動(dòng)器具有系列化的特點(diǎn),適于采用參數(shù)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。因此有限元分析軟件對(duì)制動(dòng)器的分析有重要意義。近幾年國(guó)內(nèi)外鼓式制動(dòng)器的有限元分析的研究概況如下:1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA對(duì)一款卡車(chē)用鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了有限元分析,發(fā)現(xiàn)制動(dòng)鼓與摩擦襯片的法向壓力呈非線性分布。王良模、彭育輝于2002年應(yīng)用大型的機(jī)械軟件IDEAS建立了某一國(guó)產(chǎn)雙向自增力鼓式制動(dòng)器的有限元模型,對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行有限元方法的計(jì)算、分析。2003年呂振華、亓昌利用有限元分析軟件ADINA建立一種蹄鼓式制動(dòng)器熱彈性耦合動(dòng)力學(xué)分析的三維有限元模型,探討了進(jìn)行制動(dòng)器熱彈性耦合有限元分析的過(guò)程,通過(guò)仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過(guò)程中摩擦副間接觸力分布、制動(dòng)鼓瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)等重要信息。此外,劉立剛、王學(xué)林利用ANSYS軟件預(yù)測(cè)了某重型汽車(chē)的鼓式制動(dòng)器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動(dòng)扭矩、制動(dòng)器的應(yīng)力分布以及制動(dòng)器的變形。2005年李亮、宋健通過(guò)建立循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中溫度鼓式制動(dòng)器三維有限元仿真場(chǎng)分析的快速有限元仿真模型,對(duì)鼓式制動(dòng)器采用二維有限元仿真,獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)等仿真結(jié)果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元為手段研究了鼓式制動(dòng)器嘯叫的機(jī)理。2、選題的依據(jù)、目的和意義重型貨車(chē)是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車(chē),而制動(dòng)器是重型貨車(chē)的重要部件,其制動(dòng)性能是確保車(chē)輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車(chē)輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型,然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析,為重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,可縮該制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題本重型貨車(chē)設(shè)計(jì)的參數(shù)我以紅巖牌CQ30系列汽車(chē)的技術(shù)參數(shù)為參考,選擇的車(chē)型是CQ1300(CQ30.290/B38/164),主要的技術(shù)參數(shù)是長(zhǎng)寬高(mm)930025003084 軸距(mm)38001400 輪距(mm) 前輪/后橋2006/1810 最小離地間隙(mm)325 整車(chē)自質(zhì)量(kg)111700 允許載質(zhì)量(kg)18300總質(zhì)量(kg)30000 發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率(kw/r/min)213/2100 最大扭矩(nm/r/min)1254/1300 制動(dòng)裝置型式 雙管路氣壓式簡(jiǎn)單非平衡鼓式 前/后摩擦片寬度(mm)160/160 前/后制動(dòng)鼓直徑(mm)480/4801、基本內(nèi)容(1)制動(dòng)器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),(2)制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和;(3)運(yùn)用pro/e軟件進(jìn)行實(shí)體建摸; (4)摩擦襯片進(jìn)行有限元分析; (5)運(yùn)用Autocad軟件對(duì)制動(dòng)器做出裝配圖及零件圖; (6)總結(jié)設(shè)計(jì)過(guò)程,完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū);2、擬解決的主要問(wèn)題 (1)確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù); (2)制動(dòng)器的制動(dòng)鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和; (3)摩擦襯片的有限元分析;三、技術(shù)路線(研究方法)查閱資料確定總體設(shè)計(jì)方案制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 制動(dòng)系選擇 制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 制動(dòng)器主要零件的強(qiáng)度校核和分析制動(dòng)器的三維零件及裝配模型運(yùn)用ANSYS進(jìn)行分析完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)四、論文進(jìn)度安排(1)調(diào)研、查閱相關(guān)資料、完成開(kāi)題報(bào)告 第12周(2月28日3月13日) (2)確定總體設(shè)計(jì)方案 第34周(3月14日3月27日) (3)對(duì)制動(dòng)器參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)第57周(3月28日4月17日) (4)建立制動(dòng)器的三維零件及裝配模型 第89周(4月18日5月1日) (5)Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析第1012周(5月2日5月22日) (5)書(shū)寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第1314周(5月23日6月5日) (6)設(shè)計(jì)審核、修改 第1516周(6月6日6月19日) (7)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周(6月20日6月26日) 五、參考文獻(xiàn).1 張海清,非石棉盤(pán)式制動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀J ,汽車(chē)技術(shù) 1993(6).2 程國(guó)華.汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展漫談J :汽車(chē)運(yùn)用,2003年第6期.3 朱旬,金海東.轎車(chē)制動(dòng)主缸結(jié)構(gòu)淺析J :汽車(chē)研究與開(kāi)發(fā),1999 年第 2 期. 4 陳步童.微型汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)常見(jiàn)故障診斷與檢修J :無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2003.4期.5 張國(guó)強(qiáng) 車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)淺析J 農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2009,29(3).6 張濤,王燕玲.汽車(chē)制動(dòng)性能與測(cè)試J .儀器儀表學(xué)報(bào) ,2002 ,22 (4) :197.7 張建俊.汽車(chē)檢測(cè)技術(shù)M .北京:高等教育出版社 ,2003.8吳迎學(xué). 汽車(chē)鼓式制動(dòng)器的模糊優(yōu)化設(shè)計(jì)J. 中南林學(xué)院學(xué)報(bào) , 2000,(04)9張健,雷雨成,衛(wèi)修敬. 領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器制動(dòng)力矩計(jì)算方法研究J. 長(zhǎng)沙交通學(xué)院學(xué)報(bào) , 2001, (03) . 10蔣崇賢,何明輝專(zhuān)用汽車(chē)設(shè)計(jì) 武漢工業(yè)大學(xué)出版社11龔曙光.ANSYS在應(yīng)力分析設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.CAD/CAM計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造.2001,(7):70-8012工程中的有限元方法(第3版)機(jī)械工業(yè)出版社,200413孫桓主編.機(jī)械設(shè)計(jì).機(jī)械工業(yè)出版社出版14余志生 汽車(chē)?yán)碚揗,機(jī)械工業(yè)出版社,198715吳鎮(zhèn)著.理論力學(xué).上海:上海交通大學(xué)出版社16 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造 (第3 版)M.北京:人民交通出版社,1997:22017呂慧瑛.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京:清華大學(xué)出版社,2002E. 18 J. M. LEE,S. W. YOO,J. H. KIM, et al .A study on the squeal of a drum brakeof a drum brake which has shoes of non-uniform cross-section.Journal of Soundand vibration ,2001,240(5):789-80819 D. Severin, S. Drsch .Friction mechanism in industrial brakes.Wear ,2001,249 :771779六、備注指導(dǎo)教師意見(jiàn):簽字: 年 月 日目 錄摘要Abstract 第1章 緒論1 1.1課題背景及目的11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.3 1.3課題研究方法.4 1.3預(yù)期目標(biāo).4 1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容.4第2章 總體設(shè)計(jì)方案52.1制動(dòng)原理與工作過(guò)程.62.2制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析.72.3鼓式制動(dòng)器.72.4方案確定.10 2.5本章小結(jié).10第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算113.1基本參數(shù).113.2同步附著系數(shù)的確定.113.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩的確定.133.4鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù)選擇.143.4.1制動(dòng)鼓直徑.153.4.2摩擦片的寬度和包角.153.4.3制動(dòng)器中心到張開(kāi)力之間的作用.163.4.4制動(dòng)蹄支承銷(xiāo)中心位置.173.4.5摩擦片摩擦系數(shù).17 3.4.6制動(dòng)底板的材料選擇.18 3.4.7制動(dòng)氣室的選擇.183.5同一制動(dòng)器各蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩.193.6制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)的計(jì)算.213.7本章小結(jié).22第4章 制動(dòng)性能分析234.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià).234.2制動(dòng)效能.234.3制動(dòng)效能的恒定性.234.4制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性性.23 4.5制動(dòng)器動(dòng)力分配曲線.244.6制動(dòng)減速度.244.7制動(dòng)距離.254.8摩擦襯片的磨損特性.254.9駐車(chē)制動(dòng)計(jì)算.274.10本章小結(jié).28 第5章 鼓式制動(dòng)器的三維建模295.1制動(dòng)蹄的建模295.2摩擦片的建模.305.3彈簧的建模.315.4凸輪軸的建模.325.5制動(dòng)底板的建模.325.6制動(dòng)鼓的建模.325.7其他零件的建模.345.8鼓式制動(dòng)器的裝配.355.9鼓式制動(dòng)器的分解.355.10本章小結(jié).36第6章 制動(dòng)器零件的有限元分析376.1靜力分析.376.1.1摩擦片的分析.376.1.2制動(dòng)蹄的分析.416.1.3制動(dòng)鼓的分析.446.2動(dòng)力分析.466.3本章小結(jié).48結(jié)論49參考文獻(xiàn) 50致謝51附錄52第1章 緒 論1.1 課題背景及目的重型貨車(chē)是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車(chē),而制動(dòng)器是重型貨車(chē)的重要部件,其制動(dòng)性能是確保車(chē)輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車(chē)輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型,然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析,為重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,可縮該制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車(chē)已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)最重要的交通工具之一,隨之而來(lái)的現(xiàn)象是人們對(duì)汽車(chē)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。汽車(chē)制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē);在下坡行駛時(shí),使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速;使汽車(chē)可靠地停在原地或坡道上。因此,必須充分考慮制動(dòng)器的控制機(jī)構(gòu)和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種性能,然后進(jìn)行汽車(chē)的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足汽車(chē)安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹,在由于車(chē)輛本身的問(wèn)題而造成的交通事故中,制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%??梢?jiàn),制動(dòng)器是保證行車(chē)安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外,制動(dòng)器的好壞直接影響車(chē)輛的平均車(chē)速和車(chē)輛的運(yùn)輸效率,也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。制動(dòng)器是汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件,對(duì)汽車(chē)制動(dòng)器進(jìn)行深入的分析具有十分重要的意義。 目前,汽車(chē)所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的,可分為鼓式和盤(pán)式兩大類(lèi)。盤(pán)式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無(wú)摩擦助勢(shì)作用,因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小,即效能較穩(wěn)定;浸水后效能降低較少,而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常;在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下,尺寸和質(zhì)量一般較??;制動(dòng)盤(pán)沿厚度方向的熱膨脹量極小,不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過(guò)大;較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車(chē)時(shí)能迅速制動(dòng),散熱效果優(yōu)于鼓式剎車(chē),制動(dòng)效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級(jí)電子設(shè)備。鼓式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是剎車(chē)蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。雖然在汽車(chē)制動(dòng)器領(lǐng)域,盤(pán)式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器是必然的趨勢(shì),但在現(xiàn)階段,鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。四輪轎車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中,由于慣性的作用,前輪的負(fù)荷通常占汽車(chē)全部負(fù)荷的70%-80%,前輪制動(dòng)力要比后輪大,后輪起輔助制動(dòng)作用,因此轎車(chē)生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本,就采用前盤(pán)后鼓的制動(dòng)方式?,F(xiàn)在轎車(chē)上應(yīng)用最為廣泛的是前盤(pán)后鼓式或全盤(pán)式制動(dòng)器,其中20的轎車(chē)采用前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車(chē)領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰,但在商用車(chē)上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器,至于前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器或全盤(pán)式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車(chē)或高檔客車(chē)上。不過(guò)對(duì)于重型車(chē)來(lái)說(shuō),由于車(chē)速一般不是很高,剎車(chē)蹄的耐用程度也比盤(pán)式制動(dòng)器高,因此許多重型車(chē)至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。 鼓式制動(dòng)器相對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器,其制動(dòng)效能和散熱性要差許多。鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差,在不同路面上,制動(dòng)力變化很大,不易于掌控。而由于散熱性能差,在制動(dòng)過(guò)程中會(huì)聚集大量的熱量,制動(dòng)蹄和制動(dòng)鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形,容易產(chǎn)生制動(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象,引起制動(dòng)效率下降。另外,鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后,要定期調(diào)校剎車(chē)蹄的空隙。針對(duì)以上缺點(diǎn),現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器則采取一些改進(jìn)措施: 1)合理確定制動(dòng)鼓的直徑 2)合理確定摩擦襯片寬度 3)合理確定輪轂散熱結(jié)構(gòu) 4)合理選擇輪胎和輪輞5)加裝氣門(mén)嘴固定卡6)采用目前較先進(jìn)的技術(shù),以防車(chē)輪過(guò)熱,如采用制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)整臂、使用緩速器。ProE是美國(guó)參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation,簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)開(kāi)發(fā)的CADCAECAM軟件,是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件,是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng),是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng),并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Mechanical Design Automation,MDA)系列軟件的最新發(fā)展方向,成為提供工業(yè)解決方案的有力工具,因而被廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展,已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化,這一點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并發(fā)揮出前所未有的作用,推動(dòng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。PTC 公司的pro/e是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的代表,由它率先它采用的革命性的設(shè)計(jì)思想基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì),領(lǐng)導(dǎo)了現(xiàn)代CAD發(fā)展的潮流。其主要特征功能有:全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)化模型建模、先進(jìn)的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫(kù)再利用等,它易于使用,可在各種硬件平臺(tái)上運(yùn)行。可讓使用者同時(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能,模擬加工制造,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和流程。ProE的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)(又稱(chēng)尺寸驅(qū)動(dòng)幾何技術(shù))的基本思想,是和幾何約束確定產(chǎn)品形狀的幾何特征,參數(shù)化的產(chǎn)品模型由幾何模型和幾何約束共同構(gòu)成,完備的約束模型通過(guò)尺寸對(duì)幾何形狀的某些控制元素加以約束,構(gòu)成幾何元素惟一完整的表示。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)(1)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì),產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段。 (2)可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓樸結(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。(3)可滿(mǎn)足不同零件曲面的公式化高精度設(shè)計(jì)。有限元技術(shù)是機(jī)械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)之一,已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計(jì)算問(wèn)題的有效途徑,近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍提高,有限元技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的法陣,求解問(wèn)題的范圍從線性問(wèn)題發(fā)展到非線性問(wèn)題,鼓式制動(dòng)器具有系列化的特點(diǎn),適于采用參數(shù)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。因此有限元分析軟件對(duì)制動(dòng)器的分析有重要意義。近幾年國(guó)內(nèi)外鼓式制動(dòng)器的有限元分析的研究概況如下8:1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA對(duì)一款卡車(chē)用鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了有限元分析,發(fā)現(xiàn)制動(dòng)鼓與摩擦襯片的法向壓力呈非線性分布。王良模、彭育輝于2002年應(yīng)用大型的機(jī)械軟件IDEAS建立了某一國(guó)產(chǎn)雙向自增力鼓式制動(dòng)器的有限元模型,對(duì)其強(qiáng)度進(jìn)行有限元方法的計(jì)算、分析。2003年呂振華、亓昌利用有限元分析軟件ADINA建立一種蹄鼓式制動(dòng)器熱彈性耦合動(dòng)力學(xué)分析的三維有限元模型,探討了進(jìn)行制動(dòng)器熱彈性耦合有限元分析的過(guò)程,通過(guò)仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過(guò)程中摩擦副間接觸力分布、制動(dòng)鼓瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)等重要信息。此外,劉立剛、王學(xué)林利用ANSYS軟件預(yù)測(cè)了某重型汽車(chē)的鼓式制動(dòng)器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動(dòng)扭矩、制動(dòng)器的應(yīng)力分布以及制動(dòng)器的變形。2005年李亮、宋健通過(guò)建立循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中溫度鼓式制動(dòng)器三維有限元仿真場(chǎng)分析的快速有限元仿真模型,對(duì)鼓式制動(dòng)器采用二維有限元仿真,獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)等仿真結(jié)果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元為手段研究了鼓式制動(dòng)器嘯叫的機(jī)理。1.3 課題研究方法 任務(wù)要求確定制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對(duì)制動(dòng)器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和,利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖,通過(guò)干涉檢查驗(yàn)證制動(dòng)器設(shè)計(jì)的正確性,利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。深入了解汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造及工作原理;并收集相關(guān)緊湊型轎車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料;參考現(xiàn)有研究成果,并進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和分析,借鑒經(jīng)驗(yàn);同時(shí)學(xué)習(xí)有關(guān)汽車(chē)零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;充分學(xué)習(xí)和利用畫(huà)圖軟件,并再次學(xué)習(xí)機(jī)械制圖,畫(huà)出符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙,通過(guò)自己的研究分析;發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)能力并通過(guò)試驗(yàn)最終確定制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。1.4預(yù)期目標(biāo)(1)具有良好的制動(dòng)效能(2)具有良好的制動(dòng)效能的穩(wěn)定性(3)制動(dòng)時(shí)汽車(chē)操縱穩(wěn)定性好(4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好1.5設(shè)計(jì)主要內(nèi)容確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù),對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和,利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖,通過(guò)干涉檢查驗(yàn)證制動(dòng)器設(shè)計(jì)的正確性,利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。第2章 總體設(shè)計(jì)方案汽車(chē)的制動(dòng)性是汽車(chē)的主要性能之一。制動(dòng)性直接關(guān)系到行使安全性,是汽車(chē)行使的重要保障。隨著高速公路迅速的發(fā)展和車(chē)流密度的日益增大,出現(xiàn)了頻繁的交通事故。因此,改善汽車(chē)的制動(dòng)性始終是汽車(chē)設(shè)計(jì)制造和使用部門(mén)的主要任務(wù)。制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行使直至停車(chē);在下坡行使時(shí),使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速;使汽車(chē)可靠地停在原地或坡道上。制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置,即行車(chē)制動(dòng)裝置和駐車(chē)制動(dòng)裝置。前者用來(lái)保證前兩項(xiàng)功能,后者用來(lái)保證第三項(xiàng)功能。設(shè)計(jì)汽車(chē)制動(dòng)系應(yīng)滿(mǎn)足如下主要要求16:(1)應(yīng)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定;(2)具有足夠的制動(dòng)效能,包括行車(chē)制動(dòng)效能和駐車(chē)制動(dòng)效能。行車(chē)制動(dòng)能力是用一定制動(dòng)初速度下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)定的;駐坡能力是以汽車(chē)在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度來(lái)評(píng)定的。詳見(jiàn)QC/T239-1997;(3)工作可靠。行車(chē)制動(dòng)裝置至少有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路,當(dāng)其中一套管路失效時(shí),另一套完好的管路應(yīng)保證汽車(chē)制動(dòng)能力不低于沒(méi)有失效時(shí)規(guī)定值的30%。行車(chē)和駐車(chē)制動(dòng)裝置可以有共同的制動(dòng)器,而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)各自獨(dú)立。行車(chē)制動(dòng)裝置都用腳操縱,其他制動(dòng)裝置多為手操縱;(4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。具體要求詳見(jiàn)QC/T582-1999;(5)制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好;(6)在任何速度下制動(dòng)時(shí),汽車(chē)都不應(yīng)喪失操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性。有關(guān)方向穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),詳見(jiàn)QC/T239-1997;(7)制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程符合人-機(jī)工程學(xué)要求,即操作方便性好,操縱輕便、舒適、能減少疲勞;(8)作用滯后的時(shí)間要盡可能短,包括從制動(dòng)踏板開(kāi)始動(dòng)作至達(dá)到給定制動(dòng)效能水平所需的時(shí)間和從放開(kāi)踏板至完全解除制動(dòng)的時(shí)間;(9)制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;(10)轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉,在車(chē)輪跳動(dòng)或轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng);(11)應(yīng)有音響或光信號(hào)等警報(bào)裝置,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)件的故障和功能失效;(12)用壽命長(zhǎng),制造成本低;對(duì)摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求,應(yīng)力求減少制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害人體的石棉纖維;(13)磨損后,應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu),且調(diào)整間隙工作容易,最好設(shè)置自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)。防止制動(dòng)時(shí)車(chē)輪被抱死有利于提高汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性,縮短制動(dòng)距離,所以近年來(lái)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)在汽車(chē)上得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。此外,由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害問(wèn)題,已被逐漸淘汰,取而代之的各種無(wú)石棉材料相繼研制成功。2.1 制動(dòng)原理和工作過(guò)程要使行使中的汽車(chē)減速,駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板,通過(guò)推桿和主缸活塞,使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸,并通過(guò)兩個(gè)輪缸活塞推動(dòng)兩制動(dòng)蹄繞支撐銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng),上端向兩邊分開(kāi)而其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣,不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄就對(duì)旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩,其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車(chē)輪后,由于車(chē)輪與路面間有附著作用,車(chē)輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力,同時(shí)路面也對(duì)車(chē)輪作用一個(gè)向后的反作用力,即制動(dòng)力。制動(dòng)力由車(chē)輪經(jīng)車(chē)橋和懸架傳給車(chē)架和車(chē)身,迫使整個(gè)汽車(chē)產(chǎn)生一定的減速度。制動(dòng)力越大,制動(dòng)減速度越大。當(dāng)放開(kāi)制動(dòng)踏板時(shí),復(fù)位彈簧即將制動(dòng)蹄拉回復(fù)位,摩擦力矩和制動(dòng)力消失,制動(dòng)作用即行終止。圖2.1 制動(dòng)系統(tǒng)工作原理2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析 制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。目前廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器。摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同,可分為鼓式,盤(pán)式和帶式三種。帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器,本文不做介紹。2.3鼓式制動(dòng)器 鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車(chē)制動(dòng)器,當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前,它已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)汽車(chē)上。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄,后者則安裝在制動(dòng)底板上,而制動(dòng)底板則緊固在前橋的前梁或后橋橋殼半袖套管的凸緣上,其旋轉(zhuǎn)的摩擦元件為制動(dòng)鼓。車(chē)輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí),利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦路片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩,故又稱(chēng)為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶,其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓,并利用制動(dòng)鼓的外因柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對(duì)摩擦表面,產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓,故又稱(chēng)為帶式制動(dòng)器。在汽車(chē)制動(dòng)系中,帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車(chē)的中央制動(dòng)器,但現(xiàn)代汽車(chē)已很少采用。所以?xún)?nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱(chēng)為鼓式制動(dòng)器,通常所說(shuō)的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。鼓式制動(dòng)器按蹄的類(lèi)型分為: 1、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器如圖2.2所示,若圖上方的旋向箭頭代表汽車(chē)前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向(制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn)),則蹄1為領(lǐng)蹄,蹄2為從蹄。汽車(chē)倒車(chē)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn),則相應(yīng)地使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互對(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱(chēng)為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊,即摩擦力矩具有“增勢(shì)”作用,故又稱(chēng)為增勢(shì)蹄;而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開(kāi)制動(dòng)鼓的趨勢(shì),即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用,故又稱(chēng)為減勢(shì)蹄?!霸鰟?shì)”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大,而“減勢(shì)”作用使從蹄所受的法向反力減小。領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平,但由于其在汽車(chē)前進(jìn)與倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,造價(jià)較低,也便于附裝駐車(chē)制動(dòng)機(jī)構(gòu),故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車(chē)的前、后輪制動(dòng)器及轎車(chē)的后輪制動(dòng)器。2、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器若在汽車(chē)前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器,則稱(chēng)為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然,當(dāng) 圖2.2 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 汽車(chē)倒車(chē)時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q(chēng)為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖2.3所示,兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng),兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱(chēng)布置的,因此,兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡,故屬于平衡式制動(dòng)器。雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能,但倒車(chē)時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式,使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車(chē)的前輪制動(dòng)器,這是因?yàn)檫@類(lèi)汽車(chē)前進(jìn)制動(dòng)時(shí),前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸,而倒車(chē)時(shí)則相反。 圖2.3 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器3、雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí),兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱(chēng)為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車(chē)前進(jìn)及倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變,因此廣泛用于中、輕型載貨汽車(chē)和部分轎車(chē)的前、后車(chē)輪,但用作后輪制動(dòng)器時(shí),則需另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車(chē)制動(dòng)。如圖2.4所示。4、單向增力式制動(dòng)器單向增力式制動(dòng)器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接,第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷(xiāo)上。由于制動(dòng)時(shí)兩蹄的法向反力 不能相互平衡,因此它居于一種非 圖2.4 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器平衡式制動(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車(chē)前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高,且高于前述的各種制動(dòng)器,但在倒車(chē)制動(dòng)時(shí),其制動(dòng)效能卻是最低的。因此,它僅用于少數(shù)輕、中型貨車(chē)和轎車(chē)上作為前輪制動(dòng)器。如圖2.5所示。圖2.5 單向增力式制動(dòng)器5、雙向增力式制動(dòng)器將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸,其上端的支承銷(xiāo)也作為兩蹄共用的,則成為雙向增力式制動(dòng)器。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來(lái)說(shuō),不論汽車(chē)前進(jìn)制動(dòng)或倒退制動(dòng),該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。雙向增力式制動(dòng)器在大型高速轎車(chē)上用的較多,而且常常將其作為行車(chē)制動(dòng)與駐車(chē)制動(dòng)共用的制動(dòng)器,但行車(chē)制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開(kāi)力進(jìn)行制動(dòng),而駐車(chē)制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過(guò)鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用作汽車(chē)的中央制動(dòng)器,因?yàn)轳v車(chē)制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高,而且駐車(chē)制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生高溫,故其熱衰退問(wèn)題并不突出。但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)程中散熱和排水性能差,容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降。因此,在轎車(chē)領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低,仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車(chē)中使用,主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車(chē)制動(dòng)。 圖2.6 雙向增力式制動(dòng)器6、凸輪式制動(dòng)器目前所有國(guó)產(chǎn)汽車(chē)和部分外國(guó)汽車(chē)的氣壓制動(dòng)系中,都采用凸輪促動(dòng)的車(chē)輪制動(dòng)器,而且大都設(shè)計(jì)成領(lǐng)從蹄式,凸輪促動(dòng)的雙向自增力式制動(dòng)器只宜用作中央制動(dòng)器。制動(dòng)時(shí),制動(dòng)調(diào)整臂在制動(dòng)氣室的推動(dòng)下,帶動(dòng)制動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),推使兩制動(dòng)蹄壓靠制動(dòng)鼓,制動(dòng)凸輪的工作表面輪廓是中心對(duì)稱(chēng)的兩段偏心圓弧。這種凸輪的促動(dòng)力對(duì)凸輪中心的力臂是隨凸輪轉(zhuǎn)角而變化的,因而即使輸入制動(dòng)凸輪軸的力矩不變,凸輪對(duì)蹄的促動(dòng)力也會(huì)隨凸輪轉(zhuǎn)角而變化。2.4方案確定本次設(shè)計(jì)以CQ3253TMG384型貨車(chē)為依據(jù),采用領(lǐng)從蹄鼓式制動(dòng)器,且為凸輪式制動(dòng)器。由于重型貨車(chē)的行駛速度一般較低,而且通常是是長(zhǎng)距離運(yùn)輸,則采用操縱輕便,工作可靠,不易出故障,維修方便的氣壓制動(dòng), 一般氣壓制動(dòng)的重型貨車(chē)都采用凸輪制動(dòng)器。2.5本章小結(jié)本章確定了制動(dòng)系統(tǒng)方案為制動(dòng)系統(tǒng)采用氣壓制動(dòng)控制機(jī)構(gòu),重型貨車(chē)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)為后輪鼓式制動(dòng)器,并采用氣壓制動(dòng),制動(dòng)凸輪與制動(dòng)蹄之間采用滾輪傳動(dòng),借以提高機(jī)械效率。 第3章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1制動(dòng)系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的參數(shù)數(shù)據(jù)是采用CQ3253TMG384貨車(chē)的具體參數(shù)如下: 整車(chē)質(zhì)量: 空載:8900kg 滿(mǎn)載:18900kg質(zhì)心至前軸的距離: 空載:2674mm 滿(mǎn)載:3822mm質(zhì)心至后軸的距離: 空載:2926mm 滿(mǎn)載:1778mm 質(zhì)心高度: 空載:hg=1052mm 滿(mǎn)載:hg=1211mm軸 距: L=5600mm最高車(chē)速: 85km/h輪 胎: 11.00-203.2同步附著系數(shù)的分析汽車(chē)制動(dòng)時(shí),若忽略路面對(duì)車(chē)輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩,則對(duì)任意角速度0的車(chē)輪,其力矩平衡方程為 (3.1)式中:制動(dòng)器對(duì)車(chē)輪作用的制動(dòng)力矩,即制動(dòng)器的摩擦力矩,其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反,Nm; 地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力,即地面與輪胎之間的摩擦力,又稱(chēng)為地面制動(dòng)力,其方向與汽車(chē)行駛方向相反,N; 車(chē)輪有效半徑,m。令 (3.2)稱(chēng)之為制動(dòng)器制動(dòng)力,它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力。一般汽車(chē)根據(jù)前、后輪制動(dòng)力的分配、載荷情況及道路附著系數(shù)和坡度等因素,當(dāng)制動(dòng)力足夠時(shí),制動(dòng)過(guò)程出現(xiàn)前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)附著條件利用最好6。任何附著系數(shù)路面上前后同時(shí)抱死的條件為(=0.85): (3.3) (3.4)式中:G-汽車(chē)重力;前制動(dòng)器制動(dòng)力,N;后制動(dòng)器制動(dòng)力,N; 質(zhì)心到前軸的距離,mm; 質(zhì)心到后軸的距離,mm。得: =71914N =78522N一般常用制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)來(lái)表示分配比例 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的比例影響到汽車(chē)制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度。要確定值首先就要選取同步附著系數(shù)。一般來(lái)說(shuō),我們總是希望前輪先抱死()。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推薦以及我國(guó)道路條件,車(chē)速不高,所以本車(chē)型取0.5左右為宜。由 (3.5)式中:同步附著系數(shù); 質(zhì)心高度,mm; 軸距,mm; 質(zhì)心到后軸的距離,mm 得: (1)當(dāng)時(shí):制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死,這是一種穩(wěn)定工況,但喪失了轉(zhuǎn)向能力;(2)當(dāng)時(shí):制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死,這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車(chē)失去方向穩(wěn)定性;(3)當(dāng)時(shí):制動(dòng)時(shí)汽車(chē)前、后輪同時(shí)抱死,是一種穩(wěn)定工況,但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。分析表明14,汽車(chē)在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車(chē)輪同時(shí)抱死)時(shí),其制動(dòng)減速度為,即,為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí),達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度這表明只有在的路面上,地面的附著條件才可以得到充分利用6。根據(jù)相關(guān)資料查出貨車(chē)0.5,故取=0.74。為保證汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率,ECE的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定,在各種載荷條件下,轎車(chē)在0.15q0.8,其他汽車(chē)在0.15q0.3的范圍內(nèi),前輪應(yīng)先抱死;在車(chē)輪尚未抱死的情況下,在0.150.8的范圍內(nèi),必須滿(mǎn)足q。3.3 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩確定應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩,以保證汽車(chē)有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。雙軸汽車(chē)前后車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用或前后車(chē)輪同時(shí)抱死的制動(dòng)力之比為 (3.6) 式中:前制動(dòng)器制動(dòng)力,N; 后制動(dòng)器制動(dòng)力,N; 質(zhì)心到前軸的距離,mm; 質(zhì)心到后軸的距離,mm。 同步附著系數(shù),0.74。 通常上式的比值為轎車(chē)1.3 到1.6,貨車(chē)為0.5到0.7。因此可知前后制動(dòng)器比值符合要求由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩: (3.7)式中:該車(chē)所能遇到的最大附著系數(shù); 制動(dòng)強(qiáng)度; 車(chē)輪有效半徑; 后軸最大制動(dòng)力矩; 汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量; 汽車(chē)軸距; 其中故后軸Nm前軸Nm3.4鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù)選擇在有關(guān)的整車(chē)總布置參數(shù)和制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式確定以后,就可以參考已有的同類(lèi)型、同等級(jí)汽車(chē)的同類(lèi)制動(dòng)器,對(duì)制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初選。3.4.1 制動(dòng)鼓直徑當(dāng)輸出力一定時(shí),制動(dòng)鼓的直徑越大,制動(dòng)力矩也越大,散熱性能也越好。但止境的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制,而且直徑的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增大,使汽車(chē)的非懸掛質(zhì)量增大,而不利于汽車(chē)的行駛平順性。制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)有相當(dāng)?shù)拈g隙,此間隙一般不小于2030mm,以利于散熱通風(fēng),也可避免由于輪輞過(guò)熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪輞的尺寸及渴求得制動(dòng)鼓直徑的尺寸。另外,制動(dòng)鼓直 D=20mmD=355.6-421.64 mm通過(guò)查表3.1得制動(dòng)鼓內(nèi)徑D=420mm徑與輪輞直徑之比為根據(jù)QC/T309-1999制動(dòng)鼓工作及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列 制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量,制動(dòng)時(shí)溫升不應(yīng)超過(guò)極限值。制動(dòng)鼓材料應(yīng)與摩擦襯片相匹配,以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。表3.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑選取對(duì)照表輪輞直徑/in1213141516制動(dòng)鼓內(nèi)徑/mm轎車(chē)180200240260-轎車(chē)220240260300320制動(dòng)鼓相對(duì)于輪轂的對(duì)中是圓柱表面的配合來(lái)定位,并在兩者裝配緊固后精加工制動(dòng)鼓內(nèi)工作表面,以保證兩者的軸線重合。兩者裝配后還需進(jìn)行動(dòng)平衡。其許用不平衡度對(duì)轎車(chē)為15Ncm20 Ncm;對(duì)貨車(chē)為30 Ncm40 Ncm。微型轎車(chē)要求其制動(dòng)鼓工作表面的圓度和同軸度公差0.03mm,徑向跳動(dòng)量0.05mm,靜不平衡度1.5N.cm11。制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其熱容量,但試驗(yàn)表明,壁厚由ll mm增至20 mm時(shí),摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的壁厚:轎車(chē)為7mm12mm;中、重型載貨汽車(chē)為13mm18mm8。制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)外緣可開(kāi)小孔,用于檢查制動(dòng)器間隙。由上述可以確定本次設(shè)計(jì)采用的材料是HT20-40;制動(dòng)鼓的壁厚是14.5mm;進(jìn)行制動(dòng)鼓建模的時(shí)候會(huì)用到這個(gè)數(shù)值。3.4.2 摩擦襯片寬度b和包角摩擦襯片的包角可在9001200范圍內(nèi)選取,試驗(yàn)表明,摩擦襯片包角在9001200時(shí),磨損最小,制動(dòng)鼓溫度也最低,且制動(dòng)效能最高。再減小包角雖有利于散熱,但由于單位壓力過(guò)高將加速磨損。包角一般不宜大于1200,因過(guò)大不僅不利于散熱,而且易使制動(dòng)作永不平順,甚至可能發(fā)生自鎖。摩擦襯片寬度較大可以降低單位壓力、減小磨損,但過(guò)大則不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動(dòng)時(shí)使單位壓力不超過(guò)2.5 M的條件來(lái)選擇襯片寬度的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按摩擦片的產(chǎn)品規(guī)格選擇寬度值。另外,根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料可知,單個(gè)鼓式制動(dòng)器總的摩擦襯片面積隨汽車(chē)總質(zhì)量的增大而增大。而單個(gè)摩擦襯片的面積又決定與制動(dòng)鼓的半徑,襯片寬度及包角。即 (3.8) 式中,包角以弧度為單位,當(dāng)面積、包角、半徑確定后,由上式可以初選襯片寬度的尺寸。 制動(dòng)器各蹄摩擦襯片總面積越大,制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單位面積正壓力越小,從而磨損也越小。 a、參考同類(lèi)汽車(chē)選取,一般b/D=0.160.26,取0.25,故b=115mmb、取蹄包角 領(lǐng)蹄包角 從蹄包角 (3.9)式中:?jiǎn)蝹€(gè)摩擦襯片的面積,mm2; 制動(dòng)鼓內(nèi)徑,mm; 摩擦片的寬度,mm; 領(lǐng)蹄包角,; 從蹄包角,; 得: =4203.14105(100+100)/360= 80776.5mm2c、摩擦襯片起始角,一般將襯片布置在制動(dòng)蹄的中央,即令:有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況,將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱(chēng)布置,以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。3.4.3 制動(dòng)器中心到張開(kāi)力P作用線和距離e在保證輪缸能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件,應(yīng)使距離e盡可能大,以提高制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)可取 e=0.8R (3.10) 式中:制動(dòng)器中心到張開(kāi)力距離mm; 制動(dòng)鼓半徑,mm。 故e=168mm 3.4.4制動(dòng)蹄支銷(xiāo)中心的坐標(biāo)位置是k 與 c制動(dòng)蹄支銷(xiāo)中心的坐標(biāo)尺寸 k 是應(yīng)盡可能地小, 以不使兩制動(dòng)蹄端毛面相碰擦為準(zhǔn),使尺寸 c 盡可能地大,設(shè)計(jì)可定 c=0.8R (3.11) 式中:c制動(dòng)器中心到張開(kāi)力距離mm; 制動(dòng)鼓半徑,mm。故c=168mm K盡可能的小,以使c盡可能的大,初步設(shè)計(jì)取k=28mm。制動(dòng)蹄的支承采用二自由度制動(dòng)篩的支承,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,并能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自行定位。為了使具有支承銷(xiāo)的一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄的工作表面與制動(dòng)鼓的工作表面同軸心,應(yīng)使支承位置可調(diào)。例如采用偏心支承銷(xiāo)或偏心輪。支承銷(xiāo)由45號(hào)鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵(KTH37012)或球墨鑄鐵(QT40018)件。青銅偏心輪可保持制動(dòng)蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。具有長(zhǎng)支承銷(xiāo)的支承能可靠地保持制動(dòng)蹄的正確安裝位置,避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置,使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板,而在輪缸活塞頂塊上或在張開(kāi)機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開(kāi)槽供制動(dòng)蹄腹板張開(kāi)端插入,以保持制動(dòng)蹄的正確位置。制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度,轎車(chē)的約為3mm5mm;貨車(chē)的約為5mm8mm。摩擦襯片的厚度,轎車(chē)多為4.5mm5mm;貨車(chē)多為8mm以上。襯片可鉚接或粘貼在制動(dòng)蹄上,粘貼的允許其磨損厚度較大,使用壽命增長(zhǎng),但不易更換襯片;鉚接的噪聲較小9。本次制動(dòng)蹄采用的材料為Q235。制動(dòng)蹄腹板和緣翼的厚度取6mm,摩擦襯片的厚度取10mm。3.4.5摩擦片摩擦系數(shù)選擇摩擦片時(shí)不僅希望其摩擦系數(shù)要高些,更要求其熱穩(wěn)定性要好,受溫度和壓力的影響要小。不能單獨(dú)地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù),應(yīng)提高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性要求,后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.30.5之間,少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái),摩擦系數(shù)越高的材料,其耐磨性越差。所以在制動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的摩擦片材料溫度低于250度時(shí),保持摩擦系數(shù)在0 .30.4已無(wú)大問(wèn)題。因此,在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩,取0.3可使計(jì)算結(jié)果接近世紀(jì)。另外,在選擇摩擦材料時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對(duì)人體無(wú)害的材料。制動(dòng)摩擦材料應(yīng)只有角而穩(wěn)定的摩擦系數(shù),抗熱衰退性能要好,不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降,材料應(yīng)有好的耐磨性,低的吸水(油、制動(dòng)液)率,低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率(要求摩擦襯塊么300的加熱板上:作用30min后,背板的溫度不越過(guò)190)和低的熱膨脹率,高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購(gòu)性能和耐沖擊性能;制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕丁.?dāng)前,在制動(dòng)器生產(chǎn)中廣泛采用著模壓材料,它是以石棉纖維為主并均樹(shù)脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無(wú)機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹(shù)脂等配成)勺噪聲消除別(主要成分為石墨)等混合后,在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓性較差故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓3。其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹(shù)脂配料,使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。3.4.6制動(dòng)底板的材料選擇制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)器各零件的安裝基體,應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置5。制功底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩,因此它應(yīng)有足夠的剛度。為此,由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板均只有凹凸起伏的形狀。重型汽車(chē)則采用可聯(lián)鑄鐵KTH37012的制動(dòng)底板。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小,踏板行程加大,襯片磨損也不均勻。本次設(shè)計(jì)采用KTH37012。3.4.7制動(dòng)氣室的選擇制動(dòng)氣室有膜片式和活塞式兩種。膜片式的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,對(duì)室壁的加工要求不高,無(wú)摩擦副,密封性好。活塞式的行程較長(zhǎng),推力一定但有磨損,通過(guò)比較我選擇膜片式制動(dòng)氣室。兩蹄的張開(kāi)力、與制動(dòng)氣室的推力之間的關(guān)系由下式表示: (3.12)式中:,對(duì)凸輪中心的力臂,mm; 力對(duì)凸輪軸線的力臂,mm; 得: N為了輸出力,制動(dòng)氣室的工作面積為 (3.13)式中:制動(dòng)氣室的工作壓力,MPa; 得: mm2 制動(dòng)氣室的工作半徑為 (3.14)式中:制動(dòng)氣室的工作面積,mm2 ;得: mm則取77mm3.5同一制動(dòng)器各蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí),必須建立制動(dòng)蹄對(duì)制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系,其計(jì)算公式如下對(duì)于增勢(shì)蹄: (3.15) (3.16)其中: 為壓力分布不均勻時(shí)蹄片上的最大壓力。 =239.7對(duì)于減勢(shì)蹄: (3.17) (3.18)式中: 為壓力分布不均勻時(shí)蹄片上的最大壓力。 =235.4增勢(shì)蹄的制動(dòng)力矩 =減勢(shì)蹄的制動(dòng)力矩制動(dòng)鼓上的制動(dòng)力矩等于兩蹄摩擦力矩之和,即凸輪張開(kāi)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器由于,故所需的張開(kāi)力為 N N 計(jì)算蹄式制動(dòng)器必須檢查蹄有無(wú)自鎖的可能。蹄式制動(dòng)器的自鎖條件為即式成立,則不會(huì)自鎖。故此蹄式制動(dòng)器不會(huì)自鎖。3.6制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)計(jì)算1、領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄因數(shù):圖3.1 鼓式制動(dòng)器簡(jiǎn)化受力圖 根據(jù)公式 : (3.19) 得 : =0.79 h/b=2;c/b=0.82、從蹄制動(dòng)蹄因數(shù) 根據(jù)公式 (3.20) 得 =0.48 3.7本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是完成了同步附著參數(shù)及鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù)設(shè)計(jì),還確定了鼓式制動(dòng)器的主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第4章 制動(dòng)性能分析汽車(chē)的制動(dòng)性是指汽車(chē)在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車(chē)速至停車(chē)或下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車(chē)速的能力。4.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車(chē)制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià):(1)制動(dòng)效能,即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度;(2)制動(dòng)效能的穩(wěn)定性,即抗衰退性能;(3)制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性,即制動(dòng)時(shí)汽車(chē)不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能2。4.2制動(dòng)效能制動(dòng)效能是指在良好路面上,汽車(chē)以一定初速度制動(dòng)到停車(chē)的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的減速度。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小,制動(dòng)減速度越大,汽車(chē)的制動(dòng)效能就越好9。4.3制動(dòng)效能的恒定性制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車(chē)在高速行駛或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。因?yàn)橹苿?dòng)過(guò)程實(shí)際上是把汽車(chē)行駛的動(dòng)能通過(guò)制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能,所以制動(dòng)器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能,已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。4.4制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性,常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)給定路徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車(chē)將偏離原來(lái)的路徑。制動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)維持直線行駛,或按預(yù)定彎道行駛的能力稱(chēng)為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況5。制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時(shí),汽車(chē)將偏離給定的行駛路徑。因此,常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)按給定路徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測(cè)試時(shí)都要求了其試驗(yàn)通道的寬度。方向穩(wěn)定性是從制動(dòng)跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力等方面考驗(yàn)。制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè): (1)汽車(chē)左右車(chē)輪,特別是轉(zhuǎn)向軸左右車(chē)輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等。 (2)制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)(互相干涉)。前者是由于制動(dòng)調(diào)整誤差造成的,是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。側(cè)滑是指汽車(chē)制動(dòng)時(shí)某一軸的車(chē)輪或兩軸的車(chē)輪發(fā)生橫向滑動(dòng)的現(xiàn)象。最危險(xiǎn)的情況是在高速制動(dòng)時(shí)后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時(shí)抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死2。理論上分析如下,真正的評(píng)價(jià)是靠實(shí)驗(yàn)的。4.5制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析對(duì)于一般汽車(chē)而言,根據(jù)其前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素,當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí),制動(dòng)過(guò)程可能出現(xiàn)如下三種情況:(1)前輪先抱死拖滑,然后后輪抱死拖滑。(2)后輪先抱死拖滑,然后前輪抱死拖滑。(3)前、后輪同時(shí)抱死拖滑。 所以,前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配將影響汽車(chē)制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度,是設(shè)計(jì)汽車(chē)制動(dòng)系必須妥善處理的問(wèn)題。根據(jù)所給參數(shù)及制動(dòng)力分配系數(shù),應(yīng)用MATLAB編制出制動(dòng)力分配曲線如下:當(dāng)I線與線相交時(shí),前、后輪同時(shí)抱死。當(dāng)I線在線下方時(shí),前輪先抱死。當(dāng)I線在線上方時(shí),后輪先抱死通過(guò)圖3.1可以看出相關(guān)參數(shù)和制動(dòng)力分配系數(shù)的合理性16。4.6制動(dòng)減速度制動(dòng)系的作用效果,可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來(lái)評(píng)價(jià)。假設(shè)汽車(chē)是在水平的,堅(jiān)硬的道路上行駛,并且不考慮路面附著條件,因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)= (4.1)式中:汽車(chē)前、后輪制動(dòng)力矩的總合。= M+ M=46820Nm r滾動(dòng)半徑 r=542,5mmGa汽車(chē)總重 Ga=18900kg代入數(shù)據(jù)得=46820/00.542518900=4.6m/s貨車(chē)的制動(dòng)減速度應(yīng)在4.4-6m/s,所以符合要求。4.7制動(dòng)距離S在勻減速度制動(dòng)時(shí),制動(dòng)距離S為 S=1/3.6(t+ t/2)Va+ Va/254 (4.2) 式中:t消除蹄與制動(dòng)鼓間隙時(shí)間,取0.2s t制動(dòng)力增長(zhǎng)過(guò)程所需時(shí)間取0.6s 故S=1/3.6(0.2+ 0.6/2)30+ 30/2540.85=8m 轎車(chē)的最大制動(dòng)距離為:S=0.1V+V/150 V取30km/小時(shí)。 S=0.1+30/150=9m SS 所以符合要求。4.8摩擦襯片的磨損特性計(jì)算摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì),表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān),因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明,摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程,是將其機(jī)械能(動(dòng)能、勢(shì)能)的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中,制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車(chē)全部動(dòng)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來(lái)不及逸散到大氣中,致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大,則摩擦襯片(襯塊)的磨損亦愈嚴(yán)重5。1、 比能量耗散率雙軸汽車(chē)的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別 (4.3) (4.4)式中:汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù),緊急制動(dòng)時(shí),; 汽車(chē)總質(zhì)量; ,汽車(chē)制動(dòng)初速度與終速度,/;計(jì)算時(shí)轎車(chē)取18/; 制動(dòng)時(shí)間,;按下式計(jì)算 t=18/4.6=3.9 (4.5) 制動(dòng)減速度, 0.6106; ,前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積;=80776.5mm 制動(dòng)力分配系數(shù)。則 =0.039 =0.05貨車(chē)鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于0.2,故符合要求。2、 比滑磨功磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過(guò)程中由最高制動(dòng)初速度至停車(chē)所完成的單位襯片面積的滑磨功,即比滑磨功來(lái)衡量: (4.6)式中:汽車(chē)總質(zhì)量 車(chē)輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積,=4791.04cm; 許用比滑磨功,轎車(chē)取1000J/1500J/。 L=1497J/1000J/1500J/故符合要求。4.9駐車(chē)制動(dòng)計(jì)算(1)汽車(chē)可能停駐的極限上坡路傾斜角 (4.7) 式中:車(chē)輪與輪面摩擦系數(shù),取0.85; 汽車(chē)質(zhì)心至前軸間距離; 軸距; 汽車(chē)質(zhì)心高度。 滿(mǎn)載時(shí) =52.4 空載時(shí) = =42.42最大停駐坡高度應(yīng)不小于16%20%,故符合要求。(2)汽車(chē)可能停駐的極限下坡路傾斜角 (4.8) 滿(mǎn)載時(shí) =26.1空載時(shí) =18.9最大停駐坡高度應(yīng)不小于16%20%,故符合要求。4.10本章小結(jié) 本章的主要通過(guò)對(duì)制動(dòng)減速度,制動(dòng)距離和摩擦片的磨損特性以及駐車(chē)制動(dòng)時(shí)的角度進(jìn)行了分析和計(jì)算。所得到的數(shù)值都滿(mǎn)足于制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的需要。第5章 鼓式制動(dòng)器的三維建模Pro/ENGINEER Wildfire 是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)地機(jī)械自動(dòng)化軟件,是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng),并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。Pro/ENGINEER Wildfire 簡(jiǎn)單易用,功能強(qiáng)大、互聯(lián)互通,進(jìn)一步加強(qiáng)了產(chǎn)品的實(shí)用性,增加了許多實(shí)用的新功能,提高了整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)體系中的個(gè)人效率和過(guò)程效率,能夠節(jié)省時(shí)間和成本,并提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前,Pro/ENGINEER Wildfire 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車(chē)、電器、磨具等領(lǐng)域10。本章就是以Pro/ENGINEER Wildfire 軟件進(jìn)行關(guān)于對(duì)鼓式制動(dòng)器模型的三維建模。5.1制動(dòng)蹄的建模打開(kāi)PRO/E工具軟件,新建一個(gè)“零件”,命名“zhidongti”,(1) 利用“拉伸工具”.選擇FRONT面作為基準(zhǔn)平面,進(jìn)入草繪模式,繪制出制動(dòng)蹄翼板的側(cè)面圖形,拉伸的距離為57.5mm。(如圖5-1)。(2) 利用“拉伸工具”制動(dòng)蹄腹板為6mm并拉伸孔(如圖5-2)。(3) 利用“筋”特征做出如圖的筋形狀(圖5-3)。(4) 做出基準(zhǔn)面用“拉伸”的八個(gè)實(shí)體圓柱(圖5-4)。(5) 用“拉伸”得到孔完成制動(dòng)蹄的建模(圖5-5),將以上的操作都鏡像得到實(shí)體(如圖5-6)。 圖5-1 翼板 圖5-2 腹板 圖5-3 筋 圖5-4 柱 圖5-5 鏡像 圖5-6 制動(dòng)蹄 5.2摩擦片的建模 利用“拉伸”工具就可以完成建模,在草繪階段繪制圓弧時(shí)保證弧度形成為100度 圖5-7 摩擦片 的包角;摩擦片的厚度為10mm。拉伸厚度為57.5mm。單擊“完成”得到半片摩擦片,并要在此摩擦片上進(jìn)行“打孔”操作,再選取這個(gè)模型利用“鏡像”工具得到完整摩擦片(如圖5-7)。 5.3彈簧建模 新建立一個(gè)“零件”,命名為“tanhuang”。單擊“插入”“螺旋掃描”“伸出項(xiàng)” ;然后確定草繪平面,操作步驟如下圖5-8所示:圖5-8 操作截圖 彈簧的高度是96.5mm;在生成彈簧的過(guò)程中,確定其彈簧的“節(jié)距值:4.5” ;確定后進(jìn)入第二次草繪平面進(jìn)行彈簧粗細(xì)大小的確定。最后單擊“完成”得到彈簧模型。如圖5-9所示。 圖5-9彈簧5.4凸輪軸的建模 新建零件圖名為tulunzhou,草繪出凸輪軸的形狀,完成后用“拉伸工具”拉伸24mm,再用“拉伸工具”做出圓柱軸60mm.得到圖5-10 圖5-10凸輪軸5.5制動(dòng)底板的建模制動(dòng)底板是制動(dòng)蹄、凸輪軸以及支撐銷(xiāo)等零件的裝配承載底板,并要與制動(dòng)鼓結(jié)合在一起。所以他的建模必須考慮到其它零件的尺寸大小,特別是固定制動(dòng)蹄的部分,與放置制動(dòng)輪缸的平面。運(yùn)用PRO/E軟件進(jìn)行制動(dòng)底板的建模要綜合運(yùn)用了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。最終得到制動(dòng)底板模型。如圖5-11所示。5.6制動(dòng)鼓的建模 制動(dòng)鼓的建模,主要運(yùn)用的是“旋轉(zhuǎn)”命令。輸入計(jì)算的尺寸,進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn);再用“打孔”工具進(jìn)行軸孔和螺栓孔的建立。最后可以得到制動(dòng)鼓模型如圖5-12所示 圖5-11制動(dòng)底板
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