鉗盤式制動(dòng)器三維設(shè)計(jì)(含三維SW模型+CAD圖紙說明書)
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摘 要 1
第1章 緒論 5
1.1汽車制動(dòng)器作用 5
1.2汽車制動(dòng)器分類 5
1.2.1鉗盤式制動(dòng)器 6
1.2.2全盤式制動(dòng)器 7
1.3汽車制動(dòng)器性能要求 7
1.3.1良好的制動(dòng)效能 7
1.3.2制動(dòng)效能恒定性 7
1.3.3制動(dòng)方向穩(wěn)定性 7
1.3.5制動(dòng)平順性 8
1.4盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)流程 8
1.5車輛總布置參數(shù)選擇 8
第2章 制動(dòng)器主要零件參數(shù)設(shè)計(jì)與校核 9
2.1制動(dòng)盤主要參數(shù)確定 9
2.1.1制動(dòng)盤直徑 9
2.1.2制動(dòng)盤厚度 9
2.2摩擦襯塊主要參數(shù)確定 9
2.2.1摩擦襯塊內(nèi)外半徑確定 9
2.2.2摩擦襯塊有效制動(dòng)半徑計(jì)算 10
2.2.3摩擦襯塊面積計(jì)算 10
2.2.4摩擦襯塊參數(shù)校核 11
2.3制動(dòng)輪缸參數(shù)確定 13
第3章 制動(dòng)器主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.1制動(dòng)盤 14
3.1.1制動(dòng)盤材料及加工要求 14
3.1.2制動(dòng)盤分類及選擇 14
3.2制動(dòng)鉗 15
3.3制動(dòng)塊 16
3.4摩擦材料 16
3.5制動(dòng)器工作間隙 17
結(jié) 論 18
參考文獻(xiàn) 19
致 謝 20
第1章 緒論
1.1汽車制動(dòng)器作用
在我們平時(shí)實(shí)使用汽車的過程中,通常會(huì)出現(xiàn)一些不確定因素致使我們不得不采取緊急減速或者剎車的情況,因此制動(dòng)剎車系統(tǒng)對于汽車的安全性能至關(guān)重要。通過分析車的行駛情況,可知當(dāng)給車一個(gè)反作用力,即與行駛方向相反的力能夠促使車實(shí)現(xiàn)減速或者剎車功能,其實(shí)能夠讓車減速或者停車的因素有很多,例如車在爬坡時(shí)的阻力、空氣也會(huì)給車阻力等等,但是這些因素都是不可控的,因此要設(shè)計(jì)一個(gè)力能夠在可控的情況助力車減速或者停車。而實(shí)現(xiàn)這一功能的終端裝置,便是制動(dòng)器。所以制動(dòng)器的功能便是通過駕駛員施加在制動(dòng)踏板上的力經(jīng)過傳動(dòng)至制動(dòng)器上,制動(dòng)器將輪胎夾緊從而產(chǎn)生與車輛行駛方向的反作用力使得車輛減速或停車。
1.2汽車制動(dòng)器分類
傳統(tǒng)汽車制動(dòng)器可規(guī)劃為3種:行車制動(dòng)系統(tǒng)、駐車制動(dòng)系統(tǒng)以及應(yīng)急、安全和輔助制動(dòng)系統(tǒng)。因本次設(shè)計(jì)課題為鉗盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì),隸屬于行車制動(dòng)部分,所以將其作為重點(diǎn),剩余兩種不在過多介紹與解釋。
行車制動(dòng)器又稱車輪制動(dòng)器,原因是其工作原理是:車輪作為運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)元件,需要通過固定元件將其夾緊從而產(chǎn)生制動(dòng)力矩使得車輛減速。在現(xiàn)在所有的汽車當(dāng)中,汽車制動(dòng)器主要分為鼓式制動(dòng)器和盤式制動(dòng)器兩種。
圖1.2.1 制動(dòng)器分類示意圖
1.2.1鉗盤式制動(dòng)器
鉗盤式制動(dòng)器,顧名思義其形狀猶如鉗子一樣,鉗子的兩端夾緊部分為制動(dòng)塊,制動(dòng)塊是由直接與制動(dòng)盤接觸的摩擦塊和金屬背板所組成。為了提高制動(dòng)性能,在每個(gè)制動(dòng)器上,一般存在多個(gè)制動(dòng)塊以保證摩擦面積在每個(gè)制動(dòng)器中,其數(shù)量最小為2塊,最多為4塊。這些制動(dòng)塊及其促動(dòng)裝置都裝在橫跨制動(dòng)盤兩側(cè)的夾鉗形支架中,稱為制動(dòng)鉗。鉗盤式制動(dòng)器散熱能力強(qiáng),熱穩(wěn)定性好,故廣泛應(yīng)用于大多數(shù)轎車和輕型貨車上。
定鉗盤式制動(dòng)器
工作原理:車橋上的制動(dòng)鉗是固定的,它既不能沿制動(dòng)盤軸線方向移動(dòng),也不能旋轉(zhuǎn),因而其必須在制動(dòng)盤兩側(cè)裝有推進(jìn)裝置,俗稱制動(dòng)塊促動(dòng)裝置(例如相當(dāng)于制動(dòng)輪缸的液壓缸),以便兩塊制動(dòng)塊受力后能向中間擠壓制動(dòng)盤。
圖1.2.2 定鉗盤制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖
1-制動(dòng)盤,2-制動(dòng)活塞,3-剎車片,4-剎車油,5-制動(dòng)鉗,6-轉(zhuǎn)向節(jié)凸緣
如1.2.2圖所示,定鉗盤式制動(dòng)器組成與工作順序:
工作順序:駕駛員踩踏制動(dòng)踏板→制動(dòng)液受到壓力開始通過制動(dòng)油管傳輸→制動(dòng)液進(jìn)入制動(dòng)輪缸為其增加壓力→制動(dòng)活塞在制動(dòng)液的作用下向制動(dòng)盤移動(dòng)→制動(dòng)塊受力擠壓到制動(dòng)盤上。這時(shí)制動(dòng)盤就處于夾緊狀態(tài),產(chǎn)生與車輛行駛方向的反作用力,實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。
浮鉗盤式制動(dòng)器
浮鉗盤式制動(dòng)器無論是在工作原理和安裝位置上與定鉗盤制動(dòng)器均有不同,首先在安裝位置上,浮鉗盤制動(dòng)器是可以移動(dòng)的,其移動(dòng)的方向是制動(dòng)盤的軸向。
圖1.2.3 浮鉗盤制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖
1-制動(dòng)鉗,2-導(dǎo)向銷,3-制動(dòng)鉗支架,4-制動(dòng)盤,5-固定制動(dòng)塊,6-活動(dòng)制動(dòng)塊,7-活動(dòng)摩擦塊,8-活塞
如1.2.3圖所示,浮鉗盤式制動(dòng)器組成與工作順序:
工作順序:駕駛員踩踏制動(dòng)踏板→制動(dòng)液受到壓力開始通過制動(dòng)油管傳輸→制動(dòng)液進(jìn)入制動(dòng)輪缸為其增加壓力→在制動(dòng)液的作用下,活塞向活動(dòng)制動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)→活制動(dòng)塊在活塞的作用下與制動(dòng)盤發(fā)生摩擦產(chǎn)生于活塞相反的力→制動(dòng)鉗沿著導(dǎo)向銷2向右運(yùn)動(dòng)(活塞是固定在制動(dòng)鉗上)→固定制動(dòng)塊在制動(dòng)鉗的帶動(dòng)下向著制動(dòng)盤方向運(yùn)動(dòng)并與其接觸,產(chǎn)生摩擦。這時(shí)活動(dòng)制動(dòng)塊與固定制動(dòng)塊全部擠壓在制動(dòng)盤上,產(chǎn)生與車輛行駛方向的反作用力,實(shí)現(xiàn)車輛制動(dòng)。
1.2.2全盤式制動(dòng)器
之所以稱之為全盤式制動(dòng)器,是因?yàn)槠渑c鉗盤制動(dòng)器的不同,鉗盤式制動(dòng)器是以一點(diǎn)的摩擦帶動(dòng)整體減速,而全盤式制動(dòng)器則是所有的工作面全部和制動(dòng)塊接觸,正在摩擦面積從而增大阻力,所以在大型汽車上,因車輛重量較大,慣性恒大,所以要求制動(dòng)系統(tǒng)能夠產(chǎn)生更大的制動(dòng)力,為此采用全盤式制動(dòng)器。全盤式制動(dòng)器摩擦副的固定元件和旋轉(zhuǎn)元件都是圓盤形的,分別稱為固定盤和旋轉(zhuǎn)盤。
圖1.2.4全盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)示意圖
1.3汽車制動(dòng)器性能要求
為了保證汽車在行駛過程中的安全性,制動(dòng)系必須滿足下列要求。
1.3.1良好的制動(dòng)效能
作為汽車中關(guān)乎安全的關(guān)鍵組成,對于其性能的指標(biāo),在GB/T7258中有明確的要求,在該國標(biāo)中從四個(gè)方面定義了汽車的制動(dòng)效能,分別是距離、減速度、力矩大小和時(shí)間長短。并根據(jù)這四項(xiàng)指標(biāo),制定了汽車制動(dòng)檢驗(yàn)項(xiàng)目和嚴(yán)格的汽車檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),即汽車臺(tái)式制動(dòng)性能試驗(yàn)。
1.3.2制動(dòng)效能恒定性
制動(dòng)效能指標(biāo)評價(jià)共有兩點(diǎn):熱衰退、水衰退。
熱衰退是指在汽車在剛開始制動(dòng)的情況下,即車輛在較為寒冷的情況下(制動(dòng)器的工作溫度小于100℃)討論的。此時(shí),若汽車需要長時(shí)間制動(dòng)或者在車輛快速行駛時(shí)緊急制動(dòng),制動(dòng)盤上的溫度會(huì)大于300℃,甚至?xí)笥?00-700℃。一旦出現(xiàn)這種情況,制動(dòng)器的摩擦力矩就會(huì)直線下滑,汽車的制動(dòng)效能直線降低。所以,在制動(dòng)性能試驗(yàn)中,會(huì)要求操作者以固定的車速連續(xù)踩踏制動(dòng)踏板12-15次,每次的制動(dòng)減速度為3m/s2,最后的制動(dòng)效能不得低于規(guī)定的冷制動(dòng)情況下制動(dòng)效能的60%。
水衰退是指在汽車的制動(dòng)器被水浸泡后,汽車的制動(dòng)效能也會(huì)降低。為了保證行車安全,需將制動(dòng)器上的水分迅速蒸發(fā),這時(shí)需要制動(dòng)鉗和制動(dòng)器有足夠的接觸以增加摩擦,用摩擦產(chǎn)生的熱量蒸干制動(dòng)盤上的水分,在汽車駕駛?cè)藛T的數(shù)次踩踏制動(dòng)踏板后,達(dá)到此效果。
1.3.3制動(dòng)方向穩(wěn)定性
在車輛行駛的過程中,由于車速較快,在突然踩踏制動(dòng)踏板時(shí),車輪抱死,這時(shí)汽車會(huì)失去控制,將會(huì)出現(xiàn)偏移預(yù)定行駛路線或向一側(cè)滑動(dòng)現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)車身旋轉(zhuǎn)180°,會(huì)給駕駛員造成嚴(yán)重的傷害。所以在車輛的緊急剎車過程中,車輛可以維持預(yù)定行駛路線及按預(yù)定彎道行駛的能力,稱為汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性。
1.3.4操縱輕便
駕駛員在行車過程中,經(jīng)常會(huì)使用制動(dòng)踏板,為了保證駕駛員的操縱舒適性,踩踏制動(dòng)踏板的力不應(yīng)過大:
表1.2.5不同車型制動(dòng)踏板力與行程要求
項(xiàng)目
轎車
貨車
液壓制動(dòng)踏板力(N)
≤500
≤700
踏板行程(mm)
≤120
≤150
1.3.5制動(dòng)平順性
制動(dòng)平順性指的是在隨著駕駛員踩踏制動(dòng)踏板力的增加,作用在制動(dòng)盤上的力矩相應(yīng)增加,一旦駕駛員松開制動(dòng)踏板,作用在其上的力可以迅速解除。
1.4盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)流程
盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)流程:
1. 確定盤式制動(dòng)器主要形式;
2. 根據(jù)所選制動(dòng)器類型選擇相應(yīng)車輛總布置參數(shù);
3. 根據(jù)車輛相關(guān)參數(shù)初選制動(dòng)器部件主要參數(shù);
4. 根據(jù)初選制動(dòng)器主要部件參數(shù)計(jì)算整車制動(dòng)性能是否符合要求;
5. 初選參數(shù)符合要求后,進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。
6. 車輛總布置參數(shù)選擇
本次設(shè)計(jì)主要參照了國內(nèi)某品牌小轎車的技術(shù)參數(shù),確定了如表1.5.1所示的主要技術(shù)參數(shù),主要對該車的前制動(dòng)器進(jìn)行計(jì)算。
表1.5.1 主要技術(shù)參數(shù)
整備質(zhì)量
m=1400kg
滿載總質(zhì)量
m=2250kg
質(zhì)心高度
空載
hg=640mm
滿載
hg=670mm
汽車質(zhì)心離前軸的距離
空載
L1=1080mm
滿載
L1=1345mm
汽車質(zhì)心離后軸的距離
空載
L2=1635mm
滿載
L2=1370mm
軸距
L=2715mm
最高車速
Vmax=190km/h
輪距
前輪
1555mm
后輪
1535mm
輪胎
185/65R16
同步附著系數(shù)
0.6
軸荷
1315/1690
車輪工作半徑
357mm
第2章 制動(dòng)器主要零件參數(shù)設(shè)計(jì)與校核
2.1制動(dòng)盤主要參數(shù)確定
2.1.1制動(dòng)盤直徑
根據(jù)汽車設(shè)計(jì)中汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)講述,得知制動(dòng)系統(tǒng)的性能與制動(dòng)有效半徑呈正比,而制動(dòng)有效半徑的大小與制動(dòng)盤的大小有著直接關(guān)系,所以理論上說制動(dòng)盤的直徑越大越好。但是在車輛實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中,收到了輪胎輪輞大小的限制,制動(dòng)盤的直徑必須小于輪胎輪輞的直徑。通常,制動(dòng)盤在設(shè)計(jì)過程中制動(dòng)盤直徑為輪輞直徑的的70%~79%,由于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所選擇車輛的滿載總質(zhì)量為2250kg,所以在制動(dòng)盤設(shè)計(jì)過程中,制動(dòng)盤直徑為輪輞直徑的79%。
本設(shè)計(jì)的盤式制動(dòng)器因輪輞直徑為16英寸,經(jīng)計(jì)算得到制動(dòng)盤直徑,所以制動(dòng)盤直徑取320mm,如圖2.1.1所示:
圖2.1.1 制動(dòng)盤直徑
2.1.2制動(dòng)盤厚度
制動(dòng)盤的質(zhì)量和汽車在制動(dòng)過程中溫度的變化直接受到制動(dòng)盤厚度的影響。制動(dòng)盤分為兩種,一種是實(shí)心式一種是通風(fēng)式。通過汽車設(shè)計(jì)一書了解[1],通風(fēng)式制動(dòng)盤的厚度通常在20-30mm之間,再設(shè)計(jì)制動(dòng)盤厚度的過程中,必須控制制動(dòng)盤質(zhì)量和保證制動(dòng)盤升溫。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)制動(dòng)盤采用通風(fēng)式制動(dòng)盤,厚度取25mm,如圖2.1.2所示:
圖2.1.2 制動(dòng)盤厚度
2.2摩擦襯塊主要參數(shù)確定
2.2.1摩擦襯塊內(nèi)外半徑確定
經(jīng)過查閱汽車設(shè)計(jì)[1]得知摩擦襯片的外半徑與內(nèi)半徑的關(guān)系。
外半徑/內(nèi)半徑≤1.5,反之會(huì)導(dǎo)致在制動(dòng)過程中的磨損不均與情況,時(shí)間長則會(huì)導(dǎo)致摩擦襯片所受制動(dòng)力矩增大,甚至出現(xiàn)剎車失靈情況。由于本次設(shè)計(jì)制動(dòng)盤的半徑為160mm,所以暫定本次設(shè)計(jì)摩擦襯片的外扇形半徑=156mm,如圖2.2.1所示:
圖2.2.1 摩擦襯塊內(nèi)外半徑
根據(jù)外半徑/內(nèi)半徑≤1.5的比值關(guān)系,取比值1.44,經(jīng)計(jì)算得摩擦襯塊內(nèi)半徑=108mm,如圖2.2.1所示:
由上可知摩擦襯塊平均半徑mm
2.2.2摩擦襯塊有效制動(dòng)半徑計(jì)算
現(xiàn)假設(shè)制動(dòng)器工作狀態(tài)良好,則盤式制動(dòng)器摩擦襯塊有效半徑:
其中,此處取有限半徑Rf=130mm。
2.2.3摩擦襯塊面積計(jì)算
經(jīng)查閱資料[10],得到制動(dòng)器摩擦襯塊面積選擇范圍,如下表2.2.3所示:
表2.2.3 摩擦襯塊面積要求范圍
汽車類別
汽車總質(zhì)量
ma/t
單個(gè)制動(dòng)器總的襯塊摩擦面積
轎車
0.9-1.5
100-
1.5-2.5
-300
1.0-1.5
120-
1.5-2.5
150-250
客車與貨車
2.5-3.5
250-400
3.5-7.0
300-650
7.0-12.0
550-1000
12.0-17.0
600-1200
摩擦襯塊單位面積與汽車質(zhì)量成一定關(guān)系,推薦在1.6kg/cm2~3.5kg/cm2范圍內(nèi)選取,通過以下公式計(jì)算可得到單個(gè)前制動(dòng)器總的摩擦襯塊摩擦面積為:
得到:
根據(jù)前期設(shè)計(jì)的摩擦襯塊的大小,其面積數(shù)值在范圍之內(nèi),最后取:
2.2.4摩擦襯塊參數(shù)校核
在這一節(jié)中,我們將驗(yàn)證上述幾個(gè)小節(jié)的參數(shù)是否正確。在驗(yàn)證之前我們需求解一些所需參數(shù)。校核摩擦襯塊的內(nèi)外半徑時(shí),需要我們前輪實(shí)際制動(dòng)力矩是否符合該車型前輪所需制動(dòng)力矩要求。
2.2.4.1前后輪制動(dòng)分配系數(shù)計(jì)算
汽車在水平路面上行駛時(shí),受到多個(gè)單位給其的力與方向,具體受力情況如下圖2.2.4所示,該圖表達(dá)了汽車在水平路面上正常行駛時(shí)受到的所有力與方向:
圖2.2.4 制動(dòng)時(shí)的汽車受力圖
汽車的最大制動(dòng)力指的是汽車在滿載時(shí)其汽車附著質(zhì)量完全被利用,此時(shí)地面對前輪的反作用力Z1和對后輪的反作用力Z2的比值與前后輪制動(dòng)力成正比,即前后輪同時(shí)抱死時(shí)制動(dòng)力之比:
式中:—汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對前軸車輪的法向反力,N;
—汽車制動(dòng)時(shí)水平地面對后軸車輪的法向反力,N;
—汽車軸距,mm;
—汽車質(zhì)心離前軸距離,mm;
—汽車質(zhì)心離后軸距離,mm;
—汽車質(zhì)心高度,mm;
—同步附著系數(shù),取0.8
通過計(jì)算出前后輪抱死時(shí)制動(dòng)力之比,可計(jì)算出前后輪制動(dòng)力分配系數(shù):
2.2.4.2前軸最大制動(dòng)力矩計(jì)算
前軸最大制動(dòng)力矩計(jì)算公式:
式中:—后軸最大制動(dòng)力矩,Nm;
式中:—輪滾動(dòng)半徑=
q-制動(dòng)強(qiáng)度=
由上述兩公式可以計(jì)算出前軸最大制定力矩
根據(jù)所初選計(jì)算的數(shù)據(jù)計(jì)算前軸實(shí)際制動(dòng)力矩:
式中:—摩擦系數(shù)=0.4;
—摩擦襯塊扇形弧度角的一半,取值為pi/6;
—前制動(dòng)器襯塊與制動(dòng)盤之間單位壓力=3N/mm2,取值為pi/6;
最終求得
故摩擦襯塊內(nèi)外半徑設(shè)計(jì)滿足要求。
2.2.4.3比能量耗散率
為了驗(yàn)證該摩擦襯塊的面積是否符合要求,需計(jì)算出該盤式制動(dòng)器的比熱量耗散率是否符合要求,該車輛屬于雙軸車輛,其單個(gè)前輪的比熱量耗散率為:
式中v1,v2代表汽車制動(dòng)時(shí)的初始速度和結(jié)束速度,m/s,查閱資料可得知v1=100km/h,v2=0km/h;
J為制動(dòng)減速度,取0.6g。
綜上所述,比熱量耗散率`
通過查詢資料可知,比能量耗散率針對通過盤式制動(dòng)器制動(dòng)的車輛來說,其值應(yīng)≤。若計(jì)算得到該值≥,汽車在長時(shí)間制動(dòng)后會(huì)出現(xiàn)摩擦襯片磨損嚴(yán)重情況,導(dǎo)致制動(dòng)盤出現(xiàn)裂痕,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生剎車失靈現(xiàn)象,出現(xiàn)安全事故問題。故設(shè)計(jì)符合要求。
2.3制動(dòng)輪缸參數(shù)確定
制動(dòng)輪缸為液壓制動(dòng)系采用的活塞式制動(dòng)蹄張開機(jī)構(gòu),其結(jié)構(gòu)簡單,在車輪制動(dòng)器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔,需鏜磨?;钊射X合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂塊,以支承插入槽中的制動(dòng)蹄腹板端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。多數(shù)制動(dòng)輪缸有兩個(gè)等直徑活塞;此盤式制動(dòng)器用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng),制動(dòng)輪缸直徑計(jì)算公式:
式中:—單側(cè)制動(dòng)塊對制動(dòng)盤壓緊力,N;
—輪缸壓力=10Mpa;
—摩擦系數(shù),0.4;
按照國標(biāo)7524-84中規(guī)定,輪缸直徑的標(biāo)準(zhǔn)尺寸有:14.5 16 17.5 19 22 24 25 28 30 32 35 38 40 45 50 55mm,根據(jù)計(jì)算結(jié)果34.66mm,選取輪缸直徑35mm,如圖2.2.5所示:
圖2.2.5 制動(dòng)輪缸直徑
通過制動(dòng)輪缸直徑可求出前制動(dòng)器單個(gè)輪缸工作容積:
式中:—輪缸活塞數(shù)量=1;
—完全制動(dòng)活塞行程=1mm
第3章 制動(dòng)器主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1制動(dòng)盤
3.1.1制動(dòng)盤材料及加工要求
在車輛制動(dòng)時(shí),制動(dòng)盤作為主要的受力點(diǎn),其制作材料對強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、吸水性有很高的要求,所以制動(dòng)盤一般采用鑄件結(jié)構(gòu),本次設(shè)計(jì)采用制動(dòng)盤材料為灰鑄鐵HT250。
制動(dòng)盤在加工過程中,有著嚴(yán)格的數(shù)據(jù)要求,首先需要保證制動(dòng)盤表面光滑無震紋,制動(dòng)盤左右兩側(cè)的外表面平行度應(yīng)小于等于0.02mm,制動(dòng)盤的表面光潔度應(yīng)小于等于0.1mm,如圖3.1.1所示:
圖3.1.1制動(dòng)盤加工要求
3.1.2制動(dòng)盤分類及選擇
在結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)上,可分為以下兩個(gè)方面:結(jié)構(gòu)形式和通風(fēng)形式
(1).結(jié)構(gòu)形式:
平板式和禮帽式。平板式一般用于貨車使用,多數(shù)是作為全盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。禮帽式一般用于小轎車使用,多數(shù)是作為鉗盤式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)。本次是設(shè)計(jì)采用禮帽式,如圖3.1.2所示:
圖3.1.2 禮帽式制動(dòng)盤
(2).散熱形式
制動(dòng)盤在制動(dòng)過程中發(fā)熱嚴(yán)重,所以制動(dòng)盤需要良好的散熱形式。制動(dòng)盤一般分為實(shí)心式和一體通風(fēng)式、打孔通風(fēng)式,如表3.1.3所示
表3.1.3 不同形式盤類對比
實(shí)體盤
通風(fēng)盤
打孔通風(fēng)盤
熱衰退性能
較鼓式制動(dòng)器稍好
較實(shí)體盤稍好
最好
制動(dòng)性能
一般
高速制動(dòng)時(shí)表現(xiàn)優(yōu)越
激烈駕駛時(shí),較其他兩種較好
價(jià)格
最低,市場占有率大
居中
最高,應(yīng)用于高級(jí)轎車
根據(jù)表3.1.3,本次鉗盤式制動(dòng)器選擇通風(fēng)盤類型,如圖3.1.4所示:
圖3.1.4 通風(fēng)式制動(dòng)盤
3.2制動(dòng)鉗
制動(dòng)鉗屬于制動(dòng)器中較為重要的部件,因?yàn)樵谥苿?dòng)過程中制動(dòng)鉗的強(qiáng)度決定了制動(dòng)器的穩(wěn)定性。當(dāng)今汽車上的制動(dòng)鉗材料主要采用以下三種:球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和鋁合金材料壓鑄而成。
制動(dòng)鉗主要分為兩種形式:整體式和分體式,其中分體式是通過螺栓連接。而制動(dòng)油缸一般與制動(dòng)鉗是一體的,在鑄件過程中將兩者合并,在機(jī)加工過程中一起加工出來。也有小部分制動(dòng)器將制動(dòng)鉗和制動(dòng)或油缸組成分體件,制動(dòng)油缸嵌入制動(dòng)鉗中。
制動(dòng)鉗可安裝在半軸前方也可安裝在半軸后方,安裝在半軸前方時(shí),可有效避免汽車行駛時(shí),車輪甩出的污泥和污水進(jìn)入制動(dòng)鉗,安裝在半軸后方時(shí),可減少車輪輪轂軸承的合成載荷。
本次設(shè)計(jì)制動(dòng)鉗位于車軸前,制動(dòng)油缸位于制動(dòng)鉗里側(cè),隨制動(dòng)鉗一起加工出來,這樣活塞制作成圓柱形,減小接觸面積,如圖3.1.5所示:
圖3.1.5制動(dòng)鉗
3.3制動(dòng)塊
制動(dòng)塊是的組成及組裝方式:由摩擦襯塊和背板組成;兩者的組裝方式是鉚接式。
其中,大多數(shù)的摩擦襯塊形狀為扇形,為避免摩擦襯塊外圍發(fā)生卷角產(chǎn)生噪音,活塞應(yīng)盡可能多的壓住制動(dòng)塊。制動(dòng)塊背板大多由鋼板材料制成,為了降低熱傳導(dǎo)和減少噪音,通常會(huì)在摩擦襯塊與背板中間噴涂層隔熱減震膠,如圖3.1.6所示
背板
摩擦襯塊
圖3.1.6制動(dòng)塊
3.4摩擦材料
針對車輛的摩擦材料的選擇,一般有以下幾點(diǎn)要求:
1)材料穩(wěn)定性:制動(dòng)盤從開始制動(dòng)到制動(dòng)結(jié)束時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的溫度變化,在這一系列的操作過程中,要始終保證車輛的摩擦系數(shù)不會(huì)出現(xiàn)大幅度變化,否則會(huì)出現(xiàn)剎車失效情況。所以要求摩擦材料穩(wěn)定性要好。
2)材料耐磨性:制動(dòng)盤工作時(shí),摩擦襯片會(huì)受到制動(dòng)鉗的作用力和制動(dòng)盤的反作用力,必須保證在制動(dòng)過程中摩擦襯片無變形。
3)材料吸水性:車輛在使用過程中涉水現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,必須保證車輛在涉水后制動(dòng)性能的穩(wěn)定性,所以要求摩擦材料的吸水率要低;
4)環(huán)保要求:車輛在制動(dòng)過程中,不能出現(xiàn)分貝過高的聲音和刺激性氣味以及對人體有害的無色無味氣體。
通過查找資料得到不同材料的性能對比,如表3.1.7所示:
表3.1.7摩擦材料性能對比
材料
性能
有機(jī)類
無機(jī)類
材料
編織物
石棉
半金屬
金屬
金屬陶瓷
硬度
軟
硬
硬
極硬
極硬
密度
小
小
中
大
大
承受負(fù)荷
輕
中
中-重
中-重
重
摩擦系數(shù)
中-高
低-高
低-高
低-中
低-高
摩擦系數(shù)穩(wěn)定性
差
良
良
良-優(yōu)
優(yōu)
耐磨性(常溫)
良
良
良
中
中
耐磨性(高溫)
差
良
良
良-優(yōu)
優(yōu)
機(jī)械強(qiáng)度
中-高
低-中
低-中
高
高
熱傳導(dǎo)性
低-中
低
中
高
高
抗震鳴
優(yōu)
良
中-良
差
差
抗顫振
中-良
中
對偶性
優(yōu)
良
中-良
差
差
成本
中-高
低-中
中-良
高
高
各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3~0.5,少數(shù)可達(dá)0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器時(shí)一般取0.3~0.5。本設(shè)計(jì)的摩擦材料的摩擦系數(shù)取f=0.4。綜合材料的要求及價(jià)格等各方面的考慮,本次設(shè)計(jì)摩擦襯塊材料選擇為半金屬材料粉。
3.5制動(dòng)器工作間隙
在車輛的正常行駛情況下,需要保證制動(dòng)盤和與摩擦襯塊之間存在相對距離,此距離不能過大也不宜過小,在生產(chǎn)加工過程中需要使用加工中心進(jìn)行精加工,制動(dòng)盤與摩擦塊的整體厚度偏差值不得過大,這樣才能保證摩擦襯塊和制動(dòng)盤之間的間隙,本次單側(cè)間隙設(shè)置為5mm,如圖3.1.8所示:
圖3.1.8制動(dòng)盤總裝圖
結(jié) 論
本文第一章介紹制動(dòng)器的功能和分類、制動(dòng)器的性能要求,同時(shí)介紹一下本文的研究思路;第二章和第三章主要是進(jìn)行鉗盤式制動(dòng)器的關(guān)鍵零部件選型,關(guān)鍵尺寸設(shè)計(jì),完成此步驟后,通過整車參數(shù)計(jì)算各種數(shù)據(jù)來驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的鉗盤式制動(dòng)器各類參數(shù)是否符合要求進(jìn)而得出的以下結(jié)論。
1.在進(jìn)行資料查閱和學(xué)習(xí)的過程中,從車輛配置方面來說,我國現(xiàn)在還無法普及穩(wěn)定性和可靠性最好的制動(dòng)器類型,無論是從技術(shù)角度還是制造成本角度來說,該項(xiàng)技術(shù)均與國外存在著差距,這樣的問題不僅給我們當(dāng)代大學(xué)生提供了挑戰(zhàn),更是給我們提供了機(jī)遇,對于機(jī)械化工程畢業(yè)的我來說,我以后將會(huì)投身到車輛發(fā)展行業(yè),奉獻(xiàn)出自己的力量,爭取為我國車輛工程的發(fā)展添磚增瓦。
2.在進(jìn)行盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)的過程中,我采用的方法是選取適當(dāng)?shù)能囕v參數(shù),根據(jù)參數(shù)計(jì)算出相應(yīng)零部件的尺寸,在計(jì)算完尺寸后進(jìn)行制動(dòng)力矩的驗(yàn)證,以確保設(shè)計(jì)的制動(dòng)器符合國標(biāo)要求,在這一過程中,雖然走了很多彎路,反反復(fù)復(fù)的選型和計(jì)算,但是為以后的道路增加了經(jīng)驗(yàn),讓我更加深刻的體會(huì)到作為一個(gè)設(shè)計(jì)師的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。
3.在應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行建模,發(fā)現(xiàn)零件建模的方法很多。怎樣才能發(fā)現(xiàn)最優(yōu)方法,這是關(guān)鍵。如果你選的方法好,你就會(huì)少用許多的時(shí)間,甚至?xí)僖槐兜臅r(shí)間。經(jīng)過近兩個(gè)月的時(shí)間將所有的三維實(shí)體生成雛形,同時(shí)也由于對有些操作的不熟悉,導(dǎo)致費(fèi)了很多時(shí)間查詢資料,了解相應(yīng)的操作步驟。后生成雛形,雖有些不足,到經(jīng)過后來的修改,盡可能的完善了模型,雖還是耗了很多時(shí)間,但相對SolidWorks建模速度已經(jīng)有了一定程度的提高,同時(shí)也學(xué)習(xí)了新的操作命令。完成所有零件的建模并出具二維工程圖。
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