基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車】【說明書+CAD+PROE】

基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車】【說明書+CAD+PROE】,鼓式制動(dòng)器,CQ3253TMG384貨車,說明書+CAD+PROE,基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車】【說明書+CAD+PROE】,基于,有限元,重型,貨車,制動(dòng)器 第1章 緒 論1.1 課題背景及目的重型貨車是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車，而制動(dòng)器是重型貨車的重要部件，其制動(dòng)性能是確保車輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車輛行駛的動(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，隨之而來的現(xiàn)象是人們對(duì)汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。汽車制動(dòng)系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車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)行汽車的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿足汽車安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹，在由于車輛本身的問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%。可見，制動(dòng)器是保證行車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輛的平均車速和車輛的運(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)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件，對(duì)汽車制動(dòng)器進(jìn)行深入的分析具有十分重要的意義。 目前，汽車所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無摩擦助勢(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)踏板行程過大；較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車時(shí)能迅速制動(dòng)，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車,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)是剎車蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。雖然在汽車制動(dòng)器領(lǐng)域，盤式制動(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。四輪轎車在制動(dòng)過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(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，因此轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動(dòng)方式?，F(xiàn)在轎車上應(yīng)用最為廣泛的是前盤后鼓式或全盤式制動(dòng)器，其中20的轎車采用前盤后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰，但在商用車上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器，至于前盤后鼓式制動(dòng)器或全盤式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車或高檔客車上。不過對(duì)于重型車來說，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動(dòng)器高，因此許多重型車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）加裝氣門嘴固定卡6）采用目前較先進(jìn)的技術(shù)，以防車輪過熱，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PTC)開發(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)品開發(fā)的時(shí)間和流程。ProE的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)(又稱尺寸驅(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)算問題的有效途徑，近年來隨著計(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，求解問題的范圍從線性問題發(fā)展到非線性問題，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程，通過仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過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、宋健通過建立循環(huán)制動(dòng)過程中溫度鼓式制動(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)汽車零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；充分學(xué)習(xí)和利用畫圖軟件，并再次學(xué)習(xí)機(jī)械制圖，畫出符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙，通過自己的研究分析；發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)能力并通過試驗(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)方案汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。制動(dòng)性直接關(guān)系到行使安全性，是汽車行使的重要保障。隨著高速公路迅速的發(fā)展和車流密度的日益增大，出現(xiàn)了頻繁的交通事故。因此，改善汽車的制動(dòng)性始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的主要任務(wù)。制動(dòng)系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行使直至停車；在下坡行使時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車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，即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。前者用來保證前兩項(xiàng)功能，后者用來保證第三項(xiàng)功能。設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系應(yīng)滿足如下主要要求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，包括行車制動(dòng)效能和駐車制動(dòng)效能。行車制動(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)來評(píng)定的；駐坡能力是以汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度來評(píng)定的。詳見QC/T239-1997；（3）工作可靠。行車制動(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)保證汽車制動(dòng)能力不低于沒有失效時(shí)規(guī)定值的30%。行車和駐車制動(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)車輪被抱死有利于提高汽車在制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性，縮短制動(dòng)距離，所以近年來防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）在汽車上得到了很快的發(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題，已被逐漸淘汰，取而代之的各種無石棉材料相繼研制成功。2.1 制動(dòng)原理和工作過程要使行使中的汽車減速，駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板，通過推桿和主缸活塞，使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸，并通過兩個(gè)輪缸活塞推動(dòng)兩制動(dòng)蹄繞支撐銷轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開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，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車輪后，由于車輪與路面間有附著作用，車輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力，同時(shí)路面也對(duì)車輪作用一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力。制動(dòng)力由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架和車身，迫使整個(gè)汽車產(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制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。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，故又稱為帶式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說的鼓式制動(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。汽車倒車時(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，故又稱為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱為減勢(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，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車時(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、重型載貨汽車的前、后輪制動(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。2、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng) 圖2.2 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 汽車倒車時(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)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(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)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪，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、中型貨車和轎車上作為前輪制動(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)器來說，不論汽車前進(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)器在大型高速轎車上用的較多，而且常常將其作為行車制動(dòng)與駐車制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過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)器也廣泛用作汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(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，故其熱衰退問題并不突出。但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動(dòng)過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(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)汽車和部分外國(guó)汽車的氣壓制動(dòng)系中，都采用凸輪促動(dòng)的車輪制動(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貨車的具體參數(shù)如下： 整車質(zhì)量： 空載：8900kg 滿載：18900kg質(zhì)心至前軸的距離： 空載：2674mm 滿載：3822mm質(zhì)心至后軸的距離： 空載：2926mm 滿載：1778mm 質(zhì)心高度： 空載：hg=1052mm 滿載：hg=1211mm軸 距： L=5600mm最高車速： 85km/h輪 胎： 11.00-203.2同步附著系數(shù)的分析汽車制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任意角速度0的車輪，其力矩平衡方程為 （3.1）式中：制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反，Nm； 地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N； 車輪有效半徑，m。令 （3.2）稱之為制動(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)。一般來說，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，車速不高，所以本車型取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)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性；(3)當(dāng)時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、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，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(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0.5，故取=0.74。為保證汽車制動(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，轎車在0.15q0.8，其他汽車在0.15q0.3的范圍內(nèi)，前輪應(yīng)先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在0.150.8的范圍內(nèi)，必須滿足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，以保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。雙軸汽車前后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前后車輪同時(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1.3 到1.6，貨車為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：該車所能遇到的最大附著系數(shù)； 制動(dòng)強(qiáng)度； 車輪有效半徑； 后軸最大制動(dòng)力矩； 汽車滿載質(zhì)量； 汽車軸距； 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型、同等級(jí)汽車的同類制動(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，使汽車的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車的行駛平順性。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180200240260-轎車220240260300320制動(dòng)鼓相對(duì)于輪轂的對(duì)中是圓柱表面的配合來定位，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)轎車為15Ncm20 Ncm；對(duì)貨車為30 Ncm40 Ncm。微型轎車要求其制動(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：轎車為7mm12mm；中、重型載貨汽車為13mm18mm8。制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)外緣可開小孔，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，但由于單位壓力過高將加速磨損。包角一般不宜大于1200，因過大不僅不利于散熱，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2.5 M的條件來選擇襯片寬度的。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、參考同類汽車選取，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)器中心到張開力距離mm； 制動(dòng)鼓半徑，mm。 故e=168mm 3.4.4制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置是k 與 c制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(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或偏心輪。支承銷由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機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動(dòng)蹄腹板張開端插入，以保持制動(dòng)蹄的正確位置。制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為3mm5mm；貨車的約為5mm8mm。摩擦襯片的厚度，轎車多為4.5mm5mm；貨車多為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。一般說來，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已無大問題。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?。?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脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)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，無摩擦副，密封性好?；钊降男谐梯^長(zhǎng)，推力一定但有磨損，通過比較我選擇膜片式制動(dòng)氣室。兩蹄的張開力、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，即凸輪張開機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器由于，故所需的張開力為 N N 計(jì)算蹄式制動(dòng)器必須檢查蹄有無自鎖的可能。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)性能分析汽車的制動(dòng)性是指汽車在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車速至停車或下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車速的能力。4.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評(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)汽車的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(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，汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。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)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(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)重要問題。4.4制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車給定路徑行駛的能力來評(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。則汽車將偏離原來的路徑。制動(dòng)過程中汽車維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為方向穩(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)，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)汽車制動(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）汽車左右車輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動(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)滑是指汽車制動(dòng)時(shí)某一軸的車輪或兩軸的車輪發(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)汽車制動(dòng)系必須妥善處理的問題。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)距離來評(píng)價(jià)。假設(shè)汽車是在水平的，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汽車總重 Ga=18900kg代入數(shù)據(jù)得=46820/00.542518900=4.6m/s貨車的制動(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。汽車的制動(dòng)過程，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^程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(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：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，； 汽車總質(zhì)量； ，汽車制動(dòng)初速度與終速度，/；計(jì)算時(shí)轎車取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)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功來衡量： (4.6)式中：汽車總質(zhì)量 車輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，=4791.04cm； 許用比滑磨功，轎車取1000J/1500J/。 L=1497J/1000J/1500J/故符合要求。4.9駐車制動(dòng)計(jì)算(1)汽車可能停駐的極限上坡路傾斜角 (4.7) 式中：車輪與輪面摩擦系數(shù)，取0.85； 汽車質(zhì)心至前軸間距離； 軸距; 汽車質(zhì)心高度。 滿載時(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)汽車可能停駐的極限下坡路傾斜角 (4.8) 滿載時(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)品開發(fā)體系中的個(gè)人效率和過程效率，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、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