516 18馬力輪式拖拉機(jī)的半軸與制動(dòng)器設(shè)計(jì)（有cad圖）
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18馬力輪式拖拉機(jī)的半軸與制動(dòng)器設(shè)計(jì)
摘 要
本次設(shè)計(jì)是在理論的探討研究下，充分吸收已有成熟產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加以改進(jìn)。本次設(shè)計(jì)最大的創(chuàng)新點(diǎn)：對(duì)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，采用一種加箍制動(dòng)鼓改善了制動(dòng)鼓本體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、受力和散熱條件，延長(zhǎng)了制動(dòng)鼓使用壽命，提高了行車的安全性。
拖拉機(jī)制動(dòng)器的布置方式分為半軸制動(dòng)和輪邊制動(dòng)，此設(shè)計(jì)結(jié)合小型拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)形式等采用輪邊制動(dòng)，后輪制動(dòng)。通過對(duì)各種制動(dòng)器方案和鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行綜合的對(duì)比和性能分析，最終采取領(lǐng)從蹄式鼓式制動(dòng)器。由給出的主要技術(shù)數(shù)據(jù)求出最大制動(dòng)力矩；通過對(duì)制動(dòng)器及主要部件的受力分析、性能分析比較來(lái)優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸。加箍制動(dòng)器是為在制動(dòng)器外部加一個(gè)外筒。并對(duì)制動(dòng)器內(nèi)主要部件進(jìn)行驗(yàn)算。操縱機(jī)構(gòu)為機(jī)械式，駐車制動(dòng)與行車制動(dòng)裝置一體，行車制動(dòng)裝置用作強(qiáng)制行駛中的拖拉機(jī)減速或停車，使拖拉機(jī)在下坡時(shí)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速。并通過理論推導(dǎo)和計(jì)算對(duì)制動(dòng)距離進(jìn)行分析，計(jì)算出踏板行程。半軸選取全浮式，長(zhǎng)度由輪距和主減速器確定，再計(jì)算出半軸強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：行車制動(dòng)，駐車制動(dòng)，制動(dòng)力矩，制動(dòng)鼓，摩擦襯片，
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
18 HORSEPOWER WHEELED TRACTOR
REAR AXLES AND BRAKE DESIGN
ABSTRACT
This design is based on the theory of studies. It has been fully assimilated the advantages of mature products and then was further improved. The greatest innovations of the design are: Firstly, the brake structure was further improved. Secondly, a hoop Brake Drum improved the ontology of the structural strength, force and heat conditions. Therefore, it extended the service life of the brake drums, and it improved the traffic safety.
The layout of tractor brake I made up by Semiaxle brake and wheel braking. The design combines the structure of small tractor, Transmission format, etc, using wheel brakes, rear-wheel brake. Through the analysis and comparison of various brake programs and drum brake structure, eventually, I take the leadership shoe drum brake. Given by the main technical data, I can obtain the maximum braking torque. Through the Analysis of the brake, the major components and the performance Analysis, I optimize the structure size. A Hoop brake is to add an external foreign extinguishers around the brake and check the major components. Manipulation of the mechanical bodies is mechanical style. Car braking is in line with the braking device. And the vehicular braking device is used for the mandatory moving tractor′s deceleration or stops, consequently, when the tractor downhill ,it can maintain the appropriate speed stability. And through the conclusion and calculation of theory and the analysis of braking distance, then the pedal trip can be calculated. The semiaxle is full-floated, and its length depends on the distance of tires and the main reducer, then the axis intensity can also be calculated.
KEY WORD： The driving applies the brake，applies the brake in thevehicle，brake drum, braking moment，axles，series-connected double cavity pump
符號(hào)說(shuō)明
L 軸距，mm
B 輪距，mm
ms 總質(zhì)量，Kg
h 質(zhì)心高度坐標(biāo)，mm
H 離地間隙，mm
Mr 制動(dòng)力矩，N m
rdq 輪胎滾動(dòng)半徑，mm
地面附著系數(shù)，
D 制動(dòng)鼓直徑 ，mm
β 摩擦襯片包角，
A 摩擦襯片的摩擦面積
F 制動(dòng)蹄的張開力，N
b 摩擦襯片的寬度
BF 制動(dòng)器因數(shù)
V 拖拉機(jī)行駛速度
g 重力加速度
目 錄
第一章 前言 1
第二章 制動(dòng)系的設(shè)計(jì) 2
§2.1概述 2
§2.1.1制動(dòng)器的工作情 3
§2.1.2制動(dòng)系的設(shè)計(jì)要求 3
§2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式及選擇 5
§2.2.1結(jié)構(gòu)方案分析 5
§2.2.2鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇 6
§2.3 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇 10
§2.3.1拖拉機(jī)部分整機(jī)參數(shù)的確定 10
§2.3.2制動(dòng)力矩的確定 11
§2.3.3制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)及其敏感度 13
§2.3.4鼓式制動(dòng)器的機(jī)構(gòu)參數(shù) 14
第三章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
§3.1制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律及徑向變形規(guī)律 18
§3.2 具有一個(gè)自由度的增勢(shì)蹄摩擦片的壓力分布
規(guī)律及徑向變形規(guī)律 18
§3.3固定支點(diǎn)蹄式制動(dòng)器的受力分析與計(jì)算 20
§3.4制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)及其敏感度的計(jì)算 23
§3.5單個(gè)制動(dòng)蹄片上的受力分析與計(jì)算 23
§3.6制動(dòng)蹄因數(shù)計(jì)算 25
§3.7摩擦襯片的摩損特性計(jì)算 28
§3.8 彈簧結(jié)構(gòu)的計(jì)算 30
§3.9制動(dòng)器主要零件的強(qiáng)度計(jì)算與制動(dòng)距離分析 30
§3.9.1圓錐磙子軸承的驗(yàn)算 30
§3.9.2驅(qū)動(dòng)凸輪校核 32
§3.9.3制動(dòng)距離的分析 32
第四章 制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算 35
§4.1制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式的選擇 35
§4.2踏板力的計(jì)算 35
第五章 半軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 37
§5.1半軸的結(jié)構(gòu)形式分析 37
§5.2全浮式半軸的計(jì)算 37
第六章 結(jié)論 39
參考文獻(xiàn) 40
致謝 41
第一章 前 言
長(zhǎng)期以來(lái)小型拖拉機(jī)在拖拉機(jī)行業(yè)中一直發(fā)揮著重要的作用，但隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)機(jī)化水平的逐年提高，小型拖拉機(jī)的市場(chǎng)發(fā)展將受到一定制約，這可以從近年來(lái)小拖產(chǎn)品產(chǎn)量呈下滑趨勢(shì)中看出。但是小四輪拖拉機(jī)是一個(gè)具有較好性價(jià)比和廣大農(nóng)民買得起、用得起的產(chǎn)品，可以作為大型農(nóng)機(jī)具的補(bǔ)充，因此依然有廣闊的市場(chǎng)空間
我國(guó)通常將功率小于18.4kW的拖拉機(jī)稱為小型拖拉機(jī)，這種拖拉機(jī)技術(shù)含量不高，在我國(guó)廣大農(nóng)村有著廣泛的適用性，同時(shí)也符合我國(guó)廣大農(nóng)民的使用水平。小四輪拖拉機(jī)的發(fā)展，一方面是功能完善和局部的改進(jìn)創(chuàng)新，如加裝齒輪泵分離機(jī)構(gòu)、差速鎖等，滿足不同檔次、不同地區(qū)用戶的需求。另一方面除在運(yùn)輸型、水田型的功能差異化變型外，目前由小型拖拉機(jī)變型的小裝載機(jī)、小挖掘機(jī)以及農(nóng)用起重機(jī)械的發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，由于成本低廉，特別適合農(nóng)村小城鎮(zhèn)建設(shè)和各種小型工程使用。產(chǎn)品技術(shù)性能逐步完善，可靠性日益提高，技術(shù)水平已經(jīng)逐漸由低端向中端發(fā)展。
拖拉機(jī)制動(dòng)系是拖拉機(jī)其中一個(gè)重要組成部分，用于強(qiáng)制使運(yùn)動(dòng)著的拖拉機(jī)減速或停止，使汽車下坡時(shí)保持穩(wěn)定，以及使已停駛的汽車駐車不動(dòng)。由此可見拖拉機(jī)制動(dòng)系對(duì)于拖拉機(jī)的行駛的安全性和停車的可靠性起著重要的保證作用。所以制動(dòng)系的工作可靠性要求日益重要。
本次設(shè)計(jì)全面的介紹了拖拉機(jī)制動(dòng)系和半軸的結(jié)構(gòu)形式與設(shè)計(jì)計(jì)算方法，敘述了制動(dòng)器的各種結(jié)構(gòu)形式及選擇，制動(dòng)器的主要參數(shù)及其選擇，制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要領(lǐng)部件的強(qiáng)度計(jì)算。簡(jiǎn)單介紹了制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式選擇與設(shè)計(jì)計(jì)算，半軸的設(shè)計(jì)計(jì)算等。
本設(shè)計(jì)內(nèi)容全面、簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確，以滿足拖拉機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的實(shí)用需要作為內(nèi)容取舍的出發(fā)點(diǎn)；論點(diǎn)、論據(jù)、公式、圖表及資料正確可靠依據(jù)充分。
本設(shè)計(jì)以章為單位，各章自成系統(tǒng)相互獨(dú)立，而全文又構(gòu)成完整體系，便于查閱。由于知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)不足，水平所限，特別是對(duì)新內(nèi)容的理解和掌握有限，文中錯(cuò)誤和疏漏請(qǐng)老師批評(píng)指正。
第二章 制動(dòng)系設(shè)計(jì)
§2.1概述
拖拉機(jī)制動(dòng)系是以：使拖拉機(jī)在行駛中減速或迅速停車；幫助急劇減速；使拖拉機(jī)能在斜坡上保持停車狀態(tài)的機(jī)構(gòu)。農(nóng)村工作環(huán)境比較惡劣，農(nóng)村道路相對(duì)復(fù)雜，車流密度的日益增大，為了保證行車安全，制動(dòng)系的工作可靠性顯得日益重要，也只有制動(dòng)性能良好，制動(dòng)系工作可靠的汽車，才能充分發(fā)揮其動(dòng)力性能。
根據(jù)上述功用，制動(dòng)系有行車制動(dòng)和停車制動(dòng)之分。前者主要保證第一項(xiàng)，兼有第二項(xiàng)功用；后者主要保證第三項(xiàng)功用。此外，為了使拖拉機(jī)在行車制動(dòng)系發(fā)生故障時(shí)仍能實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)，有的大型拖拉機(jī)還設(shè)有獨(dú)立于其它制動(dòng)系的第二制動(dòng)系，亦稱緊急制動(dòng)系。它也可在人力控制下兼作停車制動(dòng)系。
任何制動(dòng)系均由制動(dòng)器和制動(dòng)操縱系統(tǒng)兩部分組成。輪式拖拉機(jī)普遍采用蹄式和盤式制動(dòng)器，也有采用帶式的。而制動(dòng)操縱系統(tǒng)有機(jī)械式、液壓式和氣壓式之分，其中以機(jī)械式應(yīng)用較多。
簡(jiǎn)單的制動(dòng)系只有一套制動(dòng)裝置，既作為行車制動(dòng)系，又作為停車制動(dòng)系。為此，制動(dòng)操縱系統(tǒng)應(yīng)能保證左、右兩邊的制動(dòng)器同時(shí)制動(dòng)，單邊制動(dòng)，以及在制動(dòng)狀態(tài)下使制動(dòng)器鎖定。當(dāng)采用機(jī)械式操縱系統(tǒng)時(shí)，行車制動(dòng)系可兼作停車制動(dòng)系，只需在操縱系統(tǒng)中增加一套鎖定機(jī)構(gòu)就可滿足停車制動(dòng)的要求。而當(dāng)采用液壓式或氣壓式操縱系統(tǒng)時(shí)，由于液體或壓縮空氣總有泄漏，無(wú)法使制動(dòng)器長(zhǎng)期保持停車狀態(tài)，因此需要專門設(shè)置一套機(jī)械操縱的停車制動(dòng)系，或在行車制動(dòng)器上加裝一套獨(dú)立的機(jī)械式操縱系統(tǒng)，以滿足長(zhǎng)期停車制動(dòng)的需求。
制動(dòng)器大都布置在最終傳動(dòng)主動(dòng)軸上。與直接布置在驅(qū)動(dòng)軸上相比，這種布置形式可以減小制動(dòng)器所受轉(zhuǎn)矩。和布置在轉(zhuǎn)速更高的中央傳動(dòng)主動(dòng)軸上，可使制動(dòng)器所受力矩進(jìn)一步減小，但是這樣布置的制動(dòng)器不能用來(lái)幫助轉(zhuǎn)向。由于拖拉機(jī)速度較低，所以前輪上一般不安裝制動(dòng)器。
§2.1.1 制動(dòng)器的工作情況
輪式拖拉機(jī)制動(dòng)器最經(jīng)常的工作就是在行駛中減速乃至停車，為使制動(dòng)器能在最短的距離中將拖拉機(jī)制動(dòng)住，要求地面對(duì)車輪有較大的制動(dòng)力。制動(dòng)過程中，制動(dòng)器的摩擦表面相互緊貼并相互滑磨再變?yōu)闊崃?。隨著踏板往下運(yùn)動(dòng)，踏板力增大，制動(dòng)力矩和制動(dòng)力也增大。但當(dāng)制動(dòng)力增大到等于車輪的附著力以后，不論踏板力如何增大，也只能將制動(dòng)器抱死而不能使制動(dòng)力再有所增加。制動(dòng)力的最大值受限于附著力。在應(yīng)路上行駛時(shí)，附著力就是車輪與地面的摩擦力。
由于在使用中往往采用將制動(dòng)器抱死，觀察輪胎在地面上托印的辦法來(lái)判斷制動(dòng)器工作是否正常，有些人就誤以為將制動(dòng)器抱死可以產(chǎn)生最大的制動(dòng)力。實(shí)際上，當(dāng)制動(dòng)器抱死時(shí)，輪胎在地面上滑移，地面的附著系數(shù)將由靜摩擦系數(shù)變?yōu)閯?dòng)摩擦系數(shù)，數(shù)值有所減小，制動(dòng)力將比不滑移時(shí)減小5% -- 25%，并會(huì)造成輪胎嚴(yán)重磨損，這顯然是不利的，因此為了獲得最大制動(dòng)力，不應(yīng)將制動(dòng)器抱死，制動(dòng)器的合理最少力矩應(yīng)該使制動(dòng)力略小于開始滑移的極限附著力，以便使動(dòng)能消耗在制動(dòng)器中而不是消耗在輪胎表面上。
§2.1.2制動(dòng)系的設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)制動(dòng)系時(shí)，應(yīng)考慮下列主要要求：
1、應(yīng)有足夠的制動(dòng)力矩保證必要的制動(dòng)效能
行車制動(dòng)系的制動(dòng)效能可用制動(dòng)減速度或制動(dòng)距離來(lái)表示。NJ80-85《拖拉機(jī)基本技術(shù)要求》規(guī)定了輪式拖拉機(jī)的制動(dòng)距離應(yīng)符合下列規(guī)定：
制動(dòng)器冷態(tài) S1≤0.1v0 + v02/90
制動(dòng)器熱態(tài) S2≤ 1.25S1
式中 S1 ， S2 -----分別為冷態(tài)、熱態(tài)制動(dòng)距離（m）；
v0 -----制動(dòng)初速度（km/h）.
GB7258-87《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》規(guī)定了輪式拖拉機(jī)帶掛車在平坦、硬實(shí)、干燥和清潔的水泥或?yàn)r青路面（附著系數(shù)為0.7）上的制動(dòng)距離和制動(dòng)穩(wěn)定減速度：
拖拉機(jī)在20km/h下，掛車空載檢驗(yàn)時(shí)分別為≤5.4m和≥5.4m/h;
拖拉機(jī)在20km/h下，掛車滿載檢驗(yàn)時(shí)分別為≤6.4m和≥4.0km/h;
停車制動(dòng)系應(yīng)能使拖拉機(jī)制動(dòng)后，在駕駛員不操作的情況下沿上坡及下坡方向可靠保持在規(guī)定的干硬坡道上。NJ80-85《拖拉機(jī)基本技術(shù)條件》規(guī)定：農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)停車的坡度為20°，集材拖拉機(jī)停車的坡度為25°.該標(biāo)準(zhǔn)比國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)要求偏高。國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)均以坡度表示，大部分規(guī)定為18%--25%。
2、行車制動(dòng)器在連續(xù)頻繁工作條件下應(yīng)有較穩(wěn)定的制動(dòng)效能
由于下長(zhǎng)坡時(shí)連續(xù)制動(dòng)或短時(shí)間多次重復(fù)制動(dòng)后，都有可能導(dǎo)致制動(dòng)器溫度過高，摩擦系數(shù)降低，從而使制動(dòng)效能衰減，這種現(xiàn)象稱為熱衰退。制動(dòng)器發(fā)生熱衰退后，經(jīng)過充分冷卻,由于溫度下降和摩擦材料表面得到磨合，其制動(dòng)效能可能重新增高，這種現(xiàn)象稱為熱恢復(fù)。要求制動(dòng)效能的穩(wěn)定性好，也就是要求不易衰退，且能較好恢復(fù)。國(guó)外一般規(guī)定在同樣控制力下熱態(tài)制動(dòng)試驗(yàn)的平均減速度應(yīng)不低于冷態(tài)制動(dòng)試驗(yàn)的60%，或制動(dòng)力矩不小于冷態(tài)制動(dòng)試驗(yàn)的60%--65％。為此，應(yīng)考慮一下三項(xiàng)具體要求：制動(dòng)鼓或盤具有良好的吸、散熱能力；摩擦材料具有良好的抗熱衰退性和恢復(fù)性；制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式對(duì)摩擦系數(shù)變化的敏感度較低。
3、拖拉機(jī)方向穩(wěn)定性較好
為此，左、右兩側(cè)車輪的制動(dòng)力及其增長(zhǎng)速度率應(yīng)力求相等；采用四輪制動(dòng)時(shí)，前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力矩還應(yīng)有比較合適的比例關(guān)系。GB7258-87規(guī)定了輪式拖拉機(jī)掛車以20km/h的速度行駛在水平的水泥或?yàn)r青路面（附著系數(shù)為0.7）上的緊急制動(dòng)跑偏量應(yīng)不大于80mm.
4、操縱輕便
NJ/Z5-85《農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)操縱裝置最大操縱力》規(guī)定，對(duì)于行車制動(dòng)和停車制動(dòng)器，允許的最大制動(dòng)腳踏板操縱力為600N,允許的最大制動(dòng)器操縱桿操縱力為400N。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)所需的制動(dòng)力矩和制動(dòng)器類型分別規(guī)定合適的控制力，通常以200N～400N的踏板力較適應(yīng)人體體力。為使踏板控制力在上述范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整制動(dòng)操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比。如該傳動(dòng)比取得過大，踏板行程將增大，不僅布置困難，而且延長(zhǎng)了機(jī)構(gòu)反映時(shí)間。因此，最大踏板行程應(yīng)限制在250m以內(nèi)，最大操縱桿行程應(yīng)限制在400m以內(nèi)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有余地，一般可在60～100mm內(nèi)選取。當(dāng)控制力和行程不能同時(shí)滿足時(shí)，原則上應(yīng)提高制動(dòng)器本身的制動(dòng)力矩，或在制動(dòng)系中安裝助力器，或改用動(dòng)力制動(dòng)。但也不應(yīng)使控制力過小，過小的控制力將使駕駛員失去踏板感而難以控制制動(dòng)強(qiáng)度。
5、制動(dòng)平順，制動(dòng)力應(yīng)隨控制力的增長(zhǎng)速度而平穩(wěn)地增大；放松踏板或操縱桿時(shí)，制動(dòng)作用應(yīng)迅速消除，無(wú)自剎現(xiàn)象。
6、 工作可靠
制動(dòng)系的零部件應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和耐疲勞性能，要求防水防塵性好，摩擦表面不易被玷污，以免降低制動(dòng)效能。這點(diǎn)對(duì)需要在水田作業(yè)的拖拉機(jī)尤為重要。摩擦元件具有必要的壽命。
7、維修調(diào)整方便，必要時(shí)應(yīng)采用可靠的自動(dòng)調(diào)整表面間隙的機(jī)構(gòu)。
§2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式及選擇
除了輔助制動(dòng)裝置是利用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣或其它緩速措施對(duì)下長(zhǎng)坡的拖拉機(jī)進(jìn)行減緩或穩(wěn)定車速外，拖拉機(jī)制動(dòng)器幾乎都是機(jī)械摩擦式的，既是利用固定元件與旋轉(zhuǎn)元件工作表面間的摩擦而產(chǎn)生制動(dòng)力矩使汽車減速或停車的。
§2.2.1結(jié)構(gòu)方案分析
摩擦式制動(dòng)器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀有可分為鼓式和盤式兩大類。鼓式制動(dòng)器又分為內(nèi)張式鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是一對(duì)帶有摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者又安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)底板則又緊固于前梁或后橋殼的突緣上或與其相固定的支架上；其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為固定在輪轂上或半軸上的的制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦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)鼓的外圓柱表面和制動(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，故又稱帶式制動(dòng)器。在拖拉機(jī)制動(dòng)器中，中央制動(dòng)器幾乎沒有使用。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常稱為鼓式制動(dòng)器，而通常所說(shuō)的鼓式制動(dòng)器即是這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。盤式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件是一個(gè)垂向安放且以兩側(cè)面為工作面的制動(dòng)盤，其固定摩擦元件一般是位于制動(dòng)盤兩側(cè)并帶有摩擦片的制動(dòng)塊。當(dāng)制動(dòng)盤被兩側(cè)的制動(dòng)塊夾緊時(shí)，摩擦表面便產(chǎn)生作用于制動(dòng)盤上的摩擦力矩。盤式制動(dòng)器常用作轎車的車輪制動(dòng)器和大中型拖拉機(jī)半軸制動(dòng)，也可用于各種汽車的中央制動(dòng)器。小型拖拉機(jī)且不帶有輪邊制動(dòng)，制動(dòng)器則布置在輪邊上。
綜上所述，故選鼓式制動(dòng)器。
§2.2.2鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式及選擇
鼓式制動(dòng)器可按其制動(dòng)蹄的受力情況分類（見圖2-1）他們的制動(dòng)效能、制動(dòng)鼓的受力平衡狀況以及車輪旋轉(zhuǎn)方向?qū)χ苿?dòng)效能的影響均不同。
制動(dòng)蹄按其張開時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向是一致的，有領(lǐng)蹄和從蹄之分。制動(dòng)蹄張開的旋轉(zhuǎn)方向與制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向一致的制動(dòng)蹄稱為領(lǐng)蹄，兩者不一致的則稱為從蹄。當(dāng)制動(dòng)鼓旋轉(zhuǎn)并制動(dòng)時(shí)，領(lǐng)蹄由于摩擦力矩的“增勢(shì)”作用，使其進(jìn)一步壓緊制動(dòng)鼓而使其所受的法向反力加大；從蹄由于摩擦力矩的“減勢(shì)”作用而使其所受的法向反力減小。
圖2-1 鼓式制動(dòng)器示意圖[5]
一、 領(lǐng)從蹄式
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的每塊蹄片都有自己的固定點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的同一端（圖2-1a）。張開裝置有兩種形式，第一種用凸輪或楔塊式張開裝置。其中，平衡凸塊和楔塊式張開裝置中的制動(dòng)凸輪和制動(dòng)楔塊是浮動(dòng)的，故能保證作用在兩蹄上的張開力相等。第二種用兩個(gè)活塞直徑相等的輪缸（液壓傳動(dòng)），可保證作用在兩蹄上的張開力相等。
領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器的效能和效能穩(wěn)定性，在各式制動(dòng)器中居中游：前進(jìn)、倒退行駛的制動(dòng)效果不變；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；便于附裝駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；調(diào)整蹄片與制動(dòng)鼓之間的間隙工作容易。但領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器也有兩蹄片上的單位壓力不等（在兩蹄上摩擦襯片面積相同的條件下），故兩蹄片磨損不均勻，壽命不同的特點(diǎn)，其缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)凸輪的力要大而效率卻相對(duì)較底。領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器得到廣泛的應(yīng)用，特別是轎車和輕型貨車、客車、拖拉機(jī)的后輪制動(dòng)器用得較多。
二、 雙領(lǐng)蹄式
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的兩塊蹄片各有自己的固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄的不同端，如圖2-1b所示，領(lǐng)蹄的固定端在下方，從蹄的固定端在上方。每塊蹄片有各自獨(dú)立的張開裝置，而且位于與固定支點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的一方。
汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，這種制動(dòng)器的制動(dòng)效能相當(dāng)高。由于有兩個(gè)輪缸，故可以用兩個(gè)各自獨(dú)立的回路分別驅(qū)動(dòng)兩蹄片。除此之外，這種制動(dòng)器還有調(diào)整蹄片和制動(dòng)鼓之間的間隙工作容易進(jìn)行和兩蹄片上的單位壓力相等，使之磨損均勻，壽命相同等優(yōu)點(diǎn)。雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的制動(dòng)效能穩(wěn)定性，僅強(qiáng)于增力式制動(dòng)器。當(dāng)?shù)管囍苿?dòng)時(shí)，由于兩蹄片皆為雙從蹄，使制動(dòng)效能明顯下降。與領(lǐng)從蹄制動(dòng)器比較，由于多了一個(gè)輪缸，使結(jié)構(gòu)略顯復(fù)雜。
這種制動(dòng)器適用于前進(jìn)制動(dòng)時(shí)前軸的軸荷及附著力大于后軸，而倒車制動(dòng)時(shí)則相反的汽車上。它之所以不用于后輪，還因?yàn)閮蓚€(gè)互相成中心對(duì)稱的輪缸，難以附加駐車制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
三、 雙向雙領(lǐng)蹄式
雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是兩蹄片浮動(dòng)，用各有兩個(gè)活塞的輪缸張開蹄片（圖2-1c）.無(wú)論是前進(jìn)或者是后退制動(dòng)時(shí)，這種制動(dòng)器的兩塊蹄片始終為領(lǐng)蹄，所以制動(dòng)效能相當(dāng)高，而且不變。由于制動(dòng)器內(nèi)設(shè)有兩個(gè)輪缸，所以適用于雙回路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。當(dāng)一條管路失效后，制動(dòng)器轉(zhuǎn)變?yōu)轭I(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。除此之外，雙向雙領(lǐng)蹄制動(dòng)器的兩蹄片上單位壓力相等，因而磨損均勻，壽命相同。雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器因有兩個(gè)輪缸，故結(jié)構(gòu)上復(fù)雜，且調(diào)整蹄片與制動(dòng)鼓之間的間隙工作困難是它的缺點(diǎn)。這種制動(dòng)器得到比較廣泛的應(yīng)用。如用于后輪，則需要另設(shè)中央制動(dòng)器。
四、 雙從蹄式
雙從蹄式制動(dòng)器的兩蹄片各有一個(gè)固定支點(diǎn)，而且兩固定支點(diǎn)位于兩蹄片的不同端，并用各有一個(gè)活塞的兩輪缸張開蹄片（圖2-1d）。雙從蹄式制動(dòng)器的制動(dòng)效能穩(wěn)定性最好，但因制動(dòng)器效能最低，所以很少采用。
五、 單向增力式
單向增力式制動(dòng)器的兩蹄片只有一個(gè)固定支點(diǎn)，兩蹄下端經(jīng)推桿相互連接成一體，制動(dòng)器僅有一個(gè)輪缸用來(lái)產(chǎn)生推力張開蹄片（圖2-1e）。汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，兩蹄片皆為領(lǐng)蹄，次領(lǐng)蹄上不存在輪缸張開力，而且由于領(lǐng)蹄上的摩擦力經(jīng)推桿作用到次領(lǐng)蹄，使制動(dòng)器效能很高，居各式制動(dòng)器之首。與雙向增力式制動(dòng)器比較，這種制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。因兩塊蹄片都是領(lǐng)蹄，所以制動(dòng)器效能穩(wěn)定性相當(dāng)差。倒車制動(dòng)時(shí)，兩領(lǐng)蹄又皆為從蹄，結(jié)果制動(dòng)效能很低。因兩蹄片上單位壓力不等，造成蹄片磨損不均勻，壽命不一樣。這種制動(dòng)器只有一個(gè)輪缸，故不適合用于雙回路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；另外由于兩蹄片下部聯(lián)動(dòng)，使調(diào)整蹄片間隙工作變得困難。少數(shù)輕、中型貨車用來(lái)作前制動(dòng)器。
六、雙向增力式
雙向增力式制動(dòng)器的兩蹄片端部各有一個(gè)制動(dòng)時(shí)不同時(shí)使用的共同支點(diǎn)，支點(diǎn)下方有一個(gè)輪缸，內(nèi)裝兩個(gè)活塞用來(lái)同時(shí)驅(qū)動(dòng)張開兩蹄片，兩蹄片下方經(jīng)推桿連接成一體（圖2-1f）。與單向增力式不同的是次蹄片上也作用有來(lái)自輪缸活塞推壓的張開力，盡管這個(gè)張開力的制動(dòng)力矩能大到主領(lǐng)蹄制動(dòng)力矩的2—3倍。因此，采用這種制動(dòng)器后，即使制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中不用伺服裝置，也可以借助很小的踏板力得到很大的制動(dòng)力矩。這種制動(dòng)器前進(jìn)與倒車的制動(dòng)效果不變。雙向增力式制動(dòng)器因兩蹄片均為領(lǐng)蹄，所以制動(dòng)器效能穩(wěn)定性比較差。除此之外，兩蹄片上的單位壓力不等，故磨損不均勻 ，壽命不同。調(diào)整間隙工作與單向增力式一樣比較困難。因只有一個(gè)輪缸，故制動(dòng)器不適合用于有的雙回路驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
上述制動(dòng)器的特點(diǎn)是用制動(dòng)器效能、效能的穩(wěn)定性和摩擦襯片磨損均勻程度來(lái)評(píng)價(jià)。增力式制動(dòng)器效能最高，雙領(lǐng)蹄次之，領(lǐng)從蹄式更次之，還有一種雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器的效能最低，故極少采用。而就工作穩(wěn)定性來(lái)考慮，名次排列正好與效能排列相反，雙從蹄式最好，增力式最差。摩擦系數(shù)的變化是影響制動(dòng)器工作效能穩(wěn)定性的主要因素。
圖2-2 鼓式制動(dòng)器效能因數(shù)與摩擦因數(shù)的關(guān)系[5]
1-雙向增力式 2-雙領(lǐng)蹄式 3-領(lǐng)從蹄式 4-雙從蹄式
還應(yīng)指出，制動(dòng)器的效能不僅與制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)型式、結(jié)構(gòu)參數(shù)和摩擦系數(shù)有關(guān)，也受到其他因素的影響。例如制動(dòng)器摩擦襯片與制動(dòng)鼓僅在襯片的中部接觸時(shí)，輸出的制動(dòng)力矩最?。欢谝r片的兩端接觸時(shí)，輸出的制動(dòng)力矩最大。制動(dòng)器的效能常以制動(dòng)效能因數(shù)或簡(jiǎn)稱制動(dòng)因數(shù)BF（brake factor）來(lái)衡量?；境叽绫壤嗤母鞣N內(nèi)張式制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)BF與摩擦系數(shù)f之間的關(guān)系如上圖所示。BF值越大，即制動(dòng)效能好。在制動(dòng)過程中由于熱衰退，摩擦系數(shù)是變化的。因此摩擦系數(shù)變化時(shí)，BF值變化小的，制動(dòng)器效能穩(wěn)定性就好。
綜上所述，本設(shè)計(jì)為小型拖拉機(jī)制動(dòng)器設(shè)計(jì)，只有后輪制動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)不提供液壓裝置。性能、價(jià)格等綜合考慮下選領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器。在行車制動(dòng)器中裝有駐車制動(dòng)器。這種制動(dòng)器在汽車前進(jìn)與倒車時(shí)其制動(dòng)器的制動(dòng)性能不變，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)也較底，便于附裝駐車制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故采用此種制動(dòng)器，在成熟產(chǎn)品的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)和完善。
§2.3 制動(dòng)系的主要參數(shù)及其選擇
§2.3.1拖拉機(jī)部分整機(jī)參數(shù)的確定
1、 發(fā)動(dòng)機(jī)功率（18馬力）=13230 w =13.23kw
2、 拖拉機(jī)拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量=結(jié)構(gòu)比質(zhì)量*發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率=（40 -- 70）13.23=595.35 -- 926.1 kg 。 最小使用質(zhì)量=結(jié)構(gòu)質(zhì)量*（1.06 -- 1.11）= 631.1 -- 1027.97 kg。使用質(zhì)量(m)等于最小使用質(zhì)量加上配重，大小應(yīng)滿足附著力的需要，取使用質(zhì)量=1200kg
3、 拖拉機(jī)的輪距(B) 縮小輪距可以避免梨耕時(shí)出現(xiàn)的偏牽引現(xiàn)象，并可減小轉(zhuǎn)向半徑，大會(huì)降低橫向穩(wěn)定性。為了適應(yīng)耕作時(shí)的各種行距要求，輪距B應(yīng)能調(diào)節(jié)。小型輪式拖拉機(jī)調(diào)節(jié)范圍約為1000mm -- 1400mm,中型則為1100 -- 2000mm.前輪輪胎寬度一般小于后輪，為了使梨耕時(shí)前輪也貼近犁溝壁，前輪輪距通常略小于后輪輪距。取后輪距B=1000mm.
4、 軸距（L） 縮小輪式拖拉機(jī)軸距可減輕重量、縮小轉(zhuǎn)向半徑，但會(huì)降低縱向穩(wěn)定性，并使行駛平順性變差，軸距可根據(jù)由下式確定
L =（0.58 -- 0.66） = 1.372 -- 1.561 m 取L = 1.4 m
5、 離地間隙（H） 離地間隙有農(nóng)藝離地間隙Hn和最小離地間隙Hmin之分。農(nóng)藝離地間隙Hn是指后橋半軸殼下部或前軸下沿的離地高度。最小離地間隙Hmin一般出現(xiàn)在后橋殼體中段，但在四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)也可能出現(xiàn)在前橋中段，減小Hmin 可提高穩(wěn)定性，但會(huì)降低通過性.H=275 -- 320 取H=300mm.
6、 質(zhì)心位置 是指質(zhì)心的高度坐標(biāo)、縱向坐標(biāo)和橫向坐標(biāo)。 質(zhì)心縱向坐標(biāo) a =L(1-λ0) λ0 = 0.60 -- 0.65 .所以 a = 0.49 -- 0.56 (m) 取a =0.52 m 質(zhì)心的橫向坐標(biāo)，對(duì)于沒有特殊需要的拖拉機(jī)，其主要部件布置基本對(duì)稱，數(shù)值很小，不必特別加以注意.質(zhì)心高度坐標(biāo)h 是質(zhì)心至地面的距離，在滿足離地間隙的情況下，應(yīng)盡量降低。取 h=540 mm.
§2.3.2制動(dòng)力矩的確定
一、行車制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
行車制動(dòng)器的工況包括行駛中制動(dòng)和單邊制動(dòng)幫助急劇轉(zhuǎn)向。由于輪式拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向阻力矩較小，單邊制動(dòng)所需的制動(dòng)力矩不大，因此只需考慮行駛中制動(dòng)的工況。為了使制動(dòng)器能將拖拉機(jī)迅速制動(dòng)，以提高行駛安全性，希望制動(dòng)器有足夠的制動(dòng)力矩，這樣被制動(dòng)的車輪上才能長(zhǎng)生較大的地面制動(dòng)力。但當(dāng)制動(dòng)力增大到該車輪與地面的附著力后，制動(dòng)器將抱死，車輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生嚴(yán)重滑移現(xiàn)象，并在路面上產(chǎn)生托印。此時(shí)拖拉機(jī)所具有的動(dòng)能都轉(zhuǎn)化為輪胎和路面間摩擦產(chǎn)生的熱能這將導(dǎo)致胎面局部劇烈發(fā)熱，使橡膠強(qiáng)度降低，造成輪胎嚴(yán)重磨損。同時(shí)附著系數(shù)的值也下降，使制動(dòng)力比最佳滑移率時(shí)的最大制動(dòng)力減小5% -- 25％，這顯然是不利的。此時(shí)，實(shí)際制動(dòng)距離將大于可能達(dá)到的最小制動(dòng)距離，而且還會(huì)由于側(cè)向附著系數(shù)的顯著降低使制動(dòng)期間拖拉機(jī)的方向穩(wěn)定性變壞。因此，為了獲得良好的制動(dòng)效果并減小輪胎磨損，應(yīng)使制動(dòng)器不致完全抱死，讓車輪處于略有滑移而尚未開始嚴(yán)重滑移的最佳制動(dòng)狀態(tài)，也就是說(shuō)在一定的踏板力下，制動(dòng)器制動(dòng)力矩的大小應(yīng)使制動(dòng)力略小于附著力值。因此，拖拉機(jī)的動(dòng)能將只要消耗在制動(dòng)器摩擦表面的相對(duì)滑磨上，并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。可見，制?dòng)力矩受附著條件限制而不應(yīng)過大。同時(shí)為使制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)緊湊而踏板力又不致增大，制動(dòng)力矩也不應(yīng)過大。設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到可能發(fā)生制動(dòng)操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)效率及制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)的降低，一般仍按制動(dòng)力等于附著力作為計(jì)算依據(jù)。對(duì)于四輪制動(dòng)，為了提高制動(dòng)效能，前、后制動(dòng)器的制動(dòng)力分別等于相應(yīng)車輪與地面的附著力。由輪式拖拉機(jī)在行駛過程中制動(dòng)的受力分析，可得到行車制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩。
圖2-3輪式拖拉機(jī)制動(dòng)和在斜坡上制動(dòng)時(shí)的受力分析[6]
對(duì)于后輪制動(dòng)的輪式拖拉機(jī)，每個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩Mr（N mm）為（忽略不計(jì)滾動(dòng)阻力、旋轉(zhuǎn)部分的慣性力矩和傳動(dòng)效率）
=
式中 ms-----拖拉機(jī)使用質(zhì)量 (kg)
g ----重力加速度，取 9.8（m/s2）
rdq----- 驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑（mm）
i----- 制動(dòng)器與驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)力
Φ ----- 附著系數(shù)，一般取Φ=0.7
L ----- 拖拉機(jī)軸距（mm）
a ----- 拖拉機(jī)質(zhì)心縱向坐標(biāo)(mm)
h ---- 拉機(jī)質(zhì)心坐標(biāo)(mm).
對(duì)于前后輪都制動(dòng)的四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)，前、后橋上每個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩Mr‘和Mr“分別為
Mr‘ ＝Φmsg rd1a+Φh)/2Li1
Mr“ =Φmsgrd2L-a-Φh)/2i2L
式中 rd1 rd2 ----- 分別為前、后驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑（mm）;
i1 i2 ----- 分別為前、后制動(dòng)器和前、后驅(qū)動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比。
本方案為只有后輪制動(dòng)
所以
=
= 866661.07 N.mm
又因?yàn)榭紤]到制動(dòng)器有熱衰退現(xiàn)象，保證在熱態(tài)下可靠制動(dòng)，所以
Mr‘ = Mr/80% = 1083326.339 N.mm
二、停車制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
在規(guī)定坡度角的坡道上安全停車時(shí)每個(gè)制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩Mr（N mm）為
式中 ----- 按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的坡度角（）;NJ80-85《拖拉機(jī)基本技術(shù)條件》規(guī)定：農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)停車的坡度角為20°。
F------- 滾動(dòng)阻力系數(shù)，一般取f=0.02；
N ------ 同時(shí)工作的制動(dòng)器數(shù)目。
則：
=
=808550.24 N.mm
對(duì)于行車制動(dòng)系與停車制動(dòng)系共用的制動(dòng)器，只要取上述兩者中的較大值作為該制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩，便可同時(shí)滿足兩方面的需要。所以有上述計(jì)算結(jié)果可知，只需滿足行車制動(dòng)便可滿足制動(dòng)力矩。
§2.3.3制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)及其敏感度
為了評(píng)定不同型式和參數(shù)的制動(dòng)器工作特性，常用一個(gè)無(wú)因次指標(biāo)，稱為制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)。制動(dòng)因數(shù)通常定義為在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤的作用半徑上的摩擦力總和與輸入制動(dòng)蹄或壓盤的驅(qū)動(dòng)力之比。設(shè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為Mr，則在制動(dòng)鼓或制動(dòng)盤作用半徑R上的摩擦力為Mr/R ，從而制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)
Kr = Mr/FR
式中，F(xiàn) 為輸入的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)施加于兩制動(dòng)蹄或壓盤，或制動(dòng)帶兩端的驅(qū)動(dòng)力不相等時(shí)，常取其平均值為輸入的驅(qū)動(dòng)力，即 F=（F1+F2）/2.
制動(dòng)因數(shù)越大，表示用一定的驅(qū)動(dòng)力時(shí)該制動(dòng)器可產(chǎn)生的制動(dòng)力矩越大。在下面各節(jié)所導(dǎo)出的計(jì)算公式中，可以看出其大小取決于摩擦副的摩擦系數(shù)、制動(dòng)器的型式、幾何尺寸和單位壓力分布規(guī)律等。對(duì)于給定的制動(dòng)器，制動(dòng)因數(shù)僅為摩擦系數(shù)μ的函數(shù)，
即 Kr = f(μ)
制動(dòng)因數(shù)對(duì)摩擦系數(shù)變化的敏感度εr可通過一階導(dǎo)數(shù)來(lái)確定，即
敏感度εr值越大，表明制動(dòng)因數(shù)或制動(dòng)力矩對(duì)摩擦系數(shù)的變化越敏感，即在使用中摩擦系數(shù)因溫度升高而發(fā)生變化時(shí)，制動(dòng)力矩的變化越大，制動(dòng)器的抗熱衰退性差，工作不穩(wěn)定。
從操縱省力的角度出發(fā)，希望選用制動(dòng)因數(shù)較大的制動(dòng)器。但制動(dòng)因數(shù)過大，不僅影響制動(dòng)平順性，還會(huì)引起過高的敏感度，使制動(dòng)器的抗熱衰退性變差，工作不穩(wěn)定。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)車輛的使用質(zhì)量ms、性能和布置的方便性等決定裝置具有合適特征值的制動(dòng)器類型。
§2.3.4鼓式制動(dòng)器的機(jī)構(gòu)參數(shù)
在制動(dòng)鼓結(jié)構(gòu)形式選定以后，先參考同類型拖拉機(jī)，初選制動(dòng)器的主要參數(shù)，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行制動(dòng)力矩和磨損性能驗(yàn)算，并與所要求的數(shù)據(jù)相對(duì)比，必要時(shí)再對(duì)初選參數(shù)進(jìn)行修改，直到基本性能滿足要求為止。最后才進(jìn)行細(xì)致的結(jié)構(gòu)分析。
一、制動(dòng)鼓直徑D和壁厚
本次設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓是一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，是一種加箍制動(dòng)鼓。它帶外圓柱面的制動(dòng)鼓本體和一個(gè)外筒組成；將外筒嵌套入制動(dòng)鼓本體，制動(dòng)鼓本體的本體外壁外圓柱面過盈配合外筒內(nèi)壁的內(nèi)圓柱面，通過制動(dòng)鼓本體直接向鼓盤傳遞制動(dòng)力矩。制動(dòng)鼓本體外壁的外圓柱面設(shè)一肩坎，使外筒裝配時(shí)易于定位和減少軸向竄動(dòng)。本實(shí)用新型具有既減少了制動(dòng)鼓壁厚，又使得制動(dòng)鼓本體在制動(dòng)時(shí)所受的拉應(yīng)力與過盈配合所受的壓應(yīng)力相互疊加，改善了制動(dòng)鼓本體的受力和散熱條件，延長(zhǎng)了制動(dòng)鼓使用壽命等優(yōu)點(diǎn)。在制動(dòng)鼓鼓體外圓周表面設(shè)置有若干條相對(duì)于制動(dòng)鼓鼓體軸線傾斜的斜筋 ，這種強(qiáng)制散熱汽車制動(dòng)鼓具有較好的強(qiáng)制散熱能力，能夠有效防止制動(dòng)鼓和摩擦片溫度過高，可提高制動(dòng)鼓的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高了制動(dòng)鼓、摩擦片及輪胎的使用壽命，并有效防止由于制動(dòng)鼓龜裂、輪胎爆胎而引發(fā)的事故，提高了行車的安全性 。
當(dāng)輸入力P一定時(shí)，制動(dòng)鼓的直徑越大，且制動(dòng)器的散熱性能越好。但直徑D的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制，而且D的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增加，使非懸架質(zhì)量增加，不利于拖拉機(jī)的行駛平順性。制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)有一定的間隙，此間隙一般不應(yīng)小于20mm-30mm,以利于散熱通風(fēng)，也可避免由于輪輞過熱而損壞輪胎.制動(dòng)鼓一般用鑄鐵制成，為了提高散熱效果和具有較大的剛度，壁厚一般取6-10mm，并可在制動(dòng)鼓中間開孔及在其外面加筋。由此間隙要求及輪輞的尺寸即可求得制動(dòng)鼓直徑D的尺寸。 制動(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)符合QC/T 309-1999《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》的規(guī)定。
查表取得
D = 300 mm 壁厚取8mm 外筒壁厚取5mm
二、 制動(dòng)蹄摩擦襯片的包角β及寬度b
制動(dòng)鼓直徑確定以后，摩擦片寬度和包角便決定了襯片的摩擦面積。面積愈大，單位壓力愈小，從而磨損愈小，但寬度過大會(huì)使接觸不均勻。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料分析，單個(gè)車輪鼓式制動(dòng)器的襯片面積隨車的總質(zhì)量增大而增大.
摩擦襯片的包角β通常在β=90 -- 120°范圍內(nèi)選取，試驗(yàn)表明。摩擦襯片包角β=90--100°時(shí)磨損最小，制動(dòng)鼓的溫度也最低，而制動(dòng)效能則最高。再減小β雖有利于散熱，但由于單位壓力過高將加速磨損。包角β也不宜大于120°，因?yàn)檫^大不僅不利于散熱，而且易使制動(dòng)作用不平順，甚至可能發(fā)生自鎖。因本方案著重改進(jìn)已有產(chǎn)品中的散熱增強(qiáng)熱衰退性所以可選 取 β=120°
摩擦襯片寬度b較大可以降低單位壓力、減小磨損，但b的尺寸過大則不宜保證與制動(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2.5MPa的條件來(lái)選擇襯片寬度b的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按摩擦片的產(chǎn)品規(guī)格選擇b值，并按QC/T 309—1999選取。由制動(dòng)鼓內(nèi)徑可查表得到
b=45 mm
而單個(gè)摩擦襯片的摩擦面積A又取決于制動(dòng)鼓半徑R、襯片寬度b及包角β，即
A = Rbβ
式中，β以弧度（rad）為單位，當(dāng)b、R、β確定后.
所以 A = Rbβ =
= 141.3 〈120--200
符合要求
三、 摩擦片布置
將摩擦片布置在制動(dòng)蹄的中央
四、 摩擦襯片起始角β0
摩擦襯片起始角β0通常是將摩擦襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，并令β0 = 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。
所以 β0 = 90°
= 90°= 30°
五、 張開力P的作用線至制動(dòng)器中心的距離a
在滿足制動(dòng)輪缸或凸輪能布置在制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大，以提高其制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫取a=0.8R左右。
所以 a=0.8R
= 0.8 = 120 mm.
六、 制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置d與c
如圖2-4所示，制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)尺寸k應(yīng)盡可能的小，以使尺寸c盡可能的大，初步設(shè)計(jì)可暫取c=0.8R左右。
所以 c=0.8R
= 0.8 = 120 mm,
d可由參考經(jīng)驗(yàn)值取 26mm.
圖2-4鼓式制動(dòng)器的主要幾何參數(shù)[5]
制動(dòng)鼓和制動(dòng)蹄之間應(yīng)有一定的間隙，一般為0.2-0.5mm?？紤]到在制動(dòng)過程中摩擦副可能產(chǎn)生機(jī)械變形和熱變形，因此制動(dòng)器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。另外，制動(dòng)器在工作過程中會(huì)因?yàn)槟Σ疗ㄒr塊）的磨損而加大，因此制動(dòng)器必須設(shè)有間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。
第三章 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算
§3.1制動(dòng)蹄摩擦面的壓力分布規(guī)律及徑向變形規(guī)律
制動(dòng)器摩擦材料的摩擦系數(shù)及所產(chǎn)生的摩擦力對(duì)制動(dòng)器因數(shù)BF有很大影響.掌握制動(dòng)蹄摩擦面上的壓力分布規(guī)律,有助于正確分析制動(dòng)器因數(shù).但用解析方法精確計(jì)算沿蹄片長(zhǎng)度方向的壓力分布規(guī)律比較困難,因此除了摩擦襯片有彈性容易變形外,制動(dòng)鼓,制動(dòng)蹄以及支承也會(huì)有彈性變形,但與摩擦襯片的變形量相比,則相對(duì)很小.故在通常的近似計(jì)算中只考慮襯片徑向變形的影響,其他零件變形的影響較小,可忽略不計(jì),即通常作以下一些假設(shè),
1、 制動(dòng)鼓 制動(dòng)蹄為絕對(duì)剛性;
2、在外力作用下,變形僅發(fā)生在摩擦襯片上:
3、壓力與變形符合虎克定律。
經(jīng)過磨合，制動(dòng)鼓的內(nèi)半徑等于制動(dòng)蹄摩擦片的外半徑，單位壓力沿蹄片的寬度方向均勻分布，則可認(rèn)為沿蹄片圓周方向的單位壓力分布密度與制動(dòng)時(shí)蹄片外表面上相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的徑向變形成正比，如果沒有制動(dòng)鼓的約束，既與相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的徑向位移成正比。如果考慮摩擦片的磨損規(guī)律和制動(dòng)蹄、制動(dòng)鼓的彈性，那么單位壓力分布將在蹄片兩端附近出現(xiàn)較高的單位壓力。因此實(shí)際的單位壓力分布規(guī)律是相當(dāng)復(fù)雜的。 制動(dòng)蹄可設(shè)計(jì)成一個(gè)自由度和兩個(gè)自由度的形式.其中繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)的蹄片只有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng):而在一般情況下,若浮動(dòng)蹄的端部支承在斜支承面上,由于蹄的端部將沿支承面滾動(dòng)或滑動(dòng),則這種蹄具有兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng),因此其壓力分布狀況和繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)的蹄的壓力分布狀況有所區(qū)別.
§3.2具有一個(gè)自由度的增勢(shì)蹄摩擦襯片的壓力分布規(guī)律及徑向變形規(guī)律
如圖3-1所示制動(dòng)蹄在張開力P的作用下繞支承銷中心轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度△時(shí),則摩擦襯片上某任意點(diǎn)A的位移為
圖3-1制動(dòng)蹄摩擦片徑向變形分析簡(jiǎn)圖[5]
= △
由于剛性制動(dòng)鼓對(duì)制動(dòng)蹄運(yùn)動(dòng)的限制,則其徑向位移風(fēng)量將受壓縮,徑向壓縮量為
=cosβ=△cosβ
由圖中的幾何關(guān)系可知
cosβ= =sin
故得徑向變形量為
=sin△ (3-1)
式(3-1)即為該類制動(dòng)蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律表達(dá)式.
由于△為常量,而單位壓力與變形成正比,故制動(dòng)蹄摩擦襯片上任一點(diǎn)的壓力可寫成
q=q0 sin (3-2)
式(3-2)表明繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)的制動(dòng)蹄摩擦襯片的壓力分布規(guī)律呈正弦分布,其最大壓力作用在與連線呈90°的徑向線上.
也可以根據(jù)圖來(lái)分析并簡(jiǎn)化計(jì)算具有一個(gè)自由度的增勢(shì)蹄摩擦襯片的徑向變形規(guī)律和壓力分布規(guī)律.因此摩擦襯片在張開力和摩擦力的作用下,繞支承銷中心轉(zhuǎn)動(dòng)dγ角.摩擦襯片表面任意點(diǎn)沿制動(dòng)蹄轉(zhuǎn)動(dòng)的切線方向的變形即為線段,其徑向變形分量是線段在半徑0延長(zhǎng)線上的投影,即線段.由于dγ角很小,也可以認(rèn)為
∠=90°
則所求的摩擦襯片的徑向變形為
== sinγ=sinγdγ
考慮到,則由等腰三角形可知
代入上式,得摩擦襯片的徑向變形和壓力分別為
§3.3固定支點(diǎn)蹄式制動(dòng)器的受力分析與計(jì)算
假設(shè)回位彈簧的拉力以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與蹄片端面間的摩擦力忽略不計(jì)，則這種制動(dòng)器的受力簡(jiǎn)圖。 如圖3-2示
設(shè)VV為摩擦片包角的等分線，WW為軸線VV的垂線，OX，為前蹄1的最大壓力線并與O垂直，而與VV軸線的夾角為角。作用在蹄片上的合成壓緊力（N）為：
圖3-2固定支點(diǎn)蹄式制動(dòng)器受力簡(jiǎn)圖[7]
式中 為合成壓緊力與包角等分線的夾角（）。
值可用下式計(jì)算
一般蹄式制動(dòng)器的WW軸線又是兩蹄片的對(duì)稱軸線，此時(shí)上式中
=
所以
前蹄摩擦力矩也可以看成是一個(gè)合成切向摩擦力對(duì)鼓的圓心O點(diǎn)的作用力矩。設(shè)其作用半徑，則 = 或
式中
合成壓緊力（徑向力）與合成切向摩擦力力的合力就是鼓對(duì)蹄片1的等效作用合力。合力的作用點(diǎn)成為蹄片1的壓力中心。
根據(jù)蹄片1上的力矩平衡條件，可導(dǎo)出作用在蹄端上的驅(qū)動(dòng)力（N）為
（ 其中=/2）
所以：
=3023.037 N
由公式看出，如果，則0。這意味著此時(shí)只要對(duì)緊蹄施加一個(gè)有限驅(qū)動(dòng)力，摩擦力矩將趨于無(wú)窮大。在這種情況下，制動(dòng)器將自剎。不自剎的條件是
計(jì)算：>0.3符合條件
當(dāng)后蹄（松蹄）的角和包角與前蹄的相等時(shí)（即兩蹄片對(duì)稱布置時(shí)），同樣可導(dǎo)出作用在蹄片2端面上的驅(qū)動(dòng)力（N）為
式中 =/2（后蹄摩擦力矩） （凸輪制動(dòng)力臂）
所以
=7610.197 N
對(duì)不同類型的蹄式制動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)力與制動(dòng)力矩之間的關(guān)系、最大單位壓力與 動(dòng)力矩之間的關(guān)系是不同的。
本設(shè)計(jì)采用等位移蹄式制動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用固定凸輪，兩蹄片的支承方式均為固定支點(diǎn)式。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩蹄片對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位移相等，所以磨合后能保證兩蹄片上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的單位壓力相等（即），兩蹄片的摩擦力矩相等。整個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)力矩為，則=0.5。顯然，這是因?yàn)槟Σ亮?duì)緊蹄有助力作用，而對(duì)松蹄卻起相反作用的結(jié)果。摩擦片的磨損受溫度、單位壓力、滑磨速度以及材料的特性等因素的影響，而溫度又受制動(dòng)鼓的吸熱和散熱能力等因素的影響，因此在理論上預(yù)測(cè)磨損性能相當(dāng)困難。通常采用最大單位壓力和單位滑磨功率作為度量磨損的指標(biāo)。
最大單位壓力（Mpa）為
=
=0.73（Mpa）<[p]=0.4--0.8 (Mpa)
其中 [p] 為許用單位壓力（查閱《拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7.3-2）
這種制動(dòng)器的特點(diǎn)是制動(dòng)力矩與旋轉(zhuǎn)方向無(wú)關(guān)，緊蹄和松蹄上的摩擦力矩、最大單位壓力和磨損相同，但制動(dòng)凸輪磨損不均勻。
最大單位滑磨功率P（Mpa·m/s）為
P=v[P] (3-3)
其中 V 為制動(dòng)鼓的圓周速度。 [P]為許用單位滑磨功率。 設(shè)車輪軸轉(zhuǎn)速為n 則有公式：
所以
V=
則可得式3-3 P=Mpa*m/s
P〈[P]=1.5 Mpa*m/s 符合條件
§3.4制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)及其敏感度的計(jì)算
根據(jù)制動(dòng)因數(shù)的定義整個(gè)制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)
并假定
則可得到固定支點(diǎn)等位移蹄式制動(dòng)器的制動(dòng)因數(shù)Kr及敏感度
§3.5單個(gè)制動(dòng)蹄片上的受力分析與計(jì)算
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. 以緊蹄為例，分析受力關(guān)系：
圖3-3蹄片受力分析簡(jiǎn)圖[6]
在圖3-3上建立通過制動(dòng)襯面中點(diǎn)的V-W直角坐標(biāo)系，XOV的夾角。B為蹄上任一點(diǎn)，令BOV=，令為襯面所對(duì)的圓心角（稱為摩擦襯面包角）。B點(diǎn)處一微小面積bRd上受到法向力d,切向力d. d=bRd
d=(d),整個(gè)蹄的摩擦力矩為（單位為N.m）
=
=
= 2b
下面以蹄為分離體，分析單位壓力p和凸輪推力的關(guān)系。將投影在V-V和W-W軸上得分力和 ，將整個(gè)襯面上和積分，得到和 ，是蹄片在V-V，W-W方向所受的總合力；然后再合成 ，= ，由于是蹄片上所有法向力的矢量和，必然通過中心O，其方向可按角決定，=，具體計(jì)算如下
=
= (3-4)
同樣可得 (3-5)
由3-4,3-5兩式可得 (3-6)
式中
=
β= =
所以3-6 =7151.35 N
各點(diǎn)摩擦力 均是的倍，方向則差 ，因此的矢量和是 矢量和 的倍，和垂直，既
(3-7)
= =2145.405
在求得的大小和方向以后，還需要確定它的作用線位置，設(shè)其距圓心O的距離為，這個(gè)力矩顯然應(yīng)該等于所有產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之和（和都通過圓心，不產(chǎn)生制動(dòng)力矩）。
= (3-8)
將式3-7所得的代入3-8，得
顯然>R，即相當(dāng)于作用在蹄外的一個(gè)假想的點(diǎn)E上，這是因?yàn)橹苿?dòng)力矩應(yīng)是所有的代數(shù)和，而是的矢量和,在求的過程中，中有許多分量被相互抵消，因此，不能認(rèn)為作用在蹄面上，否則R必然小于實(shí)際制動(dòng)力矩 與實(shí)際不符。
§3.6制動(dòng)蹄因數(shù)計(jì)算
對(duì)于鼓式制動(dòng)器，若作用于兩蹄的張開力分別為P1 ,P2 制動(dòng)鼓內(nèi)圓柱面半徑即制動(dòng)鼓工作半徑為R，兩蹄給予制動(dòng)鼓的摩擦力矩分別為TTf1和TTf2，則兩蹄的效能因數(shù)即制動(dòng)蹄因數(shù)分別為
BF1 = TTf1/P1R BF2 = TTf2/P2R
整個(gè)鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)則為
BF = Tf/PR = （TTf1+ TTf2）/0.5(P1+ P2)R
= 2(TTf1+ TTf2)/(P1
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