載貨汽車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

載貨汽車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),載貨汽車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),載貨,汽車,氣壓,制動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì) 大學(xué) 開 題 報(bào) 告 題 目 載貨汽車氣壓制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析 指 導(dǎo) 教 師 院（系、部） 專 業(yè) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 姓 名 日 期 2018年 3月 29 日 教務(wù)處印制 一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀 1. 目的、意義 隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，車輛交通安全越來越成為人們關(guān)心的問題之一，因此汽車制動(dòng)系統(tǒng)的可靠性研究至關(guān)重要。行車制動(dòng)系統(tǒng)用來保證汽車迅速降低車速直至停車，它是關(guān)系到汽車運(yùn)輸效率和行車安全的重要系統(tǒng)。汽車在行駛過程中駕駛員要經(jīng)常使用制動(dòng)器，為了減輕駕駛員的工作強(qiáng)度，目前汽車基本上都采用了伺服制動(dòng)系統(tǒng)或動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。載貨汽車一般都采用動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單化。 制動(dòng)系統(tǒng)主要由供能裝置、控制裝置、傳動(dòng)裝置、制動(dòng)器及制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置等組成。制動(dòng)系統(tǒng)的分類：按制動(dòng)能量傳輸方式來分類，制動(dòng)系統(tǒng)可分為機(jī)械式、液壓式、氣壓式、電磁式以及上述兩種以上組合式。以發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)作為制動(dòng)器制動(dòng)的唯一能源，而駕駛員的體力僅作為控制能源的制動(dòng)系統(tǒng)稱之為氣壓制動(dòng)系統(tǒng)。氣壓制動(dòng)系統(tǒng)是動(dòng)力制動(dòng)系統(tǒng)最常見的型式。氣壓制動(dòng)由于可獲得較大的制動(dòng)驅(qū)動(dòng)力，且主車與被拖的掛車以及汽車列車之間制動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的連接裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、聯(lián)接和斷開都很方便，因此廣泛用于總質(zhì)量為8t以上尤其是15t以上的載貨汽車、越野汽車和客車上。 2. 研究現(xiàn)狀 氣壓制動(dòng)系是發(fā)展最早的一種動(dòng)力制動(dòng)系，其供能裝置和傳動(dòng)裝置全部是氣壓式的。目前4t以上的載貨汽車、客車幾乎都使用氣壓制動(dòng)。這是因?yàn)椋簹鈮褐苿?dòng)不但制動(dòng)力矩大、踏板行程較短、操縱輕便、使用可靠；而且對(duì)長(zhǎng)軸距、多軸和拖帶半掛車、掛車等，實(shí)現(xiàn)異步分配制動(dòng)有獨(dú)特的優(yōu)越性。它的缺點(diǎn)是：消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制動(dòng)不如液壓式柔和而且制動(dòng)反應(yīng)也不如液壓式快、非簧載質(zhì)量大，行駛舒適性差。因而一般只用于中、重型汽車上。在我國(guó)汽車上，如一汽CA1091、東風(fēng)EQ1092、黃河JN1181等都采用的是氣壓動(dòng)力制動(dòng)系。中型五噸載貨汽車CA1091、EQ1092在齊國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)幾十年，其零部件價(jià)格低廉，社會(huì)保有量大，配件易購(gòu)，特別是EQ1092系列在中南方有著廣泛的社會(huì)基礎(chǔ)。但氣壓制動(dòng)系必須采用空氣壓縮機(jī)、貯氣罐、制動(dòng)閥等裝置，使其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、笨重、輪廓尺寸大、造價(jià)高；管路中氣壓的產(chǎn)生和撤除均較慢，作用滯后時(shí)間較長(zhǎng)，因此在制動(dòng)閥到制動(dòng)氣室和貯氣罐的距離較遠(yuǎn)時(shí)，有必要加設(shè)氣動(dòng)的第二級(jí)控制元件—繼動(dòng)閥(即加速閥)以及快放閥；管路工作壓力較低，因而制動(dòng)氣室的直徑大，只能置于制動(dòng)器之外，再通過桿件及凸輪或楔塊驅(qū)動(dòng)制動(dòng)蹄，使非簧載質(zhì)量增大；另外，制動(dòng)氣室排氣時(shí)也有較大噪聲。 二、研究方案及預(yù)期結(jié)果。 1. 論文主要研究?jī)?nèi)容 首先，通過查找書籍、論文資料，了解氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的工作原理和組成；然后根據(jù)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的特點(diǎn)和重型貨車的相關(guān)數(shù)據(jù)和特點(diǎn)對(duì)其氣壓制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)；在設(shè)計(jì)完成之后，用軟件進(jìn)行仿真分析。 2. 主要解決的問題、理論、方法、技術(shù)路線 主要解決的問題：氣壓制動(dòng)系統(tǒng)主要減輕了駕駛員的工作強(qiáng)度，提高了制動(dòng)的穩(wěn)定性。 主要理論：氣壓傳動(dòng)與控制、汽車、組合機(jī)械相關(guān)知識(shí)進(jìn)行計(jì)算與設(shè)計(jì)。 技術(shù)路線及方法： 調(diào)查研究 數(shù)據(jù)采集、分析和處理 進(jìn)行可行性方案研究 氣壓制動(dòng)的系統(tǒng)的型式布置及初始參數(shù)選取 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 制動(dòng)管路的布置與設(shè)計(jì) 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 UG建模 繪制CAD零件圖和裝配圖 編寫設(shè)計(jì)說明書 3. 論文框架（列出說明書大體結(jié)構(gòu)及提綱） 前言 1 制動(dòng)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 1.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 1.2 制動(dòng)參數(shù)的選擇 1.3 汽車的總質(zhì)量 1.4 制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 1.5 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù) 2.2 制動(dòng)鼓主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.3 鼓式制動(dòng)器的計(jì)算襯片 2.4 襯片磨損特性的計(jì)算 2.5 駐車制動(dòng)的計(jì)算 3 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本組成 3.2 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本原理 3.3 制動(dòng)氣室的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4 氣管直徑的選擇 4 制動(dòng)器的建模與運(yùn)動(dòng)仿真 4.1 零件的建模 4.2 零件的裝配 4.3 制作爆炸視圖 4.4 運(yùn)動(dòng)仿真分析 5 對(duì)制動(dòng)鼓的溫度場(chǎng)的有限元分析 5.1 操作流程 5.2 結(jié)果分析 6 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 7 結(jié)論 8 致謝 4. 預(yù)期結(jié)果 制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，各個(gè)零件的建模、運(yùn)動(dòng)仿真分析以及制動(dòng)鼓溫度場(chǎng)的有限元分析 繪制工程圖紙4張（裝配圖1張A0~A1，零件圖4張A2） 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明1份 翻譯相關(guān)外文文獻(xiàn)1篇 三、研究進(jìn)度 第1周—第4周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。 第5周：撰寫開題報(bào)告，進(jìn)行開題答辯。 第6周—第7周：整個(gè)氣壓制動(dòng)的系統(tǒng)的型式布置以及初始參數(shù)選取。 第8周—第9周：制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算。 第10周—第11周：制動(dòng)管路的布置與設(shè)計(jì)。 第12周—第13周：氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算并校核制動(dòng)性能。 第14周：繪圖與仿真，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正與優(yōu)化。 第15周：整理設(shè)計(jì)資料，打印輸出，提交設(shè)計(jì)資料。 第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 四、主要參考文獻(xiàn) [1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].第二版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005. [2] 劉惟信.汽車制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)計(jì)算[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.9 [3] 王文斌.氣壓傳動(dòng)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.2 [4] 何宇平.氣壓制動(dòng)性能的研究[J].北京：北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1995（4） [5] 王望予.汽車設(shè)計(jì)[M].第4版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [6] 余志生.汽車?yán)碚揫M].第5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2009.3 [7] 方泳龍.汽車制動(dòng)理論[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005. [8] 齊志鵬.汽車制動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理與檢修[M].北京：人民郵電出版社，2002. [9] 孫博泉.蹄式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算表[J].汽車技術(shù)，2006.08.10: 75-80 [10]周 珂.蹄式制動(dòng)器的計(jì)算[J].建筑機(jī)械，2006.10.17: 19-23 [11] Wang Sujing, Wang Lide, Shen Ping, Liu Biao, Nie Xiaobo. Research on ElectronicallyControlled Fuel Injection System[Z]. IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), Harbin, China, September 3-5, 2008 五、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽字： 7 摘要 剎車系統(tǒng)伴隨著汽車的發(fā)展，也在快速發(fā)展著，而制動(dòng)器作為剎車系統(tǒng)的執(zhí)行系統(tǒng)的一部分，其安全性也越來越受到現(xiàn)代人們的重視。貨車的制動(dòng)系統(tǒng)多為氣壓制動(dòng)，由于貨車質(zhì)量很大，所以貨車的制動(dòng)器質(zhì)量一般也很大，在考慮制動(dòng)系統(tǒng)安全性的同時(shí)，如何做到制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的輕量化和選材的綠色化也正在成為個(gè)汽車廠的研究方向。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，以重型貨車為設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)制動(dòng)系的發(fā)展做了簡(jiǎn)單敘述，對(duì)貨車制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并通過三維軟件進(jìn)行了建模、運(yùn)動(dòng)仿真和有限元分析，檢驗(yàn)了此次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性；然后使用CAXA電子圖板繪制了二維零件圖和裝配圖。 關(guān)鍵詞：氣壓制動(dòng)；制動(dòng)器；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；運(yùn)動(dòng)仿真；有限元分析 Abstract Along with the development of automobile, brake system is also developing rapidly. As a part of brake system, the safety of brake system is paid more and more attention by modern people. The brake system of the freight car is mostly pneumatic brake. Because the quality of the truck is very large, the brake quality of the truck is generally very large, and the safety of the braking system is considered at the same time. How to achieve the light weight of brake structure and the greening of material selection is becoming the research direction of automobile factory. In this graduation design, taking heavy truck as design object, the development of brake department is briefly described, the structure of truck brake is designed, the pneumatic drive mechanism is designed, and the motion simulation is carried out through three-dimensional software. The rationality of the structural design is tested, and then two dimensional part drawing and assembly drawing are drawn with CAXA electronic drawing board. Key words: pneumatic brake; structure design; motion simulation；finite element analysis III 目錄 前言 1 1 制動(dòng)系的總體設(shè)計(jì) 2 1.1制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 2 1.2制動(dòng)系參數(shù)的選擇 3 1.3汽車總質(zhì)量 3 1.4制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 3 1.5制動(dòng)強(qiáng)度與利用附著系數(shù) 7 1.6 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 8 2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 10 2.1鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù) 10 2.1.1制動(dòng)鼓內(nèi)徑D 10 2.1.2摩擦襯片寬度b及包角 11 2.1.3摩擦襯片起始角 12 2.1.4制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c 12 2.1.5制動(dòng)器中心到張開力作用線的距離e 12 2.1.6摩擦襯片摩擦系數(shù) 12 2.2制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 2.2.1制動(dòng)鼓 13 2.2.2制動(dòng)蹄 13 2.2.3摩擦襯片 13 2.2.4支承 14 2.2.5張開機(jī)構(gòu) 14 2.2.6制動(dòng)底板 14 2.2.7制動(dòng)間隙調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 14 2.3鼓式制動(dòng)器的計(jì)算 15 2.3.1計(jì)算蹄片上的制動(dòng)力矩 15 2.3.2檢查制動(dòng)蹄有無自鎖 17 2.4襯片磨損特性的計(jì)算 18 2.5駐車制動(dòng)計(jì)算 19 3氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 3.1氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本組成 21 3.1.1供能裝置 21 3.1.2控制裝置 21 3.1.3制動(dòng)氣室 21 3.2氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本原理 21 3.3制動(dòng)氣室的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 3.4氣管直徑的選擇 24 4制動(dòng)器的建模與運(yùn)動(dòng)仿真 25 4.1零件的建模 25 4.1.1制動(dòng)蹄的建模 25 4.1.2制動(dòng)底板的建模 26 4.1.3制動(dòng)鼓的建模 27 4.1.4凸輪軸的建模 28 4.1.5擋塵板的建模 29 4.1.6摩擦襯片的建模 30 4.2零件的裝配 30 4.3制作爆炸視圖 32 4.4運(yùn)動(dòng)仿真分析 33 5對(duì)制動(dòng)鼓的溫度場(chǎng)的有限元分析 35 5.1操作流程 35 5.2結(jié)果分析 36 6技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 39 7結(jié)論 40 致謝 41 參考文獻(xiàn) 42 前言 自從汽車誕生以來，剎車系統(tǒng)也隨著汽車的發(fā)展而逐步地發(fā)展著。制動(dòng)器作為剎車系的一部分，也在隨之的發(fā)展著，剎車系統(tǒng)的安全性一直是人們關(guān)注的終點(diǎn)。從目前制動(dòng)器的發(fā)展來看，制動(dòng)器會(huì)越來越系統(tǒng)化，而且也會(huì)逐步變成了模塊化生產(chǎn)。制動(dòng)器生產(chǎn)材料的選擇也在朝著輕量化和綠色無污染的方向發(fā)展。除去將制動(dòng)系的安全性作為人們選車時(shí)的第一考慮要素外，由于人們綠色環(huán)保意識(shí)的提升，對(duì)汽車污染排放物的要求也越來越高，隨之而來的是，制動(dòng)系統(tǒng)選材也更加環(huán)保，而且因摩擦而產(chǎn)生的排放物也越來越少、越來越安全。 目前，制動(dòng)器的樣式五花八門，樣式非常的多，但是，基本上都是朝著輕量化的方向去發(fā)展的。在以后的設(shè)計(jì)中，也會(huì)更加突出對(duì)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如何既能保持制動(dòng)器應(yīng)有的強(qiáng)度，又能做到結(jié)構(gòu)的輕量化和摩擦產(chǎn)物無污染，會(huì)成為以后各汽車制造廠更加注重的研究方向。 1 制動(dòng)系的總體設(shè)計(jì) 1.1 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 能夠使汽車以合適的減速度降低車速，從而使汽車逐漸減速至停車；在下坡行駛時(shí)，能夠使汽車維持合適且穩(wěn)定的行車速度；使汽車能夠可靠地停在原地或者各種不同的坡道上，這些便是汽車制動(dòng)系的這便是主要功用。 制動(dòng)系通常應(yīng)該使用兩套相互獨(dú)立制動(dòng)裝置，主要分為行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。行車制動(dòng)裝置主要用來維持合適且穩(wěn)定的行車速度，駐車制動(dòng)裝置則主要用來保持在不同路況停車時(shí)的可靠性。 設(shè)計(jì)制動(dòng)系時(shí)應(yīng)滿足如下要求： 1） 需要有足夠的制動(dòng)效能。即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度必須合適且滿足要求。 2） 需要保證制動(dòng)時(shí)汽車方向的穩(wěn)定性，也即汽車在任何速度下制動(dòng)的時(shí)候，能夠不發(fā)生側(cè)滑、跑偏及喪失轉(zhuǎn)向能力的性能。 3） 制動(dòng)系能夠保持一定的抗熱衰退性能，也即保持制動(dòng)效能的穩(wěn)定性。 4） 防止污水和淤泥等會(huì)破壞制動(dòng)器制動(dòng)性能的雜物進(jìn)入制動(dòng)器表面。 5） 制動(dòng)系應(yīng)該使駕駛員操縱輕靈且方便，并且能夠具有很好的隨動(dòng)性。 6） 制動(dòng)系在制動(dòng)的時(shí)候產(chǎn)生的噪聲應(yīng)該越小越好，同時(shí)應(yīng)該盡量降低制動(dòng)系散發(fā)出的石棉纖維等對(duì)人體有害的物質(zhì)，從而降低公共危害。 7） 作用滯后性應(yīng)該盡可能的好。作用滯后性指的是制動(dòng)系的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間，它的評(píng)價(jià)指標(biāo)是制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到所給定的制動(dòng)效能所需要的時(shí)間。汽車氣壓制動(dòng)的反應(yīng)時(shí)間一般都比較長(zhǎng)，但是規(guī)定不能超過0.6s； 8） 摩擦襯片應(yīng)該具有足夠長(zhǎng)的工作壽命。 9） 在摩擦副產(chǎn)生一定量的磨損后，制動(dòng)系應(yīng)該具有能夠消除因?yàn)槟p而產(chǎn)生間隙的調(diào)整機(jī)構(gòu)，并且該調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)整間隙時(shí)應(yīng)該盡可能簡(jiǎn)單輕便，最好是能夠設(shè)置一個(gè)可以自動(dòng)調(diào)整間隙的機(jī)構(gòu)。 10） 制動(dòng)系應(yīng)該裝有喇叭或指示燈等報(bào)警裝置，以便在制動(dòng)系的任何元件發(fā)生故障使制動(dòng)系的制動(dòng)能力減弱甚至喪失之前，報(bào)警裝置可以及時(shí)給駕駛員一個(gè)報(bào)警提示，從而減少危險(xiǎn)的發(fā)生。 1.2 制動(dòng)系參數(shù)的選擇 貨車的主要參數(shù) 長(zhǎng)寬高（mm） 軸 距（mm） 前 輪 距（mm） 1982 后 輪 距（mm） 1812 最小離地間隙（mm）263 整車整備質(zhì)量（kg）11000 最大裝載質(zhì)量（kg）15000 質(zhì)心距前軸（mm）5125 質(zhì)心距后軸（mm）2450 最 高 車 速（km/h）90 質(zhì)心高度 (mm) 空載 890mm 滿載 1600mm 1.3汽車總質(zhì)量 汽車的總質(zhì)量指的是所有設(shè)備都完整，并且載滿客貨時(shí)的汽車質(zhì)量： =11000+15000=26000kg 1.4制動(dòng)力與制動(dòng)力分配系數(shù) 汽車在制動(dòng)的時(shí)后，如果忽略滾動(dòng)阻力偶矩、減速時(shí)的慣性力和慣性力偶矩等，那么對(duì)于任一的汽車車輪，它的力矩平衡方程為： （1-1） 式中： —制動(dòng)器對(duì)車輪作用的制動(dòng)力矩，單位； —地面作用于車輪上的制動(dòng)力，單位N ； —車輪有效半徑，單位m ；初選約為0.49m。 則代入數(shù)據(jù)得： 令 （1-2） 把叫做制動(dòng)器制動(dòng)力，由式（1-2）可以知道，制動(dòng)器制動(dòng)力是由制動(dòng)器的制動(dòng)結(jié)構(gòu)的一些特定參數(shù)來決定，也即的大小主要是由制動(dòng)器的具體形狀、結(jié)構(gòu)尺寸、制動(dòng)器摩擦副的摩擦因數(shù)以及車輪半徑等來決定，同時(shí)與制動(dòng)踏板力，也即與制動(dòng)系的液壓或著空氣壓力成正比。汽車車輪在滾動(dòng)的時(shí)候，當(dāng)制動(dòng)踏板力不大的時(shí)候，地面制動(dòng)力等于制動(dòng)器制動(dòng)力，而且地面制動(dòng)力會(huì)隨著踏板力的增長(zhǎng)成正比地增長(zhǎng)（見圖1-1）。但是地面制動(dòng)力是滑動(dòng)摩擦的約束反力，所以地面制動(dòng)力的值不可以超過附著力，也即： （1-3） 或著說最大地面制動(dòng)力為： （1-4） 式中:—附著系數(shù)； —地面對(duì)車輪的法向反作用力。 當(dāng)踏板力上升到某一數(shù)值時(shí)，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力，汽車車輪就會(huì)被抱死繼而會(huì)出現(xiàn)拖滑的現(xiàn)象，然后制動(dòng)器的摩擦力矩就成為了靜摩擦力矩。在地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不在繼續(xù)增大，但是制動(dòng)器制動(dòng)力由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而繼續(xù)上升。 圖1-1 制動(dòng)過程中地面制動(dòng)力、制動(dòng)器制動(dòng)力及附著力的關(guān)系 Fig. 1-1 relationship between ground braking force, brake force and adhesion during braking 當(dāng)時(shí)，，附著利用率最高，一般貨車的，故此次設(shè)計(jì)貨車的同步附著系數(shù)取。 則汽車減速度為： 在汽車制動(dòng)的時(shí)候，根據(jù)汽車的受力分析，可求得地面對(duì)前軸車輪和后軸車輪的法向反力分別為和： （1-5） （1-6） 式中：—汽車所受重力 —汽車軸距 —汽車質(zhì)心離后軸距離 —汽車質(zhì)心離后軸距離 —汽車質(zhì)心高度 —重力加速度 —汽車的制動(dòng)減速度 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 前軸車輪的附著力為： （1-7） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 后軸車輪的附著力為： （1-8） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 當(dāng)汽車各車輪制動(dòng)器的制動(dòng)力足夠時(shí)，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動(dòng)過程可能出現(xiàn)的情況有三種，即： 1）前輪先抱死拖滑，然后后輪再抱死拖滑； 2）后輪先抱死拖滑，然后前輪再抱死拖滑； 3）前、后輪同時(shí)抱死拖滑。 對(duì)于第一種汽車制動(dòng)情況，雖然是一種穩(wěn)定工況，但是會(huì)失去轉(zhuǎn)向的能力；對(duì)于第二種汽車制動(dòng)情況，汽車在制動(dòng)時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑，使得汽車失去方向穩(wěn)定性；對(duì)于第三種汽車制動(dòng)情況，雖然也會(huì)失去轉(zhuǎn)向能力，但是也是一種穩(wěn)定工況，而且附著條件的利用情況也很好。 在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死即前、后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是： （1-9） （1-10） （1-11） 將式（1-7）和（1-8）代入式（1-10）、（1-11）得 （1-12） 將式（1-9）代入（1-12）中，整理得： （1-13） 由式（1-13)畫成的曲線，即為前、后輪同時(shí)抱死時(shí)前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系曲線—理想的前、后前后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線，如圖： 圖1-2 滿載與空載時(shí)理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線 Fig.1-2 braking force distribution curve of front and rear wheel brakes with full load and no load 常用前與之比來表明分配的比例，稱為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，并用符號(hào)β表示，即： （1-14） 故 ， （1-15） 且 （1-16） 將式（1-12）代入式（1-16）得： （1-17） 整理得： （1-18） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 1.5制動(dòng)強(qiáng)度與利用附著系數(shù) 附著條件的利用情況可以用附著系數(shù)利用率 來表達(dá)，可定義為： （1-19） 根據(jù)式（1-18）,可得到前、后車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力和： （1-20） （1-21） 當(dāng)時(shí)，，，故 ，， 當(dāng)時(shí)，最大總制動(dòng)力取決于前輪先抱死的條件，即。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 當(dāng)時(shí)，最大總制動(dòng)力取決于后輪先抱死的條件，即。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 1.6 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩 最大制動(dòng)力是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，此時(shí)制動(dòng)力與地面作用于車輪的法向力、成正比。前、后輪同時(shí)抱死時(shí)的制動(dòng)力之比為： （1-22） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩受到車輪的計(jì)算力矩所制約，即： （1-23） （1-24） 則前、后軸的車輪制動(dòng)器所能產(chǎn)生的最大制動(dòng)力矩為： （1-25） （1-26） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 2 制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 2.1 鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù) 2.1.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D 輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，則制動(dòng)力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。但 的增大（圖2-1）受輪輞內(nèi)徑限制，制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于20mm，否則不僅制動(dòng)鼓散熱條件太差，而且輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動(dòng)鼓應(yīng)有足夠的壁厚，用來保證有較大的剛度和熱容量，以減少制動(dòng)時(shí)的溫升。制動(dòng)鼓的直徑小，剛度就大，并有利于保證制動(dòng)鼓的加工精度。 圖2-1 鼓式制動(dòng)器主要幾何參數(shù) Fig. 2-1 main geometric parameters of drum brake 制動(dòng)鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下： 貨車： 商用車： 轎車制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小125mm-150mm，載貨汽車和客車的制動(dòng)鼓內(nèi)徑一般比輪輞外徑小80mm-100mm。對(duì)于深槽輪輞由于其中間深陷部分的尺寸比輪輞名義直徑小得多，所以其制動(dòng)鼓與輪輞之間的間隙有所減小應(yīng)予注意。設(shè)計(jì)時(shí)亦可按輪輞直徑初步確定制動(dòng)鼓內(nèi)徑如表2-1： 表2-1 制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑 Tablet .2-1 The largest diameter brake drum 輪輞直徑/in 12 13 14 16 20,22.5 制動(dòng)鼓最大直徑/mm 轎車 180 200 240 - - 貨車、客車 220 240 260 320 420 在設(shè)計(jì)的時(shí)候，為20英寸，則=20×25.4mm=508mm。 則選取=415mm，則=415/508=0.817，因此，制動(dòng)鼓內(nèi)徑的選擇符合要求。 故制動(dòng)鼓內(nèi)徑D取為415mm。 2.1.2摩擦襯片寬度b及包角 試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角 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。減小雖有利于散熱，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。 故初選。 摩擦襯片寬度尺寸的選取對(duì)摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度b的尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；若襯片寬度尺寸取寬些 ，則質(zhì)量大，不易加工，并且增加了成本。 制動(dòng)鼓半徑R確定后，襯片的摩擦面積為。制動(dòng)器各蹄襯片總的摩擦面積越大，制動(dòng)時(shí)所受單位面積的正壓力和能量負(fù)荷越小，從而磨損特性越好。 根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，單個(gè)車輪蹄式制動(dòng)器總的襯片摩擦面積隨汽車總重而增加具體數(shù)如表2-2。 表2-2 摩擦襯片面積 Tablet.2-2 Friction lining area 汽車類別 汽車總重力G/KN 單個(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積A/cm 轎車 9-15 15-25 100-200 200-300 貨車 10-15 15-25 25-35 35-70 70-120 120-170 100-200 150-250 250-400 300-650 550-1000 600-1500 此次設(shè)計(jì)中，制動(dòng)蹄摩擦襯片寬度b暫取為180mm。 由式 則單個(gè)制動(dòng)器的摩擦襯片的摩擦面積為。由表2-2知摩擦襯片寬度b的選取合理。 2.1.3 摩擦襯片起始角 通常將襯片布置在的中央，即令： 2.1.4 制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)a和c 在保證兩蹄支撐端毛面不致互相干涉的條件下，應(yīng)使距離a盡可能地大而c盡可能小，初步設(shè)計(jì)時(shí)可暫取左右。故取，。 2.1.5 制動(dòng)器中心到張開力作用線的距離e 在保證輪缸或制動(dòng)凸輪能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件下，應(yīng)使距離e盡可能大，以提高制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)暫定左右，故取 2.1.6 摩擦襯片摩擦系數(shù) 不能夠盲目地選擇使用摩擦系數(shù)很高的摩擦材料，要根據(jù)所設(shè)計(jì)車輛的具體情況來選擇適當(dāng)摩擦系數(shù)的摩擦材料。 故此次設(shè)計(jì)中摩擦襯片的摩擦系數(shù)選取為0.4。 2.2 制動(dòng)器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1 制動(dòng)鼓 設(shè)計(jì)制動(dòng)鼓時(shí)，需要注意，制動(dòng)鼓應(yīng)該具有足夠的剛性和大的熱容量，并且能夠與摩擦襯片很好地配合在一起。 制動(dòng)鼓一般有鑄造的和組合式兩種。鑄造制動(dòng)鼓的選材通常以灰鐵居多，灰鐵鑄造具有良好的鑄造性能、良好的耐磨性、良好的切削加工功能等優(yōu)點(diǎn)。 為防止制動(dòng)鼓在工作的時(shí)候因承受載荷而發(fā)生變形，通常會(huì)在制動(dòng)鼓的外圓周部分鑄造肋板，用來增強(qiáng)剛度，并能過增加散熱效果。制動(dòng)鼓厚度的選取，要考慮它的強(qiáng)度和剛度。對(duì)商用車，制動(dòng)鼓壁厚通常取為13～18mm。 本次設(shè)計(jì)選擇鑄造制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓壁厚選為16mm。 2.2.2 制動(dòng)蹄 對(duì)于總質(zhì)量較大的商用車，制動(dòng)蹄通常用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金等鑄成。制動(dòng)蹄的斷面形狀和尺寸應(yīng)該使制動(dòng)蹄保持足夠的剛度，從而保證制動(dòng)蹄工作的安全性與可靠性。重型載貨汽車制動(dòng)蹄的斷面通常有工字形、山字形等不同形狀。本次設(shè)計(jì)選用鑄造制動(dòng)蹄，制動(dòng)蹄的斷面為工字形。 制動(dòng)蹄翼緣的厚度與車型有關(guān)，商用車通常為5～10mm。故本次設(shè)計(jì)翼緣厚度選取為10mm。 2.2.3 摩擦襯片 摩擦襯片的材料應(yīng)具有如下幾種特性： 摩擦材料的耐磨性是其使用壽命的反應(yīng)，也是衡量摩擦材料耐用程度的重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。耐磨性越好，表示它的使用壽命越長(zhǎng)。 摩擦襯片的材料應(yīng)具有如下幾種特性： （1） 具有一定的穩(wěn)定的摩擦因數(shù)。 （2） 具有良好的耐磨性。 （3） 要盡可能小的壓縮率和膨脹率。 （4） 制動(dòng)時(shí)不易產(chǎn)生噪聲，對(duì)環(huán)境無污染。 （5） 應(yīng)該采用對(duì)人體無害的摩擦材料。 （6） 應(yīng)當(dāng)具有較高的耐擠壓強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度，以及足夠的抗剪切能力。 本次設(shè)計(jì)摩擦襯片選擇半金屬摩阻材料，雖然該材料制造工藝復(fù)雜、成本高，但是具有耐熱性高、摩擦性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)質(zhì)量較大的貨車來說是十分重要的，故而選擇該材料，摩擦襯片的厚度取為10mm。摩擦襯片與制動(dòng)蹄的連接方式選為鉚接，鉚接可以降低部分噪聲。 2.2.4 支承 兩自由度制動(dòng)蹄的支承，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，并且能夠使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行自動(dòng)的定位。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用的支撐銷是由45號(hào)鋼制造并經(jīng)過淬火處理，以滿足其工作性能要求。 2.2.5 張開機(jī)構(gòu) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中制動(dòng)器的張開機(jī)構(gòu)采用的是凸輪張開機(jī)構(gòu)。凸輪容易磨損，為了降低凸輪的磨損、提高使用壽命，需要提高凸輪的表面硬度。 2.2.6 制動(dòng)底板 制動(dòng)底板是用來安裝擋塵板、固定凸輪軸和制動(dòng)蹄等部分零件的基體，在對(duì)制動(dòng)底板進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要保證每個(gè)零件安裝位置的合理性，使其他各個(gè)零部能夠正常工作，不能夠出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象。 制動(dòng)器在工作的時(shí)候，制動(dòng)底板承受著很大的制動(dòng)反力矩，因次制動(dòng)底板必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。制動(dòng)底板通常由鋼板沖壓成凹凸起伏的形狀。本設(shè)計(jì)采用的是可鍛鑄鐵HT250沖壓而成的制動(dòng)底板。 2.2.7 制動(dòng)間隙調(diào)整方法及相應(yīng)機(jī)構(gòu) 不工作的時(shí)候，制動(dòng)蹄在起始位置，此時(shí)制動(dòng)器的摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間需要有一個(gè)適當(dāng)?shù)拈g隙，該間隙的初始值由汽車廠家來規(guī)定，通常是在0.25～0.5mm之間。在任何制動(dòng)器的摩擦副中，如果這一制動(dòng)間隙如果過小，就會(huì)使得制動(dòng)解除的不夠徹底，從而導(dǎo)致摩擦副的拖磨；而這一制動(dòng)間隙過大的話，又將使得制動(dòng)踏板的行程過長(zhǎng)，而導(dǎo)致駕駛?cè)藛T的操縱不方便，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)器開始起作用的時(shí)刻被延后。 制動(dòng)器在經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間的工作過程后，摩擦襯片也會(huì)不斷的磨損，這種磨損也將會(huì)導(dǎo)致這一制動(dòng)器間隙的逐漸增大，因此需要在制動(dòng)器上裝有調(diào)整該制動(dòng)間隙的結(jié)構(gòu)。 制動(dòng)器使用凸輪張開裝置時(shí)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)凸輪相對(duì)于制動(dòng)臂的位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)器的工作間隙的調(diào)整，而制動(dòng)臂的位置則保持不變。凸輪位置的改變是靠裝在臂上的渦輪蝸桿副來實(shí)現(xiàn)的，調(diào)整渦輪以內(nèi)花建與制動(dòng)凸輪軸的外花建相連接。轉(zhuǎn)動(dòng)蝸桿，就可以使得調(diào)整臂的相對(duì)位置不變的情況下，通過渦輪制動(dòng)凸輪的使制動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)過一定的角度，從而改變制動(dòng)凸輪的原始位置。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的制動(dòng)器間隙取為0.3mm。 2.3鼓式制動(dòng)器的計(jì)算 2.3.1 計(jì)算蹄片上的制動(dòng)力矩 假設(shè)制動(dòng)蹄的制動(dòng)力矩和效能因數(shù)分別為和，輸入張開力，制動(dòng)鼓半徑為，則 （2-1） 效能因數(shù)是單位為1的系數(shù)。對(duì)于一定結(jié)構(gòu)型式的制動(dòng)蹄，只要已知制動(dòng)鼓轉(zhuǎn)向，制動(dòng)蹄的主要幾何參數(shù)的相對(duì)值（即這些參數(shù)與之比）以及摩擦系數(shù)，該蹄的即可確定。然后根據(jù)既定的和值求。 （1）領(lǐng)蹄 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得領(lǐng)蹄效能因數(shù)為： （2-2） 式中： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 則計(jì)算得： （2） 從蹄 根據(jù)數(shù)學(xué)推導(dǎo)得領(lǐng)蹄效能因數(shù)為: （2-3） 式中： 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 得 則： 而凸輪張開機(jī)構(gòu)，張開力F可由制動(dòng)蹄上的力矩平衡方程求出： （2-4） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 汽車制動(dòng)力總和F與整車質(zhì)量m的百分比： 所以本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)器的制動(dòng)力符合標(biāo)準(zhǔn)。 將以上各數(shù)據(jù)代入式（2-1）得： 2.3.2檢查制動(dòng)蹄有無自鎖 在設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器時(shí)，必須對(duì)制動(dòng)蹄有無自鎖現(xiàn)象進(jìn)行檢查。 若，就不會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。 式中， 該式中 代入數(shù)據(jù)得 則 故不會(huì)產(chǎn)生自鎖現(xiàn)象。 2.4 襯片磨損特性的計(jì)算 汽車在的制動(dòng)的過程中，是將汽車機(jī)械能的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏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)能耗散的任務(wù)。此時(shí)，由于在短時(shí)間內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量來不及釋放到大氣中，而使制動(dòng)器的溫度升高，這就是制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷越大，則摩擦襯片的磨損也越嚴(yán)重。 制動(dòng)器的能量負(fù)荷通常以其比能量耗散率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。比能量耗散率表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，單位為。 汽車的單個(gè)的比能量耗散率為： (2-5) 單個(gè)的比能量耗散率為： (2-6) 式中：為汽車總質(zhì)量（t）， 為汽車系數(shù)，緊急制動(dòng)停車時(shí)，認(rèn)為 為制動(dòng)，對(duì)于總質(zhì)量3.5t以上的貨車：v1=65Km/h(18m/s) 為制動(dòng)，計(jì)算時(shí)一般取 、為前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積 為制動(dòng)時(shí)間， 為制動(dòng)力分配系數(shù)， 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 故符合規(guī)定。 2.5駐車制動(dòng)計(jì)算 現(xiàn)代的汽車由于車速的提高，對(duì)應(yīng)急制動(dòng)的可靠性要求比以前更加嚴(yán)格。因此，在載貨汽車上，多在后輪制動(dòng)器上附加手操縱的機(jī)械式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使之兼起駐車制動(dòng)和應(yīng)急制動(dòng)的作用，從而取消了中央制動(dòng)器。 下圖3-2 為汽車在上坡路上停駐時(shí)的受力情況： 圖2-2 受力示意圖 Fig. 2-2 Force diagram （1） 駐車制動(dòng) 上坡駐車時(shí)后橋的附著力為： (2-7) 下坡駐車時(shí)后橋附著力為: (2-8) 則上坡時(shí)的極限坡路傾角， 可以求得： (2-9) 解得 代入數(shù)據(jù)得 同理得下坡時(shí)得極限坡路傾角為: 通常，汽車的最大停駐坡度不應(yīng)小于16％～20％，經(jīng)驗(yàn)算與均符合要求。 3氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本組成 3.1.1供能裝置 （1） 空氣壓縮機(jī)。作用是產(chǎn)生壓縮空氣，是整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，由曲軸帶輪通過V帶驅(qū)動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)壓縮機(jī)隨之運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生壓縮空氣經(jīng)管路傳送到儲(chǔ)氣筒。 （2） 儲(chǔ)氣筒。作用是儲(chǔ)存壓縮空氣，在氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中屬于儲(chǔ)能裝置，儲(chǔ)氣筒上應(yīng)安裝氣壓保護(hù)裝置、限壓裝置和用于排出儲(chǔ)氣筒內(nèi)雜質(zhì)和水分的裝置。 （3） 調(diào)壓閥。作用是使儲(chǔ)氣筒的氣壓保持在規(guī)定的范圍內(nèi)，并在超過規(guī)定氣壓值后，實(shí)現(xiàn)空氣壓縮機(jī)的卸荷空轉(zhuǎn)，以減少發(fā)動(dòng)機(jī)的功率消耗。 （4） 干燥器。作用是將壓縮空氣中的水蒸氣分離開來，以免引起金屬組件的銹蝕、橡膠密封件龜裂、潤(rùn)滑油脂失效分解及管路堵塞等故障。 （5） 四回路保護(hù)閥。作用是隔離多回路氣壓制系統(tǒng)中的各個(gè)回路，當(dāng)有一條回路漏氣而使氣壓不足或者氣壓為零時(shí)，仍能保持其余回路中有一定的安全制動(dòng)氣壓。 3.1.2 控制裝置 （1） 制動(dòng)踏板傳動(dòng)裝置實(shí)際上就是一套杠桿機(jī)構(gòu)，主要作用是承載駕駛員腳上的作用力并傳導(dǎo)至制動(dòng)總泵，控制總泵的開啟與閉合。 （2） 制動(dòng)閥置于儲(chǔ)氣筒與制動(dòng)氣室之間，并靠近制動(dòng)踏板處，用于控制通向制動(dòng)氣室的壓縮空氣的流量和壓力，并起到隨動(dòng)作用。 （3） 快放閥的作用是迅速排放制動(dòng)氣室中的壓縮空氣，以便迅速解除制動(dòng)。 （4）繼動(dòng)閥的作用是使壓縮空氣不流經(jīng)制動(dòng)閥而直接充入氣室，以縮短供氣路線，減少制動(dòng)滯后時(shí)間。 3.1.3 制動(dòng)氣室 將空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的空氣壓力轉(zhuǎn)變成使凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)的推力，同時(shí)能夠使車輪的制動(dòng)器產(chǎn)生足夠的制動(dòng)力矩，這就是制動(dòng)氣室的主要主要作用。 3.2 氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的基本原理 在氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中，為了保證汽車行駛的安全性，氣壓制動(dòng)系一般采用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，即所有行車制動(dòng)的氣壓管路分屬于兩個(gè)獨(dú)立的回路，即使其中一個(gè)制動(dòng)回路失效，還可以利用另一個(gè)制動(dòng)回路獲得制動(dòng)力。 圖3-1氣壓雙回路制動(dòng)系示意圖 Fig3-1.Schematic diagram of dual-circuit brake system pressure 1—壓縮機(jī)；2—?dú)鈮赫{(diào)節(jié)閥；3—濕儲(chǔ)氣筒；4—放水閥；5—四回路保護(hù)閥；6—主儲(chǔ)氣筒；7、8、9—報(bào)警開關(guān)；10—排氣制動(dòng)閥；11—電磁閥；12—手控閥；13—前制動(dòng)器室；14、20—快放閥；15—制動(dòng)閥；16—?dú)鈮罕恚?7—雙向閥；18—感載閥；19—彈簧制動(dòng)氣室；21—掛車控制閥；22—分離開關(guān)；23—連接頭 該制動(dòng)系統(tǒng)即為雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，由雙腔串聯(lián)制動(dòng)閥來完成。由空氣壓縮機(jī)1輸出的壓縮空氣，首先經(jīng)過氣壓調(diào)節(jié)閥2進(jìn)入到濕儲(chǔ)氣筒3，進(jìn)行油水分離，然后經(jīng)四回路保護(hù)閥5，分為兩個(gè)回路，分別進(jìn)入到主儲(chǔ)氣筒6的兩個(gè)氣室，左邊氣室的壓縮空氣經(jīng)控制閥15 和快放閥14，通向前制動(dòng)器室13，右邊制動(dòng)氣室的壓縮空氣經(jīng)感載閥18、雙向閥17和快放閥20，通向彈簧制動(dòng)氣室19。掛車和手控閥直接從四回路保護(hù)閥取氣。感載閥固定在車架上，與設(shè)置在車橋上的固定點(diǎn)用鋼絲繩連接，該閥可隨汽車軸荷的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)分室氣壓，以保證制動(dòng)強(qiáng)度與軸荷相適應(yīng)，從而達(dá)到汽車在各種載荷的減速度下的制動(dòng)穩(wěn)定性。當(dāng)其中一個(gè)回路因故障而失效時(shí)，另一個(gè)回路可以正常工作，以保證汽車有一定的制動(dòng)能力，從而提高了汽車的行駛安全性。 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，空氣壓縮機(jī)隨之運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣壓縮機(jī)以達(dá)到的壓縮空氣向儲(chǔ)氣罐充氣，但由調(diào)壓器調(diào)定的儲(chǔ)氣罐壓力通常為0.67～0.73，而安全閥所限定的儲(chǔ)氣罐的最高壓力通常為0.81左右，當(dāng)儲(chǔ)氣筒內(nèi)的壓力高于該值時(shí)，調(diào)壓閥的排氣閥門打開，停止向儲(chǔ)氣筒供氣。 3.3 制動(dòng)氣室的設(shè)計(jì)計(jì)算 膜片式的、、質(zhì)量輕、對(duì)室壁的加工精度要求不高、壓縮空氣消耗量少、摩擦部分少、密封性較好等優(yōu)點(diǎn)。 故本次設(shè)計(jì)采用的是膜片式制動(dòng)氣室， 氣室推力由兩部分組成，第一部分是推盤施加于推桿上的力： （3-1） 第二部分是膜片在環(huán)面積上受壓后施加于推桿上的力： （3-2） 將,代入式（3-1）和（3-2）得： （3-3） 式中-膜片氣室的有效面積，單位。 氣室殼體夾持膜片處內(nèi)徑，單位。 推盤直徑，單位。 根據(jù)表3-1，選擇型號(hào)為30的制動(dòng)氣室。 表3-1膜片式制動(dòng)氣室的參數(shù) Tablet. 3-1 Diaphragm brake chamber parameters 型號(hào) D （mm） d （mm） d/D 有效面積 （） 推桿最大行程（mm） 16 120 95 0.792 95 55 24 160 125 0.781 145 55 30 180 140 0.778 200 60 代入數(shù)據(jù)得，故合適。 根據(jù)制動(dòng)蹄的和凸輪的相關(guān)參數(shù)，可知,可設(shè)計(jì)為225mm。 制動(dòng)氣室推桿行程為： = （3-4） 式中-行程儲(chǔ)備系數(shù)，考慮到磨損因素，取。 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得: 因此符合要求。 繼續(xù)計(jì)算制動(dòng)氣室工作容積。 （3-5） 代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 3.4氣管直徑的選擇 氣壓制動(dòng)系統(tǒng)中，連接管路直徑的選擇，對(duì)氣壓制動(dòng)系統(tǒng)的工作有很大影響。 空氣壓縮機(jī)出氣率小于80時(shí)，選擇內(nèi)徑為10mm的氣管。出氣率大于80且小于200時(shí)，選用內(nèi)徑15mm的氣管。當(dāng)出氣率超過200，且管長(zhǎng)大于2.5m時(shí)，氣管內(nèi)徑應(yīng)該不小于22mm。管接頭等零部件采用標(biāo)準(zhǔn)件，不需要另行設(shè)計(jì)。 4制動(dòng)器的建模與運(yùn)動(dòng)仿真 4.1零件的建模 4.1.1制動(dòng)蹄的建模 1）在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“zhidongti.prt”的文件。 2)選擇X-Y平面為草圖繪制平面，繪制制動(dòng)蹄側(cè)面草圖，然后根據(jù)零件的具體尺寸，設(shè)置具體參數(shù)，分次完成“拉伸”、“打孔”等指令。 3)找到“鏡像特征”的指令，選中已完成的部分進(jìn)行鏡像，完成對(duì)制動(dòng)蹄的另一半的繪制。 4)建立新的基準(zhǔn)平面，在“菜單”欄找到“肋板”的指令，按照指令，先繪制草圖，然后完成對(duì)制動(dòng)蹄一側(cè)肋板的繪制，再進(jìn)行“鏡像特征”的指令，完成對(duì)制動(dòng)蹄另一側(cè)肋板的繪制。 5)建立新的草圖平面，找到制動(dòng)蹄背部各個(gè)孔的位置，完成草圖后，按照對(duì)該孔的設(shè)計(jì)要求，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)，對(duì)制動(dòng)蹄背部的進(jìn)行打孔處理，從而完成對(duì)制動(dòng)蹄背部孔的繪制。 6)建立新的草圖平面，繪制需要吊掛彈簧處吊孔的草圖，繪制完成后，按照設(shè)計(jì)要求，設(shè)置對(duì)應(yīng)參數(shù)，使用拉伸指令，完成對(duì)該吊孔的拉伸。 7）最后，按照制動(dòng)蹄的設(shè)計(jì)要求，對(duì)制動(dòng)蹄的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行倒圓角等處理，并最終完成對(duì)制動(dòng)蹄的繪制。如下圖4-1： 圖4-1 建立制動(dòng)蹄模型 Fig. 4-1 Establishment of brake shoe model 4.1.2 制動(dòng)底板的建模 1） 在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“zhidongdiban.prt”的文件。 2）選擇X-Y平面為草圖繪制平面，繪制制動(dòng)底板的背部草圖，然后根據(jù)制動(dòng)底板的具體尺寸，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，分次完成“拉伸”、“打孔”等指令。如下圖4-2： 圖4-2 制動(dòng)底板的一部分 Fig. 4-2 part of brake bottom 3）建立新的基準(zhǔn)平面，以此基準(zhǔn)平面為草圖平面，繪制草圖，然后按照制動(dòng)底板的設(shè)計(jì)要求，設(shè)置拉伸參數(shù)，拉伸出階梯凸臺(tái)。 4) 選取該階梯凸臺(tái)的商標(biāo)便為新的草圖平面，繪制草圖，找到安裝銷軸的孔的位置，使用打孔指令，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)，完成對(duì)該銷軸孔的建模。 5）依然選取該階梯凸臺(tái)的上表面為新的基準(zhǔn)平面，在該基準(zhǔn)平面上，按照設(shè)計(jì)參數(shù)拉伸出一個(gè)新的凸臺(tái)。 6）選取該凸臺(tái)的上表面為新的基準(zhǔn)平面，在該基準(zhǔn)平面中，繪制螺紋孔的位置，然后按照設(shè)計(jì)要求，先使用打孔指令，對(duì)該空進(jìn)行建模；之后，在左上角的“菜單”欄中，找到“螺紋”指令，在剛才建模的孔里，建模出內(nèi)螺紋。 7) 再分別選擇不同的草圖平面，繪制制動(dòng)底板上的不同工作孔的中心點(diǎn)的位置，按照設(shè)要求，設(shè)置不同的參數(shù)，使用打孔命令，對(duì)各個(gè)工作孔進(jìn)行建模，最終完成對(duì)所有孔的建模。 8) 最后，按照對(duì)制動(dòng)底板的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行倒圓角等細(xì)節(jié)處理，并最終完成對(duì)制動(dòng)底板的建模，如下圖4-3： 圖4-3 建立制動(dòng)底板模型 Fig. 4-3 a model of brake floor 4.1.3制動(dòng)鼓的建模 1) 在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“zhidonggu.prt”的文件。 2) 選擇X-Y平面為草圖繪制平面，繪制制動(dòng)鼓的側(cè)面草圖。如下圖4-4： 圖4-4 制動(dòng)鼓草圖 Fig. 4-4 draft brake drum 3) 在左上角的“菜單”欄找到“旋轉(zhuǎn)”指令，選中剛才繪制的草圖線，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周，得到制動(dòng)鼓的輪廓外形。 4) 選擇制動(dòng)鼓的底面為新的草圖平面，按照設(shè)計(jì)，繪制需要打孔的各個(gè)草圖中心點(diǎn)，然后找到“孔”指令，設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，完成對(duì)各個(gè)孔的建模。 5) 最后，按照制動(dòng)鼓的設(shè)計(jì)要求，對(duì)制動(dòng)鼓進(jìn)行倒圓角等細(xì)節(jié)處理，最終完成對(duì)制動(dòng)鼓的繪制。如下圖4-3： 圖4-5 制動(dòng)鼓的建模 Fig. 4-5 Modeling of brake drum 4.1.4 凸輪軸的建模 1） 在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“tulunzhou.prt”的文件。 2） 選擇X-Y平面為草圖繪制平面,繪制凸輪外部輪廓，然后選擇“拉伸”指令，按照設(shè)計(jì)，設(shè)置具體參數(shù)，對(duì)草圖曲線進(jìn)行拉伸，先完成對(duì)凸輪的建模。 3） 重新選擇基準(zhǔn)面，繼續(xù)使用“拉伸”指令，按照對(duì)凸輪軸的設(shè)計(jì)，分別設(shè)置相對(duì)應(yīng)的參數(shù)，對(duì)凸輪后面的幾段軸徑分別進(jìn)行不同長(zhǎng)度的拉伸。 4） 在最后一段軸徑上，需要繪制外花建。先選擇基準(zhǔn)面，繪制草圖，然后進(jìn)行拉伸，得到花鍵的一個(gè)齒，再根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)置具體參數(shù)，使用“陣列特征”的指令，對(duì)剛才繪制的花鍵齒進(jìn)行圓周陣列，從而得到完整的外花建。 5） 最后，按照凸輪軸的設(shè)計(jì)要求，對(duì)凸輪軸進(jìn)行倒圓角等細(xì)節(jié)處理，最終完成對(duì)凸輪軸的建模。如下圖4-6： 圖4-6 凸輪軸的建模 Fig.4-6 Modeling of camshaft 4.1.5擋塵板的建模 1）在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“dangchenban.prt”的文件。 2）在菜單欄，點(diǎn)擊插入，再點(diǎn)擊設(shè)計(jì)特征，插入一個(gè)圓柱體，選擇X-Y平面作為放置該圓柱體平面。 3）在圓柱體的頂面新建一個(gè)基準(zhǔn)平面，在草圖原點(diǎn)處打孔。 4）在圓柱體的底面新建一個(gè)基準(zhǔn)平面，繪制草圖，找到其他各工作孔的中心點(diǎn)的位置，然后進(jìn)行打孔。 5）最后，按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)擋塵板的其他位置進(jìn)行面倒圓等細(xì)節(jié)處理。最終完成對(duì)擋塵板的建模。最終結(jié)構(gòu)如下圖4-7： 圖4-7 擋塵板的建模 Fig. 4-7 Modeling of dust screen 4.1.6摩擦襯片的建模 1） 在UG NX 10.0的主頁上，新建一個(gè)“mocachenpian.prt”的文件。 2） 選擇X-Y平面為草圖繪制平面，繪制草圖；然后根據(jù)自己的設(shè)計(jì)，來設(shè)置參數(shù)，對(duì)草圖曲線進(jìn)行拉伸。 3） 建立新的基準(zhǔn)平面，繪制草圖，找到摩擦襯片背部各個(gè)孔的位置，然后點(diǎn)開“打孔”指令，打出這些孔。 4） 進(jìn)行顏色渲染，最終完成對(duì)摩擦襯片的建模。如下圖4-8： 圖4-8 摩擦襯片的建模 Fig. 4-8 Modeling of friction linings 再用以上的方法，結(jié)合設(shè)計(jì)參數(shù)和各種指令完成對(duì)支撐銷、開口銷、彈簧、墊片卡片等小的零部件的建模。 4.2零件的裝配 在各個(gè)零件的模型建立完成以后，需要將它們裝配在一起。模型的裝配是通過模型裝配對(duì)話框來實(shí)現(xiàn)的。通過裝配，可以看出自己設(shè)計(jì)的零件是否會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，然后根據(jù)具體的干涉情況，對(duì)零件進(jìn)行不同程度的修改與設(shè)計(jì)，從而消除干涉，使得自己的設(shè)計(jì)更加合理。 1） 在UG NX 10.0主頁的裝配模塊中，建立“zhuangpeitu.prt”的文件。 2） 分次序?qū)敫鱾€(gè)零件的建模，然后進(jìn)行裝配。首先導(dǎo)入制動(dòng)底板和制動(dòng)蹄的建模；將兩個(gè)組件移動(dòng)到合適的位置，在工具欄上方找到找到裝配約束，點(diǎn)開裝配約束，然后選擇“同心”約束，就可以完成對(duì)制動(dòng)蹄和制動(dòng)底板的約束裝配。 3） 然后再依次導(dǎo)入摩擦襯片、支撐銷、開口銷、支撐銷襯套、卡片、螺栓、墊片等零件的建模。先將新添加的各個(gè)零件進(jìn)行移動(dòng)，將之移動(dòng)到合適的位置。再使用“同心”約束，完成對(duì)制動(dòng)蹄與支撐銷襯套的約束裝配，繼續(xù)使用“同心”約束，完成對(duì)支撐銷與支撐銷襯套的約束裝配；再使用“接觸對(duì)齊”約束，使支撐銷和開口銷進(jìn)行裝配；然后繼續(xù)使用“接觸對(duì)齊”約束，來裝配摩擦襯片和摩制動(dòng)蹄，選擇兩者的接觸面進(jìn)行接觸對(duì)齊的裝配約束，從而完成兩者的約束裝配；同樣地，使用“同心”約束，對(duì)卡片和制動(dòng)底板進(jìn)行約束裝配；使用“接觸對(duì)齊”約束，對(duì)卡片和墊片進(jìn)行約束裝配；最后是對(duì)螺栓的裝配，該處螺栓的作用是用來固定卡片，從而達(dá)到緊固支撐銷的目的，繼續(xù)使用“同心”約束，對(duì)墊片和螺栓進(jìn)行裝配。該部分的裝配完成后，結(jié)果如圖4-9： 圖4-9 第一部分裝配圖 Fig. 4-9 Assembly drawings part I 4） 完成前面的裝配后，繼續(xù)添加凸輪軸、凸輪軸套、墊片、擋塵板、螺栓、螺母等零部件的建模。同樣地，先對(duì)新添加的各個(gè)零件進(jìn)行移動(dòng)，將它們都移動(dòng)至各自合適的位置，再進(jìn)行各自的裝配。先使用“同心”約束，對(duì)制動(dòng)底板和凸輪軸套進(jìn)行約束裝配，再使用“同心”約束，對(duì)凸輪軸套和凸輪軸墊片進(jìn)行約束裝配，繼續(xù)使用“同心”約束，對(duì)凸輪軸和凸輪軸墊片進(jìn)行約束裝配；然后就是對(duì)擋塵板的裝配，同時(shí)使用“同心”和“接觸對(duì)齊”的約束，對(duì)擋塵板和制動(dòng)底板的約束裝配。最后是對(duì)螺栓的裝配，該處螺栓的作用主要是用來將擋塵板固定在制動(dòng)底板上，使用“同心”約束，將四個(gè)螺栓與制動(dòng)底板一一進(jìn)行約束。至此，該步裝配完成，結(jié)果如下圖4-10： 圖4-10 第二部分裝配圖 Fig. 5-10 Assembly drawings for part two 5） 最后將彈簧和制動(dòng)鼓的建模加入到裝配圖中，移動(dòng)這兩個(gè)零件至合適的位置。先裝配彈簧，使用“距離”約束，選定合適的距離，將彈簧與制動(dòng)底板約束裝配在一起。最后一步是制動(dòng)鼓的裝配，使用“同心”約束和“距離”約束，完成對(duì)制動(dòng)鼓和擋塵板的裝配，至此整個(gè)制動(dòng)器的裝配全部完成。完成后的結(jié)果，如下圖4-11： 圖4-11 裝配圖 Fig. 4-11 assembly drawing 4.3 制作爆炸視圖 在UG NX 10.0的主頁的裝配模塊中，打開“zhuangpeitu.prt”的文件，在菜單欄，找到裝配欄，在裝配欄里，找到“新建爆炸圖”的指令，新建一個(gè)爆炸圖文件，然后開始編輯爆炸圖，在編輯的過程中，通過自己合理地定義移動(dòng)參數(shù)和顯示效果，逐個(gè)完成對(duì)制動(dòng)器中各個(gè)零件的移動(dòng)，從而完成爆炸圖的制作，爆炸圖的制作結(jié)果如下圖4-12： 圖4-12 爆炸圖 Fig. 4-12 Explosion Diagram 4.4 運(yùn)動(dòng)仿真分析 通過運(yùn)動(dòng)仿真可以清晰明確地看到該制動(dòng)器的工作過程，在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，以也可以檢測(cè)零件之間是不是會(huì)形成干涉，通過運(yùn)動(dòng)仿真分析可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行及時(shí)的修改與調(diào)整，從而可以有效地解決這些問題。 1） 在UG NX 10.0的主頁，打開“zhuangpeitu.prt”的文件，新建一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真“motion-1”。開始選擇連桿，不用賦予質(zhì)量和慣性矩等參數(shù)。首先通過分析明確哪些零部件在制動(dòng)器工作過程中是固定不動(dòng)的，將其設(shè)置為固定連桿，本次設(shè)計(jì)的是制動(dòng)器，先選擇制動(dòng)底板、擋塵板、卡片、螺栓等零件為固定連桿L001，設(shè)置的結(jié)果如下圖4-13： 圖4-13 固定連桿 Fig. 4-13 fixed connecting rod 2） 固定連桿設(shè)置結(jié)束，開始設(shè)置活動(dòng)連桿。分析知，制動(dòng)器在工作的時(shí)候，制動(dòng)蹄，凸輪軸等部件都是可以旋轉(zhuǎn)的部件需要將它們?cè)O(shè)置為活動(dòng)連桿。將左側(cè)制動(dòng)蹄設(shè)置為活動(dòng)連桿L002，將右側(cè)制動(dòng)蹄設(shè)置為活動(dòng)連桿L003，將凸輪軸設(shè)置為活動(dòng)連桿L004。 3） 在連桿的設(shè)置完成之后，開始設(shè)置運(yùn)動(dòng)副。在工具欄找到設(shè)置運(yùn)動(dòng)副項(xiàng)，首先是固定副的設(shè)置，選擇固定連桿L001設(shè)置為固定副J001；選擇活動(dòng)連桿L002設(shè)置為旋轉(zhuǎn)副J002，選擇活動(dòng)連桿L003設(shè)置為旋轉(zhuǎn)副J003，也即兩個(gè)制動(dòng)蹄都是旋轉(zhuǎn)副；選擇活動(dòng)連桿L004為旋轉(zhuǎn)副J004，同時(shí)為其設(shè)置一個(gè)恒定的速度；再點(diǎn)開“共線運(yùn)動(dòng)副”，選擇活動(dòng)連桿L004，再在基座選項(xiàng)中選擇活動(dòng)連桿L002，將兩者設(shè)置為共線運(yùn)動(dòng)副J005，也即凸輪軸與左側(cè)的制動(dòng)蹄構(gòu)成共線運(yùn)動(dòng)副；繼續(xù)點(diǎn)開“共線運(yùn)動(dòng)副”的選項(xiàng)，先選擇活動(dòng)連桿L004，再在基座選項(xiàng)中選擇活動(dòng)連桿L003，將兩者也設(shè)置為共線運(yùn)動(dòng)副J006。至此，制動(dòng)器的所有運(yùn)動(dòng)副全部設(shè)置完成。 4） 在連桿和轉(zhuǎn)動(dòng)副都設(shè)置完成之后，就可以開始設(shè)置驅(qū)動(dòng)體。選擇旋轉(zhuǎn)副J004設(shè)置為驅(qū)動(dòng)體，也即將凸輪軸設(shè)置為驅(qū)動(dòng)體，讓凸輪軸提供驅(qū)動(dòng)力。 5） 在前面的工作都完成以后，點(diǎn)開工具欄上方的“解算方案”欄，按照自己的設(shè)計(jì)，先進(jìn)行第一次的參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊求解指令，從而完成運(yùn)動(dòng)仿真，如果運(yùn)動(dòng)結(jié)果合理，那么就可以保存該文件；如果仿真結(jié)果不合理，就返回來，重新設(shè)置運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再次點(diǎn)擊求解。如此反復(fù)幾次，直到出現(xiàn)最合適的運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果，就可以將這次的參數(shù)記錄下來，作為此次運(yùn)動(dòng)仿真的結(jié)果。運(yùn)動(dòng)結(jié)果如下圖4-14： 圖4-14 制動(dòng)器運(yùn)動(dòng)仿真 Fig. 4-14 Motion Simulation of Brake 仿真的結(jié)果以動(dòng)畫的形式來表現(xiàn)，通過運(yùn)動(dòng)仿真，合理的模擬了設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程，可以看出本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)蹄在工作的時(shí)候，零件之間沒有相互干涉的地方，所以本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)器的整體結(jié)構(gòu)是合理的。 5對(duì)制動(dòng)鼓的溫度場(chǎng)的有限元分析 有限元分析技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械零件的設(shè)計(jì)生產(chǎn)過程中應(yīng)用的十分