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湖 南 科 技 大 學(xué)
畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告
學(xué) 院： 機電工程
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及自動化
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)老師：
日 期： 2015年 1月 5日
湖南科技大學(xué)2014屆畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
題 目
領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
作者姓名
學(xué)號
所學(xué)專業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題（列出主要參考文獻）
研究意義：隨著路面質(zhì)量和汽車技術(shù)的發(fā)展,汽車的行駛速度越來越高,但隨之而來的交通安全事故也日益嚴重,給人們的生命和財產(chǎn)造成了巨大的損失.雖然汽車安全技術(shù)(如制動防抱死系統(tǒng)(ABS)、安全氣囊)在一定程度上提高了駕駛的安全性,但最基本和根本的問題仍是提高制動器性能。高速行車和車流密度的加大出現(xiàn)了頻繁的交通事故，因此保證行車安全已成為現(xiàn)今汽車設(shè)計中一項十分引人關(guān)注的問題。汽車制動器對汽車行駛的安全性和停車的可靠性起著重要的保證作用是汽車上重要的安全部件。制動器的制動效能熱衰退是引發(fā)交通事故的一個很重要的原因特別是裝有鼓式制動器的車輛，一旦制動器負荷大，行駛環(huán)境相對惡劣，摩擦熱不能很快傳到大氣中去，特別是頻繁長時間制動時，制動鼓持續(xù)高溫，更容易產(chǎn)生熱衰退現(xiàn)象使行車的安全受到極大威脅?？梢妼囕v鼓式制動器進行改進對我們的行車安全具有重要意義。
根據(jù)《中國制動器行業(yè)市場需求與投資規(guī)劃分析報告前瞻》顯示我國“十二五”發(fā)展規(guī)范綱要中關(guān)于推動重點領(lǐng)域跨越發(fā)展的相關(guān)部署，高端裝備制造、新能源、新材料等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)依然將是我國大力發(fā)展的重點領(lǐng)域。國家對裝備制造業(yè)的規(guī)范，將有利推動我國制動器行業(yè)的發(fā)展。另外，由于2011年經(jīng)濟繼續(xù)保持穩(wěn)定增長，2011年我國的GDP將為9.5%，汽車產(chǎn)銷情況有望繼續(xù)獲得較大增幅；2011年全國汽車市場總需求有望達到2000萬輛。綜合判斷，2011年中國汽車銷量增速為10%-15%，這將帶動制動器行業(yè)需求市場的發(fā)展。據(jù)預(yù)計，我國制動器行業(yè)市場規(guī)模在未來5年內(nèi)，仍將保持15%-25%的年增長率。
隨著裝備制造業(yè)的振興和發(fā)展，國產(chǎn)制動器的產(chǎn)量也有明顯增加，制動器行業(yè)的銷售收入同步增長；由于受制于起步晚、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱以及資本投資有限，我國制動器產(chǎn)品以低端產(chǎn)品為主，業(yè)內(nèi)少數(shù)領(lǐng)先企業(yè)堅持自主創(chuàng)新，加大研發(fā)投入，正在向科技含量較高的中、高端產(chǎn)品方向發(fā)展，制動器中、高端產(chǎn)品的市場份額逐漸增加，中、高端制動器企業(yè)的利潤率呈上升趨勢；而低端產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)則因廠商眾多，競爭激烈，價格呈下降趨勢，同時鋼材等主要原材料價格有所波動，其利潤增長速度趨緩。
其次，隨著我國汽車工業(yè)的持續(xù)繁榮，我國汽車零部件出口量不斷保持高速增加，但汽車零部件的質(zhì)量受到持續(xù)考驗，整車召回事件時有發(fā)生。對產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)注與日俱增。制動器作為一個重要的汽車零部件，它的質(zhì)量要求也不斷提升。為此，我們有必要加強對制動器方面的研究。
而蹄－鼓式制動器，其突出優(yōu)點是可利用制動蹄的增勢效應(yīng)而達到很高的制動效能因數(shù)，并具有多種不同性能的可選結(jié)構(gòu)型式，以及其制動性能的可設(shè)計性強、制動效能因數(shù)的選擇范圍很寬、對各種汽車的制動性能要求的適應(yīng)面廣，至今仍然在除部分轎車以外的各種車輛的制動器中占主導(dǎo)地位。我們可以通過對領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的研究為起點，為以后更深入的研究提供理論參考。
制動器研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀：
伴隨汽車的發(fā)明而產(chǎn)生的制動器,在人們對其百年的使用與認識過程中,逐漸開始了制動器的摩擦、接觸、振動、溫度以及噪聲等方面的研究。制動效能因數(shù)是制動器性能的重要指標。現(xiàn)在普遍旳鼓式制動器仍然存在著制動效能不穩(wěn)定、摩擦副壓力分布不均勻等缺點,因此其制動效能易于發(fā)生熱衰退、水衰退和機械衰退等問題。所以對制動效能因數(shù)的變化特性的深入研究,對提高制動器性能有重要意義。韓文明等分析單自由度和二自由度制動蹄效能因數(shù)隨摩擦片上徑向合力作用點位置和摩擦系數(shù)變化的特性,將制動效能因數(shù)分解為分別取決于制動蹄的杠桿增力作用和摩擦自增勢(或自減勢)作用的兩部分,進而分析每部分制動效能因數(shù)隨摩擦片上徑向力作用點位置和摩擦系數(shù)的‘變化特性,并提出提高制動效能及其穩(wěn)定性的有效途徑,為普通鼓式制動器的改進提供理論基礎(chǔ)。寧曉斌等應(yīng)用多體動力學(xué)仿真軟件ADAMS,通過幵發(fā)柔性體摩擦片與剛體制動蹄連接模塊、柔性體摩擦片與剛體制動鼓接觸模塊,建立了礦用汽車鼓式制動器非線性剛?cè)岱Q合仿真模型,并計算出制動器效能因數(shù)。針對摩擦襯片壓力分布不均勾的問題,呂振華等定義摩擦片壓強的兩種不均勻度指數(shù),推導(dǎo)現(xiàn)有的鼓式制動器的不均勻度指數(shù)計算公式,分析其變化特性,以這兩種壓強不均勻度指數(shù)作為新的評價指標,評價各種型式的鼓式制動器,并提出制動蹄分為相互聯(lián)動的兩部分的結(jié)構(gòu)型式可顯著提高制動效能。摩擦襯片與制動鼓屬于典型摩擦接觸問題,通過有限元仿真分析的方法,可得到試驗較難測得的接觸應(yīng)力分布狀態(tài)。毛智東等通過利用有限元分析軟件ANSYS建立鼓式制動器的有限元模型,分析了摩擦襯片與制動鼓的接觸應(yīng)力,得到接觸壓力的分布特性和制動器的應(yīng)力分布場,結(jié)果表明分析精度較高,為設(shè)計提供了理論指導(dǎo)W。楊國俊等利用ANSYS建立凸輪鼓式制動器有限元模型,以實際促動力的加載方式,分析了摩擦襯片與制動鼓之間的接觸應(yīng)力,分析結(jié)果表明摩擦襯片初始角減小,最大接觸壓力及兩蹄的效能因數(shù)增加。制動器的自激振動一直是研究的熱點和重點。俄延華等在模態(tài)試驗的基礎(chǔ)上,用模態(tài)綜合及模態(tài)方法分析了汽車制動時鼓式制動器的尖叫特性,分析得出制動器的尖叫聲是由于摩擦襯片的稱合作用而產(chǎn)生的高頻振動引起的_。管迪華等給出了鼓式制動器低頻和高頻振動噪聲的實際結(jié)構(gòu)閉環(huán)鍋合模型,模型仿真結(jié)果和試驗結(jié)果吻合較好,說明通過改變結(jié)構(gòu)特性參數(shù)匹配可有效地抑制制動噪聲的發(fā)生。
國外的研究工作者對制動效能因數(shù)同樣展幵了大量的研究。Shan Shih等通過建立鼓式制動器的線性和非線性有限元模型,得出小型制動器的線性模型計算結(jié)果較好,對于大功率的制動器則誤差較大。C. Hohmannd等采用有限元軟件ADINA建立鼓式制動器三維有限元模型,模型包括制動鼓、制動蹄、摩擦片等,通過分析得到變形、應(yīng)力分布、接觸壓力以及粘結(jié)和滑移情況時的接觸區(qū)域,指出摩擦片壓力分布非正弦函數(shù)分布,而是靠近制動蹄凸輪處壓力較大Rajesh Somnay等提出基于熱結(jié)構(gòu)稱合的鼓式制動器性能的有限元預(yù)測方法,制動器發(fā)熱時,通過仿真分析表明,制動器變形使得制動效能因數(shù)降低,制動應(yīng)力增大?。Daniel Thuresson等隨材料楊氏模量、摩擦系數(shù)等因素對制動效能的影響進行了研究。P. loannidis等采用有限元法分析了鼓式制動器非線性接觸問題,預(yù)測了制動器的噪聲與振動特性,結(jié)果表明初始條件對接觸壓力的分布影響較大Ibrahim Ahmed等基于鼓式制動器三維有限元模型對制動器的摩擦接觸噪聲問題進行了研究,驗證了摩擦材料的壓縮性、摩擦系數(shù)以及接觸面上的壓力分布,分析結(jié)果表明接觸剛度對制動器噪聲有較大影響,較大的剛度可降低噪聲J. M. LEE等通過建立鼓式制動器的動力學(xué)方程,分析了制動鼓與制動蹄分別為相同圓弧半徑和不同圓弧半徑時的振動特性,并通過試驗測試比較了兩種結(jié)構(gòu)的噪聲現(xiàn)象,最后提出了對原結(jié)構(gòu)的修改方案以降低噪聲。
長期以來，為了充分發(fā)揮蹄－鼓式制動器的重要優(yōu)勢，旨在克服其主要缺點的研究工作和技術(shù)改進一直在進行中，尤其是對蹄－鼓式制動器工作過程和性能計算分析方法的研究受到高度重視。這些研究工作的重點在于制動器結(jié)構(gòu)和實際使用因素等對制動器的效能及其穩(wěn)定性等的影響，取得了一些重要的研究成果，得到了一些比較可行、有效的改進措施，制動器的性能也有了一定程度的提高。
為了適應(yīng)高速制動條件下制動器表面高溫造成的熱衰退,必須提高制動器的高溫工作性能和抗熱衰退能力及過恢復(fù)性能.全球范圍內(nèi)氣溫變暖的溫室效應(yīng)和不斷發(fā)生的環(huán)境污染惡性事故,給人們的生活環(huán)境造成較大的威脅,迫使人們更加注重環(huán)境保護,也對汽車工業(yè)提出了更高的環(huán)保要求.當今世界能源危機促使人們認識到能源資源有限,增強了對節(jié)能摩擦學(xué)的研究,汽車燃油的嚴格控制更加速了這方面的研究.除采取減摩措施提高發(fā)動機效率外,另一有效途徑就是減輕汽車重量.實現(xiàn)汽車輕量化的途徑有兩種:一種是減小汽車整車或零部件的尺寸,另一種是采用輕型材料.對制動器而言,減小其尺寸意味著其熱負荷的加重,因此必須提高材料的高溫性能和熱傳導(dǎo)性能.用能夠滿足使用要求的輕型合金或復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼鐵材料是汽車提高燃油經(jīng)濟性的有效途徑,已經(jīng)為世界范圍內(nèi)的汽車制造商所關(guān)注并在大力研究和開發(fā)因此研究和開發(fā)具有節(jié)能和環(huán)保特征的輕型制動器是未來汽車制動器的一個較具應(yīng)用潛力的研究方向。
現(xiàn)代汽車普遍采用的摩擦式制動器的實際工作性能是整個制動系中最復(fù)雜、最不穩(wěn)定的因素。目前，各類汽車廣泛采用的摩擦制動器根據(jù)旋轉(zhuǎn)元件的不同可分為鼓式和盤式兩大類。長期以來，為了充分發(fā)揮蹄－鼓式制動器的重要優(yōu)勢，旨在克服其主要缺點的研究工作和技術(shù)改進一直在進行中，尤其是對蹄－鼓式制動器工作過程和性能計算分析方法的研究受到高度重視。這些研究工作的重點在于制動器結(jié)構(gòu)和實際使用因素等對制動器的效能及其穩(wěn)定性等的影響，取得了一些重要的研究成果，得到了一些比較可行、有效的改進措施，制動器的性能也有了一定程度的提高。近年來則出現(xiàn)了一些全新的制動器結(jié)構(gòu)形式，如磁粉制動器、濕式多盤制動器、電力液壓制動臂型盤式制動器、濕式盤式彈簧制動器等。對于關(guān)鍵磁性介質(zhì)——磁粉，選用了抗氧化性強、耐磨、耐高溫、流動性好的軍工磁粉；磁轂組件選用了超級電工純鐵DT4，保證了空轉(zhuǎn)力矩小、重復(fù)控制精度高的性能要求；在熱容量和散熱等方面，采用了雙側(cè)帶散熱風扇，設(shè)計了散熱風道等，使得該技術(shù)有著極好的應(yīng)用前景。盡管現(xiàn)在對制動器的設(shè)計研究取得了一定的成績，但是對領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的設(shè)計仍然有著不可替代的基礎(chǔ)性和研發(fā)性作用，也可為后續(xù)設(shè)計提供理論參考。
領(lǐng)從蹄式鼓式制動器存在問題：其制動效能的穩(wěn)定性較差，其摩擦副的壓力分布均勻性也較差，襯片磨損不均勻；產(chǎn)生的噪音也較大。
2、 研究目標、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題（根據(jù)任務(wù)要求進一步具體化）
研究目標：
通過合理整和已有的設(shè)計，閱讀大量文獻，掌握機械設(shè)計的基本步驟和要求，以及傳統(tǒng)的機械制圖的步驟和規(guī)則；掌握鼓式制動器總成的相關(guān)設(shè)計方法，以進一步扎實汽車設(shè)計基本知識；學(xué)會用AUTO CAD,UG ,proe等三維軟件進行基本的二維或三維建模和制圖，同時提高分析問題及解決問題的能力。提出將各種設(shè)計方法互相結(jié)合,針對不同的設(shè)計內(nèi)容分別應(yīng)用不同的方法,以促進其設(shè)計過程方法優(yōu)化、設(shè)計結(jié)果精益求精。
研究內(nèi)容： 根據(jù)設(shè)計車型的特點，合理計算該車型制動系統(tǒng)制動力及制動器最大制動力矩、完成領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的方案設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計，制動性能分析，領(lǐng)從蹄式鼓式制動器主要參數(shù)的計算與確定、摩擦襯塊的磨損特性計算、制動器熱容量和溫升的核算、制動力矩的計算與校核、在二維cad或三維設(shè)計平臺 Proe中完成鼓式制動器零件圖以及裝配圖的繪制并建立三維模型、設(shè)計合理性的分析和評價等。
擬解決的關(guān)鍵問題：制動器的最大制動力矩的計算，制動性能分析，主要參數(shù)的確定，三維仿真模型的建立
3、 特色與創(chuàng)新之處
本設(shè)計通過現(xiàn)場拆裝制動器，測繪尺寸，計算制動力矩，完成制動性能分析，確定主要參數(shù)，用proe建立三維仿真模型，完成零件圖裝配圖的繪制。在制動鼓鏜削時采用調(diào)整砂輪加工制動鼓的工作表面，在鏜削加工后經(jīng)過磨合處理，以提高加工質(zhì)量，保證制動器具有良好的制動性能。采用組合式制動鼓，質(zhì)量小，工作面耐磨，并有較高的摩擦因數(shù)。用T形型鋼碾壓制成制動蹄，在腹板上開一到兩條徑向槽，減小蹄的彎曲剛度小些，使襯片摩擦較為均勻，并減小制動時的尖叫聲。制動蹄和摩擦片之間采用鉚接，減小噪音。采用半金屬摩阻材料的摩擦襯片；蹄與鼓之間采用間隙自動調(diào)整裝置。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術(shù)路線
研究方法：調(diào)查法 現(xiàn)場拆裝制動器，測繪尺寸 觀察法 觀看制動器拆裝視頻
文獻研究法 查閱網(wǎng)絡(luò)文章，閱讀文獻和論文 模擬法 建立Proe三維模型
數(shù)學(xué)法 用數(shù)學(xué)經(jīng)驗公式對制動器的制動力進行分析
步驟：第一階段，在1月到3月之間利用寒假時間進行知識儲備，技術(shù)儲備。通過查閱網(wǎng)絡(luò)文章，閱讀文獻和論文，觀看制動器拆裝視頻，搜索一些圖紙等途徑對制動器的結(jié)構(gòu)初步掌握，確定Satana2000轎車制動系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，制動器的主要參數(shù)確定（鼓內(nèi)徑、摩擦襯片寬度和包角）。完成領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的方案設(shè)計。
第二階段，在3月到4月之間進行詳細設(shè)計，通過現(xiàn)場測繪，掌握制動器結(jié)構(gòu)，在老師的協(xié)助下完成鼓式制動器壓力沿襯片長度方向的分布規(guī)律;計算蹄片上的制動力矩;襯片磨損特性的計算;前后輪制動器制動力矩的確定;分路系統(tǒng)的選擇;應(yīng)急制動和駐車制動所需的制動力矩。完成領(lǐng)從蹄式鼓式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制動性能分析，并利用proe建立三維模型仿真，畫出重要零件圖和裝配圖。寫出設(shè)計說明書。
第三階段，在5月份，畫出重要零件圖，繪制裝配草圖，繪制裝配圖，寫出設(shè)計說明書，查漏補缺，完善畢業(yè)設(shè)計。
技術(shù)路線：首先了解本論題的研究狀況，明確研究目的，確定研究方向；其次，進一步搜集閱讀資料并研讀文獻，做好相關(guān)的記錄，形成論題提綱，確定研究方案；再次，實施研究計劃，現(xiàn)場測繪，完成相應(yīng)計算，建立三維仿真模型，完成零件圖裝配圖的繪制。最后，完成預(yù)期成果，編寫設(shè)計說明書，反復(fù)修改，完成設(shè)計。
5、 擬使用的主要設(shè)計、分析軟件及儀器設(shè)備
Proe應(yīng)用軟件建模，CAD應(yīng)用軟件繪圖
6、 參考文獻
A:【1】、朱育權(quán),馬保吉,杜亞勤、制動盤(鼓)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢、《西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報》 2001年01期：P76-78
【2】、王庭義、鼓式制動器關(guān)鍵技術(shù)研究、長安大學(xué)博士學(xué)位論文、P2-6
B:【1】、王望予、汽車設(shè)計第四版、北京、機械工業(yè)出版社、2004.8、P257-285
【2】、肖生發(fā)，趙樹鵬、汽車構(gòu)造第二版、北京、北京大學(xué)出版社、2012.7、P395-435
【3】、劉惟信、汽車制動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計計算、北京、清華大學(xué)出版社、2004.9
、注：
1、開題報告是本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）的一個重要組成部分。學(xué)生應(yīng)根據(jù)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書的要求和文獻調(diào)研結(jié)果，在開始撰寫論文之前寫出開題報告。
2、參考文獻按下列格式（A為期刊，B為專著）
A：[序號]、作者（外文姓前名后，名縮寫，不加縮寫點，3人以上作者只寫前3人，后用“等”代替。）、題名、期刊名（外文可縮寫，不加縮寫點）年份、卷號（期號）：起止頁碼。
B：[序號]、作者、書名、版次、（初版不寫）、出版地、出版單位、出版時間、頁碼。
3、表中各項可加附頁。
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