基于有限元比亞迪F3制動器的設(shè)計(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 目 錄 摘要 Abstract 第 1章 緒論 1 1.1 設(shè)計的目的及意義 .1 1.2 研究現(xiàn)狀 . 1 1.3 預(yù)期目標(biāo) 3 1.4 設(shè)計主要內(nèi)容 .4 第 2章 總體方案的確定 5 2.1 制動器形式方案分析 . 5 2.2 鼓式制動器 .5 2.3 盤式制動器 . 8 2.4 制動器形式的確定 .9 2.5 本章小結(jié) .9 第 3 章 鼓式制動器的設(shè)計計算 10 3.1 制動器系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 10 3.1.1 相關(guān)主要技術(shù)參數(shù) . 10 3.1.2 同步附著系數(shù)的分析 . 10 3.2 制動器有關(guān)計算 . 11 3.2.1 地面對車輪的法向相反作用力 . . 11 3.2.2 前后軸 制動力的確定 . . 11 3.2.3 制動器最大制動力矩的確定 . . 13 3.3 鼓式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 .14 3.3.1 制動鼓內(nèi)徑 . 14 3.3.2 制動鼓壁厚 . . . . 15 3.3.3 摩擦襯片的寬度和包角 . . 16 3.3.4 摩擦襯片的起始角 . . 17 3.3.5 摩擦襯片的摩擦系數(shù) . . 17 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3.4 鼓式制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17 3.4.1 制動鼓摩擦襯片的摩擦系數(shù) . 17 3.4.2 制動蹄 . 17 3.4.3 制動底板 . .18 3.4.4 后輪制動輪缸直徑與工作容積的設(shè)計 . .18 3.5 制動性能分析 .19 3.5.1 制動性能評價指標(biāo) . .19 3.5.2 制動效能 . .19 3.5.3 制動效能恒定性 . .19 3.5.4 制動時汽車的方向穩(wěn)定性 . .19 3.5.5 制動器制動力分配曲線分析 .20 3.5.6 制動減速度 . .21 3.5.7 制動距離 . .21 3.5.8 摩擦襯片的磨損特性計算 . . .21 3.5.9 駐車制動計算 . .23 3.6 本章小結(jié) .24 第 4 章 鼓式制動器的三維建模 25 4.1 制動蹄的建模 . 25 4.2 摩擦片的建模 . 27 4.3 拉力彈簧建模 . 28 4.4 制動輪缸的建模 . .29 4.5 制動底板的建模 . .29 4.6 制動鼓建模 . .30 4.7 制動輪缸放氣螺栓建模 . .31 4.8 制動輪缸油管接頭的建模 . .32 4.9 鼓式制動器的裝配及分解 . .33 4.10 干涉檢查 . .35 4.11 本章小結(jié) 35 第 5 章 有限元分析 36 5.1 摩擦片的有限元分析 . 36 5.1.1 Ansys與 Pro/E連接 的建立 . 36 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 5.1.2 Pro/E 導(dǎo)出 IGES(*.Igs) . 37 5.1.3 將摩擦片 Pro/E模型導(dǎo)入 Ansys. 37 5.1.4 將摩擦片進行網(wǎng) 格劃分 . 38 5.1.5 對摩擦片加載求解 . 49 5.2 制動鼓的有限元分析 40 5.2.1 將制動鼓進行網(wǎng)格劃分 . 40 5.2.2 對制動鼓加載求解 . 41 5.3 本章小結(jié) . 42 結(jié)論 43 參考文獻 44 致謝 45 附錄 .46 摘 要 本論文是根據(jù)國內(nèi)汽車市場的發(fā)展情況，以及隨著汽車保有量的增加所帶來的安全問題也越來越引起人們的注意，而制動系統(tǒng)則是汽車主動安全性的重要系統(tǒng)之一。因此，如何開發(fā)出高性能鼓式制動器來完善制動系統(tǒng)，為安全行駛提供保障是我要解決的主要問 題。另外，隨著汽車市場競爭的加劇，如何縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高設(shè)計效率，降低成本等，提高產(chǎn)品的市場競爭力，已經(jīng)成為企業(yè)成功的關(guān)鍵。 本設(shè)計說明書主要介紹了以比亞迪 F3 轎車為研究對象從而進行鼓式制動器的設(shè)計。首先介紹了鼓式制動器的發(fā)展及其結(jié)構(gòu)，并通過對鼓式制動器和盤式制動器的結(jié)構(gòu)及優(yōu)缺點進行分析。最終確定采用 雙向雙領(lǐng) 蹄式鼓式制動器。在計算出設(shè)計參數(shù)后，通過 PRO/E 三維制圖軟件建立模型，用 ANSYS 軟件進行對摩擦片的校核分析。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 關(guān)鍵詞： 制動鼓；摩擦片；制動蹄；安全性 ； PRO/E 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 ABSTRACT This paper is based on the development of the domestic automobile market, as well as with the increase of cars in the security issues brought about by more and more attention, and automotive braking system is an important active safety systems in the world. Therefore, how to develop high-performance drum brake to improve braking systems, provide protection for safe driving is my main problem to be solved. In addition, as the auto market competition, how to shorten the product development cycle and improve design efficiency and reduce costs, and increase market competitiveness, has become the key to success. The main specification of the design introduced in order to study BYD F3 car in order to carry out the design of drum brake. First introduced the development of brake drum and its structure, and through the drum brake and disc brake structure and analysis of advantages and disadvantages. Ultimately determine the use of lead from the hoof-style drum brakes. In the calculation of design parameters, through the PRO / E model of three-dimensional graphics software, using ANSYS software to check on the analysis of friction films. Key words: Brake drum； Friction plate； Brake shoe； Safety；PRO/E 買文檔送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 第 1 章 緒 論 1.1 設(shè)計的目的 及 意義 汽車是現(xiàn)代交通工具中用得最多，最 普遍，也是最方便的交通運輸工具。汽車制動系是汽車底盤上的一個重要系統(tǒng) ,它是制約汽車運動的裝置。而制動器又是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動性能直接影響汽車的行駛安全性。隨著公路業(yè)的迅速發(fā)展和車流密度的日益增大 ,人們對安全性、可靠性要求越來越高，為保證人身和車輛的安全 ,必須為汽車配備十分可靠的制動器 1。 通過查閱相關(guān)的資料，運用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識，確定以比亞迪 F3 轎車的制動系統(tǒng)為基本的為其設(shè)計鼓式制動器的設(shè)計方案，進行部件的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。使其達到以下 要求：具有足夠的制動效能以保證汽車的安全性；同時在材料的選擇上盡量采用對人體無害的材料。 1.2 研究現(xiàn)狀 雖然在汽車制動器領(lǐng)域，盤式制動器將逐步取代鼓式制動器是必然的趨勢，但在下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 現(xiàn)階段，鼓式制動器依然占據(jù)著很重要的位置。相對盤式制動器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對制動鉗、管路系統(tǒng)要求高，造價高等缺點，鼓式制動器不僅結(jié)構(gòu)較簡單、成本低，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計，所以在輕、重型載貨汽車上，鼓式制動器還是在大量使用的。 鼓式相對盤式，其制動效能和散熱性要差許多。鼓式制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上，制動力變化很大，不易于掌控。而 由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量，制動蹄和制動鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙。針對以上缺點，現(xiàn)在鼓式制動器則采取一些改進措施： 1）合理確定制動鼓的直徑 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）采用目前較先進的技術(shù)，以防車輪過熱，如采用制動間隙自動調(diào)整臂、使用緩速器。設(shè)計中采用的是領(lǐng)從蹄式制動器，兼顧了制動器效能因數(shù)和制動 器效能的穩(wěn)定性。它的工作原理是利用與車身 (或車架 )相連的非旋轉(zhuǎn)元件和與車輪 (或傳動軸 )相連的旋轉(zhuǎn)元件之間的相互摩擦來阻止車輪的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)動的趨勢，亦即由制動踏板的踏板力通過推桿和主缸活塞，使主缸油液在一定壓力下流入輪缸，并通過兩輪缸活塞推使制動蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動，上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動蹄對旋轉(zhuǎn)制動鼓產(chǎn)生摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動力，使車輪減速直至停車。 鼓式制動器是早期設(shè)計的制動系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計 1902 年就已經(jīng)使用在馬車上了，直到 1920 年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用。四輪轎 車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負荷通常占汽車全部負荷的 70%-80%，前輪制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用，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方式。 汽車制動性能是確保車輛行駛的主、被動安全性和提升車輛行駛的動力性決定因素之一。鼓式制動器是應(yīng)用非常廣泛的一種制動器，有其優(yōu)良的制動效果及簡單的結(jié)構(gòu)形式 2。應(yīng)用 Pro/E 軟件建立鼓式制動器主要零件的實體模型 , 并完成虛擬裝配，然后利用 Ansys 軟件對制動器摩擦襯片有限元分析，為鼓式制動器的設(shè)計與研究提供了一種方法 ,，可縮短鼓式制 動器的研發(fā)周期 , 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本 , 并為以后進一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、制造及運動分析奠定了基礎(chǔ)。 目前使用計算機輔助設(shè)計已經(jīng)成為如今研究現(xiàn)狀，也必將成為以后的發(fā)展趨勢，計算機輔助設(shè)計的使用可降低工程設(shè)計成本的 13%30%，減少產(chǎn)品設(shè)計到投產(chǎn)的時間30%60%，增加分析問題的深度和廣度 335 倍，提高作業(yè)生產(chǎn)率 40%70%，提高設(shè)備利用率 23 倍，減少加工過程 30%60%,降低人工成本 5%20%。以 PTC 公司的Pro/Engineer 為代表的基于特征的參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的問市給機械設(shè)計自動化奠定了堅下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 實的 現(xiàn)實基礎(chǔ)，使得它變得其實可行。 近年來在計算機技術(shù)和數(shù)值分析方法支持下發(fā)展起來的有限元分析（ FEA， Finite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計算問題提供了有效的途徑。我國在 九五 計劃期間大力推廣 CAD 技術(shù)，機械行業(yè)大中型企業(yè) CAD 的普及率從 八五末的 20%提高到目前的 70%。隨著企業(yè) CAD 應(yīng)用的普及，工程技術(shù)人員已逐步甩掉圖板，而將主要精力投身如何優(yōu)化設(shè)計，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，計算機輔助工程分析（ CAE， Computer Aided Engineering）方法和軟 件將成為關(guān)鍵的技術(shù)要素。在工程實踐中，有限元分析軟件與 CAD 系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：增加設(shè)計功能，減少設(shè)計成本；縮短設(shè)計和分析的循環(huán)周期； 增加產(chǎn)品和工程的可靠性； 采用優(yōu)化設(shè)計，降低材料的消耗或成本； 在產(chǎn)品制造或工程施工前預(yù)先發(fā)現(xiàn)潛在的問題； 模擬各種試驗方案，減少試驗時間和經(jīng)費； 進行機械事故分析，查找事故原因。 在大力推廣 CAD 技術(shù)的今天，從自行車到航天飛機，所有的設(shè)計制造都離不開有限元分析計算， FEA 在工程設(shè)計和分析中將得到越來越廣泛的重視。汽車的任何零部件 都可以根據(jù)其所要求的性能對其進行有限元分析 ,尋找最優(yōu)的設(shè)計方案 , 以做到既能降低生產(chǎn)成本 , 又能提高其性能 , 達到最優(yōu)的結(jié)合。例如 ,美國的 ANSYS 公司已經(jīng)利用有限元分析軟件 ANSYS 進行了鋼板彈簧精確設(shè)計 ； 上海匯眾汽車制造有限公司利用有限元分析軟件 ANSYS 進行油門踏板桿材料的斷裂優(yōu)化分析以解決國產(chǎn)化材料的替代等等。汽車工業(yè)代表著一個國家制造業(yè)發(fā)展的水平 ,世界經(jīng)濟大國的經(jīng)濟發(fā)展無一不與汽車工業(yè)有著極為密切的關(guān)系 ；作為世界經(jīng)濟大國的美國的汽車就一直處于汽車行業(yè)領(lǐng)頭地位。作為制造業(yè)的中堅 ,汽車工業(yè)一直 是以有限元為主的 CAE 技術(shù)應(yīng)用的先鋒。既然汽車的發(fā)展與有限元技術(shù)的應(yīng)用有如此密切的聯(lián)系 ,故必須要加大對此項技術(shù)的投入 ；不但要加大資金的投入 ,而且一定要加大人力資源的投入 ,培養(yǎng)一批熟練掌握并能更進一步開發(fā)此項技術(shù)的人才。 車輛在行駛過程中要頻繁進行制動操作 ,由于制動性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全 ,因此制動器的性能是車輛非常重要的性能之一 ,改善汽車的制動器的性能始終是汽車設(shè)計制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動時 ,由于車輛受到與行駛方向相反的外力 ,所以才導(dǎo)致汽車的速度逐漸減小至 0,對這一過程中車輛受力情況的 分析有助于制動系統(tǒng)的分析和設(shè)計 ,因此制動過程受力情況分析是車輛試驗和設(shè)計的基礎(chǔ) ,由于這一過程較為復(fù)雜 ,因此一般在實際中只能建立簡化模型分析 ,通常人們主要從三個方面來對制動過程進行分析和評價 : (1)制動效能 :即制動距離與制動減速度； (2)制動效能的恒定性 :即抗熱衰退性； 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 (3)制動時汽車的方向穩(wěn)定性； 目前 ,對于整車制動系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺架進行 ,由于在汽車道路試驗中車輪扭矩不易測量 ,因此 ,多數(shù)有關(guān)傳動系和制動系的試驗均通過間接測量來進行汽車在道路上行駛 ,其車輪與地面的作用力是汽車運動變化的根據(jù) ,在 汽車道路試驗中 ,如果能夠方便地測量出車輪上扭矩的變化 ,則可為汽車整車制動系統(tǒng)性能研究提供更全面的試驗數(shù)據(jù)和性能評價 2。 1.3 預(yù)期目標(biāo) (1)具有良好的制動效能 (2)具有良好的制動效能的穩(wěn)定性 (3)制動時汽車操縱穩(wěn)定性好 (4)制動效能的熱穩(wěn)定性好 1.4 設(shè)計主要內(nèi)容 確定鼓 式制動器的基本參數(shù)，對制動器的制動鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進行計算及強度校和，利用 Pro/E 軟件建立制動器三維模型裝配圖，通過干涉檢查驗證制動器設(shè)計的正確性，利用 Ansys 軟件對摩擦襯片有限元 分析。 制定出鼓式制動器的結(jié)構(gòu)方案， 確定計算制動 器 的主要參數(shù)。利用計算機輔助設(shè)計繪制裝配圖和零件圖。對設(shè)計出的鼓式制動器的各項指標(biāo)進行評價分析。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 第 2 章 總體方案的確定 2.1 制動器形式方案分析 汽車制動器幾乎均為機械摩擦式，即利用旋轉(zhuǎn)元件與固定元件兩工作表面間的摩擦產(chǎn)生的制動力矩使汽車減速或停車。一般摩擦式制動器按其旋轉(zhuǎn)元件的形狀分為鼓式和盤式兩大類。 2.2 鼓式制動器 鼓式制動器是最早形式的汽車制動器，當(dāng)盤式制動器還沒有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類汽車上。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動器 的摩擦元件是一對帶有圓弧形摩擦蹄片的制動蹄，后者則安裝在制動底板上，而制動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)的摩擦元件為制動鼓。車輪制動器的制動鼓均固定在輪鼓上。制動時，利用制動鼓的圓柱內(nèi)表面與制動蹄摩擦路片的外表面作為一對摩擦表面在制動鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動器。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動鼓，并利用制動鼓的外因柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。在汽車制動系中， 帶式制動器曾僅用作一些汽車的中央制動器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動器通常簡稱為鼓式制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。鼓式制動器按蹄的類型分為： 1、領(lǐng)從蹄式制動器 如圖 2.1 所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進時制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向 (制動鼓正向旋轉(zhuǎn) )，則蹄 1 為領(lǐng)蹄，蹄 2 為從蹄。汽車倒車時制動鼓的旋轉(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調(diào)了。這種當(dāng)制動鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時總具有一個領(lǐng)蹄和一個從蹄的內(nèi)張型鼓式制動器稱為領(lǐng)從蹄式制動器。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊， 即摩擦力矩具有 “增勢 ”作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有 “減勢 ”作用，故又稱為減勢蹄。 “增勢 ”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而 “減勢 ”作用使從蹄所受的法向反力減小 3。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 圖 2.1 領(lǐng)從蹄式制動器 領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進與倒車時的制動性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，也便于附裝駐 車制動機構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、后輪制動器及轎車的后輪制動器。 2、雙領(lǐng)蹄式制動器 若在汽車前進時兩制動蹄均為領(lǐng)蹄的制動器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動器。顯然，當(dāng)汽車倒車時這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動器。如圖 2.2 所示，兩制動蹄各用一個單活塞制動輪缸推動，兩套制動蹄、制動輪缸等機件在制動底板上是以制動底板中心作對稱布置的，因此，兩蹄對制動鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動器 4。 雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，但倒車時則變?yōu)殡p從蹄式，使制動 效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級轎車的前輪制動器，這是因為這類汽車前進制動時，前軸的動軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時則相反。 圖 2.2 雙領(lǐng)蹄式制動器 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3、雙向雙領(lǐng)蹄式制動器 當(dāng)制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器。它也屬于平衡式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車前進及倒車時的制動性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪，但用作后輪制動器時，則需另設(shè)中央制動器用于駐車制動。如圖 2.3 所 示。 圖 2.3 雙向雙領(lǐng)蹄式器 4、單向增力式制動器 單向增力式制動器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動底板上的支承銷上。由于制動時兩蹄的法向反力 不能相互平衡，因此它居于一種非 平衡式制動器。單向增力式制動器在汽車前進制動時的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制動時，其制動效能卻是最低的。因此，它僅用于少數(shù)輕、中型貨車和轎車上作為前輪制動器。如圖 2.4 所示。 圖 2.4 單向增力式 制動器 5、雙向增力式制動器 將單向增力式制動器的單活塞式制動輪缸換用雙活塞式制動輪缸，其上端的支承下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 銷也作為兩蹄共用的，則成為雙向增力式制動器。對雙向增力式制動器來說，不論汽車前進制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。 雙向增力式制動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與駐車制動共用的制動器，但行車制動是由液壓經(jīng)制動輪缸產(chǎn)生制動蹄的張開力進行制動，而駐車制動則是用制動操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機械操縱系統(tǒng)進行操縱。雙向增力式制動器也廣泛用作汽車的中央制動器，因為駐車制動要求制動 器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出 5。 但由于結(jié)構(gòu)問題使它在制動過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動效率下降。因此，在轎車領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟型車中使用，主要用于制動負荷比較小的后輪和駐車制動。如圖 2.5 所示。 圖 2.5 雙向增力式制動器 2.3 盤式制動器 盤式制動器按摩擦副中定位原件的結(jié)構(gòu)不同可分為鉗盤式和全盤式兩大類。 （ 1）鉗盤式 鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分 為定鉗盤式制動器、浮鉗盤式制動器等。 定鉗盤式制動器：這種制動器中的制動鉗固定不動，制動盤與車輪相聯(lián)并在制動鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有下列優(yōu)點：除活塞和制動塊外無其他滑動件，易于保證制動鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動器相差不多，容易實現(xiàn)從鼓式制動器到盤式制動器的改革；能很好地適應(yīng)多回路制動系的要求。 浮動盤式制動器：這種制動器具有以下優(yōu)點：僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管加之液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化的可能性??；成本低；浮動鉗的制動塊可兼用 于駐車制動。 （ 2）全盤式 在全盤式制動器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓形盤，制動時各盤摩擦下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動器散熱條件較差，其應(yīng)用遠沒有浮鉗盤式制動器廣泛。 通過對盤式、鼓式制動器的分析比較可以得出盤式制動器與鼓式制動器比較有如下均一些突出優(yōu)點 : 制動穩(wěn)定性好 .它的效能因素與摩擦系數(shù)關(guān)系的 K-p 曲線變化平衡，所以對摩擦系數(shù)的要求可以放寬，因而對制動時摩擦面間為溫度、水的影響敏感度就低。所以在汽車高速行駛時均能保證制動的穩(wěn)定性和可靠性 6。 盤式制動器制 動時，汽車減速度與制動管路壓力是線性關(guān)系，而鼓式制動器卻是非線性關(guān)系。 輸出力矩平衡 .而鼓式則平衡性差。 制動盤的通風(fēng)冷卻較好，帶通風(fēng)孔的制動盤的散熱效果尤佳，故熱穩(wěn)定性好，制動時所需踏板力也較小。 車速對踏板力的影響較小。 2.4 制動器形式的確定 因為比亞迪 F3 轎車屬于家庭用經(jīng)濟型小型轎車，所以基于汽車的生產(chǎn)成本應(yīng)符合適用人群的原則，再綜合以上優(yōu)缺點最終確定比亞迪 F3 轎車的制動器設(shè)計采用前盤后鼓式。而我所設(shè)計的后輪鼓式制動器采用的是雙向雙領(lǐng)蹄式。 2.5 本章小結(jié) 本章對此次設(shè)計的總體方案 進行分析，對比了目前各種制動器形式的利弊，為確定本設(shè)計的設(shè)計方案提供了依據(jù)，作為設(shè)計的開始本章顯得十分的重要，確定了制動器的形式為以后的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 第 3 章 鼓式制動器的設(shè)計計算 3.1 制動系統(tǒng)主要參數(shù)數(shù)值 3.1.1 相關(guān)主要技術(shù)參數(shù) 設(shè)計鼓式制動器的參數(shù)數(shù)據(jù)是采用比亞迪 F3 轎車的具體參數(shù)如下： 整車質(zhì)量： 空載： 1200kg 滿載： 1600kg 質(zhì)心位置： a=1.04m b=1.56m 質(zhì)心高度： 空載： hg=0.60m 滿載： hg=0.55m 軸 距： L=2.6m 輪 距 : L 0=1.48m 最高車速： 180km/h 最大功率 /轉(zhuǎn)速： 78/6000 kw/rpm 最大轉(zhuǎn)矩 /轉(zhuǎn)速： 134/4500 Nm/rpm 輪 胎： 195/60R15 3.1.2 同步附著系數(shù)的分析 (1)當(dāng)0時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力； (2)當(dāng) 0時：制動時總是后輪先抱死，這時容易 發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性； (3)當(dāng)0時：制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。 分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動 (前、后車輪同時抱死 )時，其制動減速度為gqgdtdu 0，即0q， 為制動強度。而在其他附著系數(shù) 的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死的制動強度 這表明只有在 0的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 根據(jù)相關(guān)資料查出轎車00.6，故取0=0.7。 3.2 制動器有關(guān)計算 3.2.1 地面對車輪的法 向 反作用力 BF地面作用于車輪上的制動力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動力，其方向與汽車行駛方向相反， N； er車輪有效半徑， m。 令 eff rTF （ 3.1） 并稱之為 制動器制動力 ，它是在輪胎周緣克服制動器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動周緣力。fF與地面制動力 BF 的方向相反，當(dāng)車輪角速度 0 時，大小亦相等，且fF僅由制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即fF取決于制動器的結(jié)構(gòu)型式、尺寸、摩擦副的摩擦系數(shù)及車輪有效半徑等，并與制動踏板力即制動系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大fT，fF和 BF 均隨之增大 。但地面制動力 BF 受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力F， 即 BF ZF （ 3.2） 或 ZFFB m ax（ 3.3） 式中 ： 輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z地面對車輪的法向反力。 當(dāng)制動器制動力 fF 和地面制動力 BF 達到附著力 F 值時，車輪即被抱死并在地面上滑 移。此后制動力矩 fT 即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而 eff rTF / 即成為與 BF 相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動到 =0 以后 ，地面制動力 BF 達到附著力 F 值后就不再增大，而制動器制動力 fF 由于踏板力 PF 的增大使摩擦力矩 fT 增大而繼續(xù)上升(見圖 3.1)。 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 根據(jù)汽車制動時的整車受力分析，考慮到制動時的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對前、后軸車輪的法向反力 Z1， Z2 為： )( 21 dtdughLLGZ g 2600 8.9*1200 （ 1560+ 8.9600 x6.86） 8955N （ 3.4） )( 12 dtdughLLGZ g 2600 8.9*1200 （ 1040 8.9600 x6.86） 2805N （ 3.5） 式中 ： G汽車所受重力； L汽車軸距； 1L 汽車質(zhì)心離前軸距離； 2L 汽 車質(zhì)心離后軸距離； gh汽車質(zhì)心高度； g 重力加速度； dtdu-汽車制動減速度。 3.2.2 前后軸制動力的確定 汽車總的地面制動力為 GqdtdugGFFF BBB 21 （ 3.6） 式中： gdtduq 制動強度，亦稱比減速度或比制動力； 圖 3.1 制動力與踏板力的關(guān)系 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 1BF，2BF前后軸車輪的地面制動力。 由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為 )()( 221 ggB qhLLGLhFLLGF （ 3.7） )()( 112 ggB qhLLGLhFLLGF （ 3.8） 上式表明：汽車在附著系數(shù) 為任意確定值的路面上制動時，各軸附著力即極限制動力并非為常數(shù)，而是制動強度 q 或總制動力 BF 的函數(shù)。當(dāng)汽車各車輪制動器的制動力足夠時，根據(jù)汽車前、后軸的軸荷分配，前、后車輪制動器制動力的分配、道路附著系數(shù)和坡度情況等，制動過程可能出現(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、后輪同時抱死拖滑。 在以上三種情況中，顯然是最后一種情況的附著條件利用得最好。 由式（ 3.9）、式 (3.10)不難求得在任何附著系數(shù) 的路面上，前、后車輪同時抱死即前、后軸車輪附著力同時被充分利用的條件是 BF = GFFFF BBff 2121 （ 3.9） )/()(/ 122121 ggBBff hLhLFFFF （ 3.10） 式中： 1fF前軸車輪的制動器制動力，111 ZFF Bf ； 2fF后軸車輪的制動器制動力，222 ZFF Bf ； 1BF 前軸車輪的地面制動力； 2BF 后軸車輪的地面制動力； 1Z ， 2Z 地面對前、后軸車輪的法向反力； G 汽車重力； 1L ， 2L 汽車質(zhì)心離前、后軸距離； 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 gh汽車質(zhì)心高度。 選取 =0.7，則：BF= GFFFFBBff 2121（ 3.11） = 7.0 x1200 8.9 =8232N BF/2BF=4.2 （ 3.12） 由式（ 3.11）、式（ 3.12）得：1BF=6256.32N,2BF=1975.68N 3.2.3 制動器最大制動力矩的確定 制動器所能產(chǎn)生的制動力矩，受車輪的計算力矩所制約，即： eff rFT 11 =6256.320.3075=1923.8Nm (3.13) eff rFT 22 =1975.680.3075=607.5 Nm (3.14) 式中：1fF前軸制動器的制動力， 11 ZFf ； 2fF后軸制動器的制動力， 22 ZFf ； 一個車輪制動器應(yīng)有的最大制動力矩為按上列公式計算結(jié)果的半值。則后輪制動器應(yīng)有的最大力矩為 303.75Nm 3.3 鼓式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 3.3.1 制動鼓內(nèi)徑 輸入力0F一定時，制動鼓內(nèi)徑越大，制動力矩越大，且散熱能力也越強。 圖 3.2 雙領(lǐng)蹄式鼓式制動器 但增大 D 受輪輞內(nèi)徑限制，如圖 3.2 所示。制動鼓與輪輞之間應(yīng)保持足夠的間隙，通常要求該間隙不小于 20mm否則不僅制動鼓散熱條件太差，而且下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 輪輞受熱后可能粘住內(nèi)胎或烤壞氣門嘴。制動鼓直徑與輪輞直徑之比的范圍如下： 乘用車： D Dr=0.64 0.78 貨車： D Dr=0 .74 0 .83 制動鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) ZB T24 D0589制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列選取。 依據(jù)汽車后輪輪胎型號： 195/60R15 于是，得輪輞直徑 Dr: Dr =25.4 x 15=381 mm （ 1 in=25.4mm） 取 D Dr=0.78 則制動鼓內(nèi)徑直徑 :D=0.78 x Dr=0.78x381=297.18mm 參照 中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 3091999 制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列，輪輞直徑 15 英寸的制 動鼓最大內(nèi)徑不超過 300mm。 取 D=300mm。 3.3.2 制動鼓壁厚 制動鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其散熱容量，但試驗表明，壁厚由 11mm 增至 20mm 時，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動鼓的壁厚： 轎車制動鼓壁厚取為 712mm。 貨車取為 1318mm。 本設(shè)計取制動鼓厚度為 n=10mm。 制動鼓有鑄造的和組合式兩種。鑄造制動鼓多選用灰鑄鐵，具有機械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點。為防止制動鼓工作時受載變形，常在制動鼓的外圓周部分鑄有肋，用來 加強剛度和增加散熱效果。精確計算制動鼓壁厚既復(fù)雜又困難，所以常根據(jù)經(jīng)驗選取。 3.3.3 摩擦襯片的寬度和包角 摩擦襯片寬度尺寸 b 的選取對摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，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。 制動鼓半徑 R 確定后，襯片的摩擦面積為 Ap=Rb (3.15) 式中 : 以弧度（ rad）為單位。 制動器各蹄襯片總的摩擦面積 Ap 越大，制動時所受單位面積的正壓力和下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 能量負荷越小，從而磨損特性越好 。 試驗表明，摩擦襯片包角 =90 100時，磨損最小，制動鼓溫度最低，且制動效能最高。 角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實際上包角兩端處單位壓力最小，因此過分延伸襯片的兩端以加大包角，對減小單位壓力的作用不大，而且將使制動不平順，容易使制動器發(fā)生自鎖。因此，包角一般不宜大于 120。 ?。?=108。 襯片寬度 b 較大可以減少磨損，但過大將不易保證與制動鼓全面接觸。制動器各蹄摩擦襯片總摩擦面積越大，則制動時產(chǎn)生的單位面積越小，從而磨損也越小。根據(jù) 中華人民共和國專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 3091999 制動鼓工作直徑及制動蹄片寬度尺寸系列， 對于（ 0.91.5） t 的轎車，單個制動器總的摩擦面積 Ap 為（ 100200） cm2,見表 3.1。這里?。?Ap=150cm2.， b=64mm。 表 3-1 襯片摩擦面積 汽車類別 汽車總質(zhì)量 m/t 單個制動器的襯片摩擦面積 A /cm2 轎車 0.91.5 1.52.5 100200 200300 客車與貨車 1.01.5 1.52.5 2.53.5 3.57.0 7.012.0 12.017.0 120200 150250 250400 300650 5501000 6001500 3.3.4 摩擦襯片的起始角 一般將襯片布置在制動碲的中央，即令0=90 2 。有時為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對于最大壓力點對稱布置，以改善磨損均勻性和制動效能。 此設(shè)計中 令0=90 2 =90 2108 =36 下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣 414951605 下載 文檔送全套 CAD 圖紙 扣扣 1304139763 3.3.5 摩擦襯片的摩擦系數(shù) 摩擦片摩擦系數(shù)對制動力矩的影響很大，選擇摩擦片時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。不能單純地追求摩擦材料的高摩擦系數(shù)，應(yīng)提高對摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對蹄式制動器是非常重要的。各種制動器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為 0.3 0.5，少數(shù)可達 0.7。一般 說來，摩擦系數(shù)愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制動器設(shè)計時并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國產(chǎn)的制動摩擦片材料在溫度低于 250 時，保持摩擦系數(shù) 40.030.0f 已無大問題。 本設(shè)計取 f =0.3。 3.4 鼓式制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.4.1 制動鼓摩擦襯片的摩擦系數(shù) 制動鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動時其溫升不應(yīng)超過極限值。制動鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料向匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面摩擦均勻。 中型，重型載貨汽車 和中型、大型客車多采用灰鑄鐵 HT200或合金鑄鐵制造的制動鼓；輕型貨車和一些轎車則采用鋼板沖壓成形的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合制動鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動鼓在轎車上得到了日益廣泛的應(yīng)用；鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金也是鑄到一起的，這中內(nèi)鑲一層珠光體組織的灰鑄鐵作為工作表面，其耐磨性和散熱性都很好，而且減少了質(zhì)量。 本設(shè)計采用的制動鼓材料：鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金鑄到一起 3.4.2 制動蹄 轎車和微型，輕型載貨汽車的制動蹄管飯采用 T 形型鋼碾壓或鋼板沖壓 -焊接制成；大噸位載貨汽車的制動蹄則多采用鑄鐵、鑄鋼或 鑄鋁合金制成。制動蹄的結(jié)構(gòu)尺寸和斷面形狀應(yīng)保證其剛度好，單小型車用鋼板制的制動蹄腹板上有時開有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動蹄摩擦襯片與制動鼓之間的接觸壓力均勻，因而使