卷?yè)P(yáng)機(jī)制動(dòng)器設(shè)計(jì)

1、1前 言12盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析22.1 鉗盤(pán)式制動(dòng)器的分類(lèi)2盤(pán)式制動(dòng)器的選擇3盤(pán)式制動(dòng)器的功用和要求3滑動(dòng)鉗式制動(dòng)器的工作原理43盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算5制動(dòng)力矩的計(jì)算53.2 制動(dòng)器表面溫升63.3 摩擦片單位壓力73.4 性能約束74盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定10制動(dòng)盤(pán)直徑與厚度10摩擦襯塊半徑10制動(dòng)襯塊面積105Solidworks的盤(pán)式制動(dòng)器設(shè)計(jì)11制動(dòng)器零件的繪制（附主要零件的立體效果圖）11制動(dòng)器的裝配圖15制動(dòng)器爆炸圖的生成（附立體效果圖）16制動(dòng)器工程圖的生成（附總裝配圖）17結(jié)論18致謝19參考文獻(xiàn)201 前 言汽車(chē)工業(yè)的百年發(fā)展史，1886年真是不同尋常的一年，這一年

2、，德國(guó)人卡爾·奔馳研制的馬力的三輪汽車(chē)取得了帝國(guó)專(zhuān)利證書(shū)，同年，另一名德國(guó)人戴姆勒也試駕了他發(fā)明的四輪汽油汽車(chē)。從此，汽車(chē)開(kāi)始改變這個(gè)世界。1906年美國(guó)的杜里埃兄弟制造并出售了13輛以汽油為燃料的四輪汽車(chē)。1914年，福特汽車(chē)公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)的流水線生產(chǎn)。1928年，通用公司雪佛蘭汽車(chē)的年產(chǎn)量就達(dá)到了120萬(wàn)輛。汽車(chē)很快就成了時(shí)尚的寵兒。中國(guó)汽車(chē)工業(yè)從1953年興建第一汽車(chē)制造廠開(kāi)始，1956年第一輛解放牌載貨汽車(chē)駛出一汽的大門(mén)，中國(guó)不能制造汽車(chē)的歷史從此結(jié)束。如今汽車(chē)品牌之多，汽車(chē)生產(chǎn)技術(shù)之先進(jìn)，已是人們有目共睹的事實(shí)。21世紀(jì)是汽車(chē)工業(yè)飛速發(fā)展的時(shí)代，汽車(chē)工業(yè)逐步成為許多國(guó)家

3、的支柱產(chǎn)業(yè)。我國(guó)隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車(chē)的年產(chǎn)量和社會(huì)保有量也都在迅速增加。汽車(chē)質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到我國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)能否沖出國(guó)門(mén)，走向世界。因此，對(duì)汽車(chē)以及相關(guān)產(chǎn)品的改進(jìn)也是相當(dāng)重要的。從汽車(chē)誕生時(shí)起，車(chē)輛制動(dòng)系統(tǒng)在車(chē)輛的安全方面就扮演著至關(guān)重要的角色。隨著車(chē)輛技術(shù)的進(jìn)步和汽車(chē)行駛速度的提高，這種重要性表現(xiàn)得越來(lái)越明顯。汽車(chē)制動(dòng)器作為汽車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的重要部件，其工作狀況的好壞直接影響到制動(dòng)系統(tǒng)的性能和行車(chē)的安全。與鼓剎相比，盤(pán)式制動(dòng)器具有散熱快、重量輕、制動(dòng)迅速、調(diào)整方便的優(yōu)點(diǎn)。特別是高負(fù)載時(shí)耐高溫性能好，制動(dòng)效果穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素的影響更小，在嚴(yán)寒氣候和極限駕駛狀態(tài)下開(kāi)車(chē)，盤(pán)式制動(dòng)器比鼓式制動(dòng)

4、器更容易在短時(shí)間內(nèi)讓車(chē)停下來(lái)。所以盤(pán)式制動(dòng)器具有更大的發(fā)展空間，廣泛應(yīng)用也有很深遠(yuǎn)的意義。2 盤(pán)式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析鉗盤(pán)式制動(dòng)器的分類(lèi)鉗盤(pán)式制動(dòng)器的固定摩擦元件是制動(dòng)塊，裝在與車(chē)軸連接且不能繞車(chē)軸軸線旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鉗中。制動(dòng)襯塊與制動(dòng)盤(pán)接觸面很小，在盤(pán)上所占的中心角一般僅為30°50°，故這種盤(pán)式制動(dòng)器又稱(chēng)為點(diǎn)盤(pán)式制動(dòng)器。鉗盤(pán)式制動(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)不同，有以下幾種。圖2-1 鉗盤(pán)式制動(dòng)器示意圖1.固定鉗式如圖2-1(a)所示，制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，既不能旋轉(zhuǎn)，也不能沿制動(dòng)盤(pán)軸線方向移動(dòng)，因而其中必須在制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)裝設(shè)制動(dòng)塊促動(dòng)裝置，以便分別將兩側(cè)的制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤(pán)。這種形式也成為對(duì)置

5、活塞式或浮動(dòng)活塞式。2.浮動(dòng)鉗式（1）滑動(dòng)鉗式如圖2-1(b)所示，制動(dòng)鉗可以相對(duì)于制動(dòng)盤(pán)做軸向滑動(dòng)，其中只在制動(dòng)盤(pán)的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動(dòng)塊固裝在鉗體上。制動(dòng)時(shí)活塞在液壓作用下使活動(dòng)制動(dòng)塊壓靠到制動(dòng)盤(pán)。而反作用力則推動(dòng)制動(dòng)鉗體連同固定制動(dòng)塊壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊受力均勻?yàn)橹?。?）擺動(dòng)鉗式如圖2-1(c)所示，它也是單側(cè)液壓缸結(jié)構(gòu)，制動(dòng)鉗體與固定于車(chē)軸上的支座鉸接。為實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，鉗體不是滑動(dòng)而是在與制動(dòng)盤(pán)垂直的平面內(nèi)擺動(dòng)。顯然制動(dòng)塊不可能全面均勻地摩擦。為此，有必要將襯塊預(yù)先做成楔形（摩擦面對(duì)背面的傾斜角為6°左右）。在使用過(guò)程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻（一般為

6、1mm左右）后應(yīng)即更換。盤(pán)式制動(dòng)器的選擇固定鉗式的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 除活塞和制動(dòng)塊以外無(wú)其他滑動(dòng)件，易于保證鉗的剛度；（2） 結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動(dòng)輪缸相差不多；（3） 容易實(shí)現(xiàn)從鼓式到盤(pán)式的改型；（4） 能適應(yīng)不同回路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求（可采用三缸或四缸液壓缸結(jié)構(gòu)）。固定鉗式制動(dòng)器存在著以下缺點(diǎn)：（1） 液壓缸較多，使制動(dòng)鉗結(jié)構(gòu)復(fù)雜；（2） 液壓缸分置于制動(dòng)盤(pán)兩側(cè)，必須用跨越制動(dòng)的鉗內(nèi)油道或外部油管來(lái)連通。這必然使得制動(dòng)鉗的尺寸過(guò)大，難以安裝現(xiàn)代化轎車(chē)的輪轂內(nèi)；（3） 熱負(fù)荷大時(shí)，液壓缸和跨越制動(dòng)盤(pán)的油管或油道中的制動(dòng)液容易受熱汽化；（4） 若要兼用于駐車(chē)制動(dòng)，則必須加裝一個(gè)機(jī)械促動(dòng)的駐車(chē)制動(dòng)

7、鉗。這些缺點(diǎn)使得固定鉗式制動(dòng)器難以適應(yīng)現(xiàn)代汽車(chē)的使用要求，故70年代以來(lái)，逐漸讓位于浮鉗盤(pán)式制動(dòng)器。浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)有：（1） 側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動(dòng)器能進(jìn)一步靠近輪轂；（2） 沒(méi)有跨越制動(dòng)噢案的油道或油管，加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性??；（3） 成本低浮動(dòng)鉗的制動(dòng)塊可兼用于駐車(chē)制動(dòng)。經(jīng)過(guò)分析，浮動(dòng)鉗式與固定鉗式制動(dòng)器相比，浮動(dòng)鉗式制動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)更為突出，成本低，冷卻條件好。所以本次設(shè)計(jì)采用浮動(dòng)鉗式中的滑動(dòng)鉗式制動(dòng)器。盤(pán)式制動(dòng)器的功用和要求制動(dòng)器是汽車(chē)部件中不可缺少的一部分，它直接影響著行車(chē)中的安全，它的功用是：在汽車(chē)正常的行駛過(guò)程中能使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛或者

8、停車(chē)，在下坡行駛時(shí)，又能使汽車(chē)可以保持適當(dāng)及穩(wěn)定的車(chē)速行駛，也能使其可靠地停在原地或坡道上。為保證離合器有良好的工作性能，對(duì)制動(dòng)器的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：1. 有足夠的制動(dòng)能力。行車(chē)制動(dòng)能力，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)評(píng)定，駐坡能力是指汽車(chē)在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度；2. 在任何速度制動(dòng)，汽車(chē)都不應(yīng)當(dāng)喪失操縱性和方向穩(wěn)定性；3. 防止水和污泥進(jìn)入制動(dòng)工作表面；4. 要求制動(dòng)器制動(dòng)能力的熱穩(wěn)定能力良好；5. 操縱輕便，并具有良好的隨動(dòng)性?；瑒?dòng)鉗式制動(dòng)器的工作原理圖2-2 滑動(dòng)鉗式制動(dòng)器工作原理如圖2-2所示，滑動(dòng)鉗式制動(dòng)器的制動(dòng)鉗可以相對(duì)與制動(dòng)盤(pán)做軸向滑動(dòng)，其只在制動(dòng)

9、盤(pán)的內(nèi)側(cè)置有液壓缸。外側(cè)的制動(dòng)塊固定在鉗體上。制動(dòng)時(shí)，油液被壓入液壓缸中，活塞在液壓P1的作用下使活動(dòng)制動(dòng)塊壓靠到制動(dòng)盤(pán)，而其反作用力P2則推動(dòng)鉗體連同制動(dòng)塊一起壓向制動(dòng)盤(pán)的另一側(cè)，直到兩制動(dòng)塊受力均等為止，兩制動(dòng)塊共同作用使車(chē)輪停止旋轉(zhuǎn)。當(dāng)不制動(dòng)時(shí)，液壓快速下降，制動(dòng)塊在彈力的作用下迅速向兩邊張開(kāi)與制動(dòng)盤(pán)分離。3盤(pán)式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1制動(dòng)力矩的計(jì)算圖3-1 盤(pán)式制動(dòng)器摩擦片幾何尺寸如圖3-1所示,若摩擦片與制動(dòng)盤(pán)面接觸良好,且各處單位壓力分布均勻,則在任一單元面積上的摩擦力對(duì)制動(dòng)盤(pán)中心的力矩為,式中q為摩擦片與制動(dòng)盤(pán)之間的單位面積上的壓力,為摩擦片的摩擦系數(shù),則單側(cè)摩擦片作用于制動(dòng)盤(pán)上

10、的制動(dòng)力矩為:則盤(pán)式制動(dòng)器的總制動(dòng)力矩為: （3.1）依據(jù)制動(dòng)盤(pán)與輪缸液壓傳遞關(guān)系可得:式中:d為輪缸直徑(mm):p為輪缸中的壓強(qiáng)(MPa);為摩擦片內(nèi)半徑(mm):為摩擦片外半徑(mm);為摩擦片圓心角(rad)。故制動(dòng)器力矩表達(dá)式可表示為:(3.2)令:通常將稱(chēng)為制動(dòng)盤(pán)的有效制動(dòng)半徑。3.2制動(dòng)器表面溫升汽車(chē)制動(dòng)時(shí),因速度降低所釋放的動(dòng)能E可用下式表示:(3.3)式中: G整車(chē)重量(N);制動(dòng)前車(chē)速(m /s);制動(dòng)后車(chē)速(m /s);S制動(dòng)距離(m);下坡道路坡度角。能量E的一部分消耗在汽車(chē)的滾動(dòng)阻力和空氣阻力上,其余部分則通過(guò)制動(dòng)器轉(zhuǎn)換成熱能,它所占的比例Z可由下式表示: (3.4)

11、式中:汽車(chē)阻力引起的減速度:汽車(chē)的制動(dòng)減速度。制動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的熱量引起制動(dòng)器零件溫度上升,同時(shí)在行駛過(guò)程中零件表面逐漸向大氣散熱。在重復(fù)制動(dòng)時(shí),每次制動(dòng)所產(chǎn)生的熱量,不能及時(shí)散出,使制動(dòng)器溫度逐步升高,但是因?yàn)樯釛l件的影響因素過(guò)多,而且因制動(dòng)過(guò)程時(shí)間較短,熱量不易散出,可以從理論上認(rèn)為制動(dòng)溫升由制動(dòng)器吸收,而對(duì)于非金屬摩擦襯片,由于其絕熱性能所吸收的熱量很少,因此可以認(rèn)為絕大部分熱量被制動(dòng)盤(pán)吸收,每制動(dòng)一次后,制動(dòng)盤(pán)的溫升為:(3.5)式中:A單個(gè)制動(dòng)盤(pán)所分配的熱量占全部熱量的比例數(shù); J熱功當(dāng)量4.18(焦耳/卡);制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量(kg);制動(dòng)盤(pán)比熱(J/kg·k)。其中可由下式?jīng)Q定:

12、式中:D制動(dòng)盤(pán)直徑(mm):a制動(dòng)盤(pán)厚度(mm);制動(dòng)盤(pán)密度。3.3摩擦片單位壓力設(shè)摩擦片任一點(diǎn)至制動(dòng)盤(pán)軸線距離為,根據(jù)文獻(xiàn)8可得, 定義的摩擦片任一點(diǎn)單位壓力為:式中:單個(gè)摩擦片摩擦面積(mm2);為比例系數(shù),其值為:由上式可知,在和處, 分別達(dá)到其最大值和最小值,即摩擦片最大單位壓力為:(3.6)3.4性能約束(1)制動(dòng)力矩約束:汽車(chē)制動(dòng)器制動(dòng)力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩,否則會(huì)發(fā)生車(chē)輪抱死現(xiàn)象而產(chǎn)生側(cè)滑,從而失去穩(wěn)定性,即: (3.7)式中:可靠系數(shù);路面附著系數(shù);G整車(chē)重量(N),制動(dòng)力分配系數(shù)。(2)摩擦片壓力約束:摩擦片應(yīng)達(dá)到要求的耐磨性或使用壽命,對(duì)于摩擦片最大許用單位壓力,一般按

13、經(jīng)驗(yàn)取值,因此,由式(3.6)確定的摩擦片最大單位壓力不得超過(guò)許用單位壓力即:(3.8)(3)比能量耗散率約束:如果比能量耗散率過(guò)高,不僅會(huì)加快制動(dòng)摩擦片的磨損,而且可能引起制動(dòng)盤(pán)的龜裂,因此所施加的約束為:(3.9)式中:m整車(chē)質(zhì)量(kg);e為盤(pán)式制動(dòng)器時(shí),取;t為制動(dòng)時(shí)間,可按下式計(jì)算:(4)油缸壓力約束:一般油缸內(nèi)的液壓應(yīng)小于外圍油缸所能承受的壓力,即: (3.10)(5)制動(dòng)盤(pán)一次制動(dòng)的體積溫升:依據(jù)文獻(xiàn)3,一次由va=8.33 m /s到完全停車(chē)的強(qiáng)烈制動(dòng),溫升應(yīng)不超過(guò)15°C,即:(3.11)式中:檢驗(yàn)溫升時(shí)的初始速度(m /s),一般取8. 33 m /s(6)結(jié)構(gòu)約

14、束1)2)3)4)d/2+/2+3 (R1+R2) /2 5)1.27 /1.63 其中:輪輞直徑(mm);輪轂直徑(mm);輪缸厚度(mm);1、2、3分別為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間裕量(mm)。4 盤(pán)式制動(dòng)器主要參數(shù)的確定4.1制動(dòng)盤(pán)直徑與厚度制動(dòng)盤(pán)直徑D應(yīng)盡可能取大些，這時(shí)制動(dòng)盤(pán)的有效半徑得到增加，可以降低制動(dòng)鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤(pán)的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%79%?？傎|(zhì)量大于2t的汽車(chē)應(yīng)取上限。根據(jù)實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的制動(dòng)盤(pán)直徑D取200mm。制動(dòng)盤(pán)厚度h對(duì)制動(dòng)盤(pán)質(zhì)量和工作時(shí)的溫度有影響。為使質(zhì)量小些，制動(dòng)盤(pán)厚度不宜取得很大；為降低溫度，制動(dòng)盤(pán)厚度又

15、不宜取得過(guò)小。制動(dòng)盤(pán)可以做成實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動(dòng)盤(pán)中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動(dòng)盤(pán)厚度可取1020mm，通風(fēng)式制動(dòng)盤(pán)厚度取為2030mm。本次設(shè)計(jì)取厚度應(yīng)為20mm。4.2摩擦襯塊半徑制動(dòng)器摩擦襯塊在性能上應(yīng)滿足如下要求：1. 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對(duì)其影響要??；2. 有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性；3. 密度要小，以減小從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；4. 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無(wú)味，不易燒焦；磨合性能好，不致刮傷制動(dòng)盤(pán)表面。摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不大于。若此比值偏大，工作時(shí)襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差太多，磨損不均勻，接觸面積減少，

16、最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。4.3制動(dòng)襯塊面積對(duì)于盤(pán)式制動(dòng)器襯塊工作面積A，根據(jù)制動(dòng)襯塊單位面積占有的汽車(chē)質(zhì)量在/cm²范圍內(nèi)選用。5 Solidworks的盤(pán)式制動(dòng)器設(shè)計(jì)制動(dòng)器零件的繪制（附主要零件的立體效果圖）本文針對(duì)建?？偨Y(jié)了Solidworks軟件的一些使用技巧，簡(jiǎn)述如下： 1.建模之前，應(yīng)對(duì)模型，尤其是復(fù)雜模型作全局考慮，認(rèn)真周全地確定建模順序和方法； 2.在進(jìn)行主要建模環(huán)節(jié)之前，應(yīng)仔細(xì)檢查尺寸，防止出現(xiàn)錯(cuò)漏。如果某部分尺寸遺漏或出錯(cuò)，那么在“抽空”操作后，可能會(huì)因該部分尺寸的錯(cuò)誤而造成設(shè)計(jì)全部報(bào)廢，從而影響開(kāi)發(fā)進(jìn)度； 3.對(duì)于復(fù)雜模型，應(yīng)將三維實(shí)體建模和二維圖生成結(jié)合使用。二

17、維圖能較準(zhǔn)確地檢查空間不易檢查的尺寸，并可反過(guò)來(lái)驗(yàn)證實(shí)體建模的正確性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題； 4.在做了一系列實(shí)體后應(yīng)及時(shí)檢查參數(shù)，避免出錯(cuò)；5.對(duì)于復(fù)雜零件應(yīng)多做備份。針對(duì)不同工作階段存儲(chǔ)相應(yīng)的文檔，以備文件丟失或損壞時(shí)可調(diào)用最近的相鄰文件重做。圖5-1 鉗體圖5-2 活塞圖5-3 放氣螺釘圖5-4 制動(dòng)盤(pán)圖5-5 制動(dòng)襯塊圖5-6 支架圖5-7 油封圖5-8 防塵罩5.2制動(dòng)器的裝配圖圖5-9制動(dòng)器裝配圖5.3制動(dòng)器爆炸圖的生成（附立體效果圖）圖5-10 制動(dòng)器爆炸圖制動(dòng)器工程圖的生成（附總裝配圖）圖5-11制動(dòng)器工程圖結(jié)論經(jīng)過(guò)大學(xué)三年的學(xué)習(xí)，我已經(jīng)掌握了一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，但在實(shí)際中的運(yùn)用還不

18、是很熟練。為了能夠體現(xiàn)自己在大學(xué)三年里所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)自己也對(duì)三維設(shè)計(jì)比較感興趣，因此就選擇了SolidWorks在盤(pán)式制動(dòng)器設(shè)計(jì)中的運(yùn)用這個(gè)題目。在完成繪圖的過(guò)程中，讓我更加熟練了SolidWorks的運(yùn)用，并且在某些圖樣的繪制中我尋找到了一些更簡(jiǎn)單的。同時(shí)自己的空間思維也得到了很大的提高。我本人也覺(jué)得大學(xué)生的畢業(yè)論文與設(shè)計(jì)的制作對(duì)我們大學(xué)生來(lái)說(shuō)是一次自身綜合知識(shí)很好的總結(jié)。我們綜合運(yùn)用所學(xué)過(guò)的基本知識(shí)，基本技能在論文的寫(xiě)作過(guò)程中得到拓寬、深化；提高了我們文獻(xiàn)資料收集、整理和使用的能力。也使我們的邏輯思維和語(yǔ)言表達(dá)能力得到了訓(xùn)練與提高；同時(shí)使我的寫(xiě)作與歸納方面的能力也得到了提高，使我從中受益匪淺。致謝本文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。在此，向她表示衷心的感謝！還要感謝幫助我的朋友，正是由于你們的幫助和支持，我才能順利完成本文