鼓式制動(dòng)器設(shè)計(jì)

1、 一 車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一 設(shè)計(jì)任務(wù)：商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)二基本參數(shù)：P285三設(shè)計(jì)內(nèi)容主要進(jìn)行制動(dòng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：1查閱資料、調(diào)查研究、制定設(shè)計(jì)原則2根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)(發(fā)動(dòng)機(jī)功率？，汽車軸距，車輪滾動(dòng)半徑，汽車空(滿)載時(shí)的總質(zhì)量、軸荷分布、質(zhì)心位置)，選擇制動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，設(shè)計(jì)出一套完整的制動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過(guò)程中要進(jìn)行必要的計(jì)算。3制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù)的確定（1）制動(dòng)器主要參數(shù)確定（2）制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算（3）制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)（4）制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算4繪制制動(dòng)器裝配圖及主要零部件的零件圖四設(shè)計(jì)要求 1制動(dòng)器總成（前或后）的裝配圖，1號(hào)

2、圖紙一張。裝配圖要求表達(dá)清楚各部件之間的裝配關(guān)系，標(biāo)注出總體尺寸，配合關(guān)系及其它需要標(biāo)注的尺寸，在技術(shù)要求部分應(yīng)寫出總成的調(diào)整方法和裝配要求。2主要零部件的零件圖，3號(hào)圖紙4張。要求零件形狀表達(dá)清楚、尺寸標(biāo)注完整，有必要的尺寸公差和形位公差。在技術(shù)要求應(yīng)標(biāo)明對(duì)零件毛胚的要求，材料的熱處理方法、標(biāo)明處理方法及其它特殊要求。3編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。五設(shè)計(jì)進(jìn)度與時(shí)間安排本課程設(shè)計(jì)為3周 明確任務(wù)，分析有關(guān)原始資料，復(fù)習(xí)有關(guān)講課內(nèi)容及熟悉參考資料0.5周。 設(shè)計(jì)計(jì)算 1.0周 繪圖 1.0周 編寫說(shuō)明書(shū)、答辯 0.5周六、主要參考文獻(xiàn)1成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）2汽車工程手冊(cè)  &#

3、160;  機(jī)械工業(yè)出版社3陳家瑞 汽車構(gòu)造（下冊(cè)） 人民交通出版社4王望予 汽車設(shè)計(jì)     機(jī)械工業(yè)出版社5余志生 汽車?yán)碚?#160;    機(jī)械工業(yè)出版社6王豐元 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū) 中國(guó)電力出版社七注意事項(xiàng)（1）為保證設(shè)計(jì)進(jìn)度及質(zhì)量，設(shè)計(jì)方案的確定、設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果等必須取得指導(dǎo)教師的認(rèn)可，尤其在繪制總布置圖前，設(shè)計(jì)方案應(yīng)由指導(dǎo)教師審閱。圖面要清晰干凈；尺寸標(biāo)注正確。（2）編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)時(shí)，必須條理清楚，語(yǔ)言通達(dá)，圖表、公式及其標(biāo)注要清晰明確，對(duì)重點(diǎn)部分，應(yīng)有分析論證，要能反應(yīng)出學(xué)生獨(dú)立工作和

4、解決問(wèn)題的能力。（3）獨(dú)立完成圖紙的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的編寫，若發(fā)現(xiàn)抄襲或雷同按不及格處理。八成績(jī)?cè)u(píng)定成 績(jī) 內(nèi) 容 優(yōu)良中及格不及格出勤情況（20%）設(shè)計(jì)方案（20%）性能計(jì)算（20%）圖紙質(zhì)量（20%）說(shuō)明書(shū)質(zhì)量（20%）評(píng) 語(yǔ)總 成 績(jī)指導(dǎo)教師注意：此任務(wù)書(shū)要妥善保管，最后要裝訂在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的第一頁(yè)，如有丟失，后果自負(fù)。 二.制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制動(dòng)系是汽車的一個(gè)重要的組成部分。它直接影響汽車的行駛安全性。為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，應(yīng)該合理地確定汽車的制動(dòng)性能及制動(dòng)系結(jié)構(gòu)。1.制動(dòng)動(dòng)力學(xué)1.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的加速和制動(dòng) 加速力和制動(dòng)力通過(guò)輪胎和地表的接觸面從車輛傳送到路面。慣性力作用于車輛的重心

5、，引起一陣顛簸。在這個(gè)過(guò)程中當(dāng)剎車時(shí)，前后輪的負(fù)載各自增加或減少；而當(dāng)加速時(shí)，情況正好相反。制動(dòng)和加速的過(guò)程只能通過(guò)縱向的加速度ax加以區(qū)分。下面，我們先來(lái)分析一輛雙軸汽車的制動(dòng)過(guò)程。 最終產(chǎn)生結(jié)果的前后輪負(fù)載和，在制動(dòng)過(guò)程中，圖1.1隨著靜止平衡和制動(dòng)減速的條件而變?yōu)椋?（1.1a） （1.1b）設(shè)作用于前后軸的摩擦系數(shù)分別為fV和fh,那么制動(dòng)力為： （1.2a） （1.2b）圖1.1雙軸汽車的剎車過(guò)程它們的總和便是作用于車輛上的減速力。 （1.3）對(duì)于制動(dòng)過(guò)程，fV和fh是負(fù)的。一般情況下，前后軸的摩擦系數(shù)是相等的。這種相等使 fVfhax/g，理想的制動(dòng)力分配是： （1.4） （1.5

6、）這是一個(gè)拋物線Fxh(Fxv)和參數(shù)ax的參數(shù)表現(xiàn)。當(dāng)然，每一個(gè)負(fù)載狀態(tài)都有它各自的理想制動(dòng)力分配。如果所有負(fù)載狀態(tài)都必須由一個(gè)固定的分配去應(yīng)對(duì)，那么最重要的條件往往就是滿載的情況。雖然，固定的分配在更多負(fù)載時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的制動(dòng)力分配，1.2、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與匹配的總布置設(shè)計(jì)硬點(diǎn)或輸入?yún)?shù)新車型總體設(shè)計(jì)時(shí)能夠基本估算如下基本設(shè)計(jì)參數(shù), 這些參數(shù)作為制動(dòng)系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù).已知參數(shù)軸距（mm）L4050整車整備質(zhì)量（Kg）3930滿載質(zhì)量（Kg）G8930空載時(shí)質(zhì)心距前軸中心線的距離（mm）1944空載時(shí)質(zhì)心高度（mm）880滿載時(shí)質(zhì)心距前軸中心線的距離（mm）a1215滿載時(shí)質(zhì)心

7、距后軸中心線的距離（mm）b1215滿載時(shí)質(zhì)心高度（mm）hg10641.3、理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線1.3.1 基本理論(1) 地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力在分析前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后車輪的法向反作用力。圖1.3.1由圖1.3.1，對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得式中：地面對(duì)前輪的法向反作用力；汽車重力；汽車質(zhì)心至后軸中心線的距離；汽車質(zhì)量；汽車質(zhì)心高度；汽車減速度。對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得式中 地面對(duì)后輪的法向反作用力；汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離。則可求得地面法向反作用力為 （1.3.1）(2) 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同

8、時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即：消去變量，得 （1.3.2）這就是理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配公式，由這條公式畫出來(lái)的曲線叫I曲線。1.4、前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定1.4.1確定車的制動(dòng)器制動(dòng)力矩 (1) 基本原理設(shè)=0.8時(shí)，前后輪同時(shí)抱死，此時(shí)前輪制動(dòng)力與總制動(dòng)力之比為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù) ，=0.51 同步附著系數(shù)0同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是0=（LL2）Hg解得=0.8即同步附著系數(shù)為0.8（四）制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率1.制動(dòng)強(qiáng)度q汽車制動(dòng)時(shí)汽車總的地面制動(dòng)力Fb應(yīng)該等于汽車質(zhì)量和制動(dòng)減速度的乘積Fb=m*

9、(du/dt)=Gq2.附著系數(shù)利用率=Fb/Gq=q/3.汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率由于同步附著系數(shù)0.8為較高值，通常情況下路面的值會(huì)小于0.8，同時(shí)考慮到車速較快滿載質(zhì)量較大等因素，將制動(dòng)強(qiáng)度定為q=0.8。因此校核時(shí)按照Fb=GL1/L1+(0.8-)Hgq=L1/L1+（-0.8）Hg=L1/L1-（-0.8）Hg為保證汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車制動(dòng)法規(guī)規(guī)定，在車輪尚未抱死的情況下，在0.20.8時(shí)，必須滿足q0.1+0.85(-0.2)經(jīng)檢驗(yàn)q=0.8滿足要求（五）最大制動(dòng)力矩為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定

10、性，應(yīng)合理地確定前、后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩，以保證汽車有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。對(duì)于選取較大同步附著系數(shù)值的汽車，這類車輛經(jīng)常行駛在良好的道路上，車速較高，后輪制動(dòng)抱死失去穩(wěn)定性而出現(xiàn)甩尾的危險(xiǎn)性較前一類汽車大得多，因此應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來(lái)確定各軸的最大制動(dòng)力矩。當(dāng)0.8時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度 q，故所需的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為Tf2=G/L（L1-qHg）rTf1=/（1-）Tf2經(jīng)計(jì)算Tf1=16547.07N·m Tf2=15898.17N·m（六）制動(dòng)器因數(shù)考慮到汽車滿載質(zhì)量和最高車速，采用氣壓驅(qū)動(dòng)有支承的領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，初步確認(rèn)制動(dòng)器因數(shù)在2.22

11、.6之間根據(jù)載重汽車輪胎系列 國(guó)標(biāo)GB/T2977-1997 GB/T 2977-1997 確定輪輞的尺寸為：（根據(jù)載荷和輪胎的氣壓）前輪輪輞直徑為20 英寸=508mm，輪胎的型號(hào)為8.25R20后輪輪輞直徑為20英寸=508mm，輪胎的型號(hào)為8.25R20 采用前后雙鼓的制動(dòng)形式2.1、制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)。2.1.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D和制動(dòng)鼓厚度 輸入力F一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，制動(dòng)力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。但制動(dòng)鼓內(nèi)徑D收到輪輞內(nèi)徑的限制。制動(dòng)鼓直徑與輪輞的直徑之比D/Dr,范圍為貨車：D/Dr =0.700.83所以取制動(dòng)鼓直徑D=4162.1.2 摩擦襯片寬度b和包角摩擦襯片寬

12、度尺寸b的選取對(duì)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；取寬些，則質(zhì)量大，不易加工，不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸，并且增加成本。制動(dòng)鼓內(nèi)徑R確定后，襯片的摩擦面積為Af=Rb （2.1.1）式中：為摩擦襯片包角，rad。制動(dòng)器各蹄襯片總的摩擦面積 f 越大，制動(dòng)時(shí)所受的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)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料分析，單個(gè)車輪鼓式制動(dòng)器的襯片面積隨汽車總質(zhì)量增大而增大。實(shí)驗(yàn)表明，摩擦襯片=900 1000 時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度最低，且制動(dòng)效能最高。所以選擇 =1000 。襯片寬度b較大可以減少磨損，但太大將不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。設(shè)計(jì)時(shí)一

13、般按照b/D=0.160.26，。且按照國(guó)產(chǎn)摩擦襯片規(guī)格來(lái)選擇。所以選擇b=108mm。2.1.3 摩擦襯片起止角0一般將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，即令0 =900 /2=400.1.5.4 制動(dòng)器中心到張力F作用線的距離a在保證輪缸能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)下，應(yīng)使距離a盡可能的大，以提高制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)選a=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。1.5.5 制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)k和c在保證2蹄支撐面不互相干涉的條件下，使得c盡可能的大而k盡可能的小，以提高制動(dòng)效能。初步選定: c=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。K=30mm。1.5.6摩擦片摩擦系數(shù)f初步選擇f=0.4

14、2.2、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算行車制動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)要過(guò)程如下，根據(jù)整車參數(shù)和附著習(xí)俗計(jì)算出理想制動(dòng)力矩，根據(jù)初定的制動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算出實(shí)際制動(dòng)力矩，制動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸要使實(shí)際制動(dòng)力矩滿足理想制動(dòng)力矩的要求。之后，要進(jìn)行摩擦襯片的磨損特性計(jì)算和制動(dòng)器的熱容量和溫升核算，如不滿足要求則要修改制動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸重復(fù)上面步驟，知道滿足要求。2.2.1理想最大制動(dòng)力和最大制動(dòng)力矩的計(jì)算 由（1.4.2）中 Tf1=16547.07N·m2.2.2 實(shí)際制動(dòng)力矩Tf的計(jì)算。根據(jù)前人計(jì)算出的制動(dòng)器因數(shù)表達(dá)式球的制動(dòng)力矩，即Tf=BF*F*R （2.2.1）由（1.4.2）可知Tf1

15、=16547.07N·m，所以Tf =Tf1 /2=8273.535Nm2.2.3 領(lǐng)從蹄制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù)選擇支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器單個(gè)領(lǐng)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFt1為BFt1=f hr/（1-fc/b） （2.2.2）單個(gè)領(lǐng)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFt2為BFt2=f hr/（1+fc/b） （2.2.3）以上兩式中：f為摩擦系數(shù)。由指導(dǎo)書(shū)P268 9-34、9-35 計(jì)算A=0.8842 B=0.9073 h=a+c=332.8支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BFBF= BFt1 + BFt2 (2.2.4)BT= BFt1 + BFt2 =2.3912.2.4張開(kāi)力的計(jì)算對(duì)于氣壓驅(qū)動(dòng)的

16、制動(dòng)器來(lái)說(shuō)，作用于兩蹄的張開(kāi)力相等，所以可以直接根據(jù)制動(dòng)器因數(shù)的定義求得張開(kāi)力F=Tf/（BF·R）=16635.97N（2.2.5）2.2.5 制動(dòng)蹄自鎖條件檢驗(yàn)計(jì)算計(jì)算鼓式制動(dòng)器，必須檢查蹄有無(wú)自鎖的可能。對(duì)于支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器，領(lǐng)蹄自鎖條件為：驗(yàn)證f=0.4A(a/r)-fB所以不會(huì)自鎖2.3 摩擦襯片的磨損特性的計(jì)算2.3.1 比能量耗散率e 汽車的制動(dòng)過(guò)程是將其機(jī)械能得以部分轉(zhuǎn)化為熱量而耗散的過(guò)程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過(guò)程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。，產(chǎn)生制動(dòng)器的能量負(fù)荷，能力越大摩擦片的磨損越嚴(yán)重。制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率e作為評(píng)價(jià)，它表示

17、單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W/mm2.ma 為汽車總質(zhì)量；v1， v2 為汽車制動(dòng)初速度和末速度，取v1 =65km/h（18m/s）；j為制動(dòng)減速度，計(jì)算時(shí)取j=0.6g；A為前制動(dòng)器襯片 的摩擦面積；為制動(dòng)力分配系數(shù)。鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于1.8 W/ mm2 為宜。t=（v1- v2 ）/j =(18-0）/（0.6*9.8）=3.06se=ma v12（1-）/4tA=8930kg*(18m/s)2*0.51/(4*3.06s*2*783.74cm2 )=1.5376W/mm2 <1.8W/ mm2 （2.3.1） 符合要求。2.3.2 比摩擦力Ff0

18、比摩擦力是單位摩擦面積的摩擦力，單個(gè)車輪制動(dòng)器的比摩擦力為 Ff0 =Tf/（RA）=8273.535Nm/（208mm*783.535cm2）=0.5075N/mm2 當(dāng)制動(dòng)減速度j=0.6g時(shí)，鼓式制動(dòng)器的比摩擦力以不大于0.48 N/mm2 為宜。Ff0=0.5075N/mm2 略大于0.48 N/mm2,也算符合條件。（七）制動(dòng)器的熱容量和溫升計(jì)算應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件 （MdCd+MhCh）tL此項(xiàng)因沒(méi)有制動(dòng)鼓總質(zhì)量而無(wú)法核算3.制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 制動(dòng)鼓制動(dòng)鼓應(yīng)具有高的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)其溫升不應(yīng)超過(guò)極限值。制動(dòng)鼓的材料與摩擦襯片的材料相匹配，應(yīng)能保證具有高的摩擦系數(shù)并是工作表面磨損均勻。采用由鋼板沖壓成型的腹板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動(dòng)鼓。制動(dòng)鼓在工作載荷作用下會(huì)變形，致使蹄鼓間單位壓力不均勻，且損失少許踏板行程。古銅變形后的不圓柱度過(guò)大容易引起自鎖或踏板振動(dòng)。為防止這些現(xiàn)象需提高制動(dòng)鼓的剛度。為此，沿鼓口外緣鑄有整圈的加強(qiáng)肋條，也有的加鑄若干軸向肋條以提高散熱能力。制動(dòng)鼓壁厚取16mm。3.2 制動(dòng)蹄制動(dòng)蹄采用T形型鋼板焊接制成。制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度選為8mm，摩擦襯片的厚度為12mm，制動(dòng)蹄寬度為70mm，襯片采用鉚接在制動(dòng)蹄上。3.3