車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于有限元比亞迪F3制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【全套圖紙三維】

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1、 第1章 緒 論 1.1設(shè)計(jì)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(yùn)輸工具。汽車制動(dòng)系是汽車底盤上的一個(gè)重要系統(tǒng),它是制約汽車運(yùn)動(dòng)的裝置。而制動(dòng)器又是制動(dòng)系中直接作用制約汽車運(yùn)動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵裝置，是汽車上最重要的安全件。汽車的制動(dòng)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(duì)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(dòng)器[1]。 通過查閱相關(guān)的資料，運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，確定以比亞迪F3轎車的制動(dòng)系統(tǒng)為基本的為其設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行部件的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。使

2、其達(dá)到以下要求：具有足夠的制動(dòng)效能以保證汽車的安全性；同時(shí)在材料的選擇上盡量采用對(duì)人體無害的材料。 全套圖紙，加153893706 1.2研究現(xiàn)狀 雖然在汽車制動(dòng)器領(lǐng)域，盤式制動(dòng)器將逐步取代鼓式制動(dòng)器是必然的趨勢(shì)，但在現(xiàn)階段，鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。相對(duì)盤式制動(dòng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)制動(dòng)鉗、管路系統(tǒng)要求高，造價(jià)高等缺點(diǎn)，鼓式制動(dòng)器不僅結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、成本低，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，所以在輕、重型載貨汽車上，鼓式制動(dòng)器還是在大量使用的。 鼓式相對(duì)盤式，其制動(dòng)效能和散熱性要差許多。鼓式制動(dòng)器的制動(dòng)力穩(wěn)定性差，在不同路面上，制動(dòng)力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動(dòng)過程中會(huì)聚集

3、大量的熱量，制動(dòng)蹄和制動(dòng)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(dòng)衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動(dòng)效率下降。另外，鼓式制動(dòng)器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙。針對(duì)以上缺點(diǎn)，現(xiàn)在鼓式制動(dòng)器則采取一些改進(jìn)措施： 1）合理確定制動(dòng)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(jìn)的技術(shù)，以防車輪過熱，如采用制動(dòng)間隙自動(dòng)調(diào)整臂、使用緩速器。設(shè)計(jì)中采用的是領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，兼顧了制動(dòng)器效能因數(shù)和制動(dòng)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(dòng)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(dòng)

4、或轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，亦即由制動(dòng)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(dòng)蹄繞支承銷轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開而以其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。不轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄對(duì)旋轉(zhuǎn)制動(dòng)鼓產(chǎn)生摩擦力矩，從而產(chǎn)生制動(dòng)力，使車輪減速直至停車。 鼓式制動(dòng)器是早期設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計(jì)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(dòng)過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%-80%，前輪制動(dòng)力要比后輪大，后輪起輔助制動(dòng)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(dòng)方式。 汽車制動(dòng)性能是確保車輛行駛的主、被動(dòng)

5、安全性和提升車輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。鼓式制動(dòng)器是應(yīng)用非常廣泛的一種制動(dòng)器，有其優(yōu)良的制動(dòng)效果及簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式[2]。應(yīng)用Pro/E 軟件建立鼓式制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型, 并完成虛擬裝配，然后利用Ansys軟件對(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析，為鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,，可縮短鼓式制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為以后進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動(dòng)分析奠定了基礎(chǔ)。 目前使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(shì)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的使用可降低工程設(shè)計(jì)成本的13%~30%，減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)的時(shí)間30%~60%，增加分析問題的深度和廣度3~35倍，

6、提高作業(yè)生產(chǎn)率40%~70%，提高設(shè)備利用率2~3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(jì)系統(tǒng)的問市給機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)的現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，使得它變得其實(shí)可行。 近年來在計(jì)算機(jī)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，F(xiàn)inite Element Analysis）方法則為解決這些復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題提供了有效的途徑。我國(guó)在"九五"計(jì)劃期間大力推廣CAD技術(shù)，機(jī)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

7、身如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，計(jì)算機(jī)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(shí)踐中，有限元分析軟件與CAD系統(tǒng)的集成應(yīng)用使設(shè)計(jì)水平發(fā)生了質(zhì)的飛躍，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：增加設(shè)計(jì)功能，減少設(shè)計(jì)成本；縮短設(shè)計(jì)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(jì)，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(yàn)方案，減少試驗(yàn)時(shí)間和經(jīng)費(fèi)； 進(jìn)行機(jī)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(jī)，所有的設(shè)計(jì)制造都離不開有限元分析計(jì)算，F(xiàn)EA在工程設(shè)計(jì)和分析中將

8、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(duì)其進(jìn)行有限元分析,尋找最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案, 以做到既能降低生產(chǎn)成本, 又能提高其性能, 達(dá)到最優(yōu)的結(jié)合。例如,美國(guó)的ANSYS 公司已經(jīng)利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行了鋼板彈簧精確設(shè)計(jì); 上海匯眾汽車制造有限公司利用有限元分析軟件ANSYS 進(jìn)行油門踏板桿材料的斷裂優(yōu)化分析以解決國(guó)產(chǎn)化材料的替代等等。汽車工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)發(fā)展的水平,世界經(jīng)濟(jì)大國(guó)的經(jīng)濟(jì)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(jì)大國(guó)的美國(guó)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(jiān),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)

9、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(duì)此項(xiàng)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(jìn)一步開發(fā)此項(xiàng)技術(shù)的人才。 車輛在行駛過程中要頻繁進(jìn)行制動(dòng)操作,由于制動(dòng)性能的好壞直接關(guān)系到交通和人身安全,因此制動(dòng)器的性能是車輛非常重要的性能之一,改善汽車的制動(dòng)器的性能始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的重要任務(wù)。當(dāng)車輛制動(dòng)時(shí),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(duì)這一過程中車輛受力情況的分析有助于制動(dòng)系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì),因此制動(dòng)過程受力情況分析是車輛試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),由于這一過程較為復(fù)雜,因此一般在實(shí)際中只能建立簡(jiǎn)化模型分

10、析,通常人們主要從三個(gè)方面來對(duì)制動(dòng)過程進(jìn)行分析和評(píng)價(jià): (1)制動(dòng)效能:即制動(dòng)距離與制動(dòng)減速度； (2)制動(dòng)效能的恒定性:即抗熱衰退性； (3)制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性； 目前,對(duì)于整車制動(dòng)系統(tǒng)的研究主要通過路試或臺(tái)架進(jìn)行,由于在汽車道路試驗(yàn)中車輪扭矩不易測(cè)量,因此,多數(shù)有關(guān)傳動(dòng)系和制動(dòng)系的試驗(yàn)均通過間接測(cè)量來進(jìn)行汽車在道路上行駛,其車輪與地面的作用力是汽車運(yùn)動(dòng)變化的根據(jù),在汽車道路試驗(yàn)中,如果能夠方便地測(cè)量出車輪上扭矩的變化,則可為汽車整車制動(dòng)系統(tǒng)性能研究提供更全面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和性能評(píng)價(jià)[2]。 1.3預(yù)期目標(biāo) (1)具有良好的制動(dòng)效能 (2)具有良好的制動(dòng)效能的穩(wěn)定性 (3)制

11、動(dòng)時(shí)汽車操縱穩(wěn)定性好 (4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好 1.4設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù)，對(duì)制動(dòng)器的制動(dòng)鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和，利用Pro/E軟件建立制動(dòng)器三維模型裝配圖，通過干涉檢查驗(yàn)證制動(dòng)器設(shè)計(jì)的正確性，利用Ansys軟件對(duì)摩擦襯片有限元分析。 制定出鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案，確定計(jì)算制動(dòng)器的主要參數(shù)。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪制裝配圖和零件圖。對(duì)設(shè)計(jì)出的鼓式制動(dòng)器的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。  第2章 總體方案的確定 2.1制動(dòng)器形式方案分析 汽車制動(dòng)器幾乎均為機(jī)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(dòng)力矩使汽車減速或停車。一般摩擦

12、式制動(dòng)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(dòng)器 鼓式制動(dòng)器是最早形式的汽車制動(dòng)器，當(dāng)盤式制動(dòng)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(dòng)器又分為內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器和外束型鼓式制動(dòng)器兩種結(jié)構(gòu)型式。內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器的摩擦元件是一對(duì)帶有圓弧形摩擦蹄片的制動(dòng)蹄，后者則安裝在制動(dòng)底板上，而制動(dòng)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(dòng)鼓。車輪制動(dòng)器的制動(dòng)鼓均固定在輪鼓上。制動(dòng)時(shí)，利用制動(dòng)鼓的圓柱內(nèi)表面與制動(dòng)蹄摩擦路片的外表面作為一對(duì)摩擦表面在制動(dòng)鼓上產(chǎn)生摩擦力矩，故又稱為蹄式制動(dòng)器。外束型鼓式制動(dòng)器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動(dòng)帶，其

13、旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制動(dòng)鼓，并利用制動(dòng)鼓的外因柱表面與制動(dòng)帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對(duì)摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱為帶式制動(dòng)器。在汽車制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車已很少采用。所以內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱為鼓式制動(dòng)器，通常所說的鼓式制動(dòng)器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。鼓式制動(dòng)器按蹄的類型分為： 1、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 如圖2.1所示，若圖上方的旋向箭頭代表汽車前進(jìn)時(shí)制動(dòng)鼓的旋轉(zhuǎn)方向(制動(dòng)鼓正向旋轉(zhuǎn))，則蹄1為領(lǐng)蹄，蹄2為從蹄。汽車倒車時(shí)制動(dòng)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(duì)調(diào)了。這種當(dāng)制動(dòng)鼓正、反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)總具有一個(gè)領(lǐng)蹄和一個(gè)從蹄的

14、內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)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(shì)”作用，故又稱為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱為減勢(shì)蹄?！霸鰟?shì)”作用使領(lǐng)蹄所受的法向反力增大，而“減勢(shì)”作用使從蹄所受的法向反力減小[3]。 圖2.1 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)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(jìn)與倒車時(shí)的制動(dòng)性能不變，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，也便于附

15、裝駐車制動(dòng)機(jī)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(dòng)器及轎車的后輪制動(dòng)器。 2、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 若在汽車前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱為雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。顯然，當(dāng)汽車倒車時(shí)這種制動(dòng)器的兩制動(dòng)蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。如圖2.2所示，兩制動(dòng)蹄各用一個(gè)單活塞制動(dòng)輪缸推動(dòng)，兩套制動(dòng)蹄、制動(dòng)輪缸等機(jī)件在制動(dòng)底板上是以制動(dòng)底板中心作對(duì)稱布置的，因此，兩蹄對(duì)制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡，故屬于平衡式制動(dòng)器[4]。 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動(dòng)效能大降。這種結(jié)構(gòu)常用于中級(jí)轎車的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)，前軸

16、的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸，而倒車時(shí)則相反。 圖2.2 雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 3、雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器 當(dāng)制動(dòng)鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動(dòng)助均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器。它也屬于平衡式制動(dòng)器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)及倒車時(shí)的制動(dòng)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(dòng)器時(shí)，則需另設(shè)中央制動(dòng)器用于駐車制動(dòng)。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(dòng)器 單向增

17、力式制動(dòng)器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動(dòng)蹄支承在其上端制動(dòng)底板上的支承銷上。由于制動(dòng)時(shí)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(dòng)器。單向增力式制動(dòng)器在汽車前進(jìn)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)效能很高，且高于前述的各種制動(dòng)器，但在倒車制動(dòng)時(shí)，其制動(dòng)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(dòng)器。如圖2.4所示。 圖2.4 單向增力式制動(dòng)器 5、雙向增力式制動(dòng)器 將單向增力式制動(dòng)器的單活塞式制動(dòng)輪缸換用雙活塞式制動(dòng)輪缸，其上端的支承銷也作為兩蹄共用的，則成為雙向增力式制動(dòng)器。對(duì)雙向增力式制動(dòng)器來說，不論汽車前進(jìn)

18、制動(dòng)或倒退制動(dòng)，該制動(dòng)器均為增力式制動(dòng)器。 雙向增力式制動(dòng)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(dòng)與駐車制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過鋼索拉繩及杠桿等機(jī)械操縱系統(tǒng)進(jìn)行操縱。雙向增力式制動(dòng)器也廣泛用作汽車的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車制動(dòng)要求制動(dòng)器正向、反向的制動(dòng)效能都很高，而且駐車制動(dòng)若不用于應(yīng)急制動(dòng)時(shí)也不會(huì)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(dòng)過程中散熱和排水性能差，容易導(dǎo)致制動(dòng)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(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車中使用，主

19、要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。如圖2.5所示。 圖2.5 雙向增力式制動(dòng)器 2.3盤式制動(dòng)器 盤式制動(dòng)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(dòng)器按制動(dòng)鉗的結(jié)構(gòu)型式又可分為定鉗盤式制動(dòng)器、浮鉗盤式制動(dòng)器等。 ①定鉗盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)器中的制動(dòng)鉗固定不動(dòng)，制動(dòng)盤與車輪相聯(lián)并在制動(dòng)鉗體開口槽中旋轉(zhuǎn)。具有下列優(yōu)點(diǎn)：除活塞和制動(dòng)塊外無其他滑動(dòng)件，易于保證制動(dòng)鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般鼓式制動(dòng)器相差不多，容易實(shí)現(xiàn)從鼓式制動(dòng)器到盤式制動(dòng)器的改革；能很好地適應(yīng)多回路制動(dòng)系的要求。 ②浮動(dòng)盤式制動(dòng)器：這種制動(dòng)

20、器具有以下優(yōu)點(diǎn)：僅在盤的內(nèi)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；沒有跨越制動(dòng)盤的油道或油管加之液壓缸冷卻條件好，所以制動(dòng)液汽化的可能性小；成本低；浮動(dòng)鉗的制動(dòng)塊可兼用于駐車制動(dòng)。 （2）全盤式 在全盤式制動(dòng)器中，摩擦副的旋轉(zhuǎn)元件及固定元件均為圓形盤，制動(dòng)時(shí)各盤摩擦表面全部接觸，其作用原理與摩擦式離合器相同。由于這種制動(dòng)器散熱條件較差，其應(yīng)用遠(yuǎn)沒有浮鉗盤式制動(dòng)器廣泛。 通過對(duì)盤式、鼓式制動(dòng)器的分析比較可以得出盤式制動(dòng)器與鼓式制動(dòng)器比較有如下均一些突出優(yōu)點(diǎn): ①制動(dòng)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(duì)摩擦系數(shù)的要求可以放寬，因而對(duì)制動(dòng)時(shí)摩擦面間為溫

21、度、水的影響敏感度就低。所以在汽車高速行駛時(shí)均能保證制動(dòng)的穩(wěn)定性和可靠性[6]。 ②盤式制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，汽車減速度與制動(dòng)管路壓力是線性關(guān)系，而鼓式制動(dòng)器卻是非線性關(guān)系。 ③輸出力矩平衡.而鼓式則平衡性差。 ④制動(dòng)盤的通風(fēng)冷卻較好，帶通風(fēng)孔的制動(dòng)盤的散熱效果尤佳，故熱穩(wěn)定性好，制動(dòng)時(shí)所需踏板力也較小。 ⑤車速對(duì)踏板力的影響較小。 2.4制動(dòng)器形式的確定 因?yàn)楸葋喌螰3轎車屬于家庭用經(jīng)濟(jì)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(diǎn)最終確定比亞迪F3轎車的制動(dòng)器設(shè)計(jì)采用前盤后鼓式。而我所設(shè)計(jì)的后輪鼓式制動(dòng)器采用的是雙向雙領(lǐng)蹄式。 2.5本章小結(jié)

22、 本章對(duì)此次設(shè)計(jì)的總體方案進(jìn)行分析，對(duì)比了目前各種制動(dòng)器形式的利弊，為確定本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案提供了依據(jù)，作為設(shè)計(jì)的開始本章顯得十分的重要，確定了制動(dòng)器的形式為以后的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。  第3章 鼓式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1制動(dòng)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(jì)鼓式制動(dòng)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)

23、心高度： 空載：hg=0.60m 滿載：hg=0.55m 軸 距： L=2.6m 輪 距: L=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)＜時(shí)：制動(dòng)時(shí)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)＞時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)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)＝時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。 分

24、析表明，汽車在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí)，其制動(dòng)減速度為，即，為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度＜這表明只有在＝的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。 根據(jù)相關(guān)資料查出轎車0.6，故取=0.7。 3.2制動(dòng)器有關(guān)計(jì)算 3.2.1地面對(duì)車輪的法向反作用力 ——地面作用于車輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱為地面制動(dòng)力，其方向與汽車行駛方向相反，N； ——車輪有效半徑，m。 令 （3.1） 并稱之為制動(dòng)

25、器制動(dòng)力，它是在輪胎周緣克服制動(dòng)器摩擦力矩所需的力，因此又稱為制動(dòng)周緣力。與地面制動(dòng)力的方向相反，當(dāng)車輪角速度>0時(shí)，大小亦相等，且僅由制動(dòng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)所決定。即取決于制動(dòng)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(dòng)踏板力即制動(dòng)系的液壓或氣壓成正比。當(dāng)加大踏板力以加大，和均隨之增大。但地面制動(dòng)力受著附著條件的限制，其值不可能大于附著力， 即≤ （3.2） 或 （3.3） 式中： ——輪胎與地面間的附著系數(shù)； Z——地面對(duì)車輪的法向反力。 當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力和地面制動(dòng)力達(dá)

26、到附著力值時(shí)，車輪即被抱死并在地面上滑 移。此后制動(dòng)力矩即表現(xiàn)為靜摩擦力矩，而即成為與相平衡以阻止車輪再旋轉(zhuǎn)的周緣力的極限值。當(dāng)制動(dòng)到=0以后，地面制動(dòng)力達(dá)到附著力值后就不再增大，而制動(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(見圖3.1)。 圖3.1 制動(dòng)力與踏板力的關(guān)系 根據(jù)汽車制動(dòng)時(shí)的整車受力分析，考慮到制動(dòng)時(shí)的軸荷轉(zhuǎn)移，可求得地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力Z1，Z2為： ＝（1560+x6.86）＝8955N （3.4） ＝（1040－x6.86）＝2805N （3.5） 式中： G——汽車所受重力； L——汽車

27、軸距； ——汽車質(zhì)心離前軸距離； ——汽車質(zhì)心離后軸距離； ——汽車質(zhì)心高度； g ——重力加速度； -——汽車制動(dòng)減速度。 3.2.2前后軸制動(dòng)力的確定 汽車總的地面制動(dòng)力為 （3.6） 式中： ——制動(dòng)強(qiáng)度，亦稱比減速度或比制動(dòng)力； ，——前后軸車輪的地面制動(dòng)力。 由以上兩式可求得前、后軸車輪附著力為 （3.7） （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(dòng)時(shí)，各軸附著力即極限制

28、動(dòng)力并非為常數(shù)，而是制動(dòng)強(qiáng)度q或總制動(dòng)力的函數(shù)。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。 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(shí)抱死即前、后軸車輪附著力同時(shí)被充分利用的條件是 = （3.9） （3.

29、10） 式中： ——前軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，； ——后軸車輪的制動(dòng)器制動(dòng)力，； ——前軸車輪的地面制動(dòng)力； ——后軸車輪的地面制動(dòng)力； ，——地面對(duì)前、后軸車輪的法向反力； G ——汽車重力； ，——汽車質(zhì)心離前、后軸距離； ——汽車質(zhì)心高度。 選取j=0.7，則：= （3.11） =x=8232N /=4.2 （3.12） 由式（3.11）、式（3.12）得：=6256.32N

30、,=1975.68N 3.2.3制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩的確定 制動(dòng)器所能產(chǎn)生的制動(dòng)力矩，受車輪的計(jì)算力矩所制約，即： =6256.320.3075=1923.8Nm (3.13) =1975.680.3075=607.5 Nm (3.14) 式中：——前軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，； ——后軸制動(dòng)器的制動(dòng)力，； 一個(gè)車輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大制動(dòng)力矩為按上列公式計(jì)算結(jié)果的半值。則后輪制動(dòng)器應(yīng)有的最大力矩為 303.75Nm 3.3鼓式制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.3.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑 輸入力一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，制動(dòng)力矩越大，且散熱能力

31、也越強(qiáng)。 圖3.2雙領(lǐng)蹄式鼓式制動(dòng)器 但增大D受輪輞內(nèi)徑限制，如圖3.2所示。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(dòng)鼓內(nèi)徑尺寸應(yīng)參照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ZB T24 D05—89《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》選取。 依據(jù)汽車后輪輪胎型號(hào)：195/60R15 于是，得輪輞直徑Dr

32、: Dr =25.4 x 15=381 mm （1 in=25.4mm） 取 D／Dr=0.78 則制動(dòng)鼓內(nèi)徑直徑:D=0.78 x Dr=0.78x381=297.18mm 參照中華人民共和國(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》，輪輞直徑15英寸的制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑不超過300mm。 取 D=300mm。 3.3.2 制動(dòng)鼓壁厚 制動(dòng)鼓壁厚的選取主要是從其剛度和強(qiáng)度方面考慮。壁厚取大些也有利于增大其散熱容量，但試驗(yàn)表明，壁厚由11mm增至20mm時(shí)，摩擦表面的平均最高溫度變化并不大。一般鑄造制動(dòng)鼓的

33、壁厚： 轎車制動(dòng)鼓壁厚取為7—12mm。 貨車取為13—18mm。 本設(shè)計(jì)取制動(dòng)鼓厚度為 n=10mm。 制動(dòng)鼓有鑄造的和組合式兩種。鑄造制動(dòng)鼓多選用灰鑄鐵，具有機(jī)械加工容易、耐磨、熱容量大等優(yōu)點(diǎn)。為防止制動(dòng)鼓工作時(shí)受載變形，常在制動(dòng)鼓的外圓周部分鑄有肋，用來加強(qiáng)剛度和增加散熱效果。精確計(jì)算制動(dòng)鼓壁厚既復(fù)雜又困難，所以常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(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；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 Ap=Rβb

34、 (3.15) 式中: θ以弧度（rad）為單位。 制動(dòng)器各蹄襯片總的摩擦面積∑Ap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。 試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角β=90～100時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度最低，且制動(dòng)效能最高。β角減小雖然有利于散熱，但單位壓力過高將加速磨損。實(shí)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(duì)減小單位壓力的作用不大，而且將使制動(dòng)不平順，容易使制動(dòng)器發(fā)生自鎖。因此，包角一般不宜大于120。 取： β=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(dòng)鼓全面接觸。制動(dòng)器各蹄摩擦襯

35、片總摩擦面積越大，則制動(dòng)時(shí)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(guó)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn) QC/T 309—1999 《制動(dòng)鼓工作直徑及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》，對(duì)于（0.9~1.5）t的轎車，單個(gè)制動(dòng)器總的摩擦面積Ap為（100~200）cm2,見表3.1。這里?。篈p=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(gè)制動(dòng)器的襯片摩擦面積 /cm 轎車 0.9~1.5 1.5~2.5 100~200 200~300 客車與貨車 1.0~1.5 1.5~2.5

36、2.5~3.5 3.5~7.0 7.0~12.0 12.0~17.0 120~200 150~250 250~400 300~650 550~1000 600~1500 3.3.4 摩擦襯片的起始角 一般將襯片布置在制動(dòng)碲的中央，即令=90－。有時(shí)為了適應(yīng)單位壓力的分布情況，將襯片相對(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱布置，以改善磨損均勻性和制動(dòng)效能。 此設(shè)計(jì)中 令=90－=90－=36 3.3.5 摩擦襯片的摩擦系數(shù) 摩擦片摩擦系數(shù)對(duì)制動(dòng)力矩的影響很大，選擇摩擦片時(shí)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

37、高對(duì)摩擦系數(shù)的穩(wěn)定性和降低制動(dòng)器對(duì)摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性的要求，后者對(duì)蹄式制動(dòng)器是非常重要的。各種制動(dòng)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(dá)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(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)并非一定要追求高摩擦系數(shù)的材料。當(dāng)前國(guó)產(chǎn)的制動(dòng)摩擦片材料在溫度低于250℃時(shí)，保持摩擦系數(shù)已無大問題。 本設(shè)計(jì)取=0.3。 3.4鼓式制動(dòng)器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.4.1 制動(dòng)鼓摩擦襯片的摩擦系數(shù) 制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)其溫升不應(yīng)超過極限值。制動(dòng)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

38、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(dòng)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(dòng)鼓；帶有灰鑄鐵內(nèi)鼓筒的鑄鋁合金制動(dòng)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(jì)采用的制動(dòng)鼓材料：鑄鐵內(nèi)鼓筒與鋁合金鑄到一起 3.4.2 制動(dòng)蹄 轎車和微型，輕型載貨汽車的制動(dòng)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(dòng)蹄則多采用鑄鐵、鑄鋼或鑄鋁合金制成。制動(dòng)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

39、的制動(dòng)蹄腹板上有時(shí)開有一、兩條徑向槽，使蹄的彎曲剛度小些，以便使制動(dòng)蹄摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片的磨損較為均勻，并可減少制動(dòng)時(shí)的尖叫聲。 制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度，轎車的約為3mm~5mm；貨車的約為5mm~8mm。摩擦片的厚度，轎車的多為4.5mm~5mm。 本設(shè)計(jì)制動(dòng)蹄選用：T形HT200 制動(dòng)蹄腹板厚度：5mm 制動(dòng)蹄翼緣厚度：5mm 摩擦襯片厚度：5mm 3.4.3 制動(dòng)底板 制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置。制動(dòng)底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，因此它應(yīng)該有足夠的剛度。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小，踏板行程增大

40、，襯片磨損也不均勻。 本設(shè)計(jì)底板的材料：HT200 3.4.4 后輪制動(dòng)輪缸直徑與工作容積的設(shè)計(jì)計(jì)算 （3.16） 式中：p—考慮到制動(dòng)力調(diào)節(jié)裝置作用下的輪缸或灌錄液壓，p=8Mp～12Mp。 ?。簆=10Mp 經(jīng)查比亞迪F3轎車使用與維護(hù)手冊(cè)得： P=7065N 所以： =30mm 根據(jù)GB7524-87標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的尺寸中選取,因此輪缸直徑為30mm[5]。 一個(gè)輪缸的工作容積 根據(jù)公式 （3.17） 式中：——

41、一個(gè)輪缸活塞的直徑； n——輪缸活塞的數(shù)目； δ——一個(gè)輪缸完全制動(dòng)時(shí)的行程： 初步設(shè)計(jì)時(shí)δ可取2mm-2.5mm δ=2mm 式中：——消除制動(dòng)蹄與制動(dòng)鼓間的間隙所需的輪缸活塞行程。 ——由于摩擦襯片變形而引起的輪缸活塞。 ，——分別為鼓式制動(dòng)器變形與制動(dòng)鼓變形而引起的輪缸活塞行程。 得一個(gè)輪缸的工作容積： =2826mm 3.5制動(dòng)性能分析 3.5.1 制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo) 汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評(píng)價(jià)： （1）制動(dòng)效能，即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度； （2）

42、制動(dòng)效能的穩(wěn)定性，即抗衰退性能； （3）制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車不發(fā)生跑偏、側(cè)滑、以及失去轉(zhuǎn)向能力的性能[6]。 3.5.2 制動(dòng)效能 制動(dòng)效能是指在良好路面上，汽車以一定初速度制動(dòng)到停車的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車的減速度。制動(dòng)效能是制動(dòng)性能中最基本的評(píng)價(jià)指標(biāo)。制動(dòng)距離越小，制動(dòng)減速度越大，汽車的制動(dòng)效能就越好[9]。 3.5.3 制動(dòng)效能的恒定性 制動(dòng)效能的恒定性主要指的是抗熱衰性能。汽車在高速行駛或下長(zhǎng)坡連續(xù)制動(dòng)時(shí)制動(dòng)效能保持的程度。因?yàn)橹苿?dòng)過程實(shí)際上是把汽車行駛的動(dòng)能通過制動(dòng)器吸收轉(zhuǎn)換為熱能，所以制動(dòng)器溫度升高后能否保持在冷態(tài)時(shí)的制動(dòng)效能，已成為設(shè)計(jì)制動(dòng)器時(shí)要考慮的一個(gè)

43、重要問題。 3.5.4 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性 制動(dòng)時(shí)汽車的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)。若制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力。則汽車將偏離原來的路徑。 制動(dòng)過程中汽車維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力稱為方向穩(wěn)定性。影響方向穩(wěn)定性的包括制動(dòng)跑偏、后軸側(cè)滑或前輪失去轉(zhuǎn)向能力三種情況[6]。制動(dòng)時(shí)發(fā)生跑偏、側(cè)滑或失去轉(zhuǎn)向能力時(shí)，汽車將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動(dòng)時(shí)汽車按給定路徑行駛的能力來評(píng)價(jià)汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性，對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測(cè)試時(shí)都要求了其試驗(yàn)通道的寬度。 方向穩(wěn)定性是從制動(dòng)跑偏、側(cè)滑以及失去轉(zhuǎn)向能力等方面考驗(yàn)。 制動(dòng)跑偏的原因有兩個(gè)：

44、 （1）汽車左右車輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車輪制動(dòng)器制動(dòng)力不相等。 （2）制動(dòng)時(shí)懸架導(dǎo)向桿系與轉(zhuǎn)向系拉桿在運(yùn)動(dòng)學(xué)上的不協(xié)調(diào)（互相干涉）。 前者是由于制動(dòng)調(diào)整誤差造成的，是非系統(tǒng)的。而后者是屬于系統(tǒng)性誤差。 側(cè)滑是指汽車制動(dòng)時(shí)某一軸的車輪或兩軸的車輪發(fā)生橫向滑動(dòng)的現(xiàn)象。最危險(xiǎn)的情況是在高速制動(dòng)時(shí)后軸發(fā)生側(cè)滑。防止后軸發(fā)生側(cè)滑應(yīng)使前后軸同時(shí)抱死或前軸先抱死后軸始終不抱死[7]。 理論上分析如下，真正的評(píng)價(jià)是靠實(shí)驗(yàn)的。 3.5.5 制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析 對(duì)于一般汽車而言，根據(jù)其前、后軸制動(dòng)器制動(dòng)力的分配、載荷情況及路面附著系數(shù)和坡度等因素，當(dāng)制動(dòng)器制動(dòng)力足夠時(shí)，制動(dòng)過程可能

45、出現(xiàn)如下三種情況： （1）前輪先抱死拖滑，然后后輪抱死拖滑。 （2）后輪先抱死拖滑，然后前輪抱死拖滑。 （3）前、后輪同時(shí)抱死拖滑。 所以，前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配將影響汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度，是設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系必須妥善處理的問題。 根據(jù)所給參數(shù)及制動(dòng)力分配系數(shù)，繪制出制動(dòng)力分配曲線如圖3.3： 當(dāng)I線與β線相交時(shí)，前、后輪同時(shí)抱死。 當(dāng)I線在β線下方時(shí)，前輪先抱死。 當(dāng)I線在β線上方時(shí)，后輪先抱死 1 2 1 2 I線 I線（滿載） I線（滿載） I線（空載） j=0.7 B 0 Fb1/KN FB2/KN

46、 圖3.3轎車的I曲線和線 3.5.6 制動(dòng)減速度 制動(dòng)系的作用效果，可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來評(píng)價(jià)。 假設(shè)汽車是在水平的，堅(jiān)硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)= 式中：—汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合。 = M+ M=785+1600=2385Nm （3.18） r—滾動(dòng)半徑 r=370mm Ga—汽車總重 Ga=1200kg 代入數(shù)據(jù)得=(785+1600)/0.3771200=6.16m/s 轎車制動(dòng)減速度應(yīng)在5.8—7m/s,所以符合要求。

47、3.5.7 制動(dòng)距離 在勻減速度制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離S為 S=1/3.6（t+ t/2）Va+ Va/254 （3.19） 式中：t—消除蹄與制動(dòng)鼓間隙時(shí)間，取0.1s t—制動(dòng)力增長(zhǎng)過程所需時(shí)間取0.2s 故S=1/3.6（0.1+ 0.2/2）30+ 30/2540.7=7.2m 轎車的最大制動(dòng)距離為：S=0.1V+V/150 V取30km/小時(shí)：S=0.1+30/150=9m S

48、加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明，摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素[12]。 汽車的制動(dòng)過程，是將其機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷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)力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中，致使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴(yán)重[7]。 1、比能量耗散率 雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器和單個(gè)后輪制動(dòng)器的比能量耗散率分別

49、 （3.20） （3.21） 式中：—汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí)，； —汽車總質(zhì)量； ，—汽車制動(dòng)初速度與終速度，m/s；計(jì)算時(shí)轎車取27.8m/s； —制動(dòng)時(shí)間，；按下式計(jì)算: t==27.8/6=4.6s —制動(dòng)減速度，， 0.6106m/s； ，—前、后制動(dòng)器襯片的摩擦面積；=7600mm,質(zhì)量在1.5—

50、2.5/t的轎車摩擦襯片面積在200-300cm,故取=30000mm —制動(dòng)力分配系數(shù)。 則 ==5.7 轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0，故符合要求。 ==0.7 轎車鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于1.8，故符合要求。 2、比滑磨功 磨損和熱的性能指標(biāo)可用襯片在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯片面積的滑磨功，即比滑磨功來衡量： (3.22) 式中：—汽車總質(zhì)量 —車輪制動(dòng)器各制動(dòng)襯片的總摩擦面積，

51、==752cm； —汽車最高車速 []—許用比滑磨功，轎車取1000J/～1500J/。 L=1497J/≤1000J/～1500J/ 故符合要求。 3.5.9 駐車制動(dòng)計(jì)算 (1)汽車可能停駐的極限上坡路傾斜角 (3.23) = =25 式中：—車輪與輪面摩擦系數(shù)，取0.7； —汽車質(zhì)心至前軸間距

52、離； —軸距; —汽車質(zhì)心高度。 最大停駐坡高度應(yīng)不小于16%～20%，故符合要求。 (2)汽車可能停駐的極限下坡路傾斜角 (3.24) = =16 最大停駐坡高度應(yīng)不小于16%～20%，故符合要求。 3.6.本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是完成了整車參數(shù)的計(jì)算，主要有附著系數(shù)、前后軸的制動(dòng)力矩等。完成這部分的計(jì)算就可以知道所設(shè)計(jì)的制動(dòng)器的制動(dòng)力矩從而確定制動(dòng)器

53、的參數(shù)；完成了鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù)設(shè)計(jì)，還確定了鼓式制動(dòng)器的主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要有摩擦襯片的寬度、包角、起始角等；完成了鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù)設(shè)計(jì)，還確定了鼓式制動(dòng)器的主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的鼓式制動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力是液壓驅(qū)動(dòng)，所以在本章的最后確定并設(shè)計(jì)了輪缸的工作直徑和工作容積。通過對(duì)制動(dòng)減速度，制動(dòng)距離和摩擦片的磨損特性以及駐車制動(dòng)時(shí)的角度進(jìn)行了分析和計(jì)算。所得到的數(shù)值都滿足于制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)的需要。  第4章 鼓式制動(dòng)器的三維建模 Pro/ENGINEER Wildfire 是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)地機(jī)械自動(dòng)化軟件，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)

54、據(jù)庫(kù)功能。Pro/ENGINEER Wildfire 簡(jiǎn)單易用，功能強(qiáng)大、互聯(lián)互通，進(jìn)一步加強(qiáng)了產(chǎn)品的實(shí)用性，增加了許多實(shí)用的新功能，提高了整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)體系中的個(gè)人效率和過程效率，能夠節(jié)省時(shí)間和成本，并提高產(chǎn)品質(zhì)量。目前，Pro/ENGINEER Wildfire 廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電器、磨具等領(lǐng)域[10]。 本章就是以Pro/ENGINEER Wildfire 軟件進(jìn)行關(guān)于對(duì)鼓式制動(dòng)器模型的三維建模。 4.1制動(dòng)蹄的建模 打開PRO/E工具軟件，新建一個(gè)“零件”，命名“zhidongti”，利用“拉伸工具”。選擇FRONT面作為基準(zhǔn)平面，進(jìn)入草繪模式,繪制出制動(dòng)蹄翼板的側(cè)面圖形。

55、 退出草繪模式，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果選擇拉伸寬度為“64mm”。得到圖4.1： 圖4.1 制動(dòng)蹄主體拔模 在以上基礎(chǔ)上，建立兩個(gè)與制動(dòng)蹄翼板相切的基準(zhǔn)面，得到圖4.2： 圖4.2 制動(dòng)蹄曲面上基準(zhǔn)面的建立 利用拉伸工具在所創(chuàng)建基準(zhǔn)面DTM1上,進(jìn)行拉伸圓柱銷，得到下圖，圖4.3： 圖4.3 制動(dòng)蹄曲面基準(zhǔn)面上的拔模 制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度為:轎車3~5mm；所以翼緣的拉伸厚度為5mm。退出草繪模式后，拉伸厚度為5mm。然后利用“打孔工具”在翼緣上適當(dāng)位置打孔。 在得到一個(gè)制動(dòng)蹄模型后，選取整個(gè)模型，利用“鏡像”工具，以FRONG面為基準(zhǔn)進(jìn)行鏡像，得到完整制動(dòng)蹄，見圖4

56、.4。 圖4.4 制動(dòng)蹄完整結(jié)構(gòu) 4.2摩擦片的建模 利用“拉伸”工具就可以完成建模，在草繪階段繪制圓弧時(shí)保證弧度形成為108度的包角；摩擦片的厚度為5mm。拉伸厚度為64mm。單擊“完成”得到單片摩擦片，并要在此摩擦片上進(jìn)行“打孔”操作，再選取這個(gè)模型利用“鏡像”工具得到完整摩擦片。如圖4.5所示： 圖4.5 摩擦襯片 4.3拉力彈簧建模 新建立一個(gè)“零件”，命名為“l(fā)alitanhuan”。單擊“插入”—“螺旋掃描”—“伸出項(xiàng)” ；然后確定草繪平面，操作步驟如下圖4.6所示： 圖4.6 操作截圖 彈簧的高度是22.5mm；在生成彈簧的過程中，確

57、定其彈簧的“節(jié)距值：4.5” ；確定后進(jìn)入第二次草繪平面進(jìn)行彈簧粗細(xì)大小的確定。最后單擊“完成”得到壓緊彈簧模型。如圖4.7所示。 圖4.7 拉力彈簧 4.4制動(dòng)輪缸的建模 制動(dòng)輪缸的建模，主要運(yùn)用“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”、“打孔”、“拔模”等建模命令。制動(dòng)輪缸的直徑由第二章計(jì)算得出D=30mm；又知道制動(dòng)輪缸的容積為2826mm。所以取制動(dòng)輪缸的長(zhǎng)度為95mm，制動(dòng)輪缸的底座尺寸以匹配制動(dòng)底板的尺寸的標(biāo)準(zhǔn)。最后可以得到制動(dòng)輪缸的模型圖如圖4.8。 圖4.8 制動(dòng)輪缸 4.5制動(dòng)底板的建模 制動(dòng)底板是制動(dòng)蹄、后制動(dòng)輪缸、止動(dòng)桿、壓桿以及支撐銷，加緊銷等零件的裝配承載底板

58、，并要與制動(dòng)鼓結(jié)合在一起。所以他的建模必須考慮到其它零件的尺寸大小，特別是固定制動(dòng)蹄的部分，與放置制動(dòng)輪缸的平面。 運(yùn)用PRO/E軟件進(jìn)行制動(dòng)底板的建模要綜合運(yùn)用了多個(gè)知識(shí)點(diǎn)。設(shè)計(jì)過程如下圖4.9，圖4.10所示。 圖4.9 制動(dòng)底板主體拔模 圖4.10 制動(dòng)底板 4.6制動(dòng)鼓的建模 制動(dòng)鼓的建模，主要運(yùn)用的是“旋轉(zhuǎn)”命令。輸入計(jì)算的尺寸，進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)；再用“打孔”工具進(jìn)行軸孔和螺栓孔的建立。設(shè)計(jì)過程如下圖4.11， 圖4.12所示 。 圖4.11 制動(dòng)鼓主體結(jié)構(gòu) 圖4.12 制動(dòng)鼓 4.7制動(dòng)輪缸放氣螺栓的建模 制動(dòng)輪缸放氣螺栓的建模，主要運(yùn)用

59、的是“旋轉(zhuǎn)”命令。輸入計(jì)算的尺寸，進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖4.13所示 圖4.13放氣螺栓 4.8制動(dòng)輪缸油管接頭的建模 制動(dòng)輪缸放氣螺栓的建模，主要運(yùn)用的是“旋轉(zhuǎn)”命令。輸入計(jì)算的尺寸，進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果如下圖4.14所示 圖4.14油管接頭 4.9鼓式制動(dòng)器的裝配及分解 在Pro/E裝配模式下，可以將元件組合成裝配件，然后可以對(duì)裝配件進(jìn)行修改、分析或重新定向。裝配的基本步驟是：新建組件文件；添加裝配元件；約束裝配元件，在這步驟中會(huì)用到“匹配”、“對(duì)齊”、“重合”、“定向”等相關(guān)命令，在“移動(dòng)”中會(huì)多次用到“平移”和“旋轉(zhuǎn)” ；最后可以編輯裝配元件。 裝配時(shí)

60、點(diǎn)擊“將原件添加到組件”，可將以儲(chǔ)存在文件中的各個(gè)Pro/E模型添加到新建文件中。在裝配中用到的命令第一個(gè)添加的組件是后輪軸，然后依次將制動(dòng)底板、后制動(dòng)輪缸、制動(dòng)蹄、摩擦片、制動(dòng)板、壓縮彈簧、制動(dòng)桿、楔形塊、制動(dòng)鼓等組件依次裝配好。裝配過程如下圖4.15、圖4.16.圖4.17、圖4.18、圖4.19所示。 圖4.15 制動(dòng)器裝配圖一 圖4.16制動(dòng)器裝配圖二 圖4.17制動(dòng)器裝配圖三 圖4.18制動(dòng)器裝配圖四 圖4.19制動(dòng)器分解圖 4.10 干涉檢查 對(duì)Pro/E裝配圖進(jìn)行干涉檢查后，得出結(jié)論沒有干涉現(xiàn)象，所以設(shè)計(jì)的可行性得到了保證。 4.

61、11本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是利用PRO/E軟件進(jìn)行鼓式制動(dòng)器的三維實(shí)體建模，并完成裝配圖和爆炸圖。這就將本次設(shè)計(jì)的實(shí)體模型建立出來。在建立模型過程中，運(yùn)用了“拉伸”、“旋轉(zhuǎn)”、“打孔”、“鏡像”、“掃描”等多個(gè)命令形式。  第5章 有限元分析 Ansys是一款大型通用有限元分析軟件，融金融、流體、電場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體，廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、石油化工、輕工、造船、汽車交通、土木工程、水利等領(lǐng)域，得到研究人員和設(shè)計(jì)人員的青睞[17]。這里將用其對(duì)摩擦襯片進(jìn)行靜態(tài)分析。 5.1摩擦片的有限元分析 5.1.1 Ansys與Pro/E連接的建立 ANSYS在默認(rèn)的情況下是不能

62、直接對(duì)Pro /E中的pat(或asm)文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的,必須通過以下對(duì)ANSYS設(shè)置連接過程進(jìn)行激活模塊: 鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開始→程序→ANSYS8.0→Utilities→ANS_ADM IN”,出現(xiàn)如圖1的對(duì)話框,選擇configuration options→OK,接下來的對(duì)話框順序選取。Configuration Connection for Pro/E→OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK， 圖5.1 接口的建立 完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成config anscon文件,如圖2所示,記下config anscon的路徑。在接下

63、來出現(xiàn)的對(duì)話框中“Pro/Engireer Installation path”選項(xiàng)后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C: \ Program Files \ proeWildfire3.0 ”:“Language used with Pro /Engineer”選項(xiàng)用默認(rèn)的usascii,點(diǎn)擊OK。出現(xiàn)對(duì)話框提示在Pro /E目錄下建立了一個(gè)protk.dat文件, 圖5.2　生成config anscon 點(diǎn)擊確定完成配置,運(yùn)行Pro /E,工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS8.0,說明連接成功了。運(yùn)行Pro/E打開某零件三維模型圖，點(diǎn)擊ANSYS8.0下的ANSYSGeom按鈕，則模型

64、自動(dòng)導(dǎo)入到ANSYS中，此時(shí)ANSYS8.0軟件自動(dòng)打開，點(diǎn)擊Plot下的Volume，則模型導(dǎo)入成功。 5.1.2 Pro/E導(dǎo)出IGES（*.Igs）文件 首先, 在Pro/E 環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配, 然后, 選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單, 彈出保存副本對(duì)話框后, 文件類型選擇IGES( *.igs) ,在【新名稱】框內(nèi)為模型輸入新名稱,點(diǎn)擊【確定】按鈕會(huì)彈出輸出IGES對(duì)話框, 在輸出IGES 對(duì)話框中可以設(shè)置輸出圖元的類型、參考坐標(biāo)系以及IG ES 文件結(jié)構(gòu)。輸出的圖元類型有: 線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn), 缺省輸出圖元是曲面, 缺省是輸出

65、所有面組, 點(diǎn)擊【面組...】選擇特定面組輸出?？梢赃x擇多種圖元類型進(jìn)行輸出, 但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。單擊【定制層...】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。文件結(jié)構(gòu)類型有: 平整、一級(jí)、所有級(jí)別、所有零件, 默認(rèn)輸出為平整。平整: 將組件的所有幾何輸出到一個(gè)IGES 文件。導(dǎo)入到另一個(gè)系統(tǒng)時(shí), 該組件就擔(dān)當(dāng)一個(gè)零件的角色。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上, 以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級(jí): 輸出一個(gè)組件的IGES 文件, 該文件只包含頂級(jí)幾何( 如組件特征) 。所有級(jí)別: 輸出一個(gè)組件的IGES 文件。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。該選項(xiàng)支持所有層次。所有零件:

66、 將一個(gè)組件作為多個(gè)文件輸出到IGES, 這些文件中包含所有元件和組件特征的幾何信息。零件使用相同的參照坐標(biāo)系, 使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。點(diǎn)擊【確定】完成。ANSYS 導(dǎo)入IGES( *.igs) 文件的方法有兩種: 一種是通過ANSYS軟件的用戶界面操作導(dǎo)入; 一種是通過輸入命令導(dǎo)入。本上機(jī)采用第一種方法。通過用戶界面操作導(dǎo)入IGES 的步驟是:選擇主菜單【File】下的子菜單【Import】的次級(jí)子菜單【IGES...】, 彈出導(dǎo)入IGES 屬性設(shè)置對(duì)話框, 在導(dǎo)入IGES 屬性設(shè)置對(duì)話框中可以設(shè)置: 是否導(dǎo)入所有數(shù)據(jù)，是否合并圖元, 是否創(chuàng)建實(shí)體，是否刪除小面。點(diǎn)擊【OK】按鈕彈出文件路徑選擇對(duì)話框,在文件路徑選擇對(duì)話框中選擇好所需精度, 輸入IGES 文件路徑后, 點(diǎn)擊【OK】按鈕完成IGES 文件導(dǎo)入。 5.1.3 將摩擦片Pro/E模型導(dǎo)入Ansys 將摩擦片模型導(dǎo)入Ansys軟件中，如圖5.3所示。 圖5.3 摩擦襯片模型導(dǎo)入 5.1.4 將摩擦片進(jìn)行網(wǎng)格劃分 Ansys單元庫(kù)中有100多