基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車】【說明書+CAD+PROE】,鼓式制動(dòng)器,CQ3253TMG384貨車,說明書+CAD+PROE,基于有限元重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)【鼓式制動(dòng)器】【CQ3253TMG384貨車】【說明書+CAD+PROE】,基于,有限元,重型,貨車,制動(dòng)器
第1章 緒 論
1.1 課題背景及目的
重型貨車是我國應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車,而制動(dòng)器是重型貨車的重要部件,其制動(dòng)性能是確保車輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車輛行駛的動(dòng)力性決定因素之一。應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動(dòng)器主要零件的實(shí)體模型,然后利用Ansys軟件對制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析,為重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法,可縮該制動(dòng)器的研發(fā)周期, 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本, 并為進(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)。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,汽車已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)最重要的交通工具之一,隨之而來的現(xiàn)象是人們對汽車的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。汽車制動(dòng)系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車;在下坡行駛時(shí),使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速;使汽車可靠地停在原地或坡道上。因此,必須充分考慮制動(dòng)器的控制機(jī)構(gòu)和制動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種性能,然后進(jìn)行汽車的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿足汽車安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹,在由于車輛本身的問題而造成的交通事故中,制動(dòng)系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的45%??梢姡苿?dòng)器是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。此外,制動(dòng)器的好壞直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率,也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。制動(dòng)器是汽車制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件,對汽車制動(dòng)器進(jìn)行深入的分析具有十分重要的意義。
目前,汽車所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的,可分為鼓式和盤式兩大類。盤式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無摩擦助勢作用,因而制動(dòng)器效能受摩擦系數(shù)的影響較小,即效能較穩(wěn)定;浸水后效能降低較少,而且只須經(jīng)一兩次制動(dòng)即可恢復(fù)正常;在輸出制動(dòng)力矩相同的情況下,尺寸和質(zhì)量一般較??;制動(dòng)盤沿厚度方向的熱膨脹量極小,不會(huì)像制動(dòng)鼓的熱膨脹那樣使制動(dòng)器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動(dòng)踏板行程過大;較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車時(shí)能迅速制動(dòng),散熱效果優(yōu)于鼓式剎車,制動(dòng)效能的恒定性好,便于安裝像ABS那樣的高級(jí)電子設(shè)備。鼓式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是剎車蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。?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,但在現(xiàn)階段,鼓式制動(dòng)器依然占據(jù)著很重要的位置。。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?,F(xiàn)在轎車上應(yīng)用最為廣泛的是前盤后鼓式或全盤式制動(dòng)器,其中20%的轎車采用前盤后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰,但在商用車上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器,至于前盤后鼓式制動(dòng)器或全盤式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車或高檔客車上。不過對于重型車來說,由于車速一般不是很高,剎車蹄的耐用程度也比盤式制動(dòng)器高,因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。
鼓式制動(dòng)器相對于盤式制動(dòng)器,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。
Pro/E是美國參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation,簡稱PTC)開發(fā)的CAD/CAE/CAM軟件,是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件,是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng),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)據(jù)庫功能。該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Me—chanical Design Automation,MDA)系列軟件的最新發(fā)展方向,成為提供工業(yè)解決方案的有力工具,因而被廣泛用于工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。
隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展,其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展,已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化,這一點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,并發(fā)揮出前所未有的作用,推動(dòng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。
PTC 公司的pro/e是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的代表,由它率先它采用的革命性的設(shè)計(jì)思想—基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì),領(lǐng)導(dǎo)了現(xiàn)代CAD發(fā)展的潮流。其主要特征功能有:全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)化模型建模、先進(jìn)的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫再利用等,它易于使用,可在各種硬件平臺(tái)上運(yùn)行。可讓使用者同時(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能,模擬加工制造,縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間和流程。
Pro/E的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)(又稱尺寸驅(qū)動(dòng)幾何技術(shù))的基本思想,是和幾何約束確定產(chǎn)品形狀的幾何特征,參數(shù)化的產(chǎn)品模型由幾何模型和幾何約束共同構(gòu)成,完備的約束模型通過尺寸對幾何形狀的某些控制元素加以約束,構(gòu)成幾何元素惟一完整的表示。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)(1)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動(dòng)修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì),產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段。 (2)可滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓樸結(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。(3)可滿足不同零件曲面的公式化高精度設(shè)計(jì)。
有限元技術(shù)是機(jī)械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)之一,已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計(jì)算問題的有效途徑,近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍提高,有限元技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的法陣,求解問題的范圍從線性問題發(fā)展到非線性問題,鼓式制動(dòng)器具有系列化的特點(diǎn),適于采用參數(shù)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。因此有限元分析軟件對制動(dòng)器的分析有重要意義。
近幾年國內(nèi)外鼓式制動(dòng)器的有限元分析的研究概況如下[8]:1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA對一款卡車用鼓式制動(dòng)器進(jìn)行了有限元分析,發(fā)現(xiàn)制動(dòng)鼓與摩擦襯片的法向壓力呈非線性分布。王良模、彭育輝于2002年應(yīng)用大型的機(jī)械軟件I—DEAS建立了某一國產(chǎn)雙向自增力鼓式制動(dòng)器的有限元模型,對其強(qiáng)度進(jìn)行有限元方法的計(jì)算、分析。2003年呂振華、亓昌利用有限元分析軟件ADINA建立一種蹄-鼓式制動(dòng)器熱彈性耦合動(dòng)力學(xué)分析的三維有限元模型,探討了進(jìn)行制動(dòng)器熱彈性耦合有限元分析的過程,通過仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過程中摩擦副間接觸力分布、制動(dòng)鼓瞬態(tài)溫度場、應(yīng)力場、變形場等重要信息。此外,劉立剛、王學(xué)林利用ANSYS軟件預(yù)測了某重型汽車的鼓式制動(dòng)器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動(dòng)扭矩、制動(dòng)器的應(yīng)力分布以及制動(dòng)器的變形。2005年李亮、宋健通過建立循環(huán)制動(dòng)過程中溫度鼓式制動(dòng)器三維有限元仿真場分析的快速有限元仿真模型,對鼓式制動(dòng)器采用二維有限元仿真,獲得瞬態(tài)溫度場等仿真結(jié)果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元為手段研究了鼓式制動(dòng)器嘯叫的機(jī)理。
1.3 課題研究方法
任務(wù)要求確定制動(dòng)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對制動(dòng)器的主要參數(shù)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軟件對摩擦襯片有限元分析。
深入了解汽車制動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)造及工作原理;并收集相關(guān)緊湊型轎車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料;參考現(xiàn)有研究成果,并進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和分析,借鑒經(jīng)驗(yàn);同時(shí)學(xué)習(xí)有關(guān)汽車零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則;充分學(xué)習(xí)和利用畫圖軟件,并再次學(xué)習(xí)機(jī)械制圖,畫出符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙,通過自己的研究分析;發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)能力并通過試驗(yàn)最終確定制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。
1.4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
1.5設(shè)計(jì)主要內(nèi)容
確定鼓式制動(dòng)器的基本參數(shù),對制動(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軟件對摩擦襯片有限元分析。
第2章 總體設(shè)計(jì)方案
汽車的制動(dòng)性是汽車的主要性能之一。制動(dòng)性直接關(guān)系到行使安全性,是汽車行使的重要保障。隨著高速公路迅速的發(fā)展和車流密度的日益增大,出現(xiàn)了頻繁的交通事故。因此,改善汽車的制動(dòng)性始終是汽車設(shè)計(jì)制造和使用部門的主要任務(wù)。
制動(dòng)系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行使直至停車;在下坡行使時(shí),使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速;使汽車可靠地停在原地或坡道上。
制動(dòng)系至少應(yīng)有兩套獨(dú)立的制動(dòng)裝置,即行車制動(dòng)裝置和駐車制動(dòng)裝置。前者用來保證前兩項(xiàng)功能,后者用來保證第三項(xiàng)功能。
設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)系應(yīng)滿足如下主要要求[16]:
(1)應(yīng)能適應(yīng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)的規(guī)定;
(2)具有足夠的制動(dòng)效能,包括行車制動(dòng)效能和駐車制動(dòng)效能。行車制動(dòng)能力是用一定制動(dòng)初速度下的制動(dòng)減速度和制動(dòng)距離兩項(xiàng)指標(biāo)來評定的;駐坡能力是以汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度來評定的。詳見QC/T239-1997;
(3)工作可靠。行車制動(dòng)裝置至少有兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器的管路,當(dāng)其中一套管路失效時(shí),另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動(dòng)能力不低于沒有失效時(shí)規(guī)定值的30%。行車和駐車制動(dòng)裝置可以有共同的制動(dòng)器,而驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)各自獨(dú)立。行車制動(dòng)裝置都用腳操縱,其他制動(dòng)裝置多為手操縱;
(4)制動(dòng)效能的熱穩(wěn)定性好。具體要求詳見QC/T582-1999;
(5)制動(dòng)效能的水穩(wěn)定性好;
(6)在任何速度下制動(dòng)時(shí),汽車都不應(yīng)喪失操縱穩(wěn)定性和方向穩(wěn)定性。有關(guān)方向穩(wěn)定性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),詳見QC/T239-1997;
(7)制動(dòng)踏板和手柄的位置和行程符合人-機(jī)工程學(xué)要求,即操作方便性好,操縱輕便、舒適、能減少疲勞;
(8)作用滯后的時(shí)間要盡可能短,包括從制動(dòng)踏板開始動(dòng)作至達(dá)到給定制動(dòng)效能水平所需的時(shí)間和從放開踏板至完全解除制動(dòng)的時(shí)間;
(9)制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;
(10)轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉,在車輪跳動(dòng)或轉(zhuǎn)向時(shí)不會(huì)引起自行制動(dòng);
(11)應(yīng)有音響或光信號(hào)等警報(bào)裝置,以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)件的故障和功能失效;
(12)用壽命長,制造成本低;對摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán)保要求,應(yīng)力求減少制動(dòng)時(shí)飛散到大氣中的有害人體的石棉纖維;
(13)磨損后,應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu),且調(diào)整間隙工作容易,最好設(shè)置自動(dòng)調(diào)整間隙機(jī)構(gòu)。
防止制動(dòng)時(shí)車輪被抱死有利于提高汽車在制動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)向操縱性和方向穩(wěn)定性,縮短制動(dòng)距離,所以近年來防抱死制動(dòng)系統(tǒng)(ABS)在汽車上得到了很快的發(fā)展和應(yīng)用。此外,由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害問題,已被逐漸淘汰,取而代之的各種無石棉材料相繼研制成功。
2.1 制動(dòng)原理和工作過程
要使行使中的汽車減速,駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板,通過推桿和主缸活塞,使主缸內(nèi)的油液在一定壓力下流入輪缸,并通過兩個(gè)輪缸活塞推動(dòng)兩制動(dòng)蹄繞支撐銷轉(zhuǎn)動(dòng),上端向兩邊分開而其摩擦片壓緊在制動(dòng)鼓的內(nèi)圓面上。這樣,不旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)蹄就對旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車輪后,由于車輪與路面間有附著作用,車輪對路面作用一個(gè)向前的周緣力,同時(shí)路面也對車輪作用一個(gè)向后的反作用力,即制動(dòng)力。制動(dòng)力由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架和車身,迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定的減速度。制動(dòng)力越大,制動(dòng)減速度越大。當(dāng)放開制動(dòng)踏板時(shí),復(fù)位彈簧即將制動(dòng)蹄拉回復(fù)位,摩擦力矩和制動(dòng)力消失,制動(dòng)作用即行終止。
圖2.1 制動(dòng)系統(tǒng)工作原理
2.2 制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)方案分析
制動(dòng)器主要有摩擦式、液力式和電磁式等幾種形式。目前廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器。
摩擦式制動(dòng)器按摩擦副結(jié)構(gòu)形式不同,可分為鼓式,盤式和帶式三種。帶式制動(dòng)器只用作中央制動(dòng)器,本文不做介紹。
2.3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2.2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”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(dòng)鼓的趨勢,即摩擦力矩具有“減勢”作用,故又稱為減勢蹄?!霸鰟荨弊饔檬诡I(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。
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)簡單,造價(jià)較低,也便于附裝駐車制動(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)
圖2.2 領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器
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2.3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)底板中心作對稱布置的,因此,兩蹄對制動(dòng)鼓作用的合力恰好相互平衡,故屬于平衡式制動(dòng)器。
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),前軸的動(dòng)軸荷及 附著力大于后軸,而倒車時(shí)則相反。
圖2.3 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2.4所示。
4、單向增力式制動(dòng)器
單向增力式制動(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
圖2.4 雙向雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
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2.5所示。
圖2.5 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。對雙向增力式制動(dòng)器來說,不論汽車前進(jìn)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。
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,主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車制動(dòng)。
圖2.6 雙向增力式制動(dòng)器
6、凸輪式制動(dòng)器
目前所有國產(chǎn)汽車和部分外國汽車的氣壓制動(dòng)系中,都采用凸輪促動(dòng)的車輪制動(dòng)器,而且大都設(shè)計(jì)成領(lǐng)從蹄式,凸輪促動(dòng)的雙向自增力式制動(dòng)器只宜用作中央制動(dòng)器。
制動(dòng)時(shí),制動(dòng)調(diào)整臂在制動(dòng)氣室的推動(dòng)下,帶動(dòng)制動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng),推使兩制動(dòng)蹄壓靠制動(dòng)鼓,制動(dòng)凸輪的工作表面輪廓是中心對稱的兩段偏心圓弧。這種凸輪的促動(dòng)力對凸輪中心的力臂是隨凸輪轉(zhuǎn)角而變化的,因而即使輸入制動(dòng)凸輪軸的力矩不變,凸輪對蹄的促動(dòng)力也會(huì)隨凸輪轉(zhuǎn)角而變化。
2.4方案確定
本次設(shè)計(jì)以CQ3253TMG384型貨車為依據(jù),采用領(lǐng)從蹄鼓式制動(dòng)器,且為凸輪式制動(dòng)器。由于重型貨車的行駛速度一般較低,而且通常是是長距離運(yùn)輸,則采用操縱輕便,工作可靠,不易出故障,維修方便的氣壓制動(dòng), 一般氣壓制動(dòng)的重型貨車都采用凸輪制動(dòng)器。
2.5本章小結(jié)
本章確定了制動(dòng)系統(tǒng)方案為制動(dòng)系統(tǒng)采用氣壓制動(dòng)控制機(jī)構(gòu),重型貨車制動(dòng)器的設(shè)計(jì)為后輪鼓式制動(dòng)器,并采用氣壓制動(dòng),制動(dòng)凸輪與制動(dòng)蹄之間采用滾輪傳動(dòng),借以提高機(jī)械效率。
第3章 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
設(shè)計(jì)鼓式制動(dòng)器的參數(shù)數(shù)據(jù)是采用CQ3253TMG384貨車的具體參數(shù)如下:
整車質(zhì)量: 空載:8900kg
滿載:18900kg
質(zhì)心至前軸的距離:
空載:2674mm
滿載:3822mm
質(zhì)心至后軸的距離:
空載:2926mm
滿載:1778mm
質(zhì)心高度: 空載:hg=1052mm
滿載:hg=1211mm
軸 距: L=5600mm
最高車速: 85km/h
輪 胎: 11.00-20
3.2同步附著系數(shù)的分析
汽車制動(dòng)時(shí),若忽略路面對車輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩,則對任意角速度>0的車輪,其力矩平衡方程為
(3.1)
式中:—制動(dòng)器對車輪作用的制動(dòng)力矩,即制動(dòng)器的摩擦力矩,其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反,N?m;
―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
(3.2)
稱之為制動(dòng)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。
一般汽車根據(jù)前、后輪制動(dòng)力的分配、載荷情況及道路附著系數(shù)和坡度等因素,當(dāng)制動(dòng)力足夠時(shí),制動(dòng)過程出現(xiàn)前后輪同時(shí)抱死拖滑時(shí)附著條件利用最好[6]。
任何附著系數(shù)路面上前后同時(shí)抱死的條件為(=0.85):
(3.3) (3.4)
式中:G-汽車重力;
—前制動(dòng)器制動(dòng)力,N;
—后制動(dòng)器制動(dòng)力,N;
—質(zhì)心到前軸的距離,mm;
—質(zhì)心到后軸的距離,mm。
得: =71914N =78522N
一般常用制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)來表示分配比例
前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配的比例影響到汽車制動(dòng)時(shí)方向穩(wěn)定性和附著條件利用程度。要確定值首先就要選取同步附著系數(shù)。一般來說,我們總是希望前輪先抱死()。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)推薦以及我國道路條件,車速不高,所以本車型取0.5左右為宜。
由
(3.5)
式中:—同步附著系數(shù);
—質(zhì)心高度,mm;
—軸距,mm;
—質(zhì)心到后軸的距離,mm
得:
(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。
分析表明[14],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[6]。
根據(jù)相關(guān)資料查出貨車0.5,故取=0.74。
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,ECE的制動(dòng)法規(guī)規(guī)定,在各種載荷條件下,轎車在0.15q0.8,其他汽車在0.15q0.3的范圍內(nèi),前輪應(yīng)先抱死;在車輪尚未抱死的情況下,在0.150.8的范圍內(nèi),必須滿足q。
3.3 制動(dòng)器最大制動(dòng)力矩確定
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。
雙軸汽車前后車輪附著力同時(shí)被充分利用或前后車輪同時(shí)抱死的制動(dòng)力之比為
(3.6)
式中:—前制動(dòng)器制動(dòng)力,N;
—后制動(dòng)器制動(dòng)力,N;
—質(zhì)心到前軸的距離,mm;
—質(zhì)心到后軸的距離,mm。
—同步附著系數(shù),0.74。
通常上式的比值為轎車1.3 到1.6,貨車為0.5到0.7。因此可知前后制動(dòng)器比值符合要求
由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩:
(3.7)
式中:——該車所能遇到的最大附著系數(shù);
——制動(dòng)強(qiáng)度;
——車輪有效半徑;
——后軸最大制動(dòng)力矩;
——汽車滿載質(zhì)量;
——汽車軸距;
其中
故后軸Nm
前軸Nm
3.4鼓式制動(dòng)器的主要參數(shù)選擇
在有關(guān)的整車總布置參數(shù)和制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)形式確定以后,就可以參考已有的同類型、同等級(jí)汽車的同類制動(dòng)器,對制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行初選。
3.4.1 制動(dòng)鼓直徑
當(dāng)輸出力一定時(shí),制動(dòng)鼓的直徑越大,制動(dòng)力矩也越大,散熱性能也越好。但止境的尺寸受到輪輞內(nèi)徑的限制,而且直徑的增大也使制動(dòng)鼓的質(zhì)量增大,使汽車的非懸掛質(zhì)量增大,而不利于汽車的行駛平順性。制動(dòng)鼓與輪輞之間應(yīng)有相當(dāng)?shù)拈g隙,此間隙一般不小于20~30mm,以利于散熱通風(fēng),也可避免由于輪輞過熱而損壞輪胎。由此間隙要求及輪輞的尺寸及渴求得制動(dòng)鼓直徑的尺寸。另外,制動(dòng)鼓直 D=20mm
D=355.6-421.64 mm通過查表3.1得制動(dòng)鼓內(nèi)徑D=420mm
徑與輪輞直徑之比為
根據(jù)QC/T309-1999《制動(dòng)鼓工作及制動(dòng)蹄片寬度尺寸系列》
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)溫升不應(yīng)超過極限值。制動(dòng)鼓材料應(yīng)與摩擦襯片相匹配,以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。
表3.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑選取對照表
輪輞直徑/in
12
13
14
15
16
制動(dòng)鼓內(nèi)徑/mm
轎車
180
200
240
260
----
轎車
220
240
260
300
320
制動(dòng)鼓相對于輪轂的對中是圓柱表面的配合來定位,并在兩者裝配緊固后精加工制動(dòng)鼓內(nèi)工作表面,以保證兩者的軸線重合。兩者裝配后還需進(jìn)行動(dòng)平衡。其許用不平衡度對轎車為15N·cm~20 N·cm;對貨車為30 N·cm~40 N·cm。微型轎車要求其制動(dòng)鼓工作表面的圓度和同軸度公差<0.03mm,徑向跳動(dòng)量≤0.05mm,靜不平衡度≤1.5N.cm[11]。
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熱容量,但試驗(yàn)表明,壁厚由ll mm增至20 mm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)鼓的壁厚:轎車為7mm~12mm;中、重型載貨汽車為13mm~18mm[8]。制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)外緣可開小孔,用于檢查制動(dòng)器間隙。
由上述可以確定本次設(shè)計(jì)采用的材料是HT20-40;制動(dòng)鼓的壁厚是14.5mm;進(jìn)行制動(dòng)鼓建模的時(shí)候會(huì)用到這個(gè)數(shù)值。
3.4.2 摩擦襯片寬度b和包角β
摩擦襯片的包角可在900~1200范圍內(nèi)選取,試驗(yàn)表明,摩擦襯片包角在900~1200時(shí),磨損最小,制動(dòng)鼓溫度也最低,且制動(dòng)效能最高。再減小包角雖有利于散熱,但由于單位壓力過高將加速磨損。包角一般不宜大于1200,因過大不僅不利于散熱,而且易使制動(dòng)作永不平順,甚至可能發(fā)生自鎖。
摩擦襯片寬度較大可以降低單位壓力、減小磨損,但過大則不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。通常是根據(jù)在緊急制動(dòng)時(shí)使單位壓力不超過2.5 M的條件來選擇襯片寬度的。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量按摩擦片的產(chǎn)品規(guī)格選擇寬度值。另外,根據(jù)國外統(tǒng)計(jì)資料可知,單個(gè)鼓式制動(dòng)器總的摩擦襯片面積隨汽車總質(zhì)量的增大而增大。而單個(gè)摩擦襯片的面積又決定與制動(dòng)鼓的半徑,襯片寬度及包角。即
(3.8)
式中,包角以弧度為單位,當(dāng)面積、包角、半徑確定后,由上式可以初選襯片寬度的尺寸。
制動(dòng)器各蹄摩擦襯片總面積越大,制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的單位面積正壓力越小,從而磨損也越小。
a、參考同類汽車選取,一般b/D=0.16~0.26,取0.25,故b=115mm
b、取蹄包角 領(lǐng)蹄包角 從蹄包角
(3.9)
式中:—單個(gè)摩擦襯片的面積,mm2;
—制動(dòng)鼓內(nèi)徑,mm;
—摩擦片的寬度,mm;
—領(lǐng)蹄包角,;
—從蹄包角,;
得: =420×3.14×105(100+100)/360= 80776.5mm2
c、摩擦襯片起始角,一般將襯片布置在制動(dòng)蹄的中央,即令:
有時(shí)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(diǎn)對稱布置,以改善制動(dòng)效能和磨損的均勻性。
3.4.3 制動(dòng)器中心到張開力P作用線和距離e
在保證輪缸能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)的條件,應(yīng)使距離e盡可能大,以提高制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)可取
e=0.8R (3.10)
式中:—制動(dòng)器中心到張開力距離mm;
—制動(dòng)鼓半徑,mm。
故e=168mm
3.4.4制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)位置是k 與 c
制動(dòng)蹄支銷中心的坐標(biāo)尺寸 k 是應(yīng)盡可能地小, 以不使兩制動(dòng)蹄端毛面相碰擦為準(zhǔn),使尺寸 c 盡可能地大,設(shè)計(jì)可定
c=0.8R (3.11)
式中:c—制動(dòng)器中心到張開力距離mm;
—制動(dòng)鼓半徑,mm。
故c=168mm
K盡可能的小,以使c盡可能的大,初步設(shè)計(jì)取k=28mm。
制動(dòng)蹄的支承采用二自由度制動(dòng)篩的支承,結(jié)構(gòu)簡單,并能使制動(dòng)蹄相對制動(dòng)鼓自行定位。為了使具有支承銷的一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄的工作表面與制動(dòng)鼓的工作表面同軸心,應(yīng)使支承位置可調(diào)。例如采用偏心支承銷或偏心輪。支承銷由45號(hào)鋼制造并高頻淬火。其支座為可鍛鑄鐵(KTH370—12)或球墨鑄鐵(QT400—18)件。青銅偏心輪可保持制動(dòng)蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。
具有長支承銷的支承能可靠地保持制動(dòng)蹄的正確安裝位置,避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置,使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板,而在輪缸活塞頂塊上或在張開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動(dòng)蹄腹板張開端插入,以保持制動(dòng)蹄的正確位置。
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。摩擦襯片的厚度,轎車多為4.5mm~5mm;貨車多為8mm以上。襯片可鉚接或粘貼在制動(dòng)蹄上,粘貼的允許其磨損厚度較大,使用壽命增長,但不易更換襯片;鉚接的噪聲較小[9]。
本次制動(dòng)蹄采用的材料為Q235。
制動(dòng)蹄腹板和緣翼的厚度取6mm,摩擦襯片的厚度取10mm。
3.4.5摩擦片摩擦系數(shù)
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。不能單獨(dú)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(dòng)器對摩擦系數(shù)偏離正常值的敏感性要求,后者對蹄式制動(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之間,少數(shù)可達(dá)0.7。一般說來,摩擦系數(shù)越高的材料,其耐磨性越差。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)前國產(chǎn)的摩擦片材料溫度低于250度時(shí),保持摩擦系數(shù)在0 .3~0.4已無大問題。因此,在假設(shè)的理想條件下計(jì)算制動(dòng)器的制動(dòng)力矩,取0.3可使計(jì)算結(jié)果接近世紀(jì)。另外,在選擇摩擦材料時(shí)應(yīng)盡量采用減少污染和對人體無害的材料。
制動(dòng)摩擦材料應(yīng)只有角而穩(wěn)定的摩擦系數(shù),抗熱衰退性能要好,不應(yīng)在溫升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降,材料應(yīng)有好的耐磨性,低的吸水(油、制動(dòng)液)率,低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率(要求摩擦襯塊么300℃的加熱板上:作用30min后,背板的溫度不越過190℃)和低的熱膨脹率,高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購性能和耐沖擊性能;制動(dòng)時(shí)應(yīng)不產(chǎn)生噪聲、不產(chǎn)生不良?xì)馕丁?
當(dāng)前,在制動(dòng)器生產(chǎn)中廣泛采用著模壓材料,它是以石棉纖維為主并均樹脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成)勺噪聲消除別(主要成分為石墨)等混合后,在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓性較差.故應(yīng)按襯片或襯塊規(guī)格模壓[3]。其優(yōu)點(diǎn)是可以選用各種不同的聚合樹脂配料,使襯片或襯塊具有不同的摩擦性能及其他性能。本次設(shè)計(jì)采用的是模壓材料。
3.4.6制動(dòng)底板的材料選擇
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[5]。制功底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩,因此它應(yīng)有足夠的剛度。為此,由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板均只有凹凸起伏的形狀。重型汽車則采用可聯(lián)鑄鐵KTH370—12的制動(dòng)底板。剛度不足會(huì)使制動(dòng)力矩減小,踏板行程加大,襯片磨損也不均勻。本次設(shè)計(jì)采用KTH370—12。
3.4.7制動(dòng)氣室的選擇
制動(dòng)氣室有膜片式和活塞式兩種。膜片式的結(jié)構(gòu)簡單,對室壁的加工要求不高,無摩擦副,密封性好?;钊降男谐梯^長,推力一定但有磨損,通過比較我選擇膜片式制動(dòng)氣室。
兩蹄的張開力、與制動(dòng)氣室的推力之間的關(guān)系由下式表示:
(3.12)
式中:—,對凸輪中心的力臂,mm;
—力對凸輪軸線的力臂,mm;
得: N
為了輸出力,制動(dòng)氣室的工作面積為
(3.13)
式中:—制動(dòng)氣室的工作壓力,MPa;
得: mm2
制動(dòng)氣室的工作半徑為
(3.14)
式中:—制動(dòng)氣室的工作面積,mm2 ;
得: mm
則取77mm
3.5同一制動(dòng)器各蹄產(chǎn)生的制動(dòng)力矩
在計(jì)算鼓式制動(dòng)器時(shí),必須建立制動(dòng)蹄對制動(dòng)鼓的壓緊力與所產(chǎn)生的制動(dòng)力矩之間的關(guān)系,其計(jì)算公式如下
對于增勢蹄:
(3.15)
(3.16)
其中: 為壓力分布不均勻時(shí)蹄片上的最大壓力。
=239.7
對于減勢蹄: (3.17)
(3.18)
式中: 為壓力分布不均勻時(shí)蹄片上的最大壓力。
=235.4
增勢蹄的制動(dòng)力矩
=
減勢蹄的制動(dòng)力矩
制動(dòng)鼓上的制動(dòng)力矩等于兩蹄摩擦力矩之和,即
凸輪張開機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器由于,故所需的張開力為
N
N
計(jì)算蹄式制動(dòng)器必須檢查蹄有無自鎖的可能。蹄式制動(dòng)器的自鎖條件為
即式
成立,則不會(huì)自鎖。
故此蹄式制動(dòng)器不會(huì)自鎖。
3.6制動(dòng)器制動(dòng)因數(shù)計(jì)算
1、領(lǐng)蹄制動(dòng)蹄因數(shù):
圖3.1 鼓式制動(dòng)器簡化受力圖
根據(jù)公式 :
(3.19)
得 : =0.79
h/b=2;c/b=0.8
2、從蹄制動(dòng)蹄因數(shù)
根據(jù)公式 (3.20)
得 =0.48
3.7本章小結(jié)
本章的主要內(nèi)容是完成了同步附著參數(shù)及鼓式制動(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)。
第4章 制動(dòng)性能分析
汽車的制動(dòng)性是指汽車在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車速至停車或下長坡時(shí)能維持一定車速的能力。
4.1制動(dòng)性能評價(jià)指標(biāo)
汽車制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來評價(jià):
(1)制動(dòng)效能,即制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度;
(2)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[2]。
4.2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]。
4.3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)重要問題。
4.4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[5]。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價(jià)汽車制動(dòng)時(shí)的方向穩(wěn)定性,對制動(dòng)距離和制動(dòng)減速度兩指標(biāo)測試時(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):
(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[2]。
理論上分析如下,真正的評價(jià)是靠實(shí)驗(yàn)的。
4.5制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線分析
對于一般汽車而言,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),應(yīng)用MATLAB編制出制動(dòng)力分配曲線如下:
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
通過圖3.1可以看出相關(guān)參數(shù)和制動(dòng)力分配系數(shù)的合理性[16]。
4.6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)= (4.1)
式中:—汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合。
= M+ M=46820Nm
r—滾動(dòng)半徑 r=542,5mm
Ga—汽車總重 Ga=18900kg
代入數(shù)據(jù)得=46820/00.5425×18900=4.6m/s
貨車的制動(dòng)減速度應(yīng)在4.4-6m/s,所以符合要求。
4.7制動(dòng)距離S
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 (4.2)
式中:t—消除蹄與制動(dòng)鼓間隙時(shí)間,取0.2s
t—制動(dòng)力增長過程所需時(shí)間取0.6s
故S=1/3.6(0.2+ 0.6/2)30+ 30/254×0.85=8m
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
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