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黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1 課題背景及目的
重型貨車(chē)是我國(guó)應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車(chē)，而制動(dòng)器是重型貨車(chē)的重要部件，其制動(dòng)性能是確保車(chē)輛行駛的主、被動(dòng)安全性和提升車(chē)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(duì)制動(dòng)器摩擦襯片有限元分析，為重型貨車(chē)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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車(chē)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(lái)的現(xiàn)象是人們對(duì)汽車(chē)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(chē)制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車(chē)；在下坡行駛時(shí)，使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速；使汽車(chē)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(chē)的制動(dòng)器的設(shè)計(jì)以滿(mǎn)足汽車(chē)安全行駛的要求。據(jù)有關(guān)資料的介紹，在由于車(chē)輛本身的問(wèn)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?jiàn)，制動(dòng)器是保證行車(chē)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(chē)輛的平均車(chē)速和車(chē)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(chē)制動(dòng)系統(tǒng)中最重要的安全部件，對(duì)汽車(chē)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(chē)所用都制動(dòng)器幾乎都是摩擦式的，可分為鼓式和盤(pán)式兩大類(lèi)。盤(pán)式制動(dòng)器的主要優(yōu)點(diǎn)是一般無(wú)摩擦助勢(shì)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)量一般較小；制動(dòng)盤(pán)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(guò)大；較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動(dòng)調(diào)整。在高速剎車(chē)時(shí)能迅速制動(dòng)，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車(chē),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(chē)蹄片磨損較少, 成本較低,便于維修。?雖然在汽車(chē)制動(dòng)器領(lǐng)域，盤(pán)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。。四輪轎車(chē)在制動(dòng)過(guò)程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車(chē)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(chē)生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤(pán)后鼓的制動(dòng)方式?，F(xiàn)在轎車(chē)上應(yīng)用最為廣泛的是前盤(pán)后鼓式或全盤(pán)式制動(dòng)器，其中20％的轎車(chē)采用前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器雖然在轎車(chē)領(lǐng)域全鼓式制動(dòng)器已基本上淘汰，但在商用車(chē)上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動(dòng)器，至于前盤(pán)后鼓式制動(dòng)器或全盤(pán)式制動(dòng)器只應(yīng)用在有特殊需求客車(chē)或高檔客車(chē)上。不過(guò)對(duì)于重型車(chē)來(lái)說(shuō)，由于車(chē)速一般不是很高，剎車(chē)蹄的耐用程度也比盤(pán)式制動(dòng)器高，因此許多重型車(chē)至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計(jì)。
鼓式制動(dòng)器相對(duì)于盤(pán)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(guò)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(chē)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(mén)嘴固定卡??6）采用目前較先進(jìn)的技術(shù)，以防車(chē)輪過(guò)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(guó)參數(shù)化公司(Parametric TechnologyCorporation，簡(jiǎn)稱(chēng)PTC)開(kāi)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(kù)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(kù)再利用等，它易于使用，可在各種硬件平臺(tái)上運(yùn)行?？勺屖褂谜咄瑫r(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(kāi)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(chēng)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(guò)尺寸對(duì)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(mǎn)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(mǎn)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(wèn)題的有效途徑，近年來(lái)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(wèn)題的范圍從線性問(wèn)題發(fā)展到非線性問(wèn)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(duì)制動(dòng)器的分析有重要意義。
近幾年國(guó)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(duì)一款卡車(chē)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(guó)產(chǎn)雙向自增力鼓式制動(dòng)器的有限元模型，對(duì)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(guò)程，通過(guò)仿真計(jì)算得到制動(dòng)器工作過(guò)程中摩擦副間接觸力分布、制動(dòng)鼓瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)等重要信息。此外，劉立剛、王學(xué)林利用ANSYS軟件預(yù)測(cè)了某重型汽車(chē)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(guò)建立循環(huán)制動(dòng)過(guò)程中溫度鼓式制動(dòng)器三維有限元仿真場(chǎng)分析的快速有限元仿真模型，對(duì)鼓式制動(dòng)器采用二維有限元仿真，獲得瞬態(tài)溫度場(chǎng)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(duì)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(guò)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。
深入了解汽車(chē)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(chē)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(chē)零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；充分學(xué)習(xí)和利用畫(huà)圖軟件，并再次學(xué)習(xí)機(jī)械制圖，畫(huà)出符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙，通過(guò)自己的研究分析；發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)能力并通過(guò)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(chē)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(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(guò)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。
第2章 總體設(shè)計(jì)方案
汽車(chē)的制動(dòng)性是汽車(chē)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(chē)行使的重要保障。隨著高速公路迅速的發(fā)展和車(chē)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(chē)的制動(dòng)性始終是汽車(chē)設(shè)計(jì)制造和使用部門(mén)的主要任務(wù)。
制動(dòng)系的功用是使汽車(chē)以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行使直至停車(chē)；在下坡行使時(shí)，使汽車(chē)保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車(chē)速；使汽車(chē)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(chē)制動(dòng)裝置和駐車(chē)制動(dòng)裝置。前者用來(lái)保證前兩項(xiàng)功能，后者用來(lái)保證第三項(xiàng)功能。
設(shè)計(jì)汽車(chē)制動(dòng)系應(yīng)滿(mǎn)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(chē)制動(dòng)效能和駐車(chē)制動(dòng)效能。行車(chē)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(lái)評(píng)定的；駐坡能力是以汽車(chē)在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度來(lái)評(píng)定的。詳見(jiàn)QC/T239-1997；
（3）工作可靠。行車(chē)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(chē)制動(dòng)能力不低于沒(méi)有失效時(shí)規(guī)定值的30%。行車(chē)和駐車(chē)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(chē)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(jiàn)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(chē)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，詳見(jiàn)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(kāi)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(kāi)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(chē)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(zhǎng)，制造成本低；對(duì)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(chē)輪被抱死有利于提高汽車(chē)在制動(dòng)過(guò)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(lái)防抱死制動(dòng)系統(tǒng)（ABS）在汽車(chē)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(wèn)題，已被逐漸淘汰，取而代之的各種無(wú)石棉材料相繼研制成功。
2.1 制動(dòng)原理和工作過(guò)程
要使行使中的汽車(chē)減速，駕駛員應(yīng)踩下制動(dòng)踏板，通過(guò)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(guò)兩個(gè)輪缸活塞推動(dòng)兩制動(dòng)蹄繞支撐銷(xiāo)轉(zhuǎn)動(dòng)，上端向兩邊分開(kāi)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(duì)旋轉(zhuǎn)的制動(dòng)鼓作用一個(gè)摩擦力矩，其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動(dòng)鼓將該力矩傳到車(chē)輪后，由于車(chē)輪與路面間有附著作用，車(chē)輪對(duì)路面作用一個(gè)向前的周緣力，同時(shí)路面也對(duì)車(chē)輪作用一個(gè)向后的反作用力，即制動(dòng)力。制動(dòng)力由車(chē)輪經(jīng)車(chē)橋和懸架傳給車(chē)架和車(chē)身，迫使整個(gè)汽車(chē)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(kāi)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(pán)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(chē)制動(dòng)器，當(dāng)盤(pán)式制動(dòng)器還沒(méi)有出現(xiàn)前，它已經(jīng)廣泛用于各類(lèi)汽車(chē)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(chē)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(chēng)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(duì)摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動(dòng)鼓，故又稱(chēng)為帶式制動(dòng)器。在汽車(chē)制動(dòng)系中，帶式制動(dòng)器曾僅用作一些汽車(chē)的中央制動(dòng)器，但現(xiàn)代汽車(chē)已很少采用。所以?xún)?nèi)張型鼓式制動(dòng)器通常簡(jiǎn)稱(chēng)為鼓式制動(dòng)器，通常所說(shuō)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(lèi)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(chē)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(chē)倒車(chē)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)從蹄的內(nèi)張型鼓式制動(dòng)器稱(chēng)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(chēng)為增勢(shì)蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開(kāi)制動(dòng)鼓的趨勢(shì)，即摩擦力矩具有“減勢(shì)”作用，故又稱(chēng)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。
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(chē)前進(jìn)與倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，也便于附裝駐車(chē)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(chē)的前、后輪制動(dòng)器及轎車(chē)的后輪制動(dòng)器。
2、雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器
若在汽車(chē)前進(jìn)時(shí)兩制動(dòng)蹄均為領(lǐng)蹄的制動(dòng)器，則稱(chēng)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(chē)倒車(chē)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(chēng)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(duì)稱(chēng)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。
雙領(lǐng)蹄式制動(dòng)器有高的正向制動(dòng)效能，但倒車(chē)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(chē)的前輪制動(dòng)器，這是因?yàn)檫@類(lèi)汽車(chē)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(chē)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(chēng)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(chē)前進(jìn)及倒車(chē)時(shí)的制動(dòng)性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車(chē)和部分轎車(chē)的前、后車(chē)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(chē)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(xiāo)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(chē)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(chē)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(chē)和轎車(chē)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(xiāo)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(lái)說(shuō)，不論汽車(chē)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(chē)上用的較多，而且常常將其作為行車(chē)制動(dòng)與駐車(chē)制動(dòng)共用的制動(dòng)器，但行車(chē)制動(dòng)是由液壓經(jīng)制動(dòng)輪缸產(chǎn)生制動(dòng)蹄的張開(kāi)力進(jìn)行制動(dòng)，而駐車(chē)制動(dòng)則是用制動(dòng)操縱手柄通過(guò)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(chē)的中央制動(dòng)器，因?yàn)轳v車(chē)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(chē)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(wèn)題并不突出。
但由于結(jié)構(gòu)問(wèn)題使它在制動(dòng)過(guò)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(chē)領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤(pán)式制動(dòng)器。但由于成本比較低，仍然在一些經(jīng)濟(jì)型車(chē)中使用，主要用于制動(dòng)負(fù)荷比較小的后輪和駐車(chē)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(guó)產(chǎn)汽車(chē)和部分外國(guó)汽車(chē)的氣壓制動(dòng)系中，都采用凸輪促動(dòng)的車(chē)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(duì)稱(chēng)的兩段偏心圓弧。這種凸輪的促動(dòng)力對(duì)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(duì)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(chē)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(chē)的行駛速度一般較低，而且通常是是長(zhǎng)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(chē)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(chē)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(chē)的具體參數(shù)如下：
整車(chē)質(zhì)量： 空載：8900kg
滿(mǎn)載：18900kg
質(zhì)心至前軸的距離：
空載：2674mm
滿(mǎn)載：3822mm
質(zhì)心至后軸的距離：
空載：2926mm
滿(mǎn)載：1778mm
質(zhì)心高度： 空載：hg=1052mm
滿(mǎn)載：hg=1211mm
軸 距： L=5600mm
最高車(chē)速： 85km/h
輪 胎： 11.00-20
3.2同步附著系數(shù)的分析
汽車(chē)制動(dòng)時(shí)，若忽略路面對(duì)車(chē)輪的滾動(dòng)阻力矩和汽車(chē)回轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩，則對(duì)任意角速度＞0的車(chē)輪，其力矩平衡方程為
（3.1）
式中：—制動(dòng)器對(duì)車(chē)輪作用的制動(dòng)力矩，即制動(dòng)器的摩擦力矩，其方向與車(chē)輪旋轉(zhuǎn)方向相反，N?m；
―地面作用于車(chē)輪上的制動(dòng)力，即地面與輪胎之間的摩擦力，又稱(chēng)為地面制動(dòng)力，其方向與汽車(chē)行駛方向相反，N；
―車(chē)輪有效半徑，m。
令
（3.2）
稱(chēng)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(chē)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(guò)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(chē)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(lái)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(chē)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(lái)說(shuō)，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(guó)道路條件，車(chē)速不高，所以本車(chē)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(chē)失去方向穩(wěn)定性；
(3)當(dāng)＝時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車(chē)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(chē)在同步附著系數(shù)為的路面上制動(dòng)(前、后車(chē)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(chē)0.5，故取=0.74。
為保證汽車(chē)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(chē)在0.15q0.8，其他汽車(chē)在0.15q0.3的范圍內(nèi)，前輪應(yīng)先抱死；在車(chē)輪尚未抱死的情況下，在0.150.8的范圍內(nèi)，必須滿(mǎn)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(chē)有良好的制動(dòng)效能和穩(wěn)定性。
雙軸汽車(chē)前后車(chē)輪附著力同時(shí)被充分利用或前后車(chē)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(chē)1.3 到1.6，貨車(chē)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(chē)所能遇到的最大附著系數(shù)；
——制動(dòng)強(qiáng)度；
——車(chē)輪有效半徑；
——后軸最大制動(dòng)力矩；
——汽車(chē)滿(mǎn)載質(zhì)量；
——汽車(chē)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(chē)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(lèi)型、同等級(jí)汽車(chē)的同類(lèi)制動(dòng)器，對(duì)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(chē)的非懸掛質(zhì)量增大，而不利于汽車(chē)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(guò)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(guò)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(guò)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(duì)照表
輪輞直徑/in
12
13
14
15
16
制動(dòng)鼓內(nèi)徑/mm
轎車(chē)
180
200
240
260
----
轎車(chē)
220
240
260
300
320
制動(dòng)鼓相對(duì)于輪轂的對(duì)中是圓柱表面的配合來(lái)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(duì)轎車(chē)為15N·cm～20 N·cm；對(duì)貨車(chē)為30 N·cm～40 N·cm。微型轎車(chē)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(chē)為7mm～12mm；中、重型載貨汽車(chē)為13mm～18mm[8]。制動(dòng)鼓在閉口一側(cè)外緣可開(kāi)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(guò)高將加速磨損。包角一般不宜大于1200，因過(guò)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(guò)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(guò)2.5 M的條件來(lái)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(guó)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(chē)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(lèi)汽車(chē)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(duì)于最大壓力點(diǎn)對(duì)稱(chēng)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(kāi)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(kāi)力距離mm；
—制動(dòng)鼓半徑，mm。
故e=168mm
3.4.4制動(dòng)蹄支銷(xiāo)中心的坐標(biāo)位置是k 與 c
制動(dòng)蹄支銷(xiāo)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(kāi)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(jiǎn)單，并能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自行定位。為了使具有支承銷(xiāo)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(xiāo)或偏心輪。支承銷(xiāo)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(zhǎng)支承銷(xiāo)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(kāi)機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開(kāi)槽供制動(dòng)蹄腹板張開(kāi)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(chē)的約為3mm～5mm；貨車(chē)的約為5mm～8mm。摩擦襯片的厚度，轎車(chē)多為4.5mm～5mm；貨車(chē)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(zhǎng)，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(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之間，少數(shù)可達(dá)0.7。一般說(shuō)來(lái)，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(guó)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(wú)大問(wèn)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(duì)人體無(wú)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(guò)190℃)和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購(gòu)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(shù)脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑(出無(wú)機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹(shù)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(shù)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(chē)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(jiǎn)單，對(duì)室壁的加工要求不高，無(wú)摩擦副，密封性好?；钊降男谐梯^長(zhǎng)，推力一定但有磨損，通過(guò)比較我選擇膜片式制動(dòng)氣室。
兩蹄的張開(kāi)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(duì)凸輪中心的力臂，mm；
—力對(duì)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(duì)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(duì)于增勢(shì)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(duì)于減勢(shì)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(shì)蹄的制動(dòng)力矩
=
減勢(shì)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(kāi)機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器由于，故所需的張開(kāi)力為
N
N
計(jì)算蹄式制動(dòng)器必須檢查蹄有無(wú)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(jiǎn)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(chē)的制動(dòng)性是指汽車(chē)在行駛中能利用外力強(qiáng)制地降低車(chē)速至停車(chē)或下長(zhǎng)坡時(shí)能維持一定車(chē)速的能力。
4.1制動(dòng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
汽車(chē)制動(dòng)性能主要由以下三個(gè)方面來(lái)評(píng)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(chē)的方向穩(wěn)定性，即制動(dòng)時(shí)汽車(chē)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(chē)以一定初速度制動(dòng)到停車(chē)的制動(dòng)距離或制動(dòng)時(shí)汽車(chē)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(chē)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(chē)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(guò)程實(shí)際上是把汽車(chē)行駛的動(dòng)能通過(guò)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(wèn)題。
4.4制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性
制動(dòng)時(shí)汽車(chē)的方向穩(wěn)定性，常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)給定路徑行駛的能力來(lái)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(chē)將偏離原來(lái)的路徑。
制動(dòng)過(guò)程中汽車(chē)維持直線行駛，或按預(yù)定彎道行駛的能力稱(chēng)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(chē)將偏離給定的行駛路徑。因此，常用制動(dòng)時(shí)汽車(chē)按給定路徑行駛的能力來(lái)評(píng)價(jià)汽車(chē)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)：
（1）汽車(chē)左右車(chē)輪，特別是轉(zhuǎn)向軸左右車(chē)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(chē)制動(dòng)時(shí)某一軸的車(chē)輪或兩軸的車(chē)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(píng)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(duì)于一般汽車(chē)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(guò)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(chē)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(chē)制動(dòng)系必須妥善處理的問(wèn)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(guò)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(lái)評(píng)價(jià)。
假設(shè)汽車(chē)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(chē)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(chē)總重 Ga=18900kg
代入數(shù)據(jù)得=46820/00.5425×18900=4.6m/s
貨車(chē)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(zhǎng)過(guò)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(chē)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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