运输车辆盘式制动器设计.doc

运输车辆盘式制动器设计(全套含CAD图纸)

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运输 车辆 制动器 设计 全套 cad 图纸
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附录 A 未来汽车制动控制系统的新技术及其发展趋势 从汽车诞生时起,车辆制动系统在车辆的安全方面就扮演着至关重要的角色。近年来,随着车辆技术的进步和汽车行驶速度的提高,这种重要性表现得越来越明显。 随着科学技术的发展及汽车工业的发展,尤其是军用车辆及军用技术的发展,车辆制动有了新的突破,液压制动是继机械制动后的又一重大革新。 率先使用了轿车液压制动器。克莱斯勒的四轮液压制动器于 1924 年问世。通用和福特分别于 1934年和 1939 年采用了液压制动技术。到 20 世纪 50 年代,液压助力 制动器才成为现实。 目前,车辆防抱制动控制系统 (发展成为成熟的产品,并在各种车辆上得到了广泛的应用,但是这些产品基本都是基于车轮加、减速门限及参考滑移率方法设计的。方法虽然简单实用,但是其调试比较困难,不同的车辆需要不同的匹配技术,在许多不同的道路上加以验证;从理论上来说,整个控制过程车轮滑移率不是保持在最佳滑移率上,并未达到最佳的制动效果。另外,由于编制逻辑门限 许多局限性,所以近年来在 结合动力学控制的最佳 以滑移率为控制目标的 是以连续量控制形式,使制动过程中保持最佳的、稳定的滑移率,理论上是一种理想的 制系统。滑移率控制的难点在于确定各种路况下的最佳滑移率,另一个难点是车辆速度的测量问题,它应是低成本可靠的技术,并最终能发展成为使用的产品。对以滑移率为目标的 言,控制精度并不是十分突出的问题,并且达到高精度的控制也比较困难;因为路面及车辆运动状态的变化很大,多种干扰影响较大,所以重要的问题在于控制的稳定性,即系统鲁棒性,应保持在各种条件下不失控。防抱系统要求高可靠性,否则会导致人身伤亡及车辆损坏。因此,发展鲁棒性 的 制系统成为关键。现在,多种鲁棒控制系统应用到 控制逻辑中来。除传统的逻辑门限方法是以比较为目的外,增益调度 制、变结构控制和模糊控制是常用的鲁棒控制系统,是目前所采用的以滑移率为目标的连续控制系统。模糊控制法是基于经验规则的控制,与系统的模型无关,具有很好的鲁棒性和控制规则的灵活性,但调整控制参数比较困难,无理论而言,基本上是靠试凑的方法。然而对大多数基于目标值的控制而言,控制规律有一定的规律。另外,也有采用其它的控制方法,如基于状态空门及线性反馈理论的方法,模糊神经网络控孙瑜:货车制动系液压系统设 计 2 制系统等。各 种控制方法并不是单独应用在汽车上,通常是几种控制方法组合起来实施。如可以将模糊控制和 合起来,兼顾模糊控制的鲁棒性和 制的高精度,能达到很好的控制效果。 测控一体化制动控制系统 (简称为 是充满创意的电子控制式制动系统,把它安装在未来的乘用车上,将成为提高汽车驾驶安全性的一个新里程碑。 是使用电子脉冲,将驾驶员的制动命令传送到一个微处理器中,由它同步处理各种不同传感器信号,并根据特定行驶状态计算每一个车轮的最优制动力。这样,当在拐弯或者湿滑路面上制动时,提供比传统制动系统更好 的主动安全性。 统的高压储能及电控阀装置能保证最大制动压力更快产生作用。另外,该系统提供的附加功能能减少驾驶员驾车中的操作强度。如交通拥挤辅助功能:在走走停停的交通状态下,汽车可以在驾驶员松开加速踏板时自动制动。它的柔和停车功能则可以让汽车在城市交通中特别柔和而平顺地停下来。 目前采用的制动器工作原理是:驾驶员踩下制动踏板,推动与制动调压器及制动主缸相连的活塞连杆。制动主缸将根据踏板力的大小,在制动路线上形成相应的压力,在机械和液力相互作用下,通过轮边制动缸推动制动压向制动盘。在未来测控一体化的电控制 动系统中,电子元件将替代当前制动系统中大量使用的机械元件,调压器也不再需要,取而代之的是用传感器来测量制动主缸内的压力以及制动踏板运动的速度,并将这些资料用电子脉冲的形式传送到 处理器中。为了让驾驶员能够有相似的制动感觉,工程师们开发了一个特别的模拟器,将它连接到前后制动主缸上,用弹簧力和液压力来推动制动踏板。也就是说:在制动过程中,执行元件是完全和系统的其余部分断开的,它只负责记录发出的任何制动命令。只有出现严重错误或 12V 车辆电池内发生问题时, 会自动使用前后制动主缸,并在制动踏板和前轮制动 器之间迅速建立液力联系,以保证车辆安全减速。 在电子液压技术的帮助下,制动辅助系统的性能也得到了进一步提高。当这个系统执行制动命令、实现自动紧急停车时,迅速产生的制动压力和车轮制动器的自动预装可以缩短制动距距。 仅是在紧急制动时体现其价值,其他关键情况也同样。例如,在突然转向的危险情况下, 统会与电子稳定程式 (互作用,通过向各个车轮发出精确的制动脉冲以及 /或者减小发动机转速,来保证车辆在突然转向过程中的安全性。 此显示了强大的动态性和精确性。正是由于有来自 压储能器更快、更 精确的制动脉冲,能在车辆即将脱距行驶轨道时,及时、平稳将其稳定下来。试验表明,在 参与下, 以通过快速、精确的制动脉冲工作更加有效,并能显着地减少汽车的突然转向。同时 ,驾驶员的转向压力随之减少。有了 驶员在控制行驶中的汽车时就 可以减少很多困难。在弯道上制动, 提供比传统制动系统更高的安全性。可变制动力分配在积极影响汽车的转向跟随性方面有独到的优势。 近些年, 经成为欧美和日本等发达国家汽车的标准设备。车辆制动控制系统的发展主要是控制技术的发展。一方面是 扩大控制范围、增加控制功能;另一方面是采用优化控制理论,实施伺服控制和高精度控制。 能的扩充除 ,同时把悬架和转向控制扩展进来,使 仅仅是防抱死系统,而成为更综合的车辆控制系统。制动器开发厂商还提出了未来将 智能化运输系统一体化运用的构想。随着电子控制传动、悬架系统及转向装置的发展,将产生电子控制系统之间的联系网络,从而产生一些新的功能,如:采用电子控制的离合器可大大提高汽车静止启动的效率;在制动过程中,通过输入一个驱动命令给电子悬架系统,能防止车辆的俯仰。一些智能控 制技术如神经网络控制技术是现在比较新的控制技术,已经有人将其应用在汽车的制动控制系统中。不能解决汽车制动中的所有问题。因此由 一步发展演变成电子控制制动系统 (这将是控制系统发展的一个重要的方向。但是 想在实际中应用开来,并不是一个简单的问题。除技术外,系统的成本和相关的法规是其投入应用的关键。 经过了一百多年的发展,汽车制动系统的形式已经基本固定下来。随着电子,特别是大规模、超大规模集成电路的发展,汽车制动系统的形式也将发生变化。如凯西 司在一辆 实验车上安装了一种电 动系统,该系统彻底改变了制动器的操作机理。通过采用 4 个比例阀和电力电子控制装置, 司的 能考虑到基本制动、 引力控制、巡航控制制动干预等情况,而不需另外增加任何一种附加装置。 统潜在的优点是比标准制动器能更加有效地分配基本制动力,从而使制动距离缩短 5%。一种完全无油液、完全的电路制动 开发,使传统的液压制动装置成为历史。 全电制动控制系统是一个全新的系统,给制动控制系统带来了巨大的变革,为将来的车辆智能控制提供条 件。要想全面推广,还有不少问题需要解决:首先是驱动能源问题。采用全电路制动控制系统,需要较多的能源,一个盘式制动器大约需要 1驱动能量。目前车辆 12V 电力系统提供不了这么大的能量,因此,将来车辆动力系统采用高压电,加大能源供应,可以满足制动能量要求,同时需要解决高电压带来的安全问题。其次是控制系统失效处理。全电制动控制系统面临的一个难题是制动失效的处理。因为不存在独立的主动备用制动系统,因此需要一个备用系统保证制动安全,不论是 件失效,传感器失效还是制动器本身、线束失效,都能保证制动的基本性能。实 现全电制动控制的一个关键技术是系统失效时的信息交流协议,如 。系统一旦出现故障,立即发出信息,确孙瑜:货车制动系液压系统设 计 4 保信息传递符合法规最适合的方法是多重通道分时区 (它可以保证不出现不可预测的信息滞后。 协议是根据 定的。第三是抗干扰处理。车辆在运行过程中会有各种干扰信号,如何消除这些干扰信号造成的影响,目前存在多种抗干扰控制系统,基本上分为两种:即对称式和非对称式抗干扰控制系统。 综上所述,现代汽车制动控制技术正朝着电子制动控制方向发展。全电制动控制因其巨大的优越性,将取代传统的以液压为主的 传统制动控制系统。同时,随着其他汽车电子技术特别是超大规模集成电路的发展,电子元件的成本及尺寸不断下降。汽车制动控制技术的发展受整个汽车工业发展的制约。有一个巨大的现有及潜在的汽车市场的吸引,各种先进的电子技术、生物技术、信息技术以及各种智能技术才不断应用到汽车制动控制系统中来。同时需要各种国际及国内的相关法规的健全,这样装备新的制动技术的汽车就会真正应用到汽车的批量生产中。电子技术在制动系统中的出现,为工程师们带来了崭新而前景无限的机会,它不仅只限于改善汽车的安全性和舒适性。因为汽车制动控制技术,使他们在 实现长期目标上又前进了一大步。借助于摄影机、近距雷达和先进的遥控导航系统,可使未来的汽车沿着道路自动行驶。 附录 B s is in In to in an to s of 924. 939 934. To 0th 0s, to At to on of on is on to is in by no BS in in BS BS is as it is by of to in to 孙瑜:货车制动系液压系统设 计 6 is of BS in of of is it be of as is is of of is in of BS u BS in is as ID is u is at as is on to do to is on to of on on so is on is If ID to ID is to it in an to to a by of to to be or to a is BC to If In to It to be to in At of on to to in in to in to to to in in in no be in as as to in BC In to be to a it on In In in is it is to to or in 2V to a or in In to 瑜:货车制动系液压系统设 计 8 is is in BC to as as/or in in Is BC is is it BC to be is to At it BC s on to a is to to SR so on is On is On BS to BS is CS DC to be to In in in SR to SR be a BS in to be is a 00 of on an s of to so on to of BM is to to %. is a to to to a kW At 2V to to is a is 瑜:货车制动系液压系统设 计 10 a to no is CU or of an is . to to is a it be to is of in at of In is to of by At is of as as of in to be to in in it in to go in a of to 1 摘 要 制动器,是汽车上最重要的系统之一,也是汽车驾驶者最应重视的一个方面。汽车的制动可分为盘式制动和鼓式制动。本文通过对盘式制动器制动原理的分析,在原始资料的基础上,通过对制动器制动时的受力分析,确定了制动力矩、摩擦盘尺寸、踏板操纵力及踏板操纵行程等制动器基本参数;通过对制动器结构的分析,设计了摩擦盘的结构、压盘的结构、制动器弹簧的结构和操纵机构等;并根据要求设计制动器的渐开线花键,选取花键类型为矩形花键,并校核了花键的强度,结果为花键强度够用。本次设计的盘式制动器符合制动器设计的理论要求,能保证汽车在 行驶中的制动及紧急制动,并能保证在坡道上安全制动。因此,达到了制动器能保证驾驶员的行车安全的目的。 关键词 车辆,盘式制动器,操纵机构 1 is of in a it be by be of on is to of of of of of of is of in to a in of s 目 录 前言 . 1 第一章 盘式制动器概述 . 2 式制动器原理及特点 . 2 盘式制动器的主要元件 . 3 动盘 . 3 制动摩擦衬块 . 4 式制动器操纵机构 . 4 第二章 盘式制动器设计 . 6 制动器设计中的分析 6 制动器的基本参数 . 6 确定制动力矩 . 6 确定摩擦盘尺寸 . 7 制动器的磨损验算 . 8 踏板操纵力 . 9 踏板操纵行程 计算 .制动器操纵机构设计 .三章 盘式制动器摩擦盘的设计 16 摩擦盘结构 摩擦材料 类型 四章 盘式制动器压盘的设计 19 压盘的结构 .压盘的球槽 .五章 盘式制动器弹簧的设计 .圆柱螺旋弹簧的结构形式 圆柱螺旋弹簧的制造 .圆柱螺旋弹簧参数 .六章 盘式制动器花键的设计 .花键的类型、特点和应用 25 花键参数的确定与强度校核 . 结 论 28 参考文献 . 谢 . 1 学 毕 业 设 计 说 明 书 学生姓名: 学 号: 学 院: 专 业: 题 目: 运输车辆盘式制动器的设计 指导教师: 职称 : 职称 : 20*年 12 月 5 日 1 摘 要 制动器,是汽车上最重要的系统之一,也是汽车驾驶者最应重视的一个方面。汽车的制动可分为盘式制动和鼓式制动。本文通过对盘式制动器制动原理的分析,在原始资料的基础上,通过对制动器制动时的受力分析,确定了制动力矩、摩擦盘尺寸、踏板操纵力及踏板操纵行程等制动器基本参数;通过对制动器结构的分析,设计了摩擦盘的结构、压盘的结构、制动器弹簧的结构和操纵机构等;并根据要求设计制动器的渐开线花键,选取花键类型为矩形花键,并校核了花键的强度,结果为花键强度够用。本次设计的盘式制动 器符合制动器设计的理论要求,能保证汽车在行驶中的制动及紧急制动,并能保证在坡道上安全制动。因此,达到了制动器能保证驾驶员的行车安全的目的。 关键词 车辆,盘式制动器,操纵机构 1 is of in a it be by be of on is to of of of of of of is of in to a in of s 目 录 前言 . 1 第一章 盘式制动器概述 . 2 式制动器原理及特点 . 2 盘式制动器的主要元件 . 3 动盘 . 3 制动摩擦衬块 . 4 式制动器操纵机构 . 4 第二章 盘式制动器设计 . 6 制动器设计中的分析 6 制动器的基本参数 . 6 确定制动力矩 . 6 确定摩擦盘尺寸 . 7 制动器的磨损验算 . 8 踏板操纵力 . 9 踏板操纵行程 .制动器操纵机构设计 .三章 盘式制动器摩擦盘的设计 16 摩擦盘结构 摩擦材料 类型 四章 盘式制动器压盘的设计 19 压盘的结构 .压盘的球槽 .五章 盘式制动器弹簧的设计 .圆柱螺旋弹簧的结构形式 圆柱螺旋弹簧的制造 .圆柱螺旋弹簧参数 .六章 盘式制动器花键的设计 .花键的类型、特点和应用 25 花键参数的确定与强度校核 . 结 论 28 参考文献 . 谢 . 前 言 汽车的设计与生产涉及到许多领域,其独有的安全性、经济性、舒适性等众多指标,也对设计提出了更高的要求。汽车制动系统是汽车行驶的一个重要主动安全系统,其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响。随着汽车的形式速度和路面情况复杂程度的提高,更加需要高性能 性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影响 ,如果此系统不能正常工作,车上的驾驶员和乘客将会受到车祸的伤害。 鉴于制动系统的重要性,本次设计的主要内容就是运输车辆中的制动器, 目前广泛使用的是摩擦式制动器,摩擦式制动器就其摩擦 副的结构形式可分成鼓式 、 盘式和带式三种。 其中盘式制动器较为广泛。盘式制动器的摩擦力产生于同汽车固定部位相连的部件与一个或几个制动盘两端面之间。其中摩擦材料仅能覆盖制动盘工作表面的一小部分的盘式制动器称为钳盘式制动器;摩擦材料覆盖制动盘全部工作表面盘式制动器称为全盘式制动器。现代汽车中以单盘单钳式的钳盘式制动器应用最为广泛,仅有个别大吨位矿用自卸车采用单盘三钳和双盘单钳的钳盘式制动器,以及全盘式制动器。 钳盘制动器和浮钳盘式制动器。式制动器分为定钳盘式定钳盘式为制动钳固定在制动盘两侧,且在其两侧均设有加压机构 。浮钳盘式制动器仅在制动盘一侧设有加压机构的制动钳,借其本身的浮动,而在制动盘的另一侧产生压紧力。又分为制动钳可相对于制动钳可相对于制动盘轴向滑动钳盘式制动器;与制动钳可在垂直于制动盘的平面内摆动的摆动钳盘式制动器。 本次设计共七章内容,在田全忠导师的指导下,结合有关的书籍和手册而完成。田老师在我的设计中做了全程辅导,并最后对本设计做了认真详细的审阅,提出了许多宝贵的意见,我在此向他表示诚挚的感谢。 由于本人水平有限,设计中错误和不妥之处在所难免,恳请批评指正。 1 第一章 盘式制动器概述 式制动器原理及 特点 图 力 式 盘 式 制 动 器 零 件 图 1、 2 压盘 3、 7 摩 擦 盘 4 半轴壳 5 半轴 6 回 位 弹 簧 8 中 间 壳 体 9 调 整 螺 栓 10 斜 拉 杆 11 调节叉 12 拉杆 13 压 盘 凸 肩 14 壳 体 肩 台 上图是运输车辆增力式盘式制动器零件图。在差速器的每一侧半轴上,用花键安装着两个粘有摩擦衬面的摩擦盘 3 和 7,它们能在花键轴上来回滑动,是制动器的旋转部分。在两摩擦盘之间有一对可锻铸铁的圆形压盘 1 和 2,它们的表面支承在半轴壳 4 的三个凸肩上,并能在较小的弧度内转动。两压盘内侧面的五个卵圆形凹坑中装有五个钢 球,两压盘用三根弹簧 6 拉紧。在中间盖 8 和摩擦盘 4 上,与摩擦盘相对着的表面经过加工。摩擦盘与压盘间,以及摩擦盘与半轴壳和中间盖间,在不制动时都有一定间隙。制动时,制动踏板通过斜拉杆使两压盘相对转动,此时凹坑中夹着的五个钢球就从坑底向坑边滚动,将两压盘挤开,两压盘就将旋转着的两个摩擦盘分别推向半轴壳和中间盖,使各相对摩擦表面间产生摩擦扭矩,最终将半轴制动。如果放松制动踏板,则弹簧 6 又将两压盘拉紧复原,使钢球进入坑底,恢复了摩擦盘两侧的间隙。 盘式制动器在上述制动过程中有增力作用。当摩擦盘顺时针旋转时;作 用在压盘上的摩擦扭矩将使它们跟随旋转,但当压盘 1 由于其凸起 131 受到半轴壳上的凸肩 14 的限制而不能转动时,压盘 2 则在摩擦扭矩的作用下将相对于压盘 1 作顺时针转动,协助钢球继续将两压盘挤开,使操纵省力。当摩擦盘反时针旋转时,和上述过程相似地起增力作用。因此不管运输车辆前进还是倒退,制动时盘式制动器都有增力作用。 与带式和蹄式制动器相比,盘式制动器除了结构复杂外有一系列优点:如结构紧凑,操纵省力,制动效果好,衬面磨损较均匀,间隙不需调整,封闭性好不易进泥水,且散热容易,故使用寿命较长等。这些特点使它得到越来 越广泛的应用。 式制动器的主要元件 动盘 一、制动盘直径 D 制动盘直径 D 应尽可能取大些,这时制动盘的有效半径得到增加,可以降低制动钳的夹紧力,减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制,制动盘的直径通常选择为轮辋直径的 70一 79。总质量大于 2t 的汽车应取上限 1 。 二、制动盘厚度 h 制动盘厚度对制动盘质量和工作时的温升有影响。为使质量小些,制动盘厚度不宜取得很大;为了降低温度,制动盘厚度又不宜取得过小。制动盘可以做 成实心的,或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实心制动盘厚度可取为 10 20通风式制动盘厚度取为20 50采用较多的是 20 30在高速运动下紧急制动 , 制动盘会形成热变形 , 产生颤抖。为提高制动盘摩擦面的散热性能 , 大多把制动盘做成中间空洞的通风式制动盘 , 这样可使制动盘温度降低 20 %30 %2 。 三、制动盘的安装 制动盘安装在轮毂上 , 与车轮形成整体旋转。制动盘是旋转部件 , 与摩擦衬块之间只有微小的间隙。从制动盘中心到摩擦衬块磨合中心称为制动盘有效半径。根据杠杆原理 ,如摩擦力相同 ,则制动盘的有效半径越大 , 制动力就越大。 1 四、制动盘的维修 制动盘都是标准设计,以使在制动盘使用期限内保持制动表面各项指标的允差,这些指标是平行度、平面度以及横向摆差。保持关于制动表面形状的精度的允差,有助于尽量减少制动粗暴及踏板脉动。 制动盘表面粗糙度必须保持在 60 m 特定范围内,或者 更小些。需要控制制动表面粗糙度,尽量减少踏板费力、过大的制动衰退、反常性能的问题。控制表面粗糙度同样能提高摩擦衬片的寿命。 每当维修制动摩擦块或卡钳、或者换位车轮或为了其他类型工作而拆卸车轮,总要检查盘式制动器制动盘。不要忘记,伴随盘式制动器制动盘而发生的许多问题,一般用肉眼检查一下,可能不是很明显的。制动盘厚度、平行度、摆差、平面度。以及刮痕深度等,只能用准确的测量仪和千分尺进行测量。精密的测量工具及现代的精加工设备,对维修好制动盘来说,是至关重要的。 动摩擦衬块 摩擦衬块是指钳夹活 塞推动挤压在制动盘上的摩擦材料。摩擦衬块分为摩擦材料和底板 ,两者直接压嵌在一起。 摩擦衬块外半径只与内半径及推荐摩擦衬块外半径2此比值偏大,工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差较多,磨损不均匀,接触面积减少,最终导致制动力矩变化大。 对于盘式制动器衬块工作面积 A,推荐根据制动衬块单位面积占有的汽车质量在 。 由于摩擦 ,摩擦衬块会产生磨损。摩擦材料使用完后 , 底板和制动盘直接接触会丧失制动效果 , 损坏制动盘。制动盘损坏后 ,修理费用十分昂贵。 为避免损坏制动盘 ,过去 ,用户靠定期车检来确定摩擦衬块的剩余量 ; 后来 , 在底板上安装摩擦衬块磨损指示器 , 当摩擦衬块已磨损到剩余量很少时 , 指示器与制动盘接触 , 当司机踏制动踏板时 , 就发出异常的声响 ; 现在有一种更加准确提醒摩擦衬块磨损的方法 , 即安装电子式磨损指示器 , 当摩擦衬块磨损后 , 磨损指示器中的线路断掉 ,警示灯亮 3 。 式制动器操纵机构 1 在一般拖拉机上,制动操纵机构几乎都是机械式的。制动踏板通过一些杆件与制动元件相连。当摩擦衬面磨损后,为了调整踏板的自由行程,有一些杆件的长度是可调的,如利用调节叉来调节长度。左右制动器的踏板可用连接板连接,以便同时制动两驱动轮。当松开制动时,制动踏板都应该有回位弹簧使其自动回位。为使运输车辆能在斜坡上停车或在作固定作业时不让其随意移动位置,在操纵机构中都有停车锁定装置,它能卡住已踏下的制动踏板,使其不能回位,以使制动器能在没有驾驶员操纵的情况下长时间 地处于制动状态 9 。 带式和蹄式制动器踏板的自由行程一般为 40 80盘式制动器踏板的自由行程稍大些,这是因为盘式制动器的旋转元件和制动元件间的总间隙较小,如果自由行程过小,驾驶员稍一踏下踏板就已开始了制动,这样易使摩擦衬面加速磨损。左右踏板的行程必须一致,否则拖拉机在紧急制动时会容易发生偏转而发生安全事故。 如果用作直线行驶中降速或停车,则必须注意首先分离主离合器然后再制动;如果用作协助 履带拖拉机转向,则必须注意首先分离慢速侧的转向离合器,然后再制动该侧驱动轮。 1 第二章 盘式制动器设计 动器设计中的分析 在制动器的设计中,许的表面单位压力和制动器结构的合理布置等决定的,一般不考虑对加力效果的影响,当摩擦材料选定后,系数也是一个既定的数值。因此要使制动器满足一定的加力效果,关键在于合理的确定球槽斜角。 可以看出,当 球槽斜角减少时,加力系数变大,操纵省力。但是,的减少受到自刹的限制。如果较小,则只要压盘与摩擦片开始接触后,不需要驾驶员的操纵力,制动器就会自行制动,这是我们不希望的。因此,不自刹的条件为: ( (2式中 作用半径; 的距离。 加力系数愈大,表示操纵力减少愈多。但必须指出,加力系数并不代表操纵力实际减少的比例。因为实际操纵力取决于主拉杆的拉力 p ,即1不是1中1 的拉力;2 的拉力。 从以上分析看出,盘式制动器之所以结构紧凑,在于它在同样体积下可获得较多的摩擦面积。它的加力效果显著,使操纵力很小。并与被制动轴的转动方向无关。由于摩擦面上的压力分布比较均匀,因此磨损均匀,延长了摩擦片的寿命,减少了调整次数。压力分布均匀对于减少结构尺寸也很有利(因为摩擦片的磨损取决于最大的单位压力及 单位摩滑功)。此外,在盘式制动器中各径向力相互平衡,减少了轴和轴承上的载荷。 动器的基本参数 确定制动力矩、车辆在行驶中制动 1()2 ( )s h 0 . 7 2 1 0 0 1 0 0 . 6 2 5 (1 . 9 5 0 . 7 8 )2 4 . 8 4 6 (1 . 9 5 0 . 7 0 . 7 ) =m (2 式中 车辆整机使用质量 ,100 车辆驱动附着系数 , = 车辆驱动轮胎动力半径 , 车辆轴距 ,L=1950 a 车辆质心纵坐标 , a=780 h 车辆质心高度坐标 ,h=700 制动器至驱动轮的传动比 , 二、车辆在坡道上停车 2( s i n c o s )2s a g f 2 1 0 0 1 0 ( s i n 2 0 0 . 0 2 c o s 2 0 ) 0 . 6 2 52 4 . 8 4 6 =438 (2式中 a 坡道停车时坡度角 ,a =20c ; f 车辆滚动阻力系数 , f = 取大值m 作为制动器计算力矩。 定摩擦盘尺寸 摩擦盘的外径2 值 主 要 取 决 于 单 位 压 力 和 单 位 摩 滑功。计算时假设单位压力 q 是均匀的,摩擦面上的单位压力可用下式计算: q =2221()i R R = q = (2在实际设计中,摩擦力的合力半径似地可以按内外径的平均值进行计算,即 21 ()2 2若令 c =12R 入式( 2,可得: q =3222(1 ) (1 )c c (2根据上述关系,便可按下式求得: 1 32 22( 1 ) ( 1 )i c c q (2国 内 的 一 般 运 输 车 辆 q 7 时,每端的死圈约为 1 。弹簧丝的直径 d ,弹簧的两支承端面可不必磨平。 d弹簧两支承端面则需磨平。磨平部分应不少于元周长的 34,端头厚度一般不小于,8 圆柱螺旋拉伸弹簧空载时,各圈应相互并拢。另外,为了节省轴向工作空间,并保证弹簧在空载时各圈相互压紧,常在卷绕的过程中,同时使弹簧丝绕其本身的轴线产生扭转。这样制成的弹簧,各圈相互间即具有一定的压紧力,弹簧丝中也产生了一 定的预应力,故称为有预应力的拉伸弹簧。这种弹簧一定要在外加的拉力大于初拉力 F 后,各圈才开始分离,故可较无预应力的拉伸弹簧节省轴向的工作空间。拉伸弹簧的端部制有挂钩,以便安装和加载。但因在挂钩过渡处产生很大的弯曲应力,故只宜用于弹簧丝直径 d 10弹簧中 13 。 1 柱螺旋弹簧的制造 螺旋弹 簧的制造工艺包括:卷制、挂钩的制作或端面圈的精加工、热处理、工艺性试验和强压处理等。 卷 制 分 冷 卷 及 热 卷 两 种 。 冷 卷 用 于 经 预 先 热 处 理 后 拉 成 的 直 径d(8 10)弹簧丝;直径较大的弹簧丝制作的强力弹簧则用热卷。热卷时的温度随弹簧丝的粗细在 800 1000C 的范围内选择 23 。 对于重要的压缩弹簧,为了保证 两端的承压面与其轴线垂直,应将端面圈在专用的磨床上磨平。对于拉伸弹簧和扭转弹簧,为了便于联接和加载,两端应制有挂钩或杆臂。弹簧制成后,如再进行一次强压处理,一般可提高其承载能力的 25%。 弹簧在完成上述工序后,均应进行热处理。冷卷后的弹簧只做回火处理,以消除卷制时产生的内应力。热卷是需经淬火及中温回火处理。热处理后的弹簧,表面不应出现显著的脱碳层。 此外,弹簧还需要进行工艺实验和根据弹簧的技术条件的规定进行精度、冲击、疲劳等试验,以检验弹簧是否符合技术要求。特别指出的是,弹簧的持久强度和抗冲击强度,在很大程 度上取决于弹簧丝的表面状况,所以弹簧丝表面必须光洁,无裂纹和伤痕等缺陷。表面脱碳会严重影响材料的疲劳强度和抗冲击性能。 为了提高承载能力,还可在弹簧制成后进行强压处理或喷丸处理。强压处理是使弹簧在超过极限载荷作用下持续 6 48h,以便在弹簧丝截面的表层高应力区产生塑形变形和有益的与工作应力反向的残余应力,使弹簧在工作时的最大应力下降,从而提高弹簧的承载能力。但用于长期振动、高温或腐蚀性介质中的弹簧,不宜进行强压处理 13 。 柱螺旋弹簧参数 为了使弹簧能够正常可靠地工作,弹簧材料必须具有高的弹性极限和疲劳极限,同时应具有足够的韧性和塑性,以及良好的可热处理性。 在本次的运输车辆制动器设计中用到了五种圆柱螺旋弹簧,分别为压盘回位弹簧、踏板回位弹簧等,现将这五种弹簧的各种参数列为表 5示: 表 5 簧 参 数 名称 参数 压盘回 位弹簧 锁 定 爪扭簧 踏板回 位弹簧 差速锁 摇臂扭簧 差速锁拔叉回位弹簧 材 料 弹簧钢 丝 弹簧钢 丝 弹簧钢 丝 弹簧钢 丝 弹簧钢 丝 弹簧丝直径 4 弹簧外径 21 簧内径 25 20 自由长度 130 7 55 向 任意 左 任意 右 任意 工作圈数 3 1 12 25 12 3 7 总圈数 验高度 (或长度) 192 32 实验载荷 (公斤) 第六章 盘式制动器花键设计 键的类型、特点和应用 花键连接可用于静连接或动连接。按其齿形的不同,可分为矩形花键和渐开线花键两类,均已标准化。 花键连接是由外花键和内花键组成,工作时依靠键齿的侧面来传递转矩。由于它是多齿传递载荷,所以花键连接的承受能力高,同时齿槽较浅,故对轴的削弱较小,且定心与导向性良好,但其加工复杂,需要专用设备。花键联接适用于定心精度要求高,载荷大或轮毂经常作轴向滑移的联接。 渐开线花键的齿廓为渐开线,分度圆压力角有 30 和 45 两种,齿顶高分别为 处 m 为模数。压力角为 45 的渐开线花键,由于齿形钝而短,与压力角为 30 的渐开线花键相比,对连接件的削弱较少,但齿的工作面高度较小,故承载能力较低,多用于载荷较轻,直径较小的静连接 13 。 在本设计中摩擦盘的轮毂就采用了分度圆压力角有 30 的渐开线花键联接形式。 键参数的确定与强度校核 ( 1)结合考虑现有刀具,这里初步定为齿数4 8 ( 2) 查阅简明机械零件设计手册 ,表 82 渐开线花键的尺寸系列,依据直径5 5 和齿数4 8 可以确定模数 m= 3) 查阅简明机械零件设计手册 ,表 82 渐开线花键联接的要素、代号及公式,可知:分度圆压力角 =30;理论工作齿高 h=m;分度圆直径55分度圆弧齿厚as= ( 4) 定心方式:一般情况下,推荐优先采用齿形定中心,因为这种定心方式对中性好,能获得多数齿同时接触。按外径定中心,(如径向负荷较大,齿形配合又需选用动配合的传动机构)。这种 定心方式:d=m(z+外花键齿顶倒角深度 f=获得较大定位面积,推荐1 模数 m 不小于 开线花键参数如表 6示: 表 6 开 线 花 键 参 数 标号 参数 a b 孔 轴 孔 轴 齿数 14 14 18 18 模数 度圆压力角 030 030 030 030 分度圆直径 35 35 45 45 齿条原始齿形位移 键外径 2H 0 10 93 9 ( )f 2H ( )f 花键内径 1H 34 1H 44 分度圆弧齿厚或齿槽宽 量棒直径 量棒间距离 定心方式 齿形 齿形 齿形 齿形 定心表面粗糙度 摩擦盘与轴的材料都是锻钢,用花键构成联接,装摩擦盘处的轴径5 5 摩 擦 盘 轮 毂 宽 度 为 L=18 需 传 递 的 转 矩T=,许用压力 60 40确定花键的齿数 Z 由公式 p= 32 1 0 T ( 6 式中 L 齿的工作长度 ,这里取 L=18 h 花 键 齿 侧 面 的 工 作 高 度 , 渐 开 线 花 键 , =30 查 设 计 手 册 取1 h=m= d 花键的平均直径 ,这里取55 p 花键联接的许用压力 ,单位 手册取 p=50 可得出,齿数 Z: 2 10p = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 2 . 5 1 8 3 5 6 0 =1 2 10p = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 2 . 5 1 8 4 5 4 0 =里取为4、 8。 花键联接其主要失效形式是工作面被压溃(静联接)或工作面过度磨损(动联接)。因此,静联接通常按工作面上的挤压应力通过强度计算,动联接则按工作面上的压力进行条件性的强度计算。 计算时,假定载荷在键的工作面上分布均匀,每个齿工作面上压力的合力 F 作用在平均直径引入系数来考虑实际载荷在各花键齿上分配不均的影响,则花键联接的强度条件为: 静 联接 32 10 = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 1 4 2 . 5 1 8 3 5 = 32 10 = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 1 8 2 . 5 1 8 4 5 = 动联接 32 10 = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 1 4 2 . 5 1 8 3 5 =32 10 = 32 4 5 4 . 5 1 00 . 7 1 8 2 . 5 1 8 4 5 =静联接、动联接均满足设计要求,故合适。 1 结 论 本次设计是盘式制动器部分。制动器器是车辆不可 或缺的一部分,其中制动器设计发展到今天,其技术已经成熟,但对于我们还没有踏出校门的学生来说,其中的设计理念还是很值得我们去探讨、学习的。 我在盘式制动器的设计中给予了分块处理:制动器概述、主要参数的确定、摩擦材料、摩擦盘、压盘、弹簧以及花键的设计和校核。在设计中以制动器的作用和意义为主线,来确定较为合理的方案和参数,以使制动器的合理性、经济性、可靠性和安全性得到保证。 盘式制动器的主要优点是: 1、热稳定性较好。因为制动摩擦衬块的尺寸不长,其工作表面的面积仅为制动盘面积的
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