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5张CAD图纸和说明书 基于 有限元 重型 货车 制动器 设计 cad 图纸 以及 说明书 仿单

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SY-025-BY-2毕业设计（论文）任务书学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称讲师从事专业是否外聘是否题目名称基于有限元重型货车制动器的设计一、设计（论文）目的、意义 重型货车是我国应用较广泛的运输车，而制动器是重型货车的重要部件，其制动性能是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性决定因素之一。应用Pro/E 软件建立制动器主要零件的实体模型,然后利用Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析，为重型货车制动器的设计与研究提供了一种方法，可缩该制动器的研发周期, 降低产品的研发成本, 并为进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基础。二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法）（一）设计内容 设计鼓式制动器的参数数据是采用CQ3253TMG384货车的具体参数如下： 整车质量： 空载：8900kg 满载：18900kg质心至前轴的距离：空载：2674mm满载：3822mm质心至后轴的距离：空载：2926mm满载：1778mm 质心高度： 空载：hg=1052mm满载：hg=1211mm轴 距： L=5600mm最高车速： 85km/h确定制动系统的总体结构，对制动器的主要参数进行计算及强度校和，利用Pro/E软件建立制动器三维模型装配图，通过干涉检查验证制动器设计的正确性，利用Ansys软件对摩擦衬片有限元分析。（二）研究方法1、参考相关资料，对比各种制动器优缺点，初步确定设计方案。2、实地考察相关类型的车，为最终设计方案提供依据。3、利用Pro/E软件建立制动器的三维模型, 利用Ansys软件对摩擦衬片有限元分析。三、设计（论文）完成后应提交的成果（一）计算说明部分完成设计说明书1.5万字，利用Pro/E软件建立制动器三维模型装配图，利用Ansys软件对摩擦衬片有限元分析。（二）图纸部分鼓制动器三维装配图零件图若干张，共计折合2张A0图纸。四、设计（论文）进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周（2月28日3月13日） （2）确定总体设计方案 第34周（3月14日3月27日） （3）对制动器参数进行设计第57周（3月28日4月17日） （4）建立制动器的三维零件及装配模型 第89周（4月18日5月1日） （5）Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析第1012周（5月2日5月22日） （5）书写设计说明书第1314周（5月23日6月5日） （6）设计审核、修改 第1516周（6月6日6月19日） （7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日6月26日） 五、主要参考资料1蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社2龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用.CAD/CAM计算机辅助设计与制造.2001，(7):70-803工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，20044黄天泽，黄金陵汽车车身结构与设计机械工业出版社，20005孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版6余志生 汽车理论M，机械工业出版社，19877陈家瑞主编.汽车构造.人民交通出版社出版8吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社，19979吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002六、备注指导教师签字：年 月 日教研室主任签字： 年 月 日SY-025-BY-10优秀毕业设计（论文）推荐表题 目基于有限元重型货车制动器的设计类别学生姓名系、专业、班级指导教师职 称讲师设计成果明细：答辩委员会评语：答辩委员会主任签字（盖章）： 系部公章： 年 月 日备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文或毕业设计The Graduation Design for Bachelors Degree Design of Weight Truck Brakes Based On Element Finite Candidate： Specialty：Class： Supervisor：本科学生毕业设计基于有限元重型货车制动器的设计系部名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目: 基于有限元重型货车制动器的设计 院 系 名 称: 专 业 班 级: 学 生 姓 名: 导 师 姓 名: 开 题 时 间: 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日SY-025-BY-3毕业设计开题报告学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称 基于有限元重型货车制动器的设计一、课题研究现状，选题的目的、依据和意义1、研究现状 随着经济的发展，汽车已经成为当今社会最重要的交通工具之一，随之而来的现象是人们对汽车的动力性、经济性、安全性与舒适性的重点关注。汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动器的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动器的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动器是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动器的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件，对汽车制动器进行深入的分析具有十分重要的意义。 目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整。在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。鼓式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少, 成本较低,便于维修。虽然在汽车制动器领域，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器是必然的趋势，但在现阶段，鼓式制动器依然占据着很重要的位置。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。现在轿车上应用最为广泛的是前盘后鼓式或全盘式制动器，其中20的轿车采用前盘后鼓式制动器虽然在轿车领域全鼓式制动器已基本上淘汰，但在商用车上应用最为广泛仍是全鼓式制动器，至于前盘后鼓式制动器或全盘式制动器只应用在有特殊需求客车或高档客车上。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。 鼓式制动器相对于盘式制动器，其制动效能和散热性要差许多。鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上，制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，制动蹄和制动鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙。针对以上缺点，现在鼓式制动器则采取一些改进措施： 1）合理确定制动鼓的直径 2）合理确定摩擦衬片宽度 3）合理确定轮毂散热结构 4）合理选择轮胎和轮辋5）加装气门嘴固定卡6）采用目前较先进的技术，以防车轮过热，如采用制动间隙自动调整臂、使用缓速器。 ProE是美国参数化公司(Parametric TechnologyCorporation，简称PTC)开发的CADCAECAM软件，是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。该软件先进的设计理念体现了机械设计自动化(Mechanical Design Automation，MDA)系列软件的最新发展方向，成为提供工业解决方案的有力工具，因而被广泛用于工业设计、机械设计、机构仿真、有限元分析、电子、航空、航天、军工等行业。随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，其应用领域的日益扩展，已使工程设计业和制造业发生了深刻的变化，这一点的产品结构设计发方面表现的尤为显著。三维造型技术、参数设计技术和虚拟现实技术等新概念、新办法已经渗透到传统的结构设计中，并发挥出前所未有的作用，推动工程设计技术的发展。PTC 公司的pro/e是现代CAD系统的代表，由它率先它采用的革命性的设计思想基于特征的参数化设计，领导了现代CAD发展的潮流。其主要特征功能有：全相关性、基于特征的参数化模型建模、先进的资料管理系统装配管理工程数据库再利用等，它易于使用，可在各种硬件平台上运行。可让使用者同时完成工业设计、结构设计功能，模拟加工制造，缩短产品开发的时间和流程。 ProE的参数化设计技术(又称尺寸驱动几何技术)的基本思想，是和几何约束确定产品形状的几何特征，参数化的产品模型由几何模型和几何约束共同构成，完备的约束模型通过尺寸对几何形状的某些控制元素加以约束，构成几何元素惟一完整的表示。参数化设计的优点(1)参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计，产品建模和修改系列产品设计提供了有效的手段。 (2)可满足设计具有相同或相近几何拓朴结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要。(3)可满足不同零件曲面的公式化高精度设计有限元技术是机械工程应用中普遍采用的现代设计技术之一，已经成为解决复杂的工程分心计算问题的有效途径，近年来随着计算机技术普遍提高，有限元技术取得了突飞猛进的法阵，求解问题的范围从线性问题发展到非线性问题，鼓式制动器具有系列化的特点，适于采用参数化的方法进行设计和分析计算。因此有限元分析软件对制动器的分析有重要意义。近几年国内外鼓式制动器的有限元分析的研究概况如下：1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA对一款卡车用鼓式制动器进行了有限元分析，发现制动鼓与摩擦衬片的法向压力呈非线性分布。王良模、彭育辉于2002年应用大型的机械软件IDEAS建立了某一国产双向自增力鼓式制动器的有限元模型，对其强度进行有限元方法的计算、分析。2003年吕振华、亓昌利用有限元分析软件ADINA建立一种蹄鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型，探讨了进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程，通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。此外，刘立刚、王学林利用ANSYS软件预测了某重型汽车的鼓式制动器分布式摩擦衬片的压力分布、制动扭矩、制动器的应力分布以及制动器的变形。2005年李亮、宋健通过建立循环制动过程中温度鼓式制动器三维有限元仿真场分析的快速有限元仿真模型，对鼓式制动器采用二维有限元仿真，获得瞬态温度场等仿真结果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元为手段研究了鼓式制动器啸叫的机理。2、选题的依据、目的和意义重型货车是我国应用较广泛的运输车，而制动器是重型货车的重要部件，其制动性能是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性决定因素之一。应用Pro/E 软件建立制动器主要零件的实体模型,然后利用Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析，为重型货车制动器的设计与研究提供了一种方法，可缩该制动器的研发周期, 降低产品的研发成本, 并为进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基础。二、设计的基本内容、拟解决的主要问题本重型货车设计的参数我以红岩牌CQ30系列汽车的技术参数为参考，选择的车型是CQ1300(CQ30.290/B38/164)，主要的技术参数是长宽高（mm）930025003084 轴距(mm)38001400 轮距（mm） 前轮/后桥2006/1810 最小离地间隙（mm）325 整车自质量（kg）111700 允许载质量（kg）18300总质量（kg）30000 发动机最大功率（kw/r/min）213/2100 最大扭矩（nm/r/min）1254/1300 制动装置型式 双管路气压式简单非平衡鼓式 前/后摩擦片宽度（mm）160/160 前/后制动鼓直径（mm）480/4801、基本内容（1）制动器的总体结构设计，（2）制动器的主要参数进行计算及强度校和；（3）运用pro/e软件进行实体建摸； （4）摩擦衬片进行有限元分析； （5）运用Autocad软件对制动器做出装配图及零件图； （6）总结设计过程，完成设计说明书;2、拟解决的主要问题 （1）确定鼓式制动器的基本参数; （2）制动器的制动鼓、蹄片和支撑的几何尺寸进行计算及强度校和; （3）摩擦衬片的有限元分析；三、技术路线（研究方法）查阅资料确定总体设计方案制动器的结构型式及选择 制动系选择 制动器主要零件的结构设计 制动器主要零件的强度校核和分析制动器的三维零件及装配模型运用ANSYS进行分析完成设计说明书四、论文进度安排（1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第12周（2月28日3月13日） （2）确定总体设计方案 第34周（3月14日3月27日） （3）对制动器参数进行设计第57周（3月28日4月17日） （4）建立制动器的三维零件及装配模型 第89周（4月18日5月1日） （5）Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析第1012周（5月2日5月22日） （5）书写设计说明书第1314周（5月23日6月5日） （6）设计审核、修改 第1516周（6月6日6月19日） （7）毕业设计答辩准备及答辩 第17周（6月20日6月26日） 五、参考文献.1 张海清，非石棉盘式制动器的发展现状J ，汽车技术 1993（6）.2 程国华.汽车制动系统发展漫谈J ：汽车运用，2003年第6期.3 朱旬，金海东.轿车制动主缸结构浅析J ：汽车研究与开发，1999 年第 2 期. 4 陈步童.微型汽车制动系统常见故障诊断与检修J ：无锡职业技术学院学报，2003.4期.5 张国强 车辆制动系统的发展现状及趋势浅析J 农业与技术 2009，29(3).6 张涛,王燕玲.汽车制动性能与测试J .仪器仪表学报 ,2002 ,22 (4) :197.7 张建俊.汽车检测技术M .北京:高等教育出版社 ,2003.8吴迎学. 汽车鼓式制动器的模糊优化设计J. 中南林学院学报 , 2000,(04)9张健,雷雨成,卫修敬. 领从蹄式鼓式制动器制动力矩计算方法研究J. 长沙交通学院学报 , 2001, (03) . 10蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社11龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用.CAD/CAM计算机辅助设计与制造.2001，(7):70-8012工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，200413孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版14余志生 汽车理论M，机械工业出版社，198715吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社16 陈家瑞.汽车构造 （第3 版）M.北京：人民交通出版社，1997:22017吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002E. 18 J. M. LEE，S. W. YOO，J. H. KIM, et al .A study on the squeal of a drum brakeof a drum brake which has shoes of non-uniform cross-section.Journal of Soundand vibration ,2001,240(5):789-80819 D. Severin, S. Drsch .Friction mechanism in industrial brakes.Wear ,2001,249 :771779六、备注指导教师意见：签字： 年 月 日 摘 要从汽车诞生时起，车辆制动系统在车辆的安全方面就起着决定性作用。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动器是保证行车安全的极为重要的一个系统此外，制动器的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。 制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件，对汽车制动器进行深入的分析具有十分重要的意义。本设计说明书主要介绍了鼓式制动器的设计。首先介绍了鼓式制动器的发展及其结构，并通过对鼓式制动器和盘式制动器的结构及优缺点进行分析。 最终确定采用领从蹄式鼓式制动器。 在计算出设计参数后，通过PRO/E三维制图软件建立模型，用ANSYS软件进行对制动器零件的校核分析。关键词：制动鼓；摩擦片；制动蹄；安全性；气压制动I ABSTRACTBorn from the car, the vehicle braking system on the vehicles security plays adecisive role. According to relevant information,the vehicle cause problems of thetraffic accident ,while the brake system failure is the total of 45% of the accident.Thus, the brake is to ensure the safety of the most important about a system.Inaddition, the brake is a direct impact on the average speed and efficiency of transport,ensure the efficiency of transport is an important factor. the brake is the brake systemthe most important of security parts, while the brake on the analysis is thereforetremendously significant.The main specification of the design introduced in order to study Santana2000car in order to carry out the design of drum brake. First introduced the development ofbrake drum and its structure, and through the drum brake and disc brake structure andanalysis of advantages and disadvantages. Ultimately determine the use of lead fromthe hoof-style drum brakes. In the calculation of design parameters, through the PRO /E model of three-dimensional graphics software, using ANSYS software to check onthe analysis of the brake parts.Key words: Brake；Parking brake；Drum brake；Disc brakes；Pressure brakeIISY-025-BY-6毕业论文指导教师评分表学生姓名系部专业、班级指导教师姓名职称从事专业是否外聘是否题目名称基于有限元重型货车制动器的设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度102题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力154研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性157科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度10得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 指导教师签字： 年 月 日SY-025-BY-8毕业论文答辩评分表学生姓名专业班级指导教师职 称讲师题目 基于有限元重型货车制动器的设计答辩时间月 日 时答辩组成员姓名出席人数序号评 审 指 标满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、理论意义或价值102研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力、综合运用知识的能力、应用文献资料和外文的能力203论文撰写水平、文题相符程度、写作规范化程度、篇幅、成果的理论或实际价值、创新性154毕业论文答辩准备情况55毕业论文自述情况206毕业论文答辩回答问题情况30总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 答辩组长签字： 年 月 日SY-025-BY-7毕业论文评阅人评分表学生姓名专业班级指导教师姓名职称题目基于有限元重型货车制动器的设计序号评 价 项 目满分得分1选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度152题目工作量；选题的理论意义或实际价值103查阅文献资料能力；综合运用知识能力204研究方案的设计能力；研究方法和手段的运用能力；外文应用能力255文题相符程度；写作水平156写作规范性；篇幅；成果的理论或实际价值；创新性15得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 评阅人签字： 年 月 日 第1章 绪 论1.1 课题背景及目的重型货车是我国应用较广泛的运输车，而制动器是重型货车的重要部件，其制动性能是确保车辆行驶的主、被动安全性和提升车辆行驶的动力性决定因素之一。应用Pro/E 软件建立制动器主要零件的实体模型,然后利用Ansys软件对制动器摩擦衬片有限元分析，为重型货车制动器的设计与研究提供了一种方法，可缩该制动器的研发周期, 降低产品的研发成本, 并为进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基础。1.2 国内外研究现状随着经济的发展，汽车已经成为当今社会最重要的交通工具之一，随之而来的现象是人们对汽车的动力性、经济性、安全性与舒适性的重点关注。汽车制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车；在下坡行驶时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。因此，必须充分考虑制动器的控制机构和制动执行机构的各种性能，然后进行汽车的制动器的设计以满足汽车安全行驶的要求。据有关资料的介绍，在由于车辆本身的问题而造成的交通事故中，制动系统故障引起的事故为总数的45%。可见，制动器是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动器的好坏直接影响车辆的平均车速和车辆的运输效率，也就是保证运输经济效益的重要因素。制动器是汽车制动系统中最重要的安全部件，对汽车制动器进行深入的分析具有十分重要的意义。 目前，汽车所用都制动器几乎都是摩擦式的，可分为鼓式和盘式两大类。盘式制动器的主要优点是一般无摩擦助势作用，因而制动器效能受摩擦系数的影响较小，即效能较稳定；浸水后效能降低较少，而且只须经一两次制动即可恢复正常；在输出制动力矩相同的情况下，尺寸和质量一般较小；制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小，不会像制动鼓的热膨胀那样使制动器间隙明显增加而导致制动踏板行程过大；较容易实现间隙自动调整。在高速刹车时能迅速制动，散热效果优于鼓式刹车,制动效能的恒定性好,便于安装像ABS那样的高级电子设备。鼓式制动器的主要优点是刹车蹄片磨损较少, 成本较低,便于维修。虽然在汽车制动器领域，盘式制动器将逐步取代鼓式制动器是必然的趋势，但在现阶段，鼓式制动器依然占据着很重要的位置。四轮轿车在制动过程中，由于惯性的作用，前轮的负荷通常占汽车全部负荷的70%-80%，前轮制动力要比后轮大，后轮起辅助制动作用，因此轿车生产厂家为了节省成本，就采用前盘后鼓的制动方式。现在轿车上应用最为广泛的是前盘后鼓式或全盘式制动器，其中20的轿车采用前盘后鼓式制动器虽然在轿车领域全鼓式制动器已基本上淘汰，但在商用车上应用最为广泛仍是全鼓式制动器，至于前盘后鼓式制动器或全盘式制动器只应用在有特殊需求客车或高档客车上。不过对于重型车来说，由于车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，因此许多重型车至今仍使用四轮鼓式的设计。 鼓式制动器相对于盘式制动器，其制动效能和散热性要差许多。鼓式制动器的制动力稳定性差，在不同路面上，制动力变化很大，不易于掌控。而由于散热性能差，在制动过程中会聚集大量的热量，制动蹄和制动鼓在高温影响下较易发生极为复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，引起制动效率下降。另外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调校刹车蹄的空隙。针对以上缺点，现在鼓式制动器则采取一些改进措施： 1）合理确定制动鼓的直径 2）合理确定摩擦衬片宽度 3）合理确定轮毂散热结构 4）合理选择轮胎和轮辋5）加装气门嘴固定卡6）采用目前较先进的技术，以防车轮过热，如采用制动间隙自动调整臂、使用缓速器。ProE是美国参数化公司(Parametric TechnologyCorporation，简称PTC)开发的CADCAECAM软件，是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。该软件先进的设计理念体现了机械设计自动化(Mechanical Design Automation，MDA)系列软件的最新发展方向，成为提供工业解决方案的有力工具，因而被广泛用于工业设计、机械设计、机构仿真、有限元分析、电子、航空、航天、军工等行业。随着计算机辅助设计和辅助制造技术的飞速发展，其应用领域的日益扩展，已使工程设计业和制造业发生了深刻的变化，这一点的产品结构设计发方面表现的尤为显著。三维造型技术、参数设计技术和虚拟现实技术等新概念、新办法已经渗透到传统的结构设计中，并发挥出前所未有的作用，推动工程设计技术的发展。PTC 公司的pro/e是现代CAD系统的代表，由它率先它采用的革命性的设计思想基于特征的参数化设计，领导了现代CAD发展的潮流。其主要特征功能有：全相关性、基于特征的参数化模型建模、先进的资料管理系统装配管理工程数据库再利用等，它易于使用，可在各种硬件平台上运行。可让使用者同时完成工业设计、结构设计功能，模拟加工制造，缩短产品开发的时间和流程。ProE的参数化设计技术(又称尺寸驱动几何技术)的基本思想，是和几何约束确定产品形状的几何特征，参数化的产品模型由几何模型和几何约束共同构成，完备的约束模型通过尺寸对几何形状的某些控制元素加以约束，构成几何元素惟一完整的表示。参数化设计的优点(1)参数化设计技术以其强有力的尺寸驱动修改图形功能为初始产品设计，产品建模和修改系列产品设计提供了有效的手段。 (2)可满足设计具有相同或相近几何拓朴结构的工程系列产品及相关工艺装备的需要。(3)可满足不同零件曲面的公式化高精度设计。有限元技术是机械工程应用中普遍采用的现代设计技术之一，已经成为解决复杂的工程分心计算问题的有效途径，近年来随着计算机技术普遍提高，有限元技术取得了突飞猛进的法阵，求解问题的范围从线性问题发展到非线性问题，鼓式制动器具有系列化的特点，适于采用参数化的方法进行设计和分析计算。因此有限元分析软件对制动器的分析有重要意义。近几年国内外鼓式制动器的有限元分析的研究概况如下8：1999年C. Hohmann, K.Schiffner, 使用ADINA对一款卡车用鼓式制动器进行了有限元分析，发现制动鼓与摩擦衬片的法向压力呈非线性分布。王良模、彭育辉于2002年应用大型的机械软件IDEAS建立了某一国产双向自增力鼓式制动器的有限元模型，对其强度进行有限元方法的计算、分析。2003年吕振华、亓昌利用有限元分析软件ADINA建立一种蹄鼓式制动器热弹性耦合动力学分析的三维有限元模型，探讨了进行制动器热弹性耦合有限元分析的过程，通过仿真计算得到制动器工作过程中摩擦副间接触力分布、制动鼓瞬态温度场、应力场、变形场等重要信息。此外，刘立刚、王学林利用ANSYS软件预测了某重型汽车的鼓式制动器分布式摩擦衬片的压力分布、制动扭矩、制动器的应力分布以及制动器的变形。2005年李亮、宋健通过建立循环制动过程中温度鼓式制动器三维有限元仿真场分析的快速有限元仿真模型，对鼓式制动器采用二维有限元仿真，获得瞬态温度场等仿真结果。2006年JinchunHuang,Charles M.Krousgrill以有限元为手段研究了鼓式制动器啸叫的机理。1.3 课题研究方法 任务要求确定制动系统的总体结构，对制动器的主要参数进行计算及强度校和，利用Pro/E软件建立制动器三维模型装配图，通过干涉检查验证制动器设计的正确性，利用Ansys软件对摩擦衬片有限元分析。深入了解汽车制动系统的构造及工作原理；并收集相关紧凑型轿车制动系统设计资料；参考现有研究成果，并进行深入的学习和分析，借鉴经验；同时学习有关汽车零部件设计准则；充分学习和利用画图软件，并再次学习机械制图，画出符合标准的设计图纸，通过自己的研究分析；发挥自己的设计能力并通过试验最终确定制动系统设计方案。1.4预期目标(1)具有良好的制动效能(2)具有良好的制动效能的稳定性(3)制动时汽车操纵稳定性好(4)制动效能的热稳定性好1.5设计主要内容确定鼓式制动器的基本参数，对制动器的制动鼓、蹄片和支撑的几何尺寸进行计算及强度校和，利用Pro/E软件建立制动器三维模型装配图，通过干涉检查验证制动器设计的正确性，利用Ansys软件对摩擦衬片有限元分析。第2章 总体设计方案汽车的制动性是汽车的主要性能之一。制动性直接关系到行使安全性，是汽车行使的重要保障。随着高速公路迅速的发展和车流密度的日益增大，出现了频繁的交通事故。因此，改善汽车的制动性始终是汽车设计制造和使用部门的主要任务。制动系的功用是使汽车以适当的减速度降速行使直至停车；在下坡行使时，使汽车保持适当的稳定车速；使汽车可靠地停在原地或坡道上。制动系至少应有两套独立的制动装置，即行车制动装置和驻车制动装置。前者用来保证前两项功能，后者用来保证第三项功能。设计汽车制动系应满足如下主要要求16：（1）应能适应有关标准和法规的规定；（2）具有足够的制动效能，包括行车制动效能和驻车制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标来评定的；驻坡能力是以汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度来评定的。详见QC/T239-1997；（3）工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路，当其中一套管路失效时，另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没有失效时规定值的30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器，而驱动机构应各自独立。行车制动装置都用脚操纵，其他制动装置多为手操纵；（4）制动效能的热稳定性好。具体要求详见QC/T582-1999；（5）制动效能的水稳定性好；（6）在任何速度下制动时，汽车都不应丧失操纵稳定性和方向稳定性。有关方向稳定性的评价标准，详见QC/T239-1997；（7）制动踏板和手柄的位置和行程符合人-机工程学要求，即操作方便性好，操纵轻便、舒适、能减少疲劳；（8）作用滞后的时间要尽可能短，包括从制动踏板开始动作至达到给定制动效能水平所需的时间和从放开踏板至完全解除制动的时间；（9）制动时不产生振动和噪声；（10）转向装置不产生运动干涉，在车轮跳动或转向时不会引起自行制动；（11）应有音响或光信号等警报装置，以便及时发现制动驱动机件的故障和功能失效；（12）用寿命长，制造成本低；对摩擦材料的选择也应考虑到环保要求，应力求减少制动时飞散到大气中的有害人体的石棉纤维；（13）磨损后，应有能消除因磨损而产生间隙的机构，且调整间隙工作容易，最好设置自动调整间隙机构。防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性和方向稳定性，缩短制动距离，所以近年来防抱死制动系统（ABS）在汽车上得到了很快的发展和应用。此外，由于含有石棉的摩擦材料存在石棉有公害问题，已被逐渐淘汰，取而代之的各种无石棉材料相继研制成功。2.1 制动原理和工作过程要使行使中的汽车减速，驾驶员应踩下制动踏板，通过推杆和主缸活塞，使主缸内的油液在一定压力下流入轮缸，并通过两个轮缸活塞推动两制动蹄绕支撑销转动，上端向两边分开而其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。这样，不旋转的制动蹄就对旋转的制动鼓作用一个摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反。制动鼓将该力矩传到车轮后，由于车轮与路面间有附着作用，车轮对路面作用一个向前的周缘力，同时路面也对车轮作用一个向后的反作用力，即制动力。制动力由车轮经车桥和悬架传给车架和车身，迫使整个汽车产生一定的减速度。制动力越大，制动减速度越大。当放开制动踏板时，复位弹簧即将制动蹄拉回复位，摩擦力矩和制动力消失，制动作用即行终止。图2.1 制动系统工作原理2.2 制动器的结构方案分析 制动器主要有摩擦式、液力式和电磁式等几种形式。目前广泛使用的是摩擦式制动器。摩擦式制动器按摩擦副结构形式不同，可分为鼓式，盘式和带式三种。带式制动器只用作中央制动器，本文不做介绍。2.3鼓式制动器 鼓式制动器是最早形式的汽车制动器，当盘式制动器还没有出现前，它已经广泛用于各类汽车上。鼓式制动器又分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两种结构型式。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对带有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，后者则安装在制动底板上，而制动底板则紧固在前桥的前梁或后桥桥壳半袖套管的凸缘上，其旋转的摩擦元件为制动鼓。车轮制动器的制动鼓均固定在轮鼓上。制动时，利用制动鼓的圆柱内表面与制动蹄摩擦路片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩，故又称为蹄式制动器。外束型鼓式制动器的固定摩擦元件是带有摩擦片且刚度较小的制动带，其旋转摩擦元件为制动鼓，并利用制动鼓的外因柱表面与制动带摩擦片的内圆弧面作为一对摩擦表面，产生摩擦力矩作用于制动鼓，故又称为带式制动器。在汽车制动系中，带式制动器曾仅用作一些汽车的中央制动器，但现代汽车已很少采用。所以内张型鼓式制动器通常简称为鼓式制动器，通常所说的鼓式制动器就是指这种内张型鼓式结构。鼓式制动器按蹄的类型分为： 1、领从蹄式制动器如图2.2所示，若图上方的旋向箭头代表汽车前进时制动鼓的旋转方向(制动鼓正向旋转)，则蹄1为领蹄，蹄2为从蹄。汽车倒车时制动鼓的旋转方向变为反向旋转，则相应地使领蹄与从蹄也就相互对调了。这种当制动鼓正、反方向旋转时总具有一个领蹄和一个从蹄的内张型鼓式制动器称为领从蹄式制动器。领蹄所受的摩擦力使蹄压得更紧，即摩擦力矩具有“增势”作用，故又称为增势蹄；而从蹄所受的摩擦力使蹄有离开制动鼓的趋势，即摩擦力矩具有“减势”作用，故又称为减势蹄。“增势”作用使领蹄所受的法向反力增大，而“减势”作用使从蹄所受的法向反力减小。领从蹄式制动器的效能及稳定性均处于中等水平，但由于其在汽车前进与倒车时的制动性能不变，且结构简单，造价较低，也便于附装驻车制动机构，故这种结构仍广泛用于中、重型载货汽车的前、后轮制动器及轿车的后轮制动器。2、双领蹄式制动器若在汽车前进时两制动蹄均为领蹄的制动器，则称为双领蹄式制动器。显然，当 图2.2 领从蹄式制动器 汽车倒车时这种制动器的两制动蹄又都变为从蹄故它又可称为单向双领蹄式制动器。如图2.3所示，两制动蹄各用一个单活塞制动轮缸推动，两套制动蹄、制动轮缸等机件在制动底板上是以制动底板中心作对称布置的，因此，两蹄对制动鼓作用的合力恰好相互平衡，故属于平衡式制动器。双领蹄式制动器有高的正向制动效能，但倒车时则变为双从蹄式，使制动效能大降。这种结构常用于中级轿车的前轮制动器，这是因为这类汽车前进制动时，前轴的动轴荷及 附着力大于后轴，而倒车时则相反。 图2.3 双领蹄式制动器3、双向双领蹄式制动器当制动鼓正向和反向旋转时，两制动助均为领蹄的制动器则称为双向双领蹄式制动器。它也属于平衡式制动器。由于双向双领蹄式制动器在汽车前进及倒车时的制动性能不变，因此广泛用于中、轻型载货汽车和部分轿车的前、后车轮，但用作后轮制动器时，则需另设中央制动器用于驻车制动。如图2.4所示。4、单向增力式制动器单向增力式制动器如图所示两蹄下端以顶杆相连接，第二制动蹄支承在其上端制动底板上的支承销上。由于制动时两蹄的法向反力 不能相互平衡，因此它居于一种非 图2.4 双向双领蹄式制动器平衡式制动器。单向增力式制动器在汽车前进制动时的制动效能很高，且高于前述的各种制动器，但在倒车制动时，其制动效能却是最低的。因此，它仅用于少数轻、中型货车和轿车上作为前轮制动器。如图2.5所示。图2.5 单向增力式制动器5、双向增力式制动器将单向增力式制动器的单活塞式制动轮缸换用双活塞式制动轮缸，其上端的支承销也作为两蹄共用的，则成为双向增力式制动器。对双向增力式制动器来说，不论汽车前进制动或倒退制动，该制动器均为增力式制动器。双向增力式制动器在大型高速轿车上用的较多，而且常常将其作为行车制动与驻车制动共用的制动器，但行车制动是由液压经制动轮缸产生制动蹄的张开力进行制动，而驻车制动则是用制动操纵手柄通过钢索拉绳及杠杆等机械操纵系统进行操纵。双向增力式制动器也广泛用作汽车的中央制动器，因为驻车制动要求制动器正向、反向的制动效能都很高，而且驻车制动若不用于应急制动时也不会产生高温，故其热衰退问题并不突出。但由于结构问题使它在制动过程中散热和排水性能差，容易导致制动效率下降。因此，在轿车领域上己经逐步退出让位给盘式制动器。但由于成本比较低，仍然在一些经济型车中使用，主要用于制动负荷比较小的后轮和驻车制动。 图2.6 双向增力式制动器6、凸轮式制动器目前所有国产汽车和部分外国汽车的气压制动系中，都采用凸轮促动的车轮制动器，而且大都设计成领从蹄式，凸轮促动的双向自增力式制动器只宜用作中央制动器。制动时，制动调整臂在制动气室的推动下，带动制动凸轮轴转动，推使两制动蹄压靠制动鼓，制动凸轮的工作表面轮廓是中心对称的两段偏心圆弧。这种凸轮的促动力对凸轮中心的力臂是随凸轮转角而变化的，因而即使输入制动凸轮轴的力矩不变，凸轮对蹄的促动力也会随凸轮转角而变化。2.4方案确定本次设计以CQ3253TMG384型货车为依据，采用领从蹄鼓式制动器，且为凸轮式制动器。由于重型货车的行驶速度一般较低，而且通常是是长距离运输，则采用操纵轻便，工作可靠，不易出故障，维修方便的气压制动, 一般气压制动的重型货车都采用凸轮制动器。2.5本章小结本章确定了制动系统方案为制动系统采用气压制动控制机构，重型货车制动器的设计为后轮鼓式制动器，并采用气压制动，制动凸轮与制动蹄之间采用滚轮传动，借以提高机械效率。 第3章 制动器的设计计算3.1制动系统主要参数数值 设计鼓式制动器的参数数据是采用CQ3253TMG384货车的具体参数如下： 整车质量： 空载：8900kg 满载：18900kg质心至前轴的距离： 空载：2674mm 满载：3822mm质心至后轴的距离： 空载：2926mm 满载：1778mm 质心高度： 空载：hg=1052mm 满载：hg=1211mm轴 距： L=5600mm最高车速： 85km/h轮 胎： 11.00-203.2同步附着系数的分析汽车制动时，若忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性力矩，则对任意角速度0的车轮，其力矩平衡方程为 （3.1）式中：制动器对车轮作用的制动力矩，即制动器的摩擦力矩，其方向与车轮旋转方向相反，Nm； 地面作用于车轮上的制动力，即地面与轮胎之间的摩擦力，又称为地面制动力，其方向与汽车行驶方向相反，N； 车轮有效半径，m。令 （3.2）称之为制动器制动力，它是在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力。一般汽车根据前、后轮制动力的分配、载荷情况及道路附着系数和坡度等因素，当制动力足够时，制动过程出现前后轮同时抱死拖滑时附着条件利用最好6。任何附着系数路面上前后同时抱死的条件为（=0.85）： （3.3） （3.4）式中：G-汽车重力；前制动器制动力，N；后制动器制动力，N； 质心到前轴的距离，mm； 质心到后轴的距离，mm。得： =71914N =78522N一般常用制动器制动力分配系数来表示分配比例 前、后制动器制动力分配的比例影响到汽车制动时方向稳定性和附着条件利用程度。要确定值首先就要选取同步附着系数。一般来说，我们总是希望前轮先抱死（）。根据有关文献推荐以及我国道路条件，车速不高，所以本车型取0.5左右为宜。由 （3.5）式中：同步附着系数； 质心高度，mm； 轴距，mm； 质心到后轴的距离，mm 得： (1)当时：制动时总是前轮先抱死，这是一种稳定工况，但丧失了转向能力；(2)当时：制动时总是后轮先抱死，这时容易发生后轴侧滑而使汽车失去方向稳定性；(3)当时：制动时汽车前、后轮同时抱死，是一种稳定工况，但也丧失了转向能力。分析表明14，汽车在同步附着系数为的路面上制动(前、后车轮同时抱死)时，其制动减速度为，即，为制动强度。而在其他附着系数的路面上制动时，达到前轮或后轮即将抱死的制动强度这表明只有在的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用6。根据相关资料查出货车0.5，故取=0.74。为保证汽车制动时的方向稳定性和有足够的附着系数利用率，ECE的制动法规规定，在各种载荷条件下，轿车在0.15q0.8，其他汽车在0.15q0.3的范围内，前轮应先抱死；在车轮尚未抱死的情况下，在0.150.8的范围内，必须满足q。3.3 制动器最大制动力矩确定应合理地确定前、后轮制动器的制动力矩，以保证汽车有良好的制动效能和稳定性。双轴汽车前后车轮附着力同时被充分利用或前后车轮同时抱死的制动力之比为 （3.6） 式中：前制动器制动力，N； 后制动器制动力，N； 质心到前轴的距离，mm； 质心到后轴的距离，mm。 同步附着系数，0.74。 通常上式的比值为轿车1.3 到1.6，货车为0.5到0.7。因此可知前后制动器比值符合要求由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩： （3.7）式中：该车所能遇到的最大附着系数； 制动强度； 车轮有效半径； 后轴最大制动力矩； 汽车满载质量； 汽车轴距； 其中故后轴Nm前轴Nm3.4鼓式制动器的主要参数选择在有关的整车总布置参数和制动器的结构形式确定以后，就可以参考已有的同类型、同等级汽车的同类制动器，对制动器的结构参数进行初选。3.4.1 制动鼓直径当输出力一定时，制动鼓的直径越大，制动力矩也越大，散热性能也越好。但止境的尺寸受到轮辋内径的限制，而且直径的增大也使制动鼓的质量增大，使汽车的非悬挂质量增大，而不利于汽车的行驶平顺性。制动鼓与轮辋之间应有相当的间隙，此间隙一般不小于2030mm,以利于散热通风，也可避免由于轮辋过热而损坏轮胎。由此间隙要求及轮辋的尺寸及渴求得制动鼓直径的尺寸。另外，制动鼓直 D=20mmD=355.6-421.64 mm通过查表3.1得制动鼓内径D=420mm径与轮辋直径之比为根据QC/T309-1999制动鼓工作及制动蹄片宽度尺寸系列 制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时温升不应超过极限值。制动鼓材料应与摩擦衬片相匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面磨损均匀。表3.1 制动鼓内径选取对照表轮辋直径/in1213141516制动鼓内径/mm轿车180200240260-轿车220240260300320制动鼓相对于轮毂的对中是圆柱表面的配合来定位，并在两者装配紧固后精加工制动鼓内工作表面，以保证两者的轴线重合。两者装配后还需进行动平衡。其许用不平衡度对轿车为15Ncm20 Ncm；对货车为30 Ncm40 Ncm。微型轿车要求其制动鼓工作表面的圆度和同轴度公差0.03mm，径向跳动量0.05mm，静不平衡度1.5N.cm11。制动鼓壁厚的选取主要是从其刚度和强度方面考虑。壁厚取大些也有利于增大其热容量，但试验表明，壁厚由ll mm增至20 mm时，摩擦表面的平均最高温度变化并不大。一般铸造制动鼓的壁厚：轿车为7mm12mm；中、重型载货汽车为13mm18mm8。制动鼓在闭口一侧外缘可开小孔，用于检查制动器间隙。由上述可以确定本次设计采用的材料是HT20-40；制动鼓的壁厚是14.5mm；进行制动鼓建模的时候会用到这个数值。3.4.2 摩擦衬片宽度b和包角摩擦衬片的包角可在9001200范围内选取，试验表明，摩擦衬片包角在9001200时，磨损最小，制动鼓温度也最低，且制动效能最高。再减小包角虽有利于散热，但由于单位压力过高将加速磨损。包角一般不宜大于1200，因过大不仅不利于散热，而且易使制动作永不平顺，甚至可能发生自锁。摩擦衬片宽度较大可以降低单位压力、减小磨损，但过大则不易保证与制动鼓全面接触。通常是根据在紧急制动时使单位压力不超过2.5 M的条件来选择衬片宽度的。设计时应尽量按摩擦片的产品规格选择宽度值。另外，根据国外统计资料可知，单个鼓式制动器总的摩擦衬片面积随汽车总质量的增大而增大。而单个摩擦衬片的面积又决定与制动鼓的半径，衬片宽度及包角。即 （3.8） 式中，包角以弧度为单位，当面积、包角、半径确定后，由上式可以初选衬片宽度的尺寸。 制动器各蹄摩擦衬片总面积越大，制动时产生的单位面积正压力越小，从而磨损也越小。 a、参考同类汽车选取，一般b/D=0.160.26,取0.25，故b=115mmb、取蹄包角 领蹄包角 从蹄包角 （3.9）式中：单个摩擦衬片的面积，mm2； 制动鼓内径，mm； 摩擦片的宽度，mm； 领蹄包角，； 从蹄包角，； 得： =4203.14105（100+100）/360= 80776.5mm2c、摩擦衬片起始角，一般将衬片布置在制动蹄的中央，即令：有时为了适应单位压力的分布情况，将衬片相对于最大压力点对称布置，以改善制动效能和磨损的均匀性。3.4.3 制动器中心到张开力P作用线和距离e在保证轮缸能够布置于制动鼓内的条件，应使距离e尽可能大，以提高制动效能。初步设计可取 e=0.8R （3.10） 式中：制动器中心到张开力距离mm； 制动鼓半径，mm。 故e=168mm 3.4.4制动蹄支销中心的坐标位置是k 与 c制动蹄支销中心的坐标尺寸 k 是应尽可能地小, 以不使两制动蹄端毛面相碰擦为准，使尺寸 c 尽可能地大，设计可定 c=0.8R （3.11） 式中：c制动器中心到张开力距离mm； 制动鼓半径，mm。故c=168mm K尽可能的小，以使c尽可能的大，初步设计取k=28mm。制动蹄的支承采用二自由度制动筛的支承，结构简单，并能使制动蹄相对制动鼓自行定位。为了使具有支承销的一个自由度的制动蹄的工作表面与制动鼓的工作表面同轴心，应使支承位置可调。例如采用偏心支承销或偏心轮。支承销由45号钢制造并高频淬火。其支座为可锻铸铁(KTH37012)或球墨铸铁(QT40018)件。青铜偏心轮可保持制动蹄腹板上的支承孔的完好性并防止这些零件的腐蚀磨损。具有长支承销的支承能可靠地保持制动蹄的正确安装位置，避免侧向偏摆。有时在制动底板上附加一压紧装置，使制动蹄中部靠向制动底板，而在轮缸活塞顶块上或在张开机构调整推杆端部开槽供制动蹄腹板张开端插入，以保持制动蹄的正确位置。制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车的约为3mm5mm；货车的约为5mm8mm。摩擦衬片的厚度，轿车多为4.5mm5mm；货车多为8mm以上。衬片可铆接或粘贴在制动蹄上，粘贴的允许其磨损厚度较大，使用寿命增长，但不易更换衬片；铆接的噪声较小9。本次制动蹄采用的材料为Q235。制动蹄腹板和缘翼的厚度取6mm，摩擦衬片的厚度取10mm。3.4.5摩擦片摩擦系数选择摩擦片时不仅希望其摩擦系数要高些，更要求其热稳定性要好，受温度和压力的影响要小。不能单独地追求摩擦材料的高摩擦系数，应提高对摩擦系数的稳定性和降低制动器对摩擦系数偏离正常值的敏感性要求，后者对蹄式制动器是非常重要的。各种制动器用摩擦材料的摩擦系数的稳定值约为0.30.5之间，少数可达0.7。一般说来，摩擦系数越高的材料，其耐磨性越差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。当前国产的摩擦片材料温度低于250度时，保持摩擦系数在0 .30.4已无大问题。因此，在假设的理想条件下计算制动器的制动力矩，取0.3可使计算结果接近世纪。另外，在选择摩擦材料时应尽量采用减少污染和对人体无害的材料。制动摩擦材料应只有角而稳定的摩擦系数，抗热衰退性能要好，不应在温升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降，材料应有好的耐磨性，低的吸水(油、制动液)率，低的压缩率、低的热传导率(要求摩擦衬块么300的加热板上：作用30min后，背板的温度不越过190)和低的热膨胀率，高的抗压、抗打、抗剪切、抗弯购性能和耐冲击性能；制动时应不产生噪声、不产生不良气味。当前，在制动器生产中广泛采用着模压材料，它是以石棉纤维为主并均树脂粘站剂、调整摩擦性能的填充刑(出无机粉粒及橡胶、聚合树脂等配成)勺噪声消除别(主要成分为石墨)等混合后，在高温厂模压成型的。模压材料的挠性较差故应按衬片或衬块规格模压3。其优点是可以选用各种不同的聚合树脂配料，使衬片或衬块具有不同的摩擦性能及其他性能。本次设计采用的是模压材料。3.4.6制动底板的材料选择制动底板是除制动鼓外制动器各零件的安装基体，应保证各安装零件相互间的正确位置5。制功底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它应有足够的刚度。为此，由钢板冲压成形的制动底板均只有凹凸起伏的形状。重型汽车则采用可联铸铁KTH37012的制动底板。刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程加大，衬片磨损也不均匀。本次设计采用KTH37012。3.4.7制动气室的选择制动气室有膜片式和活塞式两种。膜片式的结构简单，对室壁的加工要求不高，无摩擦副，密封性好。活塞式的行程较长，推力一定但有磨损，通过比较我选择膜片式制动气室。两蹄的张开力、与制动气室的推力之间的关系由下式表示： （3.12）式中：，对凸轮中心的力臂，mm； 力对凸轮轴线的力臂，mm； 得： N为了输出力，制动气室的工作面积为 （3.13）式中：制动气室的工作压力，MPa； 得： mm2 制动气室的工作半径为 （3.14）式中：制动气室的工作面积，mm2 ；得： mm则取77mm3.5同一制动器各蹄产生的制动力矩在计算鼓式制动器时，必须建立制动蹄对制动鼓的压紧力与所产生的制动力矩之间的关系，其计算公式如下对于增势蹄： （3.15） （3.16）其中： 为压力分布不均匀时蹄片上的最大压力。 =239.7对于减势蹄： （3.17） （3.18）式中： 为压力分布不均匀时蹄片上的最大压力。 =235.4增势蹄的制动力矩 =减势蹄的制动力矩制动鼓上的制动力矩等于两蹄摩擦力矩之和，即凸轮张开机构的制动器由于，故所需的张开力为 N N 计算蹄式制动器必须检查蹄有无自锁的可能。蹄式制动器的自锁条件为即式成立，则不会自锁。故此蹄式制动器不会自锁。3.6制动器制动因数计算1、领蹄制动蹄因数：图3.1 鼓式制动器简化受力图 根据公式 ： （3.19） 得 ： =0.79 h/b=2;c/b=0.82、从蹄制动蹄因数 根据公式 （3.20） 得 =0.48 3.7本章小结 本章的主要内容是完成了同步附着参数及鼓式制动器的基本参数设计，还确定了鼓式制动器的主要零部件的结构设计。第4章 制动性能分析汽车的制动性是指汽车在行驶中能利用外力强制地降低车速至停车或下长坡时能维持一定车速的能力。4.1制动性能评价指标汽车制动性能主要由以下三个方面来评价：（1）制动效能，即制动距离和制动减速度；（2）制动效能的稳定性，即抗衰退性能；（3）制动时汽车的方向稳定性，即制动时汽车不发生跑偏、侧滑、以及失去转向能力的性能2。4.2制动效能制动效能是指在良好路面上，汽车以一定初速度制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度。制动效能是制动性能中最基本的评价指标。制动距离越小，制动减速度越大，汽车的制动效能就越好9。4.3制动效能的恒定性制动效能的恒定性主要指的是抗热衰性能。汽车在高速行驶或下长坡连续制动时制动效能保持的程度。因为制动过程实际上是把汽车行驶的动能通过制动器吸收转换为热能，所以制动器温度升高后能否保持在冷态时的制动效能，已成为设计制动器时要考虑的一个重要问题。4.4制动时汽车的方向稳定性制动时汽车的方向稳定性，常用制动时汽车给定路径行驶的能力来评价。若制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力。则汽车将偏离原来的路径。制动过程中汽车维持直线行驶，或按预定弯道行驶的能力称为方向稳定性。影响方向稳定性的包括制动跑偏、后轴侧滑或前轮失去转向能力三种情况5。制动时发生跑偏、侧滑或失去转向能力时，汽车将偏离给定的行驶路径。因此，常用制动时汽车按给定路径行驶的能力来评价汽车制动时的方向稳定性，对制动距离和制动减速度两指标测试时都要求了其试验通道的宽度。方向稳定性是从制动跑偏、侧滑以及失去转向能力等方面考验。制动跑偏的原因有两个： （1）汽车左右车轮，特别是转向轴左右车轮制动器制动力不相等。 （2）制动时悬架导向杆系与转向系拉杆在运动学上的不协调（互相干涉）。前者是由于制动调整误差造成的，是非系统的。而后者是属于系统性误差。侧滑是指汽车制动时某一轴的车轮或两轴的车轮发生横向滑动的现象。最危险的情况是在高速制动时后轴发生侧滑。防止后轴发生侧滑应使前后轴同时抱死或前轴先抱死后轴始终不抱死2。理论上分析如下，真正的评价是靠实验的。4.5制动器制动力分配曲线分析对于一般汽车而言，根据其前、后轴制动器制动力的分配、载荷情况及路面附着系数和坡度等因素，当制动器制动力足够时，制动过程可能出现如下三种情况：（1）前轮先抱死拖滑，然后后轮抱死拖滑。（2）后轮先抱死拖滑，然后前轮抱死拖滑。（3）前、后轮同时抱死拖滑。 所以，前、后制动器制动力分配将影响汽车制动时的方向稳定性和附着条件利用程度，是设计汽车制动系必须妥善处理的问题。根据所给参数及制动力分配系数，应用MATLAB编制出制动力分配曲线如下：当I线与线相交时，前、后轮同时抱死。当I线在线下方时，前轮先抱死。当I线在线上方时，后轮先抱死通过图3.1可以看出相关参数和制动力分配系数的合理性16。4.6制动减速度制动系的作用效果，可以用最大制动减速度及最小制动距离来评价。假设汽车是在水平的，坚硬的道路上行驶，并且不考虑路面附着条件，因此制动力是由制动器产生。此时= （4.1）式中：汽车前、后轮制动力矩的总合。= M+ M=46820Nm r滚动半径 r=542,5mmGa汽车总重 Ga=18900kg代入数据得=46820/00.542518900=4.6m/s货车的制动减速度应在4.4-6m/s，所以符合要求。4.7制动距离S在匀减速度制动时，制动距离S为 S=1/3.6（t+ t/2）Va+ Va/254 （4.2） 式中：t消除蹄与制动鼓间隙时间，取0.2s t制动力增长过程所需时间取0.6s 故S=1/3.6（0.2+ 0.6/2）30+ 30/2540.85=8m 轿车的最大制动距离为：S=0.1V+V/150 V取30km/小时。 S=0.1+30/150=9m S solve Current LS 命令，对模型求解。进行扩展求解，从主菜单中选择solution进入求解器模块，选择load step opts进行进一步操作，再次求解，从主菜单中选择Solution solve Current LS 命令，显示结果振型图6-19.2、 完成零件的有限元模型建立后，如静力分析一样定义单元类型、定义材料属性以及网格划分（如图6-18）。从主菜单中选择solution进入求解器模块，选择分析类型为“Modal”,施加边界条件输入的频率值为2844Hz，从主菜单中选择Solution solve Current LS 命令，对模型求解。进行扩展求解，从主菜单中选择solution进入求解器模块，选择load step opts进行进一步操作，再次求解，从主菜单中选择Solution solve Current LS 命令，显示结果振型图6-20。 图6-18网格划分图6-19振型 图6-20 振型通过图能够显示出制动蹄在频率为1246Hz时的偏移位移较大并且振型为制动蹄腹板平面的弯曲，而在频率为2844Hz时的偏移位移较小并且阵型几乎不变，可以看出制动蹄与摩擦片在运动过程中无耦合现象，由于制动蹄与摩擦片相互约束，二者在实际约束下模态固有频率会有所提高。6.3本章小结本章的主要内容是利用ANSYS软件进行鼓式制动器零件的分析，完成了摩擦片、制动蹄和制动鼓的静力分析，并制动蹄的动力分析。在分析的过程中，运用了前处理模块、求解模块和后处理模块，以保证制动器零件符合设计要求。结 论本次毕业设计是以CQ3253TMG384货车为研究对象，为其设计鼓式制动器。我通过查阅资料研究和总结以及对货车制动系统的结构和形式进行分析后，确定了鼓式制动器的基本形式为凸轮式制动器。鼓式制动器的设计主要是摩擦片与制动蹄的配合问题，以及与制动鼓之间的摩擦问题。通过设计计算得出制动鼓的内径为420mm, 制动蹄摩擦衬片的包角=,摩擦衬片初始角=,摩擦衬片的宽度b=115mm等重要设计数据。并对鼓式制动器各个零件的材料进行了选择。用Pro/Engineer 野火版 3.0软件进行鼓式制动器零件的建模和装配，在通过对鼓式制动器的制动性能的分析，包括利用ANSYS软件对摩擦片、制动蹄、制动鼓进行静态分析，而且完成了制动蹄的模态分析后，得出符合设计要求的结论。本次毕业设计还有很多的不足需要继续研究和思考，我设计的鼓式制动器在制动底板形状、外观上不是很好。对于鼓式制动器的分析，我觉得可以进一步进行优化设计，已达到改善制动器的结构，使制动器更完美。参考文献1 张海清，非石棉盘式制动器的发展现状J ，汽车技术 1993（6）.2 程国华.汽车制动系统发展漫谈J ：汽车运用，2003年第6期.3 朱旬，金海东.轿车制动主缸结构浅析J ：汽车研究与开发，1999 年第 2 期. 4 陈步童.微型汽车制动系统常见故障诊断与检修J ：无锡职业技术学院学报，2003.4期.5 张国强 车辆制动系统的发展现状及趋势浅析J 农业与技术 2009，29(3).6 张涛,王燕玲.汽车制动性能与测试J .仪器仪表学报 ,2002 ,22 (4) :197.7 张建俊.汽车检测技术M .北京:高等教育出版社 ,2003.8吴迎学. 汽车鼓式制动器的模糊优化设计J. 中南林学院学报 , 2000,(04)9张健,雷雨成,卫修敬. 领从蹄式鼓式制动器制动力矩计算方法研究J. 长沙交通学院学报 , 2001, (03) . 10蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社11龚曙光.ANSYS在应力分析设计中的应用.CAD/CAM计算机辅助设计与制造.2001，(7):70-8012工程中的有限元方法(第3版)机械工业出版社，200413孙桓主编.机械设计.机械工业出版社出版14余志生 汽车理论M，机械工业出版社，198715吴镇著.理论力学.上海:上海交通大学出版社16 陈家瑞.汽车构造 （第3 版）M.北京：人民交通出版社，1997:22017吕慧瑛.机械设计基础.北京:清华大学出版社，2002E. 18 J. M. LEE，S. W. YOO，J. H. KIM, et al .A study on the squeal of a drum brakeof a drum brake which has shoes of non-uniform cross-section.Journal of Soundand vibration ,2001,240(5):789-80819 D. Severin, S. Drsch .Friction mechanism in industrial brakes.Wear ,2001,249 :771779致 谢经过两个多月的努力,终于完成了重型货车制动器的设计与计算.在这次设计中,真正综合运用了大学四年中学到的绝大多数知识，这是一个联系实际，实践性很强的一个教学环节。在设计期间遇到了很多具体问题，通过老师和同学们的帮助，得以及时的解决，在这里我要特别感谢王永梅老师给我的帮助，王老师给了我大量的指导，并且为我提供了良好的实习环境，通过实习让我学习到了很多的知识，这对于我的毕业设计有很大的帮助和指导作用，使我更加熟练而且实际地掌握了设计方法，也获得了实践锻炼的机会。在我遇到困难的时候王永梅老师总是能够耐心地帮助我解答和引导，为我能够顺利完成毕业设计提供了非常必要的帮助。 进行了毕业设计后，离毕业的日子也就不远了，能够圆满完成毕业设计是我们所有毕业生的心愿，这必将成为大学时代美好的回忆，同时更能带给我们成就感，使自己面对今后的工作时更加有信心。这次毕业设计的收获是巨大的，这不仅仅是由于自己的努力，更重要的还有指导老师、以及同学们的帮助，在此我再次向帮助过我的人表示深深的感谢！附 录Automobile Brake SystemJohn Fenton The braking system is the most important system in cars. If the brakes fail, the result can be disastrous. Brakes are actually energy conversion devices, which convert the kinetic energy (momentum) of the vehicle into thermal energy (heat).When stepping on the brakes, the driver commands a stopping force ten times as powerful as the force that puts the car in motion. The braking system can exert thousands of pounds of pressure on each of the four brakes.Two complete independent braking systems are used on the car. They are the service brake and the parking brake.The service brake acts to slow, stop, or hold the vehicle during normal driving. They are foot-operated by the driver depressing and releasing the brake pedal. The primary purpose of the brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by when a separate parking brake foot pedal or hand lever is set. The brake system is composed of the following basic components: the “master cylinder” which is located under the hood, and is directly connected to the brake pedal, converts driver foots mechanical pressure into hydraulic pressure. Steel “brake lines” and flexible “brake hoses” connect the master cylinder to the “slave cylinders” located at each wheel. Brake fluid, specially designed to work in extreme conditions, fills the system. “Shoes” and “pads” are pushed by the slave cylinders to contact the “drums” and “rotors” thus causing drag, which (hopefully) slows the car.The typical brake system consists of disk brakes in front and either disk or drum brakes in the rear connected by a system of tubes and hoses that link the brake at each wheel to the master cylinder (Figure).Basically, all car brakes are friction brakes. When the driver applies the brake, the control device forces brake shoes, or pads, against the rotating brake drum or disks at wheel. Friction between the shoes or pads and the drums or disks then slows or stops the wheel so that the car is braked. In most modern brake systems (see Figure 15.1), there is a fluid-filled cylinder, called master cylinder, which contains two separate sections, there is a piston in each section and both pistons are connected to a brake pedal in the drivers compartment. When the brake is pushed down, brake fluid is sent from the master cylinder to the wheels. At the wheels, the fluid pushes shoes, or pads, against revolving drums or disks. The friction between the stationary shoes, or pads, and the revolving drums or disks slows and stops them. This slows or stops the revolving wheels, which, in turn, slow or stop the car.The brake fluid reservoir is on top of the master cylinder. Most cars today have a transparent r reservoir so that you can see the level without opening the cover. The brake fluid level will drop slightly as the brake pads wear. This is a normal condition and no cause for concern. If the level drops noticeably over a short period of time or goes down to about two thirds full, have your brakes checked as soon as possible. Keep the reservoir covered except for the amount of time you need to fill it and never leave a cam of brake fluid uncovered. Brake fluid must maintain a very high boiling point. Exposure to air will cause the fluid to absorb moisture which will lower that boiling point.The brake fluid travels from the master cylinder to the wheels through a series of steel tubes and reinforced rubber hoses. Rubber hoses are only used in places that require flexibility, such as at the front wheels, which move up and down as well as steer. The rest of the system uses non-corrosive seamless steel tubing with special fittings at all attachment points. If a steel line requires a repair, the best procedure is to replace the compete line. If this is not practical, a line can be repaired using special splice fittings that are made for brake system repair. You must never use copper tubing to repair a brake system. They are dangerous and illegal. Drum brakes, it consists of the brake drum, an expander, pull back springs, a stationary back plate, two shoes with friction linings, and anchor pins. The stationary back plate is secured to the flange of the axle housing or to the steering knuckle. The brake drum is mounted on the wheel hub. There is a clearance between the inner surface of the drum and the shoe lining. To apply brakes, the driver pushes pedal, the expander expands the shoes and presses them to the drum. Friction between the brake drum and the friction linings brakes the wheels and the vehicle stops. To release brakes, the driver release the pedal, the pull back spring retracts the shoes thus permitting free rotation of the wheels. Disk brakes, it has a metal disk instead of a drum. A flat shoe, or disk-brake pad, is located on each side of the disk. The shoes squeeze the rotating disk to stop the car. Fluid from the master cylinder forces the pistons to move in, toward the disk. This action pushes the friction pads tightly against the disk. The friction between the shoes and disk slows and stops it. This provides the braking action. Pistons are made of either plastic or metal. There are three general types of disk brakes. They are the floating-caliper type, the fixed-caliper type, and the sliding-caliper type. Floating-caliper and sliding-caliper disk brakes use a single piston. Fixed-caliper disk brakes have either two or four pistons. The brake system assemblies are actuated by mechanical, hydraulic or pneumatic devices. The mechanical leverage is used in the parking brakes fitted in all automobile. When the brake pedal is depressed, the rod pushes the piston of brake master cylinder which presses the fluid. The fluid flows through the pipelines to the power brake unit and then to the wheel cylinder. The fluid pressure expands the cylinder pistons thus pressing the shoes to the drum or disk. If the pedal is released, the piston returns to the initial position, the pull back springs retract the shoes, the fluid is forced back to the master cylinder and braking ceases. The primary purpose of the parking brake is to hold the vehicle stationary while it is unattended. The parking brake is mechanically operated by the driver when a separate parking braking hand lever is set. The hand brake is normally used when the car has already stopped. A lever is pulled and the rear brakes are approached and locked in the “on” position. The car may now be left without fear of its rolling away. When the driver wants to move the car again, he must press a button before the lever can be released. The hand brake must also be able to stop the car in the event of the foot brake failing. For this reason, it is separate from the foot brake uses cable or rods instead of the hydraulic system.Anti-lock Brake System Anti-lock brake systems make braking safer and more convenient, Anti-lock brake systems modulate brake system hydraulic pressure to prevent the brakes from locking and the tires from skidding on slippery pavement or during a panic stop. Anti-lock brake systems have been used on aircraft for years, and some domestic car were offered with an early form of anti-lock braking in late 1990s. Recently, several automakers have introduced more sophisticated anti-lock system. Investigations in Europe, where anti-lock braking systems have been available for a decade, have led one manufacture to state that the number of traffic accidents could be reduced by seven and a half percent if all cars had anti-lock brakes. So some sources predict that all cars will offer anti-lock brakes to improve the safety of the car. Anti-lock systems modulate brake application force several times per second to hold the tires at a controlled amount of slip; all systems accomplish this in basically the same way. One or more speed sensors generate alternating current signal whose frequency increases with the wheel rotational speed. An electronic control unit continuously monitors these signals and if the frequency of a signal drops too rapidly indicating that a wheel is about to lock, the control unit instructs a modulating device to reduce hydraulic pressure to the brake at the affected wheel. When sensor signals indicate the wheel is again rotating normally, the control unit allows increased hydraulic pressure to the brake. This release-apply cycle occurs several time per second to “pump” the brakes like a driver might but at a much faster rate. In addition to their basic operation, anti-lock systems have two other things in common. First, they do not operate until the brakes are applied with enough force to lock or nearly lock a wheel. At all other times, the system stands ready to function but does not interfere with normal braking. Second, if the anti-lock system fail in any way, the brakes continue to operate without anti-lock capability. A warning light on the instrument panel alerts the driver when a problem exists in the anti-lock system. The current Bosch component Anti-lock Braking System (ABS), is a second generation design wildly used by European automakers such as BWM, Mercedes-Benz and Porsche. ABS system consists of : four wheel speed sensor, electronic control unit and modulator assembly. A speed sensor is fitted at each wheel sends signals about wheel rotation to control unit. Each speed sensor consists of a sensor unit and a gear wheel. The front sensor mounts to the steering knuckle and its gear wheel is pressed onto the stub axle that rotates with the wheel. The rear sensor mounts the rear suspension member and its gear wheel is pressed onto the axle. The sensor itself is a winding with a magnetic core. The core creates a magnetic field around the winding, and as the teeth of the gear wheel move through this field, an alternating current is induced in the winding. The control unit monitors the rate o change in this frequency to determine impending brake lockup. The control units function can be divided into three parts: signal processing, logic and safety circuitry. The signal processing section is the converter that receives the alternating current signals form the speed sensors and converts them into digital form for the logic section. The logic section then analyzes the digitized signals to calculate any brake pressure changes needed. If impending lockup is sensed, the logic section sends commands to the modulator assembly. The hydraulic modulator assembly regulates pressure to the wheel brakes when it receives commands from the control utuit. The modulator assembly can maintain or reduce pressure over the level it receives from the master cylinder, it also can never apply the brakes by itself. The modulator assembly consists of three high-speed electric solenoid valves, two fluid reservoirs and a turn delivery pump equipped with inlet and outlet ch