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商用 制动器 设计 课程设计

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课程设计题目：商用车制动器设计姓名：巫连茂 班级：07级车辆三班 时期：2011年3月9日 指导老师：陈子健老师目录一 车辆工程专业课程设计设计任务书1二 制动系统设计 51. 制动动力学52.制动器设计 13 3.制动器主要结构设计214.气压制动驱动机构的设计计算22 一车辆工程专业课程设计设计任务书1.1设计任务：商用汽车制动系统设计1.2基本参数：汽车满载质量：8930kg 自重: 3930kg 轴距：4050 mm 轮距：前轮1790 mm 后轮（双胎中心线间距离）1686mm前悬：1100mm 后悬：2050mm1.3设计内容主要进行制动器系统设计，设计的内容包括：1查阅资料、调查研究、制定设计原则2根据给定的设计参数(发动机功率，汽车轴距，车轮滚动半径，汽车空(满)载时的总质量、轴荷分布、质心位置)，选择制动器的基本结构及驱动机构布置方案，设计出一套完整的制动系统，设计过程中要进行必要的计算。3制动系统结构设计和主要技术参数的确定（1）制动器主要参数确定（2）制动器设计计算（3）制动器主要结构元件设计（4）制动驱动机构的设计计算4绘制制动器装配图及主要零部件的零件图1.4设计要求 1制动器总成（前或后）的装配图，1号图纸一张。装配图要求表达清楚各部件之间的装配关系，标注出总体尺寸，配合关系及其它需要标注的尺寸，在技术要求部分应写出总成的调整方法和装配要求。2主要零部件的零件图，3号图纸4张。要求零件形状表达清楚、尺寸标注完整，有必要的尺寸公差和形位公差。在技术要求应标明对零件毛胚的要求，材料的热处理方法、标明处理方法及其它特殊要求。3编写设计说明书。1.5设计进度与时间安排本课程设计为3周 明确任务，分析有关原始资料，复习有关讲课内容及熟悉参考资料0.5周。 设计计算 1.0周 绘图 1.0周 编写说明书、答辩 0.5周1.6主要参考文献1成大先 机械设计手册（第三版）2汽车工程手册 机械工业出版社3陈家瑞 汽车构造（下册） 人民交通出版社4王望予 汽车设计机械工业出版社5余志生 汽车理论 机械工业出版社6王丰元 汽车设计课程设计指导书 中国电力出版社7. 王霄锋 汽车底盘设计 清华大学出版社1.7注意事项（1）为保证设计进度及质量，设计方案的确定、设计计算的结果等必须取得指导教师的认可，尤其在绘制总布置图前，设计方案应由指导教师审阅。图面要清晰干净；尺寸标注正确。（2）编写设计说明书时，必须条理清楚，语言通达，图表、公式及其标注要清晰明确，对重点部分，应有分析论证，要能反应出学生独立工作和解决问题的能力。（3）独立完成图纸的设计和设计说明书的编写，若发现抄袭或雷同按不及格处理。1.8成绩评定成 绩 内 容 优良中及格不及格出勤情况（20%）设计方案（20%）性能计算（20%）图纸质量（20%）说明书质量（20%）评 语总 成 绩指导教师注意：此任务书要妥善保管，最后要装订在设计说明书的第一页，如有丢失，后果自负。 二 制动系统设计制动系是汽车的一个重要的组成部分。它直接影响汽车的行驶安全性。为了保证汽车有良好的制动效能，应该合理地确定汽车的制动性能及制动系结构。1.制动动力学1.1 稳定状态下的加速和制动 加速力和制动力通过轮胎和地表的接触面从车辆传送到路面。惯性力作用于车辆的重心，引起一阵颠簸。在这个过程中当刹车时，前后轮的负载各自增加或减少；而当加速时，情况正好相反。制动和加速的过程只能通过纵向的加速度ax加以区分。下面，我们先来分析一辆双轴汽车的制动过程。 最终产生结果的前后轮负载和，在制动过程中，图1.1随着静止平衡和制动减速的条件而变为： （1.1a） （1.1b）设作用于前后轴的摩擦系数分别为fV和fh,那么制动力为： （1.2a） （1.2b）图1.1双轴汽车的刹车过程它们的总和便是作用于车辆上的减速力。 （1.3）对于制动过程，fV和fh是负的。一般情况下，前后轴的摩擦系数是相等的。这种相等使 fVfhax/g，理想的制动力分配是： （1.4） （1.5）这是一个抛物线Fxh(Fxv)和参数ax的参数表现。当然，每一个负载状态都有它各自的理想制动力分配。如果所有负载状态都必须由一个固定的分配去应对，那么最重要的条件往往就是满载的情况。虽然，固定的分配在更多负载时无法实现最优化的制动力分配，1.2、制动系统设计与匹配的总布置设计硬点或输入参数新车型总体设计时能够基本估算如下基本设计参数, 这些参数作为制动系统的匹配和优化设计的输入参数.已知参数轴距（mm）L4050整车整备质量（Kg）3930满载质量（Kg）G8930空载时质心距前轴中心线的距离（mm）2106空载时质心高度（mm）880满载时质心距前轴中心线的距离（mm）a2835满载时质心距后轴中心线的距离（mm）b1215满载时质心高度（mm）hg10641.3、理想的前、后制动器制动力分配曲线1.3.1 基本理论(1) 地面对前、后车轮的法向反作用力在分析前、后轮制动器制动力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后车轮的法向反作用力。图1.3.1由图1.3.1，对后轮接地点取力矩得式中：地面对前轮的法向反作用力；汽车重力；汽车质心至后轴中心线的距离；汽车质量；汽车质心高度；汽车减速度。对前轮接地点取力矩，得式中 地面对后轮的法向反作用力；汽车质心至前轴中心线的距离。则可求得地面法向反作用力为 （1.3.1）(2) 前、后制动器制动力分配曲线在任何附着系数的路面上，前、后车轮同时抱死的条件是：前、后轮制动器制动力之和等于附着力；并且前、后轮制动器制动力分别等于各自的附着力，即：消去变量，得 （1.3.2）这就是理想的前、后轮制动器制动力分配公式，由这条公式画出来的曲线叫I曲线。1.3.2 计算比例与计算结果由上述结果可以分别得出前、后车轮同时抱死时前、后制动器制动力的关系曲线理想的前、后轮制动器制动力分配曲线，简称I曲线。I曲线下图分别为空载、满载的I曲线（N）1.4、前、后轮制动器制动力矩的确定1.4.1确定车的制动器制动力矩 (1) 基本原理令当=0.8时，前后轮同时抱死，此时前轮制动力与总制动力之比为汽车制动器制动力分配系数 选定同步附着系数0，确定为0.8。并用下列计算前、后轮制动力矩的比值。取满载时的数据， 得该车在较好路面行驶较多，车数较高，后轮制动抱死失去稳定而出现的危险性较大，因而应从保证汽车制动时的稳定性出发。紧急制动到后轮抱死，计算出后轮制动器的最大制动力矩M2max；在根据前、后轮制动力矩的比值计算出后轮制动器的最大制动力矩M1max。当时，可能得到的最大总制动力取决于后轮刚刚首先抱死的条件，此时，后轮的地面制动力等于后轮制动器的制动力：制动强度： （1.4.2）根据载重汽车轮胎系列 国标GB/T2977-1997 GB/T 2977-1997 确定轮辋的尺寸为：（根据载荷和轮胎的气压）前轮轮辋直径为20英寸=25.4*20=508mm，轮胎的型号为8.25R20后轮轮辋直径为20英寸=508mm，轮胎的型号为8.25R20 采用前鼓后鼓的制动形式2.制动器设计 2.1、制动器的结构参数与摩擦系数。2.1.1 制动鼓内径D和制动鼓厚度 输入力F一定时，制动鼓内径越大，制动力矩越大，且散热能力也越强。但制动鼓内径D收到轮辋内径的限制。制动鼓直径与轮辋的直径之比D/Dr,范围为货车：D/Dr =0.700.83所以制动鼓直径D=355.6421.64（mm），又因为当轮辋直径为20英寸时，制动鼓最大内径为420mm。且这里取D=416mm。2.1.2 摩擦衬片宽度b和包角摩擦衬片宽度尺寸b的选取对摩擦衬片的使用寿命有影响。衬片宽度尺寸取窄写，则磨损速度快，衬片寿命短；取宽些，则质量大，不易加工，不易保证与制动鼓全面接触，并且增加成本。制动鼓内径R确定后，衬片的摩擦面积为Af=Rb =391.87cm2 （2.1.1）则一个制动器总的衬片的摩擦面积为2 Af=783.74 cm2式中：为摩擦衬片包角，rad。制动器各蹄衬片总的摩擦面积 f 越大，制动时所受的单位面积的正压力和能量负荷越小，从而磨损特性越好。根据国外统计资料分析，单个车轮鼓式制动器的衬片面积随汽车总质量增大而增大。实验表明，摩擦衬片=900 1000 时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高。所以选择 =1000 。衬片宽度b较大可以减少磨损，但太大将不易保证与制动鼓全面接触。设计时一般按照b/D=0.160.26，b=66.56108.16（mm）。且按照国产摩擦衬片规格来选择。所以选择b=10.8mm。2.1.3 摩擦衬片起止角0一般将衬片布置在制动蹄外缘的中央，即令0 =900 /2=400.1.5.4 制动器中心到张力F作用线的距离a在保证轮缸能够布置于制动鼓内下，应使距离a尽可能的大，以提高制动效能。初步设计时选a=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。1.5.5 制动蹄支撑点位置坐标k和c在保证2蹄支撑面不互相干涉的条件下，使得c尽可能的大而k尽可能的小，以提高制动效能。初步选定: c=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。K=30mm。1.5.6摩擦片摩擦系数f初步选择f=0.42.2、领从蹄式制动器设计计算行车制动系的设计计算简要过程如下，根据整车参数和附着习俗计算出理想制动力矩，根据初定的制动器和驱动机构尺寸计算出实际制动力矩，制动器及驱动机构的尺寸要使实际制动力矩满足理想制动力矩的要求。之后，要进行摩擦衬片的磨损特性计算和制动器的热容量和温升核算，如不满足要求则要修改制动器及驱动机构的尺寸重复上面步骤，知道满足要求。2.2.1理想最大制动力和最大制动力矩的计算 由（1.4.2）中 可知理想最大制动力矩为Mu2max=15898.17Nm，最大制动力为Fmax=35.754KN。2.2.2 实际制动力矩Tf的计算。根据前人计算出的制动器因数表达式球的制动力矩，即Tf=BF*F*R （2.2.1）由（1.4.2）可知Mu2max=15898.17Nm，所以Tf =Mu2max /2=7949.085Nm2.2.3 领从蹄制动器的制动器因数选择支承销式领从蹄制动器单个领从蹄的制动蹄因数BFt1为 （2.2.2）单个领从蹄的制动蹄因数BFt2为 （2.2.3）以上两式中：f为摩擦系数。 （2.2.3） (2.2.4)式中为对应的圆弧，rad。支承销式领从蹄制动器整个制动器因数BFBF= BFt1 + BFt2 (2.2.5)以上各式中有关的结构尺寸参数见图33将h=332.8mm，f=0.4，r=208mm，=1000，=1.744rad， =200.440，有图求的=169.08mm代入上面五式，求得：A=0.8842B=0.9073BT= BFt1 + BFt2 =1.799+0.592=2.3912.2.4张开力的计算对于液压驱动的制动器来说，作用于两蹄的张开力相等，所以可以直接根据制动器因数的定义求得张开力 （2.2.6）代入数据，求得F=15983.59N2.2.5 制动蹄自锁条件检验计算计算鼓式制动器，必须检查蹄有无自锁的可能。对于支承销式领从蹄制动器，领蹄自锁条件为： （2.2.7）则此时如果, ,则不会自锁所以不会自锁。2.3 摩擦衬片的磨损特性的计算2.3.1 比能量耗散率e 汽车的制动过程是将其机械能得以部分转化为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。，产生制动器的能量负荷，能力越大摩擦片的磨损越严重。制动器的能量负荷常以其比能量耗散率e作为评价，它表示单位摩擦面积在单位时间内耗散的能量，其单位为W/mm2.ma 为汽车总质量；v1， v2 为汽车制动初速度和末速度，取v1 =65km/h（18m/s）；j为制动减速度，计算时取j=0.6g；A为后制动器衬片 的摩擦面积；为制动力分配系数。鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8 W/ mm2 为宜。t=（v1- v2 ）/j =(18-0）/（0.6*9.8）=3.06se=ma v12（1-）/4tA=8930kg*(18m/s)2(1-0.51)/(4*3.06s*2*314.15cm2 )=01.48W/mm2 1.8W/ mm2 （2.3.1） 符合要求。2.3.2 比摩擦力比摩擦力是单位摩擦面积的摩擦力，单个车轮制动器的比摩擦力为 =Tf/（RA）=7949.085Nm/（0.208mm*78374mm2）=0.488N/mm2 （2.3.2）当制动减速度j=0.6g时，鼓式制动器的比摩擦力以不大于0.48 N/mm2 为宜。Ff0=0.488N/mm2 略大于0.48 N/mm2,可以视为符合条件。2.3.3平均压力qp qp =N/A=qp （2.3.3）其中：N为摩擦衬片与制动鼓之间的发向力；A为摩擦衬片的摩擦面积。目前qp =1.401.60MP（当摩擦系数为f=0.30.35时），紧急制动时可以去qp =22.5MP qp =N/A=2.44MPaLf=600800J/cm2.略大，不符合，但是一般情况下，该车不会以最高车速直接制动，所以可视为符合要求。 (2.3.4)2.3.5制动器的热容量和温升的核算应核算制动器的热容量和温升是否满足如下条件： （63）式中 各制动鼓(盘)的总质量；=1KG与各制动鼓(盘)相连的受热金属件(如轮毂、轮辐、轮辋、制动钳=1kg体等)的总质量；制动鼓(盘)材料的比热容，对铸铁c=482J(kgK)，对铝合金c=880J(kgK)；与制动鼓(盘)相连的受热金属件的比热容；制动鼓(盘)的温升(一次由=30kmh到完全停车的强烈制动，温升不应超过15)；L满载汽车制动时由动能转变的热能，因制动过程迅速，可以认为制动产生的热能全部为前、后制动器所吸收，并按前、后轴制动力的分配比率分配给前、后制动器，即 （64）=8930kg*（18m/s）2*(1-0.51)/2=70