全封闭湿式多盘抱轴停车制动器设计毕业论文.doc

全封闭湿式多盘抱轴停车制动器设计毕业论文目 录序言1第1章 井下辅助运输设备概述21.1 井下运输设备的类型及特点21.2 无轨胶轮车运输设备介绍及要求2第2章 制动器概述42.1 制动器的概念42.2 制动器的分类、特点及应用42.2.1按制动器的功用分类42.2.2 按制动器的制动能源分类42.2.3 按照制动能量的传输方式分类42.2.4 按工作状态分类42.2.5 按操纵方式分类52.2.6 按结构形式52.3 汽车制动器62.3.1 鼓式制动器62.3.2 盘式制动器72.3.3 带式制动器82.4 设计课题的提出9第3章 湿式多盘制动器概述103.1 湿式多盘制动器的结构和工作原理103.2 湿式多盘制动器的种类及优点113.2.1 湿式多盘失压制动器123.2.2 普通型湿式多盘制动器123.2.3 多功能湿式多盘制动器12第4章 湿式多盘制动器的制动理论分析144.1 制动性能概念144.2 制动性能的评价指标144.2.1制动效能144.2.2制动效能恒定性144.2.3制动时方向稳定性144.3制动时车轮的受力分析144.3.1 地面制动力154.3.2 制动器制动力164.3.3 附着力164.3.4 附着系数164.4 制动力的分析174.4.1 制动器制动力的概念174.4.2 影响制动器制动力的因素174.4.3 地面制动力、制动器制动力与地面附着力的关系174.4.4 制动车辆制动效能18第5章 湿式多盘停车制动器的计算195.1 全封闭湿式多盘制动器的设计原则195.2 设计的原始数据195.3 整车制动力矩计算195.3.1 整车制动器所需制动力矩195.4 整车制动器所需制动力205.5 弹簧方案的设计计算215.5.1 湿式多盘制动器对弹簧的要求215.5.2 弹簧的类型215.5.3 弹簧形式的选取215.5.4 碟簧形式的校核24第6章 湿式多盘停车制动器的结构设计296.1湿式多盘停车制动器结构设计介绍296.1.1方案一296.1.2 方案二306.1.3 方案的选取306.2 标准零件的选取316.2.1 O型密封圈316.2.2 轴承的选取326.2.3 紧固件的选取336.3 典型零件的设计356.3.1 轴的设计356.3.2 活塞的设计366.4 工序设计376.4.1 机械加工工艺规程的作用386.4.2 机械加工工艺规程的格式386.4.3 机械加工工艺规程的步骤386.5 设计成果39总结41参考文献42致谢43山西大同大学煤炭工程学院2013届本科生毕业设计（论文）序言近年来，我国煤矿机械化水平的提高，各种运输设备不断创新、改造，使我国矿山井下的安全问题有了进一步的改进。而与此同时，我国矿山的生产规模愈来愈大，机械化程度也越来越高，如何在满足生产需要的同时又兼顾生产安全，这是我们特别需要关注的。无轨运输装备，主要的任务是承担运人、运料，其安全性和可靠性显得尤为重要。在我国井下无轨辅助运输设备的研制目前还是一比较前沿的项目不仅研制单位少而且使用也不是十分普遍但是随着高产高效现代化矿井建设的需要辅助运输设备的研制和使用,必将受到进一步的关注。制动器又有行车制动，停车制动，紧急制动。为了提高煤矿运输的安全性以、可靠性以及机械化程度，我们提出了这次的课题，即停车制动器的设计。要解决矿井运输的机械化的问题，是一项复杂，严谨的工作，需要我们进行严谨的研究、分析。这整个过程中，我们要秉着严谨的态度分析湿式多盘停车制动器的工作原理，合理的设计各个结构，科学的选用各个零部件以及标准件，以保证煤矿安全、可靠、高效率的生产。第1章 井下辅助运输设备概述煤矿辅助运输是指煤矿除煤炭运输以外，人员、材料、设备和矸石等的各种井下运输。对井下运输设备的要求有运行安全、可靠，不跑车、不掉道。设有工作、停车超速和安全及随车紧急制动等安全制动系统，并装有防掉的设备。适于在井下大巷和采区安全运行。爬坡能力要强，在起伏坡度比较大和弯道比较多情况下还能行驶。牵引力要足够大，能实现重型物料比如重型液压支架的整体搬运，对散料长材能进行集装运输，载重量大。运行速度要快。因具有多种安全设施及安全监控与通信等装置，可以较高的速度在采区运行。能实现远距离连续运输。有比较完整的配套设备和运输车辆。能够满足人员和多种材料设备的运输需要，可实现装卸作业机械化。 1.1 井下运输设备的类型及特点煤矿井下辅助运输可分为轨道辅助运输和无轨辅助运输两种。轨道辅助运输：铺设双轨或悬吊单轨为主要特征，采用架线电力、防爆柴油机、蓄电池和钢丝绳为牵引动力。无轨辅助运输则以胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力。单轨吊运输包括柴油机、蓄电池和绳牵引单轨吊。其使用最多的是柴油机单轨吊，它的特点是体积小，运行灵活，适应性强，不怕水，不怕煤，不受底板状况的影响，过道岔方便。用于掘进巷道时能迅速延伸轨道，既安全可靠，经济性也好，连续运输距离长。可以实现从大巷车场换装站甚至从地面(斜井或平巷开拓时)至采区工作面的直达运输。适宜于中距离运输，对巷道断面要求相对较低，运输量大，对换装站要求较低，巷道高度大于3.2m即可，速度较慢不适于长距离、长时间运输及短距离、频繁换装运输。1.2 无轨胶轮车运输设备介绍及要求无轨辅助运输：胶轮或履带为行走机构，采用防爆柴油机、蓄电池等为牵引动力。无轨运输单向行车要求：巷道断面的最小尺寸宽3.65，高2.3；巷道转弯半径：7。巷道供风量： 250m3/min。车辆与巷道间的安全间隙：不行人每侧300mm,行人时的人行道宽度为1000mm,车辆搬运设备最高点距巷道顶应250mm。无轨胶轮辅助运输有下列优点：可以实现一次装载后从井口到工作面或从工作面到井口的直接运输，不需要中间转载，从而大大的简化辅助运输系统，显著的减少了从事井下辅助运输的工作人员。可实现一机多用，并使铲装、运输和卸载功能与一体的，对于工作面的拆除、安装、卸载、运输并调整就位等工作一起完成，既有利于文明生产，又大大提高生产效率并且机动灵活，操作简单且安全性好总而言之，无轨胶轮运输是当前最为先进的辅助运输方式，从根本上克服了传统辅助运输方式的占用设备多、效率低、费用高，安全保障差等弊端，为高产高效的矿井运输提供了强有力的保障。制动器是作为无轨胶轮车的重要部件，为了满足制动性能要求，使驻车制动可靠、安全。因此我们提出了这次的设计题目，湿式多盘停车制动器的设计。第2章 制动器概述2.1 制动器的概念制动器是具有使运动部件(或运动机械)减速、停止或保持停止状态等功能的装置。使运动中的无轨辅助运输设备减速以及停止有两种办法：一种是电力制动，这种制动只能消耗机器一部分功能，减小或限制运动速度，不能使运动中的系统完全停止；另一种是机械制动，机械制动的装置就是制动器。2.2 制动器的分类、特点及应用 制动器因现代工业机械的发展而出现多种新的结构型式，其中钳盘式制动器、磁粉制动器以及电磁制动器的应用最为广泛。具体分类如下：2.2.1按制动器的功用分类 行车制动器：使行使中的汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。停车制动器：是以停止的汽车驻留在原地不动的一套装置。紧急制动器：在行车制动器失效的情况下，保证汽车仍能实现减速或停车的一套装置。在许多国家的制动法规中规定，失效制动器是汽车必须具备的。2.2.2 按制动器的制动能源分类人力制动器：以驾驶员的肢体作为唯一的制动能源的制动器。动力制动器：完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的制动器。 伺服制动器：兼用人力和发动机动力进行制动的制动器。2.2.3 按照制动能量的传输方式分类制动系又可分为机械式、液压式、气压式和电磁等。同时采用两种以上传能方式的制动器，可称为组合式制动器。2.2.4 按工作状态分类常闭式：通常靠弹簧或重力作用常处于制动状态而机械设备需运行时松开（如卷扬机、起重机的运行机构等）；常开式：常处于松闸状态，需制动时操纵制动器施加外力进入制动状态（如运输车辆、起重机的运行机构等）。2.2.5 按操纵方式分类按操纵方式分类有人力操纵、电磁铁操纵、电力液压操纵以及液力操纵和气动操纵。人力操纵和电磁铁操纵用于制动转矩不太大的场合，电磁铁操纵又分直流电磁铁操纵和交流电磁铁操纵。电力液压操纵的推动器自备电机和液压系统。2.2.6 按结构形式按结构形式分类有摩擦式和非摩擦式。摩擦式制动器又分为外抱块式、内张蹄式、带式、盘式；非摩擦式制动器又分为磁粉式、磁涡流式。摩擦式外抱块式：简单可靠、散热好。瓦块有充分和较均匀的退距，调整间隙方便，对于直形制动臂，制动转矩大小与转向无关，制动轮轴不受弯曲作用力。但包角和制动转矩小，制造比带式制动器复杂，杠杆系统复杂，外形尺寸大。应用较广，适于工作频繁及空间较大的场合内张蹄式：两个内置的制动蹄在径向向外挤压制动鼓，产生制动转矩。结构紧凑，散热性好，密封容易。可用于安装空间受限制的场合，广泛用于轮式起重机，各种车辆如汽车、拖拉机等的车轮中。带式：构造简单紧凑。包角大（可超过2），制动转矩大。制动轮轴受较大的弯曲作用力，制动带的压强和磨损不均匀（按e规律进行）且受摩擦因数的变化的影响较大，散热差。简单和差动带式制动器的制动转矩大小均与旋转方向有关，限制了应用范围。适于需求结构紧凑的场合，如用于移动式起重机中。盘式：利用轴向压力使圆盘或圆锥形摩擦表面压紧，实现制动。制动轮轴不受弯曲，结构紧凑。与带式制动器比较其磨损均匀。制动转矩大小与旋转方向无关，制成封闭形式防尘防潮。摩擦面散热条件次于块式和带式，温度较高。可采用多组布置，又可控制液压，使制动转矩可调性好。适于应用在紧凑性要求高的场合，如车辆的车轮和电动葫芦中。大载荷自制盘式制动器靠重物自重在机构中产生的内力制动，它能保证重物在升降过程中平稳、下降和安全悬吊。主要用于提升设备及起重机械的起升机构中。非摩擦式磁粉式: 利用磁粉磁化时所产生的剪力来制动。体积小、重量轻，励磁功率小且制动转矩与转动件的转速无关。磁粉会引起零件磨损。适用于自动控制及各种机器的驱动系统中。磁涡流式：坚固耐用，维修方便，调速范围大。但低速时效率低，温升高，必须采取散热措施。常用于有垂直载荷的机械中（如起重机械的起升机构），吸收停车前的功能，以减轻停止式制动器的载荷2.3 汽车制动器现代汽车制动器的发展起源于原始的机械控制装置，最原始的制动控制只是驾驶员操纵一组简单的机械装置向制动器施加作用力，那时的汽车重量比较小，速度比较低，机械制动已经能够满足汽车制动的需要，但随着汽车自身重量的增加，助力装置对机械制动器来说越来越显得非常重要。从而开始出现了真空助力装置。汽车制动简单来讲，就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停止下来。凡利用固定元件与旋转元件工作表面的摩擦而产生制动力矩的制动器称为摩擦制动器。制动器是车辆的基本部件之一，用以阻止车辆运动或运动趋势。当车辆运行时减速或停车，下坡时保持速度稳定，以及停驶的车辆保持不动，都需要对车辆进行制动。根据制动的效果可分为行车制动、驻车制动、紧急制动。目前各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式两大类。2.3.1 鼓式制动器典型的鼓式制动器如图2.1主要由底板、制动鼓、制动蹄、轮缸（制动分泵）、回位弹簧、定位销等零部件组成。底板安装在车轴的固定位置上，它是固定不动的，上面装有制动蹄、轮缸、回位弹簧、定位销，承受制动时的旋转扭力。每一个鼓有一对制动蹄，制动蹄上有摩擦衬片。制动鼓则是安装在轮毂上，是随车轮一起旋转的部件，它是由一定份量的铸铁做成，形状似园鼓状。当制动时，轮缸活塞推动制动蹄压迫制动鼓，制动鼓受到摩擦减速，迫使车轮停止转动。鼓式制动器分为内张型鼓式制动器和外束型鼓式制动器两类。内张型鼓式制动器的摩擦元件是一对有圆弧形摩擦蹄片的制动蹄，制动时，利用制动鼓的内圆柱面与制动蹄摩擦片的外表面作为一对摩擦表面在制动鼓上产生摩擦力矩。图2.1 典型的鼓式制动器2.3.2 盘式制动器盘式制动器又称为碟式制动器。它由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。制动盘用合金钢制造并固定在车轮上，随车轮转动。盘式制动器的旋转元件是一个垂向安放且以两侧面为工作面的制动盘，其固定摩擦元件一般是位于制动盘两侧并带有摩擦片的制动块。当制动盘被两侧的制动块夹紧时，摩擦面便产生作用于制动盘上的摩擦力矩以阻止车轮转动。盘式制动器有液压型的，由液压控制，主要零部件有制动盘、分泵、制动钳、油管等。盘式制动器散热快、重量轻、构造简单、调整方便。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，而且不怕泥水侵袭，在冬季和恶劣路况下行车，很多轿车采用的盘式制动器有平面式制动盘、打孔式制动盘以及划线式制动盘，其中划线式制动盘的制动效果和通风散热能力均比较好。盘式制动器沿制动盘向施力，制动轴不受弯矩，径向尺寸小。盘式制动器已广泛应用于轿车，现在大部分轿车用于全部车轮，少数轿车只用作前轮制动器，与后轮的鼓式制动器配合，以使汽车有较高的制动时的方向稳定性。在商用车中，目前盘式制动器在新车型及高端车型中逐渐被采用。优点：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，不会象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，其他保养修理作业也较简便。a、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12%6%，故散热性较好。b、水稳定性较好。因为制动衬块对盘的单位压力高，易将水挤出，同时在离心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上衬块对盘的擦拭作用，因而，出水后只需经一、二次制动即能恢复正常；而鼓式制动器则需经过十余次制动方能恢复正常制动效能。c、制动力矩与汽车前进和后退行驶无关。d、在输出同样大小的制动力矩的条件下，盘式制动器的质量和尺寸比鼓式要小。e、盘式的摩擦衬块比鼓式的摩擦衬片在磨损后更易更换，结构也较简单，维修保养容易。f、制动盘与摩擦衬块间的间隙小(0.050.15mm)，这就缩短了油缸活塞的操作时间，并使制动驱动机构的力传动比有增大的可能。g、制动盘的热膨胀不会像制动鼓热膨胀那样引起制动踏板行程损失，这也使间隙自动调整装置的设计可以简化。缺点：盘式制动器有自己的缺陷。例如对制动器和制动管路的制造要求较高，摩擦片的耗损量较大，成本贵，而且由于摩擦片的面积小，相对摩擦的工作面也较小，需要的制动液压高，必须要有助力装置的车辆才能使用是效能较低，故用于液压制动系统时所需制动促动管路压力较高，一般要用伺服装置。制动比较粗暴。两个粘有摩擦衬面的摩擦盘能在花键轴上来回滑动，是制动器的旋转部分。当制动时，能在极短时间使车辆停止。再加上压盘上球槽的倾斜角不可能无限大，所以制动不平顺。2.3.3 带式制动器汽车自动变速器中的带式制动器，采用一条内敷摩擦材料的制动带，包绕在转鼓的外圆表面，制动带的一端固定在变速器壳体上，另一端则与制动油缸中的活塞相连。当制动油进入制动油缸后，压缩活塞复位弹簧推动活塞，进而使制动带的活动端移动，箍紧转鼓。由于转鼓与行星齿轮机构中的某一部件构成一体，所以箍紧转鼓即意味着夹持固定了该部件，使其无法转动。制动油压力解除后，复位弹簧使活塞在制动油缸中复位，并拉回制动带活动端，从而松开转鼓，解除制动。带式制动器只用作中央制动器，这里不做详细考虑。2.4 设计课题的提出通过以上对制动器的分类、功用的了解学习，以及对于各种制动器的特点的比较，结合无轨胶轮车的对制动性能的要求和工作环境，得出结论：全封闭多盘湿式制动器，不受外界煤泥及粉尘等影响，可确保制动性能稳定可靠；连续制动时，不会产生火花，防爆安全性好，制动力矩大，使用寿命长，抗衰退能力强，免维修，特别适合于煤矿使用。因此，以下是针对井下无轨胶轮车设计的一种全封闭湿式多盘停车制动器，其额定载荷为5t。第3章 湿式多盘制动器概述3.1 湿式多盘制动器的结构和工作原理全封闭湿式多盘制动器是一种全封闭式制动器，它采用多片摩擦片,增加了工作面积,减少了单位压力,还可通过改变摩擦片数量获得不同的制动力矩,扩大了适用范围。此外,摩擦片间有油槽可进行润滑冷却,从而其寿命得到提高。如图3.1所示为全封闭多盘湿式制动器的结构。它的特点是液压制动,弹簧复位。靠装在上壳体6中的4个小活塞5通过压盘4将静片3与动片2压紧,并利用油液进行润滑冷却的全封闭式结构。制动器的外壳由上壳体6、下壳体7组成,经16个M16的高强度螺栓将上下壳体连成一体,并由12个M20的高强度螺栓将制动器与驱动桥壳固定在一起,构成制动器的固定部分。静片的外花键与制动器下壳体的内花键相配,静片只能作轴向移动而不能转动;动片是转动件,它的内花键与轮毂的外花键相连,从而随轮毂一起转动。当制动踏板动作时,液压活塞向下(图示位置) 移动,通过压盘并推动静片向正在转动的动片挤压,由于静片与动片之间摩擦力的作用,从而使动片及轮毂制动直至其停止转动。由于活塞是均匀分布的4个活塞,压力油进入制动缸时,活塞推动静片挤压动片的作用力是均匀分布的,并且液压力与所形成的制动力间成线性变化的关系,因此制动迅速平稳。当液压油压力卸荷时,利用8个复位小弹簧1将静片、动片之间的挤压摩擦推开并分离,即打开制动器。 图3.1 全封闭湿式多盘制动器1弹簧;2动片;3静片;4压盘;5活塞;6上壳体;7下壳体3.2 湿式多盘制动器的种类及优点湿式多盘制动器按结构及工作原理可分为普通型湿式多盘制动器、湿式多盘失压制动器、多功能湿式多盘制动器三种形式。湿式多盘制动器是一种全封闭结构, 它具有以下优点：环形工作面积较大, 且采用多片结构, 可在较小衬片压力下获得较大的制动力矩元件承受的压力相应降低, 摩擦片单位比压小并且随着摩擦材料的发展, 湿态摩擦系数大幅度提高。湿式盘式制动器原有的铜基粉末冶金摩擦材料的动摩擦系数=0.06-0.1, 现在又开发了纸基摩擦材料, 其动摩擦系数=0.1-0.14, 抗压强度也随之提高。完全密封, 彻底避免了水衰退现象, 免受外界湿度及粉尘的影响, 工作性能稳定磨损甚微,能自动补偿片间间隙, 使用寿命期间一般免调整、免维护, 使整机的维护成本大大降低。摩擦片浸在油中进冷却, 散热条件好,可显著降低工作温度, 使用寿命显著提高。改变摩擦副数目即可调节制动力矩, 易于实现系列化。1-法兰 2-前壳 3-壳体 4-碟簧组 5-动压盘 6-排空嘴 7-活塞 8-透气塞 9-进油口 10-钢片 11-粉片 12-轴 13-碟簧螺栓图3.2 湿式多盘失压制动器3.2.1 湿式多盘失压制动器湿式多盘失压制动器是一种安全型湿式多盘制动器如图3.2, 它除了具有普通型湿式多盘制动器的特点外, 还可以使液压制动系统大大简化, 不需要第二制动系统。工作制动、停车制动和紧急制动都由此制动器完成, 无需另加停车制动器, 给总体布置带来方便。湿式多盘失压制动器在结构上采用弹簧操纵制动, 当制动管路中的油压达到额定值时, 推动活塞压缩弹簧施放制动。踏下制动踏板时, 油压卸荷, 弹簧即刻推动活塞压紧摩擦片制动。当制动管路无论任何原因失压时, 制动器均能自动施加制动, 确保了车辆行驶安全。但由于该制动器采用弹簧操纵制动, 制动不柔和另外弹簧长期承受疲劳载荷, 故对其刚度、抗疲劳强度要求均较高3.2.2 普通型湿式多盘制动器普通型湿式多盘制器如图3.3采用压力操纵制动, 卸压后由弹簧释放制动。压力油进入制动器油腔, 作用在一个大活塞上, 从而推动活塞压紧摩擦片制动。这种普通型湿式多盘制动器一般安装在各类车辆的轮端, 作为行车制动。它需要一个液压系统来操纵制动动作, 一旦管路出现爆裂等故障, 就无法实现制动, 给车辆安全行驶带来威胁。另外, 为了保证车辆停车后能够安全定位, 还需设有一个停车制动器。停车制动器一般采用失压制动。两套制动器保证了车辆的安全性, 但增加了车辆零部件的数量。3.2.3 多功能湿式多盘制动器多功能湿式多盘制动器综合了以上两种湿式多盘制动器的特点, 它在结构上采用双活塞、两种制动方式。即行车制动时采用压力油操纵制动, 压力油进入制动器油腔, 作用在行车制动活塞上, 从而推动活塞压紧摩擦片制动, 卸压后由回位弹簧释放制动停车制动或发动机出现故障及管路爆裂时,制动液压系统卸荷,压缩弹簧即刻推动驻车活塞压紧摩擦片制动。其制动柔和、安全性好, 但结构复杂、成本高。1-动壳 2-钢片 3-粉片 4-静壳 5-活塞 6-透气塞 7-进油口 8-弹簧图3.3 普通型湿式多盘制动器第4章 湿式多盘制动器的制动理论分析4.1 制动性能概念制动性能：车辆行驶时能在短时间内停车且能维持行驶方向稳定性和在下坡时能维持一定车速的能力。由于湿式多盘制动器具有制动性能好，安全效率高，制动力矩大，使用寿命长，抗热衰退及抗污染能力强、免维修等优点，因此它可被广泛应用于制动力矩大、工作环境恶劣的工程车辆上，尤其可用在较大型或特殊工况。4.2 制动性能的评价指标判断制动性能是否好用，最基本的性能指标制动力的大小，也就是说各个车轮的制动力是不是能够达到它的规定标准值。其次，制动系统四个轮子的制动力是不是均匀地同时分别都是加在四个车轮上的，也就是说制动的时效性。最后，制动存不存在制动系统的拖滞现象. 比如有一个车轮是不是排除制动踏板，制动力始终在车轮上，车轮会产生持续的制动力，造成热量急剧增加，最后造成车轮制动失效。4.2.1制动效能制动效能即制动距离与制动减速度，是指在良好路面上，汽车以一定初速制动到停车的制动距离或制动时汽车的减速度，是制动性能最基本的评价指标。而其中制动距离、制动减速度、制动时间是关键因素。4.2.2制动效能恒定性制动效能的恒定性是指规定汽车以规定车速连续制动15次,制动强度为3m/s2,最后不低于冷试验效能的60%(5.8m/s2)的性能。其关键因素有热衰退性、抗水衰退性、摩擦系数的变化。4.2.3制动时方向稳定性高速运行的车辆制动时汽车不发生跑偏、侧滑及失去转向能力的性能。根据中华人民共和国煤炭行业标准MT/T989-2006中矿用防爆柴油机无轨胶轮车的4.3.7条规定可知设计任务车速为20km/h,一般不会发生此类现象,故不做参考。4.3制动时车轮的受力分析在车辆制动时,由于传动系统已脱开,车轮无驱动力矩的作用。在车辆以一定的速度开始制动直到停车的过程中,通过制动器对车轮作用的制动力矩,使轮胎与地面之间产生一切向反作用力即地面制动力,来克服车辆的惯性力,使车辆在规定的制动距离内停下。车辆在满载、水平干硬路面的条件下,在实施制动的过程中，车轮的受力情况如图4.1所示。图4.1 车轮受力图图中 -车轮制动器产生的制动力矩，-为地面对车轮的地面制动力，G-为车轮所承受的垂直载荷，T-为作用到车轮上的惯性力，-为地面对车轮的反作用力，r-为车轮的静力半径，忽略了车轮的滚动阻力转矩，减速惯性力，惯性力转矩。4.3.1 地面制动力 对车轮的中心取矩，由车轮的力矩平衡 得到: 由上式可知,地面对车轮的制动力与车轮制动器产生的摩擦力矩以及轮胎的静力半径有关。同时地面对车轮的制动力 还受路面附着条件的限制,即地面对车轮的制动力不大于地面的附着力 ,其值取决于作用在轮胎上的垂直载荷G 及地面和轮胎间的附着系数的大小。4.3.2 制动器制动力制动器制动力是指在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力，可知： 4.3.3 附着力附着力是指地面对轮胎切向反作用力的极限值，即地面对轮胎的最大静摩擦力= 4.3.4 附着系数车辆的制动过程是车轮从纯滚动到边滚边滑再到抱死拖滑的渐变过程。当制动器作用在车轮上的制动力矩小于地面与轮胎间的附着力,在车轮上产生附着力矩时,车轮处于制动的滚动状态,地面对车轮的地面制动力Fb 与制动器所产生的制动力成正比。当地面对车轮的制动力达到极限值Fbmax = G时,车轮被抱死而在路面上滑动产生拖痕,这时地面对车轮的制动力与制动器的制动力矩无关,只与作用在轮胎上的垂直载荷和地面与轮胎间附着系数有关。其中为附着系数，取决于道路材料，路面状况，轮胎结构，胎面花纹及其材料。表4.1 附着系数路面峰值附着系数（静摩擦系数） 滑动附着系数（运动摩擦系数）混凝土、沥青（干）0.8-0.90.75沥青（湿）0.5-0.70.45-0.6混凝土（湿）0.80.7砾石0.60.55土路（干）0.680.65土路（湿）0.550.4-0.5雪（压紧）0.20.154.4 制动力的分析4.4.1 制动器制动力的概念制动力指在轮胎周围克服制动摩擦力矩所需要的力，即：4.4.2 影响制动器制动力的因素地面制动力仅由制动器结构参数决定,即取决于制动器的结构。制动器摩擦系数与半径有关,并且与制动器踏板力及制动液压或气压成正比。4.4.3 地面制动力、制动器制动力与地面附着力的关系地面制动力仅与制动力矩有关，而制动器制动力仅由制动器的结构决定，地面附着力与无关。一般来说仅考虑制动时，分车轮做滚动和抱死拖滑两种情况：制动时，车轮做滚动时：地面制动力制动器制动力，即ABS制动，车轮不抱死仍具有转向能力。车轮抱死拖滑时：地面制动力地面附着力。图4-2 、与的关系图当制动油压小于时，制动器制动力等于地面制动力，且随着制动油压的增大而增大；当制动油压超过时，虽然制动器制动力还在增大，但是地面制动力在达到地面附着力后便不再增加。可见，首先取决于，但又受附着条件限制，只有车辆具有足够的制动器动力，同时地面又能提供加大的附着力时才能获得足够的地面制动力。地面制动力，制动器所需的制动力矩，制动器制动力校核其小于地面附着力即可。4.4.4 制动车辆制动效能制动减速度：影响因素：制动器制动力（车辆滚动），附着力（车辆抱死拖滑等）。不同路面上的减速 (水平路面上） （4-1） 式中： 重力（）；故制动减速度的极限值： （4-2）式中：重力加速度 （）一般情况下车轮不抱死制动，故。制动距离s 依据“制动规范”中规定的要求，车辆在时制动距离，则制动时间： （4-3） （4-4）式中： 制动初速度（20Km/h）； 消除制动器间隙所用的时间 （）； 制动力增长过程中所用的时间 （）； -最大制动减速度 （）。可见决定制动器距离的主要因素是制动器起作用的时间和最大制动减速度。第5章 湿式多盘停车制动器的计算5.1 全封闭湿式多盘制动器的设计原则矿用防爆才有及无轨胶轮车通用技术条件MT/T989-2006中规定的制动要求：车辆应设置停车制动，停车制动应在车辆运行和动力停止时均起作用。停车制动装置要保证车辆在规定的坡道上承载1.5倍的最大载荷，在最大坡度为16度的坡道上保持静止。5.2 设计的原始数据制动器能实现停车制动和辅助制动功能；整车最大装载质量5000kg，整车装备质量5000kg，最大总质量10000kg；全载荷下，前后桥质量分配为1:1；停车制动要求汽车承载1.5倍额定载荷下，在最大为16度的坡道上保持静止状态而不产生位移；停车制动器安装在分动器输入轴上；停车制动器结构受分动器结构限制。5.3 整车制动力矩计算5.3.1 整车制动器所需制动力矩按整车质量的1.5倍在16的坡道上停车时整车所需的制动力矩MB为： （5-1） 式中： 整车装备质量，5000kg； W整车最大装载质量，5000kg； g重力加速度，9.8m/s2； 轮胎半径，0.519m；轮边减速，取3.39； 分动器传动比，2.02。将数据代入（5-1）得： （5-2）5.4 整车制动器所需制动力 （5-3）得需制动力 （5-4）式中： 动摩擦系数，0.08-0.1，取0.085； n摩擦副的个数，n=4-16，取12； k折减系数，即摩擦片传递扭矩时花键齿处摩擦阻力引起串压着摩擦盘压紧力的递减，由表5-1可查出，取0.94； 摩擦副的等效半径（mm）； 表5-1 折减系数n24681012k0.990.980.970.960.950.94由上式可以看出制动器的制动力由制动器本身的结构参数决定,即与摩擦片的尺寸及片数、动摩擦系数和制动系统的液压力有关。制动器油液的制动压力应在摩擦片材料本身所允许的挤压强度范围内。湿式多片制动器工作在全封闭的浸油环境下，外部的粉尘等不会进入，即使油中含有少量杂质，也会通过衬片上的油槽被油及时带走。另外，摩擦衬片与对偶片之间有油的介入，磨损甚微,故其破坏型式通常不是衬片的磨损，而是由于温度场不均产生的热应力导致的摩擦偶件的翘曲以及温度过高引起的烧损。衬片压力与半径成正比，最大压紧力在外径处取得。经查阅参考文献可知摩擦副等效半径为： （5-5）式中： 粉片的外半径（=98.5mm）； 粉片的内半径（=68.5mm）；将数据代入（5-5）得： （5-6）将数据代入（5-4）可得制动器所需制动力 5.5 弹簧方案的设计计算5.5.1 湿式多盘制动器对弹簧的要求井下胶轮车使用的制动器设计时要求弹簧寿命高，安装空间也受到限制，而弹簧压缩产生的弹力即时制动压力，应能保证足够的压力作用在压盘上。又当制动器处于非制动状态时，弹簧被压缩量增加，使得弹簧所受压力更大。当车辆工作时，制动器在制动与非制动状态进行交换，使得弹簧受力也发生变化，这样弹簧在制动与非制动状态内基本上是受最小载荷和最大载荷的作用，但是从比较长时间内考虑弹簧又在受一种似于稳定变载荷的作用。因而，弹簧在满足静强度条件下，还应该满足一定的疲劳强度要求。5.5.2 弹簧的类型按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等。5.5.3 弹簧形式的选取压力弹簧的作用主要是对制动器的摩擦副施加压力,或用于摩擦副的松脱,在相同的空间尺寸下,碟形弹簧的承载能力要比螺旋弹簧大得多,因此螺旋弹簧作用压力不能满足制动器摩擦副所需的总压力时,应采用碟形弹簧。设计制动器弹簧一般在摩擦片的环形面上布置多组弹簧。因而每组弹簧的承载力为总压力除以组数。如果仅是起松脱摩擦副和液压缸复位的作用,所需的弹簧承载能力和工作行程都较小,约为几毫米, 因此,采用螺旋弹簧和碟形弹簧均能满足总压力的要求。如果弹簧的作用是靠它对摩擦副施加压力而传递制动力矩的话，每组弹簧的分配载荷较大，往往螺旋弹簧不能满足总压力的需要，这时，应考虑采用碟形弹簧。碟形弹簧的制造工艺要求较高，一般由专业厂家按标准制造，根据每组弹簧的设计参数和制动器的总体布置尺寸来选择适合的规格尺寸，结构形式，碟形弹簧由它的导杆定位安装，两端接触面应是蝶簧锥体的小端，对合组合的蝶簧承载能力与它的数量无关，而与工作行程有关；叠合组合的蝶簧承载能力基本上是叠合数的倍数。一般是2个叠合，叠合后的承载能力约是单个蝶形弹簧承载能力的2倍，并应精确计算。此处选用碟形弹簧，碟形弹簧的主要参数按其总体布置和结构来确定。碟簧的设计主要考虑碟簧的组数、碟簧的组合形式。碟簧的工作特点：碟簧安装完毕，跌栓给弹簧施加压力，使其压缩然后达到制动。车辆发动，油压系统供油，直至解除制动。当车辆发动达到液压系统工作油压，此时弹簧再次被压缩。碟簧组合形式有叠合、对合、复合三种形式。其中：叠合：由n个同方向规格的碟簧组成，如图5.1所示。由于单片碟簧无法满足设计要求，变形量小，叠合可以使弹力增加，但无法满足行程的要求。 图5.1 叠合对合：由i个相同规格的碟簧组成，如图5.2所示。碟簧对合使其满足了对位移的要求，使变形量增加，虽然变形量增加但是力大小基本不变。 图5.2 对合复合：由i个同方向同规格的叠合组合弹簧，如图5.3所示。 图5.3 复合复合碟簧的规格选取及计算数据根据原始数据预选摩擦片副数n=12，钢粉片间隙0.1-0.3，取0.2，叠合数x=1,对合数y=2。一组复合弹簧所需产生的制动力为： （5-7）考虑磨损量取=42000N.表5-2 碟形弹簧参数D/ mmd/mmt()/mm/mm /mmP/MPaf/ mm -f/mm/ MPa /MPaQ/(kg/ 1000件)140728(7.5)3.211.2853002.48.8-12601280666.6表5-2中：碟簧外径（mm)； 碟簧内径（mm)； t碟簧厚度（mm)； 碟簧压平时的变形量计算值(mm)； 碟簧自有高度（mm）； 单片碟簧的载荷（N）； 单片碟簧的变形量（mm)。由表5-2可知选取A系列3类规格为140mm的碟簧。根据一组碟簧所需产生的制动力为3400N，则叠合数x=2,制动时单片碟簧变形量，单片碟簧产生的制动力为： (5-8)解除制动时的变形量为，当时， =85300N,=2.4mm。因时，呈线性比例关系，故 （5-9）故 mm （5-10） 则 F=（-）y （5-11）因可得 （5-12）综上所述可知，复合式碟簧形式为：叠合1片，对合数为2。如图5.4所示。图5.4 碟簧方案图轴向尺寸一组碟簧安装时轴向尺寸收到限制，自有高度小于某一轴向尺寸安装高度，轴向尺寸的计算公式： （5-13）其中： 对合数（2)； 叠合数(1)；碟簧自有高度（2.15mm）； 厚度（1.5）；将数据代入（4-20）中可得 （5-14）5.5.4 碟簧形式的校核不考虑摩擦力时，两次变形单个碟簧受力 （5-15） （5-16）由机械设计师手册表26-51查的，压平时碟簧载荷计算值 （5-17）式中： 弹性模量，； 泊松比，取0.3； t厚度，8mm； 碟簧压平时的变形量，3.2m；碟簧外径，140mm； 将数据代入得： (5-18) 则得： (5-19)或图5.5 单片碟簧特性曲线查机械设计师手册图26.26即如图5.5得，则： ，从而得： （5-20） 图5.6碟簧疲劳破坏关键部位由机械设计师手册图26.27即本文中显示的图5.6查得弹簧疲劳破坏关键部位在点。计算点应力，得： （5-21）当时 （5-23）当时 （5-24）碟形弹簧的计算上限应力： 下限应力得：计算应力幅得：从图26.29中在处查得时疲劳强度上限应力为，即疲劳强度应力幅为：所以，即能满足疲劳寿命的要求。经以上计算，弹簧制动力参数见表5.3。表5.3 弹簧制动力参数总预加载荷/N42000单片预加变形量/mm1.2组合类型对合单片工作变形量/mm2.4叠合层数1总变形量/mm3.6材料弹性模量/MPa206000对合片数i2泊松比0.3实际总变形量f/mm3.6单片工作载荷/N42000校核数据单片工作载荷/N42000预加载荷点应力996碟片类别DType3自由高度/mm11.2外径D/mm2140静强度校核结果Ts满足内径d/mm72许用应力幅/MPa522厚度t/mm8计算应力幅/MPa518减薄厚度/mm7.5疲劳强度校核结果Ta满足压平时变形量h/mm3.2总自由高度/mm44.8第6章 湿式多盘停车制动器的结构设计6.1湿式多盘停车制动器结构设计介绍湿式多盘停车制动器的结构设计主要包括：密封装置、摩擦片、轴承、活塞、轴、碟簧组等。设计有两种方案，其一是大碟簧，其二是小碟簧，下面将做一些简述。6.1.1方案一如图6.1所示,此种方案为大碟簧的设计方案。图6.1 方案一1-分动器外壳 2-轴承 3-垫片 4-分动器一轴后盖 5-静压盘 6-螺钉 7-垫片 8-O型圈 9-内花键壳 10-透气塞组件 11-活塞 12-壳体 13-碟簧 14 -排空嘴组件 15-压板 16-螺钉 17-垫片 18-螺栓 19-螺栓 20-平垫圈 21-碟簧座 22-O型圈 23-O型圈 24-O型圈25-进油组件 26-O型圈 27-O型圈 28-放油塞 29-外刚片 30-内粉片 31-调整螺母32-O型圈 33-调整螺母 34-分动器二轴 35-挡块 36-轴踩下踏板，高压油腔油通过油口进入液压系统，高压油腔油压增大，推动活塞11向右移动，碟簧13压紧，摩擦片29、30打开，解除制动；松开踏板，高压油腔油排出高压油，高压腔油压降低，碟簧组13推动活塞向左