湿式多盘制动器设计.doc

摘 要无轨胶轮车的设计与生产涉及到许多领域，其独特的安全性、经济性、舒适性等众多指标，也对设计提出了更高的要求。无轨胶轮车制动系统是无轨胶轮车行驶的一个重要主动安全系统，其性能的好坏对无轨胶轮车的行驶安全有着重要影响。随着无轨胶轮车的行驶速度和路面情况复杂程度的提高，更加需要高性能、长寿命的制动系统。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，目前广泛使用的有鼓式、盘式、带式三种制动器。其中盘式制动器较为广泛。而其中，湿式多盘制动器，作为无轨胶轮车制动系统中的重要部件，现在被大家广为运用。而为了配合行车制动以满足停车制动的性能要求，我们提出了这次的课题，即湿式多盘制动器的设计。在接下来的设计中，我们主要介绍了湿式多盘停车制动器的工作原理、结构的设计以及各零部件的选取、校核。关键词：湿式；盘式；制动器；停车ABSTRACTDesign and production of the car involved in many fields，its safety，economy，comfort and other indicators，but also put forward higher requirements on the design. Automobile brake system is an important vehicle active safety system，has an important effect on the performance of the automobile driving safety. As the vehicle speed and road condition complexity，the braking system is more need for high performance，long life.In view of the importance of the brake system，brake is the main content of this design is to transport vehicles，which are widely used at present has drum，disc brake，belt type three. One of the disc brake more and extensively. Among them，the wet multi disc brake，as an important part of automobile brake system，is now widely used. In order to cooperate with the brake to meet the performance requirements of the parking brake，we put forward this topic，namely the design of wet multi disc brake. During the design，we mainly introduced the wet multi - disc parking brake working principle，structure design and components selection，check.Key words：wet; disc; brakes; parking目 录第1章 绪论11.1 工程车辆制动器的发展方向11.2 国内外湿式多盘式制动器发展现状21.3 国内盘式制动器与鼓式制动器优缺点21.3.1鼓式制动器21.3.2盘式制动器41.4 本课题研究意义5第2章 湿式多盘制动器概述72.1 湿式多盘制动器的种类及优点72.1.1 湿式多盘失压制动器72.1.2 普通型湿式多盘制动器82.1.3 多功能湿式多盘制动器92.2 湿式多盘制动器的结构和工作原理92.3 湿式多盘制动器冷却方式及散热途径11第3章 湿式多盘制动器的制动理论分析133.1 制动性能概念133.2 制动器分类、特点和应用133.2.1按制动器的功用分类133.2.2 按制动器的制动能源分类133.2.3 按照制动能量的传输方式分类133.2.4 按工作状态分类133.2.5 按操纵方式分类143.2.6 按结构形式143.3 制动性能的评价指标153.3.1制动效能153.3.2制动效能恒定性153.4制动时车轮的受力分析153.4.2 制动器制动力163.4.3 附着力173.4.4 附着系数173.5 制动力的分析173.5.1 制动器制动力的概念173.5.2 影响制动器制动力的因素183.5.3 地面制动力、制动器制动力与地面附着力的关系183.5.4 制动车辆制动效能19第4章 湿式多盘制动器的制动理论分析204.1湿式多盘制动器的设计原则204.2 设计的原始数据214.3 整车制动力矩计算214.4 整车制动器所需制动力21224.5 弹簧方案的设计计算22碟簧形式的校核25第5章 湿式多盘停车制动器的结构设计305.1湿式多盘停车制动器结构设计介绍305.1.1方案一305.1.2 方案二31如图5.2所示，此方案为小碟簧的设计方案。315.1.3 方案的选取325.2 标准零件的选取325.2.1 O型密封圈325.2.2 轴承的选取335.2.3 紧固件的选取345.3 典型零件的设计365.3.1 轴的设计365.3.2 活塞的设计375.4 摩擦材料的选择385.4.1 两种类型的摩擦材料385.4.2 结论395.5 摩擦片选取与布置395.6 O型圈对制动器的性能影响405.6.1 O型密封圈特点405.6.2 O型密封圈对制动器的影响41第6章 湿式多盘停车制动器的三维建模426.1轴的建模426.2套盖的建模426.3动压壳建模436.4轴承建模446.5基于SolidWorks的制动器装配456.6多盘制动器的二维装配图46总 结48参考文献49致 谢50第1章 绪论1.1 工程车辆制动器的发展方向目前，大型工程机械制动系统的设计具有两个方面的趋势。其一：行车制动由干式制动器向湿式封闭式全盘式制动器的方向发展。这种制动器不但防水，防尘，耐磨损，制动性能稳定，没有调整，寿命长，散热效果好，摩擦副间的温度降低显著，而且容易实现系列化，标准化。其二：制动器的传动装置由气顶液制动系统向全液压动力制动的方向发展。这种制动装置的制动踏板直接操纵制动液压阀，可以省去气动元件，结构简单紧凑，而且冬季不会因为低温而冻结，不需放水进行保养，阀体和管路不会锈蚀，提高了制动的可靠性和安全性，所以在轮式装载机以及矿用车的制动系统等大型工程车中的应用越来越广泛。现在工程车辆通常使用的制动器有鼓式制动器、盘式制动器及湿式多盘式制动器。前面的两种为干式制动器，而后面的一种为湿式制动器。目前干式制动器用于各种机动车辆，而湿式多盘式制动器则主要应用于那些工作环境恶劣或使用条件苛刻的工程车辆，如装载机、挖掘机、运载机、矿用无轨胶轮车、水陆两用车以及其他特用工程车辆。在国外的工程车辆采用湿式多盘式制动器已很普遍，整车如沃尔沃自卸车；专门生产配有湿式多盘式制动器车桥的公司有美国美弛车桥公司，德国凯赛尔车桥公司等。然而，在国内工程车辆也是初次使用的湿式多盘制动器为制动装置开始，山东跑专用无轨胶轮车制造公司，生力油田工程机械厂制造的运输车和天津工程机械制造厂的石油勘探和开发中使用的整平机公路建设，又在不久的将来会是一个新的湿式多盘制动器类型的开发和生产安装在厦门叉车厂制造大吨位叉车，叉车转向液压回路和湿式多盘制动器共享。随着我国经济和科技的发展，我国工程车辆湿式多片制动器取代干式制动器是必然趋势。其独特之处在于：(1)为完全封闭的结构，环形工作的面积较大，并且防止了泥、水、油的浸入，从而制动稳定，在使用寿命期内一般无需调整和维修。(2)采用多片结构，可以实现在较小的衬片压力下获得较大的制动力矩，而元件承受的压力降低，摩擦片的单位面积受压力小。(3) 随着摩擦材料的发展，湿态摩擦系数也会得到相应的改善， 改变摩擦副的数目即可调节制动扭矩的大小，易于实现摩擦偶件的系列化和标准化。(4)采用单一的制动活塞推动结构，耦合摩擦受力均匀，圆盘空间和重型长坡制动条件允许没有凋整并准许滑转传递扭矩扭矩，特别适合重载且长坡制动的工况。(5) 油循环冷却降温，液压传动，具有良好的保温性能，减少维修，延长使用寿命。根据制动强度选择执行或冷却，其冷却的方法。，润滑差速器和边行星齿轮减速器油的轮子之间可以直接流制动器的制动盘，以达到冷却效果。(6) 固定盘和制动壳通过花键连接，摩擦盘装在固定盘之间，随着车轮旋转。制动时，固定盘压向摩擦片，摩擦片减速，以降低车轮转速，以达到制动的目的。1.2 国内外湿式多盘式制动器发展现状国外高度重视湿式多盘式制动器的研究，已经开发出了各种形式的湿式多盘式制动器，而且应用也越来越广泛。国外几大工程机械公司，已在整机设计时考虑采用湿式多盘式制动器。叉车，装载机等，已广泛用于湿式多盘制动器，煤矿井下的自行式车辆也开始采用湿多盘式制动系统。近年来，又开发了全封闭弹簧制动液压制动盘式制动器，制动更加安全可靠，使用寿命更长，且几乎不需要维护。可以实现工作制动，停车制动和紧急制动，从而大大简化了液压制动系统，以促进整体布局。手动刹车泵，当无轨胶轮车发生动力故障可以被其他车辆牵引，湿式多盘式制动器代替干式制动器将成为一种必然的趋势大多数外国非道路车辆制动系统都配备湿式多盘制动器，而在国内湿式多盘式制动器的研究和开发工作才刚刚开始，应用程序是不是很常见，没有很成熟的技术，需要不断的开拓。国内应用的湿式多盘式制动器中有自行研制的也有从国外引进的。虽然国内湿式多盘式制动器的应用起步较晚，但其应用前景十分可观。随着工程机械向大型化，高性能性能和自动化方向发展，人们对制动控制装置的可操作性，稳定性，可靠性和经济性要求也越来越高，人们越来越意识到：湿式多盘式制动器技术的制动性能，效率高，安全性好，不需要调整和维修，制动性能优于干式制动。为了提高设备的性能和生产力，设计时候会普遍采用湿式多盘式制动器。湿式多盘式制动器代替干式制动是势在必行。1.3 国内盘式制动器与鼓式制动器优缺点1.3.1鼓式制动器 鼓式制动也叫块式制动，是靠制动块在制动轮上压紧来实现刹车的。鼓式制动是早期设计的制动系统，制动鼓设计，于1902年，已在马车运输中使用，直到大约1920年在无轨胶轮车行业被广泛使用。现在鼓式制动器的主流是内张式，制动块（刹车蹄）位于制动轮内侧里面的刹车时，在刹车的时候制动块向外张开，刹车片摩擦制动轮，达到制动的目的。相对于盘式制动器，鼓式制动器的制动性能和散热要差很多了，鼓式制动器的制动力稳定性差，不同的道路上制动力变化很大，不容易控制。由于散热性能差，制动过程中收集了大量的热量。制动块和轮鼓在高温下极易发生非常复杂的变形，容易产生制动衰退和振抖现象，导致降低制动效能的影响，更容易出现高温。此外，鼓式制动器在使用一段时间后，要定期调整制动蹄差距，甚至要把整个刹车鼓拆出清理累积在内的刹车粉。当然，鼓式制动器并非一无是处，它的成本比较便宜，与传统的设计。四轮无轨胶轮车的制动过程中，由于前轮负载的作用惯性通常占70-80的所有无轨胶轮车的负载，就采用前盘后鼓的制动方式，后轮辅助制动的效果，因此无轨胶轮车制造商为了节省成本，刹车前盘后鼓。然而，由于重型车辆的车速一般不是很高，刹车蹄的耐用程度也比盘式制动器高，所以很多重型车辆仍使用四鼓设计。 1）鼓式制动的优点：鼓式刹车，因为刹车由于刹车片外张，甚至与制动鼓外张的轮旋转扭曲一个角度，刹车制动力越大，这种情况更为明显。一般大型工程车辆还是使用鼓式刹车，除了成本较低，大型车和小型车鼓刹车，差别可能只有大型采气动辅助，而小型车采用真空协助，以帮助刹车。成本较低：鼓式制动器制造技术水平较低，并且最早在制动系统中使用，所以比盘式制动器的制造成本要低。2）鼓式刹车的缺点，由于鼓式制动器的摩擦片在制动鼓中密封，导致刹车片磨损碎屑不能被驱散，制动鼓及垫片，接触面影响制动性能。鼓式制动器的最大缺点是阴雨天，浸雨水会打滑，导致刹车失灵。这是最可怕的。图1.1 鼓式制动器1.3.2盘式制动器 在盘式制动器摩擦副的旋转组件称为制动盘，与金属板的两端。它的固定部分是各种结构类型可以分为两类。一个是工作区的摩擦块和金属后刹车块，每个制动有4到2制动块。夹紧支架制动块及其驱动装置安装在制动盘的两侧，制动卡钳。制动盘和制动卡钳制动称为钳盘式制动器的。另一个要素是固定的金属背板与摩擦盘为圆盘形，所有制动盘的摩擦接触面，刹车被称为全制动。在过去的中央制动器的制动轮，但更多的无轨胶轮车和卡车使用各级钳盘式制动器。整体式制动器的无轨胶轮车只有少数的车轮制动器。钳盘式制动器可分为两种类型的固定夹盘和浮钳盘式。摩擦盘式制动器和鼓式制动器，具有以下优点：无摩擦助势作用，所以对制动性能的摩擦系数的影响较小，性能更加稳定；浸水性能下降较少。只有一个或两个制动可以恢复情况正常；对制动盘的厚度方向的热膨胀量很小，以及制动鼓制动间隙的热膨胀；制动相同，一般规模小、转矩输出结果的质量是提高制动踏板行程过大，容易实现自动间隙的调整，对护理操作更加简单的维修和保养。对于钳盘式制动器，因为制动盘外露，有良好的散热优势。盘式制动器的缺点是不太有效，所以驱动液压制动系统管路压力较高，一般使用的伺服装置。盘式制动器的主要缺点是难以完全避免污垢和铁锈；也可以作为停车制动，需要额外的停车制动传动机构较为复杂，因此一些无轨胶轮车前轮盘式后轮制动系统的使用；此外，由于自身增长动力效应缺乏，制动效率低和中小型无轨胶轮车的使用需要增压装置盘式制动器的制动性能和稳定性而干燥，能够承受的温度，水和车速的影响，良好的抗衰退性能的优点，但只有一个制动盘，摩擦小体积，高压力下的单位面积，冷却条件。因此，随着社会的不断发展，非常严格的施工机械设备的制动性能要求，干盘式制动器逐渐被更好的制动性能的湿式多盘制动器取代。在第二十世纪80年代中期，国外地下装载机的技术引进和消化吸收开始于湿式多盘制动器的研究。在第二十世纪80年代末开始发展无轨胶轮车湿式多盘制动器产品，开发了液压制动，弹簧制动液压制动和弹簧制动液压制动，多功能和非驱动桥产品已在车辆使用效果良好。图1.2 盘式制动器1.4 本课题研究意义湿式多盘制动器具有制动力矩大、使用寿命长、抗衰退及抗污染能力强、免维修等优点。广泛用于需要制动力矩大或工作环境恶劣的设备。因此，在较大型或特殊工况使用的工程车辆上，湿式多盘制动器取代其它形式制动器已成为必然趋势。随着人们对湿式多盘制动器技术的了解不断加深，以及基于其制动性能好、安全、效率高。制动器不需要调整和维护，维护保养费用低等特点，因此湿式多盘制动器的前景是非常广阔的。除此之外，近年来，随着用户对湿式多盘制动器制动性能和使用寿命要求的不断提高，我们有必要对湿式多盘制动器进行更近一步的改进与更新，所以有关湿式多盘制动器设计原则、结构优化以及破坏机理等一系列基础理论方面的研究正在逐步进行和不断完善。煤炭行业在我国不断发展的同时，也给我国人民生活水平的提高及国内经济的发展贡献了不可磨灭的力量。众所周知，湿式多盘制动器对于煤炭行业意味着什么，它是煤炭行业最不可缺少的。因此，研究湿式多盘制动器有着非常重要的意义。9第2章 湿式多盘制动器概述2.1 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：环形面积大，其结构可以在较小的李宁压力大制动转矩分量条件下承受的压力相应减少，摩擦的单位压力和摩擦材料的发展，大大提高湿摩擦系数。原来的铜的动态摩擦系数的湿式盘式制动器粉末冶金摩擦材料=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。2.1.1 湿式多盘失压制动器湿式多盘制动器的压力损失是一种安全型湿式多盘制动器如图2.1所示，它除了具有普通湿式多盘制动器，也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，因此没有额外的制动，停车