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毕业设计（论文） 中期 检 查表 填表日期 2011 年 4 月 20 日 迄今已进行 8 周剩余 8 周 学生姓名 卢鸿磊 院系 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 指导教师姓名 王永梅 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否 外聘 是 否 题目名称 基于有限元比亚迪 动器的设计 指 导 教 师 填 写 毕业 设计 （论文）工作 进度 已 完成主要内容 待完成主要内容 调研、资料收集，完成开题报告； 确定鼓式制动器的设计方案和类型； 计算出鼓 式制动器的相关参数，确定鼓式制动器的相关尺寸； 利用 成装配图的绘制； 利用 软件对鼓式制动器的零件进行建模。 完善装配图； 利用 行零件图的绘制； 完成 模型的装配； 利用 成对主要部件的分析； 完成设计说明书。 存在问题及努力方向 对鼓式制动器零件的三维建模仍存在很多问题， 通过学习努力完成好三维建模。 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 卢鸿磊 院 系 汽车 与交通 工程 学院 专业、班级 车辆 工程 指导教师姓名 王永梅 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 基于有限元 比亚迪 动器的 设计 一、设计（论文）目的、意义 制动器是 汽 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 软件建立制动器 主要零件的实体模型 ,然后利用 件对 制动器摩擦衬片 有限元分析 ，为 汽 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 根据比亚迪 车的主要参数：整备质量 1200心高度 600距 2600距1480高车速 180km/h、轮胎规格 195/60定制动器的总体结构， 对制动器的 主要参数 进行计算及强度校和，利用 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 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 软件建立 制动器 的三维模型 , 利用 件对 摩擦衬片 有限元分析。 、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 字。 利用 软件建立 制动器 三维模型装配图，利用 件对摩擦衬片有限元分析。 （二）图纸部分 制动器 装配图 及 零件图 共一套 。 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 1 2 周 （ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2） 确定总体 设计 方案 第 3 4 周 （ 3 月 14 日 3 月 27 日） （ 3） 对 制动器 参数进行设计 第 5 7 周 （ 3 月 28 日 4 月 17 日） （ 4）绘制 制动器 的 配图、零件图及三维装配模型、零件模型 第 8 9 周 （ 4 月 18日 5 月 1 日） （ 5） 件对 制动器 摩擦衬片有限元分析 第 10 12 周（ 5 月 2 日 5 月 22 日） （ 5）书写设计说明书第 13 14 周 （ 5 月 23 日 6 月 5 日） （ 6）设计审核、修改 第 15 16 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 应力分析设计中的应用 算机辅助设计与制造 (7):703工程中的有限元方法 (第 3 版 ) 机械工业出版社 ， 2004 4黄天泽，黄金陵 汽车车身结构与设计 机械工业出版社 ， 2000 5孙桓主编 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， 1987 7陈家瑞主编 人民交通出版社出版 8吴镇著 上海 :上海交通大学出版社 ， 1997 9吕慧瑛 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 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 :基于有限元比亚迪 动器的设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 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 毕业设计开题报告 学生姓名 院系 汽车与交通工程学 院 专业、班级 车辆工程 指导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 基于有限元比亚迪 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 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。相对盘式制动器结构复杂，对制动钳、管路系统要求高，造价高等缺点，鼓式制动器不仅结构较简单、成本低，而且符 合传统设计，所以在轻、重型载货汽车上，鼓式制动器还是在大量使用的。 鼓式相对盘式，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。 设计 中采用的是领从蹄式制动器，兼顾了制动器效能因数和制动器效能的稳定性。它的工作原理是利用与车身 (或车架 )相连的非旋转元件和与车轮 (或传动轴 )相连的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对 旋转制动鼓产生摩擦力矩，从而产生制动力，使车轮减速直至停车。 鼓式制动器是早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计 1902年就已经使用在马车上了，直到 1920年左右才开始在汽车工业广泛应用。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%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。 目前使用计算机辅助设计已经成为如今研究现状，也必将成为以后的发展趋势，计算机辅助设计的使用可降低工程设计成本的 13%30%，减少产品设计到投产 的时间 30%60%，增加分析问题的深度和广度 335倍，提高作业生产率 40%70%，提高设备利用率 23倍，减少加工过程 30%60%,降低人工成本 5%20%。以 得它变得其实可行。 近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析（ 法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。我国在 九五 计划期间大力推广 术，机械行业大中型企业 普及率从 八五 末的 20%提高到目前的 70%。随着企业 用的普及，工程技术人员已逐步甩掉图板，而将主要精力投身如何优化设计，提高工程和产品质量，计算机辅助工程分析（ 法和软件将成为关键的技术要素。在工程实践中，有限元分析软件与 统的集成应用使设计水平发生了质的跃，主要表现在以下几个方面：增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广 术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算，工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。 汽车的任何零部件都可以根据其所要求的性能对其进行有限元分析 ,寻找最优的设计方案 , 以做到既能降低生产成本 , 又能提高其性能 , 达到最优的结合。例如 ,美国的 司已经利用有限元分析软件 行了钢板弹簧精确设计 ; 上海汇众汽车制造有限公司利用 有限元分析软件 行油门踏板杆材料的断裂优化分析以解决国产化材料的替代等等。汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平 ,世界经济大国的经济发展无一不与汽车工业有着极为密切的关系 ;作为世界经济大国的美国的汽车就一直处于汽车行业领头地位。作为制造业的中坚 ,汽车工业一直是以有限元为主的 术应用的先锋。既然汽车的发展与有限元技术的应用有如此密切的联系 ,故必须要加大对此项技术的投入 ;不但要加大资金的投入 ,而且一定要加大人力资源的投入 ,培养一批熟练掌握并能更进一步开发此项技术的人才。 2、依据、目的和意义 汽车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。汽车作为陆地上的现代重要交通工具，由许多保证其性能的大部件，即所谓 “总成 ”组成，制动系就是其中一个重要的总成，它直接影响汽车的安全性。随着高速公路的快速发展和车流密度的日益增大，交通事故也不断增加。据有关资料介绍，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，制动系统是保证行车安全的极为重要的一个系统。此外，制动系统的好坏还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。制动系既可以使行驶中的汽车减速，又可保证停车后的汽车能驻留原地不动。由此可见，汽车制动系对于汽车行驶的安全性，停车的可靠性和运输经济效益起着重要的保证作用。 当今，随着高速公路网的不断扩展、汽车车速的提高以及车流密度的增大，对汽车制动系的工作可靠性要求显得日益重要。只有制动性能良好和制动系工作可靠的汽车才能充分发挥出其高速行驶的动力性能并保证行驶的安全性。由此可见，制动系是汽车非常重要的组成部分，从而对汽车制动系的机构分析与设计计算也就显得非常重要了。 鼓式制动器是应用非常广泛的一种制动器，有其优良 的制动效果及简单的结构形式。 应用 软件建立鼓式制动器主要零件的实体模型 , 并完成虚拟装配，然后利用 鼓式制动器的设计与研究提供了一种方法 ,，可缩短鼓式制动器的研发周期 , 降低产品的研发成本 , 并为以后进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了基础。对于我来说，车辆工程本科毕业能做好这样一个设计，对今后的工作是非常宝贵的一次设计经验，能为我以后的工作奠定基础，作为本科时代一个完美的结束，我会尽力做好制动器的设计，完美完成这一项意义非凡的设计。 二、设 计 的基本内容 、 拟解决的主要问题 1、 基本内容 (1)基本参数：轴距 2600轮滚动直径： 615距前 /后： 1480/1460；整备质量： 1200载是前轴分配负荷 60%；空载是质心高度： 600高车速： 180km/h；最大爬坡度： 21%（ 12 度左右）；最小转向直径： 大功率 /转速： 78/6000 kw/大转矩转速： 134/4500 n*m/轮胎型号： 195/60 2）研究目的意义、技术现状、存在问题及发展趋势 （ 3） 总体结构设计 （ 4）确定鼓式制动器的各个参数并进行校核 （ 5） 运用 e 软件进行实体建摸 （ 6） 对鼓式制动器的摩擦衬片进行有限元分析 （ 7）总结设计过程，完成设计说明书 2、 拟解决的主要问题 （ 1）鼓式制动器的结构参数的确定 （ 2）鼓式制动器关键部件的计算与校核 （ 2）鼓式制动器的 纸的绘制 （ 3）鼓式制动器的三维模型的建立 （ 4）有限元对 摩擦衬片 的应力分析 三、技术路线（研究方法） 调研并查阅相关资料 确定总体设计方案 鼓式制动器的结构设计 参数设计 轮缸、领蹄、制动鼓等三维建模 摩擦衬片的强度校核和分析 运用 行分析 完成毕业设计和设计说明书 四、论文进度安排 （ 1）调研、查阅相关资料、完成开题报告 第 1 2 周（ 2 月 28 日 3 月 13 日） （ 2）确定总体设计方案 第 3 4 周（ 3 月 14 日 3 月 27 日） （ 3） 对 制动器 参数进行设计 第 5 7 周（ 3 月 28 日 4 月 17 日） （ 4）绘制 制动器 的 配图、零件图及三维装配模型、零件模型 第 8 9 周（ 4 月 18 日 5 月 1 日） （ 5） 件对 制动器 摩擦衬片有限元分析 第 10 12 周（ 5 月 2 日 5 月 22 日） （ 5）书写设计说明书第 13 14 周（ 5 月 23 日 6 月 5 日） （ 6）设计审核、修改 第 15 16 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) . 2 中南林学院学报 , 编辑部邮箱 2000 年 04 期 3 罗庆生 ,韩宝玲 ,李伟楷 . 汽车鼓式制动器装配动画的计算机拟实制作 J. 交通与计算机 , 2001,(02) . 4 毛智东 ,王学林 ,胡于进 ,李成刚 . 鼓式制动器接触分析 J. 华中科技大学学报 (自然科学版 ) , 2002,(07) . 5 蒋崇贤，何明辉专用汽车设计 武汉工业大学出版社 6 龚曙光 应力分析设计中的应用 算 机辅助设计与制造 (7):707 工程中的有限元方法 (第 3 版 ) 机械工业出版社 ， 2004 8 孙桓主编 机械工业出版社出版， 2007 9 余志生汽车理论 M，机械工业出版社， 2007 10 陈家瑞主编 人民交通出版社出版， 2005 11 吴镇著 上海 :上海交通大学出版社， 2007 12 吕慧瑛 北京 :清华大学出版社， 2002E. 13 龚洪 . 影响制动器性能因数及设计方法探讨 J. 汽车科技 , 14 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) 15 五十铃制动器总成 J. 机电新产品导报 , 2004.（ 16 宋建桐 ; 朱春红 ; 黎兰豪崎 ;自适应制动系统原理与功能浅析 J. 轻型汽车技术 2010，（ 17 A of 2001， 123(5)： 125131 18 A H E i of a 003 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 目 录 摘要 第 1章 绪论 1 计的目的及意义 究现状 . 1 期目标 3 计主要内容 . 2章 总体方案的确定 5 动器形式方案分析 . 5 式制动器 式制动器 . 8 动器形式的确定 章小结 . 3 章 鼓式制动器的设计计算 10 动器系统主要参数数值 10 关主要技术参数 . 10 步附着系数的分析 . 10 动器有关计算 . 11 面对车轮的法向相反作用力 . . 11 后轴制 动力的确定 . . 11 动器最大制动力矩的确定 . . 13 式制动器的结构设计与计算 制动鼓内径 . 14 动鼓壁厚 . . . . 15 擦衬片的宽度和包角 . . 16 擦衬片的起始角 . . 17 擦衬片的摩擦系数 . . 17 式制动器主要零件的结构设计 17 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 动鼓摩擦衬片的摩擦系数 . 17 动蹄 . 17 动底板 . . 后轮制动轮缸直径与工作容积的设计 . .动性能分析 . 制动性能评价指标 . . 制动效能 . . 制动效能恒定性 . . 制动时汽车的方向稳定性 . . 制动器制动力分配曲线分析 . 制动减速度 . . 制动距离 . . 摩擦衬片的磨损特性计算 . . . 驻车制动计算 . .章小结 . 4 章 鼓式制动器的三维建模 25 动蹄的建模 . 25 擦片的建模 . 27 力弹簧建模 . 28 动轮缸的建模 . .动底板的建模 . .动鼓建模 . .动轮缸放气螺栓建模 . .动轮缸油管接头的建模 . .式制动器的装配及分解 . .涉检查 . .章小结 35 第 5 章 有限元分析 36 擦片的有限元分析 . 36 连接 的建立 . 36 导出 . 37 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 摩擦片 模型导入 37 摩擦片进行网格 划分 . 38 摩擦片加载求解 . 49 动鼓的有限元分析 40 制动鼓进行网格划分 . 40 制动鼓加载求解 . 41 章小结 . 42 结论 43 参考文献 44 致谢 45 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 摘 要 本论文是根据国内汽车市场的发展情况，以及随着汽车保有量的增加所带来的安全问题也越来越引起人们的注意，而制动系统则是汽车主动安全性的重要系统之一。因此，如何开发出高性能鼓式制动器来完善制动系统，为安全行驶提供保障是我要解决的主要问题。另外，随着汽车市场竞争的加剧，如何缩短产品开发 周期、提高设计效率，降低成本等，提高产品的市场竞争力，已经成为企业成功的关键。 本设计说明书主要介绍了以比亚迪 车为研究对象从而进行鼓式制动器的设计。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 双向双领 蹄式鼓式制动器。在计算出设计参数后，通过 三维制图软件建立模型，用 件进行对摩擦片的校核分析。 关键词： 制动鼓；摩擦片；制动蹄；安全性 ； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 is on of as as of in by is an in to to is my to be In as to to of in to 3 in to of of of of In of E of to on of 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 第 1 章 绪 论 计的目的 及 意义 汽车是现代交通工具中用得最多，最普遍，也是最方便的交通运输工具。汽车制动系是汽车底盘上的一个重要系统 ,它是制约汽车运动的装 置。而制动器又是制动系中直接作用制约汽车运动的一个关键装置，是汽车上最重要的安全件。汽车的制动性能直接影响汽车的行驶安全性。随着公路业的迅速发展和车流密度的日益增大 ,人们对安全性、可靠性要求越来越高，为保证人身和车辆的安全 ,必须为汽车配备十分可靠的制动器 1。 通过查阅相关的资料，运用专业基础理论和专业知识，确定以比亚迪 车的制动系统为基本的为其设计鼓式制动器的设计方案，进行部件的设计计算和结构设计。使其达到以下要求：具有足够的制动效能以保证汽车的安全性；同时在材料的选择上尽量采用对人体无害的材料。 究现状 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。相对盘式制动器结构复杂，对制动钳、管路系统要求高，造价高等缺点，鼓式制动器不仅结构较简单、成本低，而且符合传统设计，所以在轻、重型载货汽车上，鼓式制动器还是在大量使用的。 鼓式相对盘式，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。设计中采用的是领从蹄式制动器，兼顾了制动器效能因数和制动器效能的稳定性。它的工作原理是利用与车身 (或车架 )相连的非旋转元件和与车轮 (或传动轴 )相连 的旋转元件之间的相互摩擦来阻止车轮的转动或转动的趋势，亦即由制动踏板的踏板力通过推杆和主缸活塞，使主缸油液在一定压力下流入轮缸，并通过两轮缸活塞推使制动蹄绕支承销转动，上端向两边分开而以其摩擦片压紧在制动鼓的内圆面上。不转的制动蹄对旋转制动鼓产生摩擦力矩，从而产生 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 制动力，使车轮减速直至停车。 鼓式制动器是早期设计的制动系统，其刹车鼓的设计 1902 年就已经使用在马车上了，直到 1920 年左右才开始在汽车工业广泛应用。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%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。 汽车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。鼓式制动器是应用非常广泛的一种制动器，有其优良的制动效果及简单的结构形式 2。应用 软件建立鼓式制动器主要零件的实体模型 , 并完成虚拟装配，然后利用 件对制动器摩擦衬片有限元分析，为鼓式制动器的设计与研究提供了一种方法 ,，可缩短鼓式制动器的研发周期 , 降低产品的研发成本 , 并为以后进一步的结构优化设计、制造及运动分析奠定了 基础。 目前使用计算机辅助设计已经成为如今研究现状，也必将成为以后的发展趋势，计算机辅助设计的使用可降低工程设计成本的 13%30%，减少产品设计到投产的时间30%60%，增加分析问题的深度和广度 335 倍，提高作业生产率 40%70%，提高设备利用率 23 倍，减少加工过程 30%60%,降低人工成本 5%20%。以 司的代表的基于特征的参数化设计系统的问市给机械设计自动化奠定了坚实的现实基础，使得它变得其实可行。 近年来在计算机技术和数值分析方法支持下发展起来的有限元分析 （ 法则为解决这些复杂的工程分析计算问题提供了有效的途径。我国在 九五 计划期间大力推广 术，机械行业大中型企业 普及率从 八五末的 20%提高到目前的 70%。随着企业 用的普及，工程技术人员已逐步甩掉图板，而将主要精力投身如何优化设计，提高工程和产品质量，计算机辅助工程分析（ 法和软件将成为关键的技术要素。在工程实践中，有限元分析软件与 统的集成应用使设计水平发生了 质的飞跃，主要表现在以下几个方面：增加设计功能，减少设计成本；缩短设计和分析的循环周期； 增加产品和工程的可靠性； 采用优化设计，降低材料的消耗或成本； 在产品制造或工程施工前预先发现潜在的问题； 模拟各种试验方案，减少试验时间和经费； 进行机械事故分析，查找事故原因。 在大力推广 术的今天，从自行车到航天飞机，所有的设计制造都离不开有限元分析计算， 工程设计和分析中将得到越来越广泛的重视。汽车的任何零部件都可以根据其所要求的性能对其进行有限元分析 ,寻找最优的设计方案 , 以做到既能降低生产成本 , 又能提高其性能 , 达到最优的结合。例如 ,美国的 司已经利用有限元分析软件 行了钢板弹簧精确设计 ; 上 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 海汇众汽车制造有限公司利用有限元分析软件 行油门踏板杆材料的断裂优化分析以解决国产化材料的替代等等。汽车工业代表着一个国家制造业发展的水平 ,世界经济大国的经济发展无一不与汽车工业有着极为密切的关系 ;作为世界经济大国的美国的汽车就一直处于汽车行业领头地位。作为制造业的中坚 ,汽车工业一直是以有限元为主的 术应用的先锋。既然汽车的发展与有限元技术的应用有如此密切的联系 ,故 必须要加大对此项技术的投入 ;不但要加大资金的投入 ,而且一定要加大人力资源的投入 ,培养一批熟练掌握并能更进一步开发此项技术的人才。 车辆在行驶过程中要频繁进行制动操作 ,由于制动性能的好坏直接关系到交通和人身安全 ,因此制动器的性能是车辆非常重要的性能之一 ,改善汽车的制动器的性能始终是汽车设计制造和使用部门的重要任务。当车辆制动时 ,由于车辆受到与行驶方向相反的外力 ,所以才导致汽车的速度逐渐减小至 0,对这一过程中车辆受力情况的分析有助于制动系统的分析和设计 ,因此制动过程受力情况分析是车辆试验和设计的基础 ,由于这一过 程较为复杂 ,因此一般在实际中只能建立简化模型分析 ,通常人们主要从三个方面来对制动过程进行分析和评价 : (1)制动效能 :即制动距离与制动减速度； (2)制动效能的恒定性 :即抗热衰退性； (3)制动时汽车的方向稳定性； 目前 ,对于整车制动系统的研究主要通过路试或台架进行 ,由于在汽车道路试验中车轮扭矩不易测量 ,因此 ,多数有关传动系和制动系的试验均通过间接测量来进行汽车在道路上行驶 ,其车轮与地面的作用力是汽车运动变化的根据 ,在汽车道路试验中 ,如果能够方便地测量出车轮上扭矩的变化 ,则可为汽车整车制动系统性能研究提供更 全面的试验数据和性能评价 2。 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 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 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 件对摩擦衬片有限元 分析。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 制定出鼓式制动器的结构方案，确定计算制动 器 的主要参数。利用计算机辅助设计绘制装配图和零件图。对设计出的鼓式制动器的各项 指标进行评价分析。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 第 2 章 总体方案的确定 动器形式方案分析 汽车制动器几乎均为机械摩擦式，即利用旋转元件与固定元件两工作表面间的摩擦产生的制动力矩使汽车减速或停车。一般摩擦式制动器按其旋转元件的形状分为鼓式和盘式两大类。 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 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 3。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 图 领从蹄式制动器 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 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 4。 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 领蹄式制动器 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 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 示。 图 向双领蹄式器 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 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 示。 图 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 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 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 5。 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。如图 示。 图 向增力式制动器 式制动器 盘式制动器按摩擦副中定位原件的结构不同可分为钳盘式和全盘式两大类。 （ 1）钳盘式 钳盘式制动器按制动钳的结构型式又可分为定钳盘式制动器、浮钳盘式制动器等。 定钳盘式制动器：这种制动器中的制动钳固定不动，制动 盘与车轮相联并在制动钳体开口槽中旋转。具有下列优点：除活塞和制动块外无其他滑动件，易于保证制动钳的刚度；结构及制造工艺与一般鼓式制动器相差不多，容易实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革；能很好地适应多回路制动系的要求。 浮动盘式制动器：这种制动器具有以下优点：仅在盘的内侧有液压缸，故轴向尺寸小，制动器能进一步靠近轮毂；没有跨越制动盘的油道或油管加之液压缸冷却条件好，所以制动液汽化的可能性小；成本低；浮动钳的制动块可兼用于驻车制动。 （ 2）全盘式 在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件及固定元件均为圆形盘，制动时 各盘摩擦 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 表面全部接触，其作用原理与摩擦式离合器相同。由于这种制动器散热条件较差，其应用远没有浮钳盘式制动器广泛。 通过对盘式、鼓式制动器的分析比较可以得出盘式制动器与鼓式制动器比较有如下均一些突出优点 : 制动稳定性好 线变化平衡，所以对摩擦系数的要求可以放宽，因而对制动时摩擦面间为温度、水的影响敏感度就低。所以在汽车高速行驶时均能保证制动的稳定性和可靠性 6。 盘式制动器制动时，汽车减速度与制动管路压力是线性关系，而鼓式制动器却是非线性关系。 输出力矩平衡 制动盘的通风冷却较好，带通风孔的制动盘的散热效果尤佳，故热稳定性好，制动时所需踏板力也较小。 车速对踏板力的影响较小。 动器形式的确定 因为比亚迪 车属于家庭用经济型小型轿车，所以基于汽车的生产成本应符合适用人群的原则，再综合以上优缺点最终确定比亚迪 车的制动器设计采用前盘后鼓式。而我所设计的后轮鼓式制动器采用的是双向双领蹄式。 章小结 本章对此次设计的总体方案进行分析，对比了目前各种制动器形式的利弊，为确定本设计的设计方案提供了依据，作为设计的开始 本章显得十分的重要，确定了制动器的形式为以后的设计奠定了基础。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 第 3 章 鼓式制动器的设计计算 动系统主要参数数值 关主要技术参数 设计鼓式制动器的参数数据是采用比亚迪 车的具体参数如下： 整车质量： 空载： 1200载： 1600心位置： a=b=心高度： 空载： 载： 距： L= 距 : L 0=高车速： 180km/h 最大功率 /转速： 78/6000 kw/大转矩 /转速： 134/4500 Nm/ 胎： 195/60 同步附着系数的分析 (1)当0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 0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0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，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0q， 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q这表明只有在 0的路面上，地面的附着条件才可以得到充分利用。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 根据相关资料查出轿车0取0= 动器有关计算 面对车轮的法 向 反作用力 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 （ 并称之为 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，因此又称为制动周缘力。F 的方向相反，当车轮角速度 0 时，大小亦相等，且寸、摩擦副的摩擦系数及车轮有效半径等，并与制动踏板力即制动系的液压或气压成正比。当加大踏板力以加大fT，F 均随之增大。但地面制动力 着附着条件的限制，其值不可能 大于附着力F， 即 （ 或 m 式中 ： 轮胎与地面间的附着系数； Z地面对车轮的法向反力。 当制动器制动力 地 面制动力 到附着力 F 值时，车轮即被抱死并在地面上滑 移。此后制动力矩 表现为静摩擦力矩，而 即成为与 平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。当制动到 =0 以后，地面制动力 到附着力 F 值后就不再增大，而制动器制动力 于踏板力 增大使摩擦力矩 大而继续上升(见图 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 根据汽车制动时的整车受力分析，考虑到制动时的轴荷转移，可求得地面对前、后轴车轮的法向反力 ： )( 21 g 2600 200 （ 1560+ 8955N （ )( 12 g 2600 200 （ 1040 2805N （ 式中 ： G汽车所受重力； L汽车轴距； 1L 汽车质心离前轴距离； 2L 汽车质心离后轴距离； 汽车质心高度； g 重力加速度； 汽车制动减速度。 后轴制动力的确定 汽车总的地面制动力为 21 （ 式中： 制动强度，亦称比减速度或比制动力； 图 动力与踏板力的关系 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 1前后轴车轮的地面制动力。 由以上两式可求得前、后 轴车轮附着力为 )()( 221 （ )()( 112 （ 上式表明：汽车在附着系数 为任意确定值的路面上制动时，各轴附着力即极限制动力并非为常数，而是制动强度 q 或总制动力 函数。当汽车各车轮制动器的制动力足够时，根据汽车前、后轴的轴荷分配，前、后车轮制动器 制动力的分配、道路附着系数和坡度情况等，制动过程可能出现的情况有三种，即 (1)前轮先抱死拖滑，然后后轮再抱死拖滑； (2)后轮先抱死拖滑，然后前轮再抱死拖滑； (3)前、后轮同时抱死拖滑。 在以上三种情况中，显然是最后一种情况的附着条件利用得最好。 由式（ 式 (难求得在任何附着系数 的路面上，前、后车轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件是 2121 （ )/()(/ 122121 （ 式中： 1前轴车轮的制动器制动力，111 f ； 2后轴车轮的制动器制动力，222 f ； 1前轴车轮的地面制动力； 2后轴车轮的地面制动力； 1Z ， 2Z 地面对前、后轴车轮的法向反力； G 汽车重力； 1L ， 2L 汽车质心离前、后轴距离； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 汽车质心高度。 选取 =： 2121（ = 7.0 =8232N 2 （ 由式（ 式（ ： 12 制动器最大制动力矩的确定 制动器所能产生的制动力矩，受车轮的计算力矩所制约，即： 1 =m (2 =m (式中：1前轴制动器的制动力， 11 ； 2后轴制动器的制动力， 22 ； 一个车轮制动器应有的最大制动力矩为按上列公式计算结果的半值。则后轮制动器应有的最大力矩为 m 式制动器的结构设计与计算 动鼓内径 输入力0动鼓内径越大， 制动力矩越大，且散热能力也越强。 图 领蹄式鼓式制动器 但增大 D 受轮辋内径限制，如图 示。制动鼓与轮辋之间应保持足够的间隙，通常要求该间隙不小于 20则不仅制动鼓散热条件太差，而且 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 轮辋受热后可能粘住内胎或烤坏气门嘴。制动鼓直径与轮辋直径之比的范围如下： 乘用车： D 车： D 0 动鼓内径尺寸应参照专业标准 24 9制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列选取。 依据汽车后轮轮胎型号： 195/60 于是，得轮辋直径 25.4 x 15=381 （ 1 取 D 制动鼓内径直径 :D=x 照 中华人民共和国专业标准 3091999 制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列，轮辋直径 15 英寸的制动鼓最大内径不超过 300 取 D=300 动鼓壁厚 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散热容量，但试验表明，壁厚由 11至 20，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： 轿车制动鼓壁厚取为 712 货车取为 1318 本设计取制动鼓厚度为 n=10 制动鼓有铸造的和组合式两种。铸造制动鼓多选用灰铸铁，具有机械加工容易、耐磨、热容量大等优点。为防止制动鼓工作时受载变形，常在制动鼓的外圆周部分铸有肋，用来加强刚度和增加散热效果。精确计算制动鼓壁厚既复杂又困难，所以常根据经验选取。 擦衬片的宽度和包角 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。衬片宽度尺寸取窄些，则磨损速度快，衬片寿命短；若衬片宽度尺寸取宽些，则质量大，不易加工，并且增加了成本。 制动鼓半径 R 确定后，衬片的摩擦面积为 b (式中 : 以弧度（ 单位。 制动器各蹄衬片总的摩擦面积 大，制动时所受单位面积的正压力和 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 能量负荷越小，从而磨损特性越好。 试验表明，摩擦衬片包角 =90 100时，磨损最小，制动鼓温度最低，且制动效能最高 。 角减小虽然有利于散热，但单位压力过高将加速磨损。实际上包角两端处单位压力最小，因此过分延伸衬片的两端以加大包角，对减小单位压力的作用不大，而且将使制动不平顺，容易使制动器发生自锁。因此，包角一般不宜大于 120。 取： =108。 衬片宽度 b 较大可以减少磨损，但过大将不易保证与制动鼓全面接触。制动器各蹄摩擦衬片总摩擦面积越大，则制动时产生的单位面积越小，从而磨损也越小。根据 中华人民共和国专业标准 3091999 制动鼓工作直径及制动蹄片宽度尺寸系列， 对于（ t 的轿车， 单个制动器总的摩擦面积 （ 100200） 表 里取： 50 b=64 表 3片摩擦面积 汽车类别 汽车总质量 m/t 单个制动器的衬片摩擦面积 A /车 00200 200300 客车与货车 20200 150250 250400 300650 5501000 6001500 擦衬片的起始角 一般将衬片布置在制动碲的中央，即令0=90 2 。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，以改善磨损均匀性和制动效能。 此设计中 令0=90 2 =90 2108 =36 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 擦衬片的摩擦系数 摩擦片摩擦系数对制动力矩的影响很大，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。不能单纯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的要求，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 数可达 般说来，摩擦系数愈高的材料，其耐磨性愈差。所以在制动器设计时并非一定要追求高摩擦系数的材料。 当前国产的制动摩擦片材料在温度低于 250 时，保持摩擦系数 0.0f 已无大问题。 本设计取 f = 式制动器主要零件的结构设计 动鼓摩擦衬片的摩擦系数 制动鼓应具有非常好的刚性和大的热容量，制动时其温升不应超过极限值。制动鼓的材料应与摩擦衬片的材料向匹配，以保证具有高的摩擦系数并使工作表面摩擦均匀。 中型，重型载货汽车和中型、大型客车多采用灰铸铁 型货车和一些轿车则采用钢板 冲压成形的辐板与铸铁鼓筒部分铸成一体的组合制动鼓；带有灰铸铁内鼓筒的铸铝合金制动鼓在轿车上得到了日益广泛的应用；铸铁内鼓筒与铝合金也是铸到一起的，这中内镶一层珠光体组织的灰铸铁作为工作表面，其耐磨性和散热性都很好，而且减少了质量。 本设计采用的制动鼓材料：铸铁内鼓筒与铝合金铸到一起 动蹄 轿车和微型，轻型载货汽车的制动蹄管饭采用 T 形型钢碾压或钢板冲压 吨位载货汽车的制动蹄则多采用铸铁、铸钢或铸铝合金制成。制动蹄的结构尺寸和断面形状应保证其刚度好，单小型车用钢板制的制动蹄腹板上有时 开有一、两条径向槽，使蹄的弯曲刚度小些，以便使制动蹄摩擦衬片与制动鼓之间的接触压力均匀，因而使衬片的磨损较为均匀，并可减少制动时的尖叫声。 制动蹄腹板和翼缘的厚度，轿车的约为 3车的约为5擦片的厚度，轿车的多为 本设计制动蹄选用： T 形 黑龙江工程学院本科生毕业设计 23 制动蹄腹板厚度： 5动蹄翼缘厚度： 5擦衬片厚度： 5 制动底板 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。制动底板承受着制动器工作时的制动反力矩，因此它 应该有足够的刚度。刚度不足会使制动力矩减小，踏板行程增大，衬片磨损