制动器毕业论文.doc

基于SolidWorks盘式制动器的设计摘 要制动器是汽车部件中不可缺少的一部分，它使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车，在下坡行驶时，汽车可以保持适当及稳定的车速，也能可靠地停在原地或坡道上。轿车制动器的类型主要有鼓式和盘式，它们都有各自的优缺点，其制动的原理，简单地就是利用摩擦将动能转换成热能，使汽车失去动能而停车。因此，散热对制动系统是十分重要的，而盘式制动器不仅散热性能较好，而且散热快，重量轻，构造简单，调整方便。随着人们对轿车性能要求的提高，近年来采用盘式制动器的轿车日益增多，尤其是中高级轿车，一般都采用了盘式制动器。本设计主要通过对现有的盘式制动器的结构进行分析，并且应用SolidWorks三维设计软件进行了各零件的绘制以及整个制动器的装配，这不但形象的表达了制动器的结构和各零件的连结关系，而且在设计中也能更好的进行分析，提高设计的准确性。关键词：制动器 ；盘式制动器 ；结构；分析The Design of the Dish Type Brake Based on SolidWorksAbstract Author : Liangyong Tutor : The brake is an indispensable part of the parts of automobiles, it makes those automotives driving speed with appropriately decelerate until parking, while going down slope, automotives could keep the driving speed appropriate and stability, and sparking credibly in original place ability or gradient pavement. The drum brake and the disc brake are two main types of the car brakes, they all have merits and shortcomings respectively, the braking principle of the brake, making use of fiction to change kinetic energy into thermal energy, so as to the cars lose kinetic energy and stop moving. Therefore, radiating heat is very important for the brake system, and the disc brake not only could radiate heat, but also do it more quickly, it still has the permits of light weight, simple structure, and convenient adjustment. With the increasing requirement of cars abilities, the use of the disc brakes of cars is increase in recent years, particularly the medium and high class cars, generally all has adopted the dish type. The design is mainly analysis the structures of the disc brake which has been getting use of the current cars, and the applications of SolidWorks 3D design software to draw various parts and to assemble the entire brake, this is not only accurately and visually express the structures and the links between the various components, but also get a better analysis in this process, and also improve the accuracy of the design.Key words: brake；the dish type brake；structures；analysis 1 前 言 汽车工业的百年发展史，几乎与20世纪重合。1906年美国的杜里埃兄弟制造并出售了13辆以汽油为燃料的四轮汽车，汽车很快就成了时尚的宠儿。1908年，美国就有了485家汽车制造商。1914年，福特汽车公司已经实现了汽车的流水线生产。1928年，通用公司雪佛兰汽车的年产量就达到了120万辆。中国汽车工业从1953年兴建第一汽车制造厂开始，1956年第一辆解放牌载货汽车驶出一汽的大门，中国不能制造汽车的历史从此结束。如今汽车品牌之多，汽车生产技术之先进，已是人们有目共睹的事实。21世纪是汽车工业飞速发展的时代，汽车工业逐步成为许多国家的支柱产业。我国随着国民经济的快速发展，汽车的年产量和社会保有量也都在迅速增加。汽车质量的优劣，关系到我国汽车产业能否冲出国门，走向世界。因此，对汽车以及相关产品的改进也是相当重要的。 汽车制动器作为汽车制动系的重要部件，其工作状况的好坏直接影响到制动系统的性能和行车的安全。与鼓刹相比，盘式制动器具有散热快、重量轻、制动迅速、调整方便的优点。特别是高负载时耐高温性能好，制动效果稳定，受外界环境因素的影响更小，在严寒气候和极限驾驶状态下开车，盘式制动器比鼓式制动器更容易在短时间内让车停下来。所以盘式制动器有更大的发展空间，广泛应用有很深远的意义。行车制动装置是汽车在行驶的过程中的安全保障，制动器是制动系的的重要部件，在目前，中型客车大都采用鼓式制动器，对其制动器的改进是非常重要的。盘式制动器与鼓式制动器相比，他们的优劣显而易见。因此，对中型客车制动器的改进更能加强行车安全，对于乘客来讲具有很深的意义。 2 盘式制动器的结构方案分析2.1钳盘式制动器的分类 按摩擦副中固定元件的结构的不同，钳盘式制动器分为固定钳式和浮动钳式两类。 钳盘式制动器的固定摩擦元件是制动块，装在与车轴连接且不能绕车轴轴线旋转的制动钳中。制动衬块与制动盘接触面很小，在盘上所占的中心角一般仅为3050，故这种盘式制动器又称为点盘式制动器。钳盘式制动器按制动钳的结构不同，有以下几种。a)固定钳式 b）滑动钳式 c）摆动钳式图2-1 钳盘式制动器示意图 1.固定钳式 如图2-1a所示，制动钳固定不动，制动盘两侧均有液压缸。制动时仅两侧液压缸中的制动块向盘面移动。这种形式也称为对置活塞式或浮动活塞式。 2.浮动钳式 （1）滑动钳式 如图2-1b所示，制动钳可以相对于制动盘做轴向滑动，其中只在制动盘的内侧置有液压缸，外侧的制动块固装在钳体上。制动时活塞在液压作用下使活动制动块压靠到制动盘。而反作用力则推动制动钳体连同固定制动块压向制动盘的另一侧，直到两制动块受力均匀为止。 （2）摆动钳式 如图2-1c所示，它也是单侧液压缸结构，制动钳体与固定于车轴上的支座铰接。为实现制动，钳体不是滑动而是在与制动盘垂直的平面内摆动。显然制动块不可能全面均匀地摩擦。为此，有必要将衬块预先做成楔形（摩擦面对背面的倾斜角为6左右）。在使用过程中，衬块逐渐磨损到各处残存厚度均匀（一般为1mm左右）后应即更换。2.2盘式制动器的选择 固定钳式的优点有：除活塞和制动块以外无其他滑动件，易于保证钳的刚度；结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多；容易实现从鼓式到盘式的改型；很能适应不同回路驱动系统的要求（可采用三缸或四缸液压缸结构）。 固定钳式的缺点有：至少有两个液压缸分置于制动盘两侧因而必须用跨越制动盘的内部油道或外部油管来连通，这一方面使制动器的径向和轴向尺寸增大，增加了在汽车上的布置难度，另一方面增加了受热的机会，使制动液温度过高而汽化。 浮动钳式制动器的优点：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，所以制动液汽化可能小；成本低；浮动钳的制动块还可兼用驻车制动。经过分析，浮动钳式与固定钳式制动器相比， 浮动钳式制动器的优点更为突出，成本低，冷却条件好，更能适合中型客车的需要。所以此次采用浮动钳式制动器，而浮动钳式中，滑动钳式与摆动钳式相比，滑动钳式更能适合，因此采用滑动钳式制动器。2.3盘式制动器的功用和要求制动器是汽车部件中不可缺少的一部分，它直接影响着行车中的安全，它的功用是：在汽车正常的行驶过程中能使汽车以适当的减速度降速行驶或者停车，在下坡行驶时，又能使汽车可以保持适当及稳定的车速行驶，也能使其可靠地停在原地或坡道上。为保证离合器有良好的工作性能，对制动器的设计应满足如下要求：1. 有足够的制动能力。行车制动能力，用一定制动初速度下的制动减速度和制动距离两项指标评定，驻坡能力是指汽车在良好路面上能可靠地停驻的最大坡度。2. 在任何速度制动，汽车都不应当丧失操纵性和方向稳定性。3. 防止水和污泥进入制动工作表面。4. 要求制动器制动能力的热稳定能力良好。5. 操纵轻便，并具有良好的随动性。2.4滑动钳式制动器的工作原理图2-2 滑动钳式制动器工作原理如图2-2所示，滑动钳式制动器的制动钳可以相对与制动盘做轴向滑动，其只在制动盘的内侧置有液压缸。外侧的制动块固定在钳体上。 制动时，油液被压入液压缸中，活塞在液压P1的作用下使活动制动块压靠到制动盘，而其反作用力P2则推动钳体连同制动块一起压向制动盘的另一侧，直到两制动块受力均等为止，两制动块共同作用使车轮停止旋转。当不制动时，液压快速下降，制动块在弹力的作用下迅速向两边张开与制动盘分离。3 盘式制动器主要参数的确定3.1制动盘直径D 制动盘直径D应尽可能取大些，这时制动盘的有效半径得到增加，可以降低制动钳的夹紧力，减少衬块的单位压力和工作温度。受轮辋直径的限制，制动盘的直径通常选择为轮辋直径的70%79%。总质量大于2t的汽车应取上限。 因中型客车总质量大于2t，所以应取其上限，制动盘的直径应为轮辋直径的79%。根据实际情况，中型客车的制动盘直径D应取在200mm左右，本次设计取200mm。3.2制动盘厚度h 制动盘厚度h对制动盘质量和工作时的温度有影响。为使质量小些，制动盘厚度不宜取得很大；为降低温度，制动盘厚度又不宜取得过小。制动盘可以做成实心的，或者为了散热通风的需要在制动盘中间铸出通风孔道。一般实心制动盘厚度可取1020mm，通风式制动盘厚度取为2030mm。 中型客车由于制动力太大，产生的热量太多，所以应在盘中铸出通风孔道，而盘的厚度应取其上限值，本次取厚度应为20mm。3.3摩擦衬块外半径R2与内半径R1制动器摩擦衬块在性能上应满足如下要求：1. 摩擦因数较高且较稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小；2. 有足够的机械强度与耐磨性；3. 密度要小，以减小从动盘转动惯量；4. 热稳定性好，在高温下分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦；磨合性能好，不致刮伤制动盘表面； 摩擦衬块外半径R2与内半径R1的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作时衬块的外缘与内侧圆周速度相差太多，磨损不均匀，接触面积减少，最终导致制动力矩变化大。3.4制动衬块面积A 对于盘式制动器衬块工作面积A，根据制动衬块单位面积占有的汽车质量在1.63.5kg/cm范围内选用。4 盘式制动器的设计与计算4.1制动力矩的计算 假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触，且各处单位压力分布均匀，则制动器的制动力矩为：=2R式中，f为摩擦因数；F0为单侧制动块对制动盘的压紧力；R为作用半径。 对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块，若其径向宽度不是很大，取R等于平均半径Rm，或者有效半径Re，在实际上已经足够精确。图 4-1 钳盘式制动器的作用半径参考图如图4-1，平均半径为Rm=式中，R1和R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。设衬块与制动盘之间的单位压力为P，则在任意微元面积RdRd上的摩擦力对制动盘中心的力矩为PRdRd,而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应为=PRdRd=P（R2-R1)单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为=PRdRd=P(R2-R1)故有效半径为Re=（R2-R1)/(R2-R1)可见，有效半径Re既是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。上式也可以写成Re=1-R1R2/（R1+R2）（）=1-m/(1+m)Rm式中，m=。因为，m1，m/(1+m)Rm，且m越小，则两者差值越大。应当指出，若m过小，即扇形的径向宽度过大，衬块摩擦面上各不同半径处的滑磨速度相差太远，摩擦将不均匀，因而单位压力分布均匀这一假设条件不能成立，则上述计算方法也不适用。M值一般不小于0.65。4.2制动盘的工艺要求制动盘的工作面的加工精度应达到下述要求：平面度允差为0.012mm，表面粗糙度为Ra0.71.3m，两摩擦表面的平行度不应大于0.05mm，制动盘的端面圆跳动不应大于0.03mm。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠光体灰铸铁制造，为保证有足够的强度和耐磨性能，其牌号不应低于HT250。4.3衬片摩擦特性的计算摩擦衬片（衬块）的磨损受温度、摩擦力、滑磨速度、制动盘的材料以及加工情况，以及衬块本身材料质量等诸多因素的影响，因此在理论上计算磨损性能极为困难。但实验表明，影响摩擦的最重要的因素还是摩擦表面的温度和摩擦力。 从能量的观点来说，汽车制动过程即是将汽车的机械能（动能和势能）的一部分转变为热量而消耗的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了汽车全部动能耗散的任务。此时，由于制动时间很短，实际上热量还来不及逸散到大气中，而是被制动器所吸收，导致制动器的温度升高。这就是制动器的能量负荷，能量负荷越大，则衬块磨损将越严重。对于盘式制动器的衬块，其单位面积上的能量负荷比鼓式制动器的衬片大许多倍，所以制动盘的表面温度比制动鼓的高。各种汽车的总质量及其制动衬块的摩擦面积各不相同，因而有必要用一种相对的量作为评价能量负荷的指标。目前，各国常用的指标是比能量耗散率，即每单位衬块摩擦面积的每单位时间耗散的能量。通常所用的计量单位为W/mm。比能量耗散率有时也称为单位功负荷，或简称能量负荷。双轴汽车的单个前轮及后轮制动器的比能量耗散率分别为=ma(1-2)/4tA1 =ma(1-2)（1-）/4tA2t=式中，ma为汽车总质量(t)；为汽车回转质量换算系数；1、2为制动初速度和制动终速度（m/s)；j为制动减速度（m/s)；t为制动时间（s）；A1、A2为前、后轮制动器衬块的摩擦面积（mm)；为制动力分配系数。在紧急制动到停车的的情况下，2=0，并可以认为=1，故=ma1/4tA1=ma1（1-）/4tA2据有关文献推荐，鼓式制动器的比能量耗散率以不大于1.8W/mm为宜，计算时取减速度j=0.6g。制动初速度1：轿车用100km/h(27.8m/s)；总质量3.5t以下的汽车用80km/h(22.2m/s)；总质量3.5t以上的汽车用65km/h(18m/s)。盘式制动器在同上的1和j的条件下，比能量耗散率应不大于6.0W/mm。对于最高车速低于制动初速度的汽车，按上述条件算出的e值允许略大于1.8W/mm。比能量耗散率过高不仅引起衬块的加速磨损，而且有可能使制动盘过早发生龟裂。另一个磨损特性指标是每单位衬块摩擦面积的制动器摩擦力，称为比摩擦力o。比摩擦力越大，则磨损将越严重。单个车轮的制动器比摩擦力为o=式中，为单个制动器的制动力矩；R为制动衬块平均半径Rm或有效半径Re；A为单个制动器的衬块摩擦面积。5 Solidworks的盘式制动器设计5.1制动器零件的绘制（附主要零件的立体效果图）本文针对建模总结了Solidwords软件的一些使用技巧，简述如下： 1.建模之前，应对模型，尤其是复杂模型作全局考虑，认真周全地确定建模顺序和方法； 2.在进行主要建模环节之前，应仔细检查尺寸，防止出现错漏。如果某部分尺寸遗漏或出错，那么在“抽空”操作后，可能会因该部分尺寸的错误而造成设计全部报废，从而影响开发进度； 3.对于复杂模型，应将三维实体建模和二维图生成结合使用。二维图能较准确地检查空间不易检查的尺寸，并可反过来验证实体建模的正确性，及时发现存在的问题； 4.在做了一系列实体后应及时检查参数，避免出错；5.对于复杂零件应多做备份。针对不同工作阶段存储相应的文档，以备文件丢失或损坏时可调用最近的相邻文件重做。5.1.1结束语这次毕业设计不仅将自己所学的专业知识包括进来如：汽车发动机构造及维修、汽车底盘构造及维修，而且还将了机械制造基础、机械制图等课程有机的结合在一起，自己还学习了许多的制图知