(完整版)畢業(yè)設(shè)計(jì)浮鉗盤式制動(dòng)器

1、原始數(shù)據(jù)：整車質(zhì)量：空載：1550kg;滿載：2000kg質(zhì)心位置：a=Li=1.35m； b=L?=1.25m質(zhì)心高度：空載：hg=0.95m；滿載：hg=0.85m軸 距：L=2.6m輪 距：L 0 =1.8m最高車速：160km/h車輪工作半徑：370mm輪轂直徑：140mm輪缸直徑：54mm輪 胎：195/60R14 85H1 .同步附著系數(shù)的分析(1)當(dāng) 0時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向 能力；(2)當(dāng) 0時(shí)：制動(dòng)時(shí)總是后輪先抱死，這時(shí)容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去 方向穩(wěn)定性；(3)當(dāng) 。時(shí)：制動(dòng)時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也喪失了 轉(zhuǎn)向能力。

2、分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為0的路面上制動(dòng)(前、后車輪同時(shí)抱死)時(shí),其制動(dòng)減速度為dudt qg0g ,即q 。，q為制動(dòng)強(qiáng)度。而在其他附著系數(shù)的路面上制動(dòng)時(shí)，達(dá)到前輪或后輪即將抱死的制動(dòng)強(qiáng)度q ，這表明只有在。的路面上，地面的附著條件才可以得到充分利用。根據(jù)相關(guān)資料查出轎車0.6 ,故取0.6.同步附著系數(shù)：0 0.62 .確定前后軸制動(dòng)力矩分配系數(shù)常用前制動(dòng)器制動(dòng)力與汽車總制動(dòng)力之比來表明分配的比例，稱為制動(dòng)器制動(dòng)F力分配系數(shù)，用表示，即:_uLf f fF ，I u u1 u2u式中，F(xiàn)u1：前制動(dòng)器制動(dòng)力；Fu2：后制動(dòng)器制動(dòng)力；Fu：制動(dòng)器總制動(dòng)力。由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配

3、系數(shù)可由下式得到:根據(jù)公式:L20 hg得：1.25 0.6 0.85 0.682.63 .制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，要求合理地確定前，后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力矩。根據(jù)汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動(dòng)到前輪抱死拖滑，計(jì)算出后輪制 動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩M 2由輪胎與路面附著系數(shù)所決定的前后軸最大附著力矩:. G ,、M 2 max( 1 qhg ) reL式中：該車所能遇到的最大附著系數(shù)；q :制動(dòng)強(qiáng)度；re：車輪有效半徑；M 2max ：后軸最大制動(dòng)力矩；G :汽車滿載質(zhì)量;L :汽車軸距;其中1.35 0.70) hg1.35 (0.7 0.6) 0.85=0.66故后軸

4、M200002 max2.6(1.350.66 0.85) 0.7 370 =1.57 106 Nmm后輪的制動(dòng)力矩為1.57 106 /2=0.785 106 Nmm前軸 M1max = Tf1max=L2max=0.67仆。67)7 廿。2 106Nmm前輪的制動(dòng)力矩為3.2 106/2=1.6 106Nmm2 .浮鉗盤式制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定2.1 制動(dòng)盤直徑D制動(dòng)盤直徑D希望盡量大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得以增大，就可以降低制 動(dòng)鉗的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動(dòng)盤直徑D受輪毅直徑的限制通常，制動(dòng)盤的直徑 D選擇為輪毅直徑的70%90%總質(zhì)量大于2t 的車輛應(yīng)取其上

5、限。通常，制造商在保持有效的制動(dòng)性能的情況下，盡可能將 零件做的小些，輕些。輪物直徑為 14英寸（1英寸=2.54cm）,又因?yàn)镸=2000kg 取其上限。在本設(shè)計(jì)中：D 72%Dr 72% 14 25.4 256.032，取 D=256mm2.2 制動(dòng)盤厚度h制動(dòng)盤厚度h直接影響著制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制 動(dòng)盤厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些；為了降低制動(dòng)工作時(shí)的溫開，制動(dòng)盤厚度又不宜過小。 制動(dòng)盤可以制成實(shí)心的，而為了通風(fēng)散熱，可以在制動(dòng)盤的兩工作面之間鑄出 通風(fēng)孔道。通風(fēng)的制動(dòng)盤在兩個(gè)制動(dòng)表面之間鑄有冷卻葉片。這種結(jié)構(gòu)使制動(dòng) 盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，盤內(nèi)扇形葉片的

6、選擇了空氣循環(huán)，有效的冷卻制動(dòng)。通常，實(shí)心制動(dòng)盤厚度為10mm20mm具有通風(fēng)孔道的制動(dòng)盤厚度取為20mm 50mm但多采用20mm30mm在本設(shè)計(jì)中選用通風(fēng)式制動(dòng)盤，h取20mm2.3 摩擦襯塊外半徑R與內(nèi)半徑R推薦摩擦襯塊外半徑R與內(nèi)半徑R的比值不大于1.5。若比值偏大，工作時(shí)襯 塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差較多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終將導(dǎo)致 制動(dòng)力矩變化大。在本設(shè)計(jì)中取外半徑 R=104mim 1.3，則內(nèi)半徑R=80mm Ri2.4 摩擦襯塊工作面積A摩擦襯塊單位面積占有的車輛質(zhì)量在1.6kg/ cm23.5kg/ cm2范圍內(nèi)選取。汽車空載質(zhì)量為1550kg,前輪空載時(shí)地載荷為

7、852.5kg,所以852.5/(3.5*4) cm2 A852.5/(1.6*4) cm2,即 60.89 cm2A110.7cm2。在本設(shè)計(jì)中取襯塊的夾角為50。摩擦襯塊的工作面積A:A(R； R2) 2 -50- 2 7603.5mm2A取 76cm2。360經(jīng)過計(jì)算最終確定前輪制動(dòng)器的參數(shù)如下：制動(dòng)盤直徑D=256mm取制動(dòng)盤厚度 h=20mm摩擦襯片外半徑 R2=104mm內(nèi)半 徑二80mm制動(dòng)襯塊工作面積 A=76cmi活塞直徑二輪缸直徑=54mm3 .制動(dòng)效能分析3.1 制動(dòng)減速度j 制動(dòng)系的作用效果，可以用最大制動(dòng)減速度及最小制動(dòng)距離來評(píng)價(jià)假設(shè)汽車是在水平的，堅(jiān)硬的道路上行駛，

8、并且不考慮路面附著條件，因此制動(dòng)力是由制動(dòng)器產(chǎn)生。此時(shí)j M 總 /re m式中 M 總 汽車前、后輪制動(dòng)力矩的總合。M 總=Mui Mu2=785+1600=2385Nmre=370mm=0.37mm汽車總重m=2000kg2代入數(shù)據(jù)得 j =(785+1600)/0.37 X 2000=6.16m/s轎車制動(dòng)減速度應(yīng)在5.87m/s 2 , 所以符合要求。3.2 制動(dòng)距離S在勻減速度制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)距離S 為S=1/3.6 ( t1+ t 2/2) V+ V2/254式中，t 1消除制動(dòng)盤與襯塊間隙時(shí)間，取0.1st2制動(dòng)力增長過程所需時(shí)間, 取 0.2sV=30km/h故 S=1/3.6 (

9、0.1+ 0.2/2 ) 30+ 30 2/254 X 0.7=7.2m轎車的最大制動(dòng)距離為：ST=0.1V+V2/150ST =0.1 30+302/150=9mSST所以符合要求。3.3 摩擦襯片的磨損特性計(jì)算摩擦襯片的磨損與摩擦副的材質(zhì)，表面加工情況、溫度、壓力以及相對(duì)滑磨速 度等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。但試驗(yàn)表明, 摩擦表面的溫度、壓力、摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。汽車的制動(dòng)過程，是將其機(jī)械能（動(dòng)能、勢(shì)能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌?過程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng) 力的任務(wù)。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)制動(dòng)摩擦產(chǎn)生

10、的熱量來不及逸散到大氣中，致 使制動(dòng)器溫度升高。此即所謂制動(dòng)器的能量負(fù)荷。能量負(fù)荷愈大，則摩擦襯片 （襯塊）的磨損亦愈嚴(yán)重。雙軸汽車的單個(gè)前輪制動(dòng)器的比能量耗散率為：22、1 ma（Vi V2）ei2 2%式中：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動(dòng)時(shí) 40,1；ma：汽車總質(zhì)量;v1 , v2:汽車制動(dòng)初速度與終速度（m/s）；計(jì)算時(shí)轎車v1取27.8 m/s；t:制動(dòng)時(shí)間，s;按下式計(jì)算v1v227.84.6s2j :制動(dòng)減速度，m/s ,j 0.6 g 0.6 10 6m/s2;Ai :前輪制動(dòng)器襯片的摩擦面積;A =7600mrri:制動(dòng)力分配系數(shù)則ei2ImaW22tA1550 27.822

11、 2 4.6 760020.67=5.7 w/mm ,2一 .轎車盤式制動(dòng)器的比能量耗散率應(yīng)不大于 6.0 w/mm ,故符合要求。若摩擦襯片壓力與制動(dòng)盤面接觸良好，且各處單位壓力分布均勻，則在鉗盤式制動(dòng)器扇形摩擦襯面上任取一微小面積：dA = RdRd 9 ,在這微小面積上產(chǎn)生的微 摩擦力矩為：dM=qRi dA=p qRRdO ,式中q為摩擦片與制動(dòng)盤之間的單位面積上的 壓力，以為摩擦片的摩擦系數(shù)，則單側(cè)摩擦片作用于制動(dòng)盤上的制動(dòng)力矩為可由R2/2R2下式積分求得:M=a pRdRdO =9 p pR2R，a( (R23-Ri3) (N.m)Ri/2R13則盤式制動(dòng)器的總制動(dòng)力矩為：M=2

12、 pq (R23-Ri3)34.性能約束(1)制動(dòng)力矩約束：汽車制動(dòng)器制動(dòng)力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩，否則會(huì)發(fā)生車輪抱死現(xiàn)象而產(chǎn)生側(cè)滑，從而失去穩(wěn)定性，即：M G re2式中：路面附著系數(shù)；G:整車重量(N);:制動(dòng)力分配系數(shù);re：車輪有效半徑。(2)摩擦片壓力約束：摩擦片應(yīng)達(dá)到要求的耐磨性或使用壽命，對(duì)于摩擦片最大 許用單位壓力P, 一般按經(jīng)驗(yàn)取值，因此，摩擦片單位面積壓力不得超過許用 單位壓力P,即：d214P122-(R2 R )21 d 22 PP2E Ri )21ma%322tA2maVi_ 2_ 22t(R2Ri )e (W/mmn(3)比能量耗散率約束：如果比能量耗散率過高，不

13、僅會(huì)加快制動(dòng)摩擦片的磨損, 而且可能引起制動(dòng)盤的龜裂，因此所施加的約束為：式中：m整車質(zhì)量(kg);e：盤式制動(dòng)器時(shí)，取 6. 0W/mmT:為制動(dòng)時(shí)間。(4)制動(dòng)盤一次制動(dòng)的溫升: T=GV /254CiM At式中M：制動(dòng)盤的質(zhì)量(Kg)Mi=D-h ，其中為制動(dòng)盤的密度7900 kg/m34C 1：制動(dòng)盤的熱容量J/(Kg - K)對(duì)鋼和鑄鐵取C=523J/(Kg.K);V :制動(dòng)初速度(Km/h)取30Km/ht 一次制動(dòng)最大允許溫開，一般不大于15c即288.15K2(5)摩擦襯塊面積：由于摩擦襯塊單包面積占有的車輛質(zhì)量在1.6kg/ cm-2 .3.5kg/ cm范圍內(nèi)選取。汽車空

14、載質(zhì)量為1550kg,前輪空載時(shí)地載荷為222852.5kg,所以 852.5/(3.5*4) cm A852.5/(1.6*4) cm ,即 60.89 cm22vAv110.7cm2于是 6089mm2-2 411070mm?。(6)結(jié)構(gòu)約束1） D 0.77Dh2） R2+Ai D/23） Dg/2+ 2 R14） 1.27R2/Rl 1.63其中：Dh:輪輛直徑（mm）;Cg：輪轂直徑（mm）; 1、2:分別為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間裕量（mm）=浮鉗盤式制動(dòng)器主要部件結(jié)構(gòu)的確定制動(dòng)盤盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有兩個(gè)主要部分：輪轂和制動(dòng)表面。輪轂是安裝車輪的部位，內(nèi)裝有軸承。制動(dòng)表面是制動(dòng)盤兩側(cè)的加工表面

15、。它被加工得很仔細(xì)，為制動(dòng)摩擦塊提供摩擦接觸面。整個(gè)制動(dòng)盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動(dòng)盤裝車輪的一側(cè)稱為外側(cè)，另一側(cè)朝向車輪中心，稱為內(nèi)側(cè)。按輪轂結(jié)構(gòu)分類，制動(dòng)盤有兩種常用型式。帶轂的制動(dòng)盤有個(gè)整體式轂。在這種結(jié)構(gòu)中，輪轂與制動(dòng)盤的其余部分鑄成單體件。另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個(gè)獨(dú)立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車論凸耳螺栓通過輪轂，再通過制動(dòng)盤轂法蘭配裝。這種型式制動(dòng)盤稱為無轂制動(dòng)盤。這種型式的優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)盤便宜些。制動(dòng)面磨損超過加工極限時(shí)能很容易更換。本設(shè)計(jì)采用的是第二種型式。制動(dòng)盤一般用珠光體灰鑄鐵制成，或用添加Cr， Ni 等的合金鑄鐵制成。制動(dòng)盤在工作 時(shí)不僅承受著制動(dòng)塊作

16、用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。為了改善冷卻效果，鉗盤式制動(dòng)器的制動(dòng)盤有的鑄成中間有徑向通風(fēng)槽的雙層盤這樣可大大地增加散熱面積，降低溫升約20 30 ，但盤的整體厚度較厚。而一般不帶通風(fēng)槽的轎車制動(dòng)盤，其厚度約在l0m13mm 之間。本次設(shè)計(jì)采用的材料為HT250。制動(dòng)盤的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制表面的跳動(dòng)量，兩側(cè)表面的平行度（厚度差）及制動(dòng)盤的不平衡量。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)規(guī)定：制動(dòng)盤兩側(cè)表面不平行度不應(yīng)大于 0.008mm, 盤的表面擺差不應(yīng)大于0.1mm ；制動(dòng)盤表面粗糙度不應(yīng)大于0.06mm 。制動(dòng)鉗制動(dòng)鉗由可鍛鑄鐵KTH370 12或球墨鑄鐵QT400 18 制造，也有用輕

17、合金制造的，例如用鋁合金壓鑄?？勺龀烧w的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口，以便不必拆下制動(dòng)鉗便可檢查或更換制動(dòng)塊。制動(dòng)鉗體應(yīng)有高的強(qiáng)度和剛度。在鉗體中加工出制動(dòng)油缸。為了減少傳給制動(dòng)液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動(dòng)塊的背板?；钊设T鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進(jìn)行鍍鉻處理。為了解決因制動(dòng)鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動(dòng)液的熱量的問題，應(yīng)減小活塞與制動(dòng)塊背板的接觸面積。制動(dòng)鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動(dòng)鉗位于車軸前可避免輪胎甩出來的泥，水進(jìn)入制動(dòng)鉗，位于車軸后則可減小制動(dòng)時(shí)輪轂軸承的合成載荷。制動(dòng)塊制動(dòng)塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或

18、粘接在一起。襯塊多為扇面形，也有矩形、正方形或長圓形的?；钊麘?yīng)能壓住盡量多的制動(dòng)塊面積，以免襯塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動(dòng)塊背板由鋼板制成。為了避免制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給制動(dòng)鉗而引起制動(dòng)液汽化和減小制動(dòng)噪聲，可在摩擦襯塊與背板之間或在背板后粘（或噴涂）一層隔熱減震墊。由于單位壓力大和工作溫度高等原因，摩擦襯塊的磨損較快，因此其厚度較大。許多盤式制動(dòng)器裝有襯塊磨損達(dá)極限時(shí)的警報(bào)裝置，以便及時(shí)更換摩擦襯片。摩擦材料制動(dòng)摩擦材料應(yīng)具有高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能好，不能在溫度升到某一數(shù)值后摩擦系數(shù)突然急劇下降；材料應(yīng)有好的耐磨性，低的吸水（油、制動(dòng)液）率，低的壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率（要求摩擦襯塊在3

19、00的加熱板上：作用30min 后，背板的溫度不越過190 ）和低的熱膨脹率，高的抗壓、抗打、抗剪切、抗彎購性能和耐沖擊性能；制動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕叮瑧?yīng)盡量采用少污染和對(duì)人體無害的摩擦材料。各種摩擦材料摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.30.5,少數(shù)可達(dá)0.7。設(shè)計(jì)計(jì)算制動(dòng)器時(shí)一般取0.30.35。選用摩擦材料時(shí)應(yīng)注意，一般說來，摩擦系數(shù)愈高的材料其耐磨性愈差。本次設(shè)計(jì)摩擦系數(shù)選用f =0.3 。一種是編織材料，它是先用長纖維石棉與銅絲或鋅絲的合絲編織成布，再浸以樹脂粘合劑經(jīng)干燥后輥壓制成。其撓性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動(dòng)蹄或制動(dòng)帶上。在100 c120 c溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)（f

20、 0.4以上），沖擊強(qiáng)度比模壓材料高45倍。但耐熱性差，在 200 c250 c以上即不能承受較高的單位壓力，磨損加快。因此這種材料僅適用于中型以下汽車的鼓式制動(dòng)器，尤其是帶式中央制動(dòng)器。一種是粉末冶金摩擦材料其是以銅粉或鐵粉為主要成分（占質(zhì)量的60%80%）,加上石墨、陶瓷粉等非金屬粉末作為摩擦系數(shù)調(diào)整劑，用粉末冶金方法制成。其抗熱衰退和抗水衰退性能好，但造價(jià)高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動(dòng)器負(fù) 荷重的汽車。 當(dāng)前，在制動(dòng)器上廣泛采用著模壓材料，它是以石棉纖維為主并均樹脂粘站劑、調(diào)整摩擦性能的填充刑（出無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配成）勺噪聲消除別（主要成分為石墨 ） 等混合后，在高溫廠模壓成型的。模壓材料的撓