畢業(yè)設(shè)計(jì)汽車制動(dòng)器設(shè)計(jì)

前言汽車的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)波及到許多領(lǐng)域，其獨(dú)有的安全性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性等眾多指標(biāo)，也對(duì)設(shè)計(jì)提出了更高的規(guī)定。汽車制動(dòng)系統(tǒng)是汽車行駛的一種重要積極安全系統(tǒng)，其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響。伴隨汽車的形式速度和路面狀況復(fù)雜程度的提高，愈加需要高性能.長壽命的制動(dòng)系統(tǒng)。其性能的好壞對(duì)汽車的行駛安全有著重要影響，假如此系統(tǒng)不能正常工作，車上的駕駛員和乘客將會(huì)受到車禍的傷害。鑒于制動(dòng)系統(tǒng)的重要性，本次設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容就是運(yùn)送車輛中的制動(dòng)器，目前廣泛使用的是摩擦式制動(dòng)器，摩擦式制動(dòng)器就其摩擦副的構(gòu)造形式可提成鼓式、盤式和帶式三種。其中盤式制動(dòng)器較為廣泛。盤式制動(dòng)器的摩擦力產(chǎn)生于同汽車固定部位相連的部件與一種或幾種制動(dòng)盤兩端面之間。其中摩擦材料僅能覆蓋制動(dòng)盤工作表面的一小部分的盤式制動(dòng)器稱為鉗盤式制動(dòng)器；摩擦材料覆蓋制動(dòng)盤所有工作表面盤式制動(dòng)器稱為全盤式制動(dòng)器。現(xiàn)代汽車中以單盤單鉗式的鉗盤式制動(dòng)器應(yīng)用最為廣泛，僅有個(gè)別大噸位礦用自卸車采用單盤三鉗和雙盤單鉗的鉗盤式制動(dòng)器，以及全盤式制動(dòng)器。鉗盤制動(dòng)器和浮鉗盤式制動(dòng)器。式制動(dòng)器分為定鉗盤式定鉗盤式為制動(dòng)鉗固定在制動(dòng)盤兩側(cè)，且在其兩側(cè)均設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)。浮鉗盤式制動(dòng)器僅在制動(dòng)盤一側(cè)設(shè)有加壓機(jī)構(gòu)的制動(dòng)鉗，借其自身的浮動(dòng)，而在制動(dòng)盤的另一側(cè)產(chǎn)生壓緊力。又分為制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)鉗可相對(duì)于制動(dòng)盤軸向滑動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器；與制動(dòng)鉗可在垂直于制動(dòng)盤的平面內(nèi)擺動(dòng)的擺動(dòng)鉗盤式制動(dòng)器。本次設(shè)計(jì)共七章內(nèi)容，在田全忠導(dǎo)師的指導(dǎo)下，結(jié)合有關(guān)的書籍和手冊而完畢。田老師在我的設(shè)計(jì)中做了全程輔導(dǎo)，并最終對(duì)本設(shè)計(jì)做了認(rèn)真詳細(xì)的審閱，提出了許多寶貴的意見，我在此向他表達(dá)誠摯的感謝。由于本人水平有限，設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤和不妥之處在所難免，懇請批評(píng)指正。盤式制動(dòng)器概述§1.1盤式制動(dòng)器原理及特點(diǎn)圖.1-1增力式盤式制動(dòng)器零件圖1、2—壓盤3、7—摩擦盤4—半軸殼5—半軸6—回位彈簧8—中間殼體9—調(diào)整螺栓10—斜拉桿11—調(diào)整叉12—拉桿13—壓盤凸肩14—?dú)んw肩臺(tái)上圖是運(yùn)送車輛增力式盤式制動(dòng)器零件圖。在差速器的每一側(cè)半軸上，用花鍵安裝著兩個(gè)粘有摩擦襯面的摩擦盤3和7，它們能在花鍵軸上來回滑動(dòng)，是制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)部分。在兩摩擦盤之間有一對(duì)可鍛鑄鐵的圓形壓盤1和2，它們的表面支承在半軸殼4的三個(gè)凸肩上，并能在較小的弧度內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。兩壓盤內(nèi)側(cè)面的五個(gè)卵圓形凹坑中裝有五個(gè)鋼球，兩壓盤用三根彈簧6拉緊。在中間蓋8和摩擦盤4上，與摩擦盤相對(duì)著的表面通過加工。摩擦盤與壓盤間，以及摩擦盤與半軸殼和中間蓋間，在不制動(dòng)時(shí)均有一定間隙。制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板通過斜拉桿使兩壓盤相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)凹坑中夾著的五個(gè)鋼球就從坑底向坑邊滾動(dòng)，將兩壓盤擠開，兩壓盤就將旋轉(zhuǎn)著的兩個(gè)摩擦盤分別推向半軸殼和中間蓋，使各相對(duì)摩擦表面間產(chǎn)生摩擦扭矩，最終將半軸制動(dòng)。假如放松制動(dòng)踏板，則彈簧6又將兩壓盤拉緊復(fù)原，使鋼球進(jìn)入坑底，恢復(fù)了摩擦盤兩側(cè)的間隙。盤式制動(dòng)器在上述制動(dòng)過程中有增力作用。當(dāng)摩擦盤順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)；作用在壓盤上的摩擦扭矩將使它們跟隨旋轉(zhuǎn)，但當(dāng)壓盤1由于其凸起13受到半軸殼上的凸肩14的限制而不能轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓盤2則在摩擦扭矩的作用下將相對(duì)于壓盤1作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，協(xié)助鋼球繼續(xù)將兩壓盤擠開，使操縱省力。當(dāng)摩擦盤反時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，和上述過程相似地起增力作用。因此不管運(yùn)送車輛前進(jìn)還是倒退，制動(dòng)時(shí)盤式制動(dòng)器均有增力作用。與帶式和蹄式制動(dòng)器相比，盤式制動(dòng)器除了構(gòu)造復(fù)雜外有一系列長處：如構(gòu)造緊湊，操縱省力，制動(dòng)效果好，襯面磨損較均勻，間隙不需調(diào)整，封閉性好不易進(jìn)泥水，且散熱輕易，故使用壽命較長等。這些特點(diǎn)使它得到越來越廣泛的應(yīng)用?！?.2盤式制動(dòng)器的重要元件§1.2.1制動(dòng)盤一、制動(dòng)盤直徑D制動(dòng)盤直徑D應(yīng)盡量取大些，這時(shí)制動(dòng)盤的有效半徑得到增長，可以減少制動(dòng)鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動(dòng)盤的直徑一般選擇為輪輞直徑的70％一79％?？傎|(zhì)量不小于2t的汽車應(yīng)取上限。二、制動(dòng)盤厚度h制動(dòng)盤厚度對(duì)制動(dòng)盤質(zhì)量和工作時(shí)的溫升有影響。為使質(zhì)量小些，制動(dòng)盤厚度不適宜獲得很大；為了減少溫度，制動(dòng)盤厚度又不適宜獲得過小。制動(dòng)盤可以做成實(shí)心的，或者為了散熱通風(fēng)的需要在制動(dòng)盤中間鑄出通風(fēng)孔道。一般實(shí)心制動(dòng)盤厚度可取為10—20，通風(fēng)式制動(dòng)盤厚度取為20～50，采用較多的是20—30。在高速運(yùn)動(dòng)下緊急制動(dòng),制動(dòng)盤會(huì)形成熱變形,產(chǎn)生顫動(dòng)。為提高制動(dòng)盤摩擦面的散熱性能,大多把制動(dòng)盤做成中間空洞的通風(fēng)式制動(dòng)盤,這樣可使制動(dòng)盤溫度減少20%～30%。三、制動(dòng)盤的安裝制動(dòng)盤安裝在輪轂上,與車輪形成整體旋轉(zhuǎn)。制動(dòng)盤是旋轉(zhuǎn)部件,與摩擦襯塊之間只有微小的間隙。從制動(dòng)盤中心到摩擦襯塊磨合中心稱為制動(dòng)盤有效半徑。根據(jù)杠桿原理,如摩擦力相似,則制動(dòng)盤的有效半徑越大,制動(dòng)力就越大。四、制動(dòng)盤的維修制動(dòng)盤都是原則設(shè)計(jì)，以使在制動(dòng)盤有效期限內(nèi)保持制動(dòng)表面各項(xiàng)指標(biāo)的允差，這些指標(biāo)是平行度、平面度以及橫向擺差。保持有關(guān)制動(dòng)表面形狀的精度的允差，有助于盡量減少制動(dòng)粗暴及踏板脈動(dòng)。制動(dòng)盤表面粗糙度必須保持在60μm特定范圍內(nèi)，或者更小些。需要控制制動(dòng)表面粗糙度，盡量減少踏板費(fèi)力、過大的制動(dòng)衰退、反常性能的問題?？刂票砻娲植诙韧瑯幽芴岣吣Σ烈r片的壽命。每當(dāng)維修制動(dòng)摩擦塊或卡鉗、或者換位車輪或?yàn)榱似渌愋凸ぷ鞫鹦盾囕啠傄獧z查盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤。不要忘掉，伴隨盤式制動(dòng)器制動(dòng)盤而發(fā)生的許多問題，一般用肉眼檢查一下，也許不是很明顯的。制動(dòng)盤厚度、平行度、擺差、平面度。以及刮痕深度等，只能用精確的測量儀和千分尺進(jìn)行測量。精密的測量工具及現(xiàn)代的精加工設(shè)備，對(duì)維修好制動(dòng)盤來說，是至關(guān)重要的?！?.2.2制動(dòng)摩擦襯塊摩擦襯塊是指鉗夾活塞推進(jìn)擠壓在制動(dòng)盤上的摩擦材料。摩擦襯塊分為摩擦材料和底板,兩者直接壓嵌在一起。摩擦襯塊外半徑只與內(nèi)半徑及推薦摩擦襯塊外半徑與內(nèi)半徑的比值不不小于1.5。若此比值偏大，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，最終導(dǎo)致制動(dòng)力矩變化大。對(duì)于盤式制動(dòng)器襯塊工作面積A，推薦根據(jù)制動(dòng)襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.6～3.5范圍內(nèi)選用。由于摩擦,摩擦襯塊會(huì)產(chǎn)生磨損。摩擦材料使用完后,底板和制動(dòng)盤直接接觸會(huì)喪失制動(dòng)效果,損壞制動(dòng)盤。制動(dòng)盤損壞后,修理費(fèi)用十分昂貴。為防止損壞制動(dòng)盤,過去,顧客靠定期車檢來確定摩擦襯塊的剩余量;后來,在底板上安裝摩擦襯塊磨損指示器,當(dāng)摩擦襯塊已磨損到剩余量很少時(shí),指示器與制動(dòng)盤接觸,當(dāng)司機(jī)踏制動(dòng)踏板時(shí),就發(fā)出異常的聲響;目前有一種愈加精確提醒摩擦襯塊磨損的措施,即安裝電子式磨損指示器,當(dāng)摩擦襯塊磨損后,磨損指示器中的線路斷掉,警示燈亮?！?.3盤式制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)在一般拖拉機(jī)上，制動(dòng)操縱機(jī)構(gòu)幾乎都是機(jī)械式的。制動(dòng)踏板通過某些桿件與制動(dòng)元件相連。當(dāng)摩擦襯面磨損后，為了調(diào)整踏板的自由行程，有某些桿件的長度是可調(diào)的，如運(yùn)用調(diào)整叉來調(diào)整長度。左右制動(dòng)器的踏板可用連接板連接，以便同步制動(dòng)兩驅(qū)動(dòng)輪。當(dāng)松開制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)踏板都應(yīng)當(dāng)有回位彈簧使其自動(dòng)回位。為使運(yùn)送車輛能在斜坡上停車或在作固定作業(yè)時(shí)不讓其隨意移動(dòng)位置，在操縱機(jī)構(gòu)中均有停車鎖定裝置，它能卡住已踏下的制動(dòng)踏板，使其不能回位，以使制動(dòng)器能在沒有駕駛員操縱的狀況下長時(shí)間地處在制動(dòng)狀態(tài)。帶式和蹄式制動(dòng)器踏板的自由行程一般為40～80，盤式制動(dòng)器踏板的自由行程稍大些，這是由于盤式制動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)元件和制動(dòng)元件間的總間隙較小，假如自由行程過小，駕駛員稍一踏下踏板就已開始了制動(dòng)，這樣易使摩擦襯面加速磨損。左右踏板的行程必須一致，否則拖拉機(jī)在緊急制動(dòng)時(shí)會(huì)輕易發(fā)生偏轉(zhuǎn)而發(fā)生安全事故。假如用作直線行駛中降速或停車，則必須注意首先分離主離合器然后再制動(dòng)；假如用作協(xié)助履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向，則必須注意首先分離慢速側(cè)的轉(zhuǎn)向離合器，然后再制動(dòng)該側(cè)驅(qū)動(dòng)輪。盤式制動(dòng)器設(shè)計(jì)§2.1制動(dòng)器設(shè)計(jì)中的分析在制動(dòng)器的設(shè)計(jì)中，和是根據(jù)制動(dòng)力矩的大小，容許的表面單位壓力和制動(dòng)器構(gòu)造的合理布置等決定的，一般不考慮對(duì)加力效果的影響，當(dāng)摩擦材料選定后，系數(shù)μ也是一種既定的數(shù)值。因此要使制動(dòng)器滿足一定的加力效果，關(guān)鍵在于合理確實(shí)定球槽斜角α。可以看出，當(dāng)球槽斜角α減少時(shí)，加力系數(shù)變大，操縱省力。不過，α的減少受到自剎的限制。假如α較小，則只要壓盤與摩擦片開始接觸后，不需要駕駛員的操縱力，制動(dòng)器就會(huì)自行制動(dòng)，這是我們不但愿的。因此，不自剎的條件為：>μ(/)(2-1)式中μ-摩擦系數(shù)-擦力合力的作用半徑；-鋼球至中心的距離。加力系數(shù)愈大，表達(dá)操縱力減少愈多。但必須指出，加力系數(shù)并不代表操縱力實(shí)際減少的比例。由于實(shí)際操縱力取決于主拉桿的拉力，即與的合力，而不是與的代數(shù)和。其中為斜拉桿對(duì)壓盤1的拉力；為斜拉桿對(duì)壓盤2的拉力。從以上分析看出，盤式制動(dòng)器之因此構(gòu)造緊湊，在于它在同樣體積下可獲得較多的摩擦面積。它的加力效果明顯，使操縱力很小。并與被制動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向無關(guān)。由于摩擦面上的壓力分布比較均勻，因此磨損均勻，延長了摩擦片的壽命，減少了調(diào)整次數(shù)。壓力分布均勻?qū)τ跍p少構(gòu)造尺寸也很有利（由于摩擦片的磨損取決于最大的單位壓力及單位摩滑功）。此外，在盤式制動(dòng)器中各徑向力互相平衡，減少了軸和軸承上的載荷?！?.2制動(dòng)器的基本參數(shù)§2.2.1先確定制動(dòng)力矩一、車輛在行駛中制動(dòng)==454.5(2-2)式中—車輛整機(jī)使用質(zhì)量,=2100kg；—車輛驅(qū)動(dòng)附著系數(shù),=0.7；—車輛驅(qū)動(dòng)輪胎動(dòng)力半徑,=0.625mL—車輛軸距,L=1950mm；a—車輛質(zhì)心縱坐標(biāo),a=780mm；h—車輛質(zhì)心高度坐標(biāo),h=700mm；—制動(dòng)器至驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)比,=4.846。二、車輛在坡道上停車==438(2-3)式中—坡道停車時(shí)坡度角,=；—車輛滾動(dòng)阻力系數(shù),=0.02；取大值=454.5作為制動(dòng)器計(jì)算力矩。§2.2.2確定摩擦盤尺寸摩擦盤的外徑和內(nèi)徑的數(shù)值重要取決于單位壓力和單位摩滑功。計(jì)算時(shí)假設(shè)單位壓力是均勻的，摩擦面上的單位壓力可用下式計(jì)算：==[]=0.30.5(2-4)在實(shí)際設(shè)計(jì)中，摩擦力的合力半徑，近似地可以按內(nèi)外徑的平均值進(jìn)行計(jì)算，即=(2-5)若令=0.55即代入式（2-4）后，可得：=(2-6)根據(jù)上述關(guān)系，便可按下式求得：(2-7)國內(nèi)的一般運(yùn)送車輛<300000～500000，這里=300000，系數(shù)的數(shù)值一般在0.5～0.6范圍內(nèi)選擇，這里選為=0.55因此，有=式中：μ—摩擦片的干摩擦系數(shù),μ=0.3；—摩擦面對(duì)數(shù),=4。=0.55×90.6=49.83按上述措施求得的和還應(yīng)根據(jù)構(gòu)造安排狀況加以修整，查閱國內(nèi)運(yùn)送車輛盤式制動(dòng)器的有關(guān)參數(shù)，現(xiàn)對(duì)和做某些修整，取=50mm，=90mm§2.2.3制動(dòng)器的磨損驗(yàn)算由（2-4）式可得出：壓緊力====5411(2-8)單位壓力===307722N/m2(2-9）單位滑磨功=式中-線速度===(2-10)式中—發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速,=r/min；—變速箱最高檔的傳動(dòng)比,=；—中央傳動(dòng)比,=。因此，有==0.3×303228×4.95=0.5單位壓力是制動(dòng)器工作壽命的重要參數(shù)，獲得過大，制動(dòng)器易磨損，但值過小將增大制動(dòng)器的尺寸，對(duì)于一般的國內(nèi)運(yùn)送車輛規(guī)定<300000～500000，上述中驗(yàn)算的=307722滿足規(guī)定，故合適。在求得和后，還應(yīng)驗(yàn)算單位滑磨功A。單位摩滑功按摩擦片外圓來計(jì)算，由于該處圓周速度最高。對(duì)于一般的國內(nèi)運(yùn)送車輛規(guī)定<0.5～0.8，上述中驗(yàn)算滿足規(guī)定，故合適。§2.2.4踏板操縱力鋼球?qū)罕P的作用力通過球槽的法線方向，該力可分為軸向力和圓周力，其關(guān)系為：（圖.2-1）表達(dá)受力：圖.2-1鋼球受力分析圖=（2-11）式中—鋼球的圓周力在軸向壓力的作用下，摩擦表面之間將產(chǎn)生摩擦力矩即制動(dòng)力矩，其數(shù)值為：=（2-12）式中—摩擦因數(shù)；—摩擦力合力的作用半徑。由于每個(gè)壓盤只具有一種摩擦面，故所受的摩擦力矩為，這就可以求得每個(gè)壓盤的力矩平衡關(guān)系。對(duì)于壓盤1，（圖.2-2）所示：圖.2-2壓盤1受力分析圖=－μQ（2-13）式中－斜拉桿對(duì)壓盤1的拉力；－斜拉桿的拉力至中心的距離。對(duì)于壓盤2，（圖.2-3）所示：圖.2-3壓盤2受力分析圖=＋－（2-14）式中－斜拉桿對(duì)壓盤2的拉力，單位；—?dú)んw凸肩對(duì)壓盤2的反力，單位；—作用力F至中心O的距離，單位。在摩擦片未磨損時(shí)，壓盤從初始位置只轉(zhuǎn)過極小的角度就靠住了殼體的凸肩，可近似地認(rèn)為拉力P2和P1的合力P通過中（圖.2-4）所示。根據(jù)壓盤總成的力矩平衡關(guān)系，可以得出：=（2-15）圖.2-4壓盤總成的受力分析圖將此式代入式（2-14）后看出，這時(shí)=，由于因此：斜拉桿的拉力==(2-16)圖.2-5盤式制動(dòng)器桿件運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖如圖：根據(jù)正弦定理得斜拉桿長度則====1399新車時(shí)主拉桿的拉力=2··（2-17）=2×1399×=1057兩踏板上的操縱力2=2/=2×1057/15.9=133(2-18)式中—球槽斜角,=33°30′；—鋼球至制動(dòng)器中心的距離,=70；—初始中心角，=；—斜拉桿的傾角=65°；—壓盤上與斜拉桿連接的銷孔中心至軸線的距離,=103；—操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比,=15.9?！?.2.5踏板操縱行程Sc計(jì)算踏板自由行程取決于主拉桿的位移A0A及操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，即：=A0A·（2-19）由于A0A=OA-OA0，并且OA0=·λ+· OA=·λ0+·綜上可得：有關(guān)系式OA0=·λ+·==106OA=·λ0+·==110.3A0A=OA－OA0=110.3－106=4.3=A0A·=4.3×15.9=68.37§2.3制動(dòng)器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)重要是決定斜拉桿的位置和尺寸，進(jìn)行操縱力和制動(dòng)行程（即自由行程）的計(jì)算并確定操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。斜拉桿的位置和尺寸重要是取決于、L和等參數(shù)的大小。這些參數(shù)對(duì)操縱力和制動(dòng)行程有直接的影響。愈大操縱力愈小，但構(gòu)造不緊湊，因此不適宜增大的措施來減小操縱力。根據(jù)對(duì)國產(chǎn)拖拉機(jī)的記錄，當(dāng)、L、ΔL不變時(shí)，所取初始中心角愈大，則制動(dòng)后斜拉桿的傾角β也較大，故操縱省力。但伴隨增長，若、不變，則規(guī)定斜拉桿長度L愈長，使構(gòu)造不緊湊，因此規(guī)定選擇合適，一般在39°～40°左右選用，現(xiàn)選用為=39°。必須指出，當(dāng)摩擦面磨損后，自由行程增長，就要進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整之后，初始中心角減少，這闡明盤式制動(dòng)器的操縱力將伴隨摩擦面的磨損而愈來愈大。操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須防止運(yùn)動(dòng)的干涉，因此規(guī)定與壓盤的運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)的主拉桿必須有擺動(dòng)的也許性；斜拉桿不應(yīng)防礙壓盤的軸向位移。為此，主拉桿上一般具有球面運(yùn)動(dòng)副，兩個(gè)斜拉桿相鉸接處應(yīng)有足夠的端面間隙來適應(yīng)軸向移動(dòng)的規(guī)定。第三章盤式制動(dòng)器摩擦盤的設(shè)計(jì)§3.1摩擦盤構(gòu)造本次設(shè)計(jì)采用的是石棉纖維類摩擦材料，用膠合的措施將摩擦襯片膠在2～3毫米的摩擦盤上。這種構(gòu)造摩擦材料可得充足運(yùn)用（襯片磨損不受鉚釘頭的限制），也不易產(chǎn)生裂縫，但更換襯片較為困難，摩擦盤輪轂的構(gòu)造采用點(diǎn)焊式，構(gòu)造和制造都較簡樸，但輪轂寬度不大，因而花鍵受力較大。查閱盤式制動(dòng)器摩擦盤的某些數(shù)據(jù)（長度單位：mm）摩擦襯片：材料石棉離合器片外徑180厚度5.8±0.1摩擦盤總成：厚度13±0.15兩側(cè)面平面度允差0.03側(cè)面跳動(dòng)允差0.20如圖3-1所示制動(dòng)器摩擦盤構(gòu)造圖圖3-1制動(dòng)器摩擦盤構(gòu)造圖§3.2摩擦材料類型制動(dòng)器中的一種回轉(zhuǎn)零件一般為鋼鐵制造的，而與回轉(zhuǎn)零件相接觸，使起制動(dòng)作用的零件，其材料一般為摩擦材料所造的。這摩擦元件是制動(dòng)器的重要構(gòu)成部分，它性能直接影響到制動(dòng)和結(jié)合過程。對(duì)摩擦材料性能的基本規(guī)定是：一、摩擦系數(shù)高而穩(wěn)定，尤其是在一定溫度范圍內(nèi)，具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，具有良好的恢復(fù)和保持原有摩擦值的能力。制動(dòng)摩擦片的摩擦系數(shù)過高或過低都會(huì)影響汽車的制動(dòng)性能。尤其是汽車在高速行駛中需緊急制動(dòng)時(shí)，摩擦系數(shù)過低就會(huì)出現(xiàn)制動(dòng)不敏捷，而摩擦系數(shù)過高就會(huì)出現(xiàn)輪胎抱死現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致車輛甩尾和打滑，對(duì)行車安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。按照國標(biāo)，制動(dòng)摩擦片的合適工作溫度為100～350℃。但許多劣質(zhì)制動(dòng)摩擦片在溫度到達(dá)250℃時(shí)，其摩擦系數(shù)就會(huì)急劇下降，而此時(shí)制動(dòng)就會(huì)完全失靈。一般來說，按照SAE原則，制動(dòng)摩擦片生產(chǎn)廠商都會(huì)選用FF級(jí)額定系數(shù)，即摩擦額定系數(shù)為0.35～0.45。二、耐摩性好。為了減輕磨損，除提高材料和粘結(jié)劑的耐熱性、耐摩性外，還應(yīng)使摩擦表面光滑。三、有一定的表面硬度和良好的加工工藝性。制動(dòng)摩擦片的壽命與表面硬度并沒有一定的關(guān)系。但假如表面硬度高時(shí)，制動(dòng)摩擦片與制動(dòng)盤的實(shí)際接觸面積小，往往會(huì)影響使用壽命。而影響制動(dòng)摩擦片壽命的重要原因包括硬度、強(qiáng)度、摩擦材料的磨損性等。一般狀況下，前制動(dòng)摩擦片的壽命為3萬km，后制動(dòng)摩擦片的使用壽命為12萬km。四、有一定的耐油、耐濕、抗腐蝕和抗膠合性能。摩擦材料有金屬摩擦材料和非金屬摩擦材料兩大類。1.金屬摩擦材料金屬摩擦材料有：粉末冶金材料、鑄鐵、鋼和青銅，其中粉末冶金有較高的摩擦系數(shù)，導(dǎo)熱性好，工作溫度可達(dá)680℃，許多強(qiáng)度可達(dá)2.8～4.0MPa,耐磨，有良好的熱穩(wěn)定性和磨合性，廣泛用于重載機(jī)器。金屬摩擦材料強(qiáng)度高，對(duì)水的浸入不敏感，溫度升高時(shí)摩擦系數(shù)下降快，膠合趨勢大，因而制動(dòng)不穩(wěn)定。2.非金屬摩擦材料此類材料有：石棉摩擦材料，它的應(yīng)用最廣，有機(jī)摩擦材料，如橡膠、皮革和木材重要用于小功率低速機(jī)器制動(dòng)；紙基摩擦材料，重要用在油介質(zhì)中工作的制動(dòng)器，它有摩擦系數(shù)穩(wěn)定，磨損小，靜和動(dòng)摩擦系數(shù)很靠近的特點(diǎn)；碳基摩擦材料，是較晚出現(xiàn)的一種材料，耐高溫性能好，可在800～1000℃，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，耐磨性好。制動(dòng)器上用的摩擦材料，絕大多數(shù)是石棉制品，其基本成分是石棉、粘結(jié)劑和用以調(diào)整摩擦性能的多種有機(jī)或無機(jī)填料。石棉摩擦材料又分為紡織類和纖維類：（1）紡織類石棉制品有石棉橡膠制動(dòng)器片、石棉浸油或耐油制動(dòng)器片、石棉銅絲和石棉樹脂制動(dòng)器片等，此類制品抗沖擊強(qiáng)度好，在常溫下有較高而穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，但耐高溫性能較差，磨損較快。（2）纖維類是將短纖維石棉、粘結(jié)劑和多種添加劑等混合后，再經(jīng)熱壓而成，有時(shí)根據(jù)需要也加入少許有色金屬，統(tǒng)稱石棉制品，應(yīng)用較廣。由于具有石棉的摩擦材料存在石棉有致癌公害問題已被逐漸淘汰，取而代之的多種無石棉型材料相繼進(jìn)行研制，這也是近年來的發(fā)展方向。摩擦材料尚在不停發(fā)展，由于材料的構(gòu)成及制造工藝不一樣，其摩擦性能往往差異很大，在使用多種摩擦材料時(shí)，應(yīng)注意從制造廠獲得對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)再進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。第四章盤式制動(dòng)器壓盤的設(shè)計(jì)§4.1壓盤的構(gòu)造壓盤是盤式制動(dòng)器中比較復(fù)雜的零件，加工精度也較高，國產(chǎn)拖拉機(jī)上大部分用球墨鑄鐵制造，也有用可鍛鑄鐵或灰鑄鐵的。壓盤厚度15～17毫米，其摩擦表面有較低的粗糙度和較小的不平度。壓盤上有三個(gè)定心凸臺(tái)與殼體對(duì)應(yīng)的內(nèi)圓配合，作為支持并使壓盤與被制動(dòng)軸同心。壓盤一般有兩個(gè)凸起，當(dāng)凸起碰到殼體凸肩時(shí)，表達(dá)摩擦盤已磨損至極限，應(yīng)更換摩擦襯片。查閱盤式制動(dòng)器壓盤的有關(guān)資料，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況確定為如下數(shù)據(jù)（長度單位：）制動(dòng)器壓盤：材料QT40—10；厚度16.5；摩擦面粗糙度0.8；平面度允差0.10；定心凸臺(tái)粗糙度6.3。如圖4-1所示制動(dòng)器壓盤構(gòu)造圖如圖4-1所示制動(dòng)器壓盤構(gòu)造圖§4.2壓盤的球槽在壓盤上均勻地分布著3～5個(gè)球槽，其位置在摩擦面中部，使摩擦片均勻地壓緊。許多運(yùn)送車輛中廣泛采用卵形槽，這種槽的曲率半徑小，保證鋼球的良好接觸，減少擠壓應(yīng)力，這幾種球槽間的位置精度有較高的規(guī)定，一般用測量鋼球來檢查。查閱運(yùn)送車輛壓盤上的球槽以及鋼球的有關(guān)資料，并結(jié)合本次設(shè)計(jì)的實(shí)際狀況現(xiàn)確定為如下數(shù)據(jù)（長度單位：mm）鋼球：個(gè)數(shù)5規(guī)格7/8″CIV球槽的分布：￠140位置精度0.05槽體：α為dg22.225用測量鋼球檢查時(shí)的測量值：28.7±0.03粗糙度6.3[注]測量鋼球均為7/8″AⅢ，直徑為￠22.225－0.002如圖4-2所示制動(dòng)器球槽構(gòu)造圖如圖4-2所示制動(dòng)器球槽構(gòu)造圖在壓盤上還開出3～5個(gè)彈簧拉耳，以便不操作時(shí)，兩壓盤在彈簧作用下回位，這些彈簧總的預(yù)拉力約150～250N。制動(dòng)器殼體內(nèi)有三對(duì)稱布置的凸肩，凸肩的內(nèi)圓表面用來保證壓盤的對(duì)中定位。其中有兩凸肩在制動(dòng)時(shí)用來承受壓盤凸起予以的作用力。一般凸肩與殼體鑄成一體，可保證足夠的鋼度和強(qiáng)度，但該傳力表面的加工較為困難。第五章盤式制動(dòng)器彈簧§5.1圓柱螺旋彈簧的構(gòu)造形式彈簧的節(jié)距為P，在自由狀態(tài)下，各圈之間應(yīng)有合適的間距，以便彈簧受壓時(shí)，有產(chǎn)生對(duì)應(yīng)變形的也許。為了使彈簧在壓縮后仍能保持一定的彈性，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮在最大載荷作用下，各圈之間仍需保留一定的間距。的大小一般推薦為=0.1d0.2mm式中d—彈簧絲的直徑，mm。彈簧的兩個(gè)端面圈應(yīng)與領(lǐng)圈并緊（無間隙），只起支承作用，不參與變形，故稱為死圈。當(dāng)彈簧的工作圈數(shù)n7時(shí)，彈簧每端的死圈約為0.75圈；n>7時(shí)，每端的死圈約為11.75圈。彈簧絲的直徑d0.5mm時(shí)，彈簧的兩支承端面可不必磨平。d>0.5mm的彈簧兩支承端面則需磨平。磨平部分應(yīng)不少于元周長的，端頭厚度一般不不不小于，端面粗糙度應(yīng)低于。圓柱螺旋拉伸彈簧空載時(shí)，各圈應(yīng)互相并攏。此外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時(shí)各圈互相壓緊，常在卷繞的過程中，同步使彈簧絲繞其自身的軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣制成的彈簧，各圈互相間即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的預(yù)應(yīng)力，故稱為有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧。這種彈簧一定要在外加的拉力不小于初拉力后，各圈才開始分離，故可較無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧節(jié)省軸向的工作空間。拉伸彈簧的端部制有掛鉤，以便安裝和加載。但因在掛鉤過渡處產(chǎn)生很大的彎曲應(yīng)力，故只宜用于彈簧絲直徑10mm的彈簧中?！?.2圓柱螺旋彈簧的制造螺旋彈簧的制造工藝包括：卷制、掛鉤的制作或端面圈的精加工、熱處理、工藝性試驗(yàn)和強(qiáng)壓處理等。卷制分冷卷及熱卷兩種。冷卷用于經(jīng)預(yù)先熱處理后拉成的直徑d<(810)mm的彈簧絲；直徑較大的彈簧絲制作的強(qiáng)力彈簧則用熱卷。熱卷時(shí)的溫度隨彈簧絲的粗細(xì)在8001000的范圍內(nèi)選擇。對(duì)于重要的壓縮彈簧，為了保證兩端的承壓面與其軸線垂直，應(yīng)將端面圈在專用的磨床上磨平。對(duì)于拉伸彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧，為了便于聯(lián)接和加載，兩端應(yīng)制有掛鉤或桿臂。彈簧制成后，如再進(jìn)行一次強(qiáng)壓處理，一般可提高其承載能力的25%。彈簧在完畢上述工序后，均應(yīng)進(jìn)行熱處理。冷卷后的彈簧只做回火處理，以消除卷制時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。熱卷是需經(jīng)淬火及中溫回火處理。熱處理后的彈簧，表面不應(yīng)出現(xiàn)明顯的脫碳層。此外，彈簧還需要進(jìn)行工藝試驗(yàn)和根據(jù)彈簧的技術(shù)條件的規(guī)定進(jìn)行精度、沖擊、疲勞等試驗(yàn)，以檢查彈簧與否符合技術(shù)規(guī)定。尤其指出的是，彈簧的持久強(qiáng)度和抗沖擊強(qiáng)度，在很大程度上取決于彈簧絲的表面狀況，因此彈簧絲表面必須光潔，無裂紋和傷痕等缺陷。表面脫碳會(huì)嚴(yán)重影響材料的疲勞強(qiáng)度和抗沖擊性能。為了提高承載能力，還可在彈簧制成后進(jìn)行強(qiáng)壓處理或噴丸處理。強(qiáng)壓處理是使彈簧在超過極限載荷作用下持續(xù)648h，以便在彈簧絲截面的表層高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑形變形和有益的與工作應(yīng)力反向的殘存應(yīng)力，使彈簧在工作時(shí)的最大應(yīng)力下降，從而提高彈簧的承載能力。但用于長期振動(dòng)、高溫或腐蝕性介質(zhì)中的彈簧，不適宜進(jìn)行強(qiáng)壓處理?！?.3圓柱螺旋彈簧參數(shù)為了使彈簧可以正?？煽康毓ぷ?，彈簧材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限，同步應(yīng)具有足夠的韌性和塑性，以及良好的可熱處理性。在本次的運(yùn)送車輛制動(dòng)器設(shè)計(jì)中用到了五種圓柱螺旋彈簧，分別為壓盤回位彈簧、踏板回位彈簧等，現(xiàn)將這五種彈簧的多種參數(shù)列為表5-1所示：表5-1彈簧參數(shù)名稱參數(shù)壓盤回位彈簧鎖定爪扭簧踏板回位彈簧差速鎖搖臂扭簧差速鎖拔叉回位彈簧材料彈簧鋼絲—彈簧鋼絲—彈簧鋼絲—彈簧鋼絲—彈簧鋼絲—彈簧絲直徑2.52.544彈簧外徑210.420.527.5彈簧內(nèi)徑25200.35自由長度23.51300.517550.35旋向任意左任意右任意工作圈數(shù)312537總?cè)?shù)8.5試驗(yàn)高度（或長度）31.519232試驗(yàn)載荷（公斤）16.516.81.6864.8第六章盤式制動(dòng)器花鍵設(shè)計(jì)§6.1花鍵的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用花鍵連接可用于靜連接或動(dòng)連接。按其齒形的不一樣，可分為矩形花鍵和漸開線花鍵兩類，均已原則化?；ㄦI連接是由外花鍵和內(nèi)花鍵構(gòu)成，工作時(shí)依托鍵齒的側(cè)面來傳遞轉(zhuǎn)矩。由于它是多齒傳遞載荷，因此花鍵連接的承受能力高，同步齒槽較淺，故對(duì)軸的減弱較小，且定心與導(dǎo)向性良好，但其加工復(fù)雜，需要專用設(shè)備?；ㄦI聯(lián)接合用于定心精度規(guī)定高，載荷大或輪轂常常作軸向滑移的聯(lián)接。漸開線花鍵的齒廓為漸開線，分度圓壓力角有和兩種，齒頂高分別為0.5m和0.4m，此處m為模數(shù)。壓力角為的漸開線花鍵，由于齒形鈍而短，與壓力角為的漸開線花鍵相比，對(duì)連接件的減弱較少，但齒的工作面高度較小，故承載能力較低，多用于載荷較輕，直徑較小的靜連接。在本設(shè)計(jì)中摩擦盤的輪轂就采用了分度圓壓力角有的漸開線花鍵聯(lián)接形式?！?.2花鍵參數(shù)確實(shí)定與強(qiáng)度校核（1）結(jié)合考慮既有刀具，這里初步定為齒數(shù)=14=18（2）查閱《簡要機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》,表8-22漸開線花鍵的尺寸系列，根據(jù)直徑=35=45和齒數(shù)=14=18可以確定模數(shù)m=2.5（3）查閱《簡要機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊》,表8-21漸開線花鍵聯(lián)接的要素、代號(hào)及公式，可知：分度圓壓力角α=30°；理論工作齒高h(yuǎn)=m；分度圓直徑=35=45；分度圓弧齒厚==5.37（4）定心方式：⒈一般狀況下，推薦優(yōu)先采用齒形定中心，由于這種定心方式對(duì)中性好，能獲得多數(shù)齒同步接觸。⒉按外徑定中心，（如徑向負(fù)荷較大，齒形配合又需選用動(dòng)配合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）。這種定心方式：d=m(z+1.4)；外花鍵齒頂?shù)菇巧疃萬=0.2m；為獲得較大定位面積，推薦模數(shù)m不不不小于2.5,漸開線花鍵參數(shù)如表6-1所示：表6-1漸開線花鍵參數(shù)標(biāo)號(hào)參數(shù)ab孔軸孔軸齒數(shù)14141818模數(shù)2.52.52.52.5分度圓壓力角分度圓直徑35354545齒條原始齒形位移1.251.251.251.25花鍵外徑花鍵內(nèi)徑3444分度圓弧齒厚或齒槽寬量棒直徑量棒間距離定心方式齒形齒形齒形齒形定心表面粗糙度摩擦盤與軸的材料都是鍛鋼，用花鍵構(gòu)成聯(lián)接，裝摩擦盤處的軸徑=35=45，摩擦盤輪轂寬度為L=18，需傳遞的轉(zhuǎn)矩T=454.5,許用壓力[p]=60,[p]=40試確定花鍵的齒數(shù)Z由公式p=（6-1）式中L—齒的工作長度,這里取L=18mm；h—花鍵齒側(cè)面的工作高度,漸開線花鍵,=30°查設(shè)計(jì)手冊取h=m=2.5mm；d—花鍵的平均直徑,這里取=35mm=45mm；[p]—花鍵聯(lián)接的許用壓力,單位MPa，查手冊取[p]=50MPa?？傻贸觯X數(shù)Z：==13.74==16.03這里取為=14、=18?；ㄦI聯(lián)接其重要失效形式是工作面被壓潰（靜聯(lián)接）或工作面過度磨損（動(dòng)聯(lián)接）。因此，靜聯(lián)接一般按工作面上的擠壓應(yīng)力通過強(qiáng)度計(jì)算，動(dòng)聯(lián)接則按工作面上的壓力進(jìn)行條件性的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算時(shí)，假定載荷在鍵的工作面上分布均勻，每個(gè)齒工作面上壓力的合力F作用在平均直徑處，并引入系數(shù)ψ來考慮實(shí)際載荷在各花鍵齒上分派不均的影響，則花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度條件為：靜聯(lián)接===58.9MPa＜===35.6MPa＜動(dòng)聯(lián)接===58.9MPa＜===35.6MPa＜靜聯(lián)接、動(dòng)聯(lián)接均滿足設(shè)計(jì)規(guī)定，故合適。結(jié)論本次設(shè)計(jì)是盤式制動(dòng)器部分。制動(dòng)器器是車輛不可或缺的一部分，其中制動(dòng)器設(shè)計(jì)發(fā)展到今天，其技術(shù)已經(jīng)成熟，但對(duì)于我們還沒有踏出校門的學(xué)生來說，其中的設(shè)計(jì)理念還是很值得我們?nèi)ヌ接?、學(xué)習(xí)的。我在盤式制動(dòng)器的設(shè)計(jì)中予以了分塊處理：制動(dòng)器概述、重要參數(shù)確實(shí)定、摩擦材料、摩擦盤、壓盤、彈簧以及花鍵的設(shè)計(jì)和校核。在設(shè)計(jì)中以制動(dòng)器的作用和意義為主線，來確定較為合理的方案和參數(shù)，以使制動(dòng)器的合理性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性得到保證。盤式制動(dòng)器的重要長處是：1、熱穩(wěn)定性很好。由于制動(dòng)摩擦襯塊的尺寸不長，其工作表面的面積僅為制動(dòng)盤面積的12％～6％，故散熱性很好。2、水穩(wěn)定性很好。由于制動(dòng)襯塊對(duì)盤的單位壓力高，易將水?dāng)D出，同步在離心力的作用下沾水后也易于甩掉，再加上襯塊對(duì)盤的擦拭作用，因而，出水后只需經(jīng)一、二次制動(dòng)即能恢復(fù)正常；而鼓式制動(dòng)器則需通過十余次制動(dòng)方能恢復(fù)正常制動(dòng)效能。3、制動(dòng)力矩與汽車前進(jìn)和后退行駛無關(guān)。4、在輸出同樣大小的制動(dòng)力矩的條件下，盤式制動(dòng)器的質(zhì)量和尺寸比鼓