畢業(yè)設(shè)計浮鉗盤式制動器

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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：L0=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：195/60R1485H 1 .同步附著系數(shù)的分析 (1)當(dāng)0時：制動時總是前輪先抱死，這是一種穩(wěn)定工況，但喪失了轉(zhuǎn)向能力； (2)當(dāng)0時：制動時總是后輪先抱死，這時容易發(fā)生后軸側(cè)滑而使汽車失去方向穩(wěn)定性； (3)當(dāng)。時：制動時汽車前、后輪同時抱死，是一種

2、穩(wěn)定工況，但也喪失了轉(zhuǎn)向能力。 分析表明，汽車在同步附著系數(shù)為0的路面上制動(前、后車輪同時抱死)時, 其制動減速度為dudtqg0g,即q。，q為制動強度。而在其他附著系數(shù) 的路面上制動時，達到前輪或后輪即將抱死的制動強度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)：00.6 2 .確定前后軸制動力矩分配系數(shù) 常用前制動器制動力與汽車總制動力之比來表明分配的比例，稱為制動器制動 F 力分配系數(shù)，用表示，即：，，F(xiàn)uFu1Fu2 u 式中，F(xiàn)ui：前制動器制動力；Fu2：后制動

3、器制動力；Fu：制動器總制動力 由于已經(jīng)確定同步附著系數(shù)，則分配系數(shù)可由下式得到: 根據(jù)公式: L2 0hg 1.250.60.850.68 2.6 3 .制動器制動力矩的確定 為了保證汽車有良好的制動效能，要求合理地確定前，后輪制動器的制動力矩 根據(jù)汽車滿載在瀝青，混凝土路面上緊急制動到前輪抱死拖滑，計算出后輪制動器的最大制動力矩M2 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,,,、 M2max(L1qhg)re L 式中：：該車所能遇到的最大附著系數(shù)； q:制動強度； re：車輪有效半徑； M2max：后軸最大制動力矩; G:汽車滿

4、載質(zhì)量; L:汽車軸距； a1.350.7 其中q===0.66 a(0)hg1.35(0.70.6)0.85 故后軸M 2 max 20000 2.6 (1.35 0.66 0.85) 0.7 370 =1.57 106 Nmm 后輪的制動力矩為1.57106/2=0.785106Nmm 前軸M…Tf1max=LTf2max=0.67仆0.67)1，57萬及106Nmm 前輪的制動力矩為3.2106/2=1.6106Nmm 2 .浮鉗盤式制動器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 2.1 制動盤直徑D 制動盤直徑D希望盡量大些，這時制動盤的有效半徑得以增大，就可以降低制動鉗

5、的夾緊力，降低摩擦襯塊的單位壓力和工作溫度。但制動盤直徑D受輪毅 直徑的限制通常，制動盤的直徑D選擇為輪毅直徑的70%~90%總質(zhì)量大于2t的車輛應(yīng)取其上限。通常，制造商在保持有效的制動性能的情況下，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）,又因為M=2000kg取其上限。 在本設(shè)計中：D72%Dr72%1425.4256.032，取D=256mm 2.2 制動盤厚度h 制動盤厚度h直接影響著制動盤質(zhì)量和工作時的溫升。為使質(zhì)量不致太大，制動盤厚度應(yīng)取得適當(dāng)小些；為了降低制動工作時的溫開，制動盤厚度又不宜過小。制動盤可以制成實心的，而為了通風(fēng)散熱，可以在制動

6、盤的兩工作面之間鑄出通風(fēng)孔道。通風(fēng)的制動盤在兩個制動表面之間鑄有冷卻葉片。這種結(jié)構(gòu)使制動盤鑄件顯著的增加了冷卻面積。車輪轉(zhuǎn)動時，盤內(nèi)扇形葉片的選擇了空氣循環(huán)， 有效的冷卻制動。通常，實心制動盤厚度為10mm~20mm具有通風(fēng)孔道的制動 盤厚度取為20mm~50mm但多采用20mm~30mm 在本設(shè)計中選用通風(fēng)式制動盤，h取20mm 2.3 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Ri的比值不大于1.5。若比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(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)致制動力矩變化大。 在本設(shè)計中取外半徑R=104mim—1.3，則內(nèi)半徑R=80

7、mmRi 2.4 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/cm2?3.5kg/cm2范圍內(nèi)選取。汽 車空載質(zhì)量為1550kg,前輪空載時地載荷為852.5kg,所以852.5/(3.5*4)cm2

8、76cmi活塞直徑二輪缸直徑=54mm 3 .制動效能分析 3.1 制動減速度j制動系的作用效果，可以用最大制動減速度及最小制動距離來評價 假設(shè)汽車是在水平的，堅硬的道路上行駛，并且不考慮路面附著條件，因此制 動力是由制動器產(chǎn)生。此時jM總/rem 式中M總——汽車前、后輪制動力矩的總合。 M總=MuiMu2=785+1600=2385Nm re=370mm=0.37m m汽車總重m=2000kg 2 代入數(shù)據(jù)得j=(785+1600)/0.37X2000=6.16m/s 轎車制動減速度應(yīng)在5.8~7m/s2,所以符合要求。 3.2 制動距離S 在勻減速度制動時，制動

9、距離S為 S=1/3.6(t1+t2/2)V+V2/254 式中，t1——消除制動盤與襯塊間隙時間，取0.1s t2——制動力增長過程所需時間,取0.2s V=30km/h 故S=1/3.6(0.1+0.2/2)30+302/254X0.7=7.2m 轎車的最大制動距離為：ST=0.1V+V2/150 ST=0.130+302/150=9m S

10、狀態(tài)等是影響磨損的重要因素。 汽車的制動過程，是將其機械能（動能、勢能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動力的任務(wù)。此時由于在短時間內(nèi)制動摩擦產(chǎn)生的熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。此即所謂制動器的能量負荷。能量負荷愈大，則摩擦襯片（襯塊）的磨損亦愈嚴重。 雙軸汽車的單個前輪制動器的比能量耗散率為： 22、 1 ma（ViV2） ei 2 2% 式中：：汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)，緊急制動時40,1； ma：汽車總質(zhì)量; v1,v2:汽車制動初速度與終速度（m/s）；計算時轎車v1取27.8m/ s. t：制

11、動時間，S;按下式計算 v1 v2 27.8 4.6s 2 j :制動減速度，m/S , j 0.6 g 0.6 10 6m/s2; Ai:前輪制動器襯片的摩擦面積; A=7600mrm :制動力分配系數(shù) 則ei 2 I maW 2 2tA 1550 27.82 2 2 4.6 7600 2 0.67=5.7 w/mm ,2一. 轎車盤式制動器的比能量耗散率應(yīng)不大于6.0w/mm,故符合要求。 若摩擦襯片壓力與制動盤面接觸良好，且各處單位壓力分布均勻，則在鉗盤式 制動器扇形摩擦襯面上任取一微小面積：dA=RdRd9,在這微小面積上產(chǎn)生的微摩擦

12、力矩為：dM=qRidA=pqRRdO,式中q為摩擦片與制動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)摩擦片作用于制動盤上的制動力矩為可由 ,R2/2R2 下式積分求得:M'=apRdRdO=9ppR2R，a((R23-Ri3)(N.m) Ri/2R13 則盤式制動器的總制動力矩為：M=2pq(R23-Ri3) 3 4.性能約束 (1)制動力矩約束：汽車制動器制動力矩應(yīng)該小于地面的摩擦力矩，否則會發(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^Gre 2 式中：：路面附著系數(shù)； G:整車重量(N); :制動力分配系數(shù); re：車輪有效半徑。 (2)

13、摩擦片壓力約束：摩擦片應(yīng)達到要求的耐磨性或使用壽命，對于摩擦片最大許用單位壓力[P],一般按經(jīng)驗取值，因此，摩擦片單位面積壓力不得超過許用單位壓力[P],即： d2 1—4P 122 -(R2R) 2 1 d 2 2— P<[P] 2E Ri ) 2 1 ma% 3 2 2tA 2 maVi _ _ 2 _ 2 2t(R2 Ri ) [e] (W/mmn (3)比能量耗散率約束：如果比能量耗散率過高，不僅會加快制動摩擦片的磨損,而且可能引起制動盤的龜裂，因此所施加的約束為： 式中：m整車質(zhì)量(kg); [e]:盤式制動器時，取6.0W/mm

14、T:為制動時間。 (4)制動盤一次制動的溫升: △T=GV/254CiM[At] 式中M：制動盤的質(zhì)量(Kg)Mi= D-h，其中為制動盤的密度7900kg/m3 4 C1：制動盤的熱容量J/(Kg-K)對鋼和鑄鐵取C=523J/(Kg.K); V:制動初速度(Km/h)取30Km/h [△t]一次制動最大允許溫開，一般不大于15c即288.15K 2 (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。汽車空載質(zhì)量為1550kg,前輪空載時地載荷為22_2 852.5kg,所以852.5/(3.5*4)cm

15、

16、制動盤一般由鑄鐵鑄成。鑄鐵能提供優(yōu)良的摩擦面。制動盤裝車 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，制動盤有兩種常用型式。帶轂的制動盤有個整體式轂。在這種結(jié)構(gòu) 中，輪轂與制動盤的其余部分鑄成單體件。 另一種型式輪轂與盤側(cè)制成兩個獨立件。輪轂用軸承裝到車軸上。車論凸耳螺栓通過 輪轂，再通過制動盤轂法蘭配裝。這種型式制動盤稱為無轂制動盤。這種型式的優(yōu)點 是制動盤便宜些。制動面磨損超過加工極限時能很容易更換。 本設(shè)計采用的是第二種型式。 制動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。制動盤在工作 時不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力，而

17、且承受著熱負荷。為了改善冷卻效果， 鉗盤式制動器的制動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)槽的轎車制動盤， 其厚度約在l0m~13mm之間。本次設(shè)計采用的材料為HT250。 制動盤的工作表面應(yīng)光潔平整，制造時應(yīng)嚴格控制表面的跳動量，兩側(cè)表面的平行度 （厚度差）及制動盤的不平衡量。根據(jù)有關(guān)文獻規(guī)定：制動盤兩側(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；制動盤表面粗糙度不應(yīng)大于0.06mm。 制動鉗 制動鉗由可鍛鑄鐵KTH370－12或球墨鑄鐵QT400－18制造，也有用輕合

18、金制造的， 例如用鋁合金壓鑄。可做成整體的，也可做成兩半并由螺栓連接。其外緣留有開口， 以便不必拆下制動鉗便可檢查或更換制動塊。制動鉗體應(yīng)有高的強度和剛度。在鉗體 中加工出制動油缸。為了減少傳給制動液的熱量，將活塞的開口端頂靠制動塊的背板。 活塞由鑄鋁合金制造，為了提高耐磨損性能，活塞的工作表面進行鍍鉻處理。為了解 決因制動鉗體由鋁合金制造而減少傳給制動液的熱量的問題，應(yīng)減小活塞與制動塊背 板的接觸面積。 制動鉗在汽車上的安裝位置可在車軸的前方或后方。制動鉗位于車軸前可避免輪胎甩 出來的泥，水進入制動鉗，位于車軸后則可減小制動時輪轂軸承的合成載荷。 制動塊 制動塊由背板和摩

19、擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起。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塊面積，以免襯 塊發(fā)生卷角而引起尖叫聲。制動塊背板由鋼板制成。為了避免制動時產(chǎn)生的熱量傳給 制動鉗而引起制動液汽化和減小制動噪聲，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。許多盤式制動器裝有襯塊磨損達極限時的警報裝置，以便及 時更換摩擦襯片。 摩擦材料 制動摩擦材料應(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

20、磨性，低的吸水（油、制動液）率，低的 壓縮率、低的熱傳導(dǎo)率（要求摩擦襯塊在300℃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；制動時不產(chǎn)生噪聲和不良氣味，應(yīng)盡量采用少污染和對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0.3?0.5,少數(shù)可達0.7。設(shè)計計算制動器時一般 取0.3?0.35。選用摩擦材料時應(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

21、性好，剪切后可以直接鉚到任何半徑的制動蹄或制動帶 上。在100c?120c溫度下，它具有較高的摩擦系數(shù)（f0.4以上），沖擊強度比模 壓材料高4?5倍。但耐熱性差，在200c?250c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器，尤其是帶式中央制動 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，但造價高，適用于高性能轎車和行駛條件惡劣的貨車等制動器負荷重的汽車。 當(dāng)前，在制動器上廣泛采用著模壓材料，它是

22、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。模壓材料的撓性較差．故應(yīng)佐按襯片或襯塊規(guī)格 模壓。其優(yōu)點是可以選用各種不同的聚合樹脂配料，使襯片或襯塊具有不同的摩擦性 能及其他性能。本次設(shè)計采用的是模壓材料。 制動器間隙及調(diào)整 制動鼓與摩擦襯片之間或制動盤與摩擦襯片之間在未制動的狀態(tài)下應(yīng)有工作作間隙， 以保證制動鼓（制動盤）能自由轉(zhuǎn)動。一般，鼓式制動器的設(shè)定間隙為0.2?0.5mm;盤 式制動器的為0.1?0.3mm（單側(cè)0.05mm?0.15mm）。此間隙的存在會導(dǎo)致踏板或

23、 手柄的行程損失，因而間隙量應(yīng)盡量小?？紤]到在制動過程中摩擦副可能產(chǎn)生機械變 形和熱變形，因此制動器在冷卻狀態(tài)下應(yīng)有的間隙應(yīng)通過試驗來確定。在本設(shè)計中： 盤式制動器取間隙為0.1m。 另外，制動器在工作過程中會由于摩擦襯片或摩擦襯塊的磨損而使間隙加大，因此制 動器必須設(shè)有間隙調(diào)整裝置。當(dāng)前，盤式制動器的間隙調(diào)整均已自動化，鼓式制動器 采用間隙自動調(diào)整裝置的也日益增多。 盤式制動器工作間隙的調(diào)整，鉗盤式制動器不僅制動間隙小，而且制動盤受熱膨脹后 對軸向間隙幾乎沒有影響，所以一般都采用一次調(diào)準式間隙自調(diào)裝置。最簡單且常用 的結(jié)構(gòu)是在缸體和活塞之間裝一個兼起復(fù)位和間隙自調(diào)作用的帶有斜角的橡膠密封圈， 制動時密封圈的刃邊是在活塞給予的摩擦力的作用下產(chǎn)生彈性變形，與極限摩擦力對 應(yīng)的密封圈變形量即等于設(shè)定的制動間隙。當(dāng)襯塊磨損而導(dǎo)致所需的活塞行程增大時， 在密封圈達到極限變形之后，活塞與密封圈之間這一不可恢復(fù)的相對位移便補償了這 一過量間隙。解除制動后活塞在彈力作用下退回，直到密封圈的變形完全消失為止，這時摩擦快與制動盤之間重新回復(fù)到設(shè)定間隙。