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畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）
設(shè)計(論文)題目： 汽車制動系統(tǒng)設(shè)計及有限元分析
學(xué)生姓名：
二級學(xué)院：
班 級：
提交日期：
目 錄
1 緒 論 1
1.1課題研究的目的及意義 1
1.2研究現(xiàn)狀 1
2 總體方案設(shè)計 3
2.1制動系方案分析 3
2.2鼓式制動器 3
2.3盤式制動器 3
3 參數(shù)的選擇和計算 4
3.1制動器主要參數(shù)數(shù)值的確定 4
3.1.1鼓式制動器主要技術(shù)參數(shù)數(shù)值 4
3.2制動器有關(guān)計算 4
3.2.1汽車在行駛過程中地面對車輪的法向反作用力 4
3.2.2計算軸制動力 5
3.2.3最大制動力矩的選取 6
3.3制動鼓和襯片的設(shè)計計算 6
3.3.1 計算制動鼓內(nèi)徑 6
3.3.2 制動鼓壁厚的選擇 7
3.3.4 摩擦襯片的摩擦系數(shù)的選取 8
3.4零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 8
3.4.1 設(shè)計制動鼓摩擦襯片系數(shù) 8
3.4.2 制動蹄的設(shè)計 9
3.4.3 制動底板的設(shè)計 9
3.4.4 計算制動輪缸的直徑和工作容積 9
3.5制動性能的分析 10
3.5.1評價標(biāo)準(zhǔn) 10
3.5.2 制動力的分配關(guān)系 10
3.5.3 制動減速度 10
3.5.4 制動距離 11
3.5.5 計算摩擦片的磨擦損耗 11
3.5.6 計算上下坡停車時的極限 傾斜角 12
4 鼓式制動器的三維建模 14
4.1制動蹄的建模過程 14
4.3拉力彈簧建模過程 16
4.4制動輪缸的建模過程 17
4.5制動底板的建模過程 18
4.6制動鼓的建模過程 19
4.7制動輪缸放氣螺栓的建模過程 20
4.8制動輪缸油管接頭的建模過程 20
4.9裝配分解鼓式制動器 21
4.10 干涉檢查 22
5 有限元分析 23
5.1對摩擦片的進行有限元分析 23
5.1.1在Pro/E中建立Ansys 23
5.1.2導(dǎo)入摩擦片模型 23
5.1.3 對摩擦片劃分網(wǎng)格 24
5.1.4加載求解摩擦片 25
5.2對制動鼓的有限元分析 26
5.2.1 對制動鼓劃分網(wǎng)格 26
5.2.2加載求解制動鼓 27
結(jié) 論 29
參考文獻 30
致 謝 31
III
摘要
摘 要
汽車制動器主要的作用是起到阻礙汽車運動，利用制動器的工作可以使得汽車能夠被強制性的制動或者在下坡路面行駛時可以保持一定大小的行駛速度。制動器的合理使用不但可以確保汽車行駛時的安全性能，還能夠減少燃料的消耗。因此，使制動器更加可靠穩(wěn)定對汽車安全行駛的重要性不言而喻。課題通過選取比亞迪F3作為研究對象，對其制動器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零件進行設(shè)計分析。首先概述鼓式制動器的整體，然后對鼓式制動器和盤式制動器的結(jié)構(gòu)特點進行比較確定設(shè)計對象。在各零件相應(yīng)參數(shù)值設(shè)計好后，借助于pro/e軟件進行建模，最后將摩擦片和制動鼓分別導(dǎo)入ansys進行有限元分析。
關(guān)鍵詞：鼓式制動器； Pro/E； 摩擦片，制動鼓，有限元分析
ABSTRACT
The main role of automotive brake is to Hinder Motorsport. Through the work of the brake cars can be mandatory braking or keep running on a certain speed when traveling downhill. The rational use of brakes not only ensure the safety when driving, but also can reduced the consumption of fuel. Thus, the brake more reliable and stable is important to automobile safety. Thesis by choosing BYD F3 as research subjects design and analysis the internal structure and parts brake. First, the paper briefly describes the overall drum brake, Then compare the overall structure of the drum brake and disc brake advantages and disadvantages as well as advantages and disadvantages of the overall structure. By comparing the two decisions. After design the parameters of each part, we model by means proe / e. Finally, the friction plate and brake drums were introduced into ansys finite element analysis.
Key words: Brakes program ; pro/e；Finite element analysis；
II
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第1章 緒論
1 緒 論
1.1課題研究的目的及意義
汽車是現(xiàn)代社會最常見的交通工具之一，制動系統(tǒng)在汽車行駛過程中至關(guān)重要，它在很大程度上控制和決定著汽車的運動。而制動器又直接起到限制車輛運動以及確保行駛安全性能的作用。在現(xiàn)代社會，在保證安全的前提下需要在一定程度上保持較高的行駛速度以提升物質(zhì)運輸?shù)男?，但是伴隨著日益擁堵的城市交通現(xiàn)況，實際駕車的過程中制動系統(tǒng)的使用變得愈加頻繁，同時現(xiàn)狀對于制動系統(tǒng)的相關(guān)性能以及使用壽命提出了更高的要求。倘若制動系統(tǒng)在實際需要制動的情況下出現(xiàn)失靈不工作的情況，不能及時地減速或停車將會對乘員的人身安全以及相關(guān)財產(chǎn)造成不可估量的損害。由此可知，汽車在正常行駛時，汽車制動性能的好壞決定著汽車的安全性能。因此，對于汽車而言，要保證安全性能，就必須要有一款具有可靠、穩(wěn)定的制動器。
絕大部分的現(xiàn)代汽車上都安裝有駐車制動以及行車制動這兩套制動設(shè)備，駐車制動是為了避免汽車在原地停車后產(chǎn)生溜滑，行車制動是為了實現(xiàn)汽車的減速甚至停車操作。但是交通事故的發(fā)生一般情況下都是發(fā)生在處于行駛狀態(tài)的汽車之間，故相比于駐車制動而言，行車制動的設(shè)計就顯得更為重要。
本課題主要內(nèi)容是為汽車設(shè)計一個鼓式制動器可行性方案，研究對象則選取比亞迪F3。同時對制動器上的各個構(gòu)件所對應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)尺寸進行設(shè)計選擇。使其達到以下要求：1、為確保汽車在實際行駛時的安全性能，制動器需要具備一定大小充足的制動力；2、在制動器制造材料的選擇上，為了確保乘客的健康安全使用，必須選用安全無毒的材質(zhì)。
1.2研究現(xiàn)狀
自從汽車進入人類社會的舞臺以后，關(guān)于汽車制動系統(tǒng)的設(shè)計和研究從來沒有中斷停止過。尤其是進入二十一世紀(jì)以后，伴隨著汽車保有量的不斷增加以及道路條件改善所帶來的整體行駛速度提升，使得對制動系統(tǒng)的設(shè)計和研究進入高速發(fā)展的階段，其中制動器由于作為核心部件更是得到了眾多專家學(xué)者的關(guān)注。
制動器的類型按照摩擦副旋轉(zhuǎn)部件的種類區(qū)分可以歸納為盤式制動器以及鼓式制動器這兩種。盤式制動器整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度要比鼓式制動器要高出許多，這導(dǎo)致盤式制動器的制動鉗和官路都要有較高的設(shè)計要求，實際的制造成本也相對較高。而目前大多數(shù)汽車所采用的鼓式制動器則不同，相比較而言，同樣的穩(wěn)定性能，鼓式制動器有著更為簡單的整體結(jié)構(gòu)，同時也有著更低的制造成本。另外，鼓式制動器的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也同樣符合相關(guān)的設(shè)計要求。
當(dāng)然，鼓式制動器也并非完美，主要缺陷表現(xiàn)早實際行駛時的制動效果以及散熱性，這兩方面要遜于盤式制動器。因此為了彌補此類缺陷，現(xiàn)階段的鼓式制動器都采用了各種改進措施。
現(xiàn)階段汽車研發(fā)應(yīng)用中經(jīng)常使用Pro/E對制動器上的部分零件建立三維模型，然后模擬組裝，最后使用Ansys進行有限元分析。這種分析方法完全在軟件中完成，大幅縮減設(shè)計時間的同時, 也間接地減少了實際設(shè)計過程中的成本。
在汽車的正常行駛中，如若需要減速，則需要與正常行駛方向完全相反的作用力才能夠起到制動的作用，進而降低汽車車速直至完全停車。對汽車的整個制動過程的受力情況進行有效的分析，對于制動系統(tǒng)的整體分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計有很大的幫助，另外，基于此過程的分析結(jié)果也是車輛制動系統(tǒng)試驗和設(shè)計的基礎(chǔ)。通常情況下評價制動性能好壞的依據(jù)可以歸納為以下幾點：
1. 制動時對應(yīng)的效能：汽車制動過程中所行駛的距離以及整個制動過程所對應(yīng)的減速度大小。
2. 是否具備恒定的制動效能：所謂效能是否恒定指的就是抗熱衰退的性能。
3. 汽車在實際制動過程中，行駛方向能否保持相對穩(wěn)定的性能。
4. 汽車在實際制動過程中，其對應(yīng)的操縱性能是否良好。
現(xiàn)階段，汽車制動系統(tǒng)所廣泛應(yīng)用的研究方法多為路試或臺架試驗。在汽車的日常使用過程中，汽車輪胎與道路路面的接觸面上的相互作用是處于持續(xù)變化狀態(tài)的，因此目前大多數(shù)制動系統(tǒng)所采用的間接測量法并不能有效反映實際狀態(tài)。
本論文的任務(wù)是借助于多種途徑查詢各類有關(guān)資料并運用大學(xué)期間所掌握的相關(guān)知識，研究對象選擇的是比亞迪F3，并為其設(shè)計參數(shù)，然后建模，借助于是否產(chǎn)生干涉現(xiàn)象來確保實際設(shè)計的準(zhǔn)確性，設(shè)計出鼓式制動器的整體結(jié)構(gòu)，并對制動器所對應(yīng)的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)計選擇。借助于計算機對相應(yīng)的零部件以及整體裝配圖進行設(shè)計并繪制出相應(yīng)的圖形。通過ANSYS對所設(shè)計的鼓式制動器上的摩擦襯片和制動鼓進行有限元分析評估。
32
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第2章 總體方案設(shè)計
2 總體方案設(shè)計
2.1制動系方案分析
制動系統(tǒng)能夠確保駕駛者能夠隨時把控著汽車的速度提升和降低甚至停止，同時可以將處于下坡狀態(tài)的汽車維持在大小相對穩(wěn)定的行駛速度上。汽車的整個制動系統(tǒng)可以分為兩部分，一是制動器，二是對制動器發(fā)出指令的操作裝置。其中最重要的是制動器。與制動器相應(yīng)的操縱裝置就是排除制動器以外其他裝置的總稱。
汽車車速的減緩是由于有外在阻力，人為的剎車起主要作用。阻力來源于制動器中的轉(zhuǎn)動件和固定件兩個零件的相互接觸產(chǎn)生摩擦力，從而影響汽車的正常行駛并減速或者停車。根據(jù)制動器的旋轉(zhuǎn)件的類型可將制動器分為盤式制動器與鼓式制動器兩類。
2.2鼓式制動器
在盤式制動器尚未被發(fā)明之前，鼓式制動器的應(yīng)用范圍已經(jīng)相當(dāng)廣泛，可以簡單的分為以下幾種：單雙向增力式（根據(jù)作用方向分類）、領(lǐng)從蹄式、雙領(lǐng)蹄式等。
鼓式制動器工作的原理是通過制動鼓以及與制動蹄相連接的摩擦襯片所產(chǎn)生的相互摩擦作用來阻礙汽車行駛，從而降低行駛速度實現(xiàn)停車，借此來保證實際行車時的安全性能，同時能夠保證汽車在得到可靠停放的同時不會產(chǎn)生滑移現(xiàn)象。
2.3盤式制動器
與鼓式制動器相同，盤式制動器依照摩擦零件不同的的形狀構(gòu)造，也可分為以下幾種：
1、鉗盤式
鉗盤式依據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同又可以將鉗盤式制動器繼續(xù)細分為浮動卡鉗式與固定鉗盤式。這兩者之間各有優(yōu)勢，固定鉗盤式有著非常合適的剛度，可適用于多方面，當(dāng)然包括多回路的制動系統(tǒng)。而浮動卡鉗式軸的軸向尺寸要比固定鉗盤式要小，散熱性能優(yōu)越，同時成本也不高。
2、全盤式
全盤式制動器所使用的零部件皆為圓盤形狀，在當(dāng)前市場應(yīng)用并不廣泛，究其原因可知最主要是因為剎車的散熱性能差，其實際的工作原理可看做借助摩擦力完成離合器的作用。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第3章 參數(shù)的選擇和計算
3 參數(shù)的選擇和計算
3.1制動器主要參數(shù)數(shù)值的確定
3.1.1鼓式制動器主要技術(shù)參數(shù)數(shù)值
研究的對象我選擇了比亞迪，并為之設(shè)計鼓式制動器，制動器的參數(shù)是：
整車質(zhì)量空載
1200kg
整車質(zhì)量滿載
1600kg
質(zhì)心位置
a=1.04m b=1.56m
空載質(zhì)心高度
hg=0.60m
滿載質(zhì)心高度
hg=0.55m
軸距
L=2.6m
輪距
L=1.48m
最高車速
180km/h
最大功率/轉(zhuǎn)速
78/6000 kw/rpm
最大轉(zhuǎn)矩/轉(zhuǎn)速
134/4500 N·m/rpm
輪胎
195/60R15
3.2制動器有關(guān)計算
3.2.1汽車在行駛過程中地面對車輪的法向反作用力
——地面制動力；
（3-1）
其中是制動器制動力大小。車輪在制動過程中需要有一個力來與制動器的摩擦力進行平衡，這個力就是。首先對的方向進行確定，當(dāng)汽車在制動過程中的車輪所對應(yīng)的角速度>0時，和方向完全相反。對的大小時有影響的參數(shù)有：車輪的半徑、摩擦系數(shù)、尺寸、整體結(jié)構(gòu)形式等等因素。此外，制動力的大小也可以影響制動力的大小——踏板制動力。制動踏板力越大，制動力也就越大。增大制動力矩可以用增大踏板制動力的辦法實現(xiàn)，增大，則和也會隨之增大，那么與之對應(yīng)的制動 力大小和相應(yīng)的地面制動力大小也會增大。但制動力不能無限增大，因為需要考慮——，即地面附著力，地面產(chǎn)生的制動力不能大于。 于是可以得到以下結(jié)論：（下式中Z代表法向力反向力，而是附著系數(shù)）
≤ （3-2）
（3-3）
摩擦力矩分為靜摩擦力矩和動摩擦力矩，若制動器制動力小于或者等于實際產(chǎn)生的附著力大小，車輪將被“抱死”。這時對應(yīng)的就是靜摩擦力矩。處于靜摩擦力矩時就是和相互平衡，這個力就是使車輪靜止的最大制動力。制動過程中汽車為0時，地面制動力將不再變大。而踏板力的增加會讓摩擦力矩變大，從而使制動器的制動力變大。上述力之間的關(guān)系如圖：
圖3.1制動器制動力與踏板力關(guān)系
根據(jù)下述公式可知地面對汽車車輪兩軸沿法 向力的反向力分別為：
＝（） （3-4）
＝（） （3-5）
3.2.2計算軸制動力
（3-6）
其中是前軸制動力，是后軸制動力，是制動強度
由上式可知：
（3-7）
（3-8）
其中為前軸的附著力， 為后軸附著力
在已經(jīng)確定的條件下，式中、代表的是制動強度的函數(shù)，汽車在制動過程中實際路面會有很多情況，而隨著制動力的逐漸增大，可能會出現(xiàn)一些下列情況。第一種是前輪先抱死，然后后輪發(fā)生滑移現(xiàn)象。第二種是后輪先抱死，然后前輪發(fā)生滑移現(xiàn)象。第三種情況是前后車輪同時抱死，然后滑移。
在各種路況下，不管為多大，能夠獲得的制動力總有最大值，這個值為
= （3-9）
（3-10）
綜合上面兩個式子得 ：，；
附著系數(shù)我們?nèi)?：則 = （3-11）
=x=8232N
/ = 4.2 （3-12）
然后計算知： ,
3.2.3最大制動力矩的選取
就制動器的力矩而言，計算前制動力矩和后制動力矩大小為：
（3-13）
（3-14）
是汽車前總制動力、是汽車后總制動力；
由此我們可以得出：應(yīng)選取作為每個輪的制動器力矩的Max值。
3.3制動鼓和襯片的設(shè)計計算
3.3.1 計算制動鼓內(nèi)徑
在受到的力不變的情況下，增加制動鼓的內(nèi)徑可以改善制動鼓的散熱，因為增大內(nèi)徑力矩會增大。在實際制動過程中需要考慮一個間隙，這個間隙約兩分米左右，存在于制動鼓和輪輞之間，考慮這個間隙是因為設(shè)計制動鼓內(nèi)徑尺寸的時候要考慮輪輞內(nèi)徑的尺寸，這個間隙不能太小，太小會影響散熱。輪輞受熱也會產(chǎn)生粘連。比亞迪后輪胎的型號為：，通過參數(shù)可知之比是：
則：，故制動鼓選值。
3.3.2 制動鼓壁厚的選擇
對于制動鼓厚度的選擇我們一般要考慮幾點，首先要有足夠的強度和剛度，以此來選擇制動鼓壁的厚度。而當(dāng)制動鼓壁的厚度在10-15mm的時候的容量會增加，同時在摩擦過程中摩擦表面不會快速升溫。現(xiàn)代轎車上會選擇6-13mm的范圍，故我們?nèi)≈?0mm。
一般我們在選擇制作制動鼓時候時候有和兩種。在選材方面一般用HT200，對應(yīng)的是鑄造式，之所以選用HT200，是因為其在很多方面具有優(yōu)勢：比如制造相對容易，同時這種材料的耐磨性能好，耐熱性能也很不錯。在實際制動過程中，制動鼓在受到外部載荷的時候容可能會發(fā)生變形，為了解決這個問題，可以加一個肋在它的外圍。這樣不僅可以增加剛度，還可以使制動過程中的實際散熱效果有一定地提升。在確定壁厚的時候如果通過計算來將很不容易，所以一般在的選擇時通常根據(jù)經(jīng)驗來進行確定。
3.3.3 計算襯片的寬度、包角
接下來要進行襯片的寬度和包角的計算，在半徑R的取值是固定的時候，對應(yīng)：
（3-15）
在包角的時候，在摩擦過程中襯片的磨損相對較小，對于襯片而言此時對應(yīng)的磨擦損耗相對較小。制動效果也好。實驗證明，如果適當(dāng)使β角減少，制動器的散熱性能將會有一定提高，但單位載荷過大會使磨損顯著增大。如果過度增大β角，那么單位載荷過大會使磨損加。而且這個時候的制動過程將變得不穩(wěn)定，可能會出現(xiàn)鎖死的情況。故通常取β
綜上所述，?。?
如果使它的寬度加大，則可以減小磨損，但如果大大加寬寬度，那么。通過查資料可以知道汽車的總質(zhì)量和襯片對應(yīng)的的對應(yīng)情況，通過下表的數(shù)據(jù)我們可以看出，質(zhì)量為1t左右的汽車對應(yīng)的襯片摩擦面積為。由此可知：.，。
汽車類別
汽車總質(zhì)量
m/t
制動器襯片多對應(yīng)的摩擦面積 /cm
轎車
0.9~1.5
1.5~2.5
100~200
200~300
客車與貨車
1.0~1.5
1.5~2.5
2.5~3.5
3.5~7.0
7.0~12.0
12.0~17.0
120~200
150~250
250~400
300~650
550~1000
600~1500
3.3.4 摩擦襯片的摩擦系數(shù)的選取
在選取的時候我們要考慮幾方面的因素，首先為了保證制動過程中的制動片制動效果，摩擦系數(shù)不能太低，要選擇相對較高的摩擦系數(shù)。當(dāng)然我們也應(yīng)該注意，過高的摩擦系數(shù)并不一定有更好的效果，因為它并不是。還需要考慮材料的因素，摩擦片的材料摩擦?xí)r一般不大于300°，而系數(shù)的選擇一般處于0.25到0.35。綜上所述我選擇的系數(shù)是0.3。
3.4零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.4.1 設(shè)計制動鼓摩擦襯片系數(shù)
在設(shè)計制動鼓摩擦襯片系數(shù)的時候我們要考慮一些因素，首先，在材料方面，要求摩擦片的比熱容要相對大一些，同時還要具有足夠的剛性。以上兩點是設(shè)計系數(shù)時最重要的，還有其他一些方面同樣不可忽略，在實際制動過程中的制動鼓溫度，摩擦片工作表面受力情況，還有選材方面襯片要和制動鼓一致等等情況都是需要考慮的。
通常來說像比亞迪F3這樣的小型車使用組合制動鼓的情況較多用，而對于一些大型車重型車而言，鑄鐵材料制造而成的制動鼓會多一些?，F(xiàn)在更多的是采用鋁合金材料的制動鼓。本課題選擇的就是這種制動鼓。這種鼓有著材質(zhì)輕的優(yōu)點，同時我們還在內(nèi)表面涂了層珠光體，這樣制動鼓的耐磨性和散熱性也都有一定提升。
3.4.2 制動蹄的設(shè)計
從制作方面開始考慮，制動蹄制作的方式有兩種，一種是通過鑄造方式，另一種是通過沖壓焊接的方式，前者主要應(yīng)用于大型車，后者主要應(yīng)用于小型車。制動蹄要有足夠的剛度，故截面形狀的選擇要合適。在設(shè)計的時候要考慮摩擦受力的均勻以避免有可能出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時制動蹄在制動時噪音不能過大。
。
。
。
3.4.3 制動底板的設(shè)計
制動底板作為制動器上其他零件安裝基礎(chǔ)，使得其他零件在組裝的過程中位置正確。在選用時同樣要考慮剛度，磨損等因素，底板要有足夠的剛度。這樣可以應(yīng)對反力矩可能造成的。
制動底板選材為灰鑄鐵。
3.4.4 計算制動輪缸的直徑和工作容積
（3-16）
一般來說，因為存在輪缸壓力，我們常取。
查資料可知，于是可以得到
接著代入得：
（3-17）
取主活塞缸行程。
故我們可以算出工作容積的大?。?
3.5制動性能的分析
3.5.1評價標(biāo)準(zhǔn)
通常來說衡量汽車的制動性能好壞時要考慮以下幾點，首先要看汽車在制動過程中他下制動踏板后到汽車完全停止的過程中經(jīng)過的距離，而這個距離和踏下制動踏板后的汽車減速度有關(guān)，所以這兩個參數(shù)需要考慮。其次制動穩(wěn)定性也是衡量制動性能的重要指標(biāo)，這也是汽車在制動過程中保證汽車安全的重要因素。同時，車輛在抗衰退性能也是評價制動性能的重要指標(biāo)。
3.5.2 制動力的分配關(guān)系
汽車在制動過程中，實際路面會有很多情況，制動力會逐漸增大，而隨著制動力的增大，加上各種不同的路況，在達到一定的數(shù)值后有可能會出現(xiàn)一些特殊的情況.我們來進行分類說明，首先第一種是前輪抱死，然后后輪發(fā)生滑移現(xiàn)象，之后后輪也會這樣。第二種是后輪抱死，然后前輪發(fā)生滑移現(xiàn)象，之后前輪也會這樣。第三種情況是前后車輪同時抱死，然后滑移。根據(jù)參數(shù)和制動力的分配系數(shù)，我們可以得到下圖所示：
1
2
1
2
I線
I線（滿載）
I線（滿載）
I線（空載）
j=0.7
B
0
Fb1/KN
FB2/KN
圖3.3轎車的I曲線和線
3.5.3 制動減速度
假設(shè)汽車行駛路面平穩(wěn)，在制動過程中制動器提供全部的制動力，在不考慮其他影響條件的情況下，=
由上式可知：
= =785+1600=2385N/m （3-18）
=370mm， =1200kg
帶入上式可得：=(785+1600)/0.3771200=6.16
由于5.8<6.16<7故算出的結(jié)果滿足要求。
3.5.4 制動距離
在汽車制動過程中我們假定其在，下，
（3-19）
其中：，
則
：
當(dāng)=60時：
綜上所述，在制動距離上滿足要求。
3.5.5 計算摩擦片的磨擦損耗
1、
（3-20）
（3-21）
上式中=0，對應(yīng)的=1。初速度和末速度的差值為-=27.8m/s。對應(yīng)的制動減速度大小為: =0.6g0.610=6。= 7600，對于總質(zhì)量為1.5-2.5t的汽車，摩擦面積為200~300cm，故選擇。
代入得： =
故符合要求。
=
故符合要求。
2、比滑摩功
在汽車的速度從最大值到速度為0的制動過程中摩擦片就是比滑摩功：
（3-22）
：
=；
速度最大值：
：，故符合要求。
3.5.6 計算上下坡停車時的極限 傾斜角
(1) 上坡的時候的極限傾斜角
(3-23)
=
由于 25>16，故符合要求。
(2) 下坡停車的時候的極限傾斜角
(3-24)
=
由于屬于范圍，故符合要求。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第4章 鼓式制動器的三維建模
4 鼓式制動器的三維建模
4.1制動蹄的建模過程
打開PRO/E三維制圖軟件，點擊菜單文件中的“新建”，選擇“零件”，并對其進行命名為“ZHIDONGTI”，之后進行拉伸。選擇基準(zhǔn)平面FRONT面進行繪圖，之后點擊進入草繪模式，按尺寸進行制動蹄翼板的側(cè)面的繪制。
之后退出草繪，根據(jù)設(shè)計尺寸進行拉伸，其寬度為“64mm”。如下圖4.1所示：
根據(jù)上述基礎(chǔ)，建立兩個基準(zhǔn)面，與制動蹄翼板相切，如下圖4.2所示：
在已建立的基準(zhǔn)面DTM1上，通過拉伸工具進行圓柱銷的拉伸，如下圖4.3所示：
查閱資料，一般邊緣處和制動蹄的底板間厚度取3~5mm；因此對本次設(shè)計邊緣的拉伸厚度5mm。在退出草繪模式后，進行拉伸，其厚度選取5mm。之后利用打孔工具在邊緣的合適的位置進行打孔。
在繪制完一側(cè)制動蹄后，選取該側(cè)整個模型，點擊 “鏡像”按鍵，基準(zhǔn)選擇FRONG面為，之后得到整體制動蹄三維模型，如下圖4.4所示。
4.2摩擦片的建模過程
在摩擦片的設(shè)計中，使用拉伸工具進行整體模型創(chuàng)建，首先進入草圖，進行圓弧的繪制。其所對應(yīng)的弧度為108度的包角；取摩擦片的厚度為5mm。之后進行拉伸，拉伸大小為64mm。點擊完成按鈕，獲得單片摩擦片模型，之后在此基礎(chǔ)上，在摩擦片上進行打孔，在繪制完一側(cè)摩擦片后，利用鏡像，得到整體摩擦片三維模型。如圖4.5：
4.3拉力彈簧建模過程
點擊新建，創(chuàng)建一個零件，并對其命名為“LALITANHUANG”。單擊菜單欄上的插入，在下拉菜單中選擇螺旋掃中的描伸出項；之后確立草繪平面，操作過程如下圖4.6：
彈簧高度為22.5mm，在創(chuàng)建過程中，需要對彈簧所對應(yīng)的節(jié)距值進行選取，該彈簧設(shè)計取值為4.5；確定節(jié)距值之后，再次進入草繪平面進行彈簧粗細大小的確定。最后點擊完成按鈕，壓緊彈簧模型就完成了。如下圖4.7。
4.4制動輪缸的建模過程
在對制動輪缸進行建模時，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、拔模等建模命令按鈕。制動輪缸的直徑D由上一章的計算得到，大小為30mm；制動輪缸的容積大小為2826mm。因此制動輪缸的長度取值為95mm。根據(jù)上述尺寸進行建模，得到下圖4.8所示的模型。
4.5制動底板的建模過程
加緊銷、支撐銷、壓桿、止動桿、后制動輪缸和制動蹄等零件的整體裝配承載底板就是制動底板，同時它需要保持和制動鼓完全組合為一體。故對于制動底板的建模同時需要考慮另外許多零件尺寸的大小，特別是制動蹄固定部分所對應(yīng)的尺寸以及制動輪缸放置位置所對應(yīng)的平面。
在使用制圖軟件創(chuàng)建制動底板模型的過程中，按照知識點中包含的內(nèi)容。創(chuàng)建過程如下圖4.9，圖4.10。
4.6制動鼓的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對制動鼓進行建模。首先在草繪中根據(jù)尺寸進行草繪，之后進行拉伸，然后利用旋轉(zhuǎn)按鈕對其進行一周旋轉(zhuǎn)；最后使用打孔工具，進行螺栓孔以及軸孔的打孔。創(chuàng)建過程如下圖4.11， 圖4.12 。
4.7制動輪缸放氣螺栓的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對螺栓進行建模。首先輸入我們計算所獲得的尺寸，然后需把它旋轉(zhuǎn)一周，如圖4.13。
4.8制動輪缸油管接頭的建模過程
主要通過“旋轉(zhuǎn)”的命令對螺栓進行建模。首先輸入我們計算所獲得的尺寸進行草繪，然后需把它旋轉(zhuǎn)一周，之后進行拉伸，之后對其旋轉(zhuǎn)一周，如下圖4.14。
4.9裝配分解鼓式制動器
首先我們將零件進行組合，把它們裝配成一個整體，然后對其修改分析。具體的過程為：先創(chuàng)建一個組建文件，然后通過定向、對齊、匹配、重合等命令進行添加和和約束原件，旋轉(zhuǎn)、平移等命令也會用到。這些完成之后，對裝配原件進行編輯。
在進行裝配的時候通過“將原件添加到組件”命令，將之前的三維模型性導(dǎo)入新文件，首先對后輪軸進行裝配，然后是 ，過程如下圖4.15、圖4.16、圖4.17、圖4.18。
4.10 干涉檢查
通過Pro/E的干涉檢查并沒有出現(xiàn)干涉的不良現(xiàn)象，故本次裝配的圖紙可靠有效。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第5章 有限元分析
5 有限元分析
5.1對摩擦片的進行有限元分析
5.1.1在Pro/E中建立Ansys
正常情況下ANSYS軟件不能直接變換Pro/E的文件，必須要通過一定的步驟與ANSYS聯(lián)結(jié)從而使模塊激活。而是一定要按照下述的步驟對ANSYS進行聯(lián)結(jié)過程的設(shè)置并且需要對相關(guān)的模塊進行激活：
首先點擊鼠標(biāo)“開始—>程序—>ANSYS—>Utilities—>ANS_ADM IN”，然后會彈出下面彈框，點擊OK按鈕。之后的選擇為：Configuration Connection for Pro/E—>OK，ANSYSMultiphysics & WIN 32→OK，
在做完以上過程后，config anscon文件就能夠成功生成了。窗口提示如圖5-2，然后需要牢記config anscon的路徑。在出現(xiàn)“Pro/Engireer Installation path”的對話框后把安裝路徑填進去。Pro/e設(shè)計語言選擇 usascii，再點下OK。然后會彈出窗口提示我們protk.dat 文件成功生成。
在生成之后打開Pro /E，ANSYS8.0就會顯示在工具欄中，當(dāng)出現(xiàn)上述情況的時候證明聯(lián)接成功。聯(lián)接成功后打開三維圖設(shè)置，通過把模型導(dǎo)入ANSYS，之后再點擊即可完成。
5.1.2導(dǎo)入摩擦片模型
首先導(dǎo)入的式摩擦襯片，如下圖5.3。
5.1.3 對摩擦片劃分網(wǎng)格
一個單元數(shù)據(jù)庫中存在很多的單元類型，一般分為梁、桿、平面等。因為每個單元都有許多不同的功用，故大部分可選擇的類型有很多，因此每個單元的作用都是不同的 。按照鼓式制動器所對應(yīng)的整體結(jié)構(gòu)，本課題選擇的是具備八節(jié)點及六面體結(jié)構(gòu)形式的單元，在具體的實際分析過程中使用SOLID187單元。本課題選用的摩擦襯片材料是模壓材料，其屬性是：
） ：
） ：
） ：
產(chǎn)生節(jié)點和單元是對網(wǎng)格劃分的用途所在。進行計算的時候，邊界處收到的載荷和約束都是對邊界點進行計算的。下面是網(wǎng)格劃分的過程：
（1）建立單元數(shù)據(jù)，其中包含有材料屬性的選擇、相關(guān)幾何常數(shù)的選擇以及單元類型的選擇。
（2）確定網(wǎng)格數(shù)。見圖5.4，得到單元數(shù)為9158，節(jié)點數(shù)為19088。
5.1.4加載求解摩擦片
將相應(yīng)的約束條件、慣性形式的載荷力矩大小以及壓強大小進行加載求解?？梢垣@得的位移云圖如下5.5。從圖中我們能看出，較大位移的地方是端部，而最大位移在端部往下一點，之所以會這樣是因為它是領(lǐng)蹄，最大位移為故最大位移未超過位移量的極大值，故本設(shè)計符合對強度設(shè)計的相關(guān)要求。
根據(jù)圖5.6能夠看出在對應(yīng)的摩擦襯片上，摩擦襯片的上部區(qū)域靠近促動力所作用的位置受到的應(yīng)力相對較大，最大的應(yīng)力為195284pa，對應(yīng)圖中的MX處，而最小。，產(chǎn)生這。極，因為所得出的，所以符合要求。
5.2對制動鼓的有限元分析
5.2.1 對制動鼓劃分網(wǎng)格
因為材料選擇的是鑄造材料，所以：
）：
泊松比）：0.35
）： 2600
下面是具體劃分過程：
（1）首先建立單元數(shù)據(jù)，其中包含有材料屬性的選擇、相關(guān)幾何常數(shù)的選擇以及單元類型的選擇。
（2）設(shè)定網(wǎng)格劃分的參數(shù)。得到如圖5.7所示所得的節(jié)點數(shù)為20746，單元數(shù)量為9876。
5.2.2加載求解制動鼓
將載荷大小以全部加載求解。得到摩擦片位移云圖如下5.8。根據(jù)位移云圖能夠看出對應(yīng)最大位移的位置是圖中所示的MX處，對應(yīng)的最大位移大小等于0.167709mm，最大位移的值沒有超過位移量的極大值，故本設(shè)計符合對強度設(shè)計的相關(guān)要求。
根據(jù)下圖5.9不難發(fā)現(xiàn)在對應(yīng)的摩擦襯片上，摩擦襯片的上部區(qū)域靠近促動力所作用的位置受到的應(yīng)力相對較大，根據(jù)位移云圖能夠看出對應(yīng)最大應(yīng)力的位置是圖中所示的MX處，對應(yīng)的最大應(yīng)力大小等于，對應(yīng)最大應(yīng)力的位置是圖中所示的MX處，對應(yīng)的最大應(yīng)力大小等于。，而，故本設(shè)計符合對強度設(shè)計的相關(guān)要求
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 結(jié)論
結(jié) 論
本文研究的對象為鼓式制動器，借助于查詢相關(guān)的文章以及資料來熟悉鼓式制動器的結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法進行設(shè)計分析，然后根據(jù)所選車型的相關(guān)參數(shù)對制動器上所有零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸進行設(shè)計以及計算，在設(shè)計出零件相應(yīng)尺寸的基礎(chǔ)上進行有關(guān)強度的校核，接著使用PROE軟件對制動器所有零件建立模型并裝配成一個完整的整體，最后將裝配成的整體模型導(dǎo)入至ANSYS分析。
在進行制動器設(shè)計的時候的有兩大重點，其一就在于如何確保制動蹄和摩擦片之間的互相配合，其二就是摩擦片和制動鼓之間所存在的摩擦作用。本設(shè)計根據(jù)一系列的參數(shù)選擇，的值β=108°、β0=36°、為
，從而確認所設(shè)計的制動鼓以及摩擦片符合相關(guān)的強度設(shè)計要求。
因為個人所掌握的知識十分有限，對PROE、ANSYS等軟件也掌握較少，故本次對鼓式制動器的設(shè)計必然存在很多的不足之處，不過通過完成此次論文并結(jié)合所學(xué)知識使我對制動系統(tǒng)有了較為透徹的了解，這對于畢業(yè)以后進入工作崗位開展實際業(yè)務(wù)大有裨益，我從中收益良多。
金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻
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金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 致謝
致 謝
時間如白駒過隙，不知不覺間大四已近尾聲，而在最后得這段時間，我將把四年所學(xué)到的知識應(yīng)用于我的畢業(yè)論文，交上我的最后一份作業(yè)。
寒假之前老師就已經(jīng)布置了論文的任務(wù)，期間老師也是一直很認真負責(zé)，有不明白不會的地方老師都會細心耐心的回答，我們需要做些什么，需要掌握什么，要通過哪些方法才能實現(xiàn)，在這些細節(jié)方面老師有問必答，老師自己的事情的比較多，但她能在百忙之中抽出時間定期的關(guān)心我們的論文進度，并不時地提出修改建議和改進方法，這使我受益匪淺，每一次從不會到慢慢掌握，老師都付出了極大的耐心和精力，作為她的學(xué)生，這一切我都看在眼里，老師一直強調(diào)做事情要認真，不光是在論文上，做其他事也是如此，老師這種生活態(tài)度也讓我深記心中并以之為榜樣。
同時在做論文的過程中還有很多其他人的幫助，同學(xué)朋友在我做到一些問題遇到瓶頸的時候也很熱心，在做論文的整個過程中他們也都一直支持著我，不時給我一些建議，提高了我效率，同時讓我了解了更多的解決方式和方法，他們不僅是我生活中的朋友，也是我一同學(xué)習(xí)一同進步的伙伴。
畢業(yè)論文是大學(xué)期間的最后一個考驗，同時也是對我專業(yè)能力的一次檢驗，在通過自己的努力和大家的幫助下我要努力做好這最后的一份答卷。