制動器畢業(yè)論文.doc

基于SolidWorks盤式制動器的設(shè)計摘 要制動器是汽車部件中不可缺少的一部分，它使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛直至停車，在下坡行駛時，汽車可以保持適當及穩(wěn)定的車速，也能可靠地停在原地或坡道上。轎車制動器的類型主要有鼓式和盤式，它們都有各自的優(yōu)缺點，其制動的原理，簡單地就是利用摩擦將動能轉(zhuǎn)換成熱能，使汽車失去動能而停車。因此，散熱對制動系統(tǒng)是十分重要的，而盤式制動器不僅散熱性能較好，而且散熱快，重量輕，構(gòu)造簡單，調(diào)整方便。隨著人們對轎車性能要求的提高，近年來采用盤式制動器的轎車日益增多，尤其是中高級轎車，一般都采用了盤式制動器。本設(shè)計主要通過對現(xiàn)有的盤式制動器的結(jié)構(gòu)進行分析，并且應用SolidWorks三維設(shè)計軟件進行了各零件的繪制以及整個制動器的裝配，這不但形象的表達了制動器的結(jié)構(gòu)和各零件的連結(jié)關(guān)系，而且在設(shè)計中也能更好的進行分析，提高設(shè)計的準確性。關(guān)鍵詞：制動器 ；盤式制動器 ；結(jié)構(gòu)；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 汽車工業(yè)的百年發(fā)展史，幾乎與20世紀重合。1906年美國的杜里埃兄弟制造并出售了13輛以汽油為燃料的四輪汽車，汽車很快就成了時尚的寵兒。1908年，美國就有了485家汽車制造商。1914年，福特汽車公司已經(jīng)實現(xiàn)了汽車的流水線生產(chǎn)。1928年，通用公司雪佛蘭汽車的年產(chǎn)量就達到了120萬輛。中國汽車工業(yè)從1953年興建第一汽車制造廠開始，1956年第一輛解放牌載貨汽車駛出一汽的大門，中國不能制造汽車的歷史從此結(jié)束。如今汽車品牌之多，汽車生產(chǎn)技術(shù)之先進，已是人們有目共睹的事實。21世紀是汽車工業(yè)飛速發(fā)展的時代，汽車工業(yè)逐步成為許多國家的支柱產(chǎn)業(yè)。我國隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽車的年產(chǎn)量和社會保有量也都在迅速增加。汽車質(zhì)量的優(yōu)劣，關(guān)系到我國汽車產(chǎn)業(yè)能否沖出國門，走向世界。因此，對汽車以及相關(guān)產(chǎn)品的改進也是相當重要的。 汽車制動器作為汽車制動系的重要部件，其工作狀況的好壞直接影響到制動系統(tǒng)的性能和行車的安全。與鼓剎相比，盤式制動器具有散熱快、重量輕、制動迅速、調(diào)整方便的優(yōu)點。特別是高負載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素的影響更小，在嚴寒氣候和極限駕駛狀態(tài)下開車，盤式制動器比鼓式制動器更容易在短時間內(nèi)讓車停下來。所以盤式制動器有更大的發(fā)展空間，廣泛應用有很深遠的意義。行車制動裝置是汽車在行駛的過程中的安全保障，制動器是制動系的的重要部件，在目前，中型客車大都采用鼓式制動器，對其制動器的改進是非常重要的。盤式制動器與鼓式制動器相比，他們的優(yōu)劣顯而易見。因此，對中型客車制動器的改進更能加強行車安全，對于乘客來講具有很深的意義。 2 盤式制動器的結(jié)構(gòu)方案分析2.1鉗盤式制動器的分類 按摩擦副中固定元件的結(jié)構(gòu)的不同，鉗盤式制動器分為固定鉗式和浮動鉗式兩類。 鉗盤式制動器的固定摩擦元件是制動塊，裝在與車軸連接且不能繞車軸軸線旋轉(zhuǎn)的制動鉗中。制動襯塊與制動盤接觸面很小，在盤上所占的中心角一般僅為3050，故這種盤式制動器又稱為點盤式制動器。鉗盤式制動器按制動鉗的結(jié)構(gòu)不同，有以下幾種。a)固定鉗式 b）滑動鉗式 c）擺動鉗式圖2-1 鉗盤式制動器示意圖 1.固定鉗式 如圖2-1a所示，制動鉗固定不動，制動盤兩側(cè)均有液壓缸。制動時僅兩側(cè)液壓缸中的制動塊向盤面移動。這種形式也稱為對置活塞式或浮動活塞式。 2.浮動鉗式 （1）滑動鉗式 如圖2-1b所示，制動鉗可以相對于制動盤做軸向滑動，其中只在制動盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸，外側(cè)的制動塊固裝在鉗體上。制動時活塞在液壓作用下使活動制動塊壓靠到制動盤。而反作用力則推動制動鉗體連同固定制動塊壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊受力均勻為止。 （2）擺動鉗式 如圖2-1c所示，它也是單側(cè)液壓缸結(jié)構(gòu)，制動鉗體與固定于車軸上的支座鉸接。為實現(xiàn)制動，鉗體不是滑動而是在與制動盤垂直的平面內(nèi)擺動。顯然制動塊不可能全面均勻地摩擦。為此，有必要將襯塊預先做成楔形（摩擦面對背面的傾斜角為6左右）。在使用過程中，襯塊逐漸磨損到各處殘存厚度均勻（一般為1mm左右）后應即更換。2.2盤式制動器的選擇 固定鉗式的優(yōu)點有：除活塞和制動塊以外無其他滑動件，易于保證鉗的剛度；結(jié)構(gòu)及制造工藝與一般的制動輪缸相差不多；容易實現(xiàn)從鼓式到盤式的改型；很能適應不同回路驅(qū)動系統(tǒng)的要求（可采用三缸或四缸液壓缸結(jié)構(gòu)）。 固定鉗式的缺點有：至少有兩個液壓缸分置于制動盤兩側(cè)因而必須用跨越制動盤的內(nèi)部油道或外部油管來連通，這一方面使制動器的徑向和軸向尺寸增大，增加了在汽車上的布置難度，另一方面增加了受熱的機會，使制動液溫度過高而汽化。 浮動鉗式制動器的優(yōu)點：僅在盤的內(nèi)側(cè)有液壓缸，故軸向尺寸小，制動器能進一步靠近輪轂；沒有跨越制動盤的油道或油管，加之液壓缸冷卻條件好，所以制動液汽化可能??；成本低；浮動鉗的制動塊還可兼用駐車制動。經(jīng)過分析，浮動鉗式與固定鉗式制動器相比， 浮動鉗式制動器的優(yōu)點更為突出，成本低，冷卻條件好，更能適合中型客車的需要。所以此次采用浮動鉗式制動器，而浮動鉗式中，滑動鉗式與擺動鉗式相比，滑動鉗式更能適合，因此采用滑動鉗式制動器。2.3盤式制動器的功用和要求制動器是汽車部件中不可缺少的一部分，它直接影響著行車中的安全，它的功用是：在汽車正常的行駛過程中能使汽車以適當?shù)臏p速度降速行駛或者停車，在下坡行駛時，又能使汽車可以保持適當及穩(wěn)定的車速行駛，也能使其可靠地停在原地或坡道上。為保證離合器有良好的工作性能，對制動器的設(shè)計應滿足如下要求：1. 有足夠的制動能力。行車制動能力，用一定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩項指標評定，駐坡能力是指汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度。2. 在任何速度制動，汽車都不應當喪失操縱性和方向穩(wěn)定性。3. 防止水和污泥進入制動工作表面。4. 要求制動器制動能力的熱穩(wěn)定能力良好。5. 操縱輕便，并具有良好的隨動性。2.4滑動鉗式制動器的工作原理圖2-2 滑動鉗式制動器工作原理如圖2-2所示，滑動鉗式制動器的制動鉗可以相對與制動盤做軸向滑動，其只在制動盤的內(nèi)側(cè)置有液壓缸。外側(cè)的制動塊固定在鉗體上。 制動時，油液被壓入液壓缸中，活塞在液壓P1的作用下使活動制動塊壓靠到制動盤，而其反作用力P2則推動鉗體連同制動塊一起壓向制動盤的另一側(cè)，直到兩制動塊受力均等為止，兩制動塊共同作用使車輪停止旋轉(zhuǎn)。當不制動時，液壓快速下降，制動塊在彈力的作用下迅速向兩邊張開與制動盤分離。3 盤式制動器主要參數(shù)的確定3.1制動盤直徑D 制動盤直徑D應盡可能取大些，這時制動盤的有效半徑得到增加，可以降低制動鉗的夾緊力，減少襯塊的單位壓力和工作溫度。受輪輞直徑的限制，制動盤的直徑通常選擇為輪輞直徑的70%79%?？傎|(zhì)量大于2t的汽車應取上限。 因中型客車總質(zhì)量大于2t，所以應取其上限，制動盤的直徑應為輪輞直徑的79%。根據(jù)實際情況，中型客車的制動盤直徑D應取在200mm左右，本次設(shè)計取200mm。3.2制動盤厚度h 制動盤厚度h對制動盤質(zhì)量和工作時的溫度有影響。為使質(zhì)量小些，制動盤厚度不宜取得很大；為降低溫度，制動盤厚度又不宜取得過小。制動盤可以做成實心的，或者為了散熱通風的需要在制動盤中間鑄出通風孔道。一般實心制動盤厚度可取1020mm，通風式制動盤厚度取為2030mm。 中型客車由于制動力太大，產(chǎn)生的熱量太多，所以應在盤中鑄出通風孔道，而盤的厚度應取其上限值，本次取厚度應為20mm。3.3摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1制動器摩擦襯塊在性能上應滿足如下要求：1. 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要?。?. 有足夠的機械強度與耐磨性；3. 密度要小，以減小從動盤轉(zhuǎn)動慣量；4. 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦；磨合性能好，不致刮傷制動盤表面； 摩擦襯塊外半徑R2與內(nèi)半徑R1的比值不大于1.5。若此比值偏大，工作時襯塊的外緣與內(nèi)側(cè)圓周速度相差太多，磨損不均勻，接觸面積減少，最終導致制動力矩變化大。3.4制動襯塊面積A 對于盤式制動器襯塊工作面積A，根據(jù)制動襯塊單位面積占有的汽車質(zhì)量在1.63.5kg/cm范圍內(nèi)選用。4 盤式制動器的設(shè)計與計算4.1制動力矩的計算 假定襯塊的摩擦表面全部與制動盤接觸，且各處單位壓力分布均勻，則制動器的制動力矩為：=2R式中，f為摩擦因數(shù)；F0為單側(cè)制動塊對制動盤的壓緊力；R為作用半徑。 對于常見的具有扇形摩擦表面的襯塊，若其徑向?qū)挾炔皇呛艽?，取R等于平均半徑Rm，或者有效半徑Re，在實際上已經(jīng)足夠精確。圖 4-1 鉗盤式制動器的作用半徑參考圖如圖4-1，平均半徑為Rm=式中，R1和R2為摩擦襯塊扇形表面的內(nèi)半徑和外半徑。設(shè)襯塊與制動盤之間的單位壓力為P，則在任意微元面積RdRd上的摩擦力對制動盤中心的力矩為PRdRd,而單側(cè)制動塊加于制動盤的制動力矩應為=PRdRd=P（R2-R1)單側(cè)襯塊加于制動盤的總摩擦力為=PRdRd=P(R2-R1)故有效半徑為Re=（R2-R1)/(R2-R1)可見，有效半徑Re既是扇形表面的面積中心至制動盤中心的距離。上式也可以寫成Re=1-R1R2/（R1+R2）（）=1-m/(1+m)Rm式中，m=。因為，m1，m/(1+m)Rm，且m越小，則兩者差值越大。應當指出，若m過小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大，襯塊摩擦面上各不同半徑處的滑磨速度相差太遠，摩擦將不均勻，因而單位壓力分布均勻這一假設(shè)條件不能成立，則上述計算方法也不適用。M值一般不小于0.65。4.2制動盤的工藝要求制動盤的工作面的加工精度應達到下述要求：平面度允差為0.012mm，表面粗糙度為Ra0.71.3m，兩摩擦表面的平行度不應大于0.05mm，制動盤的端面圓跳動不應大于0.03mm。通常制動盤采用摩擦性能良好的珠光體灰鑄鐵制造，為保證有足夠的強度和耐磨性能，其牌號不應低于HT250。4.3襯片摩擦特性的計算摩擦襯片（襯塊）的磨損受溫度、摩擦力、滑磨速度、制動盤的材料以及加工情況，以及襯塊本身材料質(zhì)量等諸多因素的影響，因此在理論上計算磨損性能極為困難。但實驗表明，影響摩擦的最重要的因素還是摩擦表面的溫度和摩擦力。 從能量的觀點來說，汽車制動過程即是將汽車的機械能（動能和勢能）的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷牡倪^程。在制動強度很大的緊急制動過程中，制動器幾乎承擔了汽車全部動能耗散的任務。此時，由于制動時間很短，實際上熱量還來不及逸散到大氣中，而是被制動器所吸收，導致制動器的溫度升高。這就是制動器的能量負荷，能量負荷越大，則襯塊磨損將越嚴重。對于盤式制動器的襯塊，其單位面積上的能量負荷比鼓式制動器的襯片大許多倍，所以制動盤的表面溫度比制動鼓的高。各種汽車的總質(zhì)量及其制動襯塊的摩擦面積各不相同，因而有必要用一種相對的量作為評價能量負荷的指標。目前，各國常用的指標是比能量耗散率，即每單位襯塊摩擦面積的每單位時間耗散的能量。通常所用的計量單位為W/mm。比能量耗散率有時也稱為單位功負荷，或簡稱能量負荷。雙軸汽車的單個前輪及后輪制動器的比能量耗散率分別為=ma(1-2)/4tA1 =ma(1-2)（1-）/4tA2t=式中，ma為汽車總質(zhì)量(t)；為汽車回轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)；1、2為制動初速度和制動終速度（m/s)；j為制動減速度（m/s)；t為制動時間（s）；A1、A2為前、后輪制動器襯塊的摩擦面積（mm)；為制動力分配系數(shù)。在緊急制動到停車的的情況下，2=0，并可以認為=1，故=ma1/4tA1=ma1（1-）/4tA2據(jù)有關(guān)文獻推薦，鼓式制動器的比能量耗散率以不大于1.8W/mm為宜，計算時取減速度j=0.6g。制動初速度1：轎車用100km/h(27.8m/s)；總質(zhì)量3.5t以下的汽車用80km/h(22.2m/s)；總質(zhì)量3.5t以上的汽車用65km/h(18m/s)。盤式制動器在同上的1和j的條件下，比能量耗散率應不大于6.0W/mm。對于最高車速低于制動初速度的汽車，按上述條件算出的e值允許略大于1.8W/mm。比能量耗散率過高不僅引起襯塊的加速磨損，而且有可能使制動盤過早發(fā)生龜裂。另一個磨損特性指標是每單位襯塊摩擦面積的制動器摩擦力，稱為比摩擦力o。比摩擦力越大，則磨損將越嚴重。單個車輪的制動器比摩擦力為o=式中，為單個制動器的制動力矩；R為制動襯塊平均半徑Rm或有效半徑Re；A為單個制動器的襯塊摩擦面積。5 Solidworks的盤式制動器設(shè)計5.1制動器零件的繪制（附主要零件的立體效果圖）本文針對建?？偨Y(jié)了Solidwords軟件的一些使用技巧，簡述如下： 1.建模之前，應對模型，尤其是復雜模型作全局考慮，認真周全地確定建模順序和方法； 2.在進行主要建模環(huán)節(jié)之前，應仔細檢查尺寸，防止出現(xiàn)錯漏。如果某部分尺寸遺漏或出錯，那么在“抽空”操作后，可能會因該部分尺寸的錯誤而造成設(shè)計全部報廢，從而影響開發(fā)進度； 3.對于復雜模型，應將三維實體建模和二維圖生成結(jié)合使用。二維圖能較準確地檢查空間不易檢查的尺寸，并可反過來驗證實體建模的正確性，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題； 4.在做了一系列實體后應及時檢查參數(shù)，避免出錯；5.對于復雜零件應多做備份。針對不同工作階段存儲相應的文檔，以備文件丟失或損壞時可調(diào)用最近的相鄰文件重做。5.1.1結(jié)束語這次畢業(yè)設(shè)計不僅將自己所學的專業(yè)知識包括進來如：汽車發(fā)動機構(gòu)造及維修、汽車底盤構(gòu)造及維修，而且還將了機械制造基礎(chǔ)、機械制圖等課程有機的結(jié)合在一起，自己還學習了許多的制圖知