汽車鼓式制動器本科畢業(yè)設(shè)計開題報告

1、廣東技術(shù)師范學(xué)院天河學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計開題報告題 目：汽車鼓式制動器的設(shè)計 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（車輛工程方向)姓 名： 廖龍輝 學(xué) 號： 2008611843116 指導(dǎo)教師： 胡春平 2011 年 12 月 28 日- 9 -本科畢業(yè)設(shè)計開題報告系別機(jī)電工程系專業(yè)機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（車輛工程）班級本機(jī)制083姓名廖龍輝學(xué)號2008611843116聯(lián)系方目汽車鼓式制動器的設(shè)計1、 選題背景中國汽車行業(yè)前景廣闊，2009年汽車產(chǎn)量將達(dá)到1273.7萬輛，2010、2011年將持續(xù)保持增長，增長率在19%至20%之間。2009年中國將

2、成為世界第一汽車生產(chǎn)大國，同時中國汽車消費(fèi)量占全球總消費(fèi)量比例已達(dá)12%，在2015年左右國內(nèi)汽車銷售也有望超過美國，成為第一大汽車消費(fèi)市場。到2020年，中國本土汽車產(chǎn)量將達(dá)到2000萬輛左右，其中兩成產(chǎn)品將進(jìn)入國際市場。（數(shù)據(jù)來自中國汽車鼓式制動器總成行業(yè)研究報告）目前乘用車主要采用前盤后鼓式和全盤式制動器，20%的乘用車采用前盤后鼓式制動器，全鼓式制動器已在乘用車領(lǐng)域淘汰；商用車主要采用全鼓式制動器，只有高檔客車和有特殊需求的車輛才采用前盤后鼓式制動器和全盤式制動器。隨著對汽車制動性能的提高，越來越多的先進(jìn)電子制動技術(shù)得到采用。從中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計的情況來看，2008年汽車鼓式制動器總

3、成需求規(guī)模達(dá)到2046萬臺，其中乘用車鼓式制動器總成市場377萬臺，商用車鼓式制動器總成市場1669萬臺，預(yù)計2013年乘用車鼓式制動器總成市場928萬臺，商用車鼓式制動器總成市場2937萬臺。隨著高速公路的迅速發(fā)展和車速的提高以及車流密度的日益增大，我國面臨又一新的嚴(yán)峻問題交通事故頻發(fā)且危害嚴(yán)重，制動器對道路安全有很大影響，特別是裝有鼓式制動器的汽車，其制動器熱衰退現(xiàn)象是發(fā)生交通事故的一個重要原因，為了保證行車安全。汽車制動器工作的可靠性顯得日益重要。它造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計。 二、課題設(shè)計2.1課題的內(nèi)容 某轎車汽車主要技術(shù)性能參數(shù)：整車質(zhì)量1210Kg總長寬高4680×17

4、00×1423mm 軸距2656mm 前輪距1414mm 后輪距1422mm 排量/功率L/kw1.8/74 最高功率轉(zhuǎn)速rpm5200 最大扭矩值N.m155 最大扭矩轉(zhuǎn)速rpm3800 最高車速175千米/小時 前后輪胎規(guī)格195/60 R14 手動5檔 。汽車制動器的設(shè)計計算:1.地面對車輪的法向反作用力2.汽車前后軸制動力3.同步附著系數(shù)的確定4.制動器最大制動力矩5.制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算6.制動蹄片的制動力矩7.行車制動效能計算 。 汽車制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算: 1.制動鼓內(nèi)徑 2.制動鼓厚度 3.制動襯片寬度和包角 4.制動襯片起始角 5.制動器中心到張開力到作用線的距離

5、 6.制動體制動蹄支撐體位置坐標(biāo) 7.制動片摩擦系數(shù) 。汽車制動器主要零部件的設(shè)計 1.制動鼓2.制動蹄3.制動底板4.制動蹄的支撐5.制動輪缸6.制動器間隙7.摩擦材料。并運(yùn)用或等設(shè)計軟件繪制零件圖及裝配圖等三維視圖。2.2 課題的目的 1.深入了解鼓式制動器的優(yōu)缺點(diǎn)2. 通過對其結(jié)構(gòu)和工作原理的分析加深對汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計、機(jī)械設(shè)計、汽車構(gòu)造知識的理解 3. 能根據(jù)某汽車技術(shù)參數(shù)確定鼓式制動器的總體方案及參數(shù)，并設(shè)計其零部件4. 提高自身熟悉運(yùn)用有關(guān)手冊、圖表、規(guī)范等有關(guān)資料文獻(xiàn)的能力，并進(jìn)一步培養(yǎng)自身識圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件等基本技能。5. 培養(yǎng)自身獨(dú)立思考和獨(dú)立工作的能力，為畢業(yè)

6、后走向社會從事相關(guān)技術(shù)工作做好準(zhǔn)備三、課題研究現(xiàn)狀3.1國外研究現(xiàn)狀：計算機(jī)仿真技術(shù)越來越多地用于汽車的研究開發(fā)和設(shè)計制造中，虛擬樣機(jī)技術(shù)得到快速發(fā)展。對于尚未完成或者處于經(jīng)濟(jì)性、安全性等因素的考慮，無法通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證的設(shè)計研究，往往需要借助系統(tǒng)仿真來實(shí)現(xiàn)這一要求。隨著計算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)對數(shù)據(jù)的處理能力有了突飛猛進(jìn)的提高，這也使得計算機(jī)仿真技術(shù)的運(yùn)用成為可能，虛擬樣機(jī)技術(shù)已成為解決工程問題的一種快速、有效的手段。采用仿真方法研究汽車的各項(xiàng)性能時，需對汽車作適當(dāng)?shù)暮喕?，然后?yīng)用簡化模型進(jìn)行計算分析。隨著簡化程度的不同，必然會使計算結(jié)果與實(shí)際情況之間存在不同程度的偏差。隨著計算機(jī)技術(shù)

7、的發(fā)展，在深入研究制動振動與噪聲的過程中有限元方法越來越成為一種必不可少的建模方法。有限元法的基本思想試將連續(xù)的求解區(qū)域離散為一組有限個、且按一定方式互相聯(lián)結(jié)在一起的單元的組合體。它利用每一個單元內(nèi)假設(shè)的近似函數(shù)來分片地表示全求解域上待求的場函數(shù)。單元內(nèi)的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)或其導(dǎo)數(shù)在單元的各個結(jié)點(diǎn)的數(shù)值和其插值函數(shù)來表達(dá)。這樣，一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)及其導(dǎo)數(shù)在各個結(jié)點(diǎn)上的數(shù)值就成為新的未知量（即自由度），從而使一個連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題。一經(jīng)求解出這些未知量，就可以通過插值函數(shù)計算出各個單元內(nèi)場函數(shù)的近似值，從而得到整個求解域上的近似解。與傳統(tǒng)的集中參數(shù)

8、法相比，有限元法允許有復(fù)雜的幾何形狀以及邊界和加載條件。3.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀：（1）一些學(xué)者運(yùn)用有限元模型對鼓式制動器進(jìn)行了研究，但其中研究制動過程中的溫度場問題和接觸問題的較多。蔣偉康對于摩擦引起的鼓式制動器制動尖叫提出了鼓式制動器尖叫是振動的特性僅取決于制動鼓和蹄片的觀點(diǎn)，建立了一種三維解析模型并用于分析制動鼓的固有模態(tài)及其穩(wěn)定性。他發(fā)現(xiàn)當(dāng)制動鼓與蹄片間的摩擦系數(shù)小于臨界摩擦系數(shù)時，制動鼓不會發(fā)生自激振動，制動器也不會發(fā)生尖叫。而朱新潮等人則通過建立鼓式制動器高頻噪聲問題的結(jié)構(gòu)閉環(huán)耦合模型，運(yùn)用Hamilton變分原理推導(dǎo)該問題的結(jié)構(gòu)閉環(huán)耦合動力學(xué)方程，并針對實(shí)車通過改變制動底板的結(jié)構(gòu)參數(shù)，

9、利用該模型進(jìn)行計算分析。（2）形成完整的鼓式制動器設(shè)計方法由于是實(shí)踐性課題，常見于碩士生研究論文。王宣峰對凸輪式鼓式制動器形成的較完整的理論。楊柳用simlink對整車系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型。給出很好的鼓式制動器simlink數(shù)學(xué)模型。吳永海將計算機(jī)輔助設(shè)計引入汽車制動系統(tǒng)的設(shè)計中，免除了繁瑣的設(shè)計計算，對機(jī)械設(shè)計過程的進(jìn)一步發(fā)展也有很好的提示作用。四、課題設(shè)計方案4.1設(shè)計方案選型與分析型式確定與分析汽車制動器中有兩種形式，鼓式制動器和盤式制動器。由于盤式制動器熱和水固定性以及抗衰減功能較鼓式制動器好,可靠性和安全性也好,而獲得普遍應(yīng)用。但是盤式制動器功能低,無法完全避免塵污和銹蝕,兼做駐車制動時

10、必要較為龐雜的手驅(qū)動機(jī)構(gòu),因而在后輪上的應(yīng)用受到限制,很多車是采用前盤后鼓的制動體系形成。而且鼓式制動器制動效能高但穩(wěn)定性差，并且蹄鼓摩擦副間壓力分布不均勻；盤式制動器雖然制動效能穩(wěn)定，摩擦副間壓力分布也較均勻，但制動效能因數(shù)太低，需要較大的驅(qū)動力。與盤式制動器相比，鼓式制動器的制動效能和散熱性都要差許多，鼓式制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙，甚至要把整個剎車鼓拆出清

11、理累積在內(nèi)的剎車粉。當(dāng)然，鼓式制動器也并非一無是處，它造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計。 四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的70%-80%，前輪制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用，因此轎車生產(chǎn)廠家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動方式。鼓式制動器按照其結(jié)構(gòu)與工作特點(diǎn)可分為單向雙領(lǐng)蹄動器、雙向雙領(lǐng)蹄制動器、領(lǐng)從蹄制動器、雙從蹄制動器、單向增力式制動器，雙向增力式制動器。單向雙領(lǐng)蹄動器和雙向雙領(lǐng)蹄制動器因結(jié)構(gòu)都較為復(fù)雜，因此生產(chǎn)成本較高。領(lǐng)從式應(yīng)用較廣，在乘用車和總質(zhì)量較小的的商用車的后輪制動器用得較多。雙從制動效能最低，很少采用。單向增力式只有一個輪缸，不適合雙回路

12、機(jī)構(gòu)。雙向增力式制動效能穩(wěn)定行較差。故選用領(lǐng)從式制動器。某汽車作為轎車要求制動系統(tǒng)制動平順，制動距離更短，滿足汽車的安全性和乘員舒適性，適合總質(zhì)量較小的商用車和乘用車。因此選用鼓式制動器，鼓式制動器中的領(lǐng)從蹄式。部件型式的確定與分析（1）制動主缸 制動主缸由灰鑄鐵制造，也可以才用低碳鋼冷擠成型；活塞可用灰鑄鐵，鋁合金或中碳鋼制造。主缸的作用是將駕駛員踩到制動踏板上的壓力傳遞到四個車輪的制動器以使汽車停車。主缸將駕駛員在踏板上的機(jī)械壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤毫?，在車輪制動器處液壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械力。主缸利用液體不可壓縮原理，將駕駛員的踏板運(yùn)動傳送到車輪制動器。主缸由儲液罐和主缸體構(gòu)成。儲液罐提供處缸工作的制動液

13、?，F(xiàn)在的所有儲液罐都是分體設(shè)計，即兩個獨(dú)立的活塞有兩個獨(dú)立的儲液區(qū)域。分體設(shè)計分別為前輪和后輪，或一個前輪一個后輪的液壓系統(tǒng)供液，以防一個液壓系統(tǒng)失效影響另一個液壓系統(tǒng)。本設(shè)計采用雙體設(shè)計的液壓主缸，即雙腔液壓主缸。（2）制動輪缸 后輪鼓式制動器制動輪缸是液壓活塞式制動蹄張開機(jī)構(gòu)，其機(jī)構(gòu)簡單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成，其缸筒為通孔，需搪磨，活塞由鋁合金制造，活塞外端壓有鋼制的開槽頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板的橡膠密封圈或靠在活塞內(nèi)端面處的橡膠皮碗密封。（3）制動鼓 制動鼓在工作載荷下會發(fā)生變形，所以應(yīng)具有高的剛性和熱容量，制動鼓在工作時如同一個懸臂梁，壁厚的

14、選取主要是從強(qiáng)度和剛度方面考慮，壁厚大些有助于增大熱容量，但實(shí)驗(yàn)表明，臂厚從11mm20mm，摩擦表面最高溫度變化不大，一般轎車壁厚為712mm，中、重型貨車為1318mm。當(dāng)制動鼓使用到極限尺寸后，應(yīng)對其進(jìn)行更換。將制動鼓與輪轂用螺栓緊固到一起后，在裝車前，應(yīng)先對鼓內(nèi)圓周面進(jìn)行光削，以保證鼓與輪轂的同心度。否則，裝車后將會出現(xiàn)磨胎、制動效能下降等現(xiàn)象。因此，不論是換新制動鼓還是裝舊制動鼓，當(dāng)鼓與輪轂裝成一個整體裝車前，都應(yīng)對鼓內(nèi)表面進(jìn)行光削。制動鼓的材料與摩擦襯片的材料相匹配，應(yīng)能保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻故我選用由鋼板沖壓成型的輻板與鑄鐵鼓筒部分鑄、成一體的組合式制動鼓。制動

15、蹄選用T形鋼輾壓成的制動蹄。制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件相互間的正確位置，制動底板承受著制動器工作時的制動反力矩，故應(yīng)有足夠的剛度，為此我選用具有凹凸起伏形狀的鋼板沖壓成型的制動底板。摩擦材料采用模壓。材料，它是以石棉纖維為主并與樹膠粘結(jié)劑，調(diào)整摩擦性能的填充劑與噪聲消除劑等混合后，在高溫下模壓成型的。模壓材料的撓性較差故應(yīng)安襯片或襯塊規(guī)格模壓，其優(yōu)點(diǎn)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和其他性能。綜合以上特點(diǎn)總結(jié)出制動鼓選材應(yīng)該有足夠的強(qiáng)度，剛度和熱容量，與摩擦襯片材料相配合，又應(yīng)當(dāng)有較高的摩擦因數(shù)。 (4)制動蹄與摩擦片 轎車和輕

16、型、微型貨車的制動蹄廣泛采用T型鋼碾壓或鋼板焊接制成，制動蹄斷面形狀和尺寸應(yīng)保證其剛度良好，設(shè)計時制動腹板上有時候開有1、2條徑向槽，以便使摩擦襯片與鼓之間的接觸壓力均勻，因而使襯片磨損均勻，并減少制動尖叫聲。汽車制動性的摩擦性能的主要影響因素有制動壓力，制動速度和溫度等，其中溫度和速度起了決定意義的作用，由于初始速度比較高，溫度較高時出現(xiàn)熱衰退導(dǎo)致制動因數(shù)下降，而低溫低壓時由于制動器摩擦偶件之間的實(shí)際貼合效果不好導(dǎo)致制動因數(shù)降低。摩擦襯片更換后，為了使襯片與鼓的實(shí)際接觸面積最大，一般應(yīng)對襯片進(jìn)行光削。根據(jù)理論分析，當(dāng)蹄襯片兩頭先與鼓貼合時(R片>R鼓)，其制動效能最大。為了滿足R片&g

17、t;R鼓這一條件，在對襯片進(jìn)行光削加工時，應(yīng)采取如下措施：1）當(dāng)兩蹄片裝卡到光鼓機(jī)上后，應(yīng)把兩偏心軸和凸輪調(diào)整到最大位置。2）當(dāng)襯片光削完后，把兩偏心軸和凸輪調(diào)整到最小位置，然后對其進(jìn)行測量。當(dāng)R鼓一R片=0.5一1mm時，則滿足要求。3）更換摩擦片時需要注意摩擦片應(yīng)該與蹄相適應(yīng)，包角不宜大于120度，試驗(yàn)表明，摩擦襯片包角=90度120度時，磨損最小，制動效能最好。（5）制動底板制動底板是除制動鼓外制動器各零件的安裝基體，應(yīng)保證各安裝零件的正確位置。它承受著制動器工作時的反力矩，應(yīng)有足夠剛度。（6）制動蹄支承為了使具有支承銷的一個自由度的制動蹄的工作表面與制動鼓工作表面同軸心，應(yīng)使支承銷位置

18、可調(diào)。（7）摩擦材料制動摩擦材料應(yīng)具有穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，抗熱衰退性能良好，不在溫度升高到某一數(shù)值時摩擦系數(shù)突然降低，耐磨性好，吸水率低，有較高的耐擠壓和耐沖擊性能，制動時不產(chǎn)生噪聲和不良?xì)馕?，?yīng)盡量采用污染少且對人體無害的摩擦材料。（8）制動器間隙制動鼓與摩擦襯片之間在未制動時應(yīng)該有工作間隙，以保證制動鼓能夠自由轉(zhuǎn)動。一般鼓式制動器間隙設(shè)定為0.20.5mm；盤式制動器的為0.10.3mm。此間隙的存在會導(dǎo)致踏板或手柄的行程損失，因而應(yīng)盡量小，但要能夠適應(yīng)摩擦副的熱變形。另外，制動器在工作過程中會因?yàn)槟Σ烈r片的磨損而加大，因而制動器必須設(shè)置間隙調(diào)整機(jī)構(gòu)。（9）制動力調(diào)整當(dāng)制動鼓、制動蹄等零部件修

19、好裝車后，一般應(yīng)對其進(jìn)行調(diào)試。對于氣制動的車型，摩擦襯片與鼓之間的間隙調(diào)整是通過兩偏心軸和調(diào)整蝸桿實(shí)現(xiàn)的，經(jīng)驗(yàn)的調(diào)整方法是：先把兩偏心軸調(diào)到使襯片壓住制動鼓，然后再略微退回一定角度，使制動鼓剛能轉(zhuǎn)動，再把偏心軸鎖緊。對于凸輪端，先用調(diào)整蝸桿張開凸輪，直到襯片壓住制動鼓，再回轉(zhuǎn)調(diào)整蝸桿兩齒即可。對于液力制動的車型，兩偏心軸的調(diào)整方法與氣制動車型相同。經(jīng)過上述調(diào)整后，一般應(yīng)進(jìn)行路試，對于液力制動的車型，若制動發(fā)軟，應(yīng)考慮對液壓管路進(jìn)行排氣。一般應(yīng)從右后輪開始，擰下排氣塞，踩下制動踏板，直到有連續(xù)的制動液射出為止，并以此類推，由遠(yuǎn)至近逐個排氣。這樣做之后若效果還是不大，應(yīng)注意貯液罐的水平位置是否高于

20、制動主缸的水平位置，因?yàn)橹挥羞@樣，制動主缸產(chǎn)生的空氣才能進(jìn)入貯液罐而排到空氣中。在路試中，觀察車輛前后輪的拖印，并以此來判斷制動器性能的好壞，因?yàn)橥嫌∈怯捎谲囕啽劳匣a(chǎn)生的。當(dāng)車輪抱死時，其橫向穩(wěn)定性為零。制動時，若后輪比前輪先抱死，則后軸有可能發(fā)生側(cè)滑，即發(fā)生“甩尾”現(xiàn)象。若前輪比后輪先抱死，汽車基本上能直線向前減速停車，但在彎道上行駛時，汽車將喪失轉(zhuǎn)向能力。因此，對于在平原行駛的車輛，在對其制動裝置進(jìn)行調(diào)整時，應(yīng)使其前軸車輪比后軸車輪先抱死(前輪拖印比后輪拖印長)，而對于在山區(qū)行駛的車輛，其前軸車輪應(yīng)比后軸車輪后抱死(前輪拖印比后輪拖印短)。當(dāng)然，這一調(diào)整方法是對于沒有自動防抱死裝置(

21、ABS)的汽車來說的。上述幾個問題是在大修鼓式制動器的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，遵循以上幾點(diǎn)，經(jīng)指導(dǎo)修理的車輛都有良好的制動性能。事實(shí)證明，汽車的制動性能是一個比加速性能更為重要的指標(biāo)，因此，大修中保證制動器的修理質(zhì)量具有重要意義。4.2方案的確定選擇領(lǐng)從蹄式制動器 ；雙腔液壓主缸； 液壓活塞式輪缸鼓式；制動器間隙設(shè)定為0.20.5mm；制動蹄采用T型鋼碾壓；制動鼓壁厚為712mm。4.3方案的特點(diǎn)及創(chuàng)新 1.降低了鼓式制動器的生產(chǎn)成本 2.提高了制動效能的穩(wěn)定性 3.制動摩擦材料抗熱衰退性能良好五、預(yù)期結(jié)果 1.汽車行駛制動的安全性提高了2. 在保證功能和強(qiáng)度的要求下，盡量減小整備質(zhì)量 3. 盡量使用通用件

22、，以便降低制造成本 4. 工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，便于維修、調(diào)整 六、設(shè)計主要步驟設(shè)計步驟內(nèi)容簡介1.確定車型整車性能參數(shù)2.制動器的設(shè)計計算1地面對車輪的法向反作用力2汽車前后軸制動力3同步附著系數(shù)的確定4制動器最大制動力矩 5.制動驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算6.制動蹄片的制動力矩計算7.行車制動效能計算3. 制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算1.制動鼓內(nèi)徑 2.制動鼓厚度 3.制動襯片寬度和包角 4.制動襯片起始角 5.制動器中心到張開力到作用線的距離 6.制動體制動蹄支撐體位置坐標(biāo) 7.制動片摩擦系數(shù) 4.制動器主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計1.制動鼓2.制動蹄3.制動底板4.制動蹄的支撐5.制動輪缸6.制動器間隙7.摩擦材料5.零件、裝配圖的制作用CAD或UG制圖6.校核1.校核制動器熱容量和溫升的核算2.制動器的校核設(shè)計說明書的大綱:1.前言 ：本課題的目的和意義、鼓式制動器的概述、鼓式制動器技術(shù)研究進(jìn)展和現(xiàn)狀、研究的重點(diǎn)以及目的2. 鼓式制動器的結(jié)構(gòu)形式與分類3.鼓式制動器的主要參數(shù)及其選擇4.鼓式制動器的設(shè)計計算5.鼓式制動器的主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計6.結(jié)論7.致謝8.參考文獻(xiàn)9.附錄10.七、進(jìn)度計劃序號任務(wù)名稱開始時間結(jié)束時間1選題2011-11-202011-11-