張振海濕式盤式制動器畢業(yè)設(shè)計

第2章制動器理論分析2.1設(shè)計原始參數(shù)在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=20km/h,制動距離小于等于8m。車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16。時保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量4000kg,整車整備質(zhì)量3000kg。車輛應(yīng)設(shè)置工作制動，工作制動的最大靜態(tài)制動力應(yīng)大于整車的最大質(zhì)量的50%。車輛應(yīng)設(shè)置停車制動，停車制動應(yīng)在車輛運行和動力停止運行時均起作用。停車制動裝置要保證車輛在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在最大為16o的坡道上能保持靜止?fàn)顟B(tài)。2.2汽車制動性能汽車制動性能好壞，是安全行車最重要的因素之一，因此也是汽車檢測診斷的重點。汽車具有良好的制動性能，遇到緊急情況，可以化險為夷；在正常行駛時，可以提高平均行駛速度，從而提高運輸生產(chǎn)效率。汽車制動性能通常是由制動效能、制動效能恒定性和制動時汽車方向穩(wěn)定性這三個方面來評價的。制動效能是指汽車迅速降低行駛速度直至停車的能力，是制動性能最基本的評價指標(biāo)。它是由制動力、制動減速度、制動距離、和制動時間來評定；制動距離是指車輛在規(guī)定的初速度下急踩制動時，從腳接觸制動踏板（或手觸動制動手柄）時起全車輛停住時止，車輛駛過的距離。制動距離與踏板力以及地面的附著情況有關(guān)；制動距離越短性能越好；制動減速度反映了制動時汽車速度降低的速率，與地面制動力與制動器制動力有關(guān)，制動減速度越小性能越好；制動時間是制動過程所經(jīng)歷的時間，時間越短性能越好。制動效能恒定性是指制動器的抗熱衰退性和抗水衰退性；抗熱衰退性能是防止車輛高速制動、短時間重復(fù)制動或下長坡連續(xù)制動時，制動器溫度上升，摩擦力矩顯著下降這些現(xiàn)象。水衰退性是指當(dāng)車輛涉水后，制動器因為進水使其短時間內(nèi)制動效能降低這種現(xiàn)象，這是由于制動器進水后摩擦系數(shù)下降，使其制動效能降低，不過由于制動器工作時會散熱，就會使水迅速蒸發(fā)，使得制動效能恢復(fù)。制動時汽車方向穩(wěn)定性是指制動時汽車按給定軌跡的行駛能力，即防止汽車制動時跑偏、側(cè)滑和失去轉(zhuǎn)向能力。但是因為設(shè)計車速要求為20km/h,一般不會發(fā)生此類現(xiàn)象，根據(jù)設(shè)計原則故不作參考。2.3制動時詳細(xì)分析2.3.1制動時受力分析孔一車輪制動器的摩擦力矩（N?m）Fb—地面制動力（N）F，一車輪對地面的作用力（N）r一車輪半徑（m）Fz一地面對車輪的支持力（N）F，—車軸對車輪的作用力（N）說明：前橋和后橋載荷分配時1:1。根據(jù)圖2-1所示F和七是一對作用力和反作用力，所以有:2.3.2地面制動力地面制動力是使汽車制動減速行駛的外力，它取決于：制動器內(nèi)的摩擦片、制動盤的摩擦力矩T。u輪胎與地面之間的切向作用力，即附著力。附著力的極限值有取決于摩擦系數(shù)f。制動時Fb<七沒有制動時F>f2.3.3制動器制動力Fu的分析制動器制動力是指在輪胎周圍殼服制動器摩擦力矩所需要的力；即F廣T/r。影響制動器的制動力的因素是地面制動力和制動器結(jié)構(gòu)參數(shù)決定；它取決于制動器結(jié)構(gòu)，而制動器的摩擦副的摩察系數(shù)與車輪半徑有關(guān)，并與制動器踏板力Fp及制動器的液壓或氣壓成正比。對于地面制動力Fb、制動器制動力F、地面附著力F關(guān)系一般情況下只考慮制動時車輪做滾動和抱死兩種情況：1汽車制動車輪滾動時：地面制動力Fb=制動器制動力F『2車輪抱死拖滑是：地面制動力七為極限值你，并且小于地面附著力f艮即q=f-弓七<孔=T/r由圖可知F對首先取決于F,但又受附著條件限制，只有當(dāng)汽車內(nèi)具有足夠的制動氣制動力，同時地面又能提供較大的附著力時才能獲得足夠的地面制動

力。2.3.4附著系數(shù)f附著系數(shù)是指輪胎與地面的摩擦系數(shù)，一般用平均附著系數(shù)f,峰值附著系數(shù)f，滑動附著系數(shù)f^來衡量，在水平十硬路面上的平均附著系數(shù)見下表：表2-1瀝青混凝路面平均附著系數(shù)f峰值附著系數(shù)fP十0.8?0.90.75濕0.5?0.70.45?0.7附著系數(shù)高的路面，車子不容易打滑，行駛安全；附著系數(shù)低的路面，車子容易打滑，比如雪地，冰面等等。附著系數(shù)取決于道路的材料，路面狀況，花紋材料，輪胎結(jié)構(gòu)以及車輛運動速度等。2.3.5制動車輛制動效能1制動減速度j:在不同路面上制動時，地面制動力有所不同，但考慮到最大附著力時地面制動力不考慮制動延遲時的制動減速度j:(2-1)1(2-1)/2x8m/s2=1.93m/s2考慮制動器延遲時間七時的制動減速度j2:表3-1制動類型延遲時間的選取制動類型時間t2彈簧制動0.5s液壓盤式制動0.35s多片制動0.17s氣壓制動0.4?0.8s鼓式制動0.75s選取彈簧制動由表（3-1）知延遲時間為0.5s，得到:/2x(20/2x(20\8-——13.6)x0.5m/s2—2.96m/s2(2-2)此時因制動延遲運行的制動距離S2為:cv2 cv2 20S2="。+j=3.6220ce(20)2一x0.5+——V3-6)/2x2.96m—7.98m(2-3)由（3-1）、（3-2）知最大制動減速度jmaxj=(j,jj=(j,j)max1 2max—2.96m/s2(2-4)可見決定制動器距離的主要因素是：制動器起作用的時間和最大制動減速度。2.3.6制動器制動力的比例關(guān)系1.地面對前后輪法向反作用力F「F2決定于%、%，如圖所示：圖2-32.力和力矩的關(guān)系以q為研究對象，力和力矩的平衡方程式：ZM(O)—F-L+F-h-G-a—F-L+m業(yè)h-G-a (2-5)1 Z2 4g Z2 dtg

以。為研究對象，力和力矩的平衡方程式:2= dv_一￡M(O2)=一L+m-d-h+G-b聯(lián)立（2-5）、（2-6）得到F=G[b+hg.叫z2LIgdt)考慮到極限情況（前后輪抱死制動）:Fb=%=中G考慮到極限情況（前后輪抱死制動）:此時：空=j=中Gdtmax(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)z1（2-10）把（2-9(2-6)(2-7)(2-8)(2-9)z1（2-10）此時制動器制動力F取得極限值=孔戶《=甲GF=中FFu1+F2=中G

第3章濕式多盤式制動器的計算3.1全封閉濕式多盤制動器設(shè)計原則在水平干硬路上面上，制動器在額定載荷下制動時制動初速度Vo=20km/h,制動距離小于等于8m。車輛承載1.5倍載荷在規(guī)定坡道16o時保持靜止，整車最大裝載質(zhì)量8000kg,整車整備質(zhì)量8000kg，總載荷為16000kg。車輛應(yīng)設(shè)置工作制動（使車輛減速及全停止行駛的制動情況），工作制動的最大靜態(tài)制動大于50%整車的最大質(zhì)量。車輛應(yīng)設(shè)置停車制動（使車輛在平路或坡道上靜止不動的制動情況），停車制動應(yīng)在車輛運行和停止運行時都起作用，停車制動裝置要保證在規(guī)定的坡道上承載1.5倍最大載荷，在坡度為16。坡道上可以保持靜止?fàn)顩r。要保證車輛可以緊急制動（使車輛在緊急狀況下迅速停止行駛的制動情況）。行車制動：使車輛減速及全停止的制動情況；駐車制動：使車輛在平路上或者坡道上靜止不動的情況；緊急制動：使車輛迅速制動且停止的情況；車輛輪胎半徑：已知輪胎的型號為：11.00-20，半徑為0.519m；輪胎半徑：自由半徑〃。一未裝車成品輪胎；靜力半徑's一承受最大載荷時輪胎中心到地面的距離；運動半徑〃v一測量輪胎走過n圈的路程，'v=S，2兀n3.2整車制動力矩計算3.2.1制動減速度的計算不考慮制動延遲時的制動減速度j:1?v?v2Jj/2x8m/s2=1.93m/s2(3-1)考慮制動器延遲時間七時的制動減速度j2:表2-1制動類型延遲時間的選取制動類型時間t2彈簧制動0.5s液壓盤式制動0.35s多片制動0.17s氣壓制動0.4?0.8s鼓式制動0.75s選取彈簧制動由表（2-1）知延遲時間為0.5s，得到:. v2j2=2(s-vt)=0'20、2. v2j2=2(s-vt)=0'20、2/2x8-'20、x0.513.6)13.6)m/s2=2.96m/s2(3-2)此時因制動延遲運行的制動距離S2為:cv2 20S2=V0‘0+j=3.6220cu(20)2——x0.5+——13.6)/2x2.96m=7.98m<8m(3-3)由（2-1）、（2-2）知最大制動減速度jmaxj =(j,j)=2.96m/s2max1 2max(3-4)3.2.2整車所需的最大制動力矩Mb的計算1.按制動減速度計算整車制動力矩M:B1Mb]=G^-j-rGs—整車工作質(zhì)量（kg）r一輪胎半徑（m）j一最大制動減速度（m/s2）所以:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"M^=G^-j-r=16000x2.55x0.519N-m=21175.2N?m (3-5)按整車在160的坡道上駐車制動計算整車制動力矩M:B2\o"CurrentDocument"M2T.5G,?j?r?sin16N?m=22431N?m (3-6)選取最大整車制動力矩M:max\o"CurrentDocument"M=(MB],M22)=22431N?m (3-7)考慮一定的制動扭矩設(shè)備，儲備系數(shù)為1.2?1.4,取1.3；可得知整車最大制動力矩M 為：Bmax\o"CurrentDocument"M2=1.3M =29160.3N?m (3-8)按照制動時載荷分配可知制動前后橋所需制動力矩為：\o"CurrentDocument"M前橋=M后橋=50%MB=14580N?m (3-9)因為傳動軸式濕式制動器有輪邊減速比，所以制動前后橋所需制動力矩為：M=M前橋3.39=4300N?m3.2.3前后橋制動器的制動力F:u1(3-10)1.一個制動器的制動力F:u1(3-10)M1=f?F1?n?k?R2f—摩擦系數(shù)0.08?0.1,取0.085n—摩擦副個數(shù)4?14k一折減系數(shù)R2一摩擦副等效作用半徑(mm)2.等效作用半徑R:B(3-11)r=2R3-r3(3-11)B_3R2-r2其中R一摩擦片的外半徑R=80mmr一摩擦片的內(nèi)半徑r=40mmR=62.2mmB摩擦副個數(shù)與折減系數(shù)關(guān)系:表3-1n24681012k0.990.980.970.960.950.94取摩擦副個數(shù)10,折減系數(shù)0.95。制動力F:u1根據(jù)式（3-10）可得：3蕓待 （3-12）B把（3-9）、k、f、n、R代入式（3-12）中得：F1=72100N3.3彈簧的計算3.3.1彈簧的選取矩形彈簧的特點：特性呈線性，剛度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單。普通彈簧的特點：雖然行程夠，但是力不足。碟形彈簧的特點：碟形彈簧在較小的空間內(nèi)承受極大的載荷。與其他類型的彈簧比較，碟形彈簧單位體積的變形量較大，具有良好的緩沖吸震能力，特別是采用疊合組合時，由于表面摩擦阻力作用，吸收沖擊和消散能量的作用更顯著。碟形彈簧具有變剛度特性。改變碟片內(nèi)截錐高度與碟片厚度的比值，可以得到不同的彈簧特性曲線，可為直線型、漸增型、漸減型或者是他們的組合形式。此外還可以通過由不同厚度碟片組合或由不同片數(shù)疊合碟片的不同組合方式得到變剛度特性。碟形彈簧由于改變碟片數(shù)量或碟片的組合形式，可以得到不同的承載能力和特性曲線，因此每種尺寸的碟片，可以適應(yīng)很廣泛的使用范圍，這就使備件的準(zhǔn)備和管理都比較容易。在承受很大載荷的組合彈簧中，每個碟片的尺寸不大，有利于制造和熱處理。當(dāng)一些碟片損壞時，只需個別更換，因而有利于維護和修理。正確設(shè)計、制造的碟形彈簧，具有很長的使用壽命。由于碟形彈簧是環(huán)形的，力是同心方式集中傳遞的。設(shè)計的制動器屬于失效安全性濕式多盤式制動器制動器，它是通過彈簧來只制動的，所以需要的彈簧而且在強度、變形力及壽命都有很高的要求，結(jié)合以上三種彈簧的特性，碟形彈簧最符合設(shè)計要求。3.3.2碟形彈簧種類碟簧的設(shè)計主要考慮的是碟簧的組數(shù)和它的組合型式。碟形彈簧有不同類型的組合型式，常見的有疊合、對合、復(fù)合這三種型式:疊合組合：由n個同方向、同規(guī)格的碟簧組成。如下圖:圖3-1圖3-2圖3-23.3.3.3制動器內(nèi)碟簧運動的規(guī)律在所設(shè)計的制動器內(nèi)碟簧安裝完畢后，螺栓給碟簧施加壓力，使其壓縮然后達到制動，一旦車輛發(fā)動，液壓系統(tǒng)油壓達到一定值，會再次壓縮碟簧，最終解除制動。所以說從開始制動到接觸制動碟簧會壓縮兩次：第一次壓縮到七時使其制動，第二次壓縮到七時使制動解除。如下圖所示：圖3-4當(dāng)平壓時h0/t<0.5，存在%=%=f_0^（°.75h0是最大變形）J1J2 0（3-13）軸向尺寸：一組碟簧安裝時，軸向尺寸受限制，自由高度小于某一軸向尺寸安裝高度。碟簧自由高度+碟簧螺栓頭部高度+墊片高度二軸向高度。徑向尺寸:碟簧的外徑3.3.4碟簧方案的選取在此設(shè)計中需要碟簧為復(fù)合類型，下表為設(shè)計的兩種方案的預(yù)選參數(shù):表3-2兩種方案預(yù)選參數(shù)方案摩擦副n碟簧組組數(shù)m摩擦片間隙一1°12°.2二1°14°.2方案一的計算：1.預(yù)選摩擦副n=10，碟簧組組數(shù)m=12，鋼片粉片間隙值0.20.4,取°.2。一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為F:AF=Fui=52468N=5246.8N （3-14）TOC\o"1-5"\h\zA10 10需要疊合兩片，所以單片碟簧所需的制動力Fa:F'=F=5246.8N-2623N （3-15）\o"CurrentDocument"a2 2考慮磨損量取F=2800N，根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈1簧，選碟簧規(guī)格為31.5，即A2-31.5，如下表所示：\o"CurrentDocument"表3-3系列A，—58;匕-0.4;E=206000MP;u=0.3

tt a類別D/mmd/mmt/mmh0/mmH/mmfq0.75h0P/Nf/mmh0—f/mm231.516.31.750.72.4539000.531.92D—碟簧外徑（mm）d—碟簧內(nèi)徑（mm）t—碟簧厚度（mm）h0—碟簧壓平時變形量計算值（mm）H0—碟簧的自由高度（mm）P—單個碟簧的載荷（N）f一單片碟簧變形量（mm）設(shè)對合數(shù)y。F=3600N，因h牝0.4<0.5呈線性關(guān)系，所以有式（3-13）存在，可知F、F的變形量f、f:1 2 1 22800_3600_3900f1f22800_3600_3900f1f2f=0.53(3-16)得：f=0.38mm(3-17)1(3-17)f=0.49mm2打開摩擦片所需間隙為:

(3-18)(3-19)8x0.2=1.6mm(3-18)(3-19)碟簧對合數(shù)的計算：(f-f)?y=1.62 1將(3-17)代入上式，求得：y=14.5，所以取15對合碟簧自由高度H:Z七=y[H0+G-1)-1]=15x[2.45+(2-1)x1.75^mm=63mm (3-20)碟簧組的軸向尺寸：63mm+16mm+3mm=82mm (3-21)碟簧組的徑向尺寸：31.5mm方案二的計算：1.預(yù)選摩擦副n=8，碟簧組組數(shù)m=14，鋼片粉片間隙值0.20.4,取0.3。一組復(fù)合碟簧所需產(chǎn)生的制動力為F:AF=。=52468N=3747.7N (3-22)TOC\o"1-5"\h\za14 14需要疊合兩片，所以單片碟簧所需的制動力：F'=F=3747.7N牝1873N (3-23)\o"CurrentDocument"a2 2考慮磨損量取F=2100N，根據(jù)碟簧變形量和彈力的線性關(guān)系取A系列彈1簧，選碟簧規(guī)格28，即A2-28，如下表所示：\o"CurrentDocument"表3-4系列A，—仰18;、-0.4;E=206000MP;u=0.3

tt a類別D/mmd/mmt/mmh0/mmH/mmfq0.75h0P/Nf/mmh0—f/mm22814.21.50.652.1528500.491.66設(shè)對合數(shù)y。F=2850N，因牛注0.4<0.5呈線性關(guān)系，所以有式(3-13)存在，可知F的變形量f:

21002850"=f=0.4921002850得：f=0.36mmif=0.49mm2打開摩擦片所需間隙為：8x0.3=2.4mm2.碟簧對合數(shù)的計算：(f-f)y=2.42 1將(3-17)代入上式，求得y=18.4，所以取19對合(3-24)(3-25)(3-26)(3-27)碟簧自由高度H(3-24)(3-25)(3-26)(3-27)ZH/=y[H0+G-1).t] =19x[2.15+(2-1)x1.5-|mm=70mm(3-28)碟簧組的軸向尺寸：70mm+16mm+3mm=89mm (3-29)碟簧組的徑向尺寸：28mm3.3.5碟簧方案的校核方案一的校核：有一個由10對合、兩疊合碟簧A2-31.5GB/T1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷F=2800N,工作載荷F=3600N；碟簧負(fù)荷：F=~^~x_^K2L「K2[h-LV匕-L]+11-u2KD24t4"tt人t2t)1當(dāng)f=h0，即碟簧壓平時，上式化簡為：4E 13hF=xoK2 (3-30)1式中F—單個碟簧的載荷(N)F—壓平時碟形彈簧載荷計算值(N)t—碟簧厚度(mm)

D—碟簧外徑（mm）f—單片碟簧的變形量⑴山）h°—碟簧壓平時變形量的計算值（mm）E—彈性模量（MP）au一泊松比K1、K2、K、K4折減系數(shù)K1、七氣、%系數(shù)得值可根據(jù)C=%從下表中查取:表3-5C=D/d1.901.921.941.961.982.002.022.04K10.6720.6770.6820.6860.6900.6940.6980.702K21.1971.2011.2061.2111.2151.2201.2241.229K31.3391.3471.3551.3621.3701.3781.3851.393注：對于無支撐面的碟簧K=14由表（3-4）、表（3-6）、式（3-30）得:F=5038Nc因此：=0.54;F=0.54;F3600—2= F5038=0.71(3-31)通過查看下圖單片彈簧特性曲線:圖3-5按不同^或氣h計算的碟簧特性曲線由上圖3-5,按照&=0.4，由上圖3-5,t匕=0.45,七=0.70。h0 h0故：f=0.379mm,f=0.50mm通過查看下圖找到疲勞破壞關(guān)鍵部位:圖3-6碟簧疲勞破壞關(guān)鍵部位由上圖，按&=0.4,C=-=193，可得疲勞破壞關(guān)鍵點為II點：如圖3-7所示:t dD圖3-7 圖3-7 計算碟簧時的應(yīng)力點示意圖II點的應(yīng)力是:4E 12,f(h f)b=— x K—KKf———KII 1—u2KD2 4t42It2t)3(3-32)式中(3-32)中:

E—彈性模量(MP)au一泊松比t一碟簧厚度(mm)D—碟簧外徑(mm)f一單片碟簧變形量(mm)h0一碟簧壓平時變形量的計算值(mm)K1、K2>%、K4—折減系數(shù)由表3-3、表3-5、式3-32求得：當(dāng)f=0.379mm時，q山=890.65MPaf2=0.50mm時，qe=1223.0MPa則求出碟簧計算應(yīng)力幅q:aq=5^一。]]]q=5^一。]]]=1223.0-890.65MPa=332.35MPa酎缺下限應(yīng)加5/質(zhì)圖3-8t=1.256mm彈簧的極限應(yīng)力曲線由上圖3-8中在q=890.65MPa處時，N=5x105疲勞強度上限應(yīng)力為rminq 由上圖3-8中在q=890.65MPa處時，N=5x105疲勞強度上限應(yīng)力為rminq =1240MPa,可求得疲勞強度應(yīng)力幅為：q=q—q =1240MPa-890.65MPa=349.35MPa因為Qa<Qra，所以滿足疲勞強度要求，所以此次方案滿足設(shè)計要求。方案二的校核：有一個由14對合、兩疊合碟簧A2-28GB/T1972-2005組成的碟簧組，受預(yù)加載荷F1=2100N,工作載荷F=2800N；碟簧負(fù)荷：F=-^x-^K2fK2

1—u2KD24t

1當(dāng)f=h，即碟簧壓平時，上式化簡為:04E 13h x K2\o"CurrentDocument"1—u2KD2 41由表（3-3）、表（3-4）、式（3-32）得:F=3683Nc因此：F 2100 F 2800t= =0.57；t= =0.76F 3683 F 3683由圖3-5，按照土=0.4，查出:

t匕=0.54，f=0.74。h0 h0故：f=0.35mm,f=0.48mm—0— t 2t)(3-33)(3-34)由圖3-6,按卜0.4‘C=Df可得疲勞破壞關(guān)鍵點為II點：如圖3-7所示II點的應(yīng)力是:4Ec=一 4Ec=一 1 1一u212x KfK—KKrh-0一f-K-KD24t42112t)31(3-35)由表3-3、表3-5、式3-35求得:當(dāng)f1=0.35mm時，c[[廣865.4MPaf2=0.48mm時