商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(II)（課程設(shè)計(jì)）

商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(II)（課程設(shè)計(jì)）,商用,汽車,制動(dòng),系統(tǒng),設(shè)計(jì),ii,課程設(shè)計(jì) 前輪制動(dòng)器設(shè)計(jì)說明書 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) ——前制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 組 別 09級(jí)車輛3班第15小組 指導(dǎo)教師 陳子建 學(xué)生姓名 林智亨 學(xué) 號(hào) 200930082095 提交日期 2012年 7 月 6日 - 14 - 《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)任務(wù)書 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 09車輛工程3班 姓名：林智亨 一．設(shè)計(jì)任務(wù)：商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(II) 二．基本參數(shù)：協(xié)助同組總體設(shè)計(jì)同學(xué)完成車輛性能計(jì)算后確定，制動(dòng)器形式盡量在鉗式制動(dòng)器中選取。 三．設(shè)計(jì)內(nèi)容 主要進(jìn)行制動(dòng)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括： 1．查閱資料、調(diào)查研究、制定設(shè)計(jì)原則 2．根據(jù)給定的設(shè)計(jì)參數(shù)(發(fā)動(dòng)機(jī)功率，汽車軸距，車輪滾動(dòng)半徑，汽車空(滿)載時(shí)的總質(zhì)量、軸荷分布、質(zhì)心位置)，依據(jù)選擇制動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)布置方案，設(shè)計(jì)出一套完整的制動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)過程中要進(jìn)行必要的計(jì)算。 3．制動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要技術(shù)參數(shù)的確定 （1）前制動(dòng)器主要參數(shù)確定 （2）前制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 （3）前制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì) （4）前制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 4．繪制前制動(dòng)器裝配圖及主要零部件的零件圖 5．完成感載比例閥參數(shù)優(yōu)化，校核車輛實(shí)際制動(dòng)力分配特性滿足ECE法規(guī)要求。 四．設(shè)計(jì)要求 1．制動(dòng)器總成的裝配圖，1號(hào)圖紙一張。 裝配圖要求表達(dá)清楚各部件之間的裝配關(guān)系，標(biāo)注出總體尺寸，配合關(guān)系及其它需要標(biāo)注的尺寸，在技術(shù)要求部分應(yīng)寫出總成的調(diào)整方法和裝配要求。 2．主要零部件的零件圖，3號(hào)圖紙4張。 要求零件形狀表達(dá)清楚、尺寸標(biāo)注完整，有必要的尺寸公差和形位公差。在技術(shù)要求應(yīng)標(biāo)明對(duì)零件毛胚的要求，材料的熱處理方法、標(biāo)明處理方法及其它特殊要求。 3．編寫設(shè)計(jì)說明書。 五．設(shè)計(jì)進(jìn)度與時(shí)間安排 本課程設(shè)計(jì)為2周 １．明確任務(wù)，分析有關(guān)原始資料，復(fù)習(xí)有關(guān)講課內(nèi)容及熟悉參考資料0.5周。 ２．設(shè)計(jì)計(jì)算 0.5周 ３．繪圖 0.5周 ４．編寫說明書、答辯 0.5周 六、主要參考文獻(xiàn) 1．成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版） 2．汽車工程手冊(cè)???? 機(jī)械工業(yè)出版社 3．陳家瑞 汽車構(gòu)造（下冊(cè)） 人民交通出版社 4．王望予 汽車設(shè)計(jì)?????機(jī)械工業(yè)出版社 5．余志生 汽車?yán)碚???? 機(jī)械工業(yè)出版社 七．注意事項(xiàng) （1）為保證設(shè)計(jì)進(jìn)度及質(zhì)量，設(shè)計(jì)方案的確定、設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果等必須取得指導(dǎo)教師的認(rèn)可，尤其在繪制裝配圖前，設(shè)計(jì)方案應(yīng)由指導(dǎo)教師審閱。圖面要清晰干凈；尺寸標(biāo)注正確。 （2）編寫設(shè)計(jì)說明書時(shí)，必須條理清楚，語言通達(dá)，圖表、公式及其標(biāo)注要清晰明確，對(duì)重點(diǎn)部分，應(yīng)有分析論證，要能反應(yīng)出學(xué)生獨(dú)立工作和解決問題的能力。 （3）獨(dú)立完成圖紙的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)說明書的編寫，若發(fā)現(xiàn)抄襲或雷同按不及格處理。 八．成績(jī)?cè)u(píng)定 出勤情況（20%） 設(shè)計(jì)方案與性能計(jì)算（40%） 圖紙質(zhì)量（20%） 說明書質(zhì)量（20%） 評(píng) 語 總 成 績(jī) 指導(dǎo)教師 注意：此任務(wù)書要妥善保管，最后要裝訂在設(shè)計(jì)說明書的第一頁。 一、前制動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 經(jīng)過查閱資料、調(diào)查研究后確定，前制動(dòng)器的基本結(jié)構(gòu)為領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器，行車制動(dòng)系統(tǒng)采用雙Ⅱ型回路。 二、前制動(dòng)器主要參數(shù)確定 （一）整車參數(shù)確定 1.確定空載和滿載時(shí)的質(zhì)心高度 空載：Hg=759mm 滿載：Hg=802mm 2.確定空載和滿載時(shí)的前后軸載荷比 空載時(shí)載荷比為 52.1：47.9 滿載時(shí)載荷比為 33.6：66.4 3.確定軸距和質(zhì)心到前后軸距離 軸距L=5500mm 空載時(shí)質(zhì)心到前、后軸距離a=2640 b=2860 滿載時(shí)質(zhì)心到前、后軸距離a=3652 b=1848 4.確定汽車裝載質(zhì)量、整車整備質(zhì)量、總質(zhì)量 汽車裝載質(zhì)量：6000kg 整車整備質(zhì)量:10440-6000=4440kg 汽車總質(zhì)量:10440kg （二）制動(dòng)力分配系數(shù) 由于 消去 得 初定前后制動(dòng)力分配為=0.4563 即前后制動(dòng)器制動(dòng)力之比為 0.4563：0.5437，繪制曲線 Fu2/Fu1=(1-)/=1.19。繪制I曲線和曲線，如下： （三）同步附著系數(shù) 同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，貨車滿載時(shí)的同步附著系數(shù)≥0.5。 可得到同步附著系數(shù)為0.825 大于地面附著系數(shù)0.8 即滿載時(shí)是前輪先抱死，不會(huì)出現(xiàn)后輪先抱死的危險(xiǎn)情況。 （四）制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 1．汽車在不同值的路面上制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)強(qiáng)度和附著系數(shù)利用率 當(dāng)<時(shí)，可得到的最大總制動(dòng)力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，此時(shí)總制動(dòng)力，則總制動(dòng)力、制動(dòng)強(qiáng)度q和附著系數(shù)利用率分別為 （五）最大制動(dòng)力矩 對(duì)于選取較大值的汽車，從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)，來確定各軸的最大制動(dòng)力矩，當(dāng)＞時(shí)，相應(yīng)的極限制動(dòng)強(qiáng)度q＜，故需要的后軸和前軸的最大制動(dòng)力矩為 （六）制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與參數(shù)系數(shù) 1．制動(dòng)鼓內(nèi)徑和制動(dòng)鼓厚度 輸入力F一定時(shí)，制動(dòng)鼓內(nèi)徑越大，制動(dòng)力矩越大，且散熱能力也越強(qiáng)。但制動(dòng)鼓內(nèi)徑D收到輪輞內(nèi)徑的限制。制動(dòng)鼓直徑與輪輞的直徑之比D/Dr,范圍為 貨車：D/Dr =0.70—0.83 。 由指導(dǎo)書266頁表9-1知當(dāng)輪輞的名義直徑為20 英寸時(shí)制動(dòng)鼓的最大內(nèi)徑為d=420mm，現(xiàn)取d=400mm,同時(shí)確定制造厚度為10mm。 2．摩擦襯片寬度b和包角β 摩擦襯片寬度尺寸b的選取對(duì)摩擦襯片的使用壽命有影響。襯片寬度尺寸取窄些，則磨損速度快，襯片壽命短；取寬些，則質(zhì)量大，不易加工，不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸，并且增加成本。 制動(dòng)鼓內(nèi)徑R確定后，襯片的摩擦面積為Af=Rβb （式中：β為摩擦襯片包角，rad） 制動(dòng)器各蹄襯片總的摩擦面積ΣАf 越大，制動(dòng)時(shí)所受的單位面積的正壓力和能量負(fù)荷越小，從而磨損特性越好。根據(jù)國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料分析，單個(gè)車輪鼓式制動(dòng)器的襯片面積隨汽車總質(zhì)量增大而增大。由指導(dǎo)書267頁表9-2知，當(dāng)貨車總質(zhì)量為10400kg時(shí)，單個(gè)制動(dòng)器總的襯片摩擦面積Af為1000cm2。實(shí)驗(yàn)表明，摩擦襯片β=90°~ 100°時(shí)，磨損最小，制動(dòng)鼓溫度最低，且制動(dòng)效能最高。所以選擇β=90。 襯片寬度b較大可以減少磨損，但太大將不易保證與制動(dòng)鼓全面接觸。設(shè)計(jì)時(shí)一般按照b/D=0.16 ~0.26。設(shè)制動(dòng)器中制動(dòng)摩擦襯片與制動(dòng)鼓的間歇設(shè)為0.5mm，R=(400-0.5*2)/2=199.5mm，則可得b=Af/Rβ=800*104/(199.5*π/2)=79.86mm≈80mm，符合設(shè)計(jì)要求。 3．摩擦襯片起止角 一般將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，即令=90°-β/2=45°。 4. 制動(dòng)器中心到張力F作用線的距離a 在保證輪缸能夠布置于制動(dòng)鼓內(nèi)下，應(yīng)使距離a盡可能的大，以提高制動(dòng)效能。初步設(shè)計(jì)時(shí)選 a=0.8R=0.8*200mm=160mm。 5. 制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)k和c 在保證兩蹄支承面不互相干涉的條件下，使得c盡可能的大而k盡可能的小，以提高制動(dòng)效能。初步選定: a=0.8R=0.8*200mm=160mm。同時(shí)確定k=20mm。 6. 摩擦片摩擦系數(shù)f 各種制動(dòng)器用摩擦材料的摩擦系數(shù)的穩(wěn)定值約為0.3-0.5，少數(shù)可達(dá)0.7。所以選取f=0.35。 三、領(lǐng)從蹄式制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算 行車制動(dòng)系的設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)要過程如下，根據(jù)整車參數(shù)和附著系數(shù)計(jì)算出理想制動(dòng)力矩，根據(jù)初定的制動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸計(jì)算出實(shí)際制動(dòng)力矩，制動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸要使實(shí)際制動(dòng)力矩滿足理想制動(dòng)力矩的要求。之后，要進(jìn)行摩擦襯片的磨損特性計(jì)算和制動(dòng)器的熱容量和溫升核算，如不滿足要求則要修改制動(dòng)器及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸重復(fù)上面步驟，直到滿足要求。 （一）理想最大制動(dòng)力和最大制動(dòng)力矩的計(jì)算 (二) 實(shí)際制動(dòng)力矩Tf的計(jì)算 根據(jù)前人計(jì)算出的制動(dòng)器因數(shù)表達(dá)式球的制動(dòng)力矩，即Tf=BF*F*R，式中：R為制動(dòng)鼓內(nèi)圓柱面半徑。 （三）領(lǐng)從蹄制動(dòng)器的制動(dòng)器因數(shù) 選擇支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器 =（π/2-sin90°cos194.25°）/（4*sin45°*sin97.125°）= 0.905 單個(gè)領(lǐng)蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為 單個(gè)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)為 支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BF (四) 張開力的計(jì)算 對(duì)于液壓驅(qū)動(dòng)的制動(dòng)器來說，作用于兩蹄的張開力相等，所以可以直接根據(jù)制動(dòng)器因數(shù)的定義求得張開力 （五）制動(dòng)蹄自鎖條件檢驗(yàn)計(jì)算 計(jì)算鼓式制動(dòng)器，必須檢查蹄有無自鎖的可能。對(duì)于支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器，領(lǐng)蹄自鎖條件為： 則此時(shí) 如果f＜A（a`/r）/B，則不會(huì)自鎖。 又知 A（a`/r）/B=0.905*（161.25/200）/0.925=0.785> f = 0.35 所以 經(jīng)檢驗(yàn)得出 制動(dòng)蹄不會(huì)自鎖 （六）摩擦襯片的磨損特性計(jì)算 1．比能量耗散率e 汽車的制動(dòng)過程是將其機(jī)械能得以部分轉(zhuǎn)化為熱量而耗散的過程。在制動(dòng)強(qiáng)度很大的緊急制動(dòng)過程中，制動(dòng)器幾乎承擔(dān)了耗散汽車全部動(dòng)力的任務(wù)。，產(chǎn)生制動(dòng)器的能量負(fù)荷，能力越大摩擦片的磨損越嚴(yán)重。 制動(dòng)器的能量負(fù)荷常以其比能量耗散率e作為評(píng)價(jià)，它表示單位摩擦面積在單位時(shí)間內(nèi)耗散的能量，其單位為W/mm2. 總質(zhì)量3.5t以上的貨車取v1 =80km/h（22.2m/s）；j為制動(dòng)減速度，計(jì)算時(shí)取j=0.6g；A1為前制動(dòng)器襯片的摩擦面積；β為制動(dòng)力分配系數(shù)。緊急制動(dòng)到v2 = 0時(shí)，可近似認(rèn)為 t=（v1- v2 ）/j =(22.2-0）/（0.6*9.8）=3.78s 由于鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于1.8 W/ mm2 為宜，所以符合要求。 2．比摩擦力 比摩擦力是單位摩擦面積的摩擦力，單個(gè)車輪制動(dòng)器的比摩擦力為 =Tf/（RA）=9158.3Nm/（200mm*1000cm2）=0.458N/mm2 3. 平均壓力 式中：N為摩擦襯片與制動(dòng)鼓間的法向力，A為摩擦襯片的摩擦面積。 所以符合要求。 4. 比滑磨功 磨損和熱的性能指標(biāo)也可用襯片在制動(dòng)過程中有最高制動(dòng)初速度至停車所完成的單位襯片（襯塊）面積的滑磨功即比滑磨功來衡量， 由于 所以符合要求。 四、制動(dòng)鼓主要結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì) （一）制動(dòng)鼓 制動(dòng)鼓應(yīng)具有非常好的剛性和大的熱容量，制動(dòng)時(shí)氣溫升不應(yīng)超過極限值。制動(dòng)鼓的材料應(yīng)與摩擦襯片的材料相匹配，以保證具有高的摩擦系數(shù)并使工作表面磨損均勻。輕型貨車和一些轎車則采用由鋼板沖壓形成的腹板與鑄鐵鼓桶部分組合成一體的組合式制動(dòng)鼓。也可用在鋼板沖壓的制動(dòng)鼓內(nèi)側(cè)離心澆鑄上合金鑄鐵內(nèi)鼓筒，組合形成制動(dòng)鼓。 采用由鋼板沖壓成型的腹板與鑄鐵鼓筒部分鑄成一體的組合式制動(dòng)鼓。制動(dòng)鼓在工作載荷作用下會(huì)變形，致使蹄鼓間單位壓力不均勻，且損失少許踏板行程。古銅變形后的不圓柱度過大容易引起自鎖或踏板振動(dòng)。為防止這些現(xiàn)象需提高制動(dòng)鼓的剛度。為此，沿鼓口外緣鑄有整圈的加強(qiáng)肋條，也有的加鑄若干軸向肋條以提高散熱能力。制動(dòng)鼓壁厚取7 ～12mm。 已知輪輞的名義直徑為20 英寸。于是，我們可以選擇組合式制動(dòng)鼓，制動(dòng)鼓的最大內(nèi)徑為d=420mm，現(xiàn)取d=400mm.制動(dòng)鼓的制造厚度為12mm，制動(dòng)鼓材料為HT200灰鑄鐵。 （二）制動(dòng)蹄 制動(dòng)蹄采用T形型鋼板焊接制成。制動(dòng)蹄腹板和翼緣的厚度選為10mm，摩擦襯片的厚度為10mm，制動(dòng)蹄寬度為90mm，襯片采用鉚接在制動(dòng)蹄上。 （三）制動(dòng)底板 制動(dòng)底板是除制動(dòng)鼓外制動(dòng)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(dòng)底板承受著制動(dòng)器工作時(shí)的制動(dòng)反力矩，故應(yīng)有足夠的剛度。為此，由鋼板沖壓成形的制動(dòng)底板都具有凹凸起伏的形狀。重型汽車則采用可鍛鑄鐵KTH 370—12的制動(dòng)底座以代替鋼板沖壓的制動(dòng)底板。剛度不足會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)力矩減小，踏板行程加大，襯片磨損也不均勻。 （四）制動(dòng)蹄的支承 二自由度制動(dòng)蹄的支承，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并能使制動(dòng)蹄相對(duì)制動(dòng)鼓自行定位。 為了使具有支承銷的一個(gè)自由度的制動(dòng)蹄的工作表面與制動(dòng)鼓的工作表面同軸心，應(yīng)使支承位置可調(diào)。青銅偏心輪可保持制動(dòng)蹄腹板上的支承孔的完好性并防止這些零件的腐蝕磨損。 具有長(zhǎng)支承銷的支承能可靠地保持制動(dòng)蹄的正確安裝位置，避免側(cè)向偏擺。有時(shí)在制動(dòng)底板上附加一壓緊裝置，使制動(dòng)蹄中部靠向制動(dòng)底板，而在輪缸活塞頂塊上或在張開機(jī)構(gòu)調(diào)整推桿端部開槽供制動(dòng)蹄腹板張開端插入，以保持制動(dòng)蹄的正確位置。 （五）摩擦材料 采用模壓材料，是以石棉纖維為主并與樹脂粘結(jié)劑、調(diào)整摩擦性能的填充劑（由無機(jī)粉粒及橡膠、聚合樹脂等配合）與噪聲消除劑（主要成分為石墨）等混合后，在高溫下模壓成型的。取摩擦系數(shù)為f=0.35. （六）制動(dòng)器間隙 制動(dòng)器的設(shè)定間隙為0.5mm。 五、液壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）制動(dòng)輪缸設(shè)計(jì)計(jì)算 制動(dòng)輪缸是用于將主缸產(chǎn)生的液壓轉(zhuǎn)換成給予制動(dòng)蹄張力的部件。本次采用的是雙活塞式制動(dòng)輪缸。 （二）制動(dòng)輪缸直徑與工作容積的確定 制動(dòng)輪缸對(duì)制動(dòng)蹄施加的張開壓力F0與輪缸直徑dw和制動(dòng)管路壓力p的關(guān)系為 4F0πp 制動(dòng)油路壓力一般不超過10-12Mpa， 取P=10Mpa,則 4F0πp =55.19mm，可選定dw=56mm。 ξ為輪缸活塞在完全制動(dòng)時(shí)的行程，鼓式制動(dòng)器可取ξ=2.0mm，每個(gè)輪缸的工作容積V=2*（π/4）**ξ，所以前輪缸的總工作容積 V=2*（π/4）**ξ=2*(π/4)*562mm2*2*2.0=19704mm2 后制動(dòng)的輪缸工作總?cè)莘e為 V=2*（π/4）**ξ=2*(π/4)*502mm2*2*2.5=19635mm2 所以輪缸總工作容積為 V=19704+19635mm2=39339 mm2 （三）制動(dòng)主缸設(shè)計(jì) 制動(dòng)裝置采用雙回路制動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)主缸為串列雙腔制動(dòng)主缸。 1. 直徑的確定 主缸直徑的尺寸系列為19,20.5，22,24,26,28,30,32,35,38mm等， 取=38mm 2. 制動(dòng)主缸應(yīng)有的工作容積為 式中：V為所有輪缸的總工作容積，V`為制動(dòng)軟管的容積變形。 在初步設(shè)計(jì)時(shí)，制動(dòng)主缸的工作容積可取為（貨車） 3. 主缸活塞行程 可用確定，一般=（0.8～1.2）。 經(jīng)計(jì)算得，= 45.1mm，滿足=（0.8～1.2）。 （四）制動(dòng)踏板力設(shè)計(jì)計(jì)算 由于采用助力式伺服制動(dòng)系，其制動(dòng)踏板力Fp用下式計(jì)算： 式中，為踏板機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比，取=3，為助力器助力比，取=7 ，為踏板機(jī)構(gòu)及液壓主缸的機(jī)械效率，=0.82～0.86，取=0.85。 制動(dòng)踏板力應(yīng)滿足以下要求，最大踏板力一般為700N（貨車）。 （五）制動(dòng)踏板工作行程計(jì)算 制動(dòng)踏板工作行程計(jì)算用下式表示 式中，為主缸中推桿活塞間的間隙和伺服閥柱塞與反饋盤之間的間隙，、取=3.0mm，為主缸活塞空行程，取=1.5mm。踏板全行程對(duì)貨車不大于180mm ＜180mm 所以符合要求。 【參考文獻(xiàn)】 1. 余志生，《汽車?yán)碚摗返?版 2. 王望予，《汽車設(shè)計(jì)》第4版 3. 劉小康，黃平，《機(jī)械設(shè)計(jì)》第二版 4. 《汽車工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，人民交通出版社