轻型货车鼓式制动器设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)题 目: 某轻型货车鼓式 制动器的设计 系 别: 专业班级: 姓 名: 学 号: 指导教师: 职 称: 副教授 年 三 月 三十一 日摘要鼓式制动器也可以称作块式制动器,是通过张力的作用让制动蹄张开,使制动片和制动鼓接触产生摩擦力达到制动的效果。在现代汽车上,制动系统是保证汽车在各个工况下的行车安全、稳定等各项因素的保证。制动系统伴随着汽车的问世也开始被不断开发和改进,制动器是制动系统的主要部件,本设计介绍了制动器的工作原理和基本结构;以实际制动器为参考对制动器的方案进行理论论证和选择;对制动器结构和制动器主要参数进行计算和选择;同时也涉及到制动器设计的计算和主要零件的建议分析。并在最后完成制动器的装配图和零件图。关键词:鼓式制动器,制动蹄片,制动系统AbstractDrum brake can also be called a block brake, By the effect of tension for brake shoe is open, Make brake and brake drum contact friction braking effect.In modern cars, The braking system is to ensure a safety car under various conditions、stable, etc. The guarantee of the various factors, The braking system with car was also begins to be continuously develop and improve, Brake is a major part of the braking system, The design of brake are introduced working principle and basic structure, Refer to the actual brake,Brake scheme argumentation and choice,Calculation and selection of brake main parameters and structure, At the same time, Its also about The calculation of the brake design and Analysis and suggested that the major parts.In the last complete brake assembly drawing and part drawing.Keywords: Drum brakes, Brake shoe, The braking system 目录1 绪论11.1 制动器的概述11.2 制动器现状31.3 课题背景及主要任务52 方案分析62.1 汽车总体参数的选择62.1.1 轴数62.1.2 驱动形式62.1.3 布置形式62.2 汽车质量参数的确定62.2.1 质量系数62.2.2 汽车总质量72.2.3 载荷分配72.3汽车主要数据的确定82.3.1 质心高度82.3.2 轴距82.2 结构形式选择92.2.1 领从蹄式制动器112.2.2 双领蹄式制动器162.2.3 双向双领蹄式制动器162.2.4 双从蹄式制动器172.2.5 单向增力式制动器182.2.6 双向增力式制动器182.3 制动鼓方案确定193 制动器参数选择203.1 制动器制动力分配系数203.2 同步附着系数273.3 制动器最大制动力矩274 制动器的设计计算294.1 结构参数294.1.1 制动鼓内径D294.1.2 摩擦衬片宽度b和包角304.1.3 摩擦衬片起始角314.1.4 制动器中心到张力作用线的距离e314.1.5 制动蹄支撑点位置坐标a和c324.1.6 衬片摩擦系数f324.2 固定凸轮式(S型凸轮)汽式制动器的制动效能因数BF的计算324.3 制动力的校核334.3.1 制动器所能残生的制动力计算344.3.2 制动器所需的制动力354.4 制动蹄片上的制动力矩364.5 磨损特性计算404.6 行车制动效能计算414.7 驻车制动计算435 制动器主要零件的结构设计455.1 摩擦材料455.2 制动鼓455.3 制动蹄465.4 制动底板475.5 制动蹄的支承475.6 制动器间隙47结 论49参考文献50致谢51附录521 绪论1.1制动器的概述汽车制动器对于车子本身有着不可缺少的地位,汽车制动的作用就是使车辆在行车中达到减速甚至停下来的效果,同时也能够让正在下坡的车子保持稳定速度。或者可以使静止的汽车保持不动1。目前,车上采用的制动器结构中,在实际的应用中可以分为鼓式和盘式两种,鼓式在汽车的应用比较广泛,內张和外束成为了主要的归类。鼓内的起到摩擦作用的面是内张型的制动鼓的工作面,外束制动鼓和内张不仅从意义上有所不一,结构也有所不同,是以圆柱面的外面一面为工作面。盘式的制动片人们把它比喻成蝶状,所以也有人把它称为碟式2。它的控制路是一般通过液压来进行操作的,制动系统由传统的液压制动系统组成。制动盘随车轮一起转动,它在机构上固定着分泵,摩擦片依照机械的方式固定在盘上面。油管传送也压力到分泵,摩擦片受到力的作用,按照轨道向制动盘方向压紧。由于表面发生接触就能产生力,而产生制动。按照控制能量的传输方式,机械式、液压式、气压式、电气式等称为分类的主流2。其中液压式和气压式制动系统是当前最主流的车辆制动系统。液压制动有很多不足,比如在行车过程中,制动器随着使用的时间变长会变热,制动液受热后易液化成气体。在管路中形成气泡,这样的结果就是影响了液压的传输。从侧面影响到制动系统的效能。严重时甚至完全失效。气压式制动器的结构相对复杂,由空压机、制动阀等装置,这样的结构使制动器显得笨重、轮廓在有限条件的影响下变大、造价高偏高。管路中气压的产生和撤除均较慢,而且不论是否制动,气泵都要随着发动起运转,这会对发动机带来不必要的消耗,工作滞后时间也稍长等等。1902年,鼓式制动器在早期的马车上已经有所使用,到1920年工业发展相对进步后,才逐渐运用到汽车上。设计师考虑到多种因素,如今也如愿以偿让内张式鼓式制动器成为了主流制动器。它的制动块(刹车蹄)位于制动轮内侧,在刹车的时候,制动器蹄片受到张力作用,推开制动块。制动块和内壁接触以后产生相对摩擦,而产生制动力,进而达到刹车的目的。由于力的作用方式和安装条件等原因,鼓式制动器在制动效能和散热性都不比盘式制动器好2。有于摩擦片材料的原因,鼓式制动器的制动力稳定性也不佳。行车在不同路况下时,制动力的变化有些大,不易于调整和控制。由于安装空间和工作环境的原因,导致其散热性一直是人们头痛的问题。长时间使用时,制动过程中产生大量的热量。制动块和轮鼓在高温中工作,较易发生极为复杂的变形,这会让制动器产生制动衰退和抖动现象,制动效率也会随着变化受到影响。另外,鼓式制动器随着使用时间加长,制动间隙会不受控制地变化3。这导致人们要定期调校刹车蹄的空隙,才能保证其正常工作。当然,鼓式制动器有一大优点,那就是它造价便宜,设计相对容易。四轮车在行车使用制动时,车子会受到惯性往前。这会让车子前轴前轮的负荷大大增高。通常可以站整车负荷的%-%,这可以看得出前轮所需力要比后轮所要力大很多,这种时候后轮制动只能起到起辅助帮助系统的作用4。因此我们现实中有很多厂家在轿车的前轮使用盘式来稳定和保证整车稳定,后轮使用鼓式来节省车成本。对于重车或者载货车子来说,由于本身车子的发动机所能提供的力和的总质量大的问题,车速一般不会达到很高,这样的利处反而是刹车蹄的使用消耗就能控制好,耐用程度也比盘式制动器高。因此,在当代的许多重型车和货车上是依然存在着四轮式鼓式制动器的身影。鼓式的工作原理与盘的工作原理基本相同:制动蹄压住旋转表面。 这个表面被称作鼓4。 制动器再设计的时候,应该满足如下要求:(1)有足够的制动能力。(2)工作可靠。(3)车辆的运动状态是不确定的,但是在一定的速度需要制动的时候,汽车本身的稳定和可控制性都不应该全部丧失或者不受控制。汽车前面轴和后面的存在着相互之间的关系,为保证更加良好的运动状态,应该使力矩合理分配。(4)不能让过多的水或者其他影响制动的物质工作表面上。水是必防的物质之一,对于这一项可以采取吸水率低的摩擦片的摩擦材料,能使汽车出水后制动次就可以让制动器的各项性能恢复稳定5。在密封上一定要有所保证,防止泥沙污物进入摩擦副工作表面,否则会影响效果,更坏的状态下就会使速磨损不受控制。(5)制动器的稳定要控制在和力的范围之内。尽量保证摩擦材料在高温的时候的工作稳定性。鼓和盘的热容量也要尽量增大,这会对制动有很大帮助。制动器散热状态要尽可能好,有条件的可以采用冷却的装置来缩短热量在制动器里面的停留时间。(6)操纵轻便,随动性良好。制动踏板行程要按照用户体验有所优化,手柄位置和手柄行程应符合相关工程要求,驾车疲劳程度会得到一定的缓解,方便性和舒适性也会有所增加。(7)人们普遍知道,制动器制动时会产生很多噪音。控制制动器的噪音影响也是值得研究和改善的方向,制动器制动时产生的有害于人体的物质也应该尽可能减少。(8)制动器在工作时,接收到驾驶员的操作后。制动滞后应该尽可能缩短。包括制动滞后时间和解除制动滞后时间都应该尽可能短5。这会在很大程度上改善制动器的安全和行车安全。对于人们对车子的依赖性有一定的保证。(9)衬片是直接接触和摩擦件,所以要在有条件的范围内尽量加强它的耐磨性。(10)摩擦副的会随想着使用时间的流失而受到其他部件的磨损,摩擦副受到磨损后,制动器本身应该安装有能够消除磨损造成的间隙的机构,由于人工调整间隙麻烦,最好能加上自动调整间隙的。1.2制动器现状汽车制动器一直影响着行车的安全性,良好的制动器能保证车辆很多功能的实现和稳定。自从汽车研究开始就涉及到制动器的设计。早期的研究进度中,旨在早很早就经历了很多关于这方面的研发,他专门针对鼓式制动器的缺点进行优化研究。分析了很多结构原理,他的工作重点是制动器的整体结构和在用户实际使用过程中对制动器的各项功能和稳定性的影响。当然也举得了很大的成果。在经过漫长的改进中,使制动器有了很多改善和优化。让这项结果也成为了制动器接下来发展的参照和借助。在90年代,当时还的汽车机械性不是很专业,由于科技和社会条件的约束。当时候的汽车还不是很发达,很多系统和结构都是比较偏向简单的机械机构6。这也导致当时还的汽车的行驶速度不是很快。质量也不是很高。所以简单的机械结构的制动器就能够满足当时候的汽车的要求。随着世界经济和工业化的飞速发展,汽车速度和汽车本身的各个系统的不断完善。助力形式的系统也应者人们的驾驶需求而被开发出来。1932年,V16汽车采用的制动器率先采用了没有空气的助力装置。1932年,林肯公司也不堪示弱,在V12轿车上采用若干根软索控制真空加力器的鼓式制动器6。这充分象征着科技在汽车上的进步。相信随着时间和科技的培育下,汽车将会应着人们的各种各样的需求而功能不断完善。 随着科技的与时俱进,液压制动这个项目也不断被研发。同过液体的流动传输了相应的机械命令来实施机械之间的工作。1942年第一台使用液压制动的轿车问世。在到20世纪50年代,液压助力也被人们不断认识和发掘。液压相对于通过机械来帮助其作加力和在没有大气压的状态下来说有是比较稳定的。在车上借用发动机的动力来作源动力,这也是一种科技方向。20世纪80年代后半段,ASD系统也慢慢问世,在当时候,ASD称为了汽车行业上最领先的技术。也是汽车电子化的象征。也标志着汽车要迈向新的篇章7。在理论上,效能和很多数据的有很大关系,有科学家在理论上论证了他们的关系是线性关系,可以用固有的值带入相关的关系,提取出有规律的一条类似于线的规律。Brian Ingram 是一位外国著名的汽车行业的科学家,他提出了一种蹄平动的制动器,这种制动器有固定的滑槽,制动时,制动器会按照相应的滑槽滑动。那么显而易见就没有传统制动器的增势和减式的效果8。它也只能随着滑槽运动,而不能因为受到力的作用平动。这种制动器能让其本身很多主要部件没有参与到摩擦工作中。着可以大大延长机械的使用时间。但是这种制动器有一个很大的缺点。就是制动效能会很低。所以有待优化。后来,人们慢慢发现很多的电控系统也可以运用到汽车的制动系统中。直到1997年,一种名叫做 “电控制动器”的电控系统被人们开发出来并运用到制动器中,“自增力”电控系统可以保持制动器保持一个很高的制动效能因数。能让因数的变化范围保持在26之间9。这对与制动器的制动的效果有明显的提升。它是通过电控机械的方法实现制动器的自增力。这种制动器本身运用电控机械装置来调节和补偿摩擦系数,用这样的方法使制动在稳定的情况下提高了很多。同时也并达到了很好的效果。其最主要的问题还是设计本身太过复杂。不容易被创新和改进,电控系统耗能高;成本高;由于电控系统的复杂性也让整个制动器存在着维护的困难等问题。在制动器研究的道路上,效能因数一直是人们头疼的问题。改善效能的革命显得尤为重要。在1999年,科学家们提出并用实验证明了一种四蹄片式制动器10。这种制动器在结构上有了很大的提升。由于多块制动片的作用,使得结构更加合理化。制动在行车过程中对于摩擦的敏感性有了很大的改善。这证明了鼓式制动器存在着不仅可以在助力装置上的优化,也存在着在结构本身的设计优化问题。制动器的摩擦副受力很难以均匀,这是鼓式制动一直存在和有待改善的一大问题。经过长时间和尝试和不断的更新,从简单的机械到增力式。在2000年,科学家们提出了一种新型的制动器,它有多个自由度一起组成的。这样的设计让其制动效能因数有了比较明显的提高,最为重要的是,这样的设计大大改善了摩擦副之间受力不统一的状态11。这样的科技成果有效的使摩擦片的使用寿命延长了一大截。制动器本身的各项参数也有了较为明显的改善。同时,也可以根据驾驶员需要自行对制动效能的需要而进行设计。制动器在随着人们的需要不断被优化和创新,随着人性化的发展成为了世界的脚步,相信在今后的日子中我们会体会到更加丰富可靠的科技产物。总之,在汽车行业发展至今,制动器离不开人们的视野,在一代接着一代的更进中,传统的鼓式制动器在汽车上的地位还是没有办法取代的。制动器本身相对于复杂机械来说比较简单的结构还是有很多方面可以值得开发和提升的。传统的制动器也可为后续设计提供理论参考。1.3课题背景及主要任务汽车的发展一直处于比较快速的状态,想要在发展中取得优势,那必定要不断创新和完善,汽车制动器研究将会在一定程度上促进汽车创新和发展。越来越发展的社会里,人们更加看重物质的质量和安全性,而眼观汽车本身,制动系统很明显称为了保证车辆在各个工况下正常运行的必不可少的系统。对于分量这么高的汽车配件进行设计和研究,这无疑对汽车知识的了解和促进有着重要的意义。随着与时俱进的汽车行业,越来越人性化的设计体验已经是人们追求的方向,那么对制动器的相关设计。无疑对汽车制动器的设计是有着深刻的意义。本设计设计商用货车的制动器,内容根据所选的车型的自身的特点,对制动器系统的理论力、结构、主要数据和主要零件等等数据进行计算和选择。并校核所选数据的结果,最后在二维或者三维软件中完成所设计的制动器的装配图和主要零件的绘制。在完成设计需要阅读大量关于汽车设计的书籍和文本,总结知识,掌握基本方法和绘图方法。2 方案分析2.1汽车总体参数的选择2.1.1轴数汽车的轴数有着对整车各项性能很大影响的数据,目前是根据车辆自身总质量的大小来选取汽车的轴数的多少。一般汽车的轴数分为两轴、三轴、四轴或者更多。为保证车辆的合理性,和不违反道路法规,在正常情况下,一般车辆小于19T的情况下,都选择两轴的布置形式。一般总质量超过19T就按照实际情况和有关规定来适当增加汽车的轴数。这个选择也应该充分考虑各种因素和有关的条例对车的规定。本设计的汽车总质量是5545kg,属于是在5t吨吨位的载货车,所以采用2轴布置方案。2.1.2驱动形式参照有关表格后,5T吨吨位的汽车一般采用42的驱动形式。所以本社及选择42的驱动形式。2.1.3布置形式货车的发动机位置会相对与驾驶室有一个相对位置,传统分为短头、长头和偏置式等归类。在车上发动机放置位置肯定不同,有些车子发动机放在车架的前面,那么称为发动机放在前面,同理可知发动机中置和发动机后置。平头式货车由于空间的充分利用,发动机放在驾驶室内,这样的放置方式主要优点是:汽车总长得到改善,也有利于轴距的设计调整,机动性能较高;发动机罩和翼子板可以在由于有了驾驶室的覆盖就不需要了,这样可以在一定程度上减小了汽车由于自身零件的重量而整备质量加大。驾驶员在驾驶舱里驾车的时候,所能通过驾驶室向外所能看到的视野也变得更加宽广。在目前的货车设计中,平头式货车得到社会上的认可和广泛的应用。本设计考虑到空间问题,最后采用平头式的布置形式,并采用发动机前置后桥驱动。2.2汽车质量参数的确定在制动器的相关计算中,涉及到有关汽车的车辆整备、驾驶舱乘载数量(人数)、装满货物的质量、等有关系本设计中给出装载质量t。2.2.1质量系数汽车的设计工艺直接由质量系数直观反应出来,装载质量与整车比值就是我们所说的质量系数,即。该数值的大小直接反应出车辆的水平。值越大,任何人对于车有着一个期望,就是希望车子自身的重量不大,但是却能运质量很高的货物,这种现状说明该汽车的设计水平和工艺越领先。反而越小就表示车辆水平越低。本设计参考货车质量系数(表2-1)后,综合各项因素选定的质量系数值,数值如下: 表2-1 质 量系数汽车类型货车轻型080-110中型120-135重型130-170由上表可以确定整车整备质量,t。2.2.2汽车总质量在传统意义上,汽车我们可以直接认为。在汽车所有的配件齐全的情况下,并按照汽车设计规定在汽车的后备箱上装满货物,在驾驶室上坐满乘的条件下。这种时候车的所有重量。货车的总质量由三个部分组成,第一部分是车辆的总;第二部分是载货的质量;第三部分是驾驶室里的驾驶员和随从人员,即式中:N=座位人数,代入数据,n=2,t可得到汽车总质量。2.2.3载荷分配当车辆空载或满载静止状态下,各轴承受着车辆自身的重量通常人们会使用一个百分比的形式表示车辆的轴荷分配。汽车在形式的过程中,由于地面的摩擦力作用,轮胎和地面直接由接触的效果,所以会产生相对而使轮胎有磨损现象,那么汽车的轴荷的分配问题就直接影响到轮胎的磨损情况,如果轴荷分配适当,那么车子的每个轮子所受到的负荷就相差不大。这对与动力性有很大的帮助和保证的作用。那么问题来了,当各个车轮的轴荷差不多的情况下,车子的前轴的负荷就会过大,这回直接影响车子的操纵性。前轴负荷太大,驾驶员在汽车转向的时候越显得吃力,所以所有设计车辆负荷问题的时候,一定要充分考虑轮胎的磨损问题和车辆操作的综合问题表2-2 轴荷分配车型满载空载前轴后轴前轴后轴乘用车前置前驱前置后驱后置后驱47% 60%45% 50%40% 46%40% 53%50% 55%54% 60%56% 66%51% 56%38% 50%34% 44%44% 49%50% 62%商用货车42后轮单胎42双胎,平头42后轮双胎,平头式64后轮双胎32% 40%25% 27%30% 35%19% 25%60% 68%73% 75%65% 70%75% 81%50% 59%44% 49%48% 54%31% 37%41% 50%51% 56%46% 52%63% 69% 充分考虑到设计的需要和实际情况的需要,在设计的时候,选择后轮42双胎的轴荷分配,平头式的数据。 汽车空载时的质量=3360kg(空载时轴荷分配:前:轴51%,后轴49%) 汽车满载时的总质量=5545kg;(满载时轴荷分配:前轴:33%,后轴:67%)2.3汽车主要数据的确定2.3.1质心高度 所有的物质的质量有一个虚化的中心,我们通常把这个中心称为质心,质心是人们假设把一个物体的质量集中在哪一点上。但是质心和重心还是有所不同的,除了定义的不同以外,他们在物体的实际点也是存在不一样的,往往质心和重心会综合表现一个物体所受的力。在本设计中,质心的高度按照实际的情况和现场的观察以及对同款车型的分析,空载质心高度=1350mm,满载时的质心高度=1550mm。2.3.2轴距轴距对于整车的参数影响很大。轴距的大小会直接影响到汽车的总长度、通过弯道的半径、等等因素。为了车辆有一个稳定的操纵性和合适的数据,应该选择有效的轴距。轴距的选择要依据汽车的需要和设计的合理性。本设计考虑所选车型各项因素,最后选取的轴距的数值如下:轴距L=4200mm。2.2结构形式选择 在当前,使用率最高的是摩擦式制动器,摩擦副结构形式也是有所去别的,人们按照习惯和摩擦副的结构形式大致分为三类。鼓式的运用是比较广泛的,很多的货车和载货车都选择鼓式的,鼓式制动会使车辆更加稳定。在目前的科技中,带式的还是多为广泛运用在中央的制动器中。盘式的的应用普遍性真可谓家喻户晓,相信对于它谁都不会陌生。盘式相对于鼓式制动来说,它所能产能的制动力就显得略小些,但是匀称的摩擦力和稳定的效能因数使它在制动器的群列中一直在被重视。那么我们不难看出盘式制动适合轻型车辆,而鼓式适合重型车辆。这种形式也让它们在实际的运用中有很多统一性。在分类的过程中,参照资料的归类。鼓式制动器的制动效能没有相同的,所以按照这个特点分为六大类: 1、 领从蹄式:有一个领蹄。一个从蹄。2、 双领蹄式:当制动鼓选定一个方向旋转的同时,两片都归类为领蹄,相反的时候,都归类为从蹄。3、 双向双领蹄式:在车子行驶额过程中,鼓的转动方向不论是什么方向,两题都是从蹄或者领蹄。4、 双从蹄式:双从式根据双领式来说,存在着相反的性质。它的定义和双领都是相反存在的称呼,在制动鼓正向旋转时,两蹄均为从蹄,而当制动鼓反向旋转时两蹄均为领蹄。这样的称呼方式和双领蹄式相反。5、 单向自增力式:人们也把这样的制动器叫做单伺服,只能借助制动器本身的摩擦力达到制动效果。着对式的分配和利用是种要的。6、 双向自增力式:由于相对单项自增力多了一个方向,也叫做双向伺服式,也可以说和摩擦力的利用率是很高的。在制动鼓不管是正着旋转还是反转的状态下。都能利用到摩擦力的“帮助”从而加大压紧力的效果。制动时,制动蹄的张开是有方向的,随着力的效果会让他们有属于自己的方向。这个方向和与制动鼓的方向如果是一致的。那么该蹄片按照效果分类为领蹄,反之,称为从蹄。由于结构的不同,它们的制动鼓受力情况和效能都有着不同之处,其主要结构形式如图1.1。鼓式制动有着不同的形式,那么它们主要存在以下区别有:制动蹄片是在制动器上存在着支点的。数量和位置存在着的不一样的地方。张开装置的形式的不同。产生有制动效果的同时。两块蹄片本身之间是否存在着力或者其他的相互的作用。制动效能,就是在某种工况下,单位输入的压力,或力的作用下所输出的力或力矩。那么可以衡量制动效能的优劣情况。制动效能因素的定义为:在某种工况下,力作用在鼓或盘上,它的作用半径R上所得到的摩擦力()与输入力之比,即 (2-1)式中,R为制动器输出的制动力矩。效能因素K对摩擦因素的是有敏感性的,我们把这个敏感性定义为制动效能的数值的稳定性能。使用中随温度和水湿程度变化。效能稳定性要充分保证,即是其效能对的变化敏感性小。 图1-1 制动器的结构形式图2-1 制动器(a)领从蹄式(用凸轮张开);(b)领从蹄式;(c)平衡式;(d)双向双领蹄式;(e)单向增力式;(f)双向增力式。2.2.1领从蹄式制动器所示图片的上面表现以箭头表示的是最明显的鼓的旋转方向。依据这些信息,方式表现出来。领蹄是1, 从蹄是2。汽车在需要的情况下在倒车,按照之前的定义,那么箭头的方向就会反过来。转动方向的改变使得领蹄和从蹄发生位置的转变。类似于这样的随着制动鼓的转动方向而命名改变的制动器,我们在传统意义上称作领从蹄式。由图1-2(a)、(b)可见。在鼓式制动器中,我们所看到的领蹄其实在运行的过程中,有受到制动器里面摩擦力的作用,有使其压向制动鼓的力更加大。这样的效果就是使蹄得到力除了自身张力作用外的“帮助力”那么我们把这样的摩擦力矩称为“增势”。反而观之,我们就可以把内部摩擦力作用起到推开从蹄的作用,这样没有帮助到蹄和鼓之间的力的变大。这样的形式我们把这个摩擦力矩叫做“减式”。这样式的作用在整个制动器运行的过程中也有着很大的意义。往往制动力不够的时候,人们更希望每个蹄片都是“增势”。制动器的两个蹄片是有通过制动系统传达过来的张力作用的,张开力,如图(b)所示,在正常时候,两蹄片受到的系统张力应该是一样的,那么这个时候往往有与不同蹄片在不同的情况下,受到的“式”的不一样而引起了两蹄所受到的法向的反作用力就不相等了。在传统意义上,我们把这样子受到的法相力的大小不一样的制动器叫做不是平衡的。那么在内部受力的情况下,两题如果所受到张力效果相同的情况下,他们所受到的发相反力如果相同,但是由于式的帮助或者阻拦的原因导致的法相反作用力不相同的制动器,我们把这样的制动器叫做平衡式。对于如图1-2 (a)所示,由图上可以看出来。此制动器是有一个固定的的凸轮成为张开装置。汽车在行驶的过程中需要制动时,凸轮会受到制动系统传达过来的力的作用张开两个蹄片。从结构上来说,两个蹄片所受到的力其实是相同的。但是所产生的制动力矩所有所差别的。张开力P1、P2由于制动力矩的不同而不同。所以会有P10的车轮,其力矩平衡方程为: (3-0) 式中: 对车轮有力作用的力矩。这个是有方向的,这个方向与轮子转动的方向相反。 车轮受到地面对其的力。之间存在力,它的方向与车子走的方向刚好不一样,是相反的。N; 车轮有效半径,m。令 (3-1)并称为制动器本身的制动力,它是通过车子自身轮胎在路上滚动的时候,轮胎的周边所克服制动器摩擦力矩所必需的力。所以也称它为周缘力。力与地面作用在车轮上的的方向相反,当车轮0时,大小亦相等,且仅由制动器结构决定。由制动器本身的很多结构或者是尺寸以及自身其他的一些数据联合决定的。并与制动踏板力即制动所需要的液压力或者气压所能形成的力的正比。当驾驶员把踏板力加大的时候,和均会增大。但地面从理论上来说于受着条件的限制,所以其值不可能大于,即 (3-2)或 (3-3)式中 ; Z地面对车轮的法向反力。由下图可以看出来,制动器本身的制动力的那条线跟地面的力的那条线可以满足,车轮就被足够大的力抱住,并在路上滑动而不是滚动。此后即表现为力矩,这个时候我们可以看到就和一样大,又由于两个力的方向是相反的。那么就能达到不让车轮转动周缘力的极限。当=0以后,地面达到值后就不再变大,而制动器由于的增大使增大而继续上升如图3-1。这时候,我们可以根据汽车刹车的时候,整个车子的受力形象分析图,并根据各个轴之间的轴荷可以求出地面对前、后轴车轮,为: (3-4) (3-5)式中 :G汽车所受重力; L汽车轴距; 汽车质心离前轴距离; 汽车质心离后轴距离; 汽车质心高度; g重力加速度; 汽车制动减速度。汽车在附着系数(我们选择在沥青路面上制动,则选取=0.8)的路面上采取制动时,前、后轮都受到力的作用不做运动(同时抱死或先后抱死均可),此时汽车总的地面 (3-6)这个时候,汽车前、后轴车轮子的总的和的大小是相同的。质心的制动也和其大小一样的。即可以推出: (3-7)则得地面有力是施加在前面和后面的轴的法相想反的力的式子可以表达为如下: (3-8) (3-9)经过自身的衡量,和之前的选取,设计的货车在装满货物的情况下,它的基本数据如下面所示:轴之间的距离L=4200mm,质心和前轴的长度mm,质心和后轴的长度=1386mm,汽车自身被受到地球的作用力之下所受到的力,附着系数,汽车满载知心的高mm。货车在空载时的基本数据如下:同步附着系数,质心距离前轴的距离mm,质心距离后轴的轴距mm,汽车所受到的重力,汽车空载质心高度mm。故 满载时: =33976.06N =20364.94N 空载时: =25244.80N =7667.52N车辆工况前轴法向反力,后轴法向反力,汽车满载33976.06N20364.94N汽车空载25244.80N7667.52N车子制动力为: =+=Gq (3-10)式中q() 制动强度,亦称比减速度或比制;, 前、后轴车轮自身所受到的力。根据上面的两个式子的公式相互带入有关代数据就可以删除同项得到下面的公式: (3-11) 地面对后轮的力为: (3-12)根据数据和式子的对应性,带入相关数值就可以算出前面的轴和后面的轴自身所受到的对面对其最大的力(制动力)表现如下: 满载: =27180.85N =20364.94N 空载: =20208.38N =6134.02N车辆工况前轴车轮附着力,后轴车轮附着力,汽车满载27180.85N20364.94N汽车空载20208.38N6134.02N上式表明:当地面的系数以确定的时候,可以概括为任意制动附着系数的道路,车辆在其路上正常行驶时,假设汽车的所有轮子所得到的制动力都是足够的,没有发生滑动。那么根据前、后车轮制动器力的分配、汽车前、后轴的轴荷分配、道路附着系数和坡度情况等,在汽车需要制动的行动中,可能有下面的几种情况发生:(1) 后轮受力作用后先被抱死不动,接着前轮再跟着抱死,一起拖滑。(2) 第二种和第一种情况相反的,是前面的轮子先抱死力,然后后面的车轮再受力抱死不动。(3) 那么最后一种情况就是,汽车一有强烈制动的时候,前轮和后轮一起抱死,然后在路面上拖滑往前在经过科学的论证以后,以上的几种情况当中,(3)的情况下,汽车对地面的附着力运用得最好。由式(3-7),(3-11),(3-12)可以推导出车辆在系数是的路上行驶,在进行制动的行动时,前面的车轮和后面的车轮在一起抱死前后轮利用地面附着力很充分的条件表现为: (3-13) (3-14)式中 ; ;前轴车轮的地面制动力;后轴车轮的地面制动力; G 汽车重力;,汽车当前的质心高度在横向上,距离前、后轴的距离;汽车质心高度。两式(3.13)、(3.14)中,前面、后面的轮子同时抱死时,前、后轮制动器的制动力是关于地面系数的函数。消去附着系数可得: (3-15)式中 L 汽车的轴距。按照以上的公式,带入相关数据,可以表现为坐标之间的关系,那么我们可以把它们这样的曲线之间的关系称作理想曲线。前轮和后轮制动器力的分配关系在通过坐标表现出来以后,所得到的曲线I。如图3-3所示。假设车辆在制动器,按照下图的曲线规律变化时。就可以保证车辆在系数的路面上采取制动措施时。都能够达到前面和后面的车轮同时受到力作用抱死的效果。然而,货车的前面、后面制动器产生力的之比值为一般为固定的值。并以和汽车受到的总的间的比值来表现出分配的比例关系。传统上把这样的关系叫做汽车制动器: (3-16)图3-3理想制动力分配系数联合式子(3-13)、(3-14)、(3-16)可得: 代入 空载时: 满载时:在现实条件下,附着条件是被限制在一定的范围内的,不可能说在无限的值内变化。我们上面提到的周缘力在数据上和地面力的大小是一样的大小。这样的又通常被人们因为定义的关系称为制动力分配。在上图直观的表现出来,我们可以看到,车辆不论是满载或者空载,他们的理想曲线都表现得非常相近。这样的结构让我们参照并选择了不是感载的比例阀。这样总体的设计应该在系统里面产生。3.2同步附着系数由式(3.16)可得: (3-17)上面的式子在坐标上的表现就是一条路过原定由固定斜率为。这个公式的直观表达就是制动器的分配的汽车上,它的前面和后面的制动器的力的分配线。我们在图中可以看得出来,与I曲线的交点是点B,这样我们可以根据公式求出点的。这和系数对汽车的动力性来说是一个重要的参数。所取值的大小取决于车辆本身的结构决定。同步附着计算公式为: (3-18)由式(3.18)可得 空载: 满载:制动力本身的是要求在一个合理的范围内的。是通过与的关系的合理曲线来决定的。这个指标直接显示出制动力在分配的过程中是否合理。这个系数值汽车常常成为汽车优化的一大方向。不管是鼓式其他类型的制动器,分配系数一定能够要保持在一个良好的范围内,才能保证车辆的制动效果达到预先设定的理想的效果。3.3制动器最大制动力矩车辆都是有一个最大的制动力和力矩的。这个力只能在汽车在正常的路况下,附着在地面上的质量被充足运用的状况下,才能被更加接近完整的值计算出来。在上文我们把车轮的和制动力的比值就可以求出来。并根据总结可以看得出来他们之间称为了正比。由式(3.13)、(3.14)可知,设计选择了双轴汽车。那么设计的车辆前后轴上的车轮力在的到比较好的应用的情况下,它们同时抱死的情况下。制动力、之间的相除的值为: (3-19) 式中 : 同步附着系数; 汽车质心高度。通常,上式的比值:轿车约为1.31.6;货车和轿车是有所不同的,一般为0.5到0.7之间。制动器在正常运行下所能在轮上所能有的力矩是会受到车轮力矩限制的。总结力之间的关系后,可以表达为下式: (3-20) (3-21)式中: 前轴制动器的制动力,; 后轴制动器的制动力,; 车轮有效半径。在选择的时候,是按照实际的在市面上使用的车辆的情况做参考,和国家相关的标准GB系列的规定,和车辆出厂规定,设计选取的轮胎型7.50-20。可得有效半径=452mm。在正常条件下: (3-22) (3-23) 由式(3.12)、(3.23)可得:=1228.57 =373.214 制动器的设计计算4.1结构参数4.1.1制动鼓内径D在下图可以可以看的出来,是有制动系统输出制动器里面的力,这个力的大小由驾驶员主观意识下对制动器下的命令和制动器本身的调节。假设这个是一定的。在空间的影响下,我们不难就能得到散热的好坏就可以直接由鼓的内经的增大而增大。但是在事实上,D的大小是受到轮辋的限制的。在设计的时候,我们应该保持轮辋和鼓之间的合理间隙的条件下,来增大D的。不然散热就会受到影响力。制动的时候,受到直接的摩擦的力的关系会让整个制动器温度变得很高。这时候我们应该保证制动器的热容量和刚度。图4-1 主要几何参数在正常条件下:乘用车 =0.64-0.74 商用车 =0.70-0.83 (4-1)在制动鼓这一块,轮辋的直径直接可以初定D的大小。有关书籍给了关于D尺寸的参考。在书上明确表达出。从收集的资料可以看出来。目前市面上的传统的客车和载货类型的制动鼓内径比轮辋小,轿车就不一样了,一般比轮辋外径小。这样,我们可以按照设计需要,按照所选车型的轮辋直径确定见(表4-1)。表4-1 制动鼓最大内径轮辋直径/in121314151620制动鼓最大内径/mm轿车180200240260-货车、客车220240260300320420 参照所选车型的原本内径和市面上同类型车。本设计所给定的内径是
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