cv6微型汽车电子机械制动器设计【含CAD图纸、UG三维、说明书】

本科生毕业设计说明书1本 科 毕 业 设 计CV6 微型汽车电子机械制动器设计系部名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 年 月本科生毕业设计说明书2摘 要汽车行业的飞速发展使得更多家庭的生活提供了方便，同时小轿车也逐步成为人们代步的工具。而越来越多的汽车在道路上行驶必将导致交通的拥堵，同时对于汽车紧急停车减速慢行的要求也越来越高，因此对于汽车行业来说整车的安全性能是一个车型成功与否的关键。而整车的安全性能中，制动系统又是真个安全性能中最重要的一部分，因此对于制动器的设计尤为重要。本设计中主要是对 EMB 电子机械制动器进行设计，设计中主要对盘式制动器的结构/制动主缸等进行设计。在设计阶段首先通过查阅图书资料及现场生产实习，明白盘式制动器的结构原理及工作原理。同时通过基础车型的基本数据对制动器的制动力、摩擦力，制动主缸，换向机构，行星机构等主要参数进行设计计算。利用 CAD 制图软件对制动器进行绘制，最终完成设计说明书。关键字：EMB；盘式制动器；制图； 安全性能；换向机构本科生毕业设计说明书3ABSTRACTWith the rapid development of automobile industry, more and more families are living in a convenient way. At the same time, cars have gradually become a tool for people to walk. And more and more cars will lead to traffic congestion on the road. At the same time, the requirement of emergency parking and slow down is getting higher and higher. Therefore, the safety performance of the vehicle is the key to the success of the vehicle model for the automotive industry. The brake system is the most important part of the vehicle safety performance, so the design of the brake is particularly important. In this design, EMB electromechanical brake is mainly designed, and disc brake structure/main cylinder is mainly designed. In the design stage, the structure principle and working principle of disc brake are understood by consulting books and materials and field production practice. At the same time, the brake force, friction, main cylinder, commutation mechanism, planetary mechanism and other main parameters of the brake are designed and calculated by the basic data of the basic vehicle model. The brake is drawn by CAD drawing software, and the design specification is finally completed. Key words: EMB; disc brake; drawing; safety performance; reversing mechanism n. 本科生毕业设计说明书4目 录摘 要 2ABSTRACT.31.1 制动系统的简介 61.1.1 制动系的组成部分 61.1.2 制动系的分类 71.2 EMB 研究现状及发展趋势 71.2.1 EMB 的研究现状 .71.2.2 EMB 发展趋势 .81.3 EMB 制动器研究的意义 91.4 研究的方法及技术路线 101.4.1 研究方法 .101.4.2 研究技术路线 .101.5 研究主要内容和设计要求 11第 2 章 制动器设计方案的分析 .122.1 EMB 制动器的工作原理 .122.1.1 EMB 制动器的总体结构 .122.2 EMB 制动器的工作原理 122.2 制动系统的总体设计 142.2.1 分配基础制动力 .142.2.2 同步附着系数的选择 .152.2.3 制动力矩的计算 .152.2.4 制动因数的确定 .16第 3 章 EMB 制动器行星减速部分的结构设计 .163.1 设计基础参数的确定 .163.2 传动比与配齿计算 .173.2.1 传动比的确定 173.2.2 传动简图的确定 173.2.3 配齿计算 18本科生毕业设计说明书53.3 齿轮的主要参数设计 183.3.1 齿轮材料的选择 193.3.2 模数的计算 193.3.3 啮合参数的计算 213.3.4 齿轮几何尺寸的计算 233.4 传动效率的计算 .24第 4 章 制动器本体的结构设计与计算 .274.1 盘式制动器结构分析 274.2 主要结构参数设计 284.2.1 制动盘直径设计 .284.2.2.制动盘厚度设计 .284.2.3.摩擦衬块设计 .284.3 制动器压力的计算 294.3.1 磨损特性分析 .294.3.2 热容量的核算 .304.3.3 制动力矩的计算 .304.4 驻车制动的计算 .3245 制动钳的结构分析 334.6 制动盘的结构分析 334.6.1 制动盘 .334.6.2 摩擦材料 .34结 论 34参考文献 36致 谢 38本科生毕业设计说明书6第 1 章 绪 论1.1 制动系统的简介使行驶中的汽车减速甚至停车，使下坡行驶的汽车的速度保持稳定，以及使已停驶的汽车保持不动，这些作用统称为制动；汽车上装设的一系列专门装置，以便驾驶员能根据道路和交通等情况，借以使外界（主要是路面）在汽车某些部分（主要是车轮）施加一定的力，对汽车进行一定程度的制动，这种可控制的对汽车进行制动的外力称为制动力；这样的一系列专门装置即称为制动系。这种用以使行驶中的汽车减速甚至停车的制动系称为行车制动系；用以使已停驶的汽车驻留原地不动的装置，称为驻车制动系。这两个制动系是每辆汽车必须具备的。图 1.1 汽车制动系组成1-制动助力器； 2-制动灯开关； 3-驻车制动与行车制动警示灯； 4-驻车制动接触装置；5-后轮制动器； 6-制动灯； 7-驻车制动踏板； 8-制动踏板；9 制动主缸；10-制动钳；11-发动机进气管； 12-低压管； 13-制动盘1.1.1 制动系的组成部分供能装置：包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质状态的各种部件。本科生毕业设计说明书7控制装置：包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。传动装置：包括将制动能量传输到制动器的各个部件制动器：产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力（制动力）的部件，其中包括辅助制动系中的缓速装置。1.1.2 制动系的分类按制动能源来分类，行车制动系可分为，以驾驶员的肌体作为唯一制动能源的制动系称为人力制动系；完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形式的势能进行制动的则是动力制动系，其制动源可以是发动机驱动的空气压缩机或油泵；兼用人力和发动机动力进行制动的制动系称为伺服制动系。驻车制动系可以是人力式或动力式。专门用于挂车的还有惯性制动系和重力制动系。按照制动能量的传输方式，制动系可分为机械式、液压式、气压式和电磁式等。同时采用两种以上传能方式的制动系可称为组合式制动系。制动系统是评价汽车安全性的一个重要因素，也是汽车的重要组成部分之一。当今汽车行业已经非常发达，人类对汽车的性能要求也越来越高。一款安全、轻便、环保、经济的制动系统可以大大提高汽车的性能。这也是汽车设计人员不断追求的目标。1.2 EMB 研究现状及发展趋势1.2.1 EMB 的研究现状电控机械制动系统（Electromechanical Brake System,简称 EMB）最早是应用在飞机上的，目前正处于向汽车领域转化的研究发展时期。从 20 世纪 90 年代起，一些著名的汽车电子零配件生产厂商，如德国的 Bosh（博世） 、Siemens（西门子）和Continental Teves（大陆天合）等相继开始了对 EMB 的研究，并作过一些相应的系统仿真和装车试验 10。另外 Eaton、Allied、Signal、 Delphi、Varity Lucas、Hayes 也参与了 EMB 的研发竞争之中。而国内在此项目上的研究基本为空白，仅有清华大学研究过 EMB 的试验台、同济大学试制出了样机；其他高校也只是进行了一些相关的初步研究，一些核心技术仍未被突破。由于鼓式制动效能恒定性差；制动鼓空间小，使 EMB 的电机和传动装置的布置受到限制。现在各大公司均以浮钳盘式制动器为基体，进行 EMB 的研发。EMB 与本科生毕业设计说明书8汽车目前使用的普通盘式制动器结构类似，只不过其制动钳的促动力不是由液压产生，而是由电机经过传动装置直接驱动制动钳，来产生制动力。另外一种采用楔块机构增力的 EMB 称为 EWB(Electromechanical Wedge Brake) ，EWB 是 2006 年法兰克福车展上电子和机械电子产品开发商 Siemens VDO（西门子 VDO）推出的（如图 3 所示）。其原理是在支座和旋转的制动盘之间架起一对楔块，楔块相对运动时产生推动制动衬片压向制动盘方向的运动，从而产生制动力，同时利用伺服电机控制该楔块的运动，使之不至于锁死。在智能控制下，楔块将车辆的动能直接转换为刹车能，由于其自增力作用，EWB 比现有的液压刹车更快，因此楔块式 EMB 电机的功率可大幅度下降。1.2.2 EMB 发展趋势目前EMB制动系统的技术还不成熟，离普及还有一段很长的路，需要解决的技术问题还很多，国外把对电控机械制动系统的研究重点集中在以下几个方面 8（1）力矩电机的设计。EMB的一个极大的优势就是制动相应快，所以要求电机必须相应速度快。此外也要求电机功耗小、输出的力矩大。另外在制动过程中，电机将在“堵转”的恶劣环境下工作，因此对电机的可靠性要求高，而且必须机构小巧紧凑、便于安装布置，能在各种恶劣条件下可靠工作。（2）机械电子执行机构。对于机械电子执行机构的研究已经有几家公司提出了设计方案，目前的执行机构中机械零件还比较多、结构也很复杂。如何有效的传递转矩、增大转矩，如何保证机构能自动调节制动间隙，如何使结构尽量小巧并且可靠都是在设计中要重点考虑的问题。本科生毕业设计说明书9（3）灵敏度高而又廉价的传感器。现在使用的传感器功能还比较单一，灵敏度也有提高。为了保证EMB系统能正常可靠的工作，需要研发灵敏度高、功能集成、质优价廉的新型传感器。（4）耐高温电子元器件。对耐高温电子元器件的研究主要涉及到2个方面：一个是在电子元器件本身下功夫，提高其对高温的承受能力和在高温下的工作稳定性；另一个就是改良制动盘的材料和提高其散热能力，通过优化设计提高整个制动器的散热性能，为电子元器件的工作提供良好的环境。（5）高可靠性的电线和连接件。在新的EMB制动系统中，电线和连接件取代了原来的制动管路等部件，因此要求必须可靠，这将直接影响到整个系统的安全性和可靠性。（6）可自适应调节的控制算法。目前车辆制动器在控制算法上主要采用3种：滑模控制、逻辑门限值控制和最优控制算法。以后为了适应EMB的发展和特点还可以有新的控制算法。（7）系统容错控制。电控制动系统的容错型涉及到制动系统的安全性和可靠性，因此是一个至关重要的研究方向。有些学者是用实验的方法去监测和评估EMB对制动请求的响应情况，并通过一定的算法来忽略瞬间的错误信号借以实现系统的容错控制；有的是在分布式的线控制动系统中加入一个中央控制芯片，这是一个专门进行容错控制的冗余设计，并配以专门编写的软件来进行容错控制处理；最新的研究是在系统中引入一个监控器，用以检测可能导致系统错误和失效的信号，然后产生错误检测代码，根据代码来处理失效和提高安全性。车辆电控系统的容错控制是一个涉及到计算机硬件、软件、通信协议等多方面的比较难解决的问题。1.3 EMB 制动器研究的意义汽车作为一种地面交通工具，行驶、转向、停车是其三个基本功能。而其中停车功能就是由汽车的制动系统来完成的。 “安全、节能、环保”是汽车未来发展的三大主题，制动系统作为汽车的一个重要组成部分，直接影响到汽车的安全性。EMB 制动系统是以电能作为能量来源，由中心控制模块控制，由电机经过传动装置产生促动动力驱动制动钳，实现制动功能的全新制动系统，与传统制动系统相比，它具有以下优点 9：1EMB 制动系统用电线传递能量、数据线传递信号，完全摒弃了原有的液压管本科生毕业设计说明书10路等部件，而且无真空助力器，结构简洁、质量轻、体积小，便于发动机舱其他部件的布置，也有利于减轻整车质量和整车结构的设计与布置。2EMB 采用了电控，易于并入车辆综合控制网络中（CAN 总线） ，并且可以同实现 ABS、TCS 、ESP 、ACC 等多种功能，这些电子装备的传感器、控制单元等部件可以与 EMB 共用，而无需增加其他的附加装置。避免了像传统制动系统那样,在制动系统线路上安装大量的电磁阀和传感器，使得制动系统结构更加复杂，也增加了液压回路泄漏的隐患。3在传统的制动系统中，踏板至制动主缸的机械结构以及气压液压系统的固有特性，使得制动反应时间长、动态响应速度慢。制动力由零增长到最大大约需要0.20.9S, 而且当需要较小的制动力时，动态相应更慢。而 EMB 制动系统就不存在这样的问题，EMB 以踏板模拟器代替了传统的机械踏板传力装置，中心控制单元接受踏板模拟器传来的电信号，判断驾驶员的意图，产生相应的控制命令，这样便大大缩短了制动反应时间，而且改善了制动时的脚感，无打脚现象。4传动效率高、安全可靠、而且节能。5无需制动液，降低了对环境的污染。总之，现代汽车发展的方向是模块化、集成化、机电一体化，最终实现整个车辆的线控。而 EMB 正是这已发展方向的体现。虽然目前尚未有比较完善的、量产的产品，但在国内外各个汽车厂商和高校的大力研发之下，EMB 必然会在不久的将来代替传统的制动系统，为汽车进一步向前发展打下良好的基础。1.4 研究的方法及技术路线1.4.1 研究方法（1）通过查阅相关资料，掌握 EMB 制动器的主要参数。（2）充分考虑已有 EMB 制动器的优缺点来确定 EMB 制动器的总体设计方案，对现有装置的不足进行分析。（3）对设计的盘式制动 EMB 制动器器进行修改和优化，最终设计出能满足要求的 EMB 制动器。1.4.2 研究技术路线（1）根据题目和原始数据查看相关资料，了解当今国内外 EMB 制动器的发展现状及发展前景，撰写文献综述和开题报告。本科生毕业设计说明书11（2）根据产品功能和技术要求提出多种设计方案，对各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案，再对所选择的方案做进一步的修改或优化，最终确定总体设计方案。（3）具体设计盘式制动器的驱动装置、工作装置等。 （4）对所设计的机械结构中的重要零件进行校核计算，保证设计的合理性和可行性。 ；（5）绘制零件图、装配图，完成要求的图纸量；（6）整理各项设计资料，撰写论文。1.5 研究主要内容和设计要求对于不同车型，不同的 EMB 制动器有着不同的设计要求，针对本设计的汽车 V而言主要的设计要求如下：（1）所设计的制动器各项性能指标及结构要满足国家技术指标要求及法规认证的要求；（2）制动器要求足够的制动能效，在车辆各种使用工况下可以满足车辆所需的制动力，保证车辆可以减速及紧急制动；（3）制动器的工作要可靠，有足够的耐久性。在车辆三包期及后期的使用过程中可以保证制动性能；（4）制动器的结构要简单且便于维护，以便降低制造成本，提高制动效能及时间；（5）针对制动拉索及操作机构的设计要保证驾驶员操作方便，便于在紧急情况下采取制动措施；此外针对本次毕业设计所设计的主要内容如下：（1）通过查阅图书馆及电子资料了解制动器的工作原理及基本设计思路，为后期的设计奠定基础；（2）通过主机厂及 4S 店的现场实习了解盘式制动器的结构及主要零部件工作性能；（3）根据基础车型的主要参数对制动器的制动力矩、操纵力矩、摩擦力矩进行计算；（4）利用计算数据结合整车的布置及参数绘制制动器二维总装图及主要零部件图；（5）整理计算及资料、根据设计图纸完成设计说明书论文的编写；本科生毕业设计说明书12第 2 章 制动器设计方案的分析2.1 EMB 制动器的工作原理2.1.1 EMB 制动器的总体结构EMB 电控制动系统作为 BBW 线控制动系统的一种形式，除了有全新的电控制动器，还有其全新的制动系统，如图 4 所示。EMB 电控制动系统有 6 大基本组成部分：安装在 4 个车轮的独立的电控制动器；制动踏板模拟器；中心控制单元；电控制动器的控制器；轮速、车速等各种传感器；电源系统 3。由图 4 可见，每个车轮都有一个独立的电控制动器及其控制器。中心控制单元根据踏板模拟器传来的信号，识别驾驶员的意图，再根据车速、轮速等多种传感器来获得整个车辆的运行状态，综合处理各种信息后，发出相应的制动信号给 4 个控制器，控制器得到信号后将控制4 台电机分别对 4 个车轮独立进行制动。通过传感器再将每个制动器的实际制动力矩等信息反馈给中心控制单元，形成闭环控制，以保证最佳制动效果。电控制动器制动力和制动时间都是由中心控制单元控制的，所以只需把 ABS、TCS 、ESP 等功能的程序写入中心控制单元，而不必多加另外的硬件设备，便可以集中实现各种制动安全控制的功能。这正体现了线控系统模块化、集成化的优越性。2.2 EMB 制动器的工作原理图 4 EMB 电控制动系统结构简图本科生毕业设计说明书13EMB 电控制动器是制动系统的制动执行机构，也是其核心部件，它的性能的好坏直接影响了制动的效果。它一般有四个基本组成部分：电源、电机、运动转换装置和制动钳，如图 5 所示 1。在传统形式的 EMB 中，电机经减速装置减速增扭，再由运动转换装置将旋转运动转换为直线运动，驱动制动钳对制动盘进行制动，电机的运动由 EMB 控制器控制。对 EMB 的结构和性能有以下几点要求 2：1电机要小巧而又能提供足够大的力矩；2传动装置能减速增扭，还要将旋转运动转换为直线运动；3整个机构要工作迅速，反应灵敏；4能自动补偿制动间隙，并能实现驻车制动；5有良好的散热性；6整个执行器结构紧凑、体积小、质量轻、以便于安装；7有足够的强度和寿命，以保证安全可靠。工作时,动力由电机输入端5输入给内部的两个行星轮系10和12,然后传递给螺纹心轴19,再经螺纹心轴19,螺母17和螺纹滚柱18组成的类似行星齿轮机构转化为螺母17图 5 EMB 执行机构结构简图本科生毕业设计说明书14的直线运动。螺母17推动制动钳块22,将制动力施加在制动盘21上。摩擦盘8与行星轮系12的太阳轮15通过一个杯形弹簧16固接在一起,摩擦盘2与行星轮系12的行星齿圈26以同样的方式固接。在两个行星轮系10,12之间有两套电磁离合器7和11。当两个电磁离合器通电时,摩擦盘2 和8分别与母体11和7结合,同步运动。不通电时,摩擦盘受制动环限制无法转动。此执行机构有如下4种工作方式:(1) 电磁离合器7通电, 11不通电。此时太阳轮6、15结合同步转动,齿圈26在制动盘24的作用下静止,两个太阳轮6、15旋转方向相同,传动比大,可提供迅速克服制动钳块22和制动盘21之间间隙。(2) 两个电磁离合器都通电。此时太阳轮6、15,齿圈1、26都同步转动。由于太阳轮6、15转动半径相同,齿圈1、26转动半径也相同,而行星轮4的转动半径大于行星轮13,因此行星轮架14转动方向仍然与太阳轮15相同,实现了减速增矩的功能。(3) 电磁离合器7不通电, 11通电。此时齿圈1、26结合,同步转动,太阳轮15在制动环24的作用下静止,此时行星轮架14和齿圈26的旋转方向相反,在不需电机反转的情况下,即可使制动钳块22和制动盘21分离。此功能可用来调整制动间隙。(4) 两个电磁离合器都不通电。此时太阳轮15,齿圈26在制动环24的作用下都不转动,行星轮架14亦无法转动,因此制动力矩始终施加在制动衬块22上,实现制动力保持,此种工作方式可用于驻车功能。2.2 制动系统的总体设计2.2.1 分配基础制动力根据公式： （2.1）Lhg02得： 1.38.65.67式中：L 2为质心位置； h g为质心高度； L 为轴距本科生毕业设计说明书152.2.2 同步附着系数的选择同步附着系数是车辆制动性能的重要参数，由车辆结构参数决定。制动力分配系数的实际前后制动器的制动力分配线与车辆理想的前后制动力分配曲线的交点 I线与交点。对于前后制动器制动力比例固定的车辆，只有在粘附系数等于同步附着系数的道路上，车辆前后轮才会同时锁定。当汽车在不同路面上制动时，可能会出现以下 3 种情况。（1）：刹车前前轮始终锁定。这是一个稳定的工作条件。（2）当时制动器一直锁定时，后桥首先被锁定，容易发生后轴打滑，导致车辆失去方向稳定性。（3）当时：制动时前轮和后轮锁定在一起，这是一个稳定的工作状态，但也失去了转向能力。现代化的道路条件得到了很大的改善，汽车的速度也有了很大的提高。因此，在制动时锁定后轮的后果非常严重。由于车速高，不仅会导致侧滑尾翼抖动，甚至失去控制稳定性，所以后轮的情况非常严重，所以现在各种车型的价格都呈上升趋势。汽车0.6;货运车 0.5 3。（2.2）20gLh故取 =0.602.2.3 制动力矩的计算由轮胎与路面附着系数所决定的前后轴最大附着力矩：（2.3）egrqhLGM)(1max2式中：该车所能遇到的最大附着系数；q制动强度；车轮有效半径；er最大制动力矩；max2MG汽车满载质量；L汽车轴距；q= = =0.66gha)(01.380.7.(6)5本科生毕业设计说明书162max1580=.30.67*.850.6.3710.m.M N制动力矩为 1010N.m2.2.4 制动因数的确定制动器因数定义为在制动盘的作用半径上所产生的摩擦力与输入力之比，即fTBFPR（2.4） 式中： 制动器的摩擦力矩；fT制动盘的作用半径；R输入力，一般取加于两制动蹄的张开力的平均值输入力。P对于钳盘式制动器，设两侧制动块对制动盘的压紧力均为 P，即制动盘在其两侧的作用半径上所受的摩擦力为 2 ,此处 为盘与制动衬块饿摩擦系数，于钳盘式fPf制动器的制动器因数为（2.5fBF2）f取 0.5得 BF=20.5=1第 3 章 EMB 制动器行星减速部分的结构设计3.1 设计基础参数的确定本课题的研究目标为 CV6 微型汽车电子机械制动器，要求其制动扭矩达到200Nm；具体设计参考参数如下：本科生毕业设计说明书173.2 传动比与配齿计算3.2.1 传动比的确定主减速比的大小对于主减速器的构造、尺寸、质量还有当变速器处于最高档位时汽车的动力性和燃料经济性都有直接影响。i0的选取应该在汽车总体设计时和传动系统总传动比 it一同由整车动力计算来确定。所选取的 i0值必需保障汽车能达到设计要求的最高车速 Vamax,在给定发动机最大功率 Pmax及其 np的情况下 14。这时 i0值应按式 3.1 来确定：ghamxpi0Vr37.i（3.1）式中 r车轮的滚动半径 m; igh变速器最高档的传动比。 将已知的汽车参数带入 3.1 得到：5.183205.7.0i （3.2）在一般情况下，主减速器第一级的减速比 i01 与第二级的减速比 i02 相比要稍小些，通常 i02/i01=1.4-2.0 之间。在对比了同类车型的行星减速器的优缺点后，选定比较大的减速比。所以分配减速比如下：24.3i7.1i，3.2.2 传动简图的确定本次选取 NGW 型的行星齿轮传动系统，齿圈固定在车体上面，太阳轮作为输入部分，行星架作为输出部分。它的结构示意图如图 3.1 所示：本科生毕业设计说明书18图 3.1 齿 轮 传 动 简 图3.2.3 配齿计算首先选定太阳轮的齿轮数 Za 为 23，行星轮个数 np 为 5。一旦不符合实情立即再从新进行选取。根据 2Z-X(A)型行星齿轮传动的传动比(3.3) pZiipabxabbax 11因此特性参数iZab 24.(3.4)5.1234.p(3.5)6ic取 Zc=15,Zb=52(3.6)3.251ZabibaH(3.7)%8.4.ip因此传动比是合格的。即，最后确定 。15,2,3ZcbZa3.3 齿轮的主要参数设计在行星齿轮传动中，所有的齿轮比较常见的失效有齿轮表面的点蚀，齿轮外表面的面磨损和轮齿发生的断裂。提升齿轮接触面的硬度，减小齿轮外表面的粗糙度，加强润滑油的黏度和齿轮表面的接触精度，本科生毕业设计说明书19同时进行合理的变位都能提高齿轮表面抵抗点蚀的强度。在行星减速器的传动中，部分齿轮在内外力的反复高压下，一旦齿轮根部受到的弯曲应力超过材料许用的弯曲力大小时，齿轮根部就非常有可能产生因疲劳而产生的裂纹。如果产生的裂纹进一步扩大，最后就会导致齿轮因疲劳而断裂。齿轮表面的磨损是因为齿廓间的相对运动而产生，如果有硬的颗粒掉入齿轮工作面间，不可避免的会有齿轮表面的磨损。再封闭的齿轮传动中，必须不时进行润滑油的清洁和及时更换 15。3.3.1 齿轮材料的选择在行星齿轮传动中，齿轮材料的选定应全面的考虑到齿轮传动的实际工作情况。像载荷分类和大小，工作的情况，生产制造工艺和材料的来源及经济性等条件。选择齿轮材料的要求有：一边要包括其功能要求，一边要确定齿轮传动的工作牢固，安全。另一方面也应该让它的生产成本尽可能减少。选用速度不高，载量很大的重型机械的行星齿轮传动部分应选取调制钢 40Cr,35SiMn,35CrMnSi 等材料。经正火调质或表面淬火，让它又有更好的机械强度，硬度和韧性等综合功用。按照本设计所研讨的行星减速器的应用环境，培修条件，轮齿载荷性质与承载力大小。在实际工作中再联系齿轮常常产生的失效模式，想到生产制造工艺、材料来源、使用寿命和经济性等条件，最终选取齿轮材料和热处理办法如下： 中心轮 a 和行星轮 c 均采用 20CrNi3 渗碳淬火的调质合金钢，其齿面硬度 HRC=60，取 Hlim=1500N/ 2；F/lim=470 N/ 2；中心轮 a 与行星轮 c 的加工精度都是 6 级。内齿轮 B 选用 37SiMn2MoV 调质表面淬火的合金钢其齿面硬度为 HRC=55取 Hlim=1160 N/ 2；F/lim=360N/ 2；加工精度为 7 级；3.3.2 模数的计算通常情况下想到的方法就是用齿轮表面的接触强度大小来初步计算齿轮的分度圆直径，也能用齿轮的弯曲强度大小来初步计算齿轮模数。在这种情况下适当的增大 10%20%。行星轮数目 时，各个行星轮上的载荷平均，因而只需要剖析和计算其中的一个2pn即本科生毕业设计说明书20可，中心轮 a 在每一个上所承受的输入转矩由 3.8 计算11954npnTp(3.8) 或者按启动时转速最小，转矩最大来计算式中：Ta中心轮的转矩大小，N.m；np行星轮的个数。代入数据可得 T1=3273N.m；中心轮 1 的模数可由 3.9 估算3lim211FdaPAmZYK式中： （3.9）算式系数，关于直齿轮传动 ，关于斜齿轮传动 ；mK12.mK1.5mK啮合齿轮副中小个齿轮的名义转矩，N.m；1T运用系数；A综合系数；FK小齿轮系数；1aY计算弯曲强度的行星轮间载荷散布不均匀系数；Fp小齿轮的齿宽系数；d齿轮副中小齿轮的齿数；1z实验齿轮弯曲疲劳极限， ,取 和 中的较小值。limF2/mN1limF12liFaY算式系数 ，本课题采取直齿轮传动算式系数 ；K.K本科生毕业设计说明书21运用系数 ，以原动机匀称平定，工作机中等冲击取运用系数 ；AK 1.35AK综合系数 ，综合系数 ；F1.6F行星轮间载荷散布不均匀系数 ，根据经验，取散布不均匀系数 ；pK.Fp小齿轮齿形系数 ，取小齿轮齿形系数 ；1Fa 12.75Fa小齿轮齿宽系数 ，小齿轮齿宽系数 。dd3lim211FdaPAmZYKT（3.10）将所有系数及 T1=3273N. 2、Z1=23, F/lim=470 N/ 2，代入式 3.10 中算的m=5.34，所以取轮系的模数 m=6。3.3.3 啮合参数的计算因为本齿轮副没有变位，因而可直接依照标准齿轮的参数公式进行计算。在两个啮合副 a-c,b-c 中，其标准中心距为：m1452361Zcam21Zac）（）（b）（）（两个啮合的标准中心距不相等，最小齿数不满足根切条件，所以必需采取变位。ac 齿轮副变位 ， 。3815212Z20要最大程度的加大其齿面接触强度，如图 3.2，本科生毕业设计说明书22图 3.2 齿 面 接 触 强 度 分 析 图找到 对应的横坐标点，经过该点作条垂线与右线图的上边边界交于 A 点，A123z点对应的啮合角 ，与下边界线交于 B 点，B 点对应的啮合角 则026 0519啮合角可取大小为 ，为加大齿面接触强度，应使啮合角越大越好，现519取啮合角 ， 线与 所对应的垂线交于 C 点，C 点对应变位系3Z12数由公式 3.11 计算：9.020tan149.37.812iviZx（3.11）在图 3.2 中，用斜线 2 调配变位系数。由点 C 作一条水平线与斜线 2 相交在点 C1，通过点 C1作垂线，交 x1轴于点 D，点 D 对应的 x值即为 1。由此得 ，49.01x16。49.02x85.01cos1Zy（3.12）本科生毕业设计说明书2314.085.12xyma12046cos1212（3.13）齿轮副变位：bc3715232Z根据同心条件计算齿轮 b 的变位系数：ma01238.0cosZy（3.14）已知， 26cosar96.020tan149.37.2iviZx（3.15） 13.8.23xy因为 ，所以 ；1 45.1906.2x式中：齿轮副的标准中心距大小 ；a齿轮的压力角，其大小为 20；inv 标准压力角的渐开线函数；inv 啮合角的渐开线函数。本科生毕业设计说明书243.3.4 齿轮几何尺寸的计算其中齿顶高系数 ，顶隙系数 ；*1ah*0.25c中心距变换大小系数 ；3.0y齿顶高变动系数等于 0.13；变位系数和等于 0.99；变为系数分别为： , , ；49.1x.245.13x齿数比： 6.01Zu4.35232分度圆直径： md18619052323基圆直径： mdb7.1cos16842b3.9cs3齿顶高： myxhmhaaa 16.8121 齿根高： cfff 543齿顶圆直径： daa2.5411mh0622aa8.933齿根圆直径： dff 11mhff .022ff 33本科生毕业设计说明书25齿顶圆压力角： 80.32cos11abad.722aba1.5cos313abad端面重合度： 19. tanttant2211 ZZ5. tttt 32223 aa3.4 传动效率的计算行星齿轮传动的效率是评估其传动功能好坏的重要指标之一。关于不同的传动类型行星齿轮传动，它的效率并不是一成不变的。对于同一类型的行星齿轮传动，效率 值的大小也可能随着传动比 ip值的变化而变化。在同一类型的行星齿轮传动中，当输出件，输入件不一样时，其效率 值也不一样。并且，行星齿轮传动效率变动大小很大，其 值可以是最大的 0.98，也能是接近于零，甚至小于零，也就是可以自锁17。想要求行星齿轮传动效率 值的大小，首先应剖析和理解它的传动损失是怎么回事。在行星齿轮整个运动的过程，它的主要的功率损失有下面几种情况：1）相互啮合的齿轮中齿轮副之间的摩擦损失；2）轴承中摩擦损失；3）液力损失。在行星齿轮传动中，Pa 为输入轴所输入的实际功率，Pb 为输出轴所输出的实际功率，Pt 就是行星齿轮传动过程中的摩擦损失功率。按照规定可以知道，输入轴所传递的功率 Pa0，即 Pa 为正值，而输出轴所传递的功率 Pb0，即 Pb 为负值。依照通常的效率计算方式，就可以知道行星齿轮传动的效率公式为ABP（3.19）因输入功率 PA=-PB+PT=P B+ P T,则得本科生毕业设计说明书26BTTBP1(3.20)ATAP(3.21)由于 Pa0，由公式可得其传动效率为： 1TApbaxP依照啮合功率法的通用原理 PT=PTX,就能进一步推导出 PT与 的关系式。xaxaTxab1(3.22)则得1xxTabTPP(3.23)Pa0,P x011xb xababax abxii(3.24)根据式 4.7，则得行星齿轮传动效率为1xxabp(3.25)转化机构的功率损失系数 计算x其损失系数 等于啮合损失系数和轴承损失系数之和，即x1xnm(3.26)对于 A 型行星传动，其啮合系数之和为xxmab(3.27)本科生毕业设计说明书27啮合损失系数；Xm齿轮传动系统中中心轮 a 与行星轮 c 之间的啮合损失系数；a齿轮传动系统中中内齿圈 b 与行星轮 c 之间的啮合损失系数。Xmb啮合损失系数的确定在转化机构里面，只须要计算思考齿轮副的啮合摩擦损失，)1(22zfmX(3.28)齿轮副中小齿轮齿数；1z齿轮副中大齿轮齿数；2齿轮啮合副的重合度；啮合摩擦因数，一般取 ；mf 0.61mf在上面的公式中，正号“+”运用在外啮合上；负号“-”运用在内啮合上。2.iababxZW1Hbaxxabi02.152308.1baxcZfu(3.29)初步计算时 zH 和 rH 可忽略不计则 =1-0.0202（1+23/52）=0.971该传动系统传动效率较高。第 4 章 制动器本体的结构设计与计算汽车刹车几乎都是机械摩擦式。 通过将固定元件应用于旋转元件，制动扭矩被施加以降低后者的旋转角速度。 同时，车轮的制动力由车轮和路面的附着产生，使车辆减速或停止。汽车制动器根据其在车辆上的位置分为车轮制动器和中央制动器。 前者安装在本科生毕业设计说明书28车轮上，由脚踏制动踏板操作，也称为脚踏制动器; 后者安装在传动系统的轴上并用手操作，因此它再次成为手制动。 车轮制动通常应用于车辆制动以及第二次制动和停车制动。 中央制动器通常仅用于驻车制动和低速制动。4.1 盘式制动器结构分析盘式制盘式刹车按摩摩擦副的结构分为卡钳盘和全盘式两大类。（1）钳板根据制动钳的结构类型，钳式制动器可分为固定钳盘式制动器，浮动盘式制动器等。（1）固定卡钳盘式制动器：该制动器中的制动钳未固定，制动盘与车轮连接并在制动钳体开口槽内转动。它具有以下优点：除活塞和制动块外没有其他滑动部件。确保制动钳的刚性很容易;结构和制造过程与一般的鼓式制动器没有多大区别。实现从鼓式制动器到盘式制动器的改革是很容易的，并且可以很好地适应多回路制动系统的要求。2.浮动盘式制动器：制动器具有以下优点：盘内只有液压缸，轴向尺寸小，制动器可进一步靠近轮毂;油路或油管没有跨越制动盘和液压缸的良好冷却条件，所以制动液蒸发的可能性很小;成本低;浮动夹紧制动块低。它也可以用于停车制动。（2）全盘在全盘式制动器中，摩擦副的旋转元件和固定元件都是圆形板。制动时各盘摩擦面全部接触，作用原理与摩擦离合器相同。由于制动器散热条件差，其应用范围并不广泛。通过对盘式和鼓式制动器的分析比较，可以得出盘式制动器和鼓式制动器具有以下突出优点：（1）制动器的稳定性良好。效率因子与摩擦系数之间关系的 K-p 曲线是平衡的，因此对摩擦系数的要求可以放宽，因此摩擦表面对温度和水的敏感性较低。因此，当车辆高速行驶时，可以保证制动的稳定性和可靠性。（2）当盘式制动器制动时，盘式制动器的减速度与制动管路的压力线性相关，而鼓式制动器是非线性的。（3）鼓式平衡差时输出转矩平衡。（4）制动盘通风冷却效果好，带通风孔的制动盘散热效果好，热稳定性好，刹车踏板力小。（5）车辆的速度对踏板力影响很小。本科生毕业设计说明书29结合上述优点和缺点，设计了浮动盘式制动器。4.2 主要结构参数设计4.2.1 制动盘直径设计制动盘直径 D 希望尽量大些，这时制动盘的有效半径得以增大，就可以降低制动钳的夹紧力，降低摩擦衬快的单位压力和工作温度。但制动盘直径 D 受轮辋直径的限制。通常，制动盘的直径 D 选择为轮辋直径的 70%79%。所以求得制动盘直径D=256mm 。4.2.2.制动盘厚度设计制动盘厚度直接影响制动盘质量和工作时的温升。为使质量不致太大，制动盘厚度应取小些；为了降低制动时的温升，制动盘厚度不宜过小。通常，实心制动盘厚度可取为 10 mm20 mm；只有通风孔道的制动盘的两丁作面之间的尺寸，即制动盘的厚度取为 20 mm50 mm，但多采用 20 mm30 mm。 取 h=20mm 。4.2.3.摩擦衬块设计推荐摩擦衬块的外半径 与内半径 的比值不大于 1.5。若此比值偏大，工作时2R1摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大，则其磨损就会不均匀，接触面积将减小，最终会导致制动力矩变化大。摩擦衬块厚度取 14mm,推荐根据制动摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在 1.6kg/3.5 kg/ 内选取。摩擦面积取 76cm 。2cm2c24.3 制动器压力的计算4.3.1 磨损特性分析摩擦衬片的磨损与摩擦副的材质，表面加工情况、温度、压力以及相对滑磨速度等多种因素有关，因此在理论上要精确计算磨损性能是困难的。但试验表明，摩擦表面的温度、压力、摩擦系数和表面状态等是影响磨损的重要因素。汽车的制动过程，是将其机械能（动能、势能）的一部分转变为热量而耗散的过程。在制动强度很大的紧急制动过程中，制动器几乎承担了耗散汽车全部动力的任务。此时由于在短时间内制动摩擦产生的热量来不及逸散到大气中，致使制动器温度升高。此即所谓制动器的能量负荷。能量负荷愈大，则摩擦衬片（衬块）的磨损亦愈严重。双轴汽车的单个前轮制动器的比能量耗散率分别为本科生毕业设计说明书30（4.1）211()amvetA式中： ：汽车回转质量换算系数，紧急制动时 ， ； 021：汽车总质量；am， ：汽车制动初速度与终速度， / ；计算时轿车取 27.8 / ；1v2 msms：制动时间， ；按下式计算tst= =27.8/6=4.6jv21s：制动减速度， ， 0.610 6 ；j 2/smg6.02/m， ：前制动器衬片的摩擦面积； =7600mm ,质量在 1.52.5/t 的1A2 1A轿车摩擦衬片面积在 200-300cm ,2故取 =30000mm22：制动力分配系数。则 = =5.7121tAvmea67.0.482502/mw轿车盘式制动器的比能量耗散率应不大于 6.0 ，故符合要求。2/4.3.2 热容量的核算制动器热容量和温升是否满足下列条件：（4.2）()dhmctL式中： 各制动盘的总质量；dm与各制动盘相连的受热金属件（如轮毂、轮辐、轮辋、制动钳体等）的h总质量；制动盘材料的比热容，对铸铁 c=482 ，对铝合金 c=880dc /()JkgKA；/()JkgKA与制动盘相连的受热金属件的比热容；hc