商用車制動(dòng)器設(shè)計(jì)（課程設(shè)計(jì)）,商用,制動(dòng)器,設(shè)計(jì),課程設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)
題目：商用車制動(dòng)器設(shè)計(jì)
姓名：巫連茂
班級(jí)：07級(jí)車輛三班
時(shí)期：2011年3月9日
指導(dǎo)老師：陳子健老師
目錄
一 《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)任務(wù)書…………………………1
二 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) ………………………………………………………5
1. 制動(dòng)動(dòng)力學(xué)……………………………………………………………………5
2.制動(dòng)器設(shè)計(jì) …………………………………………………………13
3.制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………21
4.氣壓制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………22
一．《車輛工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)》設(shè)計(jì)任務(wù)書
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：商用汽車制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.2基本參數(shù)：
汽車滿載質(zhì)量：8930kg 自重: 3930kg 軸距：4050 mm 輪距：前輪1790 mm 后輪（雙胎中心線間距離）1686mm
前懸：1100mm 后懸：2050mm
1.3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)，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）制動(dòng)器主要參數(shù)確定
（2）制動(dòng)器設(shè)計(jì)計(jì)算
（3）制動(dòng)器主要結(jié)構(gòu)元件設(shè)計(jì)
（4）制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4．繪制制動(dòng)器裝配圖及主要零部件的零件圖
1.4設(shè)計(jì)要求
1．制動(dòng)器總成（前或后）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。
1.5設(shè)計(jì)進(jìn)度與時(shí)間安排
本課程設(shè)計(jì)為3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 1.0周
３．繪圖 1.0周
４．編寫說明書、答辯 0.5周
1.6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
6．王豐元 汽車設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 中國(guó)電力出版社
7. 王霄鋒 汽車底盤設(shè)計(jì) 清華大學(xué)出版社
1.7．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，尤其在繪制總布置圖前，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。
1.8．成績(jī)?cè)u(píng)定
成 績(jī)
內(nèi) 容
優(yōu)
良
中
及格
不及格
出勤情況（20%）
設(shè)計(jì)方案（20%）
性能計(jì)算（20%）
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，如有丟失，后果自負(fù)。
二 制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
制動(dòng)系是汽車的一個(gè)重要的組成部分。它直接影響汽車的行駛安全性。為了保證汽車有良好的制動(dòng)效能，應(yīng)該合理地確定汽車的制動(dòng)性能及制動(dòng)系結(jié)構(gòu)。
1.制動(dòng)動(dòng)力學(xué)
1.1 穩(wěn)定狀態(tài)下的加速和制動(dòng)
加速力和制動(dòng)力通過輪胎和地表的接觸面從車輛傳送到路面。慣性力作用于車輛的重心，引起一陣顛簸。在這個(gè)過程中當(dāng)剎車時(shí)，前后輪的負(fù)載各自增加或減少；而當(dāng)加速時(shí)，情況正好相反。制動(dòng)和加速的過程只能通過縱向的加速度ax加以區(qū)分。下面，我們先來分析一輛雙軸汽車的制動(dòng)過程。
最終產(chǎn)生結(jié)果的前后輪負(fù)載和，在制動(dòng)過程中，圖1.1隨著靜止平衡和制動(dòng)減速的條件而變?yōu)椋?
（1.1a） （1.1b）
設(shè)作用于前后軸的摩擦系數(shù)分別為fV和fh,那么制動(dòng)力為：
（1.2a）
（1.2b）
圖1.1雙軸汽車的剎車過程
它們的總和便是作用于車輛上的減速力。
（1.3）
對(duì)于制動(dòng)過程，fV和fh是負(fù)的。一般情況下，前后軸的摩擦系數(shù)是相等的。這種相等使 fV＝fh＝ax/g，理想的制動(dòng)力分配是：
（1.4）
（1.5）
這是一個(gè)拋物線Fxh(Fxv)和參數(shù)ax的參數(shù)表現(xiàn)。
當(dāng)然，每一個(gè)負(fù)載狀態(tài)都有它各自的理想制動(dòng)力分配。如果所有負(fù)載狀態(tài)都必須由一個(gè)固定的分配去應(yīng)對(duì)，那么最重要的條件往往就是滿載的情況。雖然，固定的分配在更多負(fù)載時(shí)無法實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的制動(dòng)力分配，
1.2、制動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與匹配的總布置設(shè)計(jì)硬點(diǎn)或輸入?yún)?shù)
新車型總體設(shè)計(jì)時(shí)能夠基本估算如下基本設(shè)計(jì)參數(shù), 這些參數(shù)作為制動(dòng)系統(tǒng)的匹配和優(yōu)化設(shè)計(jì)的輸入?yún)?shù).
已知參數(shù)
軸距（mm）L
4050
整車整備質(zhì)量（Kg）
3930
滿載質(zhì)量（Kg）G
8930
空載時(shí)質(zhì)心距前軸中心線的距離（mm）
2106
空載時(shí)質(zhì)心高度（mm）
880
滿載時(shí)質(zhì)心距前軸中心線的距離（mm）a
2835
滿載時(shí)質(zhì)心距后軸中心線的距離（mm）b
1215
滿載時(shí)質(zhì)心高度（mm）hg
1064
1.3、理想的前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線
1.3.1 基本理論
(1) 地面對(duì)前、后車輪的法向反作用力
在分析前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配比例以前，首先了解地面作用于前、后車輪的法向反作用力。
圖1.3.1
由圖1.3.1，對(duì)后輪接地點(diǎn)取力矩得
式中：
——地面對(duì)前輪的法向反作用力；
——汽車重力；
——汽車質(zhì)心至后軸中心線的距離；
——汽車質(zhì)量；
——汽車質(zhì)心高度；
——汽車減速度。
對(duì)前輪接地點(diǎn)取力矩，得
式中 ——地面對(duì)后輪的法向反作用力；
——汽車質(zhì)心至前軸中心線的距離。
則可求得地面法向反作用力為
（1.3.1）
(2) 前、后制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線
在任何附著系數(shù)的路面上，前、后車輪同時(shí)抱死的條件是：前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力之和等于附著力；并且前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分別等于各自的附著力，即：
消去變量，得
（1.3.2）
這就是理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配公式，由這條公式畫出來的曲線叫I曲線。
1.3.2 計(jì)算比例與計(jì)算結(jié)果
由上述結(jié)果可以分別得出前、后車輪同時(shí)抱死時(shí)前、后制動(dòng)器制動(dòng)力的關(guān)系曲線——理想的前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力分配曲線，簡(jiǎn)稱I曲線。
I曲線
下圖分別為空載、滿載的I曲線
（N）
1.4、前、后輪制動(dòng)器制動(dòng)力矩的確定
1.4.1確定車的制動(dòng)器制動(dòng)力矩
(1) 基本原理
令當(dāng)φ=0.8時(shí)，前后輪同時(shí)抱死，此時(shí)前輪制動(dòng)力與總制動(dòng)力之比為汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)
選定同步附著系數(shù)φ0，確定為0.8。
并用下列計(jì)算前、后輪制動(dòng)力矩的比值。取滿載時(shí)的數(shù)據(jù)，
得
該車在較好路面行駛較多，車數(shù)較高，后輪制動(dòng)抱死失去穩(wěn)定而出現(xiàn)的危險(xiǎn)性較大，因而應(yīng)從保證汽車制動(dòng)時(shí)的穩(wěn)定性出發(fā)。緊急制動(dòng)到后輪抱死，計(jì)算出后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩Mμ2max；在根據(jù)前、后輪制動(dòng)力矩的比值計(jì)算出后輪制動(dòng)器的最大制動(dòng)力矩Mμ1max。
當(dāng)>時(shí)，可能得到的最大總制動(dòng)力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，此時(shí)，后輪的地面制動(dòng)力等于后輪制動(dòng)器的制動(dòng)力：
制動(dòng)強(qiáng)度：
（1.4.2）
根據(jù)載重汽車輪胎系列 國(guó)標(biāo)GB/T2977-1997 GB/T 2977-1997 確定輪輞的尺寸為：（根據(jù)載荷和輪胎的氣壓）
前輪輪輞直徑為20英寸=25.4*20=508mm，輪胎的型號(hào)為8.25R20
后輪輪輞直徑為20英寸=508mm，輪胎的型號(hào)為8.25R20
采用前鼓后鼓的制動(dòng)形式
2.制動(dòng)器設(shè)計(jì)
2.1、制動(dòng)器的結(jié)構(gòu)參數(shù)與摩擦系數(shù)。
2.1.1 制動(dòng)鼓內(nèi)徑D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
所以制動(dòng)鼓直徑D=355.6—421.64（mm），又因?yàn)楫?dāng)輪輞直徑為20英寸時(shí)，制動(dòng)鼓最大內(nèi)徑為420mm。且
這里取D=416mm。
2.1.2 摩擦襯片寬度b和包角
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。襯片寬度尺寸取窄寫，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=Rb =391.87cm2 （2.1.1）
則一個(gè)制動(dòng)器總的襯片的摩擦面積為2 Af=783.74 cm2
式中：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。
實(shí)驗(yàn)表明，摩擦襯片β=900 ~1000 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=1000 。
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，b=66.56 ~108.16（mm）。且按照國(guó)產(chǎn)摩擦襯片規(guī)格來選擇。
所以選擇b=10.8mm。
2.1.3 摩擦襯片起止角β0
一般將襯片布置在制動(dòng)蹄外緣的中央，即令
β0 =900 –β/2=400.
1.5.4 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*208mm=166.4mm。
1.5.5 制動(dòng)蹄支撐點(diǎn)位置坐標(biāo)k和c
在保證2蹄支撐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: c=0.8R=0.8*208mm=166.4mm。
K=30mm。
1.5.6摩擦片摩擦系數(shù)f
初步選擇f=0.4
2.2、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)和附著習(xí)俗計(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，知道滿足要求。
2.2.1理想最大制動(dòng)力和最大制動(dòng)力矩的計(jì)算
由（1.4.2）中
可知理想最大制動(dòng)力矩為Mu2max=15898.17Nm，最大制動(dòng)力為Fmax=35.754KN。
2.2.2 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
（2.2.1）
由（1.4.2）可知Mu2max=15898.17Nm，
所以Tf =Mu2max /2=7949.085Nm
2.2.3 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
單個(gè)領(lǐng)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFt1為
（2.2.2）
單個(gè)領(lǐng)從蹄的制動(dòng)蹄因數(shù)BFt2為
（2.2.3）
以上兩式中：f為摩擦系數(shù)。
（2.2.3）
(2.2.4)
式中為對(duì)應(yīng)的圓弧，rad。
支承銷式領(lǐng)從蹄制動(dòng)器整個(gè)制動(dòng)器因數(shù)BF
BF= BFt1 + BFt2 (2.2.5)
以上各式中有關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)見圖33
將h=332.8mm，f=0.4，r=208mm，=1000，=1.744rad， =200.440，有圖求的=169.08mm代入上面五式，求得：
A=0.8842
B=0.9073
BT= BFt1 + BFt2 =1.799+0.592=2.391
2.2.4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 （2.2.6）
代入數(shù)據(jù)，求得F=15983.59N
2.2.5 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：
（2.2.7）
則此時(shí)
如果, ,則不會(huì)自鎖
所以不會(huì)自鎖。
2.3 摩擦襯片的磨損特性的計(jì)算
2.3.1 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.
ma 為汽車總質(zhì)量；
v1， v2 為汽車制動(dòng)初速度和末速度，取v1 =65km/h（18m/s）；
j為制動(dòng)減速度，計(jì)算時(shí)取j=0.6g；
A為后制動(dòng)器襯片 的摩擦面積；
β為制動(dòng)力分配系數(shù)。
鼓式制動(dòng)器的比能量耗散率以不大于1.8 W/ mm2 為宜。
t=（v1- v2 ）/j =(18-0）/（0.6*9.8）=3.06s
e=ma v12（1-β）/4tA
=8930kg*(18m/s)2(1-0.51)/(4*3.06s*2*314.15cm2 )=01.48W/mm2 <1.8W/ mm2
（2.3.1）
符合要求。
2.3.2 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）
=7949.085Nm/（0.208mm*78374mm2）
=0.488N/mm2
（2.3.2）
當(dāng)制動(dòng)減速度j=0.6g時(shí)，鼓式制動(dòng)器的比摩擦力以不大于0.48 N/mm2 為宜。
Ff0=0.488N/mm2 略大于0.48 N/mm2,可以視為符合條件。
2.3.3平均壓力qp
qp =N/A<=[qp ]
（2.3.3）
其中：N為摩擦襯片與制動(dòng)鼓之間的發(fā)向力；A為摩擦襯片的摩擦面積。
目前[qp ] =1.40~1.60MP（當(dāng)摩擦系數(shù)為f=0.3~0.35時(shí)），緊急制動(dòng)時(shí)可以去[qp ] =2~2.5MP
qp =N/A=2.44MPa<[qp ] =2.5MPa，符合要求。
2.3.4比滑磨功Lf
磨損與熱的性能指標(biāo)也可以用襯片在制動(dòng)過程中由最高制動(dòng)速度到停車所完成的單位襯片面積的滑磨功即比滑磨功Lf 來衡量。
Lf =mavamax2/2A￡=1099.1J/cm2>[Lf]=600~800J/cm2.略大，不符合，但是一般情況下，該車不會(huì)以最高車速直接制動(dòng)，所以可視為符合要求。
(2.3.4)
2.3.5制動(dòng)器的熱容量和溫升的核算
應(yīng)核算制動(dòng)器的熱容量和溫升是否滿足如下條件：
（63）
式中 ——各制動(dòng)鼓(盤)的總質(zhì)量；=1KG
——與各制動(dòng)鼓(盤)相連的受熱金屬件(如輪轂、輪輻、輪輞、制動(dòng)鉗==1kg
體等)的總質(zhì)量；
——制動(dòng)鼓(盤)材料的比熱容，對(duì)鑄鐵c=482J／(kg·K)，對(duì)鋁合金
c=880J／(kg·K)；
——與制動(dòng)鼓(盤)相連的受熱金屬件的比熱容；
——制動(dòng)鼓(盤)的溫升(一次由=30km／h到完全停車的強(qiáng)烈制動(dòng)，
溫升不應(yīng)超過15℃)；
L——滿載汽車制動(dòng)時(shí)由動(dòng)能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動(dòng)過程迅速，可以認(rèn)為制
動(dòng)產(chǎn)生的熱能全部為前、后制動(dòng)器所吸收，并按前、后軸制動(dòng)力的
分配比率分配給前、后制動(dòng)器，即
（64）
=8930kg*（18m/s）2*(1-0.51)/2=708863.4
式中 ——滿載汽車總質(zhì)量；
——汽車制動(dòng)時(shí)的初速度，可取；
——汽車制動(dòng)器制動(dòng)力分配系數(shù)，見式(11)。
=607752
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