鉗盤式制動器三維設計（含三維SW模型+CAD圖紙說明書）

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2.2.4摩擦襯塊參數校核 在這一節中，我們將驗證上述幾個小節的參數是否正確。在驗證之前我們需求解一些所需參數。校核摩擦襯塊的內外半徑時，需要我們前輪實際制動力矩是否符合該車型前輪所需制動力矩要求。 2.2.4.1前后輪制動分配系數計算 汽車在水平路面上行駛時，受到多個單位給其的力與方向，具體受力情況如下圖2.2.4所示，該圖表達了汽車在水平路面上正常行駛時受到的所有力與方向： 圖2.2.4 制動時的汽車受力圖 汽車的最大制動力指的是汽車在滿載時其汽車附著質量完全被利用，此時地面對前輪的反作用力Z1和對后輪的反作用力Z2的比值與前后輪制動力成正比，即前后輪同時抱死時制動力之比： 式中：—汽車制動時水平地面對前軸車輪的法向反力，N； —汽車制動時水平地面對后軸車輪的法向反力，N； —汽車軸距，mm； —汽車質心離前軸距離，mm； —汽車質心離后軸距離，mm； —汽車質心高度，mm； —同步附著系數，取0.8 通過計算出前后輪抱死時制動力之比，可計算出前后輪制動力分配系數： 2.2.4.2前軸最大制動力矩計算 前軸最大制動力矩計算公式： 式中：—后軸最大制動力矩，Nm； 式中：—輪滾動半徑= q-制動強度= 由上述兩公式可以計算出前軸最大制定力矩 根據所初選計算的數據計算前軸實際制動力矩： 式中：—摩擦系數=0.4； —摩擦襯塊扇形弧度角的一半，取值為pi/6； —前制動器襯塊與制動盤之間單位壓力=3N/mm2，取值為pi/6； 最終求得 故摩擦襯塊內外半徑設計滿足要求。 2.2.4.3比能量耗散率 為了驗證該摩擦襯塊的面積是否符合要求，需計算出該盤式制動器的比熱量耗散率是否符合要求，該車輛屬于雙軸車輛，其單個前輪的比熱量耗散率為： 式中v1，v2代表汽車制動時的初始速度和結束速度，m/s，查閱資料可得知v1=100km/h，v2=0km/h； J為制動減速度，取0.6g。 綜上所述，比熱量耗散率` 通過查詢資料可知，比能量耗散率針對通過盤式制動器制動的車輛來說，其值應≤。若計算得到該值≥，汽車在長時間制動后會出現摩擦襯片磨損嚴重情況，導致制動盤出現裂痕，嚴重時會發生剎車失靈現象，出現安全事故問題。故設計符合要求。 2.3制動輪缸參數確定 制動輪缸為液壓制動系采用的活塞式制動蹄張開機構，其結構簡單，在車輪制動器中布置方便。輪缸的缸體由灰鑄鐵HT250制成。其缸筒為通孔，需鏜磨。活塞由鋁合金制造。活塞外端壓有鋼制的開槽頂塊，以支承插入槽中的制動蹄腹板端部或端部接頭。輪缸的工作腔由裝在活塞上的橡膠密封圈或靠在活塞內端面處的橡膠皮碗密封。多數制動輪缸有兩個等直徑活塞；此盤式制動器用一個單活塞制動輪缸推動，制動輪缸直徑計算公式： 式中：—單側制動塊對制動盤壓緊力，N； —輪缸壓力=10Mpa； —摩擦系數，0.4； 按照國標7524-84中規定，輪缸直徑的標準尺寸有：14.5 16 17.5 19 22 24 25 28 30 32 35 38 40 45 50 55mm,根據計算結果34.66mm，選取輪缸直徑35mm，如圖2.2.5所示： 圖2.2.5 制動輪缸直徑 通過制動輪缸直徑可求出前制動器單個輪缸工作容積： 式中：—輪缸活塞數量=1； —完全制動活塞行程=1mm 第3章 制動器主要零件結構設計 3.1制動盤 3.1.1制動盤材料及加工要求 在車輛制動時，制動盤作為主要的受力點，其制作材料對強度、熱穩定性、吸水性有很高的要求，所以制動盤一般采用鑄件結構，本次設計采用制動盤材料為灰鑄鐵HT250。 制動盤在加工過程中，有著嚴格的數據要求，首先需要保證制動盤表面光滑無震紋，制動盤左右兩側的外表面平行度應小于等于0.02mm，制動盤的表面光潔度應小于等于0.1mm，如圖3.1.1所示: 圖3.1.1制動盤加工要求 3.1.2制動盤分類及選擇 在結構上設計上，可分為以下兩個方面：結構形式和通風形式 （1）.結構形式： 平板式和禮帽式。平板式一般用于貨車使用，多數是作為全盤式制動器的結構。禮帽式一般用于小轎車使用，多數是作為鉗盤式制動器的結構。本次是設計采用禮帽式，如圖3.1.2所示： 圖3.1.2 禮帽式制動盤 （2）.散熱形式 制動盤在制動過程中發熱嚴重，所以制動盤需要良好的散熱形式。制動盤一般分為實心式和一體通風式、打孔通風式，如表3.1.3所示 表3.1.3 不同形式盤類對比 實體盤 通風盤 打孔通風盤 熱衰退性能 較鼓式制動器稍好 較實體盤稍好 最好 制動性能 一般 高速制動時表現優越 激烈駕駛時，較其他兩種較好 價格 最低，市場占有率大 居中 最高，應用于高級轎車 根據表3.1.3，本次鉗盤式制動器選擇通風盤類型，如圖3.1.4所示： 圖3.1.4 通風式制動盤 3.2制動鉗 制動鉗屬于制動器中較為重要的部件，因為在制動過程中制動鉗的強度決定了制動器的穩定性。當今汽車上的制動鉗材料主要采用以下三種：球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和鋁合金材料壓鑄而成。 制動鉗主要分為兩種形式：整體式和分體式，其中分體式是通過螺栓連接。而制動油缸一般與制動鉗是一體的，在鑄件過程中將兩者合并，在機加工過程中一起加工出來。也有小部分制動器將制動鉗和制動或油缸組成分體件，制動油缸嵌入制動鉗中。 制動鉗可安裝在半軸前方也可安裝在半軸后方，安裝在半軸前方時，可有效避免汽車行駛時，車輪甩出的污泥和污水進入制動鉗，安裝在半軸后方時，可減少車輪輪轂軸承的合成載荷。 本次設計制動鉗位于車軸前，制動油缸位于制動鉗里側，隨制動鉗一起加工出來，這樣活塞制作成圓柱形，減小接觸面積，如圖3.1.5所示： 圖3.1.5制動鉗 3.3制動塊 制動塊是的組成及組裝方式：由摩擦襯塊和背板組成；兩者的組裝方式是鉚接式。 其中，大多數的摩擦襯塊形狀為扇形，為避免摩擦襯塊外圍發生卷角產生噪音，活塞應盡可能多的壓住制動塊。制動塊背板大多由鋼板材料制成，為了降低熱傳導和減少噪音，通常會在摩擦襯塊與背板中間噴涂層隔熱減震膠，如圖3.1.6所示 背板 摩擦襯塊 圖3.1.6制動塊 3.4摩擦材料 針對車輛的摩擦材料的選擇，一般有以下幾點要求： 1）材料穩定性：制動盤從開始制動到制動結束時會產生較大的溫度變化，在這一系列的操作過程中，要始終保證車輛的摩擦系數不會出現大幅度變化，否則會出現剎車失效情況。所以要求摩擦材料穩定性要好。 2）材料耐磨性：制動盤工作時，摩擦襯片會受到制動鉗的作用力和制動盤的反作用力，必須保證在制動過程中摩擦襯片無變形。 3）材料吸水性：車輛在使用過程中涉水現象經常發生，必須保證車輛在涉水后制動性能的穩定性，所以要求摩擦材料的吸水率要低； 4）環保要求：車輛在制動過程中，不能出現分貝過高的聲音和刺激性氣味以及對人體有害的無色無味氣體。 通過查找資料得到不同材料的性能對比，如表3.1.7所示: 表3.1.7摩擦材料性能對比 材料 性能 有機類 無機類 材料 編織物 石棉 半金屬 金屬 金屬陶瓷 硬度 軟 硬 硬 極硬 極硬 密度 小 小 中 大 大 承受負荷 輕 中 中-重 中-重 重 摩擦系數 中-高 低-高 低-高 低-中 低-高 摩擦系數穩定性 差 良 良 良-優 優 耐磨性（常溫） 良 良 良 中 中 耐磨性（高溫） 差 良 良 良-優 優 機械強度 中-高 低-中 低-中 高 高 熱傳導性 低-中 低 中 高 高 抗震鳴 優 良 中-良 差 差 抗顫振 中-良 中 對偶性 優 良 中-良 差 差 成本 中-高 低-中 中-良 高 高 各種摩擦材料摩擦系數的穩定值約為0.3～0.5，少數可達0.7。設計計算制動器時一般取0.3～0.5。本設計的摩擦材料的摩擦系數取f=0.4。綜合材料的要求及價格等各方面的考慮，本次設計摩擦襯塊材料選擇為半金屬材料粉。 3.5制動器工作間隙 在車輛的正常行駛情況下，需要保證制動盤和與摩擦襯塊之間存在相對距離，此距離不能過大也不宜過小，在生產加工過程中需要使用加工中心進行精加工，制動盤與摩擦塊的整體厚度偏差值不得過大，這樣才能保證摩擦襯塊和制動盤之間的間隙，本次單側間隙設置為5mm，如圖3.1.8所示： 圖3.1.8制動盤總裝圖 結 論 本文第一章介紹制動器的功能和分類、制動器的性能要求，同時介紹一下本文的研究思路；第二章和第三章主要是進行鉗盤式制動器的關鍵零部件選型，關鍵尺寸設計，完成此步驟后，通過整車參數計算各種數據來驗證所設計的鉗盤式制動器各類參數是否符合要求進而得出的以下結論。 1.在進行資料查閱和學習的過程中，從車輛配置方面來說，我國現在還無法普及穩定性和可靠性最好的制動器類型，無論是從技術角度還是制造成本角度來說，該項技術均與國外存在著差距，這樣的問題不僅給我們當代大學生提供了挑戰，更是給我們提供了機遇，對于機械化工程畢業的我來說，我以后將會投身到車輛發展行業，奉獻出自己的力量，爭取為我國車輛工程的發展添磚增瓦。 2.在進行盤式制動器設計的過程中，我采用的方法是選取適當的車輛參數，根據參數計算出相應零部件的尺寸，在計算完尺寸后進行制動力矩的驗證，以確保設計的制動器符合國標要求，在這一過程中，雖然走了很多彎路，反反復復的選型和計算，但是為以后的道路增加了經驗，讓我更加深刻的體會到作為一個設計師的責任與擔當。 3.在應用計算機輔助軟件進行建模，發現零件建模的方法很多。怎樣才能發現最優方法，這是關鍵。如果你選的方法好，你就會少用許多的時間，甚至會少一倍的時間。經過近兩個月的時間將所有的三維實體生成雛形，同時也由于對有些操作的不熟悉，導致費了很多時間查詢資料，了解相應的操作步驟。后生成雛形，雖有些不足，到經過后來的修改，盡可能的完善了模型，雖還是耗了很多時間，但相對SolidWorks建模速度已經有了一定程度的提高，同時也學習了新的操作命令。完成所有零件的建模并出具二維工程圖。 參考文獻 [1]劉惟信.汽車設計[M].北京：清華大學出版社, 2001. 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