【正文】 ..................................... 10 第 節(jié) 系統(tǒng)具體技術(shù)路線及實現(xiàn)的功能 ....................................... 10 第 節(jié) 空氣冷卻的優(yōu)缺點 .............................................................. 11 第三章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原理及整體方案 ..................... 12 第 節(jié) 制動性能熱衰退機理分析 .................................................. 12 第 節(jié) 冷卻系統(tǒng)散熱定量分析 ...................................................... 13 第 節(jié) 系統(tǒng)的整體設(shè)計方案 .......................................................... 16 第 節(jié) 制冷材料性質(zhì)分析 .............................................................. 19 第 節(jié) 風(fēng)冷翅片性質(zhì)分析 .............................................................. 21 第四章 冷卻系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)及圖紙 .......................... 23 第 節(jié) 電動機的選定 ...................................................................... 23 第 節(jié) 電路圖 ................................................................................. 24 第五章 結(jié)論與展望 ....................................... 29 第 節(jié) 課題成果 .............................................................................. 29 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） V 第 節(jié) 課題存在的不足 .................................................................. 29 第 節(jié) 課題展 望 .............................................................................. 29 第 節(jié) 課題 總結(jié) .............................................................................. 30 參考文獻 ............................................... 31 致 謝 ............................................... 33 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 前 言 鼓式制動器 是一種常見的制動器形式。它造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計，在部分轎車和大部分貨車中得到廣泛應(yīng)用。其制動 是靠制動塊在制動輪上壓緊來實現(xiàn)剎車的 。 制動塊 的制動效能和散熱性都要差許多，鼓式制動器的制動力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。 在本課題中，通過針對鼓式制動器熱衰退而設(shè)計的冷卻系統(tǒng)，有助制 動器擺脫熱衰退造成的不良影響。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第一 章 課題背景 第 鼓式制動器 介紹 鼓式制動也叫塊式制動，是靠制動塊在制動輪上壓緊來實現(xiàn)剎車的。鼓式制 動是早期設(shè)計的制動系統(tǒng)，其剎車鼓的設(shè)計 1902 年就已經(jīng)使用在馬車上了，直到 1920 年左右才開始在汽車工業(yè)廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在鼓式制動器的主流是內(nèi)張式，它的制動塊 (剎車蹄 )位于制動輪內(nèi)側(cè)，在剎車的時候制動塊向外張開，摩擦制動輪的內(nèi)側(cè)，達到剎車的目的。 相對于盤式制動器來說，鼓式制動器的制動效能和散熱性都要差許多，鼓式制動器的制 動力穩(wěn)定性差，在不同路面上制動力變化很大，不易于掌控。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量。制動塊和輪鼓在高溫影響下較易發(fā)生極為復(fù)雜的變形，容易產(chǎn)生制動衰退和振抖現(xiàn)象，引起制動效率下降。另外，鼓式制動器在使用一段時間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙，甚至要把整個剎車鼓拆出清理累積在內(nèi)的剎車粉。當(dāng)然，鼓式制動器也并非一無是處，它造價便宜，而且符合傳統(tǒng)設(shè)計。 四輪轎車在制動過程中，由于慣性的作用，前輪的負(fù)荷通常占汽車全部負(fù)荷的 70%80%，前輪制動力要比后輪大，后輪起輔助制動作用鼓式制動器，因此轎車生產(chǎn)廠 家為了節(jié)省成本，就采用前盤后鼓的制動方式。不過對于重型車來說，由于車速一般不是很高，剎車蹄的耐用程度也比盤式制動器高，因此許多重型車至今仍使用四輪鼓式的設(shè)計。 鼓式制動器的旋轉(zhuǎn)元件是制動鼓，固定元件是制動蹄，制動時制動蹄在促動裝置作用下向外旋轉(zhuǎn)，外表面的摩擦片壓靠到制動鼓的內(nèi)圓柱面上，對鼓產(chǎn)生制動摩擦力矩。 凡對蹄端加力使蹄轉(zhuǎn)動的裝置統(tǒng)稱為制動蹄促動裝置，制動蹄促動裝置有輪缸、凸輪和楔。 以液壓制動輪缸作為制動蹄促動裝置的制動器稱為輪缸式制動器；以凸輪作為促動裝置的制動器稱為凸輪式制動器； 用楔作為促動裝置的制動器稱為楔式制北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 動器。 在轎車制動鼓上，一般只有一個輪缸，在制動時輪缸受到來自總泵液力后，輪缸兩端活塞會同時頂向左右制動蹄的蹄端，作用力相等。但由于車輪是旋轉(zhuǎn)的，制動鼓作用于制動蹄的壓力左右不對稱，造成自行增力或自行減力的作用。因此，業(yè)內(nèi)將自行增力的一側(cè)制動蹄稱為領(lǐng)蹄，自行鼓式制動器減力的一側(cè)制動蹄稱為從蹄，領(lǐng)蹄的摩擦力矩是從蹄的 2～ 倍，兩制動蹄摩擦襯片的磨損程度也就不一樣。 為了保持良好的制動效率，制動蹄與制動鼓之間要有一個最佳間隙值。隨著摩擦襯片磨損，制動蹄與制動鼓之間的間 隙增大，需要有一個調(diào)整間隙的機構(gòu)。過去的鼓式制動器間隙需要人工調(diào)整，用塞尺調(diào)整間隙。現(xiàn)在轎車鼓式制動器都是采用自動調(diào)整方式，摩擦襯片磨損后會自動調(diào)整與制動鼓間隙。當(dāng)間隙增大時，制動蹄推出量超過一定范圍時，調(diào)整間隙機構(gòu)會將調(diào)整桿（棘爪）拉到與調(diào)整齒下一個齒接合的位置，從而增加連桿的長度，使制動蹄位置位移，恢復(fù)正常間隙。 轎車鼓式制動器一般用于后輪（前輪用盤式制動器）。鼓式制動器除了成本比較低之外，還有一個好處，就是便于與駐車（停車）制動組合在一起，凡是后輪為鼓式制動器的轎車，其駐車制動器也組合在后輪制動器 上。這是一個機械系統(tǒng)，它完全與車上制動液壓系統(tǒng)是分離的：利用手操縱桿或駐車踏板（美式車）拉緊鋼拉索，操縱鼓式制動器的杠件擴展制動蹄，起到停車制動作用，使得汽車不會溜動；松開鋼拉索，回位彈簧使制動蹄恢復(fù)原位，制動力消失。 圖 鼓式制動器的位置 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 鼓式制動器的各個元件 當(dāng)踏下制動踏板 1 時，通過推桿 2 推動主缸活塞 3 后移。主缸 4 將產(chǎn)生高壓油液經(jīng)油管 5 流入輪缸 6 中，推動兩活塞 7 外移而使兩制動蹄饒各自的支承銷轉(zhuǎn)動。制動蹄上的摩擦片 9 壓緊在制動轂的內(nèi)圓柱面上。這時不轉(zhuǎn)動的制動蹄對旋轉(zhuǎn)的制動轂作用 一個與轉(zhuǎn)動方向相反的摩擦力矩（也叫制動力矩） Mu 由于制動力矩 Mu 的作用，使車輪對地面作用著一個向后的圓周推力 Fu，同時地面也對車輪作用著一個向后的反作用推力 Fb，這個反作用推力 Fb是使汽車制動的外力，稱為制動力。制動力經(jīng)車輪、車橋、懸架傳給車架、車身，迫使汽車減速。制動力越大時，汽車的減速度也越大。但是，與汽車牽引力類似，汽車制動力的大小不僅取決于制動力矩 Mu 大小，還受輪胎與地面附著條件限制。在制動系不工作時，回位彈簧 13 使制動轂 8 的圓柱面與制動蹄之間留有一定大小的間隙，車輪及制動轂可以自由轉(zhuǎn)動 (圖 3)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 圖 鼓式制動器制動原理 第 鼓式制動器 熱衰退概述 “熱衰退 指的是當(dāng)制動初速度大、壓力增大、制動頻繁導(dǎo)致摩擦副溫度升高時，摩擦因數(shù)降低的一種現(xiàn)象。摩擦因數(shù)的穩(wěn)定性直接影響制動器工作的穩(wěn)定性和駕車的安全性，其中，熱穩(wěn)定性是一項重要的指標(biāo)，它是指制動襯片在制動過程中所表現(xiàn)出的摩擦因數(shù)隨溫度而變化的特性，主要反映在制動性能的熱衰退上。 隨著我國汽車交通運輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車保有量大幅度增長，目前的道路交通事故發(fā)生趨勢上升。我國又是個多山的國家，約 75％的國土面積為山區(qū)或丘陵地形，據(jù) 2021年統(tǒng)計資料，全國公路總里程為 169． 8萬公里，其中高速公路只有 19437公里，二級以上公路僅占總里程的 13． 4％，低等級公路和等外公路占絕大部分 (交通部主頁， 2021)。這些低等級公路多分布于山區(qū)．車輛在這些道路上行駛，特別是重型貨車在山區(qū)坡道行駛時，需要頻繁使用制動器，甚至需要長北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 時間拖剎持續(xù)制動．致使制動器溫度上升很快，制動性能熱衰退現(xiàn)象突出，嚴(yán)重時會使制動能力完全喪失，以至釀成嚴(yán)重的交通事故，給國家和人民帶來巨大的損失。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于機械故障導(dǎo)致的制動失效所占比例極小，而制動性能熱衰退引起的事故占絕大 部分，且肇事車輛多為大中型裝配鼓式制動器的車輛。 山區(qū)道路坡大彎急，汽車行駛過程中需要頻繁制動，制動器工作時間較長，制動蹄片和制動轂容易發(fā)熱，導(dǎo)致摩擦片的摩擦系數(shù)急劇下降，致使汽車制動效能衰退，嚴(yán)重影響制動的可靠性。為了保持行車安全，提高汽車運輸效率，需要對制動器進行降溫處理，減少熱負(fù)荷。汽車山區(qū)行車制動存在的問題及汽車制動的基本結(jié)構(gòu)原理汽車在山區(qū)行駛制動存在的問題制動器工作時，摩擦所產(chǎn)生的熱絕大部分傳給了制動轂，使其溫度升高，制動轂升溫后將膨脹而使制動間隙增大。為了減少溫升，應(yīng)當(dāng)使制動轂有較大的熱容量，因 此制動轂應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量，有些汽車的制動轂外表面還鑄出若干肋片，以增加散熱面積和剛度。摩擦片的導(dǎo)熱性很差，通過它傳到制動蹄的熱量很少，而且難以向大氣散熱。因此，摩擦片工作表面的溫升也會很嚴(yán)重。摩擦片溫升過高將導(dǎo)致摩擦系數(shù)大幅度下降而嚴(yán)重影響制動效能（這種現(xiàn)象稱為制動器的熱衰退），以及耐腐蝕變壞而縮短使用壽命，情況嚴(yán)重時還可能燒毀。 摩擦材料屬于復(fù)合材料，其性能直接受其組分的性能、含量、配比、幾何尺寸等因素影響，特別是增強纖維、黏結(jié)劑等主要成分與摩擦材料的性能關(guān)系最為密切。當(dāng)前，我國商用載重汽車制動器襯片仍 大量使用石棉制品。它是以增強材料 (石棉、玻璃纖維和復(fù)合纖維等 )、黏結(jié)材料 (樹脂等 )、填料 (石墨、硫酸鋇、泡石、銅粉、鐵粉、鋁粉和橡膠粉等 )，經(jīng)混合粉碎、模壓成型、后處理等一系列生產(chǎn)工藝加工而成?！盁崴ネ恕币话闶侵钢苿悠饕r片組成材料中的黏結(jié)材料在高溫狀態(tài)下炭化，而造成的摩擦系數(shù)下降。制動器襯片適宜的工作溫度為 100℃350℃，但一些劣質(zhì)的制動器襯片，在頻繁使用摩擦產(chǎn)生的溫度超過 270℃時，其摩擦系數(shù)就會急劇下降，導(dǎo)致制動失靈?，F(xiàn)在歐美等發(fā)達國家已用無石棉低金屬襯片取代石棉制品。無石棉低金屬襯片，通過采用多種 纖維混合體系，使用多孔性顆粒性填料及無機黏結(jié)劑等原料，減少樹脂和金屬含量，熱穩(wěn)定性好，耐磨性優(yōu)越，導(dǎo)熱性好，克服了石棉摩擦材料表現(xiàn)的“熱衰退’， 克服 摩擦表面易開裂等缺點，達到減輕“熱衰退”，穩(wěn)定摩擦系數(shù)的目的。 目前，我國在乘用車領(lǐng)域已經(jīng)基本不使用石棉剎車片，但在重型車中還占據(jù)相當(dāng)比例。近年來，我國針對石棉剎車片的研究力度不斷加大，引進國外先進技北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 術(shù)，開發(fā)無石棉低金屬剎車片，積極采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進標(biāo)準(zhǔn)，提高我國摩擦材料技術(shù)水平。隨著半金屬、少金屬配方的不斷成熟和技術(shù)進步，我國的重型車剎車片也在逐漸被無石棉 剎車片取代。 鼓式制動器連續(xù)工作會造成制動性能熱衰退和制動鼓燒蝕，表現(xiàn)為： 制動鼓升溫快，熱應(yīng)力高，制動鼓強度下降，剎車時容易破裂；接觸表面溫度分布不均勻，應(yīng)力增加，易磨損； 制動鼓不能及時被冷卻，聯(lián)接部件溫度升高，聯(lián)接螺栓易失效； 制動期間摩擦材料表層的溫度變化對摩擦因數(shù)有很大的影響，摩擦片溫度過高，石棉材料 (粘合劑 )熱分解，摩擦因數(shù)降低，并且剎車時摩擦片易碎裂，致使制動性能熱衰退； 第