【正文】 預(yù)期目標(biāo) (1)具有良好的制動效能 (2)具有良好的制動效能的穩(wěn)定性 (3)制動時(shí)汽車操縱穩(wěn)定性好 (4)制動效能的熱穩(wěn)定性好 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容 確定鼓 式制動器的基本參數(shù)，對制動器的制動鼓、蹄片和支撐的幾何尺寸進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和，利用 Pro/E 軟件建立制動器三維模型裝配圖，通過干涉檢查驗(yàn)證制動器設(shè)計(jì)的正確性，利用 Ansys 軟件對摩擦襯片有限元 分析。 課題研究方法 任務(wù)要求 確定 制動系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，對制動器的主要參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及強(qiáng)度校和，利用 Pro/E 軟件建立制動器三維模型裝配圖，通過干涉檢查驗(yàn)證制動器設(shè)計(jì)的正確性，利用 Ansys 軟件對摩擦襯片有限元 分析。 20xx 年李亮、宋健通過建立循環(huán)制動過程中溫度鼓式制 4 動器三維有限元仿真場分析的快速有限元仿真模型，對鼓式制動器采用二維有限元仿真，獲得瞬態(tài)溫度場等仿真結(jié)果。 20xx 年呂振華、亓昌利用有限 元分析軟件 ADINA 建立一種蹄－鼓式制動器熱彈性耦合動力學(xué)分析的三維有限元模型，探討了進(jìn)行制動器熱彈性耦合有限元分析的過程，通過仿真計(jì)算得到制動器工作過程中摩擦副間接觸力分布、制動鼓瞬態(tài)溫度場、應(yīng)力場、變形場等重要信息。 近幾年國內(nèi)外鼓式制動器的有限元分析的研究概況如下 [8]： 1999 年 C. Hohmann, , 使用 ADINA 對一款卡車用鼓式制動器進(jìn)行了有限元分析，發(fā)現(xiàn)制動鼓與摩擦襯片的法向壓力呈非線性分布。 有限元技術(shù)是機(jī)械工程應(yīng)用中普遍采用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)之一，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分心計(jì)算問題的有效途徑，近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)普遍提高，有限元技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的法陣，求解問題的范圍從線性問題發(fā)展 到非線性問題，鼓式制動器具有系列化的特點(diǎn)，適于采用參數(shù)化的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析計(jì)算。 (2)可滿足設(shè)計(jì)具有相同或相近幾何拓樸結(jié)構(gòu)的工程系列產(chǎn)品及相關(guān)工藝裝備的需要。 Pro／ E 的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù) (又稱尺寸驅(qū)動幾何技術(shù) )的基本思想，是和幾何約束確定產(chǎn)品形狀的幾何特征，參數(shù)化的產(chǎn)品模型由幾何模型和幾何約束共同構(gòu)成，完備的約束模型通 過尺寸對幾何形狀的某些控制元素加以約束，構(gòu)成幾何元素惟一完整的表示。其主要特征功能有：全相關(guān)性、基于特征的參數(shù)化模型建模、先進(jìn)的資料管理系統(tǒng)裝配管理工程數(shù)據(jù)庫再利用等，它易于使用，可在各種硬件平臺上運(yùn)行。三維造型技術(shù)、參數(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等新概念、新辦法已經(jīng)滲透到傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，并發(fā)揮出前所未有的作用，推動工程設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。 該軟件先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn) 了機(jī)械設(shè)計(jì)自動化 (Me— chanical Design Automation， MDA)系列軟件的最新發(fā)展方向，成為提供工業(yè)解決方案的有力工具，因而被廣泛用于工業(yè) 3 設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)仿真、有限元分析、電子、航空、航天、軍工等行業(yè)。 針對以上缺點(diǎn)，現(xiàn)在鼓式制動器則采 取一些改進(jìn)措施： 1）合理確定制動鼓的直徑 2）合理確定摩擦襯片寬度 3）合理確定輪轂散熱結(jié)構(gòu) 4）合理選擇輪胎和輪輞 5）加裝氣門嘴固定卡 6）采用目前較先進(jìn)的技術(shù)，以防車輪過熱，如采用制動間隙自動調(diào)整臂、使用緩速器。而由于散熱性能差，在制動過程中會聚集大量的熱量，制動蹄和制動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。 鼓式 制動器 相對 于 盤式 制動器 ，其制動效能和散熱性要差許多。 現(xiàn)在轎車上應(yīng)用最為廣泛的是前盤后鼓式或全盤式制動器，其中 20％的轎車采用前盤后鼓式制動器雖然在轎車領(lǐng)域全鼓式制動器已基本上淘汰，但在商用車上應(yīng)用最為廣泛仍是全鼓式制動器，至于前盤后鼓式制動器或全盤式制動器只應(yīng)用在有特 殊需求客車或高檔客車上。 。 鼓式 制動器 的主要優(yōu)點(diǎn)是剎車蹄片磨損較 少 , 成本較低 ,便于維修 。盤 式 制動器 的主要優(yōu)點(diǎn)是 一般無摩擦助勢作用，因而制動器效能受摩擦系數(shù)的影響較小，即效能較穩(wěn)定；浸水后效能降低較少，而且只須經(jīng)一兩次制動即可恢復(fù)正常；在輸出制動力矩相同的情況下，尺寸和質(zhì)量一般較??；制動盤沿厚度方向的熱膨脹量極小，不會 像 制動鼓的熱膨脹那樣使制動器間隙明顯增加而導(dǎo)致制動踏板行程過大；較容易實(shí)現(xiàn)間隙自動調(diào)整。 制動器是 汽車制動系統(tǒng)中最重要的安全部件，對汽車制動器進(jìn)行深入的 2 分析具有十分重要的意義?？梢?，制動器是保證行車安全的極為重要的一個(gè)系統(tǒng)。因此，必須充分考慮制動器的控制機(jī)構(gòu)和制動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的各種性能，然后進(jìn)行汽車的制動器的設(shè)計(jì)以滿足汽車安全行駛的要求。 全套圖紙，加 153893706 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車已經(jīng)成為當(dāng)今社會最重要的交通工具之一，隨之而來的現(xiàn)象是人們對汽車的動力性、經(jīng)濟(jì)性、安全性與舒適性的重點(diǎn)關(guān)注。 1 第 1章 緒 論 課題背景及目的 重型貨車是我國應(yīng)用較廣泛的運(yùn)輸車，而制動器是重型貨車的重要部件， 其 制動性能是確保車輛行駛的主、被動安全性和提升車輛行駛的動力性決定因素之一。 應(yīng)用Pro/E 軟件建立制動器主要零件的實(shí)體模型 ,然后利用 Ansys 軟 件 對制動器摩擦襯片有限元分析，為 重型貨車制動器 的設(shè)計(jì)與研究提供了一種方法，可縮該制動器的研發(fā)周期 , 降低產(chǎn)品的研發(fā)成本 , 并為進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、制造及運(yùn)動分析奠定了基礎(chǔ)。 汽車制動系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行駛直至停車；在下坡行駛時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn) 定車速；使汽車可靠地停在原地或坡道上。據(jù)有關(guān)資料的介紹，在由于車輛本身的問題而造成的交通事故中，制動系統(tǒng)故障引起的事故為總數(shù)的 45%。此外，制動器的好壞直接影響車輛的平均車速和車輛的運(yùn)輸效率，也就是保證運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的重要因素 。 目前，汽車所用都制動器幾乎都是摩擦式 的，可分為鼓式和盤式兩大類。 在高速剎車時(shí)能迅速制動，散熱效果優(yōu)于鼓式剎車 ,制動效能的恒定性好 ,便于安裝像 ABS 那樣的高級電子設(shè)備 。 雖然在汽車制動器領(lǐng)域，盤式制動器將逐步取代鼓式制動器是必然的趨勢，但在現(xiàn)階段，鼓式制動器依然占據(jù)著很重要的位置。 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，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(jì)。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。另外，鼓式制動器在使用一段時(shí)間后，要定期調(diào)校剎車蹄的空隙。 Pro／ E 是美國參數(shù)化公司 (Parametric TechnologyCorporation，簡稱 PTC)開發(fā)的CAD／ CAE／ CAM 軟件， 是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能。 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)的飛速發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域的日益擴(kuò)展，已使工程設(shè)計(jì)業(yè)和制造業(yè)發(fā)生了深刻的變化，這一點(diǎn)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)發(fā)方面表現(xiàn)的尤為顯著。 PTC 公司的 pro/e 是現(xiàn)代 CAD 系統(tǒng)的代表，由它率先它采用的革命性的設(shè)計(jì)思想— 基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)，領(lǐng)導(dǎo)了現(xiàn)代 CAD 發(fā)展的潮流?？勺屖褂谜咄瑫r(shí)完成工業(yè)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)功能，模擬加工制造，縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間和流程。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) (1)參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)以其強(qiáng)有力的尺寸驅(qū)動修改圖形功能為初始產(chǎn)品設(shè)計(jì)，產(chǎn)品建模和修改系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了有效的手段。 (3)可滿足不同零件曲面的公式化高精度設(shè)計(jì)。因此有限元分析軟件對制動器的分析有重要意義。王良模、彭育輝于 20xx 年應(yīng)用大型的機(jī)械軟件 I— DEAS 建立了某一國產(chǎn)雙向自增力鼓式制動器的有限元模型，對其強(qiáng)度進(jìn)行有限元方法的計(jì)算、分析。此外，劉立剛、王學(xué)林利用 ANSYS 軟件預(yù)測了某重型汽車的鼓式制動器分布式摩擦襯片的壓力分布、制動扭矩、制動器的應(yīng)力分布以及制動器的變形。 20xx 年 JinchunHuang,Charles 以有限元為手段研究了鼓式制動器嘯叫的機(jī)理。 深入了解汽車制動系統(tǒng)的構(gòu)造及工作原理；并收集相關(guān)緊湊型轎車制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料；參考現(xiàn)有研究成果，并進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)和分析，借鑒經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)學(xué)習(xí)有關(guān)汽車零部件設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；充分學(xué)習(xí)和利用畫 圖軟件，并再次學(xué)習(xí)機(jī)械制圖，畫出符合標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)圖紙，通過自己的研究分析；發(fā)揮自己的設(shè)計(jì)能力并通過試驗(yàn)最終確定制動系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。 5 第 2章 總體設(shè)計(jì)方案 汽車的制動性是汽車的主要性能之一。隨著高速公路迅速的發(fā)展和車流密度的日益增大，出現(xiàn)了頻繁的交通事故。 制動系的功用是使汽車以適當(dāng)?shù)臏p速度降速行使直至停車；在下坡行使時(shí)，使汽車保持適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定車速；使汽車可靠地停在原地或坡道上。前者用來保證前兩項(xiàng)功能，后者用來保證第三項(xiàng)功能。行車制動能力是用一定制動初速度下的制動減速度和制動距離兩項(xiàng)指標(biāo)來評定的；駐坡能力是以汽車在良好路面上能可靠地停駐的最大坡度來評定的。行車制動裝置至少有兩套獨(dú)立的驅(qū)動制動器的管路，當(dāng)其中一套管路失效時(shí)，另一套完好的管路應(yīng)保證汽車制動能力不低于沒有失效時(shí)規(guī)定值的 30%。行車制動裝置都用腳操縱，其他制動裝 置多為手操縱 ； （ 4）制動效能的熱穩(wěn)定性好。有關(guān)方向穩(wěn)定性的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，詳見 QC/T2391997； （ 7）制動踏板和手柄的位置和行程符合人 機(jī)工程學(xué)要求，即操作方便性好，操縱輕便、舒適、能減少疲勞 ； （ 8）作用滯后的時(shí)間要盡可能短，包括從制動踏板開始動作至達(dá)到給定制動效能水平所需的時(shí)間和從放開踏板至完全解除制動的時(shí)間 ； （ 9）制動時(shí)不產(chǎn)生振動和噪聲 ； （ 10）轉(zhuǎn)向裝置不產(chǎn)生 運(yùn)動干涉，在車輪跳動或轉(zhuǎn)向時(shí)不會引起自行制動 ； （ 11）應(yīng)有音響或光信號等警報(bào)裝置，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)制動驅(qū)動機(jī)件的故障和功能失效 ； （ 12）用壽命長，制造成本低；對摩擦材料的選擇也應(yīng)考慮到環(huán) 保要求，應(yīng)力求減少制動時(shí)飛散到大氣中的有害人體的石棉纖維 ； （ 13） 磨 損后，應(yīng)有能消除因磨損而產(chǎn)生間隙的機(jī)構(gòu)，且調(diào)整間隙工作容易，最好設(shè)置自動調(diào)整間隙機(jī)構(gòu) 。此外，由于含有石 棉的摩擦材料存在石棉有公害問題，已被逐漸淘汰，取而代之的各種無石棉材料相繼研制成功 。這樣，不旋轉(zhuǎn)的制動蹄就對旋轉(zhuǎn)的制動鼓作用一個(gè)摩擦力矩，其方向與車輪旋轉(zhuǎn)方向相反。制動力由車輪經(jīng)車橋和懸架傳給車架和車身，迫使整個(gè)汽車產(chǎn)生一定的減速度。當(dāng)放開制動踏板時(shí)，復(fù)位彈簧即將制動蹄拉回復(fù)位，摩擦力矩和制動力消失，制動作用即行終止。目前廣泛使用的是摩擦式制動器。帶式制動器只用作中央制動器，本文不做介紹。鼓式制動器又分為內(nèi)張型鼓式制動器和外束型鼓式制動器兩種結(jié)構(gòu)型式。車輪制動器的制動鼓均固定在輪鼓上。外束型鼓式制動器的固定摩擦元件是帶有摩擦片且剛度較小的制動帶，其旋轉(zhuǎn)摩擦元件為制 動鼓，并利用制動鼓的外因柱表面與制動帶摩擦片的內(nèi)圓弧面作為一對摩擦表面，產(chǎn)生摩擦力矩作用于制動鼓，故又稱為帶式制動器。所以內(nèi)張型鼓式制動器通常簡稱為鼓式制動器，通常所說的鼓式制動器就是指這種內(nèi)張型鼓式結(jié)構(gòu)。汽車倒車時(shí)制動鼓的旋轉(zhuǎn)方向變?yōu)榉聪蛐D(zhuǎn)，則相應(yīng)地使領(lǐng)蹄與從蹄也就相互 對調(diào)了。領(lǐng)蹄所受的摩擦力使蹄壓得更緊，即摩擦力矩具有“增勢”作用，故又稱為增勢蹄；而從蹄所受的摩擦力使蹄有離開制動鼓的趨勢，即摩擦力矩具有“減勢”作用，故又稱為減勢蹄。 領(lǐng)從蹄式制動器的效能及穩(wěn)定性均處于中等水平，但由于其在汽車前進(jìn)與倒車時(shí)的制動性能不變，且結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)較低，也便于附裝駐車制動機(jī)構(gòu)，故這種結(jié)構(gòu)仍廣泛用于中、重型載貨汽車的前、 后輪制動器及轎車的后輪制動器。顯然，當(dāng) 圖 領(lǐng)從蹄式制動器 汽車倒車時(shí)這種制動器的兩制動蹄又都變?yōu)閺奶愎仕挚煞Q為單向雙領(lǐng)蹄式制動器。 雙領(lǐng)蹄式制動器有高的正向制動效能，但倒車時(shí)則變?yōu)殡p從蹄式，使制動效能大降。 9 圖 雙領(lǐng)蹄式制動器 雙向雙領(lǐng)蹄式制動器 當(dāng)制動鼓正向和反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩制動助均為領(lǐng)蹄的制動器則稱為雙向雙領(lǐng)蹄式制動器。由于雙向雙領(lǐng)蹄式制動器在汽車 前進(jìn)及倒車時(shí)的制動性能不變，因此廣泛用于中、輕型載貨汽車和部分轎車的前、后車輪，但用作后輪制動器時(shí)，則需另設(shè)中央制動器用于駐車制動。 單向增力式制動器 單向增力式制動器如圖所示兩蹄下端以頂桿相連接，第二制動蹄支承在其上端制動底板上的支承銷上。單向增力式制動器在汽車前進(jìn)制動時(shí)的制動效能很高，且高于前述的各種制動器，但在倒車制 動時(shí)，其制動效能卻是最低的。如圖 所示。對雙向增力式制動器來說，不論汽車前進(jìn)制動或倒退制動，該制動器均為增力式制動器。雙向增力式制動器也廣泛用作汽車的中央制動器，因?yàn)轳v車制動要求制動器正向、反向的制動效能都很高，而且駐車制動若不用于應(yīng)急制動時(shí)也不會產(chǎn)生高溫，故其熱衰退問題并不突出。因此，在轎車領(lǐng)域上己經(jīng)逐步退出讓位給盤式制動器。