【正文】 Ff2的規(guī)律分配，則可以保證汽車在任何一種路面上，也就是任一附著系數(shù) θ 的路面上制動時(shí)，均可以使前、后車輪同時(shí)抱死。圖中 ? 線與 I 曲線交于 B 點(diǎn)，可求出 B 點(diǎn)處的附著系數(shù) ? = 0? ,則稱? 線與 I 曲線交點(diǎn)處的附著系數(shù) 0? 為 同步附著系數(shù) 。同步附著系數(shù)的計(jì)算公式是：ghLL 20 ?? ?? 對于前、后制動器制動力為固定比值的汽車，只有在附著系數(shù) ? 等于同步附著系數(shù) 0? 的路面上，前、后車輪制動器才會同時(shí)抱死。它雖是一種穩(wěn)定工況，但喪失轉(zhuǎn)向能力。 β線 I（滿載） I（空載） 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 (3)當(dāng) ? = 0? ，制動時(shí)汽車前、后輪同時(shí)抱死，是一種穩(wěn)定工況，但也失去轉(zhuǎn)向能力。分析表明，汽車在同步附著系數(shù) 0? 的路面上制動 (前、后車輪同時(shí)抱死 )時(shí)，其制動減速度為 du/dt=qg= 0? g，即 q= 0? ， q 為制動強(qiáng)度。附著條件的利用情況可用附著系數(shù)利用率 ? (或附著力利用率 )來表達(dá)，? 可定義為： ??? qGFB ?? 式中 BF ——汽車總的地面制動力； G——汽車所受重力； q——制動強(qiáng)度。 如何選擇同步附著系數(shù) 0? ，是采用恒定前后制動力分配比的汽車制動系設(shè)計(jì)中的一個(gè)較重要的問題。 0? 的選擇與很多因數(shù)有關(guān)。具體而言，若主要是在較好的路面上行駛，則選的 0? 值可偏高些，反之可偏低些。汽車若常帶掛車行駛或常在山區(qū)行駛， 0? 值宜取低些?？傊?0?的選擇是一個(gè)綜合性的問題，上述各因數(shù)對 0? 的要求往往是相互矛盾的。 根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，空滿載的同步附著系數(shù) 0?? 和 0? 應(yīng)在下列范圍內(nèi)：轎車：～ ；輕型客車、輕型貨車： ～ ；大型客車及中重型貨車： ～。 為保證汽車制動時(shí)的方向穩(wěn)定性和有足夠的附著系數(shù)利用率，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會 (ECE) 的制動法規(guī)規(guī)定，在各種載荷情況下，轎車 在≤q≤，其他汽車在 ≤q≤ 的范圍內(nèi)，前輪均應(yīng)能先抱死；在車輪尚未抱死的情況下，在 ≤? ≤ 的范圍內(nèi)，必須滿足 q≥+(? )。 表 各種路面的附著系數(shù) 制動力、制動強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率的計(jì)算 滿載時(shí)的情況 1） 汽車在理想路面上行駛 即當(dāng) θ=θ0 時(shí)，有： FB1=Fθ1， FB2=Fθ2，故 FB=Gθ=magθ=1950**=13377 N q=φ=； ε =q/φ=1 FB1=Fθ1=G(L2+qhg)θ/L= N Ff1=FB1= N F180。f1=F180。f1──單個(gè)前輪制動器制動力； T180。 2）當(dāng)汽車在較差路面行駛 即當(dāng) θ〈 θ0時(shí)，汽車可能得到的最大總制動力取決于前 剛剛首先抱死的條件，即 FB1=Fθ1。f1=Ff1/2 T180。f1*re 3） 當(dāng)汽車在較好路面行駛 第 2章 制動系的主要參數(shù)及其選擇 17 即當(dāng) θ θ0 時(shí)，汽車可能得到的最大總制動力取決于后輪剛剛首先抱死的條件，即 FB2=Fθ2。f1=FB1/2 T180。f1*re 從計(jì)算結(jié)果可知路面條件越好，車輪與路面間的附著系數(shù)越高 [6]，則前輪制動器所承受的制動力和制動力矩就越大。f1=FB1/2 T180。f1*re 2）當(dāng) θ〈 θ0 時(shí)，汽車可能得到的最大總制動力取決于前輪剛剛首先抱死的條件，即 FB1=Fθ1。f1=Ff1/2 T180。f1*re 3）當(dāng) θ θ0 時(shí)，汽車可能得到的最大總 制動力取決于后輪剛剛抱死的條件，即 FB2=Fθ2。f1=FB1/2 T180。f1*re 第 2章 制動系的主要參數(shù)及其選擇 19 制動器最大制動力矩的計(jì)算 最大制動力矩是在汽車附著質(zhì)量被完全利用的條件下獲得的，這時(shí)制動力與地面作用于車輪的發(fā)向力 Z Z2成正比。在 θ〈 θ0 的良好路面上，相應(yīng)的極限制動強(qiáng)度 q〈 θ，所以所需的后軸和前軸的最大制動力矩為 2 m a x 1() ef G L q H g rT L ??? （ 230） 1 m a x 2 m a x1ffTT??? ? （ 231） 式中： θ──為該車所能遇到的最大的附著系數(shù)。f1=FB1/2= N T180。f1*re=?m 本章小結(jié) 本章完成了受力分析，同步附著系數(shù)的確定及計(jì)算，以及制動力、制動強(qiáng)度、附著系數(shù)利用率、制動器最大制動力矩的計(jì)算。 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 3 章 盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 盤式制動器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)和步驟 在盤式制動器的設(shè)計(jì)過程中，一般分為三個(gè)步驟：第一，查閱相關(guān)資料，參照已有實(shí)物。裝配圖是用以表示制動器總成及其組成部分的連接裝配關(guān)系，它是表達(dá)總成的工作原理、零件之間的裝配關(guān)系和相互位置，以及裝配、檢驗(yàn)、安裝時(shí)所需要的尺寸數(shù) 據(jù)和技術(shù)要求等的技術(shù)文件。拆畫零件圖時(shí)要確定表達(dá)方案，補(bǔ)全零件的局部結(jié)構(gòu)形狀并標(biāo)注零件圖上的尺寸和表面粗糙度，最后要寫明零件的技術(shù)要求。 圖 31 盤式制動器結(jié)構(gòu)圖 制動鉗 活塞 密封圈 活塞護(hù)罩 制動鉗支架 制動襯塊 卡簧 制動盤 第 3章 盤式制動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 制動盤 制動盤的工作環(huán)境比較復(fù)雜，當(dāng)汽車制動時(shí)，制動盤溫度急劇上升，制動取消后，溫度又隨之下降，這種溫度的驟升驟降，使制動盤很容易產(chǎn)生 “金屬疲勞 ”[8]。 制動盤采用鎳鉻合金鑄鐵制成，該材料具有很好的耐磨、耐熱、耐蝕以及降噪減重等性能，能夠滿足制動盤的工況需求。制動盤工作時(shí)不僅承受著制動塊作用的法向力和切向力，而且承受著熱負(fù)荷。通風(fēng)式制動盤厚度取為 20~50mm，采用較多的是 20~30mm。制動盤的有效半徑得到增加，可以見效制動鉗的加緊力，降低襯塊單位壓力和工作溫度?？傎|(zhì)量大于 2t 的汽車應(yīng)取上限。制動盤直徑范圍： D0min = 70% D ≈， D0max = 79% D ≈，取 D0 =280mm。 制動襯塊 制動塊由背板和摩擦襯塊構(gòu)成，兩者直接牢固地壓嵌或鉚接或粘接在一起?？紤]到制動襯塊的工作環(huán)境，摩擦材料應(yīng)具備穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，良好的耐磨、耐熱、耐蝕性能以及低的吸液能力和低的熱傳導(dǎo)率。 本設(shè)計(jì)中制動襯塊的外形采用扇形結(jié)構(gòu)。比值設(shè)計(jì)偏大時(shí)，摩擦襯塊內(nèi)外緣速度相差較大，容易產(chǎn)生偏磨，導(dǎo)致制動力矩發(fā)生改變。 R2/R1≈，符合設(shè)計(jì)要求。本設(shè)計(jì)中輕型客車滿載質(zhì)量為 1950kg，前輪滿載時(shí)地載荷為850kg，經(jīng)計(jì)算可得最優(yōu)的工作面積在 ~133cm2 范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)選取A=85cm2。 圖 33 制動襯塊建模造型圖 制動鉗 為確保汽車良好的制動性，對制動鉗的性能要求不斷提高，現(xiàn)代汽車制動技術(shù)要求制動鉗應(yīng)具有 耐高溫、制動平穩(wěn)高效、強(qiáng)度剛度足夠、輕量化以及良好密封等性能特點(diǎn)。該材料力學(xué)性能較高，具有耐高溫和減震性能。鉗口寬度的確定主要考慮制動盤的厚度與摩擦襯塊的 厚度之和以及必要的運(yùn)動間隙。 在 CATIA 軟件中，對制動鉗進(jìn)行三維建模，得到的效果如圖 34 所示。內(nèi)外制動襯塊用止動彈簧卡在制動鉗支架上，可以軸向移動但不許上下竄動。制動鉗支架的主要尺寸如表 34 所示。 圖 35 制動鉗支架建模造型圖 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 盤式制動器總成裝配圖 圖 36 盤式制動器建模造型圖 在 CATIA 裝配環(huán)境中，將先前已經(jīng)建好的制動盤、制動鉗、制動襯塊、制動鉗支架、放氣螺釘及導(dǎo)向銷等零件體按照盤式制動器總成的相對位置關(guān)系進(jìn)行裝配，最終得到的盤式制動器總成裝配效果圖，如圖 36 所示。應(yīng)用 CATIA 軟件進(jìn)行制動器結(jié)構(gòu)的三維造型建模與盤式制動器的實(shí)體結(jié)構(gòu)相似度較高。 第 4章 盤式制動器的校核計(jì)算 27 第 4 章 盤式制動器的校核計(jì)算 摩擦襯塊的磨損特性計(jì)算 摩擦襯塊的磨損，與摩擦副的材質(zhì)、表面加工情況、溫度、壓力以及相對滑磨速度 等多種因素有關(guān)，因此在理論上要精確計(jì)算磨損性能是困難的。 汽車的制動過程是將其機(jī)械能 (動能、勢能 )的一部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷纳⒌倪^程。此時(shí)由于在短時(shí)間內(nèi)熱量來不及逸散到大氣中，致使制動器溫度升高。能量負(fù)荷愈大，則襯塊的磨損愈嚴(yán)重。比能量耗散率 又稱為單位功負(fù)荷或能量負(fù)荷，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。 在緊急制動到 02?v 時(shí)，并可近似地認(rèn)為 1?? ，則有 ?1211 221 tAvme a? （ 4－ 4） )1(2212212 ??? tAvme a （ 4－ 5） 鼓式制動器的比能量耗損率以不大于 ／ mm2 為宜，但當(dāng)制動初速度 1v 低于式下面所規(guī)定的 1v 值時(shí)，則允許略大于 ／ mm2。比能量耗散率過高，不僅會加速制動襯片 (襯塊 )的磨損 [12]，而且可能引起制動鼓或盤的龜裂 [13]。 制動器的熱容量和溫升的核算 應(yīng)核算制動器的熱容量和溫升是否滿足如下條件： Ltcmcm hhdd ??? )( （ 46） 式中： md——各制動盤的總質(zhì)量； mh——與各制動盤相連的受熱金屬件 (如輪轂、輪輻、輪輞、制動鉗體等 )的總質(zhì)量； cd——制動盤材料的比熱容，對鑄鐵 c=482J／ (kgK)； ch——與制動盤相連的受熱金屬件的比熱容； t? ——制動盤的溫升 (一次由 av =30km／ h 到完全停車的強(qiáng)烈制動 ,溫升不應(yīng)超過 15℃ )； L1——滿載汽車制動時(shí)由動能轉(zhuǎn)變的熱能，因制動過程迅速，可以認(rèn)為制后制動器，即 第 4章 盤式制動器的校核計(jì)算 29 ?221 aa vmL ? （ 47） )1(222 ??? aa vmL （ 48） 式中： ma——滿載汽車總質(zhì)量； va——汽車制動時(shí)的初速度，可取 maxaa vv ? ； ? ——汽車制動器制動力分配系數(shù)。 由 tcm dd ? =*482*15=81211J〉 1L 可知，制動器的熱容量符合溫升核算的要求。 圖 42 鉗盤式制動器的作用半徑計(jì)算用圖 如圖 42 所示，平均半徑為 2 21 RRRm ?? =。 第 4章 盤式制動器的校核計(jì)算 31 在任一單元面積只 RdR ?d 上的摩擦力對制動盤中心的力矩為?dRdfqR2 ，式中 q 為襯塊與制動盤之間的單位面積上的壓力， [14]則單側(cè)制動塊作用于制動盤上的制動力 ???? )(322 313221 21 RRfqdR df qRT RR ??? ? ?? （ 410） 單側(cè)襯塊給予制動盤的總摩擦力為 ???? )( 212221 RRfqdR df qRfN RR ??? ? ?? （ 411） 得有效半徑為： )2]()(1[34322 21221 2121223132 RRRR RRRR RRfNTR fe ????????? 令 mRR?21， 則有：me RmmR ])1(1[34 2???= 因 121 ??RRm ， 41)1( 2 ??mm ，故 me RR? 。 但當(dāng) m 小，即扇形的徑向?qū)挾冗^大， [15]襯塊摩擦表面在不同半徑處的滑磨速度 相差太大，磨損將不均勻，因而單位壓力分布將不均勻，則上述計(jì)算方法失效 [11]。f1，符合制動力矩要求。通過這三項(xiàng)計(jì)算校核，可以判定制動襯塊的磨損特性符合設(shè)計(jì)要求 . 結(jié)論 33 結(jié)論 汽車的制動系統(tǒng)性能優(yōu)良是行車安全、減少交通事故的重要保證。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要針對汽車前輪盤式制動器的設(shè)計(jì)，先進(jìn)行了制動系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的計(jì)算，然后進(jìn)行了盤式制動器的三維建模工作，最后繪制了盤式制動器總成的二維裝配圖和零件圖。 應(yīng)用 CATIA 軟件進(jìn)行三維建模，設(shè)計(jì)盤式制動器結(jié)構(gòu)的同時(shí)，既考慮了制動器的工作狀況，也考慮了制造工藝的合理性。 通過查閱汽車維修手冊，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊和相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，參照盤式制動器的實(shí)物，量取其必要的尺寸，最終完成盤式制動器總成的裝配圖。 通過盤式制動器裝配圖的審閱，拆畫零件圖。這是最完整和詳盡的制動器零件工程圖，是將所設(shè)計(jì)的盤式制動器由圖紙轉(zhuǎn)化為實(shí)物的重要橋梁